中国现代教育装备
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 期刊导读  
基于云存储的机械制造工艺课程设计
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2019-6-17 16:35:09
  [导读]云存储是一种新兴的网络存储技术,是信息化建设的基础要素。增强现实(AR)技术是一种全新的人机交互技术。为更好地将信息技术应用到教学实践中,提升学生对机械制造工艺课程设计的兴趣,提高教学效果和教学质量,将AR技术引入课程实践教学中,基于云存储技术利用Unity3D软件开发了一款适用于主流移动终端的教学软件,实现了多种零件及其夹具的虚拟展示,软件采用了云存储技术,提高运行速度,降低内存占用。学生通过扫描图纸和触摸屏幕操作软件,获得零件或夹具的立体虚拟模型、相关参考信息和夹具动画。该软件的应用实现了课程实践环节的浸入式教学模式,在课程教学的课前预习准备、课堂加深理解、课后及时巩固3个方面起到辅助作用。

  随着第四次科技革命的到来,涌现出很多新技术。具备自动化、智能化,提高存储效率及存储空间利用率的云存储技术和具有虚实结合、实时交互的AR技术受到了研究者的重视。

  云存储是分布式存储技术与虚拟化技术结合在一起的高科技产物。它的工作原理和工作内容同云计算十分相似。在1990年波音公司的Tom Caudell首次提出了“Augmented Reality”这一词汇。1997年Azuma等研究人员认为AR应该包含3个准则:虚实结合、实时交互和三维注册[1]。AR技术在实际物理环境视图中包含虚拟元素,以便实时创建混合现实[2]。一个完整的AR系统通常由4部分组成:摄像机跟踪定位、虚拟模型渲染、三维注册和系统显示[3]。

  机械制造工艺课程设计是机械设计制造及其自动化等相关机械类专业本科学生必修的实践性课程,是安排在修完相关专业课程(尤其是机械制造技术基础课程)之后的一次综合性实际演练。对培养学生的专业能力、加深对专业知识的理解起到了重要作用[4]。对于工科院校机械类专业的本科生,顺利完成机械制造技术的课程设计对学生深入理解和运用前序课堂教学内容有着重要意义。

  传统的机械制造工艺课程设计教育存在着一些不足,主要体现在以下3个方面:(1)教学质量不稳定,指导教师的工艺知识及经验直接影响学生课程设计的质量;(2)教师的重复性工作量大;(3)学生的重复性工作量也大,工艺设计过程中,学生需反复查阅大量相关的表格[5]。

  目前,国外学者Martin-Gutierrez等人利用增强现实技术教学内容三维展示的特点为工科学生实践培训开发了一款AR应用程序[6]。国内在机械工程相关课程的实践教学中,大连理工大学进行的AR技术辅助工程训练教学研究较为有代表性[7]。以上研究探索了AR技术在实践教学中应用的可行性,证明了采用基于AR虚实结合的手段可以辅助实践教学,在此基础上进一步探讨和深入。

  2017年笔者曾研究并开发了一套基于AR技术的机械制造工艺课程设计教学辅助系统开发[8]。考虑到移动终端的数据存储容量和系统调用的问题,其未实现多套零件和夹具的展示,同时对模型的文字信息描述不足。因此,在此基础上引入AR云存储技术,开发出一款基于云存储技术的机械制造工艺课程设计移动AR教学软件,实现了模型的云端存储,因此可提供多套零件和夹具的展示,提高了软件响应速度,减少内存占用。同时采用Easy Touch 插件,对模型的行为控制更加准确。增加课程准备新模块,进一步丰富软件文字内容,提高软件在教学中的实用性。经过测试和实践教学应用,证明该系统使用方便,减少了学生的负担,提高了学生对知识的理解程度,达到了辅助教学的目的,深受学生好评。

  1 软件系统设计

  2 教学软件系统开发与实例分析

  3 软件课堂应用分析

  4 结语

  为了帮助解决机械制造工艺课程设计教学过程所面临的学生理解困难、效率低等问题,提高教学质量及学生学习兴趣。研究并开发了一套利用智能手机终端的基于AR云存储技术的机械制造教学软件。该软件利用云存储技术,解决了移动终端数据存储问题,减小了软件容积,增强了软件的功能,实现了易于更新的特性。软件可实际应用于机械制造工艺课程设计的教学中,辅助学生完成课程设计准备工作和实现零件的AR展示。学生通过对零件的直观了解做出工艺流程的安排和后续特定工序夹具的设计。软件的使用可以有效地辅助机械制造工艺课程设计教学的进行。

  参考文献

  [1] Nincareana D. Mobile Augmented Reality: The Potential for Education[J]. Procedia-Social and Behavioral Science, 2013,103:657-664.

  [2] José MiguelMota, IvánRuiz-Rube, Juan ManuelDodero, et al. Augmented reality mobile app development for all[J]. Computers and Electrical Engineering,2018,65:250-260.

  [3] 杨晓.移动平台上的增强现实系统关键算法研究综述[J].工程技术与产业经济,2014(5):242-245.

  [4] 李旦,王娜君,陈明君.引导—激发—鼓励式课程设计指导方法的研究与实践[J].中国大学教学,2010(2):65-67.

  [5] 季光平,施平,王广林,等.一种CAPP示教系统软件的研制[J].哈尔滨工业大学学报,1994(6):129-133.

  [6] Barraza Castillo RI, Cruz S Nchez V G, Vergara Villegas.A pilotatudy on the use of mobile augmented reality for interactive experimentation inquadratic equations[J]. Mathematical Problems in Engineering, 2015:1-3.

  [7] 何福本,梁延德,张红哲,等.增强现实技术在车削加工实训教学中的应用[J].实验技术与管理,2017(3):127-129,150.

  [8] 潘旭东,孙晓磊,李旦,等.基于AR的机械制造工艺课程设计教学辅助系统开发[J].实验技术与管理,2017,34(10):139-142.

潘旭东 关靖添 霍红 闫纪红 高胜东 荣伟彬 哈尔滨工业大学机电工程学院


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