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论文关键词：水力 制造工艺 虚拟现实技术
论文摘要：水力机械制造工艺是水力机械及工程专业方向学生的一门重要的专业必修课。由于该课程实践性强的特点，在教学过程中引入虚拟现实技术就具有十分重要的意义。水力机械制造工艺课程教学中应用虚拟现实技术再现了真实的零件结构、零部件的装配过程和典型零件的数控加 工过程，对改进教学效果起到 了一定的作用。同时，本文提出了今后在课程建设 中完善的方向。对其它同类课程的教学具有一定的参考价值。
水力机械制造工艺是热能与动力工程专业水力机械及工程方向学生的一门重要的专业必修课。根据该专业本科培养目标，要求学生具有宽广的理论基础、较强创新能力和适应能力，能在流体机械及工程等部门从事开发、研究、设计、运行、现代 、科学研究、教学等方面的工作。事实上，近三年该专业的毕业生就业率均保持了较高水平，水力机械及工程专业方向的学生到专业对口部门的占到了 70％ 以上，而这些毕业生所从事的主要工作就是水力机械的设计与制造。由此可以看出，学生如果能在在校期间掌握好流体机械特别是水力机械制造工艺的相关知识，将对他们今后的工作大有裨益，这将促进他们将理论知识 和生产实际相结合以增强他们工作岗位的适应能力。
水力机械制造工艺是一门实践性很强的课程，所涉及的相关基础理论、基础知识也相当广泛。根据教学大纲的安排，该门课程应在学生学习完流体力学、工程、机械工程基础、流体机械原理、流体机械结构及强度等课程的基础上开设。在教学过程中最好能够在学习该门理论课程的同时到水力机械制造厂参观，这将有助于学生建立起对加工设备、加工零件、加工的感性认识，提高教学效果。但是实际教学过程中，没有条件能够达到这样的要求。况且大中型的水轮机零部件尺寸较大、结构复杂，加工制造工艺涉及的问题较多，即使是到专业的水力机械生产厂的加工现场也很难对其结构和加工过程有全面深人的了解。因此，按照传统的教学方法和手段，让学生通过书本上的插图对所学的对象，如零件、加工设备、设备等进行了解，学生很难有深刻的认识 ，况且部分插图书中没有附上，结果制造工艺课程学完了，部分学生到了工厂还是会把车床误认为铣床，一些专业典型零件也看似很陌生，由此可见传统的教学手段取得的效果并不理想，学生并不能将课堂所学与实际有机联系起来。为此，我们将虚拟现实技术引入到水力机械制造工艺的教学中，将抽象的零件和加工过程形象化，以帮助学生直观地观察零件结构，理清零部件的装配关系，进一步理解结构设计与加工工艺的关系，并将加工过程中所涉及工装夹具、机床、刀具等素材通过虚拟现实技术融入到教学课件中，从而缩短理论与实际的距离。
虚拟现实技术是近年来发展起来的新兴技术 ，在各个领域逐步得以开发应用。根据沉浸程度的不同，可将虚拟现实分为桌面式、大屏幕式、沉浸式和舱室仿真器四种类型…。其中桌面虚拟现实是一种初级的虚拟现实，它的沉浸度差，但最为简单，制作低，易于普及和实现。本课程教学中使用的仿真系统就是采用 VRML (VirtuaI RealityModeling Language，虚拟现实建模)开发的桌面式虚拟现实仿真系统，以配有高性能的图形加速卡的 Pc机为开发平台，其性能能够满足系统实时性的要求。虚拟现实技术在最近十几年得到了飞速的发展，由于其特有的仿真特性，如沉浸感、时实交互性、想象力和三维图形等，它正在成为解决工程问题 的一种重要方法，也是实现辅助教学 的重要 手段。
在水力机械制造工艺课程教学中，为了真实地再现水力机械典型零部件的结构，我们采用了功能强大的 CAD／cAM一体化软件 unigraphics 进行零件的三维建模，以 word的格式输出，再利用 VRML对各零件的显示颜色、材质、光照等进行渲染 ，这样就可以利用安装了 Cortona插件的 IE浏览器进行零件的浏览了，从而脱离了复杂的 UG软件环境。在浏览器里可以通过插件上的控件对三维模型进行旋转、平移、放大等操作，帮助学生全方位 的了解课程中所讨论的对象，增强学生的感性认识。图 1、2分别为水轮机座环和水轮机顶盖的三维模型，在讲解到此类典型环形类零件的加工时，就可以通过旋转放大等操作全方位地浏览三维模型，比较它们结构上的异同，深入理解结构设计的正确性和合理性，认清关键加工部位，为拟订高效合理的加工工艺方案奠定基础。
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《现代》课程代码C020701学分/学时3.0/54开课时间秋课程名称现代 开课学院与动力工程学院任课教师胡洁面向专业全校所有专业预修课程大学本科领域课程课程讨论时数18 (小时)课程实验数0 (小时)课程内容简介
现代课程从宏观层面上讲述现代机电产品中的基本哲理，准则，总体评估与优化以及现代方法与手段四个方面的内容。包括：创新与思维；“人――机――”大系统观；现代中的摩擦学准则，可靠性准则，人机工程学准则，美学准则，可持续发展准则；从参数工艺到总体的广义优化理论与产品的全生命周期评估；基于CAD/CAM/CAE的现代方法与工具等。现代是一门创新课程，目的在于培养学生主持机电产品总体与评估的能力，建立所需的知识结构。其中阐述现代中的世界观与方，源自美国学派的创造学；德国学派的方；价值工程；工程学；以及可持续发展战略五个领域知识。
课程内容简介（英文）
