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

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摘要：近年來，我國(guó)工業(yè)化技術(shù)水平的不斷提高，各種先進(jìn)技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用也變得越來越深入。在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過虛擬仿真技術(shù)來搭建仿真平臺(tái)，能夠?qū)?a href="http://m.saumg.com/lunwen/shiyanjiaoxuelunwen/131773.html" target="_blank">機(jī)械工程產(chǎn)品的制動(dòng)效果進(jìn)行可視化分析，在此基礎(chǔ)上還可利用仿真平臺(tái)來對(duì)機(jī)械工程產(chǎn)品進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，進(jìn)而使該機(jī)械工程產(chǎn)品能夠在實(shí)際生產(chǎn)中將動(dòng)力學(xué)模型作為設(shè)計(jì)成果來進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)與革新。鑒于此，本文便對(duì)虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行深入的研究。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真技術(shù)；機(jī)械工程；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1虛擬仿真技術(shù)給機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來的改進(jìn)

就目前來看，我國(guó)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中尚存在許多突出問題，這些問題的產(chǎn)生給機(jī)械工程教學(xué)的質(zhì)量及效率造成了很大制約，尤其是在實(shí)驗(yàn)基地建設(shè)方面存在較大的能力局限性，這無法滿足學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械工程時(shí)的動(dòng)手操作能力培養(yǎng)，更無法加深學(xué)生對(duì)機(jī)械工程知識(shí)的理解與運(yùn)用。部分院校為了節(jié)約開支，減少設(shè)備在使用過程中發(fā)生損壞或故障的幾率，常常在對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐培訓(xùn)時(shí)是以講座和參觀為主要形式的，這也造成學(xué)生缺乏實(shí)踐操作機(jī)會(huì)，從而導(dǎo)致學(xué)生缺乏機(jī)械設(shè)備的操作經(jīng)驗(yàn)，難以有效勝任機(jī)械工程的相關(guān)崗位操作?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，使越來越多的新技術(shù)、新手段被應(yīng)用于機(jī)械工程領(lǐng)域，機(jī)械工程教學(xué)方法及教學(xué)理念也得以快速更新，計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也發(fā)揮出越來越重要的作用。目前大部分高校都采用CAD機(jī)房來進(jìn)行機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并通過虛擬仿真技術(shù)的引進(jìn)來持續(xù)改進(jìn)與更新教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。通過虛擬仿真技術(shù)，可有效減少設(shè)備儀器在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的故障與損壞幾率，同時(shí)也能幫助學(xué)生利用虛擬仿真技術(shù)來進(jìn)行靈活的實(shí)踐與操作，使學(xué)生能夠按照自己的想法利用虛擬仿真技術(shù)來設(shè)計(jì)出滿意的機(jī)械工程作品，進(jìn)而加深了學(xué)生對(duì)機(jī)械工程知識(shí)理解與運(yùn)用能力的同時(shí)，也能充分發(fā)揮其學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)新精神，使機(jī)械工程在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中能夠?qū)Σ糠盅b置設(shè)備實(shí)施傳動(dòng)性能實(shí)驗(yàn)、減速器裝配實(shí)驗(yàn)以及數(shù)控加工仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而使機(jī)械工程專業(yè)在教學(xué)過程中的質(zhì)量與效率得到極大提升。

2機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬仿真技術(shù)的主要應(yīng)用

2.1帶傳動(dòng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)工程履帶類部件所具有的傳動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試是其重要組成部分，通過對(duì)傳動(dòng)帶在運(yùn)行過程中的傳動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試，可幫助學(xué)生對(duì)帶在傳動(dòng)過程中所產(chǎn)生的打滑與彈性滑動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行直觀的觀察，進(jìn)而更加科學(xué)的分析機(jī)電設(shè)備的最佳承載力，通過分析這些數(shù)據(jù)，可使帶動(dòng)控制問題得到有效解決。在對(duì)機(jī)械工程中的帶傳動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試時(shí)，還需要應(yīng)用到電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、傳感器、光電測(cè)速裝置以及轉(zhuǎn)矩力測(cè)桿等設(shè)備，采用這些設(shè)備可實(shí)現(xiàn)人工測(cè)試，不過這種測(cè)試方法需要花費(fèi)過高的人力與物力成本。而通過虛擬仿真技術(shù)，則能夠使學(xué)生在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)性能測(cè)試系統(tǒng)，從而不需要使用上述設(shè)備，學(xué)生也可隨時(shí)隨地的來測(cè)試帶傳動(dòng)性能，既節(jié)約了大量成本，又顯著提高了機(jī)械工程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量及效率。

