柴油发动机虚拟仿真培训软件
一软件概述
柴油发动机虚拟仿真培训软件通过发动机的模拟结构教学（三维视频结构教学软件）和模拟实训教学（仿真模拟实训软件），可以缩短发动机的拆装实训课时，减少对真实农机实训拆装的磨损，降低学员实训事故风险，提高教学效率；支持多名学员同时在线进行拆装实训，规避了实训设备不全的缺陷，节约了设备投资，节约了实训教学场地；通过对柴油机各个模块进行结构与拆装过程演示把枯燥的农机拆装维修理论学习，转化成生动的虚拟仿真教学，充分调动学员的学习积极性。
在虚拟的环境下，用户能够生动地获得柴油发动机拆装维修的相关知识，能够在教学软件上进行仿真教学的学习、仿真实训的交互操作、教学资源的浏览以及理论和实训考试。
二、软件总体方案
2.1软件总体结构
软件总体分为学习模块以及考试模块两大模块，其中学习模块中包含仿真学习、三维仿真实训操作以及教学资源浏览，能够在不联网情况下启动并进行操作；考试模块需要在联网情况下完成，分为客户端（学员机）以及管理端（教师机），在客户端上能够进行考试答题，自动进行批改并把成绩汇总到管理端。理论考试结束可以实现学生考试试卷导出；虚拟实训考试结束后，可以实现过程记录。
2.2学习模块结构
模拟学习模块中分为仿真教学功能、仿真实训操作功能进行模拟拆装以及课件资源功能。
l 仿真教学模块
三维仿真教学中包含柴油机的拆卸过程教学、装配过程教学两部分。拆装过程包括柴油机拆装过程，以及3-5个子模块的拆装（均不超过50步）。
通过在虚拟三维场景中对正确拆卸和安装操作步骤的演示，给予学员以视频方式教学；在三维仿真环境中的机械产品具有模型，外观、颜色、尺寸上均与真实物体一致，具有高仿真度和临场感；用户可以选定各种机械模块的教学，软件会为用户播放在三维场景里的相关拆装维修操作视频，并进行讲解，用户可以直观地学习各机械模块的拆卸与装配操作，掌握步骤要领。
l 拆装仿真实训操作
学员在有操作提示下进行自主拆装维修操作，与仿真教学模式下的模块内容一致，用户选择具体机械模块进行自主拆装维修操作，界面会给予用户关键步骤的提示，包括操作对象与使用工具，自主的拆装维修练习，在教学模式的基础上能够加强用户对机械产品拆装维修操作的认识。
l 教学资源模块
学员可以从培训平台上获得教学者存放的教学资源、进行学习，可以获取平台上的机械产品拆装维修相关的资料。
2.3考试模块结构
考试模块中分为客户端与管理端两个部分，客户端安装在学员机上，能够登录考试系统、进行考试、自动评分，并把成绩上传到管理端，管理端安装在教师机上，记录学员名单，能够将接收学员成绩，并保存到数据库。
考试模块结构如下图所示。
其中管理端与客户端采用TCP/IP协议连接，评分结束后实时传输考试结果，管理端接收到分数后，根据客户机对应的学号，将分数存入数据库，并能对数据库进行查询（管理端有编辑考题权限）。
l 理论考试模块
学员需在一定时间内完成选择形式的考试，并上传平台进行成绩评估，平台为学员提供了选择题形式的机械产品相关拆装维修理论知识，考察学员理论知识掌握情况。
l 实训考试模块
学生机登录或提交成绩后，教师机的成绩查看窗口会显示当前学生的登录状态、提交状态以及考试成绩。全部学生考试完成后，教师机可点击“保存成绩”按钮，将成绩保存至excel文件，供成绩记录以及登记使用。
2.4软件功能
柴油发动机虚拟仿真培训软件包含如下功能：
1）. 柴油发动机虚拟仿真软件主要为客户提供发动机理论学习和实践的平台。系统的拆装维修内容主要包含发动机整机模块、活塞连杆模块、喷油泵模块和气门组件模块4个模块并含有进气系统，排气系统、发动机齿轮箱模型。在虚拟的环境下，用户能够生动地获得柴油发动机维修训练系统拆装维修的相关知识，用户能够在教学软件上进行三维虚拟教学的学习、三维虚拟实训交互的操作、教学资源的浏览以及理论和实训考试。
