基础工业训练中心

国家级虚拟仿真实验教学示范中心年度报告(2019年)



批准立项年份

2014




国家级虚拟仿真实验教学中心年度报告

(2019年1月1日——2019年12月31日




实验教学中心名称数字化制造系统国家级虚拟仿真实验教学中心

实验教学中心主任:李双寿

实验教学中心联系人/联系电话:李双寿/010-62773633

实验教学中心联系人电子邮箱lss@mail.tsinghua.edu.cn

所在学校名称:清华大学

所在学校联系人/联系电话:郭婷/010-62781452















2020 年2 月28 日填报


 

第一部分  年度报告编写提纲(限5000字以内)


一、虚拟仿真实验教学资源

(一)虚拟仿真实验教学资源建设情况

1.数字化教学模块

2019年,依托制造工程体验等课程,中心建设了十余个数字化教学模块。这些数字化教学模块以项目为牵引,围绕价值塑造、能力培养和知识传授“三位一体”的教育理念,充分融合设计思维、产品设计、工艺实现的产品全生命周期流程,为不同专业背景的学生系统认知制造工程提供了良好的载体。为了提升教学质量和规范管理,中心提出了上述教学模块的数字化教案规范和体系,并以此为指导,系统梳理各模块的数字化模型、程序代码、数字化工艺文档、操作指导、电子教案等。以下为各教学模块的简要介绍:

1)智能物流车创意设计

该教学模块以物流搬运机器人、全地形搬运小车为载体,涵盖结构设计与原型、软件编程与调试、激光加工等环节。同时,作为中心赛课结合的核心教学模块,在全国大学生工程训练综合能力竞赛中,多次斩获大奖。该模块采用AutoCAD、SolidWorks等软件实现产品设计,C++PythonROS等软件平台实现控制系统开发,激光加工实现车体制作,增强现实(AR)辅助装配,并根据不同专业背景的同学,分配不同的责任模块,以组队形式完成最终产品。

数字化原型设计

通过AR虚拟仿真进行小车装配

数字化教学资源

物流机器人

全地形搬运小车

在2019年全国大学生工程训练综合能力竞赛中斩获大奖


2)个性化首饰设计与制造

该教学模块利用电脑设计完成蜡模的个性化设计,通过精密铸造虚拟仿真软件模拟铸造浇注过程,分析浇注效果并改进,并利用数控雕刻的方式制作蜡模,在此基础上完成首饰的铸造和打磨抛光处理。

蜡模个性化设计

模拟浇注与分析

学生作品

3)创意音响制作

该教学模块以创意音响为载体,涵盖结构设计与原型、电路设计与制造、3D打印等环节。该模块借助3DOne等软件实现产品设计,Multisim、Ultiboard软件实现电路原理图绘制与制板,3D打印实现音响外壳制作。

数字化原型设计

零件工艺清单(电子)

学生作品

4)文创笔创意设计

该教学模块主要基于数控车削、五轴铣削工艺展开。通过SolidWorks软件进行文创笔造型设计,Surfmill进行笔的纹理浮雕设计。

数字化产品原型设计

数字化教学资源

 

学生作品

5)基于铣削工艺的创意产品(指尖陀螺)

该教学模块主要基于数控铣削工艺展开,通过Surfmill进行指尖陀螺的创意设计、加工仿真和编程。该模块迄今已经累积了1000多例学生的创意产品。

数字化原型设计与加工编程

数字化教学资源

学生作品

6)先进连接技术

该教学模块主要基于焊接和激光切割工艺展开。通过AutoCAD进行书立等产品的个性化设计,并借助机器人仿真软件编写焊接程序。

数字化原型设计

机器人仿真

学生作品

7)桌面吸尘器制作

该教学模块以桌面吸尘器为载体,涵盖结构设计与原型、数控加工编程、电路设计与制造、个性化UV打印等环节。在模块中,通过SolidWorks、CorelDraw进行零件造型和UV个性化图案设计, Surfmill进行数控铣削编程,AltiumDesigner进行电路设计,MODUS软件进行质量检测程序编写与模拟。

数字化产品设计

数控加工编程与模拟

检测编程与模拟

电路设计

个性化UV设计

学生作品

8)文创与制造技术(铜镜)

该教学模块主要基于数控铣削工艺展开。通过ArtForm软件设计3D模型和加工编程,进行铜镜的创意设计与加工。

数字化2D与3D原型设计

数字工艺卡片

学生作品

2.线上实验课程

1)机械制造实习在线课程

今年,中心联合学堂在线,重点打造了机械制造实习15个实训环节的线上课程。列表如下:

表1.机械制造实习在线课程视频资源

序号

视频资源名称

讲解人

1

钳工实训环节

娄全庆

2

木工实训环节

杨忠昌,赵萌

3

普通车床实训环节

孙春雨,陈斌

4

数控车床实训环节

王佐

5

数控铣床实训环节(指尖陀螺制作)

郭巍,张余益

6

车铣综合实训环节(文创笔制作)

王佐,陈斌,李佼

7

3D精密铸造实训环节

马运

8

砂型铸造实训环节

邢小颖

9

焊条电弧焊实训环节

徐江波

10

弧焊机器人实训环节

周冰科

11

3D打印实习概述

杜平

12

3D打印实训环节

杜平

13

激光加工实训环节

罗勇

14

精密在线检测实训环节

王群,陈远洋

15

电子制造实训环节

王豫明,张盟,张钧剑

1.钳工实训环节

2.木工实训环节

3.普通车床实训环节

4.数控车床实训环节

5.数控铣床实训环节

6.车铣综合实训环节

7.3D精密铸造实训环节

8.砂型铸造实训环节

9.焊条电弧焊实训环节

10.弧焊机器人实训环节

11.3D打印实习概论

12.3D打印实训环节

13.激光加工实训环节

14.精密在线检测实训环节

15.电子制造实训环节

2)国家精品资源在线课程

上述资源将联合国家精品资源共享课程视频资源放在学堂在线上,目前正在审核与部署。

2.国家精品资源共享课程视频资源

序号

视频资源名称

讲解人

1

铸造实习概述

李双寿

2

锻压实习概述

李双寿

3

消失模铸造实习概述

汤彬

4

焊接实习概述

梁志芳

5

钳工实习概述

徐伟国

6

车工实习概述

武静

7

数控铣实习概述

洪亮

8

特种加工概述

杨建新

9

现代电子制造概述

王豫明

10

消失模铸造实训环节

张子光

11

氩弧焊实训环节

高党寻

12

螺纹钻扩铰实训环节

许清华,娄全庆

13

普铣实训环节

勾焕英

14

磨削实训环节

勾焕英

15

超声波加工实训环节

高炬

16

线切割实训环节

裴文中

3)工程训练课程视频中心

除此之外,中心还建立了工程训练课程视频中心,将中心工程基础课程、工程文化课程等视频资料放在网站上共享,网址如下:http://101.6.160.99:4980/edusoho/web/

