過程流體機(jī)械三維虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)簡介
《過程流體機(jī)械》是過程裝備與控制工程專業(yè)的一門主干課程，其理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，該軟件是針對大學(xué)?？?、本科《過程流體機(jī)械》實(shí)驗(yàn)課程配套開發(fā)的可在網(wǎng)上開展的虛擬實(shí)驗(yàn)，軟件模擬實(shí)驗(yàn)中用到的器材和設(shè)備，提供與真實(shí)實(shí)驗(yàn)相似的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提供網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程管理功能，包括：典型實(shí)驗(yàn)庫的維護(hù)、實(shí)驗(yàn)安排、提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)批改、成績統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)答疑等功能模塊?？蓾M足高等學(xué)校和各類培訓(xùn)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的需要，尤其適用于遠(yuǎn)程教學(xué)。不僅可作為過程裝備與控制工程專業(yè)等的本科、大專教材，亦可供制造與使用各種流體機(jī)械的有關(guān)工廠、設(shè)計(jì)研究單位等的工程技術(shù)人員參考。
軟件的目的意義：
目前，現(xiàn)實(shí)中的過程流體機(jī)械實(shí)驗(yàn)存在以下局限性：
1、硬件依存性較強(qiáng)，只能在特定實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行；
2、儀器設(shè)備數(shù)量有限，無法滿足學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的需求；
3、部分實(shí)驗(yàn)具有一定危險(xiǎn)性，如壓力容器綜合性能等實(shí)驗(yàn)；
過程流體機(jī)械三維虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)課程包括5個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別是：
1.往復(fù)式壓縮機(jī)工作原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
2.離心式壓縮機(jī)工作原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
3.典型離心泵的工作原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
4.往復(fù)式壓縮機(jī)性能測定虛擬實(shí)驗(yàn)
5.壓力容器綜合性能虛擬實(shí)驗(yàn)
1.往復(fù)式壓縮機(jī)工作原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘箤?shí)驗(yàn)者通過認(rèn)識往復(fù)式壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熟惡并學(xué)會壓縮機(jī)的拆裝，并觀察壓縮機(jī)內(nèi)氣體的壓縮過程，掌握往復(fù)式壓縮機(jī)的工作原理。實(shí)驗(yàn)開始前有新手引導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)者可通過鼠標(biāo)和鍵盤在實(shí)驗(yàn)室中漫游，觀察設(shè)備，調(diào)節(jié)視角。
實(shí)驗(yàn)者根據(jù)引導(dǎo)站到指定位置后，工作原理按鈕高亮提示，實(shí)驗(yàn)者點(diǎn)擊工作原理按鈕，壓縮機(jī)以動畫形式演示其工作原理，并將設(shè)備表殼透明化，使實(shí)驗(yàn)者能世界看到設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并使空氣變得具象化，使實(shí)驗(yàn)者能夠理解壓縮機(jī)抽象的工作原理。設(shè)備演示原理期間，實(shí)驗(yàn)者可以360度觀察設(shè)備，并對設(shè)備細(xì)節(jié)放大進(jìn)行學(xué)習(xí)。
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對原理學(xué)習(xí)完后，點(diǎn)擊界面左側(cè)的設(shè)備拆裝按鈕，設(shè)備表殼從透明變回不透明，系統(tǒng)在屏幕下方給出提示引導(dǎo)語，并以高亮提示需要進(jìn)行拆卸的構(gòu)件，學(xué)生通過引導(dǎo)語和高亮提示就能夠?qū)?gòu)件在設(shè)備上的位置有直觀的認(rèn)識；點(diǎn)擊高亮區(qū)域，構(gòu)件從設(shè)備上被拆卸下來。實(shí)驗(yàn)者根據(jù)系統(tǒng)提示按順序逐步對壓縮機(jī)進(jìn)行拆卸。其中在精細(xì)拆卸環(huán)節(jié)，系統(tǒng)會提示實(shí)驗(yàn)者右鍵點(diǎn)擊裝置，然后將要拆卸的裝置在屏幕中央進(jìn)行懸浮展示，高亮其內(nèi)部結(jié)構(gòu)并進(jìn)行逐層拆卸。
