虛擬裝配及運動仿真軟件開發在專業課教學中的應用

賈克文

摘要：開發專業課教學中主要機器設備虛擬裝配及運動仿真軟件，使學生在學習專業課機器設備時更加直觀的了解其結構原理，為實際操作打好基礎，保證學生專業課的學習更加扎實、有效。

關鍵詞：專業課教學;虛擬裝配;運動仿真;開發

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2016）41-0234-02

職業院校的最大特點，就是培養學生既要有一定的理論知識，又要有較強的實際動手能力。畢業生到單位后能很快適應本職工作，成為應用型的高技能人才。學生實際動手能力的提高主要體現在專業課的教學中，多年來由于受各種因素的影響，專業課的教學效果并不能令人滿意。究其主要原因是現有專業課教材中許多裝配圖較為復雜，有些裝配圖不僅學生看不懂，新走上教學崗位的年輕教師也感到吃力，這些都直接影響了學生學習專業課的積極性。對此，嘗試開發專業課主要機器設備虛擬裝配及運動仿真軟件，能使學生直觀的了解機器設備的結構原理，進而進行虛擬裝配，在虛擬裝配熟練的基礎上帶動實際操作，從而改善專業課的教學效果。

一、以前專業課教學存中在的兩種傾向

（一）專業課偏重于理論講解，學生缺乏實際動手操作能力

1.近幾年，由于招生規模的不斷擴大，學校原有的實訓條件已遠遠不能滿足學生實訓的需要，本該在實訓車間完成的課程，由于實訓條件有限，機器設備及其他維修課程不得不改為在教室里進行理論講解;

2.新老教師交替更新，一些實踐經驗豐富的老教師退休或調離，許多新的、高學歷的年輕教師走上講臺，他們理論功底扎實，但大多缺乏實踐動手能力，因此，他們更偏重于將專業課教學改為在理論教室講解;

3.實際操作耗能耗材，操作不當容易造成機器設備損壞，實訓成本較高，在學校教學經費比較緊張的情況下，學校只有壓縮這部分經費。因此，本應該在實訓車間完成的專業課教學只能在理論課堂講解，使得原本比較簡單的機器設備結構、原理變得復雜、抽象不好理解，許多學生覺得專業課教學枯燥無味，有些干脆放棄專業課的學習。

（二）強調學生動手實踐，忽視專業課教學質量的提高

為了改變這種單純理論教學現象，提高學生實際動手能力，學校將專業課教學改到實訓車間或到企業去上，這些做法雖然較前面有一定的進步，但通過實踐發現還存在一些不足。主要表現有兩點：

1.許多實習指導教師多年來養成側重于實際操作的習慣，理論講解較少，在簡單講解完機器設備的結構、原理后，讓學生去實際拆裝，學生只會機械地模仿拆卸裝配，拆卸方法不清、操作盲目。加上學生對機器設備的結構、原理了解得并不充分，學生操作時經常不按拆裝程序操作、出現野蠻拆卸，造成有些機器設備在很短的時間內精度嚴重受損，甚至有些干脆報廢，后續班級沒辦法使用，達不到預期的學習目標。

2.有些學校把專業課學習放到企業進行，但企業是以生產為主，學生實習培訓為輔，受生產環境影響，許多專業課的學習在企業得不到保證，使得專業課學習達不到預期效果。

二、虛擬裝配及運動仿真軟件的開發

針對以上專業課教學中存在的兩種傾向，通過計算機輔助繪圖軟件使用，嘗試開發專業課主要機器設備三維虛擬裝配及運動仿真軟件，使得學生的專業課學習更加直觀、形象。

（一）確定開發小組成員及開發項目

開發專業課虛擬裝配及運動仿真軟件，是一項工作量大、涉及多方面知識的工作，除了要有較強的專業知識外，還要具有吃苦耐勞、勇于鉆研的精神，由經驗豐富的老師帶領部分青年教師組成課題小組并吸收個別基礎知識比較扎實的高年級同學參與其中。開發的項目本著由易到難的原則進行，從較為簡單的化工管路的管件及閥門開始。如彎頭、三通、大小頭和管閥、球閥、蝶閥、磁力閥等，在積累了一定經驗后，開發化工機器設備的各種泵，前后開發了單級離心泵、齒輪油泵、雙吸泵、多級泵、磁力泵、屏蔽泵、往復泵等，在此基礎上，對風機、列管式換熱器等實習車間現有的機器設備進行開發。