2）. 活塞连杆、喷油泵、气门等是发动机中的常见的机械系统。相关行业的初学者往往对这些装置的机械结构不是很了解，该教学软件对动力机械中常见的装置进行建模，在虚拟环境下具有高度仿真感，用户可以在虚拟的三维场景里完成对软件所含拆装维修产品的按步拆卸和安装。
3）. 三维的可视化交互式操作，让用户拆卸/装配发动机更加方便、增加真实性。
4）. 完备的操作工具库和详细的操作步提示给予学员对机械产品拆装维修深刻理解。
5）. 具备在线考试模式进行理论或实训考试，平台分为管理端（教师机1台）和客户端（学员机50个终端），通过网络模拟考试，学生机的操作结果自动上传到教师机，实现考试自动评分功能。
三、软件详细功能设计
3.1界面设计
柴油发动机虚拟仿真教学软件为用户提供了友好的使用界面，软件包含教师端与学生端两个部分，根据不同的登陆身份具有不同的功能。用户需填写用户名和密码登录。平台提供的所有功能都可以通过平台界面进入，如下图所示。
发动机虚拟仿真教学软件界面
3.2柴油机仿真教学模块
在操作主界面下，将光标移至“仿真教学”按钮上，平台界面会显示仿真教学模式下的具体教学模块内容，包含发动机整机模块、活塞连杆模块、喷油泵模块、气门组件模块等。各模块内包含拆卸与装配两项维修内容。用户点击目标教学内容对应的按钮，进入相应模式内容的教学。
图 发动机仿真教学模块内容
一个“发动机整机”拥有多个部件，在“发动机整机模块仿真教学”下，将发动机整机再次划分成“发动机整机拆卸”和“发动机整机装配”两个教学子模块，进行精细的三维仿真视频教学。
三维仿真教学可以默认预定的视点或用户选择自有视点，用户可自由变换视点位置；仿真教学播放速度可根据自身掌握情况自行选择2倍、3倍甚至4倍的速度，提高学习效率；仿真教学可以点击快退/快进按钮，进行仿真教学内容播放控制；仿真教学有单步播放和连续播放两种播放模式，在单步播放模式下，播放完一个子操作步会自动暂停，观看下一操作步演示，需要重新点击界面下方播放按钮，进入下一子步的操作演示；在连续播放模式下，教学仿真内容会按照预先设定连续播放，直至该模块教学内容播放完毕。
图 发动机仿真教学模块界面
在仿真教学过程中，可点击界面右侧的“操作方法”按钮，对操作场景中的“目标对象”、“使用工具”和“注意事项”进行讲解，让用户充分了解仿真教学中的内容。
3.3实训操作模块
在操作主界面下，将光标移至“实训操作”按钮上，平台界面会显示实训操作模式下的具体实训操作内容，用户点击目标实训内容对应的按钮，进入相应模块内容进行实训。
实训操作模块与仿真教学模式下的拆卸模块内容一致，包含“发动机整机模块”、“活塞连杆模块”、“喷油泵模块”、“气门组件模块”等四大模块，每个模块下设有更精细的部件拆卸与装配操作。此模块用户可以进行三维仿真实训练习。
在实训操作界面下，用户对装配工艺不熟练的情况下，可以选择点击右上方的“提示”按钮，弹出提示框，内容包括需操作的“目标对象”、“使用工具”以及在实际操作中的“注意事项”。如果在提示之后用户还是无法寻找到“操作对象”，可点击提示框下方的“显示操作对象按钮”，此时需要进行的操作对象会显示出闪烁红色状态，而其他零件将呈现透明状，帮助用户顺利完成装配操作。
界面中设计有“视图”切换按钮，可进行工具箱、工作台、零件箱的不同视点切换，方便用户使用。
实训操作完成后，界面会出现“操作完成”提示，并在左下角记录操作时间。
3.4教学资源模块
教学资源编辑主要由专业老师根据课程要求，结合自身教学习惯将教学内容编辑成word、PPT、PDF等课件形式加入到软件中，实现教学的自主性和独特性。课件内容由授课老师按照教学要求及个人教学习惯进行编辑，在授课过程中，如对教学课件有任何疑问，可随机进行修改，推进顺利进行