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2.離心式壓縮機(jī)工作原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘箤?shí)驗(yàn)者通過認(rèn)識離心式壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熟惡并學(xué)會壓縮機(jī)的拆裝，并觀察壓縮機(jī)內(nèi)氣體的壓縮過程，掌握離心式壓縮機(jī)的工作原理和離心式壓縮機(jī)的喘振機(jī)理。實(shí)驗(yàn)開始前有新手引導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)者可通過鼠標(biāo)和鍵盤在實(shí)驗(yàn)室中漫游，觀察設(shè)備，調(diào)節(jié)視角。
點(diǎn)擊界面左側(cè)的工作原理按鈕，壓縮機(jī)以動畫形式演示其工作原理，并將設(shè)備表殼透明化，使實(shí)驗(yàn)者能世界看到設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并使空氣呈藍(lán)色從而變得具象化，使實(shí)驗(yàn)者能夠理解壓縮機(jī)抽象的工作原理。設(shè)備演示原理期間，實(shí)驗(yàn)者可以360度觀察設(shè)備，并對設(shè)備細(xì)節(jié)放大進(jìn)行學(xué)習(xí)。
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對原理學(xué)習(xí)完后，點(diǎn)擊界面左側(cè)的設(shè)備拆裝按鈕，可看到設(shè)備拆裝分為四個(gè)子模塊：手動拆卸、自動拆卸、手動組裝、自動組裝。
點(diǎn)擊手動拆卸，系統(tǒng)在屏幕下方給出提示引導(dǎo)語，并以高亮提示需要進(jìn)行拆卸的構(gòu)件，學(xué)生通過引導(dǎo)語和高亮提示就能夠?qū)?gòu)件在設(shè)備上的位置有直觀的認(rèn)識；點(diǎn)擊高亮區(qū)域，構(gòu)件從設(shè)備上被拆卸下來。實(shí)驗(yàn)者根據(jù)系統(tǒng)提示按順序逐步對離心式壓縮機(jī)進(jìn)行拆卸。
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被拆卸下來的零部件展開在空中，使實(shí)驗(yàn)者能夠?qū)α悴考男螤詈臀恢糜心軌蚋谜J(rèn)知，全部拆卸完畢后，下方給出提示。使用鼠標(biāo)指向零部件，則屏幕上會出現(xiàn)該零部件的名稱標(biāo)簽。
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再次點(diǎn)擊設(shè)備拆裝，選擇手動組裝子模塊，根據(jù)屏幕下方的提示文字，依次點(diǎn)擊正確的零部件，選擇正確時(shí)，該零部件會自動安裝到設(shè)備上。
自動拆卸和自動組裝子模塊則不需要實(shí)驗(yàn)者操作，系統(tǒng)自動進(jìn)行拆卸和組裝，并在屏幕上以動畫形式展示，下方對于動畫操作實(shí)時(shí)給出文字介紹，實(shí)驗(yàn)者還不會拆裝時(shí)，可通過觀看自動拆卸和組裝動畫對設(shè)備有初步的了解和認(rèn)識。
3.典型離心泵的工作原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘箤?shí)驗(yàn)者通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛄私夂驼莆针x心壓縮機(jī)的工作原理及應(yīng)用。
點(diǎn)擊界面左側(cè)的工作原理按鈕，壓縮機(jī)以動畫形式演示其工作原理，并將設(shè)備表殼透明化，使實(shí)驗(yàn)者能世界看到設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并使空氣呈藍(lán)色從而變得具象化，使實(shí)驗(yàn)者能夠理解壓縮機(jī)抽象的工作原理。設(shè)備演示原理期間，實(shí)驗(yàn)者可以360度觀察設(shè)備，并對設(shè)備細(xì)節(jié)放大進(jìn)行學(xué)習(xí)。
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點(diǎn)擊界面左側(cè)的設(shè)備拆裝按鈕，可看到設(shè)備拆裝分為四個(gè)子模塊：手動拆卸、自動拆卸、手動組裝、自動組裝。點(diǎn)擊手動拆卸，系統(tǒng)在屏幕下方給出提示引導(dǎo)語，并以高亮提示需要進(jìn)行拆卸的構(gòu)件，學(xué)生通過引導(dǎo)語和高亮提示就能夠?qū)?gòu)件在設(shè)備上的位置有直觀的認(rèn)識；點(diǎn)擊高亮區(qū)域，構(gòu)件從設(shè)備上被拆卸下來。實(shí)驗(yàn)者根據(jù)系統(tǒng)提示按順序逐步對離心式壓縮機(jī)進(jìn)行拆卸。
