一种基于虚拟现实的汽车模具设计与制造仿真教学系统的制作方法

1.本发明属于教学技术领域，涉及仿真教学系统，特别涉及一种基于虚拟现实的汽车模具设计与制造仿真教学系统。


背景技术：

2.模具作为制造之母，对振兴中国制造业有着至关重要的作用。汽车模具作为制造业的重要组成部分，在决定国家制造业水平、推动国民经济发展等方面起重要作用。为满足制造业对模具人才培养的新要求，多所高校和职业院校均开设了汽车覆盖件成形技术及模具相关的专业课程，由于此类课程对实践能力要求较高，各高校和职业院校在实际教学过程中，受资金条件、设备条件、人身安全等因素限制，常采用“老师操作、学生观看”或以ppt讲解为主的模式进行教学，导致学生缺乏学习兴趣，知识点理解不彻底，实践动手能力差，缺少模具企业生产现场的真实体验。
3.因此，该教学模式已无法满足培养符合社会需求的模具人才的要求，研究新型的教学模式尤为重要。
4.以虚拟现实技术为依托，借助虚拟现实技术中沉浸式的代入感、三维立体的空间感和人机交互的真实感，开发适用于汽车覆盖件成形技术及模具专业课程教学和实践的虚拟仿真教学系统，打破时间和空间的限制，革新教育的固有模式，对提高学生的学习兴趣、增强动手实践能力及开发学生的自主能动性具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于虚拟现实的汽车模具设计与制造仿真教学系统，系统界面美观、操作流畅、交互性强的、可用于理论教学和实践教学，提高学生学习的兴趣，增强学生自主能动性。
6.本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
7.一种基于虚拟现实的汽车模具设计与制造仿真教学系统，其特征在于：包括模具认知系统、项目管理系统、工艺开发系统、模具设计系统、模具制造系统、模具装调系统、案例展示系统及考核评价系统；
8.所述模具认知系统用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件及其模具基本知识；
9.所述项目管理系统、工艺开发系统、模具设计系统、模具制造系统及模具装调系统均为按照汽车模具企业模具设计与制造生产流程而设计的虚拟仿真场景，以向学生还原企业真实的生产场景；所述项目管理系统用于教师教学演示或学生自学模具项目流程化管理的模式及重要性；所述工艺开发系统用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件冲压成形工艺分析及设计流程、理论、方法及技巧；所述模具设计系统用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具设计流程、理论、方法及技巧；所述模具制造系统用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具制造过程、工艺、方法及技巧；所述模具装调系统用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具装配调试过程、工作原理、基本结构及拆装流程；
10.所述案例展示系统用于学生自学巩固和应用汽车覆盖件模具设计与制造相关理论知识及设计技能；
11.所述考核评价系统用于学生在无提示的条件下完成模具设计理论知识和模具拆装的自我检测。
12.而且，所述模具认知系统包括汽车覆盖件模块、覆盖件模具模块及教学案例模块，所述汽车覆盖件模块的模块界面设计有可鼠标点击的定义、分类、特点及要求“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件基本知识；所述覆盖件模具模块的模块界面设计有可鼠标点击的拉延模、修边冲孔模、翻边整形模及斜楔模“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学覆盖件模具基本知识；所述教学案例模块的模块界面设计有可鼠标点击的覆盖件实物、模具实物、覆盖件数模及模具数模“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件及其模具实例。
13.而且，所述项目管理系统包括项目前期模块、项目实施模块及项目交付模块，所述项目前期模块的模块界面设计有可鼠标点击的项目策划、技术准备、建立项目组织机构及制定计划“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学模具项目管理的前期工作内容；所述项目实施模块的模块界面设计有可鼠标点击的处理信息、归纳统计、监督职能、成本控制及质量控制“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学模具项目实施阶段的工作内容；所述项目交付模块的模块界面设计有可鼠标点击的模具验收及沟通交流“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学模具项目交付阶段的工作内容。
