数字孪生虚拟仿真实验平台在实践教学中的应用

随着我国教育水平的不断提高,高校更加重视对学生实践能力的培养,进一步推进虚拟仿真与实验教学的结合.虚拟仿真与真实设备混合的翻转课堂实验教学新模式正是在此大背景下产生的.光伏微电网数字孪生虚拟仿真实验教学平台搭建起虚拟仿真与实物实验的桥梁,此平台的创建和推广将在培养大学生创新精神和工程实践能力等方面发挥重要作用.     

基于数字孪生的智能车间实践教学研究

智能制造实践教学中存在体系庞杂、加工过程不可逆、消耗大、装备昂贵等问题,制约了该领域人才实践能力的培养。利用数字孪生技术,搭建基于数字孪生的智能车间实践教学平台,突破时空限制,将真实的智能车间与数字孪生的虚拟智能车间联通。构建虚实结合的产线孪生实践教学模式,动态呈现智能车间的生产全过程,结合实际工程任务开展实践教学,有效提高学生的现场工作能力。     

基于数字孪生的智能生产线构建及教学实践

结合智能制造相关专业教学及实践要求,综合分析了3C产品的结构及工艺特点,构建了一条智能柔性生产线,适用于PLC应用技术、工业机器人应用技术和智能制造生产线综合实践等课程的教学工作。受限于成本及复杂的流程等因素,对于智能生产线运行、调试及工艺验证等技能、知识领域,难以组织较大规模且高效的实践教学。基于数字化设计、机电一体化、虚拟仿真等多学科交叉技术而开发了生产线数字孪生模型并用于实践教学。实践表明,该生产线运行过程稳定,孪生模型与实物高度对应,在教学过程支撑了生产线建模设计、数字孪生仿真设计、机器人离线编程、运动部件轨迹规划及定义、虚拟PLC编程及通信配置等实践教学项目。数字孪生模型可以代替物理空间的生产线实物用于全流程实践项目教学,开辟了创新性的实践教学模式。     

基于数字孪生的工程培训模式构建与应用

为弥补传统工程培训中培训效率低、危险性高、针对性弱等缺点,提出一种基于数字孪生技术的工程培训模式.在该模式的构建过程中,阐释了在工程培训背景下数字孪生体的内涵,给出了孪生体的具体构建方法.同时,提出了训练平台的设计方案,包括培训软件的总体架构设计、系统通信架构设计、平台资源构建与资源管理方案设计等.最后,以电力系统培训...     

基于数字孪生的磁共振成像原理与技术实验平台

随着信息技术与教育的融合,教育元宇宙正逐步加快落地,将全面赋能未来在线教育新形态。数字孪生技术是元宇宙的重要底层技术之一。针对医学影像相关专业磁共振实验教学中存在的依赖实验场地、实验时间有限和成像过程封闭不可见等难题,构建了磁共振成像原理与技术数字孪生实验平台,提出了一种基于机理建模的磁共振成像仿真方法,多个实验案例表明了实验平台的有效性。该平台拓展了学习时空、降低了实验操作风险、可视化磁共振成像理论,满足医学影像相关专业的在线实验教学需要。     

基于数字孪生的混合实践教学模式研究

为了适应当前工科教育的需要,提高工科专业实践教学质量,培养学生工程创新能力,以数控技术实验实训课程为研究对象,进行了工程专业实践教学改革的探索。将当前教育领域的混合教学理念和制造工程领域的数字孪生技术方法融入工科实践教学改革的尝试,构建了基于数字孪生环境的混合实践教学平台,设计了适用于该混合实践教学环境的三层次数控技术实验实训教学方案。改革尝试证明新的教学模式有利于促进学生的自主学习,激发学生工程实践的探究兴趣,增强学生的实践动手能力和创新能力,能有效提高实践教学效果。     