被拆卸下來的零部件展開在空中，使實(shí)驗(yàn)者能夠?qū)α悴考男螤詈臀恢糜心軌蚋谜J(rèn)知，全部拆卸完畢后，下方給出提示。使用鼠標(biāo)指向零部件，則屏幕上會出現(xiàn)該零部件的名稱標(biāo)簽。
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再次點(diǎn)擊設(shè)備拆裝，選擇手動組裝子模塊，根據(jù)屏幕下方的提示文字，依次點(diǎn)擊正確的零部件，選擇正確時(shí)，該零部件會自動安裝到設(shè)備上。
自動拆卸和自動組裝子模塊則不需要實(shí)驗(yàn)者操作，系統(tǒng)自動進(jìn)行拆卸和組裝，并在屏幕上以動畫形式展示，下方對于動畫操作實(shí)時(shí)給出文字介紹，實(shí)驗(yàn)者還不會拆裝時(shí)，可通過觀看自動拆卸和組裝動畫對設(shè)備有初步的了解和認(rèn)識。
4.往復(fù)式壓縮機(jī)性能測定虛擬實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘箤?shí)驗(yàn)者通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛄私夂驼莆諌嚎s機(jī)指示功率和排氣量的測量方法；能夠直觀地看到壓縮機(jī)的實(shí)際壓縮過程，學(xué)會分析壓縮機(jī)的工作情況。本實(shí)驗(yàn)中涉及的實(shí)驗(yàn)設(shè)備有往復(fù)式壓縮機(jī)、GY-III壓縮機(jī)排氣及功率測定裝置系統(tǒng)、電荷信號放大器、數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換器、前置適配器。
實(shí)驗(yàn)者根據(jù)引導(dǎo)站到指定位置后，界面左側(cè)的工作原理按鈕高亮提示，點(diǎn)擊工作原理按鈕，壓縮機(jī)以動畫形式演示其工作原理，并將設(shè)備表殼透明化，使實(shí)驗(yàn)者能世界看到設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并使空氣變得具象化，使實(shí)驗(yàn)者能夠理解壓縮機(jī)抽象的工作原理。設(shè)備演示原理期間，實(shí)驗(yàn)者可以360度觀察設(shè)備，并對設(shè)備細(xì)節(jié)放大進(jìn)行學(xué)習(xí)。工作原理演示完畢后。
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界面左側(cè)的注意事項(xiàng)給出了本實(shí)驗(yàn)中需要注意的潛在安全風(fēng)險(xiǎn)和規(guī)范的操作步驟，并在仿真實(shí)驗(yàn)步驟中，嚴(yán)格遵從注意事項(xiàng)，培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范實(shí)驗(yàn)的意識和習(xí)慣。視點(diǎn)選擇按鈕使實(shí)驗(yàn)者能夠快速切換視角，方便實(shí)驗(yàn)者對不同設(shè)備進(jìn)行操作。
壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，GY-III壓縮機(jī)排氣及功率測定裝置系統(tǒng)會對壓縮機(jī)排氣功率進(jìn)行測定和記錄，實(shí)驗(yàn)者可將視角切換到電腦進(jìn)行查看，當(dāng)實(shí)驗(yàn)者視角在其他位置時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)會以小屏形式展示在屏幕上。
5.壓力容器綜合性能虛擬實(shí)驗(yàn)
壓力容器經(jīng)常處理高溫、高壓、毒性介質(zhì)，一旦發(fā)生破壞，后果不堪設(shè)想。因此在學(xué)習(xí)中深刻理解壓力容器的受力過程和破壞形式對避免壓力容器安全事故至關(guān)重要。由于壓力容器應(yīng)力無法感知，實(shí)驗(yàn)室測試無法使學(xué)生建立真正的概念，工作中仍會犯錯(cuò)，而外壓失穩(wěn)過程過快，學(xué)生來不及觀看即使是實(shí)驗(yàn)室級別的高壓容器爆破實(shí)驗(yàn)仍存在一定的危險(xiǎn)性，同時(shí)高壓容器實(shí)驗(yàn)件價(jià)格較高，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成本很高。
過程裝備虛擬仿真教學(xué)中心正是面向過程裝備與控制工程專業(yè)而提出的先進(jìn)、智能、綠色的教學(xué)手段。壓力容器虛擬仿真實(shí)驗(yàn)提供了針對大型、高溫、高壓、處理毒性介質(zhì)的過程裝備實(shí)驗(yàn)的解決方案，提供了安全、節(jié)能、環(huán)保以及可重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)練習(xí)手段。
