关键词： 机械设计   情境模型   工业设计   机床   语义差异法  

摘要： 机床作为一种加工零件的工具,在现代化的工业生产中能够提高生产效率、保证产品质量、降低人工成本,因此机床生产在现代工业生产中有着极其重要的作用,卧式加工中心作为机床的一种类型,是高精度、高效率、高灵活度的机床的代表。而目前市场上的卧式加工中心,一部分在设计时只关注于机械的性能,忽略内外在的同等重要性,人机交互体验较差,粗糙的外观也导致所设计的卧式加工中心的市场竞争力不足,;一部分在生产制造时,大部分关注点在外观,对造型的机械性能缺少研究,人机工程也缺少推敲,导致卧式加工中心的稳定性与安全性存在隐患,操作人员的使用体验较差。 本文选取了情境模型作为研究方法,以达到卧式加工中心外部结构设计的全面性与实践性。文章首先探究情境模型的一般模型对于机床设计的适配性,再将其匹配卧式加工中心外部结构的情境模型。为了全面的提取设计要素,通过研究人机交互的操作流程,对卧式加工中心外部结构的设计要素、具体部件进行探究。为使设计要素的表达更准确,对卧式加工中心的外观审美、人机体验、安全性进行全方面的设计求解研究。最后对产出的概念模型进行仿真分析,使最终的卧式加工中心外部结构达到稳定性与可靠性的要求。 基于以上目的,本文的主要研究内容为以下几个方面: (1)通过研究机床的交互流程来构建机床实际的情境模型:基于情境模型的一般模型,对机床的情境模型进行匹配,结合机床人机交互的流程,对机床操作过程中的部件及需求进行研究,获得卧式加工中心设计过程中的关键设计部件与体验需求。 (2)结合语义差异法的卧式加工中心外部结构的语义印象分析,获取设计所需的内隐性知识:通过多种研究方法来研究卧式加工中心的描述词汇的不同语义差别,以获取机床设计所需要的内隐性知识。首先通过设计调研进行语义词汇收集,构建机床描述词汇的语义库,再利用多维尺度分析与k-means聚类法,进行语义词库的筛选。最后通过语义差异法实验,获取不同部件的不同造型的语义印象,以为后续设计提供语义理论基础。 (3)综合卧式加工中心外部结构交互的人机工学参数确定:为了使卧式加工中心的人机交互体验良好,从人机工学的角度出发,对卧式加工中心的基本人体参数进行探讨,并通过关键机床部件的参数探究,确定不同部件的关键设计的尺寸,为进一步设计打下基础。 (4)结合形式美法则的卧式加工中心外部结构的设计表达:基于前文所获得的语义研究成果,确定了关于卧式加工中心不同结构的所需不同造型。且为使概念模型更美观,结合工业设计美学理论和人机工学参数研究成果,进行具体化的设计、建模、渲染。最后,通过实验验证设计结果,确定本文所使用设计方法的可用性,并选取最优卧式加工中心设计作为后文机械性能计算所使用的模型。 (5)使用有仿真分析方法的卧式加工中心外部结构的机械性能优化:采用有限元分析与模态计算,使用工具Hyper Mesh和Ansys分析样本的概念设计的结构弱点,并对其进行了结构优化。使卧式加工中心的振动形变量降低,受力更加均匀,满足强度、刚度和稳定性的要求。使该卧式加工中心的概念模型符合的稳定性和可靠性的要求。

