紡紗技術(shù)三維虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)簡介
適用專業(yè)：服裝設(shè)計與工程、非織造材料與工程、紡織工程等相關(guān)專業(yè)。
紡紗技術(shù)是紡織工程教育等相關(guān)專業(yè)的一門主干基礎(chǔ)課，其理論性和實踐性都很強，它的實驗教學(xué)是紡紗技術(shù)教學(xué)中的一個重要實踐環(huán)節(jié)。目前，現(xiàn)實中的紡紗技術(shù)實驗存在以下局限性：
1、硬件依存性較強，只能在特定實驗室中進行；
2、需要數(shù)量較大的儀器設(shè)備，才能滿足學(xué)生人手一套設(shè)備獨立進行實驗的需求；
3、部分實驗的操作過程比較繁瑣，導(dǎo)致學(xué)生在實物實驗中操作不順暢，缺少時間去主動思考。
隨著招生規(guī)模的逐年擴大，教學(xué)改革的不斷深入，紡紗技術(shù)實驗的教學(xué)任務(wù)越來越重，儀器設(shè)備臺套數(shù)和實驗教師數(shù)量相對不足等問題愈加突出。為了以最少的經(jīng)費投入解決以上問題，并進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強實驗效果、提高實驗教學(xué)質(zhì)量，我們開發(fā)了紡紗技術(shù)三維虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)軟件。
該軟件可在網(wǎng)上開展的虛擬實驗，軟件模擬實驗中用到的器材和設(shè)備，提供與真實實驗相似的實驗環(huán)境，提供網(wǎng)上實驗教學(xué)過程管理功能，包括：典型實驗庫的維護、實驗安排、提交實驗報告、實驗批改、成績統(tǒng)計、實驗答疑等功能模塊?？蓾M足高等學(xué)校和各類培訓(xùn)機構(gòu)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的需要，尤其適用于遠(yuǎn)程教學(xué)。
使用現(xiàn)有器材模型，系統(tǒng)可開展如下9個常用實驗的訓(xùn)練：
1、紡織專件虛擬實驗
2、細(xì)紗錠子虛擬實驗
3、粗紗錠翼虛擬實驗
4、多功能卷繞機虛擬實驗
5、長絲卷繞機虛擬實驗
6、轉(zhuǎn)杯紡虛擬實驗
7、清梳聯(lián)虛擬實驗
8、粗細(xì)絡(luò)連虛擬實驗
9、并條機虛擬實驗
紡織專件示教模塊
軟件采用三維建模模擬真實實驗中用到的紡織專件，提供與真實實驗相似的實驗環(huán)境；
軟件提供紡織專件器材欄，提供打手、錠翼、劍帶、劍輪、劍頭（劍桿）、羅拉、皮輥、搖架、針布、筒管、錠子、鋼領(lǐng)等專件15件；
所有專件尺寸符合國標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并能實現(xiàn)系列化設(shè)計；
軟件具備良好交互性，左側(cè)為專件器材區(qū)，右側(cè)為互動實驗區(qū)，用戶可以自由選擇調(diào)用哪些器材進行實驗，靈活互動；
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圖1 紡織裝備專件效果示意圖
通過簡單的鼠標(biāo)拖曳操作，即可將特定的紡織專件調(diào)入互動區(qū)，可以互動的方式從任意距離、任意角度查看認(rèn)知專件，并了解其知識點；
同時，軟件還可與三維設(shè)計軟件(Pro/E、SolidWorks)和有限元分析軟件（ANSYS、ABAQUS等）進行對接，完成剛強度、應(yīng)力應(yīng)變等分析功能。
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圖2 紡織裝備專件力學(xué)性能分析
細(xì)紗錠子
實驗中，軟件支持測量并描繪在不同轉(zhuǎn)速下設(shè)備的相關(guān)參數(shù)曲線。
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圖3 細(xì)紗錠子實驗
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圖4 細(xì)紗錠子實驗
粗紗錠翼虛擬實驗
在本實驗中，可以全方位觀看設(shè)備，模擬設(shè)備開機，調(diào)整設(shè)備轉(zhuǎn)速，查看電壓-錠翼轉(zhuǎn)速關(guān)系圖，壓紗力與官紗直徑關(guān)系圖
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圖5場景漫游
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圖6模擬開機
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圖7設(shè)置不同轉(zhuǎn)速
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圖8查看電壓-錠翼轉(zhuǎn)速關(guān)系圖
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圖9壓紗力與官紗直徑關(guān)系圖
多功能卷繞機實驗
多功能卷繞機實驗中，軟件支持用戶采用模塊化設(shè)計的方法，設(shè)計不同的卷繞機結(jié)構(gòu)，如絲杠式、凸輪式、撥叉式。
對于絲杠式卷繞機，軟件還支持卷繞不同樣式的紗筒，如直邊式、錐邊式、雙錐邊式。
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圖10多功能卷繞機
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圖11 不同的結(jié)構(gòu)樣式
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圖12 卷繞工作視角
長絲卷繞機虛擬實驗
本實驗可以模擬長絲卷繞機設(shè)備開啟，通過調(diào)整儀器轉(zhuǎn)速來觀察紡紗過程
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圖13模擬開機
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圖14調(diào)整轉(zhuǎn)速
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圖15觀看紡紗過程轉(zhuǎn)杯紡實驗
轉(zhuǎn)杯紡實驗中，軟件支持用戶操作設(shè)備進行紡紗操作，同時支持用戶仔細(xì)觀察設(shè)備的運行狀態(tài)。
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圖16轉(zhuǎn)杯紡實驗
軟件支持輸出轉(zhuǎn)杯紡設(shè)備相關(guān)的參數(shù)曲線，為學(xué)生進行創(chuàng)新設(shè)計提供設(shè)計思路，輸出曲線包括：轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速與成紗強力關(guān)系、轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速與成紗伸長關(guān)系、轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速與紡紗張力關(guān)系等。
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圖17 分梳輥轉(zhuǎn)速與單紗張力關(guān)系曲線
清梳聯(lián)實驗，粗細(xì)絡(luò)連實驗，并條機實驗
使學(xué)生隨時隨地在電腦上即可進入虛擬的紡織工廠。像在真實的紡紗工廠內(nèi)一樣去認(rèn)知紡紗的過程，不再受工廠偏遠(yuǎn)、危險性高、條件不具備等制約條件的限制。
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圖18實驗場景
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圖19 梳棉機
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圖20 粗紗機
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圖21 細(xì)紗機
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圖22 絡(luò)筒機
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圖23 清棉機