On a macroscopical basis, the course ADVANCED MACHINE DESIGN tells about four branches of knowledge that are used in modern electromecha basic philosophy, principles, universal design evaluation and optimization methods, modern design methods and artifices. The main contents include: innovation an “human―machinery―environment ” tribological principle, reliability principle, human―machine engineering principle, aesthetics principle and sustainable development principle which are u generalized optimizing theory used from parametric, technology to overall engineering and life cycle a modern designing methods and tools based on CAD/CAM/CAE. ADVANCED MACHINE DESIGN is an innovatory course aimed at helping students to cultivate relevant ability and construct needed knowledge from the perspective of overall design and evaluation. Particularly, design philosophy above mentioned elaborates cosmology and methodology used in modern design. It originated from five branches of theory including: American German d engineering psychology and sustainable development strategy.
教学大纲第一篇 现代1创造与思维原理和方1.1创新思维与方法1.2基于功能的思维1.3基于产品寿命周期的思维1.4基于过程的思维2人－机－与大系统观2.1&人－机－&大系统的组成与运行2.2功能分配2.3人的生理和素质2.4因素和可持续发展观第二篇 现代的准则和方法3摩擦学准则与方法3.1中的摩擦学问题3.2摩擦表面3.3摩擦与摩擦3.4磨损与抗磨3.5流体动力润滑4可靠性准则与方法4.1可靠性发展过程4.2可靠性定义及指标的量化4.3可靠性的模型4.4系统可靠性的综合与分解4.5可靠性的最优化4.6可靠性仿真与试验5人机工程学准则与方法5.1基于人体感觉器官的人机界面5.2基于人体形态学的人机界面5.3基于人体力学的人机界面5.4基于人－（HC）界面的人机工程学6工业准则与方法6.1工业概述6.2技术美学与造型的美学原则6.3造型中的色彩问题6.4造型中的肌理问题6.5产品的造型7绿色产品7.1污染对产品的挑战7.2绿色产品的基本概念和原则7.3绿色产品的基本方法和工具7.4绿色产品的展望第三篇 现代中的广义优化8参数优化8.1建模技术8.2一维搜索方法8.3无约束优化算法8.4约束优化算法8.5商品化软件的特点与应用9结构的优化9.1使用的优化9.2结构的加工工艺性优化9.3结构的装配与拆卸工艺性优化9.4力学优化9.5健壮10产品总体的优化10.1目标与过程10.2优化对象的确定10.3总体的评价与决策11遗传算法概述11.1遗传算法概貌11.2单纯型遗传算法11.3谢马塔（Schemata）定理11.4遗传算法的有关操作规则和方法11.5遗传算法的应用实例第四篇 辅助12
现代过程中的建模方法12.1 产品的建模方法12.2 多学科协同建模方法12.3 复杂产品建模方法13
现代产品与优化方法13.1 智能优化方法13.2 鲁棒方法13.3 多学科优化14 现代过程中的仿真方法14.1 系统、模型与仿真14.2 单学科的仿真方法14.3 多学科并行协同仿真方法14.4 支持复杂产品的虚拟样机方法15
现代过程中的协同方法15.1 现代过程中的协同模式15.2 现代过程中的协调管理15.3 现代过程中的冲突管理15.4 协同在各领域中的应用16
现代过程中的集成方法16.1 现代过程中的信息集成16.2 现代过程中的知识集成16.3 现代过程中的企业间集成 课程进度计划 (无)
课程考核要求1.根据教学内容，结合学生的专业方向，任课老师出一组论文题目。学生可以自选题目，结合自己的研究方向写一篇小论文；2.教师对学生论文进行评定，按A、B、C、D的等级评成绩；3.对于成绩为A的优秀论文，将给予评语，并在网上公布。 参 考 文 献
1. 王成焘;现代;上海：上海科学技术文献出版社;19992. 戚昌滋，侯传绪;创造性方;北京：中国工业出版社;19873. [德]R.柯勒;方;北京科学出版社;19904. 丁玉兰;人机工程学;北京：北京理工大学出版社;19915. 朱祖祥;工程学;上海：华东师范大学出版社;1990
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