关键词： 自动分拣   模糊PID   热敏电阻芯片   机械设计   PLC  

摘要： 现今生产的热敏电阻芯片,由于工艺原因,不同热敏电阻芯片的电阻值存在差异。根据差异,热敏电阻芯片可划分为多个档次,需要通过芯片分拣作业将其按档次进行存储。由于热敏电阻芯片尺寸通常较小,人工分拣较为困难且效率较低。为解决人工分拣存在的问题,现本文决定将机械设计和控制系统结合,设计一种热敏电阻芯片自动分拣机(以下简称分拣机),用于热敏电阻芯片的自动分拣作业。论文的主要内容包括:(1)研究国内外分拣设备,分析已有分拣设备的工艺流程和功能要求,根据分拣目标特点划分分拣步骤。根据步骤完成分拣机结构的机械设计,其主要包括以定向振动为动力的芯片输送结构、以气缸为动力的芯片检测结构和芯片存储结构和以电机为动力的芯片搬运结构。完成关键零部件的有限元分析,验证其机械设计的合理性。(2)优化芯片输送和芯片搬运步骤的控制过程。在芯片输送部分,建立走料槽系统的数学模型,通过仿真对比传统PID与模糊PID控制器对走料槽系统的控制效果,得出模糊PID控制器具有超调量小和稳定时间短的优点,更符合要求。在芯片搬运部分,对比步进电机和伺服电机的特点后选择步进电机,满足分拣要求的同时降低制造成本;对比5种主要的步进电机驱动方式后选择细分驱动,以此提高控制精度和改善低速同步运行效果;对比4种主要的速度给定曲线,选择S形速度给定曲线作为步进电机控制曲线,建立步进电机速度给定曲线模型。(3)进行PLC控制系统的硬件选型和软件设计,完成各硬件型号的选取,完成I/O端口分配和分拣机控制流程设计,通过PLC实现模糊PID控制以及其它控制步骤。进行分拣机的运行调试和性能试验,完成芯片吸取装置对比、模块质量影响、机械设计精度变化、控制器对比和速度给定曲线对比等试验和分析,得出优化之后的分拣机工作效率相比未优化前提高了5%,实际运行效果符合预期要求。

关键词： 数字孪生   虚实映射交互   遗传算法改进   柔性作业车间调度   Simio仿真  

摘要： 随着高新信息技术的发展以及为迎合市场需求的变化,智能制造也随之兴起并逐步发展落地。船舶工业为有效适应市场需求动态变化也在逐渐走向智能制造模式。而数字孪生是实现智能制造的重要方法之一,借助数字化建模、传感器感知更新等技术,实现物理实体和虚拟车间的实时交互与融合。管件加工车间是船舶建造中重要的生产单位之一,在船舶建造过程中需要加工众多不同规格型号的管件,其生产工时约占船舶建造总工时的8%-12%,同时约占内场加工工时的65%。当前船舶管件加工车间调度存在实时性不足、缺乏交互性,且与生产数据不够深入融合等问题,且在应用数字孪生技术时面临大量实时数据的收集、整合以及多样化的工艺流程等问题,需要更加精准实时的模型来准确展示生产加工过程中的各种变化和影响。通过研究数字孪生下的管件加工车间调度,能够将计划、生产过程等信息流连接,在生产组织过程中以数据驱动虚拟车间对整个生产计划与工艺要求等因素的匹配关系进行模拟演算,为生产管理者提供最直接的参考方案。本文主要的研究内容如下:通过将数字孪生技术与船舶管件加工车间融合,并提出一种基于数字孪生的船舶与管件加工车间以及管件加工车间与调度的映射框架。该框架能够将船舶的建造、生产调度等数据与管件加工车间的生产数据进行有效地整合和传输,从而解决传统管件加工过程中存在的工艺流程复杂、信息不对称等问题。实现了物理车间与虚拟车间的实时映射,并以虚拟车间的输出数据为依据,辅助真实物理车间做出相应的调整,从而实现降低生产成本,提高车间生产效率。基于数字孪生技术和模型驱动理论,提出了A船厂管件加工车间数字孪生调度方法,在虚拟空间和物理空间之间进行实时交互和迭代优化,从而可以帮助实现高效、灵活、可靠地满足A船厂不同类型和规模的船舶建造中的管件加工需求。同时考虑为缩短生产时间、加快对下游生产环节需求的响应、减少在制品占用以及减小拖期,建立基于以最小化最大完工时间、机器最大负载最小化和满足多个约束条件的管件加工车间调度模型,设计了改进遗传算法作为求解方法。该算法在选择个体时保证了种群多样性,在交叉和变异操作时采用动态概率来适应不同阶段的寻优需求,在评价个体适应度时考虑多个目标函数和约束条件,从而提高了算法在解决多目标优化问题上的性能和效率。通过Simio仿真软件构建虚拟模型,将生成的调度方案和加工时间等约束信息输入其中,进行虚实交互和仿真验证,体现出基于数字孪生的调度方案的实时性和准确性的提升效果,优化后的最大完工时间在原有加工周期的基础上降低了10.19%,且平衡了机器负载,同时增加了调度过程中的实时性和交互性,使生产加工连续性、生产组织管理的联动性得到加强。因此基于数字孪生的船舶管件加工车间的调度方案对企业实际生产具有一定的指导和借鉴意义。