中心工程训练课程视频中心

3.虚拟仿真项目建设

建设了锂电池装配工艺仿真与实验探究项目,该项目是一套集虚拟仿真及现场实训相结合的锂电池装配学习系统,已获批国家级虚拟仿真实验教学项目。通过国家级虚拟仿真实验教学项目共享平台,以及iCenter平台实现软件资源共享。目前,已经在机械制造实习、制造工程体验等课程中得到广泛使用。

锂电池装配工艺仿真实验

共享链接如下:

http://www.ilab-x.com/details?id=2705&isView=true

http://www.icenter.tsinghua.edu.cn/xuni/lidianchi/

锂电池装配工艺仿真与实验探究项目在课程中的应用

(二)科研成果转化为实验教学内容情况

训练中心碳立方实验室近年来结合石墨烯材料、柔性印刷电子技术等领域,将科研成果积极转化为实验教学内容。除开发了锂电池装配工艺仿真与实验探究项目外,还针对柔性印刷电子技术,开发了柔性印刷电子与实验探究等课程单元。

此外,中心结合增强现实(AR)领域的科研项目成果,积极开发了基于AR的智能产线工艺指导、数控车床/铣床AR教学、智能产线AR沙盘、AR辅助激光加工等教学环节。

训练中心AR相关科研项目

基于AR的智能产线工艺指导与教学

数控车床/铣床AR教学

AR辅助激光加工

(三)校企合作情况

通过与软件公司合作,获赠了大量软件资源,主要包括:

AutoDesk公司全套软件授权(机械系);

SolidWorks软件授权(机械系);

PTC公司软件授权(机械系);

EdgeCam软件授权(机械系);

Q-DAS软件授权(训练中心)。

此外,部分软件公司还积极参与到相关实验资源建设中,比如PTC公司与训练中心联合进行了DCC智能学习工厂的AR+IoT案例开发。

此外,机械系还与法国高校机械工程教育网络、达索系统公司、空客公司合作举办中法暑期学校;与AutoDesk公司合作,开展师资培训。

(四)资源共享情况

1.软件远程访问平台

上述软件资源部署在训练中心及机械系CAD教学中心云平台上,学生可进行远程访问。

2.教学资源访问平台

上述虚拟仿真资源、课程资源等部署在相关网页上,方便教师和学生随时访问:

1)锂电池装配工艺仿真与实验探究项目

http://www.icenter.tsinghua.edu.cn/xuni/lidianchi/

2)工程训练课程视频中心

http://101.6.160.99:4980/edusoho/web/

3)中心实验室远程导览

http://101.6.160.76:8010

通过上述网页,学生可以远程访问中心实验室,进行3D沉浸式浏览,并阅读相关设备或工作站点的信息。

3.云平台提供开放资源共享

1)iCenter-基础工业云

https://cloud.icenter.tsinghua.edu.cn/

2)iCenter-代码托管库

http://gitlab.icenter.tsinghua.edu.cn/

3)iCenter-人工智能平台

http://101.6.160.99:9106/

4iCenter-wiki百科

http://wiki.icenter.tsinghua.edu.cn/

5)iCenter-云盘

http://101.6.160.58:8080/

6)iCenter-设备共享

http://www.icenter.tsinghua.edu.cn/aichuang/chan_pin_shi_xian_zi_yuan/

http://www.icenter.tsinghua.edu.cn/service/ziyuan/

上述软件共享和虚拟仿真教学资源,以及中心云平台等,为保障今年疫情防控期间线上教学的正常开展提供了良好的支撑。

二、师资队伍

(一)队伍建设基本情况

训练中心目前含各类编制共有115人,从事各类教学任务的教职工111人。其中,正式职工46人;教师编制9人,其中1名正高、4名副高、4名中级;工程实验技术队伍和职员17人,其中12名副高、5名中级;合同制(含劳务派遣)职工69人,有3人为退休返聘现有职工中具有博士学位的12人,硕士学位12人,本科学历31人,大专学历26人。

(二)队伍建设的举措与取得的成绩等

2019年,训练中心引进新教师5名,职工队伍人事制度改革方案获得学校批准并顺利推行,共设岗位77个。训练中心通过人事制度改革,着力打造一支“教师为核心,工程实验技术人员为主力,技术工人为辅助,合同制人员为补充”、“总体规模适度,年龄结构、学历结构、层次结构合理,核心人员稳定”的富有虚拟仿真实验教学经验的教学队伍,同时建立起与世界一流虚拟仿真实验教学中心建设目标相适应的管理制度。

训练中心在虚拟仿真实验教学领域发挥引领作用,接待百余所国内外院校同行考察,中心教授数十次应邀在学术会议和兄弟院校做课程改革与基地建设报告。训练中心组织骨干教师近100人次到兄弟院校调研和参加学术交流,10余人次去欧美著名高校和知名企业访问交流;组织一系列学术讲座,对在职职工进行培训,提高实验指导人员虚拟仿真实验教学水平。

三、教学改革与科学研究

(一)教学改革立项、进展、完成等情况

2019年,共申请校级本科教改项目11项,研究生教改项目1项,国家级大学生创新创业训练项目 23项,校实验室创新基金16项。

序号

教改、大创、竞赛项目名称

项目成员

项目类型

备注

1

智能硬件与智能机器人协同的创新实验教学

陈震

校教改项目

 

2

基于涡喷发动机制造的工程综合能力训练教学与改革

高炬

 

3

“个性化3D设计与实现”课程的探究式小班实践探索

汤彬

 

