（1）专业与年级要求

承担江苏理工学院机器人工程、机械设计制造及其自动化、机械电子工程、车辆工程、材料成型及控制工程、电气自动化等13 个本科专业三、四年级学生的智能制造技术实验、实训、实习、创新，以及周边企业的人才培训工作。本实验项目底层数据源自实际科研项目，与工程实践密切相关。通过虚拟仿真技术，逼真地再现复合材料自动铺放成型复杂环境，动态呈现机器人式铺放设备的作业过程，使学生能够了解智能机器人控制和复合材料自动铺放成型的核心要素，可为控制类研究生的培养提供基础实验条件。由于机器人技术是高度交叉融合的科技前沿，因此本课程的教学内容具有跨专业、跨学科交叉融合的特点。在实际教学中，本实验不仅可以应用“机器人技术基础”课程，还可以应用于智能制造技术、工程材料与成形技术、控制技术基础等相关课程的实验教学。

（2）基本知识和能力要求

要求学生在低年级已完成计算机应用基础、程序设计、电工与电子技术、机械设计基础、控制技术基础、工程材料与成形技术、电气控制与PLC、工业机器人、数控加工原理等课程，熟悉加工、装配工艺流程，了解控制原理，具备编程基础。通过本虚拟仿真实验课程的实践学习学生应具备以下能力和要求：

1）熟悉工业机器人总体结构及运行原理，掌握其基本运行原理以及各部件的构造等专业知识；

2）深刻理解自动铺放设备各基本机构及参数，并掌握铺放工艺基本参数的改变对铺层性能的影响等专业知识；

3）应具备一定程度的自主创新设计和独立解决问题的能力。

4）熟练开展工业机器人操作规程、机翼蒙皮自动铺放轨迹设计、典型工件层数铺放设计、工件后处理加工等一系列实验；

熟练掌握机翼蒙皮铺层设计及铺放轨迹实验与后处理加工的一般流程。

  曹忠亮，获2021年江苏省“双创计划”双创博士、2023年江苏省“双创计划”科技副总、2022年江苏理工学院优秀毕业设计指导教师，江苏省科技咨询专家库成员、江苏省高新技术企业专家库成员。2021年指导学生获中国工程机器人大赛一等奖和二等奖各1项，多次指导学生参加国家、省市级创新创业项目。近五年来，承担了本科生一线教学任务：机器人技术基础、控制工程基础、工程材料与成形技术等多门课程教学、实践教学体系建设与实验教学任务。承担江苏省研究生创新项目2项，主持教育部产学合作协同育人项目1项，目前正在积极申报江苏省教学成果奖。该虚拟仿真实验已面向本校学生开放了2个教学周期。

  随着世界的进步、国家的需求和技术的突破，机械制造科学与材料科学、信息化技术（人工智能、物联网、云计算）广泛融合，产生了全新的制造技术与系统。我校推进虚拟仿真课程与专业科研成果、课程思政等相关内容的融合创新，引导教师将立德树人、知识传授和能力培养融入教学过程，以提升人才培养质量为宗旨，以提高学生实践能力和创新精神为核心，以现代信息技术为依托，以相关专业类急需的实验教学内容为指向，以完整的实验教学项目为基础，建设了虚拟仿真实验教学项目。实验教学项目聚焦科技前沿，融入“先进复合材料自动铺放成型技术”的最新科研成果，涉及机器人、结构设计、材料成型、数控加工等多学科交叉领域知识，实验内容具有先进性。随着我国航空航天产业结构的快速调整与优化升级，装备制造业迫切需求不仅具备扎实专业知识，同时也具备熟练操作技能和卓越创新思维的高技术高技能应用型复合人才。

