一种虚实结合的发动机维修实训仿真系统及方法与流程

1.本发明涉及发动机维修模拟训练的技术领域，特别是涉及一种虚实结合的发动机维修实训仿真系统及方法。


背景技术：

2.发动机的拆装及维修是专业院校的重要实践课程之一，需要学员对发动机的整个工作原理、结构部件和故障原因有较为清晰的认识，并且能够熟练、准确的进行拆装和维修。但经过调查发现，在日常的维修教学课程中，为了降低成本，教学中一般采用替代的发动机教学设备，而现有替代的教学设备存在无法反复拆装、发动机无法设置故障点供学员反复练习、无法将实训练习与理论知识进行结合教学等问题，且其外观和可拆装部件与真实发动机相差甚远，导致发动机维修的实训效果不佳。
3.因此，在现有的发动机维修实训教学过程中，发动机维修训练设备和训练方法还有待进一步改进和完善。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提出一种虚实结合的发动机维修实训仿真系统及方法。
5.本发明的目的通过以下技术方案实现：
6.本发明提供了一种虚实结合的发动机维修实训仿真系统，包括：发动机维修拆装模块、电气控制模块和维修训练演示模块，所述发动机维修拆装模块与电气控制模块通讯连接，所述电气控制模块与维修训练演示模块通讯连接，所述发动机维修拆装模块包括设置发动机故障后可启动故障并恢复故障的发动机维修训练模型，所述电气控制模块包括向发动机维修训练模型发送启动故障信号并在发动机维修训练模型恢复故障后接收恢复故障信号，同时将启动故障信号与恢复故障信号发送给维修训练演示模块，所述维修训练演示模块根据接收的启动故障信号与恢复故障信号进行发动机的维修训练演示。
7.作为进一步的改进，所述维修训练演示模块向电气控制模块发送演示启动故障信号，电气控制模块根据接收的维修训练演示模块的演示启动故障信号向发动机维修训练模型发送启动故障信号。
8.作为进一步的改进，所述发动机维修训练模型包括透明壳体以及设于透明壳体内的曲柄连杆机构、配气机构、前后联动机构、进排气机构、润滑子系统、冷却子系统、燃油供给子系统和起动子系统。
9.作为进一步的改进，所述发动机维修训练模型的润滑子系统、冷却子系统和燃油供给子系统设置故障是通过在透明壳体内分别布置与润滑路、冷却路和燃油路走向相同的发光流水灯路，所述发光流水灯路与电气控制模块连接。
10.作为进一步的改进，所述维修训练演示模块包括至少一个显示器、至少一个存储器、至少一个处理器和演示通讯接口，所述存储器上存储有训练演示软件，所述处理器用于
运行训练演示软件并通过显示器显示发动机故障维的训练演示过程，所述演示通讯接口与电气控制模块连接。
11.作为进一步的改进，所述训练演示软件包括发动机维修理论学习功能、根据发动机维修训练模型构建的虚拟模型的拆除训练功能和故障排除功能，以及发动机维修训练考核评估功能。
12.作为进一步的改进，所述发动机维修训练模型设置发动机故障是通过在发动机维修训练模型上设置用于可启动故障并恢复故障的故障开关，所述故障开关与电气控制模块连接。
13.本发明提供的一种虚实结合的发动机维修实训仿真系统，包括：发动机维修拆装模块、电气控制模块和维修训练演示模块，所述发动机维修拆装模块与电气控制模块通讯连接，所述电气控制模块与维修训练演示模块通讯连接，所述发动机维修拆装模块包括设置发动机故障后可启动故障并恢复故障的发动机维修训练模型，所述电气控制模块包括向发动机维修训练模型发送启动故障信号并在发动机维修训练模型恢复故障后接收恢复故障信号，同时将启动故障信号与恢复故障信号发送给维修训练演示模块，所述维修训练演示模块根据接收的启动故障信号与恢复故障信号进行发动机的维修训练演示。本发明在使用时，预先在发动机维修训练模型上设置发动机故障后，在维修实训时，通过操作电气控制模块向发动机维修训练模型发送启动故障信号以启动发动机故障，通过对发动机拆卸并对故障维修后，向电气控制模块发送恢复故障信号，同时电气控制模块将启动故障信号和恢复故障信号发送给维修训练演示模块进行故障启动、故障维修和故障恢复演示，适用于针对发动机构造、工作原理、操作使用、维修保养、故障设置与排除等辅助教学与训练，可用于原理教学、拆装、维修训练、考核评估等应用场景，使发动机维修训练与教学演示之间更好的互动。