非线性混沌现象的虚拟实验教学研究与实践

从非线性混沌现象实验教学的角度,提出了混沌系统3种不同的虚拟实现方法。分别给出了以Matlab程序、Simulink模型和模拟电路为实现方式的非线性混沌现象实验方案及实验结果,使学生多角度了解和认识混沌的特性,同时,提高学生的虚拟实验能力和学习积极性,为今后的学习和研究打下良好的基础。     

基于数字孪生技术的智能制造实训教学模式研究

目前智能制造类专业的实训教学大多依赖真实的物理设备,存在设备数量有限、占地面积大、实用效率低、运维成本高和师生安全隐患等明显弊端.广东省先进机器人技术教学团队基于新一代数字孪生技术探索面向智能制造专业的实训教学新模式,分析当前的实训背景,阐述实训体系的整体框架设计思路,并以智能装配区为典型介绍功能模块设计方法,以"工业...     

数字孪生校园的内涵、架构与推进路径

随着数字孪生应用领域的不断拓展,国内外学者开始关注数字孪生在教育领域的应用。数字孪生校园是学校物理空间与网络虚拟空间相互映射、协同交互的复杂系统,它具备虚实交互、数据驱动、动态可视、开放参与、以人为本等典型特征。数字孪生校园的关键技术包括物联感知、三维实景、多源数据、柔性仿真等技术。可以从基础设施层、数据资源层、平台能力层、服务应用层和实时交互层5个方面对数字孪生校园进行架构设计。     

基于数字孪生的精准调装实验平台及教学项目设计

以飞机大尺寸机身筒形结构件插接装配过程为对象,围绕插接部位不可见、不可测问题,基于数字孪生思想,提出了一种虚实结合、以虚控实的迭代递进式精准调装算法,搭建了包含飞机前机身、中机身比例实验件(以MA700前机身和中机身为参考)、六自由度并联调姿系统、手持式激光扫描仪、双目摄影测量系统、集成控制系统的实验教学平台,给出了“以虚控实”的实验流程。构建了大空间测量的实时感知、六自由度并联调姿和基于数字孪生的试装配仿真验证3个实验模块,不仅实现了智能装配、数字孪生等先进技术方法与飞机装配知识互补的理念,更锻炼了学生独立自主解决复杂工程问题的能力。     

基于数字孪生技术的机电类专业课程改革研究

文章基于数字化背景下机电类专业课程改革中存在专业课程设置与行业发展需求不兼容;教学环境与教学方式的数字化转型成效不足;专业教师数字技术应用能力亟待提升;专业实训设备更新缓慢;优质的数字化教学资源不足等问题,探索了数字孪生技术对于机电类专业课程改革的重要意义。提出关注数字化背景下机电类行业的发展与人才需求,借助数字孪生技术整合机电类课程内容,基于数字孪生技术创新教学模式;开发数字孪生技术的实训资源;开展基于数字孪生技术的“云实训”,为机电类专业课程的数字化教学改革提供参考借鉴。     

数字孪生技术的教育应用研究

数字孪生技术是具有广泛应用前景和变革性力量的新兴信息化技术.数字孪生技术的教育应用,能够克服当前大数据技术、物联网技术饱和发展阶段所面临的困境和问题,并且在人工智能技术的支撑下,利用已有教育理论和学习方法建立虚拟模型,通过仿真技术探讨和预测未来,发现和寻找更优的方法与途径,实现教育信息化2.0环境下的全周期、全数据、全空间和全要素的学习,为新时代教育的创新和发展提供新理念和新方案.     

饱和非线性波导阵列的离散孤子

利用扩展的双曲函数展开法,对饱和离散非线性波导阵列模型离散非线性薛定谔方程进行了研究,获得了多组新的精确解析局域解,包括亮孤子解、暗孤子解,以及亮、暗复合孤子解等,并给出了这些解存在对方程系数的特殊约束关系.     

