新工科数智云舱-机械创新方案组合实验系统,数字化机械创新方案组合实验装置

第五代新款第四代旧款

一、产品简介
本系统是专为高等院校机械类专业打造的综合性创新实训设备，聚焦机械原理、机械设计与创新设计核心教学需求。设备采用模块化工业铝型材机架，集成连杆机构、齿轮轮系、带传动、复合传动单元等多元经典机械结构，搭配智能触控测控终端，支持机构自由拼装、方案创新搭建与运动参数实时测试。可全面满足机构认知、运动特性分析、创新方案验证等实训场景，是培养学生机械理论应用能力、工程实践能力与创新设计思维的核心教学装备。
二、产品特点
·  模块化自由拼装整机采用标准化模块化设计，铝型材机架与传动部件拆装灵活，无固定结构限制，可快速组合搭建数十种机械传动方案，适配个性化创新实验需求。
·  机构覆盖全面集成平面机构、空间机构、轮系机构、带传动、复合联动机构等全品类核心机械结构，完整覆盖机械原理课程核心知识点，教学适配性极强。
·  智能测控可视化配备高清触控控制系统，支持设备启停调速、运动参数采集、数据实时显示，直观呈现机构运动规律，实现实验过程数字化、分析可视化。
·  教学实训一体化深度贴合高校教学大纲，可完成机构认知、运动仿真、性能测试、创新设计验证等全流程实验，兼顾基础教学与创新拓展双重需求。
·  新型设计提高效率工业级铝型材框架结构稳固，可移动支架采用光轴与直线轴承结合的方式，移动丝滑无卡塞，提供做实验的效率。
·  创新能力培养导向支持学生自主设计非标机械方案，打破传统实验局限，激发创新思维，强化理论知识与工程实践的深度融合，提升综合工程素养。
三、技术参数
1、4G/WIFI双网边缘采集工业网关：
1.尺寸：105*80*22mm
2.电源：DC24V
3.接口：WLAN/LAN双网口、TTL（波特率1200-230400bit/s）、SIM卡
4.指示灯：NET、WIFI、4G、SVR、DATA
5.WIFI工作模式：STA模式、AP模式
6.协议支持Modbus TCP/UDP、MQTT、FTP、HTTP、Websocket、HTTPS、MQTTS
7.DTU在线模式：可设置为离线模式、永远在线模式、唤醒模式、按需在线模式、周期在线模式。
8.中心连接模式：单主中心连接、主副切换连接、主副同时连接、主副独立传输、主副互联对传。
9.功能设置：ID、注册包、心跳包头、心跳时间、注册包模式、数据发送模式、数据帧间隔、波特率、数据位、校验位、停止位、APN网关、用户名、密码。可查询基本参数、运行信息、信号质量，一键配置参数、保存参数脚本、加载设备参数、加载参数脚本、网络配参、串口配参。
10.轮询指令：支持10条轮询指令，轮询时间单位可设置为秒、毫秒
11.自定义命令：可通过命令对网关设置
12.数据显示：支持显示调试信息、串口数据发送
13.支持4G远程配参
2、机构创新组件：
1.材质：传动零件采用45#钢全数控精加工制作，并发黑处理
2.带链传动组件：V带、链条、链轮、带轮总计不少于6个
3.轴：主动轴、从动轴总计不少于18根
4.齿轮传动组件：齿轮、齿条总计不少于12个
5.连杆组件：连杆总计不少于24根
6.滑块组件：滑块总计不少于16个
3、电机
1.交流带减速器电机:额定功率: 90W 输出转速8r/min，单相220VAC±10%，50Hz
4、位移传感器：
1.量程：250mm
2.精度：0.05mm
3.模拟量输出
5、转速传感器：
1.响应频率：60khz
2.量程：3000rpm
3.分辨率：1000
4.电流：120ma
6、7寸人机交互HMI触摸屏
采用7英寸彩色液晶触摸显示屏，分辨率800×480，四线电阻式触摸屏，输入电压DC24V，额定功率5W，处理器1GHz，内存128M，系统存储128M，具有232/485/422、USB、以太网接口，支持组态。面板可实时显示螺杆微应变、实空心螺栓拉/扭应变、八角环压应变、顶杆压应变数值变化，操作直观便捷。
7、多功能控制器
采用紧凑型多功能控制器，集成至少14路数字量输入,至少10路数字量输出，不低于10路模拟量输入，不低于2路模拟量输出，多个高速计数器，支持RS232、RS485、MODBUS
8、机架
采用槽壁厚度2mm的40*40工业铝合金型材框架式结构，外形尺寸1000*400*660mm，模块化拼装设计，整体刚性强、承重稳定，无焊接变形，开放式立体安装空间，多维度安装点位，支持平面 / 空间机构无干涉搭建，机架预留电机安装位，电机安装底座支持60mm调节距离，中间5根移动支架连接采用2根光轴及内置轴承进行连接，移动丝滑无滞塞，支架固定采用定制连接件，经带压纹调节螺母锁紧。
四、可完成的实验内容：
1.导杆齿轮齿条机构；
2.多杆行程放大机构；
3.实现给定轨迹的机构；
4.压包机机构；
5.飞剪机构；
6.单缸汽油机机构；
7.内燃机机构；
8.鄂式破碎机；
9.泵；
10.摄影升降机；
11.近似匀速输出的往复运动机构；
12.可扩大行程机构；
13.曲柄摇杆型插床机构；
14.缝纫机导线、导针机构；
15.压力表指示机构；
16.搅拌机机构；
17.送纸机机构；
18.卡片穿孔机的送卡机构；
19.蒸汽机机构；
20.自动车床送料机构；
21.六杆机构；
22.双摆杆摆角放大机构；
23.转动导杆与凸轮放大行程机构；
24.起重机机构；
25.铸锭送料机构；
26.插床插削机构；
27.插齿机主传动机构；
28.刨床导杆机构；
29.曲柄增力机构；
30.曲柄滑块机构和齿轮齿条机构的组合；
31.曲柄摇杆机构；
32.四杆机构；
33.曲柄滑块机构；
34.曲柄滑块式送料机构；
35.曲柄摇杆与摇杆滑块机构；
36.槽轮机构与导杆机构；
37.凸轮起重机机构；
38.平压磨切机机构；
39.锻压机主拆行机构；
40.双摆杆摆角放大机构；
41.起重机机构等。
五、数智云舱-机械系统集成大数据界面

