北京航空航天大学（简称北航）是新中国成立的第一所航空航天高等学府，首批进入“211工程”和“985工程”，2013年入选首批“2011计划”国家协同创新中心。学校设有26个学院，59个本科专业，21个博士学位授权一级学科点，38个硕士学位授权一级学科点。2006年获批筹建航空科学与技术国家实验室，现有3个国家级实验教学示范中心，8个国家级重点实验室，4个国家级工程研究中心。最近10年获得9项国家级科技奖励一等奖，形成科技创新的“北航模式”。学校精育良才，立德树人。现有全日制在校生27811人，其中本科生14428人，硕士研究生8700人，博士研究生4015人，留学生668人。学校牢固树立人才培养的中心地位，推进具有“科学基础、实践能力、思想品德、人文素养”特征的空天信融合的拔尖创新人才培养，实践开放共享的实验教学建设模式。

虚拟仿真实验教学中心最早可以追溯到北航50年代建校初期创建的发动机工艺实验室、飞机工艺实验室和机电实验室。从当初以满足国家急需自主设计制造飞机、发动机人才为培养目标的专业教学实验室，到北航90年代末创建的机械工程创新实践基地及自动控制与测试教学实验中心。从当初以满足机械及控制工程基础与专业实验教学为主要目标的单一功能平台，发展成为现在服务于机械工程、控制工程、航空航天等多个专业本研一体化人才培养的多学科交叉、大学生科技竞赛与综合创新实践平台。2015年，为培养满足《中国制造2025》等国家战略需求的高层次人才，优化整合机械工程实验教学中心和自动化与电气教学研究实验中心资源，在实体实验中心的基础上，建立了北京航空航天大学机械与控制工程虚拟仿真实验教学中心。

虚拟仿真实验教学中心依托于机械工程与控制工程两大学科以及学科下各个特色专业方向实验室共同组建。专业方向包括“机械设计”、“机械制造”、“飞行器制造工程”、“飞行器控制与导航”、“材料成型与控制”、“工业制造与系统工程”、“测试与控制”、“机电控制”、“模式识别与智能系统”、“系统仿真工程”、“微机电系统工程”、“机器人技术”等。中心以自动控制和系统信息获取、信息处理、信息利用与仿真为基础进行专业教育，适应数字化、信息化、综合化、网络化和智能化的发展趋势，以特色基础、专业综合、科研创新、交叉开放型四个层次的教学实验，联合校内外科研团体及知名企业，开展机械与控制工程一体化虚拟仿真教学，从而培养学生的专业实践基础及科研创新能力。

虚拟仿真实验教学中心秉承北航“尚德务实、求真拓新”的优良传统，树立“增加感性认识、锻炼实践能力、培养工程素质、激发创新思维”的实践教学理念，服务于“强化基础，突出实践，重在素质，面向创新”的本科教学培养方针，遵循国际高等学校工科工程教育认证标准与未来工程人才培养的客观规律，以现有两个北京市教学示范中心为基础，坚持“完善人才培养体系，促进科教转换融合，强化校企联合共建，开放共享课程资源”的指导思想，全面提升实验教学资源信息化和网络化水平。

虚拟仿真实验教学中心充分发挥重点学科、重点科研基地及校企联合实验室的资源优势（如在航空制造、机器人、智能控制等领域），以培养面向高端制造的高层次人才为建设目标，坚持“虚实结合、相互补充、能实不虚”的建设原则，充分利用分布式智能化网络化结合的基础实验环境，完善创新驱动的跨学科综合实验教学体系，力争将虚拟仿真实验教学中心建设成为“培养体系完整、实验内容丰富、教学资源开放”的高水平实验教学示范基地。