14.而且，所述工艺开发系统包括工艺分析模块、拉延工艺设计模块、修边冲孔工艺设计模块、翻边工艺设计模块及教学案例模块，所述工艺分析模块的模块界面设计有可鼠标点击的产品数模、冲压工艺规划及cae成型性分析“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件冲压成形工艺分析的工作内容；所述拉延工艺设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的拉延方向设计、压料面设计、工艺补充设计、拉延筋设计、工艺孔设计及工艺切口设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件拉延工艺设计理论、方法、技巧；所述修边冲孔工艺设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的修边方向设计、修边形式设计及冲孔设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件修边冲孔工艺设计理论、方法、技巧；所述翻边工艺设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的翻边方向设计及翻边形式设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件翻边工艺设计理论、方法、技巧；所述教学案例模块的模块界面设计有可鼠标点击的翼子板工艺设计、前围板工艺设计及前门框工艺设计“交互性”按钮，通过完整的实际工程案例用于教师教学演示或学生自学，巩固和应用汽车覆盖件冲压成形工艺分析及设计理论、方法、技巧。
15.而且，所述模具设计系统包括拉延模设计模块、修边冲孔模设计模块、翻边整形模设计模块、斜楔模设计模块及教学案例模块，所述拉延模设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的整体结构规划、工作零件设计、导向零件设计、压边零件设计及通用结构设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件拉延模设计流程、理论、方法、技巧；所述修边冲孔模设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的整体结构规划、冲裁力计算、冲裁间隙计算、工作零件设计及废料处理设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件修边冲孔模设计流程、理论、方法、技巧；所述翻边整形模设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的整体结构规划、工作零件设计、翻边整形力计算、翻边与压料行程及顶
出器设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件翻边整形模设计流程、理论、方法、技巧；所述斜楔模设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的斜楔机构设计、压件机构设计及复位机构设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件斜楔模设计流程、理论、方法、技巧；所述教学案例模块的模块界面设计有可鼠标点击的前围板模具设计及翼子板模具设计“交互性”按钮，通过完整的实际工程案例用于教师教学演示或学生自学，巩固和应用汽车覆盖件模具设计理论、方法、技巧。
16.而且，所述模具制造系统包括生产准备模块、模具机械加工模块及教学案例模块，所述生产准备模块的模块界面设计有可鼠标点击的2d平面结构编程、3d曲面结构编程、泡沫实型制作、铸件毛坯制备及加工制造设备“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具生产制造前的准备工作；所述模具机械加工模块的模块界面设计有可鼠标点击的拉延模制造、修边冲孔模制造、翻边整形模制造及斜楔模制造“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具制造过程、工艺、方法、技巧；所述教学案例模块的模块界面设计有可鼠标点击的前围板模具制造及翼子板模具制造“交互性”按钮，通过完整的实际工程案例用于教师教学演示或学生自学，巩固和应用汽车覆盖件模具制造工艺、方法、技巧。
17.而且，所述模具装调系统包括研合装配模块、调试检测模块及虚拟拆装实践模块，所述研合装配模块的模块界面设计有可鼠标点击的拉延模装配、修边冲孔模装配、翻边整形模装配及斜楔模装配“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具的装配过程；所述调试检测模块的模块界面设计有可鼠标点击的拉延模调整、修边冲孔模调整、翻边整形模调整及斜楔模调整“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具的调试过程；所述虚拟拆装实践模块的模块界面设计有拉延模拆装、修边冲孔模拆装、翻边整形模拆装及斜楔模拆装“交互性”按钮，通过鼠标点击进入相应的模具虚拟拆装实践场景，用于教师教学演示或学生实践训练汽车覆盖件模具的拆卸与组装，巩固加深理解模具的工作原理、基本结构。
18.而且，所述案例展示系统包括侧围全工序模块、前门外板全工序模块、后地板全工序模块、机盖内板全工序模块、前横梁全工序模块及后纵梁全工序模块，所述案例展示系统各模块的模块界面设计有可鼠标点击的工艺设计、模具设计及模具机械加工“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学巩固和应用汽车覆盖件模具设计与制造相关理论知识、设计技能；所述案例展示系统的案例以实操教学视频形式呈现。
19.而且，所述考核评价系统包括设计理论知识考核模块及模具拆装实操考核模块，所述设计理论知识考核模块用于学生通过上述内容的学习，在无提示下完成模具设计理论知识自我检测；所述模具拆装实操考核模块用于学生通过上述内容的实践操作，在无提示下完成模具拆卸与组装的自我检测。
20.而且，所述“交互性”按钮对应原理知识的学习内容以文字、图片、三维动画界面形式呈现，对应设计方法、技巧的学习内容以教学视频、独立操作界面形式呈现。
21.本发明的优点和有益效果为：
22.本发明通过虚拟现实技术为学生营造模具企业生产场景的虚拟三维教学环境，将汽车覆盖件模具抽象的原理、设计制造方法和技巧、复杂模具的拆装实现三维可视化，学生通过设置的交互界面在虚拟环境中点击鼠标实现“交互性”学习，加强学生对汽车覆盖件模
