淺談虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用

法元梅

摘 要：機械工程實踐教學(xué)的過程有著很強的實踐性，更加側(cè)重于對學(xué)生動手操作能力的培養(yǎng)和鍛煉，專業(yè)化程度較高，在實踐中要求學(xué)生必須具有一定的專業(yè)機械知識才能進(jìn)行正確操作。目前，機械工程作為我國理科高校的重點專業(yè)之一，其對我國的生產(chǎn)制造業(yè)有著非常重要的作用。其中虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)過程中的具體應(yīng)用，不僅可讓學(xué)生切身在這種仿真技術(shù)中理解和掌握具體的機械操作原理，同時還能讓學(xué)生發(fā)揮學(xué)習(xí)這門專業(yè)的主觀能動性，并同時也為教學(xué)創(chuàng)造了便捷條件，提高了機械工程的實驗教學(xué)效果。本文將重點探討這種虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)中的具體應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；機械工程；實驗教學(xué)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.089

操作實踐課屬于眾多高校理工科類專業(yè)中非常重要的學(xué)科組成內(nèi)容，而且順應(yīng)社會發(fā)展對人才的需求，我國當(dāng)前大部分高等院?；旧隙冀⒘藢I(yè)的工科類操作實驗室，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中能具備實踐動手操作的便利條件。傳統(tǒng)的機械工程實驗教學(xué)中，很多實驗涉及到使用儀器設(shè)備的情況比較多，這就使得實驗難度更大。再加之不少儀器設(shè)備價格不菲，體積結(jié)構(gòu)也不方便學(xué)生進(jìn)行實驗操作。所以過去通常都是通過教材理論知識進(jìn)行按部就班地操作，這就無法充分調(diào)動學(xué)生進(jìn)行自主操作的積極性。再加上還有很多高校因為資金投入有限，很多實驗室中舊的器材設(shè)備出現(xiàn)機能老化，無法滿足當(dāng)前機械工程實驗教學(xué)發(fā)展的需求。因此，充分將這種虛擬仿真技術(shù)積極應(yīng)用于機械工程的實驗教學(xué)過程中，可很大程度上來對目前教學(xué)過程存在的問題和不足予以改善和優(yōu)化，并提升這門課的教學(xué)效率。

1 機械工程實驗教學(xué)的現(xiàn)狀與問題

機械工程實踐教學(xué)的工程主要側(cè)重于實踐性操作能力的培養(yǎng)，讓學(xué)生在操作中提升動手實踐能力。近年來，隨著高校擴展，大學(xué)生數(shù)量在不斷增多，而實驗室和相關(guān)實驗設(shè)備開始供不應(yīng)求的問題成為影響和制約機械工程實驗教學(xué)的重要因素，這些導(dǎo)致學(xué)生在機械工程的學(xué)習(xí)中并沒有太多能切身實踐操作的機會，這也就使得學(xué)生無法將所學(xué)習(xí)和理解的理論知識真正運用到實踐中，影響學(xué)生實際的動手操作能力，同時使得學(xué)生所學(xué)習(xí)的理論知識無法在實驗中得到驗證，在很大程度上會降低學(xué)生學(xué)習(xí)這門專業(yè)的積極主動性。另外，因為機械工程實驗教學(xué)離不開對機械的使用，而很多學(xué)?？紤]到機械有潛在的危險性，為了確保學(xué)生的人身安全，進(jìn)而通過有關(guān)機械工程的講座、參觀來替代實踐教學(xué)。但這些形式的替代無法起到與實驗操作教學(xué)相同的效果，也無法有效提升學(xué)生的動手操作能力，也就因而使得學(xué)生對知識的理解和掌握只是停留在理論層面，不利于這門專業(yè)的全面透徹化的學(xué)習(xí)。因此，當(dāng)前提高我國高校機械工程實踐教學(xué)的教學(xué)設(shè)備和教學(xué)質(zhì)量十分迫切和需要。

2 有關(guān)虛擬仿真技術(shù)在機械工程實驗教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 關(guān)于數(shù)控加工技術(shù)的仿真實驗