关键词： 工业互联网   柔性作业车间调度   高维多目标   鲁棒性调度   强化学习  

摘要： 工业互联网是国家重要发展战略,在工业制造中发挥着重要的作用。工业互联网通过数字化手段提高制造业生产效率、提升产品质量、增加客户满意度,在推动制造业的数字化、智能化转型方面具有重要意义。随着全球经济的发展,越来越多的客户需要个性化和多样化的订单,因此柔性作业车间调度问题(Flexible Job Shop Scheduling Problem,FJSP)已成为制造业核心优化问题。但是企业仍以手工方式排产调度,效率极低,难以满足客户需求和国家绿色发展的要求。一方面由于手工排产考虑的优化目标单一,更没有考虑碳排放指标;另一方面由于制造车间动态扰动频繁,对生产调度造成极大影响。针对以上问题,本文首先研究了多目标优化算法,提出一种高维多目标优化算法NSGA-Ⅲ-QPBI,用于求解高维多目标FJSP;然后针对车间存在的机器故障扰动,提出一种鲁棒性调度方案,增强调度方案的稳定性;最后,设计并实现了智能计划柔性排产系统,应用于车间进行自动化排产,解决工厂手工排产效率低、响应慢等问题。本文的主要工作和创新点如下:(1)NSGA-Ⅲ在解决多目标优化问题时表现良好,但当优化的目标数超过三个时,算法性能急剧下降,存在着收敛速度慢、多样性差等问题。针对这些问题,提出一种改进算法NSGA-Ⅲ-QPBI。首先,为了提高算法的收敛性,引入了 MOEA/D中的PBI方法,并利用强化学习将惩罚参数自适应化,根据当前目标空间分布情况动态地平衡收敛性与多样性;然后,针对NSGA-Ⅲ在高维空间中多样性差和引入PBI导致多样性下降的问题,引入小生境消除方法,不同支配层的个体共同参与淘汰,保留边缘层多样性好的个体,进而提高算法的多样性;最后,为了实现低碳环保的车间调度,引入碳排放指标,并对完工时间指标、碳排放指标、机器负荷指标、交货期指标和生产成本指标这五大指标同时优化求解。通过对比不同算法求解FJSP标准样例和SMT车间样例的性能,验证了本文提出的算法相较于其他算法具有更好的收敛性和多样性。(2)真实车间中经常出现机器故障问题,而预反应式重调度和完全反应式重调度会对初始调度方案造成较大的破坏,因此本文提出一种鲁棒性调度方案。首先,提出两种鲁棒性指标,与上述五大指标同时优化,生成鲁棒性的调度方案,提高重调度时调度方案的稳定性;然后提出一种机器故障仿真方法,用于预测机器故障的时间和机器维修时间,为鲁棒性调度提供故障数据支持。经过实验对比,验证了该方法求解动态FJSP的有效性和优越性,同样求解机器故障扰动的SMT车间样例时生成了稳定性更好、性能更优的调度方案。(3)当前SMT车间仍以手工方式进行排产,效率低下,难以合理分配资源,无法准确快速地回应客户交期,难以处理动态扰动,针对这些问题,设计并实现了智能计划柔性排产系统。首先,在系统中融合本文提出的高维多目标柔性作业车间调度算法和鲁棒性调度算法,提高排产效率,精准预测交期时间,并稳定处理动态扰动;然后,进行了系统的需求分析、概要设计和开发测试;最后,将系统部署上线,经过三个月的试运行通过工厂验收,并稳定运行于手机PCB生产车间。