實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)子實(shí)驗(yàn)：內(nèi)壓薄壁容器壓力測定實(shí)驗(yàn)、外壓容器失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)和高壓容器爆破實(shí)驗(yàn)。
5.1內(nèi)壓薄壁容器壓力測定實(shí)驗(yàn)
內(nèi)壓薄壁容器壓力測定實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑椋海?）測定內(nèi)壓薄壁圓筒外表面不同點(diǎn)的兩向應(yīng)力大?。唬?）測定內(nèi)壓薄壁容器各封頭外表面不同點(diǎn)的兩向應(yīng)力大??；（3）學(xué)習(xí)和了解測量元件、儀器等的正確使用及測試技術(shù)。（4）學(xué)習(xí)和掌握測試數(shù)據(jù)處理的理論和方法。
實(shí)驗(yàn)原理為：物體在力的作用下也會產(chǎn)生相應(yīng)的變形，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用電阻應(yīng)變儀測量壓力容器筒體和封頭連接部位的應(yīng)變，并根據(jù)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系得到其應(yīng)力。將電阻應(yīng)變片用膠水粘貼在封頭外壁面上，應(yīng)變片將隨封頭的拉伸或壓縮一起變形，應(yīng)變片的變形會引起應(yīng)變片電阻值的變化。
點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)界面左側(cè)的認(rèn)知模式按鈕，選擇實(shí)驗(yàn)器材可查看實(shí)驗(yàn)室中的器材，使用鼠標(biāo)懸浮于設(shè)備上方，會出現(xiàn)相應(yīng)的名稱標(biāo)簽。
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實(shí)驗(yàn)操作分為學(xué)習(xí)模式和考核模式，實(shí)驗(yàn)者可以在兩種設(shè)備間選擇一個(gè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)會以高亮提示實(shí)驗(yàn)者應(yīng)該進(jìn)行操作的結(jié)構(gòu)，并在屏幕上方給出提示文字，實(shí)驗(yàn)者跟隨引導(dǎo)點(diǎn)擊高亮區(qū)域，并點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)中的虛擬設(shè)備電腦，進(jìn)行聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)采集，在電腦上得出測量數(shù)據(jù)并計(jì)算，得出曲線。
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5.2外壓容器失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑槭沽私馔鈮罕”谌萜魇芰蟮钠茐男问剑⑼ㄟ^實(shí)驗(yàn)觀察其失穩(wěn)的形狀與波數(shù)。讓學(xué)生測量圓筒形試件失穩(wěn)破壞時(shí)的臨界壓力并與試件失穩(wěn)的實(shí)測值比較，驗(yàn)算上述圓筒形試件中部設(shè)有加強(qiáng)圈后的波形數(shù)與臨界外壓。通過實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的研究方法和設(shè)計(jì)方案有較深入的理解，從而培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。
實(shí)驗(yàn)原理為圓筒形容器在外壓作用下，常因剛度不足使容器失去原有形狀，即被壓扁或折曲成波形，這就是容器的失穩(wěn)現(xiàn)象，容器失去穩(wěn)定性時(shí)的外壓力，成為容器的臨界壓力，用Pcr表示。圓筒形容器失去穩(wěn)定性后，其橫截面被折成波形，波數(shù)n可能是1，2，3，4，....等任意整數(shù)，容器承受臨界值的外壓力而失去穩(wěn)定性，并非是由于容器殼體本身不圓，即使絕對圓的殼體也會失去穩(wěn)定性。當(dāng)然如殼體不圓(具有橢圓度)容器更容易失穩(wěn)即它的臨界壓力值會下降。
點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)界面左側(cè)的認(rèn)知模式按鈕，選擇實(shí)驗(yàn)器材可查看實(shí)驗(yàn)室中的器材，使用鼠標(biāo)懸浮于設(shè)備上方，會出現(xiàn)相應(yīng)的名稱標(biāo)簽。