14.本发明还提供一种虚实结合的发动机维修实训仿真方法，包括上述一种虚实结合的发动机维修实训仿真系统的任一项改进内容，具体包括如下步骤：
15.s1、在发动机维修训练模型上预设用于发动机维修训练故障启动和故障恢复的故障点，所述故障点与电气控制模块通讯连接；
16.s2、在进行发动机维修故障训练时，实物训练通过电气控制模块对发动机维修训练模型发送启动故障信号操作故障点启动维修故障，同时电气控制模块将启动故障信号发送给维修训练演示模块进行虚拟维修训练启动故障同步演示；实物训练对发动机维修训练模型拆卸维修后对故障点进行恢复故障操作并将恢复故障信号发送给电气控制模块，同时电气控制模块将恢复故障信号发送给维修训练演示模块进行虚拟维修训练恢复故障同步演示。
17.作为进一步的改进，通过电气控制模块对发动机维修训练模型发送启动故障信号操作故障开关打开以启动维修故障；对发动机维修训练模型拆卸维修后操作故障开头关闭以发送恢复故障信号给电气控制模块。
18.本发明提供的一种虚实结合的发动机维修实训仿真方法，由于采用了一种虚实结合的发动机维修实训仿真系统的技术内容，其应当具有相同或相应的技术效果，因此不再进行赘述。
附图说明
19.图1为本发明一种虚实结合的发动机维修实训仿真系统的整体结构示意图；
20.图2为本发明实施例的灯光演示控制线路图；
21.图3为本发明实施例的发动机喷油管结构示意图；
22.图4为本发明实施例的冷却子系统的冷却灯路走向示意图；
23.图5为本发明实施例的润滑子系统的润滑灯路走向示意图；
24.图6为本发明实施例的电气控制模块的结构示意图；
25.图7为本发明实施例的发动机维修训练模型故障点与电气控制模块连接示意图；
26.图8为本发明实施例的训练演示软件的结构示意图；
27.图9为本发明实施例的训练演示软件的设计思路示意图。
具体实施方式
28.结合图1所示，本发明实施例提供一种虚实结合的发动机维修实训仿真系统，包括：发动机维修拆装模块1、电气控制模块2和维修训练演示模块3，所述发动机维修拆装模块1包括设置发动机故障后可启动故障并恢复故障的发动机维修训练模型，所述发动机维修拆装模块1与电气控制模块2通讯连接，所述电气控制模块2与维修训练演示模块3通讯连接。结合图6所示，本实施例的电气控制模块2可选但不仅限于为：可编程逻辑控制器(programmable logic controller，plc)，型号为fbs-24mat2-ac，在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制发动机维修训练模型，本实施例包括对发动机维修训练模型的故障开关信号采集、开关信号输出和电机驱动输出等。发动机维修拆装模块1、电气控制模块2和维修训练演示模块3通讯连接，优选采用以太网通讯的方式，应用协议为modebus-tcp伺服模式，通讯接头采用网络rj-45。所述电气控制模块2包括向发动机维修训练模型发送启动故障信号并在发动机维修训练模型恢复故障后接收恢复故障信号，同时将启动故障信号与恢复故障信号发送给维修训练演示模块3，所述维修训练演示模块3根据接收的启动故障信号与恢复故障信号进行发动机的维修训练演示。