关键词： 电站阀门   柔性作业车间调度   Q学习   遗传算法   动态调度  

摘要： 随着经济全球化的发展,离散制造业的竞争越来越激烈,对制造效率和效益也越来越重视。在现代制造模式下,由于订单随机到达的情况与日俱增,使得车间调度的不确定性急剧增加,尤其是柔性作业车间的变化情况更为复杂。为了减少完工时间、增加客户满意度,本文通过分析电站阀门制造车间背景,对电站阀门制造车间动态调度问题展开研究,主要内容如下:首先,设计电站阀门制造车间调度框架。根据电站阀门制造车间背景,分析电站阀门制造车间的生产特点,分析电站阀门制造车间有待改进的方面以及分析电站阀门制造车间的调度需求,制定电站阀门制造车间的生产调度原则,设计车间调度框架以及车间调度流程。其次,研究电站阀门制造车间静态调度问题。结合电站阀门制造车间的生产特点,建立电站阀门制造车间的多目标静态调度模型时将最小化最大完工时间以及最小化交货期窗口作为调度目标。采用基于Q学习的改进非支配排序遗传算法(NSGA-II)调整交叉率和变异率,用混沌映射迭代方程改进种群初始化操作。使用改进的NSGA-II对与电站阀门制造车间静态调度问题进行求解,通过算例验证算法可行性和有效性。再次,研究电站阀门制造车间动态调度问题。针对电站阀门制造车间实际生产中可能发生的动态事件,提出基于重调度需度的混合驱动重调度机制,通过重调度需度与重调度阈值大小的比较判断是否需要进行重调度。针对紧急插单、设备故障两种情况下的电站阀门制造车间重调度问题,采用纳什均衡综合赋权法对重调度需度的组成要素进行赋权。最后通过算例验证方法的可行性与有效性。最后,设计电站阀门工件生产调度系统。根据电站阀门制造车间生产特点,分析调度系统的需求,设计系统的各功能模块,设计调度系统的总体业务流程,搭建系统界面。使用Plant Simulation软件搭建电站阀门制造车间调度仿真模型,并与MATLAB进行联合仿真,建立电站阀门制造车间可视化仿真系统,为企业提供参考和依据。

