仿真技術在機械工程實驗教學的應用

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摘要：近年來，我國工業化技術水平的不斷提高，各種先進技術在機械工程中的應用也變得越來越深入。在機械工程實驗教學中，通過虛擬仿真技術來搭建仿真平臺，能夠對機械工程產品的制動效果進行可視化分析，在此基礎上還可利用仿真平臺來對機械工程產品進行動力學建模，進而使該機械工程產品能夠在實際生產中將動力學模型作為設計成果來進行技術改進與革新。鑒于此，本文便對虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用進行深入的研究。

關鍵詞：虛擬仿真技術；機械工程；實驗教學

1虛擬仿真技術給機械工程實驗教學帶來的改進

就目前來看，我國在機械工程實驗教學中尚存在許多突出問題，這些問題的產生給機械工程教學的質量及效率造成了很大制約，尤其是在實驗基地建設方面存在較大的能力局限性，這無法滿足學生在學習機械工程時的動手操作能力培養，更無法加深學生對機械工程知識的理解與運用。部分院校為了節約開支，減少設備在使用過程中發生損壞或故障的幾率，常常在對學生進行實踐培訓時是以講座和參觀為主要形式的，這也造成學生缺乏實踐操作機會，從而導致學生缺乏機械設備的操作經驗，難以有效勝任機械工程的相關崗位操作。科學技術的飛速發展，使越來越多的新技術、新手段被應用于機械工程領域，機械工程教學方法及教學理念也得以快速更新，計算機技術在機械工程實驗教學中也發揮出越來越重要的作用。目前大部分高校都采用CAD機房來進行機械工程實驗教學，并通過虛擬仿真技術的引進來持續改進與更新教學實驗設備。通過虛擬仿真技術，可有效減少設備儀器在實驗教學過程的故障與損壞幾率，同時也能幫助學生利用虛擬仿真技術來進行靈活的實踐與操作，使學生能夠按照自己的想法利用虛擬仿真技術來設計出滿意的機械工程作品，進而加深了學生對機械工程知識理解與運用能力的同時，也能充分發揮其學習主動性和創新精神，使機械工程在實驗教學中能夠對部分裝置設備實施傳動性能實驗、減速器裝配實驗以及數控加工仿真實驗，進而使機械工程專業在教學過程中的質量與效率得到極大提升。

2機械工程實驗教學中虛擬仿真技術的主要應用

2.1帶傳動性能測試實驗中的應用

在機械工程實驗教學中，對工程履帶類部件所具有的傳動性能進行測試是其重要組成部分，通過對傳動帶在運行過程中的傳動性能進行測試，可幫助學生對帶在傳動過程中所產生的打滑與彈性滑動現象進行直觀的觀察，進而更加科學的分析機電設備的最佳承載力，通過分析這些數據，可使帶動控制問題得到有效解決。在對機械工程中的帶傳動性能進行測試時，還需要應用到電動機、發電機、傳感器、光電測速裝置以及轉矩力測桿等設備，采用這些設備可實現人工測試，不過這種測試方法需要花費過高的人力與物力成本。而通過虛擬仿真技術，則能夠使學生在計算機中設計帶傳動性能測試系統，從而不需要使用上述設備，學生也可隨時隨地的來測試帶傳動性能，既節約了大量成本，又顯著提高了機械工程的實驗教學質量及效率。

2.2減速器裝配實驗教學中的應用

在機械工程中經常需要應用到減速器，其同樣也是機械設計中最為基礎的一個項目。在對減速器進行裝配實驗教學中，往往都會通過實物的方式來取代減速器進行教學，不過這種實驗教學方法往往會增加學生對實驗操作的理解難度，難以取得較為理想的實驗教學效果。而通過虛擬仿真技術，則可使學生在計算機界面中對減速器模型進行直觀的觀察，并按照相應的裝配過程來對減速器模擬模型進行裝配操作，從而使減速器的結構講解變得更加直觀、具體。

2.3數控加工仿真實驗教學中的應用

在我國工業制造領域中，數字加工技術無疑是其核心技術之一，其在推動我國現代化工業發展中發揮著巨大作用。對于數字加工技術來說，其實現了機械加工與微電子技術的結合運用。在機械工程實驗教學中，便常常需要應用到數控加工技術來對數控機床進行靈活的操作，不過考慮到數控機床在實際應用過程中會出現較高的維護成本，而且數控機床的種類多樣，學生只能接觸到幾種常見的設備運作形式，同時在實際使用數控機床時往往需要進行復雜的程序設置，這勢必難以滿足不同學生對實踐操作的需要，再加上實驗操作的復雜性，使學生在實踐教學中很難取得較為理想的學習成果。而利用虛擬仿真技術，則可使不同學生參與到具體的實踐項目當中去，使學生能夠接觸、熟悉和掌握不同種類的數控機床，并利用這些數控機床來設計出相應的機械工程產品，從而使學生能夠更加系統性的學習和掌握數控機床的具體加工流程。

3機械工程虛擬教學實驗室的建設構思

在機械工程實驗教學中，可以虛擬仿真技術為核心，建設機械工程專業的虛擬教學實驗室，在應用虛擬仿真技術時，需要確保專業知識與實踐任務及目標進行統一，在此基礎上對實驗室中各種設備的穩定性進行深入研究。此外，在設計虛擬仿真系統框架時，應以滿足該專業不同學生的實踐需要為宗旨，確保虛擬仿真實驗能夠獲得準確的結果，使學生能夠更好的鞏固與掌握專業知識，在仿真計算時，需要對機械工程實驗的相關系數進行觀察。最后，需要設計對應的仿真器，利用虛擬仿真器來對以往實驗中的實物進行代替，以此有效簡化實驗流程，通過USB接入到虛擬演示平臺中，確保虛擬演示平臺能夠對仿真信號進行實時接收，并利用PWM模塊將特定頻率的方波發送至ECU之中，以此對機械設備的工作原理進行仿真模擬。在虛擬教學實驗中，還需要應用到相應的計算機軟件，并對應用模塊進行編緝，同時利用3Dmax等建模工具，以此實現對實驗項目的虛擬操作。

4結語

總而言之，虛擬仿真技術的出現，為現代院校在機械工程專業的實驗教學提供了一種科學而先進的教學方法，有效解決了傳統實驗中存在的諸多問題，使每名學生都能夠參與到具體的實驗項目，進而在培養學生實踐能力的同時，還能充分發揮其創新精神，極大提高了機械工程專業的教學質量。

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作者：張文峰 單位：蘇州健雄職業技術學院中德工程學院