1）控制：发送wifi、4G、5G信号进行实验台与数智云舱互控，可控制加速、减速、自动采集、停止采集、手动采集、读取历史、清除历史、清除数据，既可通过数智云舱控制，也可以通过设备上的触摸屏控制，支持远程控制、异地控制、离线控制、手动控制并实时反馈至数智云舱。
2）性能曲线：实时采集实验设备输入/输出转速、输入/输出扭矩、直线位移、速度、加速度、角位移、角速度、角加速度等数据并生成性能曲线，曲线模块包括但不限于输入/输出转速曲线、输入/输出扭矩曲线、效率曲线、滑差率曲线、位移曲线、速度曲线、加速度曲线、角位移曲线、角速度曲线、角加速度曲线。表格曲线可显示对应点的数据内容，并在屏幕中央（数字孪生模型的位置）放大，方便观察，曲线下方设有自由域，可拉动域块自由设置数据监视区间，曲线范围内部采用色域填充的形式展现。眼睛按钮为旁观模式，其他已被授权的账号可查看此台设备曲线镜像，并撰写实验报告，向教师展示自己的理论理解程度。
3）仪表盘模块：展示电机转速仪表盘，根据实验台实时数据，指针转动至相应数值位置。
4）数据显示区域：显示实时采集的输入/输出转速、输入/输出扭矩、直线位移、速度、加速度、角位移、角速度、角加速度数据。

