哈工大报

学校要闻

这个工程创新实践中心不一般：3D打印、AR、VR，还可制造各种机器人

2018年09月17日新闻网浏览次数：12389

哈工大报讯（闫明星/文兰锐霍红/图）“课程内容丰富，设备齐全，培养了我们动手、创新能力，课堂成果即制造出简单的机器人，极大增强了我们对机器人研究的兴趣和自信。”

“讲课内容布置合理，能在极短时间内了解增材制造的背景、发展、原理及实际应用，同时图文并茂，视频辅助加深了印象。”

“我们对3D打印技术了解得较少，基本上没有什么基础，能亲手打印一个自己的模型十分兴奋。”

……

最近，记者来到了工程创新实践中心，不仅看到了新设备、新环境，还了解了这里的新思路、新举措，3D打印、AR、VR、机器人等带来的新变化让学生纷纷对工程创新实践中心“点赞”。

工程创新实践中心文化创意区

激光切割作品

模拟驾驶训练项目

激光内雕作品

突出“创新”与“特色”

工程创新实践中心成立于2017年6月，是以工程训练的功能和体系为基础，以加强学生创新创业实践功能、拓展高端装备智能制造人才培养功能为原则，整合原工程训练中心、大学生机械创新与创业实践中心和国家级高端装备虚拟仿真实验教学中心的优势资源，打造的新型工程创新实践中心。这其中，工程训练中心是1999年国家首批11所工程训练中心之一，并作为机械工程实验教学中心的主体被批准为国家级实验教学示范中心，开设有工程训练系列课程和金工系列课程。

“学生工程实践能力、创新能力的培养是国内外高校都极为重视的任务，中心的成立是为了让学生在工程训练环节中更加适应科技进步和产业变革的新形势，提升工程创新实践教学的品质，推动创新创业教育的融合。”工程创新实践中心主任、机电学院党委书记赵航介绍说，面对新形势下学生对新技术的实践能力培养，中心依托实、虚的双国家级实验教学中心，采用了“实-虚”结合的教学理念，梳理出了虚辅、实操和创新的学生实践能力培养的主线。

中心对教学组织进行了重新梳理，改革了制造技术基础训练部、数字制造技术训练部、电工电子技术训练部，新建了智能技术训练部和创新创业实践训练部，新建了创新创业中心、3D打印技术训练室、H²-VR全息实训室等共计10余个，新增了机器人、3D打印和虚拟仿真等设备225台套、总价值1485万元，目前中心设备总值3100余万元。同时，为创造出一个富有创新精神和人文气息的环境氛围，中心对公共空间进行了改善，重点打造了创客空间、素拓平台、阳光走廊、休闲水吧、综合展厅、阶梯讲台等6个重点区域。

“在进行教学项目规划和建设时，我们充分贯彻了以学生为中心的理念，思考了学生应该从实践中学习到什么内容，让学生通过工程实践，带着问题进入专业知识的学习。”工程创新实践中心副主任潘旭东介绍说，中心构建了四横（机械化类-电气和信息化类-智能化类-综合创新类）三纵（基础工程实践训练-智能制造创新探究-学生创新创业实践三个层次）的课程体系，开设项目60项，服务专业52个，每年有学生5200余人进入中心学习，每年总人时数45万，同时组织创新创业竞赛21项。如在智能制造创新探究课程设计中就强化高端智能装备制造实践能力，设计了快速成型、虚拟仿真、智能工厂、机器人等课程。

新增训练项目——3D打印及作品展

人文公共空间

学生自主设计成果走进实验室

机械产品的拆装是工程训练中的重要训练内容，而随着机电产品朝着集成化和复杂化的方向持续发展，机械结构也日趋复杂，带来了操作复杂难以被掌握、难以系统化等问题。

在工程创新实践中心的机械拆装训练中，记者看到在一个冲床模具实验平台上，有学生正在认真地操作着，他一边利用增强现实技术显示的信息进行操作，如操作的零件摆放位置、应采取的操作等，一边不时从旁边的工具架上选取零件。拆装作业完成后，机器会判断结果是否满足要求，并给出提示，满足要求就会进行下一步的拆装操作，否则重新进行操作直至满足要求，这让学生们的兴趣大增。这台设备并不是采购的，而是学生自主设计的成果。1408105班王佳钰同学毕业设计（论文）题目就是基于AR技术的模具拆装训练系统研制。在潘旭东指导下，成功研制出这台系统的王佳钰认为，采用增强现实技术改进拆装训练方式，使得被训练者能够更直观、准确、全面的了解每一步操作的过程和特点，从而提升训练效率。王佳钰的成果让潘旭东灵机一动，“这么好的思路和设备为什么不能用于学生实验呢？”就这样，王佳钰的成果被制作成了6台样机，走进了实验室。

