虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

王爍

摘要：在經(jīng)濟(jì)和科技高速發(fā)展的今天，虛擬仿真技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用也越來越廣泛。虛擬仿真技術(shù)具有成本小、操作簡便、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)踐教學(xué)中受到廣大教師和學(xué)生的歡迎，是教學(xué)過程中非常重要的教具之一，本文以機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)的現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，分析了虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)中的具體應(yīng)用，旨在提高機(jī)械工程教學(xué)質(zhì)量，提高虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用范圍及頻度。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；機(jī)械工程；實(shí)踐教學(xué)；現(xiàn)狀；具體應(yīng)用

機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)的實(shí)踐性非常強(qiáng)，非常注重學(xué)生的動手實(shí)踐能力的培養(yǎng)，其專業(yè)化程度也非常高，必須具有專業(yè)知識、必須有專門的機(jī)械才能操作，機(jī)械工程是我國理科高校的重要專業(yè)，對我國生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展有非常重要的作用。虛擬仿真技術(shù)對機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)有非常重要的作用，它可以讓學(xué)生如身臨其境般真正地理解和掌握機(jī)械操作原理，激發(fā)學(xué)生對機(jī)械工程實(shí)踐操作的積極性，為教師教學(xué)提供便利條件，為實(shí)踐教學(xué)成果的提高提供有力保證，為學(xué)生日后就業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)。

一、機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)存在的問題

機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)重在實(shí)踐操作，提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力。隨著高校擴(kuò)招政策的不斷深入發(fā)展，高校的學(xué)生也越來越多，實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺和實(shí)驗(yàn)場地不足的問題已成為制約機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)的重要因素。學(xué)生實(shí)踐的時(shí)間和次數(shù)都非常有限，這將無法保證學(xué)生將理論中學(xué)到的知識及時(shí)有效地運(yùn)用到實(shí)踐中去，對學(xué)生動手能力的提高影響比較大，學(xué)生掌握的理論知識無法在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證，這在無形中也會降低學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。另一方面，由于實(shí)踐教學(xué)要使用機(jī)械，機(jī)械具有一定的危險(xiǎn)性，不少學(xué)校為了學(xué)生的人身安全經(jīng)常以其他形式代替實(shí)驗(yàn)教學(xué)，比如：講座和參觀等。但是，這些形式不能代替實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生的動手實(shí)踐能力得不到有效的提高，學(xué)生對知識的理解和掌握無法達(dá)到透徹和融會貫通的程度，對機(jī)械工程的學(xué)習(xí)非常不利。一言以蔽之，我國高校機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)的教學(xué)設(shè)備和教學(xué)質(zhì)量有待于進(jìn)一步提高。

二、機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)的意義

機(jī)械工程實(shí)踐教學(xué)對學(xué)校、學(xué)生和教師都有重要意義。眾所周知，實(shí)踐教學(xué)注重學(xué)生的動手操作能力，學(xué)生只有進(jìn)行真正的實(shí)踐操作，他們的實(shí)踐水平才能逐步提高。但是如果在真正的機(jī)械上進(jìn)行實(shí)踐操作，這會大大增加學(xué)校的經(jīng)費(fèi)開支，因?yàn)檎嬲膶?shí)驗(yàn)設(shè)備不僅價(jià)格高，而且保養(yǎng)的成本也比較高。而虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)恰好解決了這方面的問題，具有投入少、操作簡便的特點(diǎn)，在減少學(xué)校投入的同時(shí)還方便了教師教學(xué)。虛擬仿真技術(shù)是教師教學(xué)過程中的重要教具，虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用有利于教師在授課過程中將理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，對提高教學(xué)水平和教學(xué)成果發(fā)揮著重要的作用。同時(shí)，虛擬仿真技術(shù)為學(xué)生的實(shí)踐提供了優(yōu)質(zhì)平臺，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中體會學(xué)習(xí)的快樂，讓學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，讓學(xué)生真正做到學(xué)以致用，將學(xué)到的理論知識在實(shí)驗(yàn)中融會貫通。

三、虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，科技不僅帶動了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，而且促進(jìn)了虛擬仿真技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程教學(xué)的應(yīng)用也越來越廣泛。下面將簡要介紹虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程教學(xué)中的具體應(yīng)用。

（一）虛擬仿真技術(shù)在數(shù)控加工技術(shù)中的應(yīng)用

數(shù)控加工技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中扮演著重要的角色，數(shù)控加工技術(shù)是機(jī)械加工技術(shù)和微電子技術(shù)的結(jié)合體，它與機(jī)械工程的發(fā)展方向吻合。數(shù)控加工技術(shù)是我國理科類高校的專業(yè)必修的核心內(nèi)容。因?yàn)闄C(jī)床價(jià)格昂貴，所以機(jī)床嚴(yán)重不足已成為一個(gè)數(shù)量的問題。為了解決這一問題，實(shí)驗(yàn)室利用了數(shù)控加工仿真技術(shù)。以CAXA軟件在鼠標(biāo)的數(shù)控加工為例。在實(shí)驗(yàn)過程中，CAXA軟件將會模擬真實(shí)的數(shù)控機(jī)床實(shí)際操作方法與步驟，讓每個(gè)學(xué)生身臨其境感受數(shù)控加工的具體過程。在實(shí)踐過程中，學(xué)生首先要建立具體的實(shí)體模型，然后根據(jù)具體的模型選擇加工所用刀具和加工路線，最后完成模擬仿真加工。