2.2減速器裝配實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

在機(jī)械工程中經(jīng)常需要應(yīng)用到減速器，其同樣也是機(jī)械設(shè)計(jì)中最為基礎(chǔ)的一個(gè)項(xiàng)目。在對(duì)減速器進(jìn)行裝配實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，往往都會(huì)通過實(shí)物的方式來取代減速器進(jìn)行教學(xué)，不過這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法往往會(huì)增加學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的理解難度，難以取得較為理想的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。而通過虛擬仿真技術(shù)，則可使學(xué)生在計(jì)算機(jī)界面中對(duì)減速器模型進(jìn)行直觀的觀察，并按照相應(yīng)的裝配過程來對(duì)減速器模擬模型進(jìn)行裝配操作，從而使減速器的結(jié)構(gòu)講解變得更加直觀、具體。

2.3數(shù)控加工仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

在我國(guó)工業(yè)制造領(lǐng)域中，數(shù)字加工技術(shù)無疑是其核心技術(shù)之一，其在推動(dòng)我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著巨大作用。對(duì)于數(shù)字加工技術(shù)來說，其實(shí)現(xiàn)了機(jī)械加工與微電子技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用。在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，便常常需要應(yīng)用到數(shù)控加工技術(shù)來對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行靈活的操作，不過考慮到數(shù)控機(jī)床在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)出現(xiàn)較高的維護(hù)成本，而且數(shù)控機(jī)床的種類多樣，學(xué)生只能接觸到幾種常見的設(shè)備運(yùn)作形式，同時(shí)在實(shí)際使用數(shù)控機(jī)床時(shí)往往需要進(jìn)行復(fù)雜的程序設(shè)置，這勢(shì)必難以滿足不同學(xué)生對(duì)實(shí)踐操作的需要，再加上實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性，使學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中很難取得較為理想的學(xué)習(xí)成果。而利用虛擬仿真技術(shù)，則可使不同學(xué)生參與到具體的實(shí)踐項(xiàng)目當(dāng)中去，使學(xué)生能夠接觸、熟悉和掌握不同種類的數(shù)控機(jī)床，并利用這些數(shù)控機(jī)床來設(shè)計(jì)出相應(yīng)的機(jī)械工程產(chǎn)品，從而使學(xué)生能夠更加系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)和掌握數(shù)控機(jī)床的具體加工流程。

3機(jī)械工程虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)構(gòu)思

在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以虛擬仿真技術(shù)為核心，建設(shè)機(jī)械工程專業(yè)的虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，在應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)時(shí)，需要確保專業(yè)知識(shí)與實(shí)踐任務(wù)及目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一，在此基礎(chǔ)上對(duì)實(shí)驗(yàn)室中各種設(shè)備的穩(wěn)定性進(jìn)行深入研究。此外，在設(shè)計(jì)虛擬仿真系統(tǒng)框架時(shí)，應(yīng)以滿足該專業(yè)不同學(xué)生的實(shí)踐需要為宗旨，確保虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌颢@得準(zhǔn)確的結(jié)果，使學(xué)生能夠更好的鞏固與掌握專業(yè)知識(shí)，在仿真計(jì)算時(shí)，需要對(duì)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行觀察。最后，需要設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的仿真器，利用虛擬仿真器來對(duì)以往實(shí)驗(yàn)中的實(shí)物進(jìn)行代替，以此有效簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)流程，通過USB接入到虛擬演示平臺(tái)中，確保虛擬演示平臺(tái)能夠?qū)Ψ抡嫘盘?hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)接收，并利用PWM模塊將特定頻率的方波發(fā)送至ECU之中，以此對(duì)機(jī)械設(shè)備的工作原理進(jìn)行仿真模擬。在虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，還需要應(yīng)用到相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件，并對(duì)應(yīng)用模塊進(jìn)行編緝，同時(shí)利用3Dmax等建模工具，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的虛擬操作。

4結(jié)語

總而言之，虛擬仿真技術(shù)的出現(xiàn)，為現(xiàn)代院校在機(jī)械工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了一種科學(xué)而先進(jìn)的教學(xué)方法，有效解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中存在的諸多問題，使每名學(xué)生都能夠參與到具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，進(jìn)而在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的同時(shí)，還能充分發(fā)揮其創(chuàng)新精神，極大提高了機(jī)械工程專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量。

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作者：張文峰 單位：蘇州健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院中德工程學(xué)院