虛擬仿真技術(shù)對機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用
虛擬仿真技術(shù)克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中所出現(xiàn)的成本高、難度大、適用度小的缺點(diǎn),正逐步成為進(jìn)教學(xué)過程不可或缺的工具之一。下面是小編搜集整理的相關(guān)內(nèi)容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要:虛擬仿真技術(shù)是利用硬件的在仿真技術(shù)和計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立仿真平臺,實(shí)現(xiàn)對機(jī)械制動效果的可視化分析。利用仿真平臺對機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中的操作艙、機(jī)械制動器等機(jī)型動力學(xué)建模,為機(jī)械工程的實(shí)踐生產(chǎn)提供技術(shù)基礎(chǔ)。該文通過分析虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用,研究實(shí)驗(yàn)中各種設(shè)備的規(guī)劃和改革,旨在為虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用提供發(fā)展的方向。
關(guān)鍵詞:虛擬仿真技術(shù);機(jī)械工程;實(shí)驗(yàn)教學(xué)
高校工科類專業(yè)中,操作實(shí)踐是教學(xué)中重要的組成部分,我國大部分院校都設(shè)立了工科類的專業(yè)操作實(shí)驗(yàn)室,為學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的提高創(chuàng)造條件。在傳統(tǒng)的機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,使用儀器設(shè)備的密集程度非常的高,使得實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜程度大大增加。很多儀器設(shè)備的價值昂貴,體積結(jié)構(gòu)為實(shí)驗(yàn)的操作帶來極大不便。學(xué)生只能在教材知識的基礎(chǔ)上刻板地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的操作,在這種情況下學(xué)生的創(chuàng)新能力和主觀能動性就不能得到發(fā)揮。眾多高校在實(shí)驗(yàn)室的更新建設(shè)中,因?yàn)槭艿劫Y金的限制,會繼續(xù)使用舊的儀器設(shè)備,這些設(shè)備在長期的使用過程中出現(xiàn)機(jī)能老化,已經(jīng)不能滿足當(dāng)前機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上,虛擬仿真技術(shù)的應(yīng)用成為現(xiàn)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍的教學(xué)手段。
一、機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室的虛擬實(shí)驗(yàn)改進(jìn)
1.1現(xiàn)在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題越來越突出,制約著教學(xué)效率和質(zhì)量,突出體現(xiàn)在很多院校的實(shí)驗(yàn)基地和實(shí)驗(yàn)單位的建設(shè)能力非常有限,不能滿足學(xué)生自己動手操作要求,不能實(shí)現(xiàn)對學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)理論知識深化和了解。很多院校為了節(jié)省資金,減少出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安全問題等,在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時候,主要是以參觀和講座的形式進(jìn)行實(shí)踐培訓(xùn),學(xué)生基本沒有實(shí)踐動手的機(jī)會。在這種情況下,就會造成學(xué)生畢業(yè)后,參加相關(guān)工作沒有機(jī)械設(shè)備操作的經(jīng)驗(yàn),無法獨(dú)立完成工作的內(nèi)容。尤其在是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中,學(xué)生會逐漸失去對實(shí)驗(yàn)知識的學(xué)習(xí)動力和興趣,對學(xué)生長遠(yuǎn)發(fā)展造成負(fù)面影響。
1.2所以在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天,機(jī)械工程該實(shí)驗(yàn)室教學(xué)要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)模式,采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)更新教學(xué)理念和教學(xué)手段,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和教學(xué)的完善。在院校的機(jī)械教學(xué)中,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生進(jìn)行知識學(xué)習(xí)和鞏固的重要手段,是學(xué)生實(shí)踐操作能力培養(yǎng)的根本方法,是當(dāng)今院校機(jī)械制造專業(yè)教學(xué)中最為重要的環(huán)節(jié),是現(xiàn)代化機(jī)械人才培養(yǎng)的基本途徑。通過現(xiàn)代化的教學(xué)方式可以最大程度提高學(xué)生實(shí)踐動手能力,保證學(xué)生在實(shí)驗(yàn)動手操作的基礎(chǔ)上對基本理論知識進(jìn)行理解和完善。
1.3通過這樣的實(shí)踐實(shí)驗(yàn)教學(xué),可以使學(xué)生合理將基礎(chǔ)知識理論與實(shí)踐內(nèi)容相結(jié)合,在動手實(shí)踐過程中逐漸形成獨(dú)特的自我知識技能認(rèn)知能力�，F(xiàn)在大多數(shù)院校利用的是CAD機(jī)房,然后在此硬件設(shè)施的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)部分實(shí)驗(yàn)室教學(xué)方式的改革。并且引進(jìn)虛擬仿真技術(shù)對現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行更新和改進(jìn)。在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù),不但可以避免在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中出現(xiàn)設(shè)備的故障隱患,還能最大程度提高學(xué)生的實(shí)踐動手能力,為學(xué)生專業(yè)理論知識的學(xué)習(xí)提供科學(xué)實(shí)踐依據(jù)。對實(shí)驗(yàn)室部分設(shè)備裝置進(jìn)行傳動性能實(shí)驗(yàn)、數(shù)控加工仿真實(shí)驗(yàn)和減速器裝配實(shí)驗(yàn),最大程度提高了機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率和質(zhì)量。
二、虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的典型應(yīng)用
2.1帶傳動性能測試實(shí)驗(yàn)
