FluidSIM軟件在《液壓與氣動技術(shù)》教學中的應(yīng)用探討

王維英 陸新

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2101-5640-1096

摘? 要：《液壓與氣動技術(shù)》是高職院校機電類專業(yè)學生的必修課程。液氣壓元件一般結(jié)構(gòu)復雜，比較抽象，學生反映學習有一定難度。為調(diào)動學生的積極性，幫助學生理解，提高實驗成功率，教學中采用FluidSIM軟件進行設(shè)計仿真，結(jié)合電氣控制實現(xiàn)相應(yīng)動作。仿真回路動作更生動直觀，加深學生對回路的理解，學生經(jīng)過仿真再實驗，教學效果提高，學習熱情提升。

關(guān)鍵詞：FluidSIM? 液壓與氣動技術(shù)? 設(shè)計仿真? 電氣控制

中圖分類號：TH137 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）03（c）-0229-04

Discussion on the Application of FluidSIM Software in the Teaching of "Hydraulic and Pneumatic Technology"

WANG Weiying? LU Xin

（Wuxi Vocational Institute of Arts and Technology， Yixing， Jiangsu Province， 214206 China）

Abstract： "Hydraulic and Pneumatic Technology" is a compulsory course for electromechanical students in higher vocational colleges. The hydraulic and pneumatic components are generally complex and abstract， and students report that learning is difficult. In order to improve students' enthusiasm， help students understand， and improve the success rate of experiments， FluidSIM software is used for design simulation in teaching， combined with electrical control to achieve corresponding actions. The action of the simulation circuit is more vivid and intuitive， which can deepen students' understanding of the circuit. After the simulation and re-experiment， the teaching effect and learning enthusiasm are improved.

Key Words：FluidSIM; Hydraulic and pneumatic technology; Design simulation; Electrical control

《液壓與氣動技術(shù)》是高職院校機電類專業(yè)必修的專業(yè)課，該課程特點是專業(yè)性強，相對獨立[1]。液壓與氣動元件一般結(jié)構(gòu)較復雜，學生理解其工作原理有一定難度。教學環(huán)節(jié)中，需結(jié)合圖片、視頻、動畫等多種方式進行，以幫助學生理解記憶。但在實踐環(huán)節(jié)中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)學生存在理解不徹底，回路搭建速度慢，正確率不高，運行錯誤等問題。為進一步提高學生實驗正確率，我們在教學中增加了FluidSIM仿真環(huán)節(jié)，經(jīng)過幾年的實踐，發(fā)現(xiàn)學生對液氣壓元件和回路的認識加深，實驗結(jié)果也有了明顯的改善。

1? 軟件簡介

FluidSIM是由德國Festo公司和Padeborn大學聯(lián)合開發(fā)的液氣壓技術(shù)教學軟件，由液壓軟件FluidSIM-H和氣壓軟件FluidSIM-P組成。軟件的幾大功能包括：搭建液氣壓回路，結(jié)合電氣控制設(shè)計進行仿真，利用綜合演示等進行教學，對學生提高理解有著顯著作用。

軟件界面左側(cè)的元件庫，包含了上百種液氣壓和電子元器件，使用時只需用鼠標拖動至右側(cè)繪圖區(qū)域，雙擊元件更改其屬性結(jié)構(gòu)即可，非常方便。仿真時點擊仿真按鈕，按下電氣按鈕，便可實時顯示回路動作，并可顯示相關(guān)參數(shù)，生動直觀，通俗易懂[2-3]，有效激發(fā)學生學習興趣。如圖1所示。

2? 軟件在課程教學中的應(yīng)用

2.1 設(shè)計仿真回路，加深理解

搭建回路中，由于缺乏實踐，學生對于回路分析、實現(xiàn)功能及其步驟理解不深，往往不知從何下手，對此我們可以通過軟件進行仿真以加深理解。

以換向回路為例，通過課程學習，學生已基本掌握二位四通換向閥工作原理，但對回路整體工作狀態(tài)不甚了解。利用軟件進行演示，搭建回路如圖2所示，當1YA得電時，油液經(jīng)二位四通換向閥左位到液壓缸左腔，活塞向右移動，1YA斷電時，換向閥處于右位工作，油液經(jīng)換向閥右位到液壓缸右腔，活塞往左移動，回路搭建結(jié)束設(shè)置各個元件的相關(guān)參數(shù)。

電氣控制部分，運用FluidSIM軟件元件庫中的線圈、按鈕開關(guān)等設(shè)計，如圖3所示。

仿真時，點擊仿真按鈕運行，將鼠標點擊在開關(guān)按鈕S上，鼠標呈現(xiàn)手指按鈕點擊即可。設(shè)置液壓元件顯示壓力和流量值，圖4為換向回路仿真圖，由左側(cè)回路圖可以看出，深紅色線條代表高壓油路，淺色線條代表低壓油路，當前狀態(tài)下，液壓缸活塞往右移動，驗證理論分析，各個元件均顯示了當前參數(shù)值。右側(cè)為電氣控制狀態(tài)圖，仿真效果如圖5所示。