4

中华工匠-非物质文化遗产传承与技术创新课程发展

王德宇

 

5

基于NB-IoT的物联网开放平台与实践教学建设

王健美

 

6

“个性化定制”的实践教学课程的改革研究

徐伟国

 

7

面向数字化工厂的智能检测技术课程建设

杨建新

 

8

基于经典力学试验的激光加工工程训练模式探索

姚启明

 

9

在《机械制图》课程中以创新能力为导向,提升构形设计和表达能力

机械系


10

面向新工科人才培养的《机械制图》新形态教材建设及教学实践

机械系


11

教学与科研结合—“工程制图基础”课程教学改革

机械系


12

消化内科临床教学智能实训平台的建设

周晋、王旭、王德宇

研究生教育教学改革项目

 

13

柔性锌-空气电池的制备及其在可穿戴领域中的应用

李双寿

2019年大学生创新创业训练项目

国家级

14

Nano-Robot人工智能STEAM教育套件

钟海旺

国家级

15

基于动态体模计算核辐射相关职业人员的外照射剂量

邱睿

国家级

16

基于PlaceCNN神经网络的无障碍声光提醒及导航装置

付志勇

国家级

17

营造工作坊模式的校园文创产品开发

洪亮

国家级

18

基于静电纺丝技术的可清洗静电吸附滤膜

杨建新

北京市级

19

基于AELOS机器人的视觉开发

陈震

北京市级

20

习得索引的算法实现及其优化

陈震

北京市级

21

面向盲人出行的智能传感脚部外设

付志勇

北京市级

22

Footroller —— 健康游戏鞋

付志勇

北京市级

23

Talk-Plants基于植物识别的激励式教育系统

付志勇

北京市级

24

宠物远程健康陪伴系统

陶品

北京市级

25

空巢老人情感问题的智能化解决

陶品

北京市级

26

图书馆借阅数据互动可视化应用开发

陈凯

北京市级

27

装备式可食地景产品及服务

洪亮

北京市级

28

深度学习系统的编程语言框架研究

陈震

北京市级

29

习得索引结构的探究

陈震

北京市级

30

面向盲人的三维导向传感方案

付志勇

北京市级

31

Footroller —— 健康游戏鞋

付志勇

北京市级

32

宠物远程健康陪伴系统

陶品

北京市级

33

空巢老人情感问题的智能化解决

陶品

北京市级

34

深化科普活动方案的探究

杨建新

北京市级

35

桌面级模块化微景观系统

刘海龙

北京市级

36

柔性器件制造平台的开发及其在三创教学中的应用探索 

汤彬   
















第四届实验室创新基金

重点项目

37

数字化焊接与切割综合制造实践教学平台规划与建设研究

姚启明

一般项目

38

从芯片到产品的电子设计与原型制造教学平台  3.5

韦思健

一般项目

39

智能制造中混合现实平台的开发及在教学中的交互与应用探

金晖

一般项目

40

文化发掘与文化工程-基于达•芬奇机器设计思维的现代工程

张余益

一般项目

41

基于精密加工机床的实验探究和实践教学

郭巍

一般项目

42

基于制造工程体验的实验课管理与教学质量研究

徐伟国

一般项目

43

多足机器人实验教学项目开发

初晓

一般项目

44

适应多层次机电系统训练的试验套件开发

梁志芳

一般项目

45

产品实体原型设计与实现的教学及产品杨忠昌

杨忠昌

一般项目

46

多自由度仿人机器人制造

郭敏

一般项目

47

学习索引技术研究与开发

陈震

一般项目

48

基于树莓派的实践教学研究

章屹松

一般项目

49

动态精度检测实验教学项目开发

王群

一般项目

50

工业网络安全实验教学项目开发

王健美 

一般项目

51

3D 精密铸造实践教学的开发与研究

马运

一般项目

(二)科学研究等情况

2019年,中心共承担科研项目26项,其中国家重点研发计划项目1项:

序号

项目名称

项目成员

项目类型

1

基于“互联网+”的全链条协同创新孵化服务平台研究及应用示范

李双寿

科技部重点研发计划项目

2

菏泽市中德智能制造产业园策划方案

李双寿

横向课题

3

乌鲁木齐市第一中学科技创新基地建设

李双寿

横向课题

4

科技创新课程体系研究

洪亮

横向课题

5

科技实践课程体系研究

洪亮

横向课题

6

科技创新课程体系研究

洪亮

横向课题

7

(上海市工商外国语学校)科技创新课程体系研究

洪亮

横向课题

8

蜗轮用耐磨铜合金及其制备方法

洪亮

横向课题

9

精雕高速加工中心实训方案的研究

洪亮

横向课题

10

北京市广渠门中学科技创新教育平台研究

洪亮

横向课题

11

北京市广渠门中学科技创新课程体系研究

洪亮

横向课题

12

北京市广渠门中学创客空间的规划与设计

洪亮

横向课题

13

PCB板金相切片及可靠性分析

王豫明

横向课题

14

连接器金相切片及可靠性分析

王豫明

横向课题

15

微波产品镀金铝壳上绝缘子烧结工艺技术

王豫明

横向课题

16

金相切片及可靠性分析(二)

王豫明

横向课题

17

金相切片及可靠性分析(一)

王豫明

横向课题

18

QFP芯片金相切片及可靠性分析

王豫明

横向课题

19

焊点金相刨切与分析

王豫明

横向课题

20

智慧教室数据管理平台设计项目

王德宇

横向课题

21

中国智慧社会及城市发展动因研究

王德宇

横向课题

22

面向专业技术领域的孵化服务平台建设研究

杨建新

科技部重点研发计划项目

23

清华大学青少年 i创行动

荣键

横向课题

24

基于印刷电子新技术的电子实践教学研究

韦思健

横向课题

25

中国卓越运营学院技术服务

王凯波

横向课题

26

结肠镜操作手柄智能助力系统研究

周晋

北京市医院管理局消化内科学科协同发展中心消化专项

四、信息化建设

(一)信息化资源、平台建设,人员信息化能力提升等情况

1. iCenter云平台建设

iCenter-DC数据中心,历经2年左右的建设,目前成为训练中心虚拟仿真教学平台基础。具体数据中心建设工作有:布置机柜6个(硬盘架入机柜),每机柜可容纳刀片服务器30台,占用规划面积6.5×4的面积。机柜和硬盘架和监控室与其它部分用透明隔板隔开。部署安全措施,保证内部环境监控和物理安全。核实国标的强制要求,如防静电地板,通风管道和空调。进行数据中心的强电改造(容量120A),建设 UPS 断电保护系统等等。

