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职业教育示范性虚拟仿真实训基地项目-汽车装备制造虚拟仿真实训基地建设方案

发布时间:2023-09-14

编辑人:灵图互动

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汽车装备制造虚拟仿真实训基地建设方案以汽车制造环节中产品设计、装备制造、生产与物流、设备运维的生产制造装备工程链为主脉络,按照“以实带虚、以虚助实、虚实结合、软硬并进”原则,利用虚拟仿真技术、三维建模等技术,构建现实与虚拟融合的虚拟仿真实训基地,可有效解决智能制造技术育训教学体系中存在的装备昂贵、生产现场危险大等难题。

汽车装备制造虚拟仿真实训基地建设方案

汽车装备制造虚拟仿真实训基地的建设内容主要涵盖虚拟仿真技术研究院、智能制造虚拟仿真教学管理平台、产品设计虚拟仿真实训中心、装备制造虚拟仿真实训中心、生产与物流虚拟仿真实训中心、设备运维虚拟仿真实训中心。

虚拟仿真技术研究院主要开展虚拟仿真技术开发、教学资源开发、技术项目服务;智能制造虚拟仿真教学管理平台进行产品数据管理、知识库构建、项目管理、教学管理、教学评价、用户管理等;产品设计虚拟仿真实训中心开展“创新思维一协同工作一机电模型创建一运动仿真一生命周期仿真”的产品设计及教学;装备制造虚拟仿真实训中心为产品的机电一体化并行设计、调试与教学提供平台,实现虚拟设计、虚拟制造、虚拟调试、优化与节拍验证,降低产品复杂性风险,减少生产操作危险系数,减少调试维护工作量;生产与物流虚拟仿真实训中心实现真实制造现场与虚拟仿真场景协同、生产与物流环节远程监控等功能;设备运维虚拟仿真实训中心进行工业机器人、数控机床的生产线拆装、故障诊断、调试运行、升级改造等。

1. 虚拟仿真技术研究院

虚拟仿真技术研究院建设内容包括虚拟制造技术研发、VR生产实践、视觉前沿技术研发、动作表情捕捉实验、VR虚拟仿真教学资源项目开发、数字资产管理等,重点解决虚拟仿真教学资源种类偏少、数量不足、教学针对性不够,难以满足教学、培训、生产服务的需求等问题,主要开展三维模型构建技术、虚拟仪器技术、实验场景虚拟构建技术等技术研究,开发虚拟仿真教学资源及教学应用服务,满足智能装备技术教学的多方面需求,实现虚拟仿真实训基地的自我“造血”“驱动”功能,功能区建设主要包括虚拟仿真项目及VR教学资源项目开发区、虚拟仿真协同展示区、数字孪生教学展示区。

1.1 虚拟仿真项目及VR教学资源项目开发区

虚拟仿真项目及VR教学资源项目开发区通过校企合作的方式,进行智能制造领域的VR虚拟仿真教育实训软件、课程资源产品开发,开发一批符合行业标准的VR教学实训软件以及VR活页式课程资源,将理论与实践有效衔接,提升教学质量。校企合作开发优质的工业互联网领域VR课程资源,全面开创技术革新工作,促进科研成果孵化,将VR技术全面应用于全校各类专业群的教学实训活动中,并以成果的形式在虚拟现实体验及展示中心进行体验,通过体验及教学实训运用促进创新提升,达到“教研科研创新”的目的。

1.2 虚拟仿真协同展示区

虚拟仿真协同展示区采用四通道投影融合沉浸式显示系统,使用四通道投影边缘融合360。显示,以及纯硬件图形处理技术,向用户展示更加逼真的虚拟仿真内容,兼顾对外展示与教学实训功能,同时利用3D、VR、AR等多种虚拟现实技术手段进行工业互联网成果体验。

1.3 数字孪生教学展示区

数字孪生教学展示区通过数字孪生技术,还原真实的机器人车身焊接车间,多人协同体验工业设备的生产过程及设备机器的使用步骤及操作:在车间部署各种类型的传感器,通过定制开发的数字孪生开发板,将实体设备的运行信号传输到工业互联网仿真系统软件中,将所有获取的传感器数据整合传输至数字孪生平台,实现所有车间的设备运行数据全部展现在CAVE(洞穴状自动虚拟系统)中,并通过数据手套、交互手柄、交互笔等方式与资源进行互动。

汽车装备制造虚拟仿真实训基地的建设内容

2. 智能制造虚拟仿真教学管理平台

基于大数据技术和工业互联网等先进技术,建设智能制造虚拟仿真教学管理平台,将智能装备生产数据和实训教学资源接入云管理平台,实现产品数据管理、知识库构建、项目管理、用户管理、实验预约、实验管理、教学评价等功能,有效提升汽车装备制造虚拟仿真实训基地的装备、软件、资源等信息化管理水平。

智能制造虚拟仿真教学管理平台的功能主要围绕“虚拟仿真实训教学管理”与“资源共享”两大核心功能实现。虚拟仿真实训教学管理主要包括虚拟仿真实训室管理、VR虚拟仿真设备管理、传统实训设备管理、实训预约、实训排课、传统数字资源、VR/AR虚拟仿真教学资源管理、备课、授课、线上线下学习、VR练习/实训/考核以及VR实训教学诊断与分析等功能。

资源共享主要包括其他院校/个人/企业实训预约、线上线下学习、招聘与就业、项目对接等功能。平台实现实训教学的统一管理、开放共享,实现虚拟实训、实体实训及实训仪器、实训教学等教学资料的扩展性、兼容性、前瞻性管理和共享,实现校内校外、本地区及更广范围内的实训教学资源共享,满足多地区、多学校和多学科专业的虚拟仿真实训教学的需求。