新工科数智云舱

概述：
新工科数智云舱形成了统一化管理、多学员对单设备数据可视化、跨专业支持、数据上云，方便教师查看分析学生的实验过程、实验结果、原理掌握程度以及批改学生实验报告，学生根据教师下发的任务，也可以快速的知晓自身的实验任务，在做完实验时可以直接在线将实验结果进行上传，通过新工科数智云舱，不论何时何地均可以进行设备的控制及实验，当设备运行时间过长时，系统还会在大数据界面进行报警，避免因设备忘关导致的损坏。
新工科数智云舱基于JAVA、C#、B/S架构，部署在云服务器上，设备与数智云舱之间支持wifi、4G、5G通讯，支持平板、计算机、100寸大屏显示，支持高清摄像头接入至大数据界面中，大数据界面中央具有数字孪生模型。设备可视化控制台具有一键启动、一键暂停、2D/3D模式切换、设备概览（状态、连接数量、总数、运行时间、终止时间等），支持全空间任意旋转、放大、缩小。可实时收发实验台边缘计算设备无线信号主副互传至云端服务器的远程控制单步、加速、减速、加载、减载、匀速、自动/手动采集、控制器数据写入的双控操作，也可以通过边缘计算设备将转速、转矩、压力、载荷、位移、拉力、角度、传动效率、传动比、温度等专业数据算法转换并生成可视化曲线，支持100位学生针对指定的某台设备数据及实时曲线进行查看。云舱分为学生端、教师端、管理端，每个端均具有唯一账号登陆，平台外观高端、科技感极强，可由教师自行编辑实验任务分发给不同的设备和指定的账户，学生端实验结束可上传实验报告及相关实验附件供教师评分，管理端可设置设备类型并对相关设备设置采集端口号。
新工科数智云舱涵盖了带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、凸轮传动、曲柄摇杆导杆滑块、滑动轴承、动平衡、平面机构、空间机构、轮系、机械创新方案设计、滚动轴承、单螺栓及螺栓组、液压传动、机电一体化、流体力学、制冷制热等综合性能测试。
管理端：
1.教师管理：管理端可添加教师账号，可设置教师姓名、学校名称、用户名、密码、绑定设备、学生账号开通权限，界面显示每个教师账号的登录时间。
2.设备类型管理：生成新增的设备类型，并绑定设备设备号。每个类型下面可绑定不同的设备、FN码、设备控制器型号、网络类型、连接方式、对应教师账号。
教师端：
1.设备可视化控制台：总列表显示不同教师账户下所绑定的不同设备信息（设备名称、在线/离线状态、运行时长、停止时间、启动设备、暂停设备），显示心跳包数设备总数、在线设备数量、运行设备数量、离线设备数量、告警设备数量。支持2D/3D模式切换，2D模式下选择任意设备可以查看更细致的内容：设备编号、站号、状态刷新、开启时间；3D模式下显示设备社区的3D模型，可任意放大缩小、旋转、平移拖拽，离线状态3d模型为黑色熄灭形态，在线状态3D模型为蓝体绿灯形态，告警状态3D模型为红体红灯形态，每个3d模型可视化展示设备名称及设备编号，选中某台设备3d模型时放大提示

3D模式界面

2D模式界面

2.学生账号管理：显示学号、用户名、密码、姓名、最后登录时间，可进行修改密码、删除。
3.新增学生账户：设置学生姓名、学号、密码，用户名根据学号自动生成。
4.密码修改：更改本账号的用户名、所属学校、原密码、新密码、确认密码。
5.设备管理：显示管理端为教师账号绑定的设备列表，显示设备种类。各个设备种类中显示绑定的设备名称、设备号、控制器型号、对应设备所用协议、运行时间。权限设置可设置设备对应的控制账号，教师端可查看学生端实时采集的数据、曲线、监控画面，也可以直接控制学生端设备的控制按钮，可控制学生端控制系统总开关，一旦关闭，学生端将不能再操作。

设备管理

6.实验管理：教师自由编辑实验任务，并可将任意的实验任务分发给任意一组设备，实现学生多分组实验。

实验管理界面

7.学习辅助界面：根据编辑的实验任务，可查看每个学生账号的实验报告、提交的附件作业，如cad、cam、Pro/E、装配图、零件图等。显示学号、姓名、对应设备。并批改实验任务进行打分，显示分数。也可看到学生是否已经完成实验任务。

学习辅助界面界面

学生端：
1.多学员对单设备数据可视化：每台设备可绑定多个学生账号，所有绑定的账号都能实时查看该设备的实时数据，设备控制账号可由教师自行设置为任意学生账号，解决了以往设备数量不足，多个学生挤在一台电脑上看数据的情况。
2.实验列表：登录学生端可见新工科数智云舱在线状态、实验设备列表，列表对应实验设备名称、控制器型号、设备编号、当前实验、可用实验任务、实验项目、每个学生账号经过教师端设置，可绑定不同的实验设备。学生可自行选择启动任意实验项目

实验列表界面

3.数字孪生实验界面：界面显示设备运行时间、实验设备名称、设备号、控制系统程序总开关状态按钮、控制面板、性能曲线界面、数字孪生三维模型、仪表盘界面、视频监控画面。当运行时间过长时，界面中间闪烁提示设备运行时间过长并且界面显示红色雾状报警。

数字孪生实验界面

4.历史数据：显示各项数据的id、数据名称、数据值、采集时间、手动采集标记。可自由删除任意一条数据，筛选手动采集表、导出excel表格

历史数据界面

5.视频监控（选配）：数智云舱大数据界面集成有视频监控模块，可添加高清摄像头查看设备实时运行工况。
6.提交实验报告：可看到教师布置的实验任务及相关的附件，可上传cad、cam、Pro/E、CATIA、sw、ug、三维模型、装配图、零件图、实验报告模板、数据要求、matlab等文件。学生可在框架界面自由编辑实验心得或者实验为解决难题等。