數(shù)控加工技術(shù)，是我國當(dāng)前國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中現(xiàn)代化制造業(yè)的核心技術(shù)，現(xiàn)代化數(shù)控加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，有效為我國現(xiàn)代機械制造業(yè)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，這種數(shù)控加工技術(shù)，充分集結(jié)了微電子技術(shù)、機械加工技術(shù)這兩種技術(shù)，而且也預(yù)示著我國機械工程的發(fā)展前景。在當(dāng)前的各大高校專業(yè)中，機械制造級自動化成為非常熱門的專業(yè)之一。在具體教學(xué)過程中，學(xué)習(xí)本專業(yè)的教學(xué)與培訓(xùn)操作中最為主要的內(nèi)容即是數(shù)控機床。但由于數(shù)控機床的價格十分昂貴，而且設(shè)備單一的同時還有一定的復(fù)雜性，因此無法滿足每一個學(xué)生的實驗操作的需求，在實驗教學(xué)中只可允許少部分學(xué)生來進(jìn)行實踐操作，還有一部分只能在旁觀看和輔助，這就使得教學(xué)方法產(chǎn)生了一定的局限性。但如果在機械工程的實驗教學(xué)中，通過引入虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，那么通過對數(shù)控機床操作的詳細(xì)步驟與過程進(jìn)行模擬，則就能為工程實驗專業(yè)的學(xué)生提供學(xué)習(xí)環(huán)境和有利的條件，去實際感受和體驗機床的加工環(huán)境及加工流程，并因此而形成系統(tǒng)化的知識構(gòu)架，提高學(xué)習(xí)效率。

2.2 有關(guān)帶傳動性能的測試實驗

在機械傳動的過程中應(yīng)用比較廣泛的是帶傳動，通過帶傳動的應(yīng)用，來完成機械工程實驗教學(xué)的基礎(chǔ)性實驗課程的教學(xué)工作。帶傳動性能的測試實驗則指的是通過引導(dǎo)學(xué)生對帶傳動的過程予以觀察和分析，尤其是注意觀察其是否有打滑現(xiàn)象和彈性滑動的狀況，再對其承載能力的大小進(jìn)行分析，并結(jié)合所觀察和分析所得的相關(guān)數(shù)據(jù)來描繪帶傳動彈性滑動圖和傳動效率圖形。但是，若應(yīng)用到虛擬仿真技術(shù)來做帶傳動性能的測試實驗，那么就省去了電動機、發(fā)電機、傳感器以及光電測速裝置等的應(yīng)用。這是由于虛擬仿真技術(shù)的實驗硬件設(shè)施是由計算機輔助完成的，而且是利用Lab VIEW 軟件設(shè)計帶傳動性能測試系統(tǒng)。

2.3 有關(guān)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)是對各種大型復(fù)雜機械裝備的原理演示、故障診斷、功能仿真，同時也是對復(fù)雜且精密零件的工藝驗證、復(fù)雜綜合控制的模擬分析，并有效為大型復(fù)雜機械裝備操作培訓(xùn)提供了更加新型現(xiàn)代化的方法，解決和完善了大型復(fù)雜機械裝備物理實驗存在的漏洞和不足。虛擬仿真技術(shù)的實驗教學(xué)系統(tǒng)，可充分為高校學(xué)生開設(shè)面向全斷面掘進(jìn)機、冶金成套設(shè)備等大型復(fù)雜機械裝備的虛擬樣機設(shè)計與開發(fā)、虛擬裝配與功能仿真等虛擬實驗與虛擬實踐訓(xùn)練課程。

2.4 有關(guān)減速器裝備實驗

在機械工程的實驗教學(xué)中，常常涉及到對減速器的應(yīng)用，因此，在機械工程設(shè)計的實驗課中，最根本的課程最必不可少的實驗即是減速器實驗。在過去機械工程實驗的減速器實驗教學(xué)過程中，老師基本上是通過把一個真的減速器帶到課堂，并通過對其進(jìn)行逐一拆卸安裝，以此來讓學(xué)生了解和掌握其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能以及工作原理，但這樣會帶來巨大的資金消耗，而且實驗缺乏穩(wěn)定性。但此時如果在減速器裝備的實驗中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，即可實現(xiàn)把對實物的拆裝過程換做操作軟件，來對其進(jìn)行仿真和修形，從而達(dá)到其實驗教學(xué)效果，并不斷提升學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)水平和質(zhì)量。

3 結(jié)語

綜上所述，通過把虛擬仿真這種技術(shù)有效應(yīng)用到機械工程實驗教學(xué)中，可對過去傳統(tǒng)儀器設(shè)備的缺陷和不足予以改善和優(yōu)化，滿足了實驗教學(xué)改革的發(fā)展需求，提升了機械工程實驗教學(xué)水平和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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