课程体系

突出学生动手能力训练、科研训练与创新实践，构建了贯穿机械类人才培养全周期的实践教学体系。遵循知识、能力和素质的协调统一培养，整合机械与自动化学院等优质实验资源，初步构建起面向高端制造人才培养的全周期实践课程体系，包括课内实验、综合实践、毕业设计、课外科研训练、学科竞赛等实践环节，使实验教学贯穿于人才培养的全过程。

同时，针对机械工程与控制工程领域对具有全局观、系统级思维的领军型人才的需求，充分利用现有课程及设备资源，通过完善信息物理融合的虚拟仿真教学平台建设，构建学生扩展性学习的虚拟学习空间，实现课程教学资源和实验教学资源的共享，满足培养具有多学科复合型人才的虚拟仿真实验教学需求。

虚拟仿真实验教学中心着眼于培养学生自主、创新和解决复杂工程问题的能力，利用虚拟仿真资源提高现有教学实验的层次性、综合性与工程性。建立了特色基础型、专业综合型、科研创新型、交叉开放型等多层次实验课程体系（图1-2），涵盖了该领域内学生本科阶段所有重要的实验课程。实践教学过程依托互联网技术实现虚拟仿真与现实物理实验设备的深度融合，加强了学生顶层设计和工程实践能力的培养，从而满足创新型人才的培养需求。

图1  面向高端制造人才培养的全周期实践课程体系

图2 多层次实验课程体系

中心资源

虚拟仿真教学实验中心主体位于北航教学区二号教学楼一层西侧，并在新主楼、工程训练中心、沙河校区等处设有实验室（图2）。虚拟仿真实验教学中心包括各类实验室40余个，实验用房总面积8000余平米（图3）。

                                             (a)新主楼                              (b)小白楼                               (b)沙河新校区

图2  机械与控制工程虚拟仿真实验教学中心的部分房屋建筑

(a) 机械基础实验室                       (b) ADAMS仿真实验室                (c) 机械设计与制作实验室

                                                             (d) 机电一体化实验室                 (e) CAD中心实验室

                                                                             （f）自动控制原理实验室                （g）电气元件实验室                     （h）计算机控制实验室

                                                                            （i）机器人运动控制实验室                 （J）惯性导航实验室                   （k）负载模拟器实验室

图3  中心部分实验室

虚拟仿真实验教学中心将在原有实物实验教学资源的基础上，利用课程中心、虚拟云平台等虚拟实验教学手段和NetLinx构架的分布式网络综合实验教学环境，按照特色基础、专业综合、科研创新、交叉开放四个层次进一步完善高端制造人才实践课程体系并构建虚拟仿真实验教学中心虚实结合、相互补充、能实不虚的实验教学环境，在此教学环境的基础上开放共享虚拟仿真实验教学中心实验教学资源（图4）。

图4  NetLinx构架的分布式网络综合实验教学环境

虚拟仿真实验教学中心的组织管理体系如图5所示。中心是在北京航空航天大学大学教务处领导下，依托于机械工程与控制工程两大学科以及学科下各个特色专业方向实验室共同组建。

图5  实验中心组织架构

师资队伍

虚拟仿真实验教学中心共有全职人员54人，其中，课程建设教师27人，实验教师指导与技术服务人员19人，设备管理与维护人员8人。教师队伍中，拥有博士学位人数约70%，硕士学位获得者约25%，学士占5%。获得高级技术职称人数约64%，获得中级技术职称人数33%，其他技术职称占3%。中心全体教师长期工作于实践教学一线，取得了丰富的教学成果，并指导学生参加各类竞赛获得多项奖励。此外，校企联合实验室企业教师以及卓越工程师联合企业教师共35人，为学校提供专业仿真软件技术服务，人员培训以及学生竞赛项目指导。

合作企业

虚拟仿真实验教学中心坚持“以学生为本，空天信特色卓越工程师创新人才培养”的培养理念，并以建设全闭环的创新性人才培养基地为目标，与国内外行业领先的自动化、机械、电气、仪器仪表、计算机软件等企业建立深度的合作，联合开展具有工业应用背景的实验系统和实验平台的建设工作，共建校企联合实验室、联合进行卓越人才培养与对外技术推广工作。

