論制冷設備三維實體仿真模型的開發

摘 要： 文章對制冷設備（包括壓縮機、冷凝器、蒸發器、節流裝置四大核心部件）進行深入研究，制作完成壓縮機、冷凝器、蒸發器、節流裝置四大核心部件的三維實體仿真模型，運動多媒體教學手段將壓縮機、冷凝器、蒸發器、節流裝置的內部結構、零部件、拆裝過程仿真通過電腦呈現在學生面前，以提高學生學習積極性，從而提高教學效率。

關鍵詞： 制冷設備 虛擬模型 設備拆裝

隨著計算機技術的發展，在專業課教學中采用計算機三維模型仿真教學已成為一個發展方向。在傳統教學方式中，因為掛圖或膠片是靜止的，無法連貫地演示制冷設備的拆裝過程，由此造成老師的講解困難和學生的理解困難，教學效果不理想。

壓縮機與冷凝器、蒸發器、節流裝置共稱為制冷系統的四大部件，以上設備的講解一直是制冷專業的必備知識點，設備的內部結構和拆裝過程是專業技能訓練的重點和難點，普通的理論講解很難使學生對設備的內部結構快速掌握。

1.制冷設備三維實體模型的作用

開發制冷設備三維實體模型有三個作用：第一，可以開展多項制冷設備的技能訓練，彌補實驗室制冷設備數量的不足，消除拆裝過程對設備本身的不利影響，如果讓每個學生都到實驗室進行拆裝，一是實驗室沒有這么多設備供學生拆裝，二是拆裝每臺設備的時間長，如果輪流拆裝則會影響正常的教學進程，三是會影響壓縮機等制冷設備的配合間隙，影響制冷設備的正常使用。第二，可以積極開展虛擬仿真的技能訓練，提高學生對虛擬仿真模型的掌握能力，發展學生的三維空間的想象能力，增強學生的綜合能力。第三，將三維實體仿真模型應用于專業的技能實訓，彌補制冷設備實訓教學的不足。同時，制冷設備的三維模型開發可以為專業教學的其他實景訓練打下基礎，對高等院校技能人才和企業工程技術人員的培養均起到關鍵作用。

因此，專業教學亟待開發制冷設備三維虛擬仿真模型，通過模型開發，將壓縮機、冷凝器、蒸發器、節流裝置的內部結構、零部件及裝配順序表達清楚，提高專業教學效率和學生的學習積極性。

2.制冷設備三維仿真模型開發的意義

開發制冷設備三維模擬仿真模型的意義體現在以下四個方面：第一，運用制冷設備三維模擬仿真講解制冷專業課內容可以有效增強教學效果，避免傳統教學中使用掛圖帶來的弊端，使學生迅速掌握制冷設備的內部結構、設備拆卸過程與裝配過程，為制冷設備實體的拆裝與設備的故障排除打下基礎。第二，使用制冷設備三維模擬仿真可以大大提高學生的學習積極性。學生往往對教學掛圖沒有興趣，特別是機械結構掛圖，剖面線錯綜復雜，造成學生的識圖困難，采用三維實體仿真可以避免學生識圖上的困難。第三，運用制冷設備三維模擬仿真可以為學生的實景教學打下基礎，有了三位實體仿真的學習，學生對制冷設備的總體結構有了全新認識。第四，復雜問題由繁化簡，增強教學效果。同時，提高教師運用多媒體手段教授專業知識的能力，為教師開展科研奠定良好基礎。

國家骨干校建設成果提供豐富的科研工作基礎，將國家骨干校建設成果應用到專業教學中是今后制冷專業教研組工作的重點，其中如何融入先進的教學方法與手段是建設成果實施的關鍵。建設成果的實施需要專業的人才培養模式進行轉變，人才培養模式已由過去的傳統教育方式逐漸向工學結合、頂崗實習的模式轉變，也就是說，學生不能僅坐在課堂上學習，更要在真實的或是仿真的工作環境中獲取知識。

3.制冷設備三維實體仿真模型開發

開發三維的模型包括：活塞式壓縮機、水冷式冷凝器、蒸發器和熱力膨脹閥等三維模型。學生通過計算機進行制冷設備四大部件的三維實體仿真拆裝，實現模擬虛擬拆裝環境。要運用當前先進的職業教育設計理念，對制冷設備的三維模型進行教學設計。

基于三維實體軟件Solid Works軟件環境下完成產品的三維模型設計，內容包括活塞式壓縮機的三維造型設計、螺桿壓縮機的設計、蒸發器與冷凝器三維模型分析、熱力膨脹閥的三維模型設計等，其中的三維模型設計必須根據企業的實際情況加以確定。

（1）形成完整的研究過程，選擇當前具有代表性的制冷設備作為零件造型，然后進行裝配設計、運動分析、工藝設計，最后實現虛擬仿真文件，包括活塞式壓縮機、螺桿式壓縮機、水冷式冷凝器、蒸發器與節流裝置熱力膨脹閥的模擬仿真模型，下圖為研究內容框圖。

（2）運用當前先進的教學設計理念，對形成的三維模擬仿真文件進行教學設計，使之適應當前職業教育的發展。多媒體課件本質上是一種計算機應用軟件，軟件工程中通常以流程圖的形式描述軟件產品的設計與制作過程。從總體上看，三維模型的教學設計包括軟件設計、軟件制作、課件設計和課件制作四個階段，前兩個階段已經在三維設計軟件平臺上完成，后兩個階段需運用多媒體技術完成。三維實體軟件應根據高職院校學生的特點進行三維模型的教學設計。

（3）實現人機互動。

在完成制冷設備三維實體構建后，進行三維動態實體虛擬拆卸與裝配，形成制冷設備可執行仿真拆裝文件，有效實現人機交互。學生可以通過計算機對一臺壓縮機進行完整的拆裝，并且整個過程動態可視，實現模擬真實的拆裝環境。拆裝課件通過計算機輸入、輸出設備，以有效的方式實現人與計算機的對話。通過人機交互，可以輕松實現三維實體虛擬仿真環境下的演示。

4.結語

通過開發制冷設備的三維實體仿真模型，可以調動學生的學習主動性，增強學習效果，提高教學質量。還可以應用于專業技能訓練及教師教學科研、企業工程技術人員培訓之中，真正實現專業教學、科學研究、對外服務的一體化。同時，制冷設備的三維實體仿真模型的開發還可以為開展高校制冷專業課程的其他實驗打好基礎，對高等院校技能人才和企業工程技術人員的培養均起到關鍵作用。

參考文獻：

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