基于云计算的“互联网+创新平台建设,包括:清华工业云,iCenter-Wiki维基平台,iCenter-Gitlab代码托管平台。一个典型的“互联网+”团队的创立过程,包括部署其私有计算资源,完成注册私有的代码开发平台,完成注册,建立自己的作品的展示网页,缩短到10分钟。

图1 信息化平台总体框图

清华工业云iCenter-Cloud(https://cloud.icenter.tsinghua.edu.cn),面向训练中心教师、创客导师和全校创客团队。包括CPU集群和GPU集群两部分。其中CPU集群包含40台高性能服务器,每台为Intel Xeon 16核处理器和128GB内存,16TB硬盘组成。工业云用2台万兆交换机(10Gb Switch)和十几台接入级交换机将CPU集群和GPU集群两部分相连。

清华iCenter-人工智能平台(http://ai.icenter.tsinghua.edu.cn),GPU集群部分包括30台工作站,每台内存容量为128GB,配备NVidia GPU GTX TitanX显卡。GPU云的虚拟化方案是基于Docker实现的,每个同学的数据都在一个独立的容器里,互相不干扰。底层共享GPU运算资源,这样既保证了资源的充分利用,又保证了数据的安全。GPU云提供多种容器镜像, 提供不同的软件包环境,如TensorFlow、pyTorch、Caffe等等,以满足不同的研究学习用途, 快速搭建想要的环境。

2. 软硬件平台扩建

2019年,机械系通过多种渠道申请建设经费,建设了如下硬件资源:

建设了由150余台工作站组成的3间多媒体计算机教室;

建设了由4台APP服务器及配套管理服务器组成的云应用教学平台。

3. 教学信息化支撑平台建设

为了提升机械制造实习等课程教学管理的信息化水平,2019年训练中心建设了机械制造实习教学管理系统。通过手机APP,教师可以方便地进行实习单元计分、学生作品上传等功能,能有效改进现阶段依赖纸质成绩单效率低,数据容易丢失等问题。


(二)开放运行、安全运行等情况

清华大学iCenter互联网+创新平台,包括:清华工业云(https://cloud.icenter.tsinghua.edu.cn),iCenter-Wiki维基平台(http://wiki.icenter.tsinghua.edu.cn),iCenter-Gitlab代码托管平台(http://gitlab.icenter.tsinghua.edu.cn)。面向全校师生开放,无论是创客团队还是课程用户。

建设的中心主页网站(http://www.icenter.tsinghua.edu.cn),访问量达上百万人次,中心Gitlab平台托管了近900多个学生创新项目。创客空间的iCenter-Net无线网络面向所有师生开发,有力保障了中心举办的各项创客活动,教学课程和设备监控。

除了对内服务教学,同时我们积极为校内外服务,共享中心的信息化资源,为计算机系、信研院、社科学院和环境学院等院系与企业服务。2019年签订设备项目3项,合同金额22万元。

清华工业云(https://cloud.icenter.tsinghua.edu.cn)云平台的对外合作,包括微软Azure云计算,亚马逊AWS云计算和英伟达NVIDIA。微软Azure云计算支持下,训练中心的《大数据与机器智能》与《智能硬件》课程,通过课赛结合的方式,与华为、微软、魔门塔、魔泊云和普量云等人工智能企业,合作举办了科技赛事活动2项,其中开展了人工智能硬件挑战赛,金融大数据量化策略比赛,锻炼学生的国际化视野和技术能力。

依托中心的信息化资源,中心教师陈震(清华大学)等指导的机器学习学生社团(DSML)的学生团队,在创新实践教学平台的支持下,获得了2019年的第37届挑战杯学生课外科技作品特等奖。中心教师陈震(清华大学)等组织并指导的AI创辅专业学生团队,参加第二十一届中国机器人及人工智能大赛,并获得金奖、一等奖、二等奖两项、三等奖。中心支持的清华大学学生教育扶贫协会(SAEPA),2019年获得校十佳学生社团(2018),获评“标杆协会”(2019),信息技术教育的支教项目更获评“清华百年树人德年公益文化奖”优秀项目。

清华工业云在大数据和智能硬件方面,和华为技术、声智科技、旷视科技、京东云、百度公司、数码视讯、云杉网络等企业开展合作,获得了企业的技术支持和产品赞助。

五、虚拟中心大事记

(一)有关媒体对虚拟中心的重要评价,附相应文字和图片资料。

2019年4月9日,“中国慕课大会”在京举行。教育部党组成员、副部长钟登华,清华大学党委书记陈旭,教育部高教司司长吴岩等出席大会。清华大学教师邓俊辉、李双寿作为国家精品在线开放课程和国家虚拟仿真实验教学项目负责人代表出席大会并领取证书。

10月2日,中心部分教师(清华大学,李双寿,陈凯)参与了建国70周年央视频现场直播。展示了中心智能硬件库等创新教学平台,并介绍了课程中的环境光监测等教学实验。

12月20日,教育部中美青年创客交流中心评选工作结果发布,以训练中心为依托的清华大学中美青年创客交流中心评估总分第一,并获优秀创客中心称号。清华大学教师李双寿等作为清华大学中美青年创客交流中心负责人代表出席大会并领取证书。

(二)省部级以上领导同志视察虚拟中心的图片及说明等。

无。

(三)其它对虚拟中心发展有重大影响的活动等。

10月23日,训练中心与法国国立高等工程技术学校签署合作备忘录。

1130日,清华创客日系列活动举办。


六、虚拟中心存在的主要问题

(一)人才培养方面

在教学内容、方法和体系方面,目前的虚拟仿真教学模式需要进一步适应创意设计、创新制造与工程管理等相关学科交叉融合的发展趋势。项目驱动式教学、研究性学习、创新性实验等仍显不足。虚拟仿真实践教学中工程能力、创新思维的培养还有所欠缺。