29.本发明在使用时，预先在发动机维修训练模型上设置发动机故障后，在维修实训时，通过操作电气控制模块2向发动机维修训练模型发送启动故障信号以启动发动机故障，通过对发动机拆卸并对故障维修后，向电气控制模块2发送恢复故障信号，同时电气控制模块2将启动故障信号和恢复故障信号发送给维修训练演示模块3进行故障启动、故障维修和故障恢复演示，适用于针对发动机构造、工作原理、操作使用、维修保养、故障设置与排除等辅助教学与训练，可用于原理教学、拆装、维修训练、考核评估等应用场景，使发动机维修训练与教学演示之间更好的互动。
30.发动机维修训练模型包括透明壳体11，以及设于透明壳体11内的曲柄连杆机构12、配气机构13、前后联动机构14、进排气机构15、润滑子系统16、冷却子系统17、燃油供给子系统18和起动子系统19。透明壳体11包括曲轴箱、附件托架、飞轮壳、气缸盖与气缸套、油底壳等，透明壳体11优选采用亚克力材料制作，机械部分由与真实发动机部件1:1的仿真部件制成，在维修训练时使学员能清晰的展示模型的结构组成和连接关系。发动机部件的具体结构此处不再赘述，以实现本发明实施例中所述的方案为依据。
31.发动机维修训练模型在电机带动下模拟发动机真实运行过程，电机包括直流调速电机和电机驱动模块，结合图6所示，电机驱动模块与电气控制模块2连接，用于控制发动机的启停，电机驱动模块和电机的电压为dc24v，功率为250w。电机驱动模块有两个输入点，其中一个输入点用于实现停机、怠速、中速和高速的调速，另一个输入点用于控制电机的正、反转。电机通电后，面向飞轮端，曲轴逆时针转动，曲柄连杆机构12能够模拟曲轴的旋转运动、活塞的直线运动，根据发动机的工作顺序和工作过程，模拟的配气机构13能定时开启和关闭进气门、排气门，展示换气过程；模拟进排气机构15气缸的进气、压缩、做功和排气的四个行程；模拟前后联动机构14的工作状态；模拟冷却风扇的工作状态。
32.结合图2所示，根据发动机作功原理，发动机维修训练模型的润滑子系统16、冷却子系统17和燃油供给子系统18设置故障是通过在透明壳体11内分别布置与润滑路、冷却路和燃油路走向相同的发光流水灯路，根据维修训练需求，可在润滑灯路、冷却灯路和燃油灯路上设置故障点，所述发光流水灯路与电气控制模块2连接。燃油灯路根据发动机喷油管结构设置，如图3所示，发动机工作缸作功顺序为1(左1缸)
→
8(右4缸)
→
3(左3缸)
→
6(右2缸)
→
4(左4缸)
→
5(右1缸)
→
2(左2缸)
→
7(右3缸)。冷却灯路的设置如图4所示，冷却子系统17中水泵内叶轮转动，出水口至机油热交换器然后到机体左右水腔，机体左右水腔流入中冷器入水口，然后进入进气筒水腔内。润滑灯路的设置如图5所示，机油泵出油管经内油道至机油热交换器到平衡轴箱体内油道，再到机油滤清器然后分别流入主油管和离心式机油滤清器；主油管对各部件润滑后分流到左右中冷器及左右涡轮增压器后流入油底壳。
33.发动机维修训练模型设置发动机故障是通过在发动机维修训练模型上设置用于可启动故障并恢复故障的故障开关，如图7所示，所述故障开关与电气控制模块2连接，本实施例的发动机维修训练模型上设置的故障点包括如下：
34.a)在燃油发光流水灯路上设置油路故障开关，模拟发动机不能起动的故障；
35.b)设置起动电机故障开关，模拟发动机不能起动的故障；
36.c)设置喷油器卡死故障开关，模拟发动机功率不足的故障；
37.d)设置喷油器雾化故障开关一，模拟发动机功率不足的故障；
38.e)设置喷油器雾化故障开关二，模拟发动机过热的故障；
39.f)设置空气滤堵塞故障开关一，模拟发动机功率不足的故障；
40.g)设置空气滤堵塞故障开关二，模拟空气滤维护指示灯亮的故障；
41.h)设置增压器故障开关，模拟发动机功率不足的故障；
42.i)设置柴油滤堵塞故障开关，模拟发动机功率不足的故障；
43.j)设置机油滤堵塞故障开关，模拟机油压力太低的故障。