松開開關(guān)按鈕S，活塞返回，回路狀態(tài)如圖5所示。

通過回路的搭建和仿真，學生清晰地了解到了液壓回路的工作狀態(tài)，驗證了理論分析，加深對液壓系統(tǒng)工作原理的理解，對液壓實驗臺的實物搭建成竹在胸。軟件仿真結(jié)束，學生實操，在液氣壓實驗臺練習并驗證結(jié)果。通過對仿真和未仿真的兩個班級進行比較，經(jīng)過仿真實驗的小組實物搭建過程更加流暢，思路更加清晰，實驗成功率更高。

2.2 制作仿真視頻，促進在線學習

目前，《液壓與氣動技術(shù)》課程被評為無錫市精品資源共享課程，在超星泛雅平臺運行，為拓展資源，課題組教師特地制作了任務(wù)5-2汽車起重機支腿的控制回路的設(shè)計與應(yīng)用等仿真視頻如圖6，包含了回路設(shè)計，電氣控制設(shè)計和仿真部分，供學生在線觀看學習[4]。教師將視頻設(shè)置為任務(wù)點，學生觀看時間及次數(shù)在后臺均有統(tǒng)計，根據(jù)幾年的統(tǒng)計，仿真視頻播放次數(shù)較多，反映學生出學習軟件的積極性高。同時學生在實驗前經(jīng)仿真驗證，有效提高學生完成實驗的自信，促進學生的學習。

2.3 軟件的多媒體教學應(yīng)用

軟件設(shè)置了教學模塊，如圖7、圖8，包含液壓技術(shù)基礎(chǔ)、液氣壓元件工作原理、學習視頻等，學生可點擊打開學習其結(jié)構(gòu)、工作原理和圖形符號等，操作簡單。教師在教學過程中，利用軟件進行輔助教學，大量圖片、動畫和教學視屏的引入，降低了學習難度，利于學生理解元器件的工作原理和結(jié)構(gòu)，激發(fā)學生的學習興趣[5-6]。如在講解齒輪泵時，結(jié)合圖片講解其結(jié)構(gòu)，再播放其工作視頻，學生很容易就理解其工作原理，記住結(jié)構(gòu)，后期通過實物拆裝，學生反映學習有樂趣，效果優(yōu)。

2.4 輔助畢業(yè)設(shè)計

利用仿真軟件和多媒體授課，學生學習效果改善明顯，近幾年期末考查中通過率較之前有了一定提高，同時為課程實訓和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)給學生提供適當?shù)膮⒖?。完成了“液壓缸設(shè)計”、“組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)設(shè)計與仿真”、“基于FluidSIM的氣壓回路設(shè)計與仿真”和“氣動機械手的設(shè)計與仿真”等液氣壓課題，對多個液氣壓系統(tǒng)進行設(shè)計仿真，學生反映難度適中又生動有趣，把液氣壓系統(tǒng)和電氣控制結(jié)合在一起，對大學階段學習進行了有效總結(jié)，提高學生對知識的綜合運用能力。這些課題形成了教學庫，為后續(xù)學生的學習提供了參考，見圖9。

3? 結(jié)語

按照傳統(tǒng)的教學方法，學生在實驗臺實驗時，往往思路不清晰，無從下手，對于所學知識不能活學活用。筆者通過多年的教學經(jīng)驗，運用基于慕課的精品資源共享課程平臺進行《液壓與氣動技術(shù)》課程教學，靈活運用FluidSIM軟件進行輔助教學設(shè)計并演示，對學生學習起到了積極作用，總結(jié)其具有以下優(yōu)點：

（1）FluidSIM軟件操作簡便好上手，液氣壓系統(tǒng)的仿真結(jié)果直觀明了，能驗證系統(tǒng)設(shè)計合理性、可行性，學生通過實踐，可加深對液氣壓系統(tǒng)的認識，對實物操作和完成相關(guān)實驗具有一定的參考性，學生實驗成功率提高，增加了課堂的師生互動。

（2）運用軟件教學功能，學生更易理解液氣壓元件的工作原理，在仿真中，運用不同設(shè)計方案進行設(shè)計，學生通過設(shè)計進行比對優(yōu)化，有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力，提高教學效果。

（3）綜合運用軟件，學生可完成較復雜系統(tǒng)設(shè)計仿真，選擇相關(guān)課題作為畢業(yè)設(shè)計選題或大學生創(chuàng)新等課題，液氣壓系統(tǒng)設(shè)計結(jié)合電氣控制設(shè)計，有效提高了學生機電知識的綜合運用能力。

參考文獻

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[2] 童和平，張香紅.FluidSIM仿真軟件在《液壓與氣動技術(shù)》實踐教學中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2019，40（8）：163-164.

[3] 張曉霞，柳堃.基于FluidSIM-H的組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)的設(shè)計與仿真[J].河南科技，2020，39（29）：30-32.

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[6] 王鵬.FluidSIM仿真軟件在高職教學中的應(yīng)用及普及[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2020，56（9）：204-206.