(二)队伍建设方面

目前教师的学科背景主要是机械制造和材料加工专业,且具有较强工程实践经验的教师缺乏,满足不了数字化制造系统教学的发展需求,还需要增加1-2名信息或自动化学科背景的教师。此外,教师队伍没有学科归属,尽管初步形成了中心的科研特色,但是一直没有学科依托,不利于稳定和提升教师队伍的学术水平。另一方面,工程实验技术人员队伍急需加强,指导学生开展虚拟仿真教学项目需要高水平的导师团队

(三)环境条件建设方面

环境条件建设方面,新引进的教学设施仍需要继续消化吸收转化为教学资源,深度挖掘教学潜力还做得不足,对其内在的教学研究还不充分,同时还需要完善体系化、规范化的管理体系。

七、所在学校与学校上级主管部门的支持

2019年,在国家双创示范基地项目“服务于双创教育的跨学科创客实践教育平台”经费和教育部改善基本办学条件专项经费的支持下,经过两年的建设,已基本形成面向工业4.0的智能制造平台、服务于技术创新创业辅修专业的资源共享平台、服务于双创教育的创新生态环境,实现创新创业教育与跨学科工程实践培养模式的有机融合。

八、下一年发展思路

(一)加强内涵提升与建设。

围绕“工程训练、通识教育、双创教育”一体化的工程实践教学体系,探索知识、实践、能力、创新和价值塑造一体化的教学新方法,采用“学生主体、创客驱动、项目导引、团队合作、交叉融合”的新型教学模式,基于OBE和PDCA质量管理模型,健全以学生为本、以成效为核心的教育质量评价与监控体系。促进产业前沿技术在教学中的落地,教学内容、教学方法、教学管理等多个维度提升课程质量。继续推动赛课结合,以赛促课,通过实战全方位提升学生综合能力,激发学生主动性和创造力

(二)加强数字化能力提升

继续建设相关课程线上教学资源,开发不同前端、不同形式的在线课程单元,形成体系化的线上课程。加强信息化平台建设,重点开展课程管理实验资源管理、虚拟仿真资源管理、创新创业资源管理四个方面的建设:1)课程管理实现金工实习等课程的学生信息、排课信息等功能;2)实验资源管理形成设备资源库,实现大型设备使用管理对外预约开放等功能;3)虚拟仿真资源管理实现各类虚拟仿真平台、在线课程等的管理和开放;4)创新创业资源管理,重点面向学生创新创业成果管理和资源共享

(三)加大校企融合

构建校企深度融合的工程实践平台与运行机制方案,为新型工程实践教学体系实施提供支撑,并成为链接学生与企业的桥梁。除共建实验室、企业导师进行课程讲座、参观实践等形式外,建设企业专家库和项目池,吸纳企业资源深度参与课程建设学生创新项目,各类赛事与平台等。

(四)开展特色虚拟仿真资源建设

1.打造虚拟工程训练(云)中心。

将工程实训项目从线下转入线上,打破“时空、内容、功能及成本”的四大限制,支持无限扩充实训项目、不断开发教学功能,使其创建-维护-升级便利、成本极低,推动中心“互联网+VR/AR”进程。“虚拟工程训练中心(云)”将以智能制造应用项目为背景,基于“六真”开发理念(真实设备、场景、数据、任务、方法、过程),构建工程训练精品课程资源库、工程训练虚拟仿真软件库和工程训练云平台,完成智能制造全过程的教学与实训。工程训练虚拟仿真管理云平台作为各类资源的载体,收集学生学习行为数据,并进行学习方法效果评价,充分体现出现代教育信息化的发展方向。

2.3D打印网络服务平台。

在实体3D打印中心基础上,建立3D打印网络服务平台,实现在线3D打印、3D打印设计库积累、简单交易、展示宣传、资源共享等功能。









注意事项及说明:

1.文中内容与后面虚拟中心数据相对应,必须客观真实,避免使用“国内领先”、“国际一流”等词。

2.文中介绍的成果必须有虚拟中心人员(含固定人员、兼职人员)的署名,且署名本校名称。

3.年度报告的表格行数可据实调整,不设附件,请做好相关成果支撑材料的存档工作。

第二部分 虚拟中心数据

数据采集时间为 2019年11日至1231

一、中心基本情况

虚拟中心名称

数字化制造系统虚拟仿真实验教学中心

所在学校名称

清华大学

主管部门名称

教育部

中心共享网址

http://www.icenter.tsinghua.edu.cn

中心详细地址

清华大学李兆基科技大楼

邮政编码

100084

固定资产情况


建筑面积

16500

设备总值

11137.31万元

设备台数

3380

经费投入情况


主管部门年度经费投入

(直属高校不填)

万元

所在学校年度经费投入

1365

万元









注:(1)表中所有名称都必须填写全称。(2)主管部门:所在学校的上级主管部门,可查询教育部发展规划司全国高等学校名单。

二、教学资源情况

(一)实验教学情况

序号

课程名称

上课年级专业

实验项目名称

学时数

实验人数

是否为虚拟仿真项目

项目级别

级别认定文件名及文号

1

工程图学、工程制图基础、机械工程导论、机械设计基础(1)

机类/近机类专业大一

计算机二维绘图实验B1

3

1576



2

工程图学、工程制图基础、机械工程导论、机械设计基础(1)

机类/近机类专业大一

计算机三维建模实验B1

3

1290



3

计算机二维绘图实验B2

3

735



4

计算机三维建模实验B2

3

724



5

工程图学基础

工程图学基础

非机类专业大一

计算机二维绘图实验A1

2

509



6

计算机三维建模实验A1

2

417



6

机械工程导论

机械实验班大一

创新设计计算机建模实验

3

22



8

机械的奥秘

机航动大类大一

我的工厂我作主-生产计划与调度实验

3

103



9

产品数据管理(PDM)技术

机械工程大四

产品配置管理实验

4

34



10

工作流管理实验

4

34



11

计算机辅助工程集成实验

4

34



12

计算机辅助设计与制造集成实验

4

34



13

计算机辅助设计与装配实验

4

34



14

文档与产品结构管理实验

4

34



15

生产系统规划与设计

机械工程大四

生产系统规划与设计案例一

3

51



16

生产系统规划与设计案例二

3

51



17

生产系统规划与设计案例三

3

51



18

生产系统规划与设计案例四

3

51



19

制造工程信息技术

机械工程大四

数控编程与加工技术-建模

8

39



20

制造系统建模及生产计划调度

9

39



21

现代CAD技术

机械工程研一

PDM专题上机实验(一)