具结构的了解和掌握，使其熟练掌握相关理论知识和实践性技能，达到理论结合实际的教学目的。
附图说明
23.图1为本发明的框架示意图；
24.图2为本发明模具认知系统的框架示意图；
25.图3为本发明项目管理系统的框架示意图；
26.图4为本发明工艺开发系统的框架示意图；
27.图5为本发明模具设计系统的框架示意图；
28.图6为本发明模具制造系统的框架示意图；
29.图7为本发明模具装调系统的框架示意图；
30.图8为本发明案例展示系统的框架示意图；
31.图9为本发明考核评价系统的框架示意图。
具体实施方式
32.下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
33.如图1所示，一种基于虚拟现实的汽车模具设计与制造仿真教学系统，其创新之处在于：包括模具认知系统、项目管理系统、工艺开发系统、模具设计系统、模具制造系统、模具装调系统、案例展示系统及考核评价系统。
34.模具认知系统用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件及其模具基本知识；项目管理系统、工艺开发系统、模具设计系统、模具制造系统及模具装调系统均为按照汽车模具企业模具设计与制造生产流程而设计的虚拟仿真场景，以向学生还原企业真实的生产场景；所述项目管理系统用于教师教学演示或学生自学模具项目流程化管理的模式及重要性；所述工艺开发系统用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件冲压成形工艺分析及设计流程、理论、方法及技巧；所述模具设计系统用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具设计流程、理论、方法及技巧；所述模具制造系统用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具制造过程、工艺、方法及技巧；所述模具装调系统用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具装配调试过程、工作原理、基本结构及拆装流程；
35.所述案例展示系统用于学生自学巩固和应用汽车覆盖件模具设计与制造相关理论知识及设计技能；
36.所述考核评价系统用于学生在无提示的条件下完成模具设计理论知识和模具拆装的自我检测。
37.如图2所示，模具认知系统包括汽车覆盖件模块、覆盖件模具模块及教学案例模块，所述汽车覆盖件模块的模块界面设计有可鼠标点击的定义、分类、特点及要求“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件基本知识；所述覆盖件模具模块的模块界面设计有可鼠标点击的拉延模、修边冲孔模、翻边整形模及斜楔模“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学覆盖件模具基本知识；所述教学案例模块的模块界面设计有可鼠标点击的覆盖件实物、模具实物、覆盖件数模及模具数模“交互性”按钮，用于教师教学演示或学
生自学汽车覆盖件及其模具实例。
38.如图3所示，项目管理系统包括项目前期模块、项目实施模块及项目交付模块，所述项目前期模块的模块界面设计有可鼠标点击的项目策划、技术准备、建立项目组织机构及制定计划“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学模具项目管理的前期工作内容；所述项目实施模块的模块界面设计有可鼠标点击的处理信息、归纳统计、监督职能、成本控制及质量控制“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学模具项目实施阶段的工作内容；所述项目交付模块的模块界面设计有可鼠标点击的模具验收及沟通交流“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学模具项目交付阶段的工作内容。
39.如图4所示，工艺开发系统包括工艺分析模块、拉延工艺设计模块、修边冲孔工艺设计模块、翻边工艺设计模块及教学案例模块，所述工艺分析模块的模块界面设计有可鼠标点击的产品数模、冲压工艺规划及cae成型性分析“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件冲压成形工艺分析的工作内容；所述拉延工艺设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的拉延方向设计、压料面设计、工艺补充设计、拉延筋设计、工艺孔设计及工艺切口设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件拉延工艺设计理论、方法、技巧；所述修边冲孔工艺设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的修边方向设计、修边形式设计及冲孔设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件修边冲孔工艺设计理论、方法、技巧；所述翻边工艺设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的翻边方向设计及翻边形式设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件翻边工艺设计理论、方法、技巧；所述教学案例模块的模块界面设计有可鼠标点击的翼子板工艺设计、前围板工艺设计及前门框工艺设计“交互性”按钮，通过完整的实际工程案例用于教师教学演示或学生自学，巩固和应用汽车覆盖件冲压成形工艺分析及设计理论、方法、技巧。