   国内复合材料工业制造高速发展，复合材料产品制造向多样化、整体化、构件表面曲率复杂化发展，复合材料自动铺放技术已成为当下研究的热点与重点。自动铺放技术成型效率高，提高了制造产品的质量，但是受纤维丝束的宽度、制造构件芯模表面曲率等诸多因素的影响，制造大型、结构复杂的复合材料构件还有一定的难度。与国外相比，国内自动铺放技术的研究相对较晚，研发速度较为缓慢，加之欧美国家对该技术领域的封锁，国内的自动铺放技术及设备仍处于落后状态。目前传统的卧式、立式、龙门式数控铺放设备已经不能满足复杂的复合材料构件制造的需要，研发铺放性能更加优异的自动铺放设备成为当务之急。总而言之，我国在自动铺放设备研制、生产和工业应用还处于起步阶段，大量基础研究工作与实际应用之间的转化尚未完成，只有形成技术规范和完整的技术流程，才能实现自动铺丝工业化的应用。因此，复合材料自动铺放技术的研究和发展是亟待解决的问题，国内复合材料自动铺放技术的发展依旧任重道远。

本项目综合采用了观察法、控制变量法、对比法和分析法等实验方法，培养学生自主探究式的思维方式和解决复杂问题的综合能力。

1、 观察法

本实验项目应用三维仿真技术制作机器人式自动铺放设备及后处理相关设备，让学生体会机械臂运动与铺放头的相关性。

2、 控制变量法

自动铺放工艺参数主要铺放温度、铺放速度和铺放压力等等决定。通过单一变量多次实验了解工艺参数对自动铺放层间熔合性能的影响。

3、 对比法

通过选择铺放层数，包括两层、四层、五层铺放层数，来设计铺放角度。通过设计每一种选择的角度来对比，探究设计铺放角度和铺放层数之间的关系。

4、 分析法

在铺放轨迹编程结束之后，系统可以分析轨迹的编程，如满足需求即可开始铺放动作。 

本项目的虚拟仿真实验教学平台以计算机仿真技术、多媒体技术和网络技术为依托，采用面向服务的软件架构开发，集实物仿真、创新设计、智能指导、虚拟实验结果自动批改和教学管理于一体，是具有良好自主性、交互性和可扩展性的虚拟实验教学平台。利用本项目的虚拟仿真教学平台，配合线下物理模拟实验，引导学生充分认识自动铺放成型制备过程，深刻理解自动铺放的基本原理和成型机理。

本实验依据机器人工程专业核心课程《机器人技术基础》教学大纲及关键知识点，结合先进复合材料成型制造的应用背景，以“自动铺放成型符合规定要求的机翼蒙皮”为实验任务，构建了基于真实铺放工艺的虚拟仿真实验场景。机翼蒙皮自动铺放成型及后处理虚拟仿真实验是一项综合性、实践性、前沿性的实验，提供以学生为中心，具有安全性、综合性、客观性、趣味性以及强交互性的自动铺放成型虚拟仿真实验，从而达到“以虚补实、虚实结合、融会贯通、开拓创新”的教学效果。通过实验过程便于考察学生对专业核心课程包括机器人技术基础、工程材料与成形技术、控制工程基础、数控原理等基础课程的掌握程度及综合应用能力，激发学生的学习兴趣和潜能，增强学生的创新能力；同时节约了实验的成本，缩短实验时间和空间，提升实验安全性。

本实验的具体教学目的为：

（1）关注当前国家面向运载火箭、国产大飞机、空间卫星等国家重大工程的关键结构及性能需求，在设备认知环节，让学生身临其境地感知自动铺放成型场景，帮助学生了解车间布置和自动铺放设备组成，掌握机器式自动铺放主体设备的内部构造和装配关系，熟悉真实场景下的自动铺放设备动作模式。

（2）在实训铺放设计环节，学生自主设计铺放工艺参数、铺放轨迹和后处理工艺要求，探究铺放工艺参数之间的耦合关系，深刻理解铺放速度、铺放温度和铺放压力对层间性能的影响。让学生了解机翼蒙皮铺放构件成型质量的重要性，掌握后处理过程中磨削余量的操作方法。

（3）实验结束后，学生对实验方案和实验结果进行归纳总结，了解国内外机翼蒙皮自动铺放设备及成型技术的发展趋势，初步具备复合材料自动铺放成型的设计及加工能力，培养学生独立思考与求实创新的科学精神，具备较强的工程实践能力和自主创新能力，提高学生解决复杂工程问题的能力。