3

25



22

PDM专题上机实验(二)

3

25



23

PDM专题上机实验(三)

3

25



24

产品建模、仿真及协同设计实验(一)

3

25



25

产品建模、仿真及协同设计实验(二)

3

25



26

产品建模、仿真及协同设计实验(三)

3

25



27

机械制造实习

理工科类大一、大二学生

机械加工、材料成型、智能制造等

80/120

1400



28

电子工艺实习

理工科类大一、大二学生

电路设计、焊接、制版等

80

600



29

制造工程体验

全校各专业各年级

设计原型、产品制作、智能技术等

64

1400

部分



30

制造工程实践

全校各专业各年级

设计原型、产品制作、智能技术等

64

300

部分



31

实验室科研探究

全校各专业各年级

设计原型、产品制作、智能技术等

16

2400



注:(1)项目级别:是否为国家级、省级、校级虚拟仿真实验项目。

(二)科研成果转化为实验教学内容

序号

科研成果名称

完成人

转化方式

实验教学内容

网络访问地址

1






2











注:(1)转化方式:实验软件、实验案例、实验项目、其他。(2)实验教学内容:详细填写对应的转化后的实验教学项目面向本科专业开展虚拟仿真实验具体教学内容,包括实验知识点、实验目的、面向专业、人数、学时数等相关内容。