（二）開發過程

整個開發過程步驟如下：

1.制定開發計劃。為了使開發工作有序、按計劃完成，開發前制定了詳細的開發計劃。計劃包括開發各項目的時間段、主要內容、開發所需工具、量具、具體步驟及各分項目的主要負責人。

2.現場實際測繪。進入現場后，對裝配體進行逐件拆卸，為了保證工作順利進行，對每個拆下的零件編號，然后徒手繪出各零件的草圖，對標準件測量其主要尺寸并確定型號，研究每個零件的裝配方法并徒手畫出裝配示意圖或裝配草圖，然后將機器設備恢復原位。

3.在工作室核對草圖，對表達不清或尺寸不全的草圖再重新核對、訂正，對標準件核對型號及尺寸，理順各草圖之間的關系，保證各裝配體的零部件草圖及標準件、常用件型號尺寸齊全。在此基礎上用計算機CAD軟件畫出各裝配體的零件圖及裝配圖（或裝配示意圖）。

4.根據零件圖，用Slid Works軟件畫出各零件三維造型。在工作室進行二維草圖繪制以及三維零件造型。為了提高效率，可將裝配體的所有零件三維造型都繪制好以后，再考慮下一步裝配。

5.用已經建好的三維零件進行機器設備的虛擬裝配，在虛擬裝配的過程中對裝不進去的零件及時調整，將其尺寸及形狀進行修改，然后重新裝配。

6.完成裝配體的拆卸及裝配爆炸圖，在爆炸圖中分步驟將裝配體裝配及拆卸步驟逐項交代清楚。

7.利用Slid Works軟件的制作動畫功能，制作出各機器設備的拆卸和裝配動畫，在動畫中強調拆卸和裝配中注意事項及重點，以便引起學生學習時的注意。

三、采用虛擬裝配及運動仿真軟件在專業課教學中傳授知識和技能

開發出專業課機器設備的虛擬裝配及運動仿真軟件后，配合機器設備的實體，指導教師在一體化教室的授課發生了根本性的變化。首先，指導教師對要拆裝的機器設備進行介紹，用三維動畫展示機器設備的結構原理，機器設備在在馬達的帶動下旋轉起來，形象、直觀、工作原理一目了然，增加了學生學習的興趣和積極性，學生能夠直觀的掌握機器設備的結構和工作原理。其次，指導教師演示虛擬拆卸，利用Slid Works創建爆炸圖，將機器設備上的零件按正確的拆卸順序進行虛擬拆卸，在虛擬拆卸的過程中指導教師邊虛擬裝拆邊告訴學生要點和注意事項，為了使學生真正消化吸收，對此可反復演示，（有條件的學校可讓學生在電腦上反復練習虛擬裝配）。第三，在學生掌握上述內容的前提下，指導教師再帶學生到機器設備的實體前，實際演示機器設備的裝拆過程。第四，分小組讓學生實際裝拆，指導教師巡回檢查指導。第五，裝拆結束后，指導教師及時總結，對存在的不足重新演示糾正。最后，指導教師讓學生按正確的方法將機器設備裝配好，恢復場地原有布局。

四、開發虛擬裝配及運動仿真軟件在專業課教學中的應用成效

1.通過開發專業課機器設備虛擬裝配及運動仿真軟件，有效地鍛煉了課題組成員的綜合能力，參與開發師生的徒手繪圖能力、CAD繪圖能力、Slid Works三維建模能力及專業知識和能力都有了顯著提高。

2.通過開發和使用專業課機器設備虛擬裝配及運動仿真軟件，減輕了專業課指導教師的教學負擔，學生掌握專業課的情況明顯好轉，教學成效顯著。

3.減少了盲目