44.作为进一步优选的实施方式，所述维修训练演示模块3向电气控制模块2发送演示启动故障信号，电气控制模块2根据接收的维修训练演示模块3的演示启动故障信号向发动机维修训练模型发送启动故障信号，通过维修训练演示模块3经电气控制模块2控制发动机维修训练模型的故障启动，在进行维修训练演示时结合演示内容更直观的向学员展示故障产生、故障排除和故障维修的过程。
45.作为进一步优选的实施方式，所述维修训练演示模块3包括至少一个显示器31、至少一个存储器32、至少一个处理器33和演示通讯接口34，显示器31、存储器32、处理器33和演示通讯接口34组成计算机(personal computer，pc)，所述存储器32上存储有训练演示软
件，所述处理器33用于运行训练演示软件并通过显示器31显示发动机故障维修的训练演示过程，所述演示通讯接口34与电气控制模块2连接。
46.训练演示软件的设计思路如图9所示，使用unity引擎开发，编程语言为c#，结合图8所示，所述训练演示软件包括发动机维修理论学习功能、根据发动机维修训练模型构建的虚拟模型的拆除训练功能和故障排除功能，以及发动机维修训练考核评估功能，实现拆除训练功能和故障排除功能，其中，用于拆除训练功能和故障排除功能的发动机维修训练虚拟模型采用三维数据结合元数据的机械信息模型(machine information model)，使用高清渲染管线技术，支持发动机的正向和延迟渲染，为高逼真的发动机虚拟仿真提供了超写实的效果、以及卓越光照质量与性能提升，拆除训练功能包括拆卸学习子功能和装配学习子功能，对发动机的运行进行动画演示，在符合真实发动机运行原理的条件下模拟发动机的各种工况，发动机运行时，外壳结构件透明，外壳内展示发动机的油路流向、冷空气走向和热空气走向等效果。在发动机机构或子系统较为复杂时，可通过炸开功能，将发动机维修训练虚拟模型炸散，观察系统中的各个部件。故障排除功能包括常见故障子功能和故障训练子功能，常见故障子功能通过文字结合发动机维修训练虚拟模型展示发动机的常见故障；故障训练子功能可根据发动机维修训练模型的实际训练对发动机维修训练虚拟模型进行故障点设置，并与实际维修训练的内容同步展示故障发生、故障排除和故障维修，需要对同一故障点进行重复维修训练讲解时，故障训练子功能还可在发动机维修训练虚拟模型上启动特定故障点，并同时向电气控制模块2发送启动故障信号，由电气控制模块2对发动机维修训练模型发送启动故障信号操作故障点启动维修故障，方便虚拟演示与真实训练操作相结合。
47.本发明实施例还提供一种虚实结合的发动机维修实训仿真方法，包括上述一种虚实结合的发动机维修实训仿真系统的任一项实施方式，以及在不冲突的情况下，各实施方式之间的组合，其相同的技术内容，以及与一种虚实结合的发动机维修实训仿真系统产生的相同或相应的技术作用和有益效果在此不再赘述。虚实结合的发动机维修实训仿真方法具体包括如下步骤：
48.s1、在发动机维修训练模型上预设用于发动机维修训练故障启动和故障恢复的故障点，所述故障点与电气控制模块2通讯连接；
49.s2、在进行发动机维修故障训练时，实物训练通过电气控制模块2对发动机维修训练模型发送启动故障信号操作故障点启动维修故障，同时电气控制模块2将启动故障信号发送给维修训练演示模块3进行虚拟维修训练启动故障同步演示；实物训练时，学员对发动机维修训练模型拆卸并进行维修后，操作使故障开头关闭以发送恢复故障信号给电气控制模块2，对发动机维修训练模型拆卸维修后对故障点进行恢复故障操作并将恢复故障信号发送给电气控制模块2，同时电气控制模块2将恢复故障信号发送给维修训练演示模块3进行虚拟维修训练恢复故障同步演示。
50.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
51.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。