(三)合作企业参与程度和成果

序号

企业名称

参与程度

参与方式

合作成果

访问网络地址

1

云杉网络

共建

技术服务

基础工业云平台

https://cloud.icenter.tsinghua.edu.cn


2

殷泊科技

共建

技术服务

人工智能GPU平台

http://101.6.160.99:9104/

3

云城科技

共建

技术服务

专用存储平台

http://101.6.160.58:8080/

4

光轮电子

共建

技术服务

智能硬件库平台


注:(1)参与程度:共建、共享、其他方式。(2)参与方式:联合开发、联合共建、技术服务、其他。(3)合作成果:专利、著作权、虚拟仿真实验项目、在线课程、其他。

(四)教学资源共享的范围和效果

序号

教学资源名称

共享单位名称

共享方式

参与人数

效果

1

锂电池装配工艺仿真与实验探究项目

全国

在线直接访问

1257

良好

注:(1)共享方式:在线直接访问、在线使用账户访问、校内访问、其他。(2)参与人数:除本校学生使用之外的共享资源使用人数。(3)效果:优秀、良好、一般。

三、队伍基本情况

(一)本年度固定人员情况

序号

姓名

性别

出生年份

职称

职务

工作性质

学位

备注

1

李双寿

19680226

教授

中心主任

教学

博士


2

洪亮

19631017

副教授

中心副主任

教学

硕士


3

杨建新

19770901

副教授

中心副主任

教学

博士


4

梁志芳

19700515

副教授


教学

博士


5

徐伟国

19720906

副教授


教学

博士


6

汤彬

19740822

副教授

中心总支书记

教学

博士


7

王坦

19640730

副教授


教学

博士


8

顾学雍 

19670905 

副教授


教学

博士


9

杜平

19810112

讲师


教学

博士


10

周晋

19771209

讲师


教学

博士


11

彭世广

19870211

讲师


教学

博士


12

林蔚然

19820208

讲师


教学

博士


13

王豫明

19630109

高工


教学

学士


14

李生录

19591229

高工


教学

学士


15

杨兴华

19590928

高实


教学

其他


16

高炬

19600513

高实


教学

其他


17

左晶

19681102

高工


教学

硕士


18

吴殿红

19681118

会计师


教学

其他


19

张秀海

19660329

高实


教学

其他


20

韦思健

19670527

高工


教学

学士


21

荣键

19690119

工程师


教学

学士


22

姚启明

19701222

高工

中心副主任

教学

硕士


23

初晓

19760307

高工


教学

硕士


24

陈震

19761119

高工


教学

博士


25

王健美

19810617

高工


教学

博士 


26

王德宇

19890321

工程师


教学

硕士


27

王蓓蓓

19801203

工程师


教学

硕士


28

钟淑苹

19710911

七级职员


教学

学士


29

程松

19690709

高级工


教学

其他


30

王春友

19600927

中级工


教学

其他


31

武才

19610115

工人技师


教学

其他


32

陈然

19720325

高级工


教学

其他


33

路国柱

19630130

高级工


教学

其他


34

郝春华

19640205

高级工


教学

其他


35

娄全庆

19690501

高级工


教学

其他


36

杨德元

19690701

高级工


教学

其他


37

张新

19690624

高级工


教学

其他


38

程岩

19690902

工人技师


教学

其他


39

王国生

19700124

高级工


教学

其他


40

彭进

19700225

高级工


教学

其他


41

陈凯

19770529

工程师


教学

学士


42

董宝光

19751122

工程师


教学

学士


43

李睿

19730712

实验师


教学

学士


44

张子光

19571115

高级工


教学

其他


45

杨秀萍

19650105

初级工


教学

其他


46

甄世平

19640109

高级工


教学

其他


47

白金秀

19680910

初级工


教学

其他


48

王林革

19690127

初级工


教学

其他


49

陶凯意

19620801

高级工


教学

其他


50

孙殿乡

19630414

高级工


教学

其他


51

马绍华

19640213

初级工


教学

其他


52

周卫国

19640111

高级工


教学

其他


53

王秋红

19640830

工人技师


教学

其他


54

李建国

19651005

初级工


教学

其他


55

曹明奎

19650810

初级工


教学

其他


56

陶凤喜

19660728

初级工


教学

其他


57

梁迎春

19700321

高级工


教学

其他


58

陈开峰

19780603

工程师


教学

学士


59

张钧剑

19900921

中级工


教学

其他


60

王姣姣

19900418

助工


教学

其他


61

刘怡

19920210

助工


教学

其他


62

高英

19930324

助工


教学

学士


63

赵萌

19900213

助工


教学

其他


64

王龙兵

19900720

工人技师


教学

学士


65

张余益

19910307

助工


教学

其他


66

邢小颖

19940328

助工


教学

学士


67

周冰科

19921004

工人技师


教学

其他


68

王群

19800210

高级讲师


教学

硕士


69

高建兴

19801230

工程师


教学

学士


70

王佐

19890610

工人技师


教学

学士


71

马晓东

19690125

工程师


教学

其他


72

杨忠昌

19911101

助工


教学

其他


73

李亚鹏

19920520

助工


教学

其他


74

章屹松

19691219

工程师


教学

学士


75

黄吉才

19641017

工人技师


教学

其他


76

章鹏飞

19920824

助工


教学

其他


77

罗勇

19921201

助工


教学

学士


78

王海瑞

19790814

高级工


教学

其他


79

高党寻

19840918

高级技师


教学

学士


80

贺玉良

19640313

高级工


教学

其他


81

魏绍飞

19860618

工程师


教学

其他


82

马运

19900811

工程师


教学

其他


83

丁海音

19660808

高级工


教学

其他


84

殷泽辉

19951202

高级工


教学

其他


85

李屹

19740310

工程师


教学

学士


86

付宏生

19550507

工程师


教学

学士


87

白士弘

19500430

工程师


教学

学士


88

张英华

19550515

高级工


教学

其他


89

王志成

19751018

工程师


教学

博士


90

张雷刚

19790715

工人技师


教学

其他


91

杨冬梅

19761024

助工


教学

其他


92

赵娥

19850102

助工


教学

其他


93

熊婧辉

19830516

助工


教学

其他


94

孙春雨

19921107

助工


教学

其他


95

徐江波

19920207

助工


教学

其他


96

陈远洋

19930317

助工


教学

学士


97

林昕萌

19930406

助工


教学

学士


98

高敬涛

19860715

助工


教学

其他


99

张升玉

19910113

高级工


教学

其他


100

张盟

19890708

高级工


教学

其他


101

金晖

19940904

助工


教学

其他


102

胡玮莉

19720206

会计师


教学

学士


103

乔佳

19920710

助工


教学

学士


104

孙凤阳

19901009

助工


教学

硕士


105

陆昕

19891021

助工


教学

学士


106

王旭

19741202

工程师


教学

硕士


107

郭巍

19830103

工程师


教学

学士


108

郭敏

19941108

助工


教学

学士


109

周玥

19890913

助工


教学

学士


110

徐笑梅

19791211

助工


教学

硕士


111

陈斌

19970309

高级工


教学

其他


112

李佼

19970702

高级工


教学

其他


113

王浩宇

19960806

助工


教学

学士


114

邵竞尧

19911119

助工


教学

硕士


115

朱丽君

19830624

工程师


教学

硕士


116

刘娟蕾

19740610

工程师


教学

学士


117

王君英

1961

副教授


教学

硕士


118

李啟文

1969

工程师


教学

其他


119

吴志军

1960

教授


教学

硕士


120

田凌

1964

教授


教学

博士


121

黄利平

1966

副教授


教学

硕士


122

冯涓

1966

副教授


教学

硕士


123

牟鹏

1977

副教授


教学

博士


注:(1)固定人员:指经过核定的属于中心编制的人员。(2)中心职务:中心主任、副主任。(3)工作性质:教学、技术、管理、其他。(4)学位:博士、硕士、学士、其,一般以学位证书为准。(5)备注:是否院士、博士生导师、杰出青年基金获得者、长江学者等,获得时间。

(二)本年度兼职人员情况

序号

姓名

性别

出生年份

职称

职务

工作性质

学位

备注

1









2

















注:(1)兼职人员:指在中心承担教学、技术、管理工作的非中心编制人员。(2)工作性质:教学、技术、管理、其他。(3)学位:博士、硕士、学士、其,一般以学位证书为准。(4)备注:是否院士、博士生导师、杰出青年基金获得者、长江学者等,获得时间。

四、教学改革与科学研究情况

(一)承担教学改革任务及经费

序号

项目/

课题名称

文号

负责人

参加人员

起止时间

经费(万元

类别

1








2















注:此表填写省部级以上教学改革项目/课题(1)项目/课题名称:项目管理部门下达的有正式文号的最小一级子课题名称。(2)文号:项目管理部门下达文件的文号。(3)负责人:必须是虚拟中心人员(含固定人员和兼职人员)(4)参加人员:所有参加人员,其中研究生、博士后名字后标注*,非本中心人员名字后标注#。(5)经费:指中心本年度实际到账的研究经费。(6)类别:分为a、b两类,a课题指以中心人员为第一负责人的课题;b类课题指本中心协同其他单位研究的课题

(二)承担科研任务及经费

序号

项目/

课题名称

文号

负责人

参加人员

起止时间

经费

万元

类别

1

国家重点研发计划项目,基于“互联网+”的全链条协同创新孵化服务平台研究及应用示范

2017YFB1402000

李双寿

杨建新、王健美、陈震、王德宇

2017.12-2020.11

3367

a

注:此表填写省部级以上科研项目/课题。项目要求同上。

(三)研究成果

1.专利情况

序号

专利名称

专利授权号

获准国别

完成人

类型

类别

2

一种用于冷冻样品载网的夹载装置

201921140920.8

中国

李晓敏,李睿,周珩

实用新型

合作完成-第二人

注:(1)国内外同内容的专利不得重复统计。(2)专利:批准的发明专利,以证书为准。(3)完成人:必须是虚拟中心人员(含固定人员和兼职人员),多个完成人只需要填写中心人员中靠前的一位,排名在类别中体现(4)类型:其他等同于发明专利的成果,如新药、软件、标准、规范等,在类型栏中标明。(5)类别:分四种,独立完成、合作完成-第一人、合作完成-第二人、合作完成-其他。如果成果全部由虚拟中心人员完成的则为独立完成。如果成果由虚拟中心与其他单位合作完成,第一完成人是虚拟中心人员则为合作完成-第一人;第二完成人是虚拟中心人员则为合作完成-第二人,第三及以后完成人是虚拟中心人员则为合作完成-其他。(以下类同)。

