液壓與氣動仿真軟件在教學實踐中的應用

袁青英

摘 要：該文介紹了FluidSIM仿真軟件的功能及特點，具體說明了FuidSIM軟件在液壓與氣壓傳動教學實踐中的應用，并闡述了該軟件對教師教學改革和學生學習領會能力的的有利影響。

關鍵詞：FluidSIM仿真軟件 液壓與氣動 教學實踐

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（c）-0139-01

《液壓與氣壓傳動》課程是研究液壓與氣動技術一般規律和具體應用的一門學科，也是機電類專業一門非常重要的專業課，融合了機械、電子、控制等多個學科，但是液壓和氣壓元件結構復雜，原理抽象，對于缺乏實際經驗和接觸現場機會有限的學生來說學習和理解起來非常困難，如何解決這個難題成為液壓與氣壓傳動教學的重中之重。多媒體技術的快速發展帶動了仿真軟件在教學實踐中的應用，并且越來越普及，德國Festo公司的FluidSIM軟件是專門用于液壓與氣壓傳動課程的教學軟件，其科學的回路設計和先進的仿真功能極大地降低了液壓與氣壓傳動學科的抽象性與復雜性，將一些元件的工作過程和原理以更加生動直觀的形式表現出來。

1 FuidSIM軟件介紹

1.1 FuidSIM軟件介紹

FluidSIM軟件是德國Festo公司與Paderborn大學聯合開發的一款專門用于液壓與氣壓傳動的教學輔助軟件，包括FluidSIM-H和FluidSIM-P兩個軟件，其中FluidSIM-H用于液壓傳動技術的模擬仿真與排障，FluidSIM-P用于氣壓傳動，二者界面完全一致。

1.2 FuidSIM軟件在液壓與氣壓傳動領域的優越性

1.2.1 便捷準確的繪圖功能

仿真軟件的工作原理就是通過將源語言進行規范化的處理，按規定描述模型的符號、語句、句法、語法，便可檢測源程序中的錯誤，將源程序翻譯成機器可執行碼。FluidSIM軟件的圖庫中有100多種標準液壓、氣動、電氣元件，可以方便準確地繪制各種簡單結構的氣動和液壓回路圖，另外，其專門針對流體而特殊設計的CAD功能和回路的仿真功能緊密聯系在一起，因此相對于一般的計算機輔助繪圖軟件，FluidSIM軟件在繪制專業圖形時效率會更高。

1.2.2 先進的仿真功能

由于液壓系統中執行元件的速度﹑動作和方向都有較強的變化性，因此要求該系統的仿真軟件不僅要有良好的靜態性能，而且還應具有靈敏的動態性能，保證反饋的信號及時被系統執行，加工出精度較高的零件。FluidSIM軟件能夠準確地對液壓（氣壓）回路圖進行實際仿真，通過建立仿真實驗，調整已有的系統參數，明確參數的最佳匹配，進而確定實際設計所需的數據，從而縮短系統的調試時間，提高效率。FluidSIM軟件還能顯示元件的狀態圖，這樣可以在設計完回路后通過仿真實驗檢驗新設計方案的可行性及結構參數對系統動態性能的影響，以便確定最佳控制方案和最佳結構。

2 FuidSIM軟件在液壓與氣壓傳動教學實踐中的具體應用

2.1 繪圖

FuidSIM軟件的元件庫包含回路設計所必需的氣動和電氣元件，具備繪制符合標準液壓（氣壓）原理圖和建立正確回路的所有功能。

將圖庫中的元件拖到制圖區，便可快速繪制出該元件的原理圖，在兩個連接點之間按住鼠標左鍵移動即可自動生成所需的氣路，從而進行元件接口間氣路的連接。已生成氣路的位置可以根據需要自由調節，避免氣路之間的相互交叉。FuidSIM軟件還會對在繪元件的原理圖進行檢查，查看各元件的線路連接是否可行，及時解決繪制過程中的問題，較大地提高了繪制原理圖的工作效率。

2.2 設計電氣控制的液壓與氣動回路

FluidSIM軟件可以設計電氣控制的液壓與氣動回路。以往的液壓與氣壓傳動教學中，通過講解可以使學生了解和掌握液壓與氣壓回路，但僅憑原理圖和電路圖學生依然不明白各種電磁開關和電磁閥門的運作過程，理解和接受起來比較困難。FluidSIM軟件電氣-液壓（氣壓）回路設計與仿真同時進行。

例如設計電氣控制的液氣壓回路。FuidSIM液氣壓設計與仿真軟件提供了大量電氣元件，便于設計電氣控制的液氣壓回路。如：交直流電源、按鈕開關、接近開關、繼電器線圈、各種觸點等，足以滿足液氣壓回路設計所需，并能同時進行電氣回路和液氣壓回路的模擬仿真。

2.3 在實驗中的應用

傳統的教學中，驗證性和演示性是實驗項目的基本特征和存在方式，實驗過程中學生的動手及思考都是被動的、常規的，沒有太多獨立思考的空間，也沒有太多實踐的機會，實驗過程只是機械地根據實驗指導書的內容循規蹈矩按部就班地進行，導致學生實踐動手能力嚴重缺乏。將仿真軟件的使用和的實驗實際操作結合起來，對激發學生實驗操作的主觀能動性和提高學生學習的創造性都大有裨益。

例如氣動控制綜合實驗，學生按照實驗要求，運用FuidSIM軟件獨立完成氣動回路設計工作，實驗中學生可以利用軟件高效準確的繪圖功能及強大的仿真功能及時對設計中的錯誤進行檢驗改進，設計出合理的實驗回路。黑色線條為氣管，換向元件為手動三位四通換向閥、雙作用氣缸、氣源裝置和輔助元件。點擊界面上部的仿真按鈕進行仿真，并用鼠標點動換向閥手動操作鈕，即可對回路進行模擬仿真。這個回路實驗清晰的反映了各元件在回路中的工作過程，加深了學生對元件結構和回路工作原理的認識。

3 FluidSIM軟件對教師教學和學生學習的有益影響

FluidSIM軟件適用性強、操作簡單、功能強大、高度可視化，教師可以通過此軟件業將理論原理運用于工程實踐中去，增加學生實踐和動手的機會，進而提高學生對液壓與氣壓傳動課程的感性認識，增強學習興趣，提高學習效率。

其次，FuidSIM軟件先進的仿真功能夠使學生真正參與到液壓與氣動學習實踐中去，模擬的原件工作流程演示能提升學生對所學知識的理解能力，加快理解速度。如在實驗中，可以利用FuidSIM軟件對氣動回路及控制系統進行仿真實驗，使得每個同學都能參與實驗的全過程，學生可以直觀準確地看到常規實驗使用的傳感器、控制器和執行元件及它們的運行原理，更深刻地了解它們的實際應用，學習的主動性更強。這樣一來，不僅能提高學習效率，還能培養學生用所學知識解決實際問題的能力。

4 結語

將FuidSIM液（氣）壓設計與仿真軟件運用到課堂教學中，指導學生進行液氣壓回路設計時，用軟件展示各個學生的設計成果，并現場模擬仿真，總結設計的經驗教訓，對學生的思路有很好的啟發作用。FuidSIM軟件可以將教學內容以直觀形象生動的方式展現給學生，有益于學生對教學活動的理解，學習效果顯著。

參考文獻

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[2] 姚佳.《液壓與氣動技術》課程教學中仿真軟件的選用[J].科技信息，2010（30）.endprint