1) 美国MSC公司

美国MSC公司是CAE软件ADAMS等软件的生产商。中心与MSC公司长期合作，建立起了良好的合作关系。郭卫东教授出版2部与ADAMS软件使用相关的著作，并向华北地区机械原理教师培训该软件；2014年，与MSC公司共同举办、台湾大学承办首届海峡两岸CAE教学研讨会，促进了海峡两岸高校机械基础教学的CAE水平提升。2015年成立了“北航-MSC软件教学示范基地”。

图6 首届海峡两岸CAE教学研讨会

2) 罗克韦尔自动化

罗克韦尔自动化是北美最大的工业自动化供应商，也是全球最大的专注于工业自动化设备及解决方案的供应商，为全球80多个国家和地区的制造企业提供世界领先的工业自动化动力、控制和技术解决方案。2014年，罗克韦尔自动化与北京航空航天大学合作建立“北航-罗克韦尔实验室”，捐赠北航价值1000万元人民币设备。罗克韦尔自动化为虚拟仿真实验教学中心的信息物理融合实验平台建设无条件提供技术支持并提供相关建设案例及技术方案，此外还会向虚拟仿真实验教学中心教师提供培训的机会，并帮助教师开发科研创新型、交叉开放型实验项目。

图7 北航-罗克韦尔实验室整体示意图

图8 北航-罗克韦尔实验室学术交流

3) 德国博世力士乐公司

德国博世力士乐公司作为全球最大的液压传动与控制跨国公司，其产品和技术处于世界领先地位。博世力士乐液压实验台是当前世界上最先进的开放式液压教学/科研功能于一体的实验台，代表了液压实验台的技术发展趋势和方向。2014年博世力士乐公司与北京航空航天大学合作建立“北航-博世力士乐实验室”，捐赠北航价值1000万元人民币设备。博世力士乐帮助教师利用旗下相关设备开放教学实验，以便更好的为学生提供领域内最新技术的应用趋势指导。

图9 北航-博世力士乐实验室

4) 北京精雕科技集团

北京精雕科技集团是国家火炬计划重点高新技术企业，一直致力于CAD/CAM软件、数控系统、CNC数控机床、高速电主轴等CNC核心技术的产品开发。2015年，建立“北京航空航天大学-北京精雕科技集团联合验证中心”，全面开展教学、管理、实习、培训、科研等方面的长期、紧密合作。其中集团捐赠北航5台新型多轴雕刻机软硬件系统，并为本科生提供长期的实习、实训基地保障。

5) 北京数码大方科技股份有限公司（CAXA）

北京数码大方科技股份有限公司（CAXA）是中国领先的工业软件和服务公司。北航与CAXA公司很早成立“北航CAXA大学”，进行软件培训。公司将其研发的CAXA系列产品无偿提供给北航学生使用；组织教师进行CAD技术应用和推广方面的经验交流。

图10  与知名企业签署合作协议

中心特色

1）资源整合。针对机械工程与控制工程领域对具有全局观、系统级思维的领军型人才的需求，充分利用现有课程及设备资源，通过完善虚拟仿真教学平台建设，初步构建起面向高端制造人才培养的全周期、多层次实践课程体系。

2）  虚实结合。创建了对工程教育普遍适用的STEP教学模式，有效指导虚拟仿真教学实践。

3）  科教融合。紧密结合教学与科研，将科研理念、文化、成果以及方法融入实验教学，有效提升学生的科学研究、科技创新以及解决复杂工程问题的能力。

4）  校企联合。建立了北航—罗克韦尔、北航—博世力士乐、北航—MSC等校企联合实验室，初步构建起分布式、智能化、网络化相结合的校企联合实验环境，搭建了多学科融合、分层次、多任务综合开放式实践教学平台。