[发明专利]一种可靠性虚拟实验教学系统与方法

权利要求书

1.一种可靠性虚拟实验教学系统与方法，其特征在于：具体方法包括如下步骤：

S1：虚拟实验环境的创建：

采用三维建模软件构建虚拟实验室房间和实验设备，而后导入动画制作软件创建实验动画，并采用编程软件编写控制脚本，建立虚拟可交互、经表面贴图渲染的逼真虚拟实验环境；

S2：虚拟实验数据的获取：

获取实验对象抽样、应力加载、实验方案确定、样品失效数及失效时间的可靠性实验数据，通过虚拟实验环境的人机交互，按不同的可靠性实验要求，或按相关实验国家标准，确定实验对象台套数，并从虚拟的实验室产品库随机抽取实验对象样品；

S3：实验数据的处理：

根据选定的实验方案，将所述样品失效数及失效时间代入可靠性数据处理公式中，计算出实验结果，这些结果包括：失效概率密度函数和可靠性特征量；

S4：实验效果评价：

对实验过程首先进行量化评价；

S5：教师教学指导：

将所述学系统和方法做成视频格式，作为实验指导书，教师教学时，预先让学生观看视频，了解实验过程；实验系统构建帮助文档，学生边实验边查询；教师下达实验任务时，预先设定实验对象、参照的实验标准、产品的失效概率分布函数及特征量。

2.根据权利要求1所述的一种可靠性虚拟实验教学系统与方法，其特征在于：所述三维建模软件包括Pro E、Solid works、3DMAX、UG、Rhino和CATIA三维建模软件。

3.根据权利要求1所述的一种可靠性虚拟实验教学系统与方法，其特征在于：所述动画制作软件包括3D unity、UnrealEngin、Cult3D、Maya软件。

4.根据权利要求1所述的一种可靠性虚拟实验教学系统与方法，其特征在于：所述编程软件包括C#、python、VRML或Java。

5.根据权利要求1所述的一种可靠性虚拟实验教学系统与方法，其特征在于：所述S2具体包括：

S2.1：应力加载，首先确定应力种类，包括振动、温度、湿度、电冲击、盐雾腐蚀，按实验要求选定种类；然后，确定应力加载方式，包括线性加载、恒定应力加载和步进应力加载，选定应力种类和应力加载方式，在虚拟实验室通过人机交互实现，选定后通过动画方式展示实验加载过程；

S2.2：实验方案，指可靠性实验结束条件，包括定时截尾实验、定数截尾实验、序贯实验、加速实验，通过人机交互选择，并按可靠性实验规程设定何时结束实验；

S2.3：实验前，实验指导教师人为设定产品的可靠性概率分布及相关可靠性特征量，包括假定实验样品服从分布，所述分布包括正态分布、威布尔分布和指数分布；

S2.4：实验过程中，产品失效数和失效时间可以按选定的概率分布随机产生，由实验环境脚本程序实现，获得失效数及其失效时间。

6.根据权利要求1所述的一种可靠性虚拟实验教学系统与方法，其特征在于：所述S3中，可靠性特征量包括可靠度、失效率、平均寿命。

7.根据权利要求1所述的一种可靠性虚拟实验教学系统与方法，其特征在于：所述S4中，对实验过程首先进行量化评价，具体包括：实验抽样、应力选择、实验方案确定是否合理，在人机交互过程中，给出选择步骤分；对实验数据处理的结果，与实验指导教师预先给出的实验样品概率分布和可靠性特征量进行比对，评判学生实验数据处理是否正确，给出计算过程量化分步骤量化分；以上两部分的加权求和，可获得学生实验过程总成绩；实验系统可构建实验思考题库，实验结束后，随机抽取题库中的思考题，学生虚拟实验环境中答题，给出答题成绩分。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种可靠性虚拟实验教学系统与方法，其特征在于：所述实验教学系统包括

虚拟实验环境创建模块，用于采用三维建模软件构建虚拟实验室房间和实验设备，而后导入动画制作软件创建实验动画，并采用编程软件编写控制脚本，建立虚拟可交互、经表面贴图渲染的逼真虚拟实验环境；

虚拟实验数据获取模块，用于获取实验对象抽样、应力加载、实验方案确定、样品失效数及失效时间的可靠性实验数据，通过虚拟实验环境的人机交互，按不同的可靠性实验要求，或按相关实验国家标准，确定实验对象台套数，并从虚拟的实验室产品库随机抽取实验对象样品；

实验数据处理模块，用于根据选定的实验方案，将所述样品失效数及失效时间代入可靠性数据处理公式中，计算出实验结果，这些结果包括：失效概率密度函数和可靠性特征量；

实验效果评价模块，用于对实验过程首先进行量化评价；

教师教学指导模块，用于将所述学系统和方法做成视频格式，作为实验指导书，教师教学时，预先让学生观看视频，了解实验过程；实验系统构建帮助文档，学生边实验边查询；教师下达实验任务时，预先设定实验对象、参照的实验标准、产品的失效概率分布函数及特征量。