在课程改革过程，像王佳钰这种师生自主研究成果被应用于学生实验的还有许多。如罗庆有同学的毕业设计题目是基于移动AR的车削训练教学辅助系统开发，内容包括安全注意事项、教具、训练指导、学生作品展等，实现了课前-课中-课后全流程辅助，同时充分利用手机的作用，将手机变为学习机，提升了学生主动学习积极性。如在H²-VR全息实训室中，月球车月面巡游虚拟操控也是基于我校科研成果进行的转化。

学生自主设计成果——基于AR技术的模具拆装训练系统

学生自主设计成果——基于移动AR的车削训练教学辅助系统

虚实结合让工程训练走向智能化

“扫描二维码，查看设备信息。”

“i5M4.2智能立式加工中心设备简介……”

走进各个实验室，记者在一台台设备上发现了一个个数字化TWIN标识。只要通过手机扫描，学生就可以知晓这个设备背后的“秘密”，包括使用方法、设备参数等。这种基于CPS（信息物理系统）的思想让设备活了起来，也给学生提供了一个自主认知设备的机会和条件。

基于CPS的自主设备认知

在本次改革中，中心注意虚实结合，这其中不仅包括了基于AR的典型机械产品拆装、基于移动AR的车削教学辅助系统、传统金工锤升级为“智造锤”综合训练等“老树开新枝”，也包括了新开设的全息型虚拟现实教学平台。中心结合科研开发了空间极特殊环境效应及宇航空间机构交互设计、智能数控机床、汽车虚拟设计和装配3套VR资源。

传统金工锤升级为智造锤

VR平台采用虚拟现实技术结合沉浸式体验设备，学生可以“亲身体验”机械零件、机器设备、传送路线或管理学应用等，让学生一目了然地了解复杂设备的“底细”。如在汽车虚拟设计和装配中，学生使用交互设备像在真实环境中一样对产品的零部件进行汽车装配操作，在操作过程中系统提供实时的碰撞检测、装配约束处理、装配路径与序列处理等功能，从而对汽车的可装配性进行分析、对零部件装配序列进行验证和规划等。在装配（或拆卸）结束以后，系统能够记录装配过程的所有信息，并生成评审报告、视频录像等供随后的分析使用。

潘旭东介绍说，VR平台完全建成后，面向本科生、硕士研究生和博士研究生所支撑的训练项目和课程将达到35项。

汽车发动机的有序拆装

“三位一体”的培养模式和教学体系

“课堂中，老师讲了机器人历史、功能，播放了视频，内容丰富精彩。开始制作后，发现还有很多不会的内容，在老师全程辅导下，我们最终制成了一个可实现特定功能的机器人。”陈露同学表示，“自己动手学到了很多，很棒的课。”

机器人训练项目

工程创新实践中心坚持以学生为中心，面向智能制造及创新型、应用型、复合型的创新工程技术领军人才培养需求，构建创新人才实践能力培养的“三位一体”培养模式和教学体系。该培养体系由基础工程实践训练、智能制造创新探究和学生创新创业教育三个模块组成。

基础工程实践训练面向本科各专业学生，给予大学生以工程实践的教育、工业制造的了解、工业文化的体验，是培养学生实践能力和创新意识的基础。智能制造探究强调学科交叉和知识的综合运用，针对智能制造高端装备的原理、组成、开发和管理，采用“实虚结合”的实践手段，培养学生对高档数控机床和机器人、航空航天装备等与高端装备制造相关的领域的认知、了解和掌握，是培养学生实践能力和创新意识的深化。学生创新创业实践贯穿于人才培养全过程，采用创新创业课程、科技创新、学科竞赛和创业孵化四个层次逐步深入，是培养学生实践能力和创新意识的综合。

在大学生双创（创新创业）平台建设方面，中心采用“教学-创新-竞赛”一体的过程培养模式，丰富的科技创新活动吸引着从大一年级到大四年级的学生参与其中。大一、大二年度突出创新意识和创新思维的培养，开设“机械产品创新设计及仿真”“机械创新设计与制作”课程，学生以项目组的形式自主开展设计与制作。大一阶段依托全国“欧特克杯大学生机械产品数字化设计大赛”、大二阶段依托“联盟杯仿生机器人设计大赛”开展创新训练。大三重点在创新能力的培养，结合全国机械设计创新大赛和相关学科专业的竞赛，提高工程能力和竞争意识。大四重点在将四年所学知识的综合运用并根据实际需要，自学其他知识，结合毕业设计、组织学生积极参与更高层次（亚太大学生机器人大赛和全国机器人大赛等）竞赛活动，形成竞争实力强的机器人团队，进一步强化创新思维和能力的培养。