40.如图5所示，模具设计系统包括拉延模设计模块、修边冲孔模设计模块、翻边整形模设计模块、斜楔模设计模块及教学案例模块，所述拉延模设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的整体结构规划、工作零件设计、导向零件设计、压边零件设计及通用结构设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件拉延模设计流程、理论、方法、技巧；所述修边冲孔模设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的整体结构规划、冲裁力计算、冲裁间隙计算、工作零件设计及废料处理设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件修边冲孔模设计流程、理论、方法、技巧；所述翻边整形模设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的整体结构规划、工作零件设计、翻边整形力计算、翻边与压料行程及顶出器设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件翻边整形模设计流程、理论、方法、技巧；所述斜楔模设计模块的模块界面设计有可鼠标点击的斜楔机构设计、压件机构设计及复位机构设计“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件斜楔模设计流程、理论、方法、技巧；所述教学案例模块的模块界面设计有可鼠标点击的前围板模具设计及翼子板模具设计“交互性”按钮，通过完整的实际工程案例用于教师教学演示或学生自学，巩固和应用汽车覆盖件模具设计理论、方法、技巧。
41.如图6所示，模具制造系统包括生产准备模块、模具机械加工模块及教学案例模块，所述生产准备模块的模块界面设计有可鼠标点击的2d平面结构编程、3d曲面结构编程、泡沫实型制作、铸件毛坯制备及加工制造设备“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具生产制造前的准备工作；所述模具机械加工模块的模块界面设计有可鼠
标点击的拉延模制造、修边冲孔模制造、翻边整形模制造及斜楔模制造“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具制造过程、工艺、方法、技巧；所述教学案例模块的模块界面设计有可鼠标点击的前围板模具制造及翼子板模具制造“交互性”按钮，通过完整的实际工程案例用于教师教学演示或学生自学，巩固和应用汽车覆盖件模具制造工艺、方法、技巧。
42.如图7所示，模具装调系统包括研合装配模块、调试检测模块及虚拟拆装实践模块，所述研合装配模块的模块界面设计有可鼠标点击的拉延模装配、修边冲孔模装配、翻边整形模装配及斜楔模装配“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具的装配过程；所述调试检测模块的模块界面设计有可鼠标点击的拉延模调整、修边冲孔模调整、翻边整形模调整及斜楔模调整“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学汽车覆盖件模具的调试过程；所述虚拟拆装实践模块的模块界面设计有拉延模拆装、修边冲孔模拆装、翻边整形模拆装及斜楔模拆装“交互性”按钮，通过鼠标点击进入相应的模具虚拟拆装实践场景，用于教师教学演示或学生实践训练汽车覆盖件模具的拆卸与组装，巩固加深理解模具的工作原理、基本结构。
43.如图8所示，案例展示系统包括侧围全工序模块、前门外板全工序模块、后地板全工序模块、机盖内板全工序模块、前横梁全工序模块及后纵梁全工序模块，所述案例展示系统各模块的模块界面设计有可鼠标点击的工艺设计、模具设计及模具机械加工“交互性”按钮，用于教师教学演示或学生自学巩固和应用汽车覆盖件模具设计与制造相关理论知识、设计技能；所述案例展示系统的案例以实操教学视频形式呈现。
44.如图9所示，考核评价系统包括设计理论知识考核模块及模具拆装实操考核模块，所述设计理论知识考核模块用于学生通过上述内容的学习，在无提示下完成模具设计理论知识自我检测；所述模具拆装实操考核模块用于学生通过上述内容的实践操作，在无提示下完成模具拆卸与组装的自我检测。
45.本发明系统的一级界面及各个分支系统的二级界面、三级界面均为ui交互界面，并为上述各项学习内容设置按钮，可以使学生通过鼠标点击按钮实现“交互性”学习，ui交互界面包括但不限于上述一级界面、二级界面、三级界面，可根据学习内容需要逐级增加交互界面。
46.ui交互界面上对原理知识的学习内容以文字、图片、三维动画等界面形式呈现，对设计方法、技巧的学习内容以教学视频、独立操作等界面形式呈现。
47.本发明实施例中虚拟仿真场景是将企业现实环境用3d模型图像处理软件生成高度仿真的虚拟模型、虚拟场景和人机交互界面并通过unreal engine 4开发引擎输入到计算机环境中。
48.本发明实施例中虚拟拆装实践模块是通过所设计模具上的零部件三维模型装配方法实现的，该装配过程包括如下步骤：
49.(1)使用三维建模软件设计模具所有零部件的三维模型，并进行装配处理；
50.(2)使用3d模型处理软件制作优化零部件三维模型表面，并制作模型拆装动画；
51.(3)使用图形图像处理软件对零部件三维模型进行贴图仿真，设计ui交互界面；
52.(4)将完成的模型拆装动画、贴图仿真等资源导入unreal engine 4开发引擎，对资源进行整合、设置大小、动画分帧和效果美化。
53.尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。