关键词： 灰色系统理论   灰信息建模   柔性作业车间调度   动态柔性作业车间调度   遗传算法   遗传规划算法  

摘要： 随着全球智能制造的快速发展,我国传统制造行业面临巨大的转型升级压力,亟需通过数字化建设来提升智能化制造管理水平。其中,依托工业互联网平台科学制定生产计划是突破生产管理瓶颈的关键。然而在一些制造型企业特别是复杂装备制造企业中,生产作业车间计划制定依然面临任务加工时间难以有效确定,生产资源难以统筹优化,动态变化难以快速响应等问题。这些问题极大制约了车间生产计划的准确性与可执行性,阻碍了企业生产管理水平与行业竞争力提升进程。在此背景下,本文聚焦柔性作业车间调度问题,根据工业互联网平台中多源异构工时数据特征,利用灰信息建模方法表征不确定加工时间,从而在灰信息视角下研究考虑设备资源约束或工人资源约束的柔性作业车间调度问题,并结合不同生产资源约束下的调度决策特性,研究任务随机到达的动态柔性作业车间调度问题,最后以实际复杂装备制造企业柔性作业车间为例展开案例研究,开发针对多种车间调度场景的生产调度原型系统,为制造行业车间调度智能化管理提升提供借鉴和参考。本文以基础理论研究、多情景问题研究、以及案例应用研究的脉络展开,主要内容如下: (1)研究数据驱动下柔性作业车间工时灰信息表征与运算。针对工业互联网平台中不确定任务工时由于数据记录来源复杂、质量不一、结构不同导致难以有效表征的问题,提出数据驱动下的柔性作业车间工时灰信息表征与运算方法。首先分析任务工时相关记录信息特征,明确不确定工时表征需求;其次基于灰色系统理论定义信息视角下的一般灰数,提出考虑灰信息的不确定工时表征方法;接着考虑车间调度中数据动态变化情景,研究数据驱动下的灰工时动态演化过程;最后提出灰数运算方法,为柔性作业车间调度中不确定灰工时的运算提供依据。 (2)研究考虑灰信息的不确定柔性作业车间调度问题。将考虑灰信息的不确定灰工时表征方法引入不确定柔性作业车间调度问题。首先在灰信息视角下针对设备资源柔性情景构建考虑灰信息的柔性作业车间调度模型;其次设计带有精英记忆库的改进遗传算法,结合外部记忆库更新策略和领域搜索策略提升算法寻找优秀可行解的性能;最后基于经典测试集设计多规模仿算例,从精确式求解器、不同算子、其他经典算法等多个对比维度验证算法的有效性,并通过不同工时表征下甘特图对比分析阐明了灰工时表征的适用范围。 (3)研究考虑工人的灰色柔性作业车间调度问题。在基础问题上进一步结合工人资源约束,强调工人柔性时间、操作技能、环境需求三个维度特征。首先进行问题界定,扩增调度目标、资源约束、以及工作时间约束;其次,结合不确定灰工时构建考虑工人的灰色柔性作业车间调度多目标数学模型;接着设计基于精英记忆库的混合遗传算法,提出集成灰关联分析的外部记忆库更新策略和考虑设备、工人、任务多维度的领域搜索算法;最后设计多规模仿真算例,以此分析多目标调度模型的局限性,同时与其他经典算法对比验证提出的算法的有效性。 (4)研究考虑灰信息的动态柔性作业车间调度问题。针对任务随机到达的动态事件,首先解构该情景下的调度决策过程,分析设备选择与任务选择决策阶段需要考虑的作业车间基本状态;其次设计基于并行仿真的精英遗传规划算法,提出考虑灰信息的动态柔性作业车间并行仿真解码评价策略,应用超启发式算法自动寻找决策阶段相应优秀调度规则;最后针对不同调度目标、设备利用水平、以及交货期宽裕系数设计多个车间调度场景验证算法的有效性,解析不同情景下调度规则的实际含义,并与经典调度规则进行对比分析验证规则性能。 (5)研究考虑工人的灰色动态柔性作业车间调度问题。将工人资源约束引入动态车间调度,首先解构工人资源约束下的调度决策过程,提出设备选择、任务选择、工人选择、以及加工选择等多阶段决策点,将工人相关状态扩展至基本作业车间状态;其次设计基于多层决策树的多目标精英遗传规划算法,对应多阶段决策点自动寻找优秀调度规则;最后针对不同工作单元利用水平和交货期宽裕系数设计车间调度场景验证算法的有效性,解析不同情景下优秀调度规则的差异与现实含义,并从不同指标维度与经典调度规则进行对比分析验证规则性能。 (6)以C公司航空复材铺叠车间为案例设计开发车间调度原型系统。首先阐述当前航空复材铺叠调度案例背景,结合C公司设备自动铺车间与工人手工铺叠车间现状以及生产管理流程,探讨考虑灰信息的多种情景柔性作业车间调度问题研究的实际适用性;接着剖析当前车间调度核心调度问题,分析原型系统开发的实际需求;然后进行航空复材铺叠车间调度原型系统设计,明确系统总体架构、核心模块、以及关键数据库。最后开发原型系统,为案例实际应用落地提供可行性验证。 上述工作1)在基础理论研究上扩充了灰色系统中灰数的相关研究,为考虑灰信息的柔性作业车间调度提供了重要的理论依据和方法支持,拓宽了灰数在相关领域实际应用范围;2)在问题研究上以灰信息视角解构了不同情景下的柔性车间调度问