帶傳動性能測試實(shí)驗(yàn)是機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中的一個重要組成部分,其主要是讓學(xué)生能夠直觀地觀察帶傳動的彈性滑動和打滑現(xiàn)象,還能有效地對實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)機(jī)電設(shè)備的承載能力進(jìn)行分析,根據(jù)分析的數(shù)據(jù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)對帶動問題的`控制。進(jìn)行傳動性能測試實(shí)驗(yàn)的時候,需要利用的機(jī)械設(shè)備有力傳感器、電動機(jī)、轉(zhuǎn)矩力測桿、光電測速裝置、發(fā)電機(jī)等。這些實(shí)驗(yàn)機(jī)械設(shè)備主要通過人工實(shí)現(xiàn)傳動性能測試,這樣的測試方式主要的特點(diǎn)是人工費(fèi)用會高于設(shè)備使用的費(fèi)用。在虛擬仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行帶傳動性能測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以最大程度提升機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。
2.2數(shù)控加工仿真實(shí)驗(yàn)
數(shù)字加工技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)中一個核心的技術(shù),在現(xiàn)代制造業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。數(shù)字加工技術(shù)是綜合計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)中的微電子技術(shù)和機(jī)械加工技術(shù)�，F(xiàn)在眾多院校的機(jī)械自動化成為一門重要的專業(yè),這門專業(yè)的核心內(nèi)容是在數(shù)控機(jī)床的操作中利用數(shù)控加工技術(shù)。但是數(shù)控機(jī)床的價格非常高,設(shè)備運(yùn)作形式單一,并且運(yùn)行程序的設(shè)置相當(dāng)復(fù)雜,不能實(shí)現(xiàn)對每一位學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作需求的滿足,這種復(fù)雜性的實(shí)驗(yàn)操作,只能滿足極少部分學(xué)生的需求,嚴(yán)重制約了機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。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,可以實(shí)現(xiàn)讓每一位學(xué)生加入到具體的機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中來,對機(jī)械機(jī)床加工環(huán)境和流程才形成一個系統(tǒng)認(rèn)知。
2.3減速器裝配實(shí)驗(yàn)
機(jī)械設(shè)計(jì)的一個基礎(chǔ)項(xiàng)目是減速器在機(jī)械設(shè)備中的使用。在傳統(tǒng)的減速器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,都會利用實(shí)物代替減速器的教學(xué)方法。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,實(shí)現(xiàn)了通過實(shí)物模擬模型的拆卸,進(jìn)行減速器的構(gòu)成結(jié)構(gòu)的直觀講解。
三、虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的構(gòu)想
3.1在進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路設(shè)計(jì)的時候,首先,可以不考慮實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用設(shè)備的操作性,也就是保證實(shí)驗(yàn)室需要操作實(shí)踐的目標(biāo)和任務(wù)與相關(guān)機(jī)械工程專業(yè)知識系統(tǒng)相統(tǒng)一,然后再研究實(shí)驗(yàn)設(shè)備的穩(wěn)定性。其次,要構(gòu)思虛擬仿真平臺的建設(shè),例如：機(jī)械操作平臺中的仿真器、ECU和虛擬演示平臺等。在整個虛擬仿真系統(tǒng)框架的設(shè)計(jì)中,主要是滿足院校機(jī)械工程類專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的需要,所以一定要保證虛擬仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性,才能確保學(xué)生對理論知識的掌握和鞏固。一般構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室要進(jìn)行仿真計(jì)算,觀察相關(guān)系數(shù),觀察預(yù)先系數(shù)與實(shí)際操作系統(tǒng)是否統(tǒng)一。
3.2再次,仿真器的構(gòu)建設(shè)計(jì),隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用,虛擬仿真器代替了原來操作實(shí)驗(yàn)中的實(shí)物操作,最大程度簡化了實(shí)驗(yàn)步驟。并且仿真器可以利用USB實(shí)現(xiàn)與虛擬演示平臺的鏈接,在實(shí)驗(yàn)的過程中可以保證虛擬演示平臺及時接收到虛擬實(shí)驗(yàn)仿真信號,通過PWM模塊實(shí)現(xiàn)向ECU傳輸一定頻率的方波,在多媒體上模擬機(jī)械設(shè)備的工作原理,在虛擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時候仿真器利用USB將仿真實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)傳送到模擬演示平臺,實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的參數(shù)需要。最后,建立虛擬仿真系統(tǒng),利用相關(guān)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件,編輯建立應(yīng)用模塊,結(jié)合相關(guān)的3Dmax建模工具建立虛擬演示平臺中的技術(shù)模塊,將模塊中的內(nèi)容以特定的文件格式導(dǎo)入虛擬演示平臺中,最終讓學(xué)生在虛擬演示平臺中進(jìn)行相關(guān)機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)操作。
四、結(jié)語
綜上所述,虛擬仿真技術(shù)在現(xiàn)代院校機(jī)械工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用,可以克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的眾多實(shí)驗(yàn)問題,保證學(xué)生能夠主動參與到實(shí)驗(yàn)操作中來,提高機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。所以,院校應(yīng)該重視對機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室的虛擬實(shí)驗(yàn)改進(jìn),以及虛擬仿真技術(shù)在機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用手段和方法,對傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行更新和補(bǔ)充。虛擬實(shí)驗(yàn)要緊密結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù),滿足機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作要求的同時,適應(yīng)院校實(shí)驗(yàn)室敬愛教學(xué)的改革和發(fā)展。
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