實(shí)驗(yàn)操作分為學(xué)習(xí)模式和考核模式，實(shí)驗(yàn)者可以在兩種設(shè)備間選擇一個(gè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)會以高亮提示實(shí)驗(yàn)者應(yīng)該進(jìn)行操作的結(jié)構(gòu)，并在屏幕上方給出提示文字，實(shí)驗(yàn)者跟隨引導(dǎo)點(diǎn)擊高亮區(qū)域，逐步進(jìn)行操作，采用游標(biāo)卡尺等測量工具測量三次試件的壁厚和內(nèi)直徑，最后查看失穩(wěn)狀態(tài)。
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5.3高壓容器爆破實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘箤W(xué)生初步掌握壓力容器整體爆破的實(shí)驗(yàn)方法及裝置;觀察并分析實(shí)驗(yàn)過程中所出現(xiàn)的各種現(xiàn)象。讓學(xué)生測定圓筒塑性變形開始和結(jié)束時(shí)的屈服壓力值和圓筒破壞時(shí)的爆破壓力，并通過計(jì)算驗(yàn)證理論公式。讓學(xué)生對容器的爆破口及斷口做出初步的宏觀分析和對爆破容器的性能進(jìn)行評價(jià)的初步訓(xùn)練。
點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)界面左側(cè)的認(rèn)知模式按鈕，選擇實(shí)驗(yàn)器材可查看實(shí)驗(yàn)室中的器材，使用鼠標(biāo)懸浮于設(shè)備上方，會出現(xiàn)相應(yīng)的名稱標(biāo)簽。
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驗(yàn)操作分為學(xué)習(xí)模式和考核模式，實(shí)驗(yàn)者可以在兩種設(shè)備間選擇一個(gè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)會以高亮提示實(shí)驗(yàn)者應(yīng)該進(jìn)行操作的結(jié)構(gòu)，并在屏幕上方給出提示文字，實(shí)驗(yàn)者跟隨引導(dǎo)點(diǎn)擊高亮區(qū)域，逐步進(jìn)行操作，采用游標(biāo)卡尺等測量工具進(jìn)行了三次測量，學(xué)生可點(diǎn)擊左側(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按鈕查看實(shí)驗(yàn)中采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，并在電腦上查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后點(diǎn)擊左側(cè)容器爆破過程按鈕查看容器爆破。
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系統(tǒng)服務(wù)器端用戶分為學(xué)生、教師、教務(wù)管理員和系統(tǒng)管理員四種角色，不同角色擁有不同權(quán)限。
學(xué)生：選課、選擇實(shí)驗(yàn)、開展實(shí)驗(yàn)、接受實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、保存和提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果、查詢實(shí)驗(yàn)成績和批語。
教師：典型實(shí)驗(yàn)庫維護(hù)、發(fā)布實(shí)驗(yàn)、安排實(shí)驗(yàn)、批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告、系統(tǒng)指導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)并發(fā)布學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績和批語。
教務(wù)管理員：課程計(jì)劃、開課計(jì)劃、選課日期設(shè)置、開課審核、開課查詢。
系統(tǒng)管理員：用戶管理、分組管理、角色管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)維護(hù)等。
性能指標(biāo)
支持同時(shí)在線用戶數(shù)1萬人以上，經(jīng)測試，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不限終端用戶數(shù)，完全能滿足日常教學(xué)使用。
服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境
操作系統(tǒng)：WindowsServer，Linux/UnixServer
Web服務(wù)器：Tomcat6.0，JDK6.0
數(shù)據(jù)庫：MySQL
客戶端運(yùn)行環(huán)境
操作系統(tǒng)：AllWindows系列
相關(guān)信息：
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