关键词： 柔性作业车间调度   遗传算法   NSGA-Ⅱ   Makespan   总功率   多目标优化   绿色调度  

摘要： 制造业作为我国的立国之本、强国之基,近些年一直被大力发展,规模从原先的单一品种单一生产线顺序生产逐渐演变为多品种多生产线灵活生产。随着企业生产产品种类的增多,工序的增加,传统车间调度已经逐渐无法适应当今的生产实际情况。柔性作业车间调度逐步成为当今制造业的主要调度方式,由于不在将工件的加工次序和加工机器固定化,因此更加贴合实际生产情况。正是由于柔性作业车间加工的灵活性,如何合理分配加工顺序及加工机器对于企业生产效益愈加重要。因此,为了企业能更好地对柔性制造过程进行调度,本文采用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)及衍生而来的非支配遗传算法(Nondominated Sorting Genetic Algorithms II,NSGA-II)对绿色柔性作业车间调度问题(Green Flexible Job Shop Scheduling Problem,GFJSP)进行研究,本文主要工作成果如下:(1)针对以Makespan为优化目标的柔性作业车间调度问题,提出一种改进的遗传算法(Improved Genetic Algorithm,GA)。具体改进方法包括:设计了一种基于机器编码和工序编码的双层编码方案,设计了三种初始化方法共同获得初始种群,以提高初始种群解的质量。引入了迭代贪婪算法,通过对原有可行解的破坏以及后续的重构,从而获得新的可行解。融入了变邻域搜索算法(Variable Neighborhood Search Algorithm,VNS),设计出三种邻域结构,加强了局部搜索能力。最后,通过不同算法对实例求解进行对比,验证改进的遗传算法的求解的高效性。(2)针对以Makespan和总功率为优化目标的柔性作业车间调度问题,提出一种改进的NSGA-II(Improved Non-dominated Sorting Genetic Algorithms II,INSGA-II)。具体算法改进包括:利用快速非支配排序,实现对染色体质量的快速排序,加入多种群协同进化,通过对被淘汰个体的再次进化操作,使可能的优质基因得以保留。最后,通过不同算法对实例求解进行对比,验证改进的遗传算法的求解的高效性。(3)针对以Makespan和总功率为优化目标的柔性作业车间调度问题,考虑机器间运输时间,提出了一种结合小生境技术和学习机制的NSGA-II。通过小生境技术的引用,结合淘汰劣种、幼崽保护等进化方式,加强了搜索能力,引入学习机制,提升子代个体的良率。最后,通过不同算法对实例求解进行对比,验证改进的遗传算法的求解的高效性。