另外,平台采用云渲染/边缘渲染技术、跨平台浏览器和多硬件终端适配技术、软件开发工具技术、数据采集及挖掘技术、与第三方接口的数据对接等多种当前主流或前沿技术,从技术层面为平台的建设提供底层支撑。

3. 产品设计虚拟仿真实训中心

产品设计虚拟仿真实训中心围绕汽车企业新产品研发过程中产品创新构思难、产品试制材料费高、试制周期长、试制效率低、产品参数验证工程量大、产品性能及寿命预测无处下手等难点,建设机械协同创新设计与制造平台,实现汽车零部件的建模设计与仿真、虚拟制造、虚拟装配等功能,有效弥补机械类专业产品设计环节的实践教学功能不足。

产品设计虚拟仿真实训中心通过搭建PLM(产品生命周期管理)平台,将成熟的二维CAD、三维CAD、PDM(产品数据管理)、CAPP(计算机辅助工艺过程设计)等系统集成在统一的产品生命周期管理平台上,以产品数据为核心,满足用户需求、订单信息、产品开发、工艺设计、生产制造、维护维修整个生命周期过程中的不同类型数据管理、过程管理,以及跨部门、跨区域和供应链协同工作的软件系统及解决方案的各类需求。

4. 装备制造虚拟仿真实训中心

在汽车、机械装备产业链中的制造环节,工业机器人、数控机床以及生产线是最典型的装备,在现有的工业机器人、数控机床、机电一体化技术实训区的基础上,结合原有的工业仿真调试软件,完善现有设备虚拟仿真实训资源开发,结合汽车、机械企业的零部件制造工艺,新建装备制造虚拟仿真实训中心,开发工业机器人生产线线体设计与调试虚拟区的教学资源和软件,满足多专业的体验、教学、预实训、开发等需求,解决学生工程实践过程中实训设备工位数不足、设备投入高、生产类设备教学利用率低、部分生产环境危险性大等问题。

装备制造虚拟仿真实训中心

5. 生产与物流虚拟仿真实训中心

生产与物流虚拟仿真实训中心在装备制造工程实践教学链中处于中心位置,在学生的职业岗位能力形成中起到重要作用。但是,在专业教学中仍存在诸多不足,生产和物流系统难以和教学培训体系对接,如生产流程难以介入教学、生产设备难以使用、物流系统范围过大、现场作业危险性较大等。中心在现有的典型机械加工工艺实训区基础上,新建数字孪生仿真区、智能工厂MR混合现实仿真实训

区、物流配送AR仿真实训区,将更有效地为生产与物流运行环节的实践教学提供补充。

5.1 数字孪生仿真区

基于校内汽车零部件柔性制造工厂,建设数字孪生工厂仿真区。通过数字孪生技术与柔性制造工厂对接,构建数据采集与现场运行监控虚拟仿真场景,可视化地展现生产设备状态,解决生产线现场不利于开展实践教学的难题。

5.2 智能工厂MR仿真实训区

建设智能工厂MR仿真实训区,通过虚拟的方式实现智能工厂结构、生产运行、控制系统运作的可视化展示,采用虚拟现实、人工智能等技术手段构建与真实制造现场同步运行的虚拟仿真场景,可视化地展现控制流程及生产节拍,直观地展示各项技术的关联融合,解决智能工厂由于多种技术高度融合不利于开展实践教学的难题。

5.3 物流配送AR仿真实训区

建设物流配送AR仿真实训区,虚拟实现智能机器人快速拣货,大数据计算运输路线,无人搬运车、无人机、爬楼机帮助送件的功能,解决汽车零部件集配实训基地中“人找货”、纸质记录、以人记忆实行仓库管理等弊端,有效补充物流配送系统教学空白,解决大范围、多流程教学难点。

6. 设备运维虚拟仿真实训中心

建设工业机器人拆装虚拟仿真、数控机床拆装虚拟仿真、智能装备故障维修虚拟仿真实训中心,以进一步完善生产设备运维与保障实践环节的教学功能。通过虚拟的方式实现工业机器人、数控机床、生产线拆装、故障诊断、调试运行、升级改造等功能,可视化、动态化地展示各种正确或错误操作的细节及结果,排除运维技术学习障碍,提升维修实训教学效率。

设备运维虚拟仿真实训中心

6.1 工业机器人、数控机床拆装虚拟仿真区

工业机器人虚拟仿真工作站以搬运、弧焊、点焊、涂胶工业机器人为参考蓝本,数控机床虚拟仿真工作站以数控车、数控铳、加工中心为参考蓝本,将工业机器人、数控机床各种工艺应用以及其主要的组成部件建立虚拟仿真模型,实现功能及结构展示,包含爆炸、旋转、拖动、放大缩小、隐藏透明等功能,主要部件配以文字介绍,能对主要工艺系统和零部件的结构进行虚拟仿真拆装实训

6.2 智能装备故障维修虚拟仿真区

智能装备故障维修虚拟仿真区基于汽车、机械制造典型的成套生产装备,如总拼焊装线、差速器加工生产线等,通过虚拟仿真建模,实现设备故障诊断、运行调试、维修等教学,通过云管理平台实现维修类实践课程远程教育功能,服务于企业员工终身教育以及国际化远程教学。

汽车装备制造虚拟仿真实训基地通过构建虚拟和真实结合的实训操作环境和涵盖汽车制造环节中产品设计、装备制造、生产与物流、设备运维等完整工程链教学资源,营造开放、自主、交互的虚拟学习环境,促进专业群高质量地开展教学及技术研发,服务区域产业高质量发展以及国际化进程,解决了教学中危险性较高、可视化较差等难点痛点,让学生在校期间能尽快适应产业的变革,为区域汽车、机械制造产业提供人才与技术支持。

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