2.发表论文、专著情况

序号

论文或

专著名称

作者

刊物、出版社名称

卷、期

(或章节)、页

类型

类别

1

消失模铸造实践教学的探索与思考

王姣姣

铸造技术

2019,40(04):423-426

北大中核心

独立完成

2

3D陶瓷打印在精密铸造中的应用

邢小颖

铸造

.2019,68(10):1127-1130

北大中核心

独立完成

3

AnyCasting虚拟仿真在砂型铸造中的应用及缺陷分析      

邢小颖

铸造

2019, 68(5): 508-511

北大中核心

独立完成

4

TiO_2/x-GO纳米复合纤维的制备及其光催化性能的研究      

陈星,张琦,汤彬

太原理工大学学报

2019, 50(5):562-567

北大中核心

合作完成-其他

5

Mg_(69)Ni_(15)Gd_(10)Ag_6非晶合金对甲基紫的光催化降解性能      

赵洋强,张琦,汤彬

太原理工大学学报

2019, 50(5):556-561

北大中核心

合作完成-其他

6

混合现实技术在经皮椎间孔入路腰椎间盘切除术临床教学中的应用      

余可谊,李子全,蔡思逸,董王骊,王德宇

基础医学与临床

2019, 39(6): 916-920.

北大中核心

合作完成-其他

:(1)论文、专著均限于教学研究、学术期刊论文或专著,一般文献综述、一般教材及会议论文不在此填报。请将有虚拟中心成员署名的论文、专著依次以国外刊物、国内重要刊物,外文专著、中文专著为序分别填报。(2)类型:SCI(E)收录论文、SSCI收录论文、A&HCL收录论文、EI Compendex收录论文、北京大学中文核心期刊要目收录论文、南京大学中文社会科学引文索引期刊收录论文(CSSCI)、中国科学院中国科学引文数据库期刊收录论文(CSCD)、外文专著、中文专著;国际会议论文集论文不予统计,可对国内发行的英文版学术期刊论文进行填报,但不得与中文版期刊同内容的论文重复。(3)外文专著:正式出版的学术著作。(4)中文专著:正式出版的学术著作,不包括译著、实验室年报、论文集等。(5)作者:多个作者只需要填写靠前的其中一位,排名在类别中体现

3.仪器设备的研制和改装情况

序号

仪器设

备名称

自制或

改装

开发的功能和用途

(限100字以内)

研究成果

(限100字以内)

推广和应用的高校

1






2











注:(1)自制:实验室自行研制的仪器设备。(2)改装:对购置的仪器设备进行改装,赋予其新的功能和用途。(3)研究成果:用新研制或改装的仪器设备进行研究的创新性成果,列举1-2项。

4.其它成果情况

名称

数量

国内会议论文数

0篇

国际会议论文数

1

国内一般刊物发表论文数

1

省部委奖数

2项

其它奖数

12

注:国内一般刊物:除“(三)2”以外的其他国内刊物,只填汇总数量。

五、信息化建设、开放运行情况

(一)信息化建设情况

中心资源共享网址

http://www.icenter.tsinghua.edu.cn

中心网址年度访问总量

200000人次

信息化资源总量

60000Mb

信息化资源年度更新量

3000Mb

虚拟仿真实验教学项目

30项

中心信息化工作联系人

姓名

汤彬

移动电话

18911021965

电子邮箱

btang@tsinghua.edu.cn

(二)开放运行情况

1.承办大型会议情况

序号

会议名称

主办单位名称

会议主席

参加人数

时间

类型

1







2













:主办或协办由主管部门、一级学会批准的会议。请按全球性、区域性、双边性、全国性等排序,并在类型栏中标明。

2.参加大型会议情况

序号

大会报告名称

报告人

会议名称

时间

地点

1

制造强国与创客教育

李双寿

终身学习与未来人才大会

2019.12.22

北京

2

面向制造强国的创客教育探索与实践

李双寿

中美青年创客交流中心研讨会

2019.12.20

温州

3

第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛总结暨第七届国赛筹备讨论

李双寿

教育部高等学校工程训练教指委全体会

2019.11.16-17

桂林

4

校企合作工程实践与创新教学

李双寿

国际机械工程教育大会产教融合论坛

2019.10.27

上海

5

新时代产教融合工程训练发展的新动能

李双寿

第29届全国计算机新科技与教育学术会议暨产教融合论坛

2019.10.10

开封

6

新时代工程训练发展的新动能

李双寿

教育部机械基础/工程训练教指委联合学术研讨会

2019.4.13-14

成都

注:大会报告:指特邀报告。

3.承办竞赛情况

序号

竞赛名称

竞赛级别

参赛人数

负责人

职称

起止时间

总经费(万元)

1

北京市大学生工程训练综合能力竞赛

省级

450

汤彬

副教授

2019.11.30-12.1

19.8

2

中美青年创客大赛北京市赛区

省级

28

杨建新

副教授

2019.6.1-12

6.2

3

中国“互联网+”大学生创新创业大赛

校级

123

34

杨建新

副教授

2019.6.11 校级赛

2019.10.12全国赛

5

4

大学生创业世界杯(university_startup_world_cup)

校级

3

杨建新

副教授

2019.10.27-31

4.8

5

第二届清华大学iCenter智能硬件挑战赛2019

校级

50

陈震

高工

2019.12.11

1

6

第三届清华大学iCenter量化策略挑战赛2019

校级

53

陈震

高工

2019.6.8-14

1

7

清华大学第四届大学生工程文化辩论赛

校级

90

梁志芳

高工

2019.6.2

1

8

清华大学第三届大学生Mbed编程竞赛

校级

90

梁志芳

高工

2019.5.26

1

9

清华大学第七届工程训练综合能力竞赛

校级

56

陈凯

工程师

2019.11.4

3

10

“清华礼物”文创产品大赛

校级

148

王德宇

工程师

2019.12.1-27

3

注:竞赛级别按国家级、省级、校级设立排序。

(三)安全工作情况

安全教育培训情况

105人次

是否发生安全责任事故

伤亡人数(人)

未发生



注:安全责任事故以所在高校发布的安全责任事故通报文件为准。如未发生安全责任事故,请在其下方表格打钩。如发生安全责任事故,请说明伤亡人数。






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