关键词： 柔性作业车间调度   故障时间   故障影响   遗传算法   贪婪算法  

摘要： 随着新一代智能制造的不断发展与进步,多品种、小批量的柔性生产模式成为了制造业升级转型的重要手段。相较于传统生产制造,柔性生产模式能够更加高效地分配加工设备、物资材料和组织生产管理。作业车间调度是柔性制造系统高效运作的关键环节,而实际的车间调度环境普遍存在着多变性和复杂性,尤其是随机故障扰动最为突出且影响最大。因此,为了保证生产系统稳定运行,提高面对扰动事件时系统快速响应的灵活性,从而帮助制造企业获得竞争优势,有必要研究如何制定合理的调度优化方案用于处理柔性作业车间调度过程中发生随机扰动所带来的影响。本文针对柔性作业车间调度的特点和随机故障扰动的影响开展研究,主要内容如下:首先,针对柔性作业车间调度问题,依据可靠性理论、概率论、最优化理论等相关基础理论,深入分析并总结故障因素对设备标准加工时间和调度方案的影响,探索设备标准加工时间的计算模型。然后,结合工序顺序柔性和设备选择柔性的特点,以最大完工时间和调度前后完工时间偏差作为调度优化目标,构建考虑故障影响的柔性作业车间调度模型。其次,探索求解考虑故障影响的柔性作业车间调度问题的优化方法。包括调度优化策略和优化算法两个方面。其一,设计基于设备故障时间的调度优化策略,继而提出调度策略评价指标;其二,分析并归纳遗传算法和贪婪算法分别在求解NP-hard问题上的优缺点,提出一种兼具全局搜索能力和局部搜索能力的混合优化算法。该算法主要是在遗传算法的基础上,通过嵌入贪婪算法来改进遗传进化后的基本可行解,引入破坏-重建规则扩大算法的搜索邻域,加速算法收敛,在保持种群的多样性的前提下提高整体算法的求解能力和效率。最后,借助FJSP标准算例测试遗传贪婪算法,将其运行结果和性能与其他优化算法进行对比,验证了所提出的混合优化算法具有有效性和优越性;通过求解典型柔性制造企业的实际生产案例,表明了设计的调度优化策略和混合优化算法能够处理随机故障对车间调度的影响,并且相较于其他优化方法表现更佳。

关键词： VR虚拟现实技术   Unity开发   世界技能大赛CAD机械设计项目   课程开发  

摘要： 随着我国产业链升级,国家与社会对高级技术人才的需求与日俱增。我国作为世界技能大赛强国,有着十分丰富的世界技能大赛选手培训经验,进行世界技能大赛成果转化将可以极大的提升职业技术教育的教学质量。同时,近年来新型信息化技术发展飞快,用VR虚拟现实技术提升课堂教学质量已经是一种可行的方案。而国家也颁布了相关政策扶持VR虚拟现实技术在职业技术教育领域的研究,基于VR虚拟现实技术进行课堂教学将是未来职业技术教育的发展趋势。本文基于VR虚拟现实技术,结合世界技能大赛CAD机械设计项目内容与标准,开发了一门用于提高学生竞赛兴趣、锻炼学生竞赛能力、强化学生解决工作任务能力与动手实践能力的中职《CAD机械设计》课程。本文主要工作有以下四点:第一,通过专家访谈及分析世界技能大赛CAD机械设计项目官方资料,归纳出世界技能大赛标准与要求,为后续课程提供开发方向。同时对珠三角地区中职院校CAD机械设计相关专业课程进行调研分析,总结目前现有课程痛点,为后续课程开发提供现实依据。第二,进行基于VR与世界技能大赛标准的中职《CAD机械设计》课程开发,开发内容包括:根据世界技能大赛CAD机械设计项目内容进行典型工作任务提炼,将典型工作任务从行动领域向学习领域转换,调研世界技能大赛相关标准,确认课程目标,基于课程内容设计学习情景,设计教学设计,进行一体化工作页开发,进行多元主体的课程评价体系开发。第三,使用Unity引擎开发“VR虚拟现实学习系统”。该系统基于中职《CAD机械设计》课程内容开发,拥有“理论学习”“拆装实训”“考评测试”三大模块,学生可根据具体课程内容,配合该系统完成学习任务。该系统用VR虚拟现实技术取代了传统教学中的理论教学与拆装实训,同时还提供即使反馈考评系统,提高了教学效率与质量,节约了教学过程中所产生的大量教学成本。第四,采用“减速箱结构设计”作为学习情景,依照一体化课程的课程教学设计,结合VR虚拟现实学习系统设置并实施了教学实验。从多方面进行教学效果分析,验证了基于VR的世界技能大赛训练课程在实际课堂教学过程中的可行性和有效性。最后分析结果可知:本研究开发的中职《CAD机械设计》课程能够有效提高学生自主探究能力,强化学生工作任务实践能力,同时还能提高课堂教学质量和效率,节约大量教学成本。本研究推动了世界技能大赛成果转化,同时也为基于VR虚拟现实技术的课程开发提供了新的参考思路。