摘 要

伴随着现代经济的快速发展，国家基础建设的规模增长，港口贸易的快速发展。起重机的设计制造方面均取得了较大的成就，新的产品也在不断推出。

随着起重机的发展，起重机的认知教学、操作维护教学以及故障维修教学使用的教具不能与新产品实时跟进。为此，虚拟仿真教学系统作为教学工具很有必要。基于当前该方面的需求，本课题依托于Unity3D开发引擎，将MQ4528起重机起升机构导入Unity3D开发引擎，完成认知教学、故障维修、维护保养以及教学考核模块设计并针对故障库，采用故障树分析法进行设计，可以实现认知教学与故障维修教学。

本文概述了认知教学、故障维修、维护保养以及教学考核四个模块的交互层设计以及逻辑层设计，对故障库设计进行了优化。结果符合设计要求。

关键词：虚拟仿真，Unity3D，故障库

Abstract

With the rapid development of modern economy, the scale of national infrastructure development, the rapid development of port trade.Crane design and manufacture have made great achievements, new products are constantly launched.

With the development of the crane, the teaching AIDS used in the cognitive teaching, operation and maintenance teaching and fault maintenance teaching of the crane cannot follow up with the new products in real time.Therefore, the virtual simulation teaching system as a teaching tool is very necessary.Based on the current demand, this topic on Unity3D development engine, will MQ4528 crane hoisting mechanism into Unity3D engine development, complete cognitive teaching, the breakdown maintenance, the maintenance and failure library, teaching assessment module design and fault tree analysis is adopted to improve the design, can achieve the cognitive teaching and fault maintenance.

This paper summarizes the interaction layer design and logic layer design of the four modules of cognitive teaching, fault repair, maintenance and teaching assessment, and optimizes the fault library design.The results meet the design requirements.

Keywords: Virtual simulation, Unity3D, fault library

目录

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学位论文版权使用授权书 I

摘 要 II

Abstract III

第1章 绪论 1

1.1项目背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1虚拟教学应用现状 2

1.2.2起重机发展现状 3

1.3项目研究目的及意义 5

第2章 起重机功能组成与典型部位三维设计 7

2.1起重机组成与运行机理 7

2.1.1起重机的组成 7

2.1.2起重机的运行机理 8

2.2起升机构模块建模 11

2.2.1电动机及其配件 12

2.2.2减速器 12

2.2.3卷筒总成 13

2.2.4制动器 13

2.3装配建模 15

第3章 仿真教学系统总体架构研究 17

3.1交互层操作流程设计 17

3.2逻辑层设计 18

3.3数据层设计 18

第4章 系统操作流程及界面设计 19

4.1登录界面流程设计 19

4.2主教学界面操作流程及其布局设计 21

4.3子界面操作流程及其布局设计 22

4.3.1认知教学界面操作流程及其布局设计 22

4.3.2维护保养界面操作流程及其布局设计 23

4.3.3故障维修界面操作流程及其布局设计 23

4.3.4教学考核操作流程及其界面设计 26

第5章 系统开发与实现 29

5.1逻辑层开发与实现 29

5.1.1交互层逻辑实现 29

5.1.2故障库逻辑设计 37

5.2数据层实现 43

第6章 总结与展望 46

参考文献 47

第1章 绪论

1.1项目背景

目前我国教育已经步入教育新阶段，逐步向互联网 教育方向转变。在以前的教学过程中已经实现大部分覆盖使用多媒体技术和网络通讯技术，进而实现了教材多媒化、资源全球化、教育个性化以及提高了学习自主性，促进教育的革新。在高校教育当中，主要在推进信息技术与高等教育深度融合，培养创新能力强的人才，促进教学质量的提高。虚拟仿真教学系统就是在当前的教育改革的大背景下产生的，虚拟仿真教学系统是以虚拟现实（Virtual Realiry，简称VR）技术为基础，利用多媒体、人机交互多种计算机手段，搭建仿真的虚拟实验环境和教学对象的新技术，学生可以在虚拟场景中做实验，实验效果与实物实验效果基本一样，不存在负面效果。

虚拟仿真教学系统较好地体现了工程化、易于维护、交互性、安全性与可靠性、以实为基础，虚实结合的准则。在对人体有伤害或环境糟糕的情形下，以及成本较高、比较随机的综合训练等情况时，虚拟仿真教学系统就可以跳出真实环境中的约束条件，供给安全性高和经济性好的实验项目，并在虚拟系统中完成练习的任务。

经过改革40年的经济崛起，国家基建的规模已经很庞大。因此，需要通过起重机运输大量的重量大、体积大的物品，同时起升的高度越来越高，对起重机的发展提出新的挑战，起重机发展方向已经由原来的单一形式发展为安全性能高的大型起重机。机动性强和作业灵活性大的特点满足当前基建的发展。起重机的设计制造技术日新月异，新产品更新周期不断缩短以应对当前基础建设、石化、电力等各行业的发展。起重机发展很快，但是起重机的认知教学、操作维护教学以及故障维修教学所使用的教具对于新产品的出现无能为力。同时由于学校教学成本、技术支持、教室的局限等客观条件限制，在做相关教学时只能是理论教学，而对于起重机的操作维护维修这种实践性很强的科目，仅仅理论教学是不够的，不能满足学生需求。为了解决这个问题，虚拟仿真教学系统正是极好的解决方案。该系统的建立以真实的教学环境作为基础，采用场景体验形式教学的新思路，得到与真实教学环境相同的回馈。在部分高校使用后，反响很好，深受师生好评，提高了学生实践能力，改善了现有实验教学的缺陷。

1.2国内外研究现状

1.2.1虚拟教学应用现状

2016年被定位虚拟现实技术的元年，虚拟现实技术近几年快速发展，国内外研究人员及开发者都开始探索将其应用到各种领域满足不同的需求可能性，在实践教学及相关培训领域里应用虚拟现实技术所开发的教学工具，作为一种新型的教学方式，极大程度地丰富了教学的模式。

虚拟现实技术由于起初成本高只用于不计成本的军方及国家实验室，由于技术的成熟、成本的不断降低，步入了民用领域。根据相关报告，虚拟现实技术在军事训练、武器设计、医学治疗、建筑设计与城市规划、娱乐、艺术相关领域的使用占绝大部分，在教育方面，也出现了繁荣发展的迹象，另外在工业、制造业等领域的应用趋于广泛。