（二）數(shù)控仿真技術(shù)在機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖測繪實(shí)驗(yàn)中的具體應(yīng)用

機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖測繪實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在掌握運(yùn)動簡圖繪制方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行，達(dá)到能在實(shí)際中測繪運(yùn)動簡圖的目的。在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可以了解到實(shí)驗(yàn)運(yùn)動簡圖與實(shí)際運(yùn)動簡圖之間的差異，從而能準(zhǔn)確計(jì)算出機(jī)構(gòu)自由度，并判定確定運(yùn)動是在何種情況下進(jìn)行的。數(shù)控仿真技術(shù)可以讓學(xué)生通過動態(tài)的運(yùn)動簡圖觀察機(jī)構(gòu)的自由度，讓學(xué)生真正地理解機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，為以后的實(shí)踐操作奠定良好的基礎(chǔ)。

（三）虛擬仿真技術(shù)在減速器裝配實(shí)驗(yàn)中的具體運(yùn)用

減速器是機(jī)械設(shè)備上的一個(gè)重要部件，減速器實(shí)驗(yàn)也是機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師為了讓學(xué)生真正了解減速器的工作原理、內(nèi)部構(gòu)造和主要功能，往往將真實(shí)的減速器搬到課堂上進(jìn)行拆裝。這種方法雖然讓學(xué)生接觸、了解了真正的減速器，但是由于成本比較高，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定，在教學(xué)的過程中實(shí)用性不是很大。虛擬仿真技術(shù)在減速器實(shí)驗(yàn)中的具體運(yùn)用很好地解決了這一問題。在虛擬仿真技術(shù)的具體應(yīng)用過程中，利用Inventor軟件進(jìn)行減速器模型的設(shè)置是第一要務(wù)，在模型設(shè)置完畢后就可以利用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行減速器的拆裝模擬實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)之后可根據(jù)已得數(shù)據(jù)對減速器進(jìn)行修形，再利用ANSYS軟件計(jì)算出減速器的頻率，使學(xué)生真正掌握減速器的運(yùn)動原理和共功能，達(dá)到實(shí)踐教學(xué)的目的。

（四）數(shù)控仿真技術(shù)在帶傳動性能測試實(shí)驗(yàn)中的具體應(yīng)用

在機(jī)械傳動過程中，帶傳動是一項(xiàng)非常重要的傳動技術(shù)。數(shù)控仿真技術(shù)在帶傳動性能測試實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用比較廣泛，已經(jīng)成為機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。它主要是學(xué)生通過對帶傳動過程中打滑現(xiàn)象和彈性滑動現(xiàn)象進(jìn)行觀察，分析帶傳動承載能力，得出相關(guān)數(shù)據(jù)，從而對帶傳動效率圖形的形式進(jìn)行描繪。但是，利用數(shù)控仿真技術(shù)在帶傳動性能測試實(shí)驗(yàn)時(shí)，不須要使用轉(zhuǎn)矩力測桿、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、以及傳感器等裝置，它的硬件設(shè)施主要是計(jì)算機(jī)，在實(shí)驗(yàn)中，性能測試系統(tǒng)由軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，測力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、加載裝置以及數(shù)據(jù)采集卡等在計(jì)算機(jī)的帶動下，完成帶傳動性能測試，通過對實(shí)驗(yàn)中各種動力和運(yùn)動進(jìn)行觀察分析，從而描繪出傳動的效率曲線和彈性滑動曲線，通過曲線能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出傳動效率和彈性滑差率之間的聯(lián)系。

四、結(jié)束語

在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用虛擬仿真技術(shù)能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生積極地參與到課堂學(xué)習(xí)中，同時(shí)，虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用能夠有效地解決教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺和老化問題，適應(yīng)了現(xiàn)代社會的發(fā)展要求，更好地提高了學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]林少芳.關(guān)于虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用價(jià)值分析[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，（10）.

[2]邸馗，于天彪，陳培媛等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理， 2014，（10）.

[3]蔡衛(wèi)國.虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，（08）.

[4]韋嬋良.虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].江西建材，2015，（09）.

[5]王艷麗.分析虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2012，（11）.

[6]葛秀坤，邵輝，郝永梅.3D虛擬仿真技術(shù)在“化工安全工程”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].黑龍江教育（高教研究與評估），2016，（05）.

編輯/岳 鳳