浅析数字逻辑电路实验教学

从实验教学内容、实验教学方法两个方面探讨了如何做好数字逻辑电路实验教学。     

基于数字孪生的高校实验室高温设备智能化监管体系的探究

针对目前高校实验室高温设备的智能化监控力度低和缺乏数字化模型以及事故频发等问题,在基于数字孪生技术对实验室高温设备智能化监管平台设备同步和数据同步研究的基础上,设计了包括感知层、传输层、服务层、应用层的实验室高温设备智能化动态监控系统。构建了实验室高温设备的数字孪生模型,并对实验室及高温设备可视化状态监控系统进行初步建模,对高温设备的生产线监控系统的软件功能提出了包括上位机监控和下位机实现实验室风险源设备运行障碍排除、运行情况预测、设备日常维护提醒及自我思考、自我维护以及设备位置、人员位置和人员行为控制等要求的设计思路。数字孪生的高校实验室高温设备智能化监管系统可以实现设备参数、人员操作等各环节的数据采集,后台数据模型可视度高,可实现对高温设备进行动态监控、故障报警、数据分析和故障预测等智能化管理。     

数字孪生与高校思想政治理论课教师教学力研究

数字孪生技术为新时期高校思想政治教育工作数字化提供了时代机遇。教师需要具有一定的前瞻性眼光,深入探索数字孪生技术和思想政治理论课程教育与之间的联系。借助于数字孪生技术,构建出个性化、动态化、沉浸化育人场景,以深度激发思想政治教育理论课程本身具有的立德树人功能。这就需要教师在了解数字孪生技术支持下的教育场景分类,明确对教师教学力提升带来的影响,掌握提高教师教学力的策略,以发挥思想政治理论课程的最大育人价值,优化大学生的价值取向。     

基于Unity的制造业自动化生产线数字孪生平台设计

为实现制造业自动化生产线的优化运营,设计了基于Unity的数字孪生平台。首先,利用SolidWorks软件进行三维建模,在Unity平台中按与物理生产线1：1的尺寸比例完成虚拟自动化生产线的搭建;其次,在Unity平台中建立工业机器人数学模型,利用D-H参数表,进行正、逆运动学求解,实现对工业机器人的运动控制;最后,基于Snap7协议实现西门子PLC与Unity平台的数据交互。结果表明,通过数字孪生平台,可以实现生产线全流程的可视化,从而能够更好地了解生产线的运行状态,及时发现问题和解决问题。     

基于数字孪生讲台的在线沉浸式教学体系分析与流程设计

随着新技术的迅猛发展,“大数据+AI”已成为现代社会一种新的驱动力和思维方式。一种可有效实现物理世界和信息世界智能互联与交互融合的新技术——数字孪生应运而生。基于数字孪生技术,可构筑联通现实教学空间与虚拟教学空间的数字孪生讲台,并成为在线教学空间的“数字大动脉”。数字孪生讲台可分为在线学习特征分析技术和虚实教学空间融合分析技术,通过“在线教”与“在线学”间的深度融合、映射与镜像,能为在线沉浸式教学注入新的数字生产力。基于此,从教学、技术两方面,探索数字孪生讲台的在线沉浸式教学流程设计与技术运用,即基于混合式平台的教学数据采集与管理,基于多维分析的教学数据分析与建模,基于精准教学和精准管理的数据应用,基于增强现实技术的在线沉浸式教学体验,进而设计其教学流程。旨在通过数字孪生讲台的多源数据融合、虚实融合映射、教学服务融合优化,促进数字化、智能化课堂的形成,推动数智融合在教学方面的创新性应用,从而形成一种基于大数据的课堂数据互动、映射的新形态,进而革新与重塑现代教育体系。     

基于数字孪生技术的智能产线虚拟仿真实训教学研究

本研究针对传统实训存在设备费用高、部分仪器危险性高、培训效果差等问题,构建了智能产线虚拟仿真实训教学平台。该平台从实训教学背景出发,将虚拟仿真与真实设备混合,实现“仿真与实际相统一”。文章以“PLC应用技术”课程实训为例,教学设计采用工程项目应用教学,介绍了数字孪生实训平台的教学过程,通过教学实际发现该模式能突破现实教学中的场地和时空界限,激发学生兴趣,提升学生解决复杂工程问题的能力。