传统实验方法受资金、设备台套数制约，学生参与程度低，复杂产品装拆、内部结构观察等实验采用真实设备不易实现，难以达到满意的教学效果。
设计模块虚拟仿真实验主要面向机类、近机类专业，满足机械原理、机械设计、机器人技术基础、现代设计方法等9门课程与实践环节教学需要。根据仿真实验教学需求，自主开发了一批虚拟仿真软件，结合一流的专业设计分析软件构建了学生自主实验的虚拟仿真环境，进行机构创新设计、机械结构、系统参数优化与性能分析实验，达到所要求的认知与实践教学效果，实现真实实验不具备或难以完成的教学功能，提高学生创新能力和工程综合素质。该模块具体实验项目如图所示。
设计分析模块实验项目逻辑结构图
设计模块包括机构设计与分析模块、结构设计分析模块和机械系统设计分析三个子模块。机构设计与分析子模块运用自主开发的软件和多体动力学分析软件SIMPACK、Adams，进行机构运动规律设计、机构型式设计与协调设计，通过机构优化设计、运动学和动力分析，确定满足运动特性和功能要求的机构结构和尺度参数。结构设计分析子模块运用CATIA、Solidworks、PRO/E等3D软件设计零部件的结构，应用有限元分析软件计算零部件强度和刚度，确定零部件的结构尺寸，根据运行工况运用FATIGUE软件计算零部件的寿命。机械系统设计分析子模块以实际工程案例为对象，综合应用ADAMS、ANSYS、Romax等一流的专业工程软件进行零部件结构设计，进行机械系统设计与性能仿真分析。学生可通过上机实验、网上远程实验完成对软件的基础、综合、高级应用的全方位训练，对工程案例进行系统级的虚拟仿真实验，为复杂产品数字化设计分析打下基础。
对应于三个子模块开设的仿真实验项目如表所示。
设计分析模块仿真实验项目表
实验项目名称 |
实验内容（功能） |
效果与特色 |
类型 |
平面机构创新设计 |
应用自主开发的设计仿真分析软件，完成冲压床机构、插床机构、牛头刨床机构等机构设计与仿真分析。通过调整设计参数，获得复杂机构的运动学性能和最优结构参数条件下的设计方案。通过分析比较理论运动线图和实际测试机构运动线图差异，分析机构结构参数对运动性能的影响。 |
增强机构型综合与数综合的能力。了解机构运动参数采集分析系统的工作原理，掌握机构位移、速度、加速度测试数据的采集原理和数据处理方法，为机构运动方案创新设计奠定良好的基础。 |
研究创新型 |
空间机构运动学仿真 |
空间机构的设计；空间机构的仿真分析；空间运动模型的实际检测。 |
与实际测试实验对比，分析误差产生的原因和关键参数，培养学生的观察及综合分析设计能力。 |
设计型 |
机械传动方案创新设计 |
加深对机械设计相关知识的理解，搭建并测试多轴机械传动系统，培养机械类专业学生的创新能力，锻炼学生实践能力。 |
加强机械系统的剖析，加强对机构，零部件在系统中的功能与结构的理解，认识与了解现代机械系统的功能组成及其发展方向。 |
研究创新型 |
机械系统原理方案创新设计 |
给出4个实际工程应用的机器原理方案，学生应用《机械创新设计》的创新技法创造出实现相同功能的新方案，在ADAMS环境下建立新方案的虚拟样机，对虚拟样机进行仿真分析，并与原方案进行分析比较。 |
掌握机械创新设计的基本技法，按照创新技法对给定工程任务进行原理方案创新设计和方案优选。，训练学生自主学习、协作学习和解决复杂问题能力。 |
研究创新型 |
零部件数字化设计 |
1）应用CAD软件，完成指定零件的三维造型设计。2）完成从零件三维模型到工程图的绘制。3）进行部件装配。 |
培养数字化设计与工程综合分析能力，掌握现代设计方法。 |
综合型 |
机械结构强度分析 |
通过机械结构强度分析虚拟仿真，学习掌握有限元分析方法，建立有限元模型，进行零件静强度分析，获得机械结构极限应力。 |
培养数字化设计与工程综合分析能力，掌握现代设计方法。 |
综合型 |
机械结构动态性能分析 |
通过机械结构强度分析虚拟仿真，学习掌握有限元分析方法，建立有限元模型，进行零件静强度分析，获得机械结构动力学性能。 |
培养数字化设计与工程综合分析能力，掌握现代设计方法。 |
综合型 |
机械结构疲劳分析 |
通过机械结构疲劳分析虚拟仿真，学习掌握疲劳分析方法，建立疲劳分析模型进行零件疲劳累计损伤分析，获得机械结构寿命。 |
培养数字化设计与工程综合分析能力，掌握现代设计方法。 |
综合型 |
机械传动系统数字化设计与分析 |
培养机械传动系统数字化设计与工程综合分析能力，掌握机械传动系统现代设计方法。 |
掌握机械系统的现代设计方法；培养创新意识，锻炼独立设计、组建、调试及分析和综合能力。 |
研究创新型 |
内燃机配气凸轮机构仿真分析 |
建立配气凸轮机构分析模型，运用运动学逆解设计凸轮廓线；进行配气机构动力学性能虚拟仿真实验，对气门运动规律、挺柱与凸轮接触应力及气门弹簧特性进行分析；进行凸轮型线优化设计。 |
培养机械传动系统数字化设计与工程综合分析能力，掌握机械传动系统现代设计方法。 |
综合型 |
风力机变浆系统仿真分析 |
进行小型风力发电机组变浆机构设计，进行机构运动学/动力学虚拟仿真实验，对关节轴承接触应力及传动轴动力学特性进行分析，进行机构优化设计。p> |
培养机械系统数字化设计与工程综合分析能力，掌握机械传动系统现代设计方法。 |
综合型 |
典型机械性能分析与综合 |
进行包括机械系统组成认识实践与分析，系统的功率、扭矩、机械效率、执行构件的位移、速度、加速度、切削阻力测试，机械系统运动学、动力学分析，机械速度波动分析的综合研究性实验。 |
通过分析比较方案，研究机械结构参数、动力学参数对机械性能的影响，探讨提高机械效率、运转稳定性可能采取的措施；通过仿真分析，学习如何对机械系统进行综合评价，获得最佳方案。 |
综合型 |
机器人运动学仿真与轨迹规划 |
给定参数化工业机器人模型，学生改变机器人主要参数，分析各主要参数对机器人运动与动力性能的影响。完成机器人运动学与动力学虚拟仿真，根据给定工作目标基于动力学仿真结果规划机器人运动轨迹。 |
了解现机器人的设计理念、基本结构，锻炼和提高学生的应用现代设计分析工具解决工程问题的能力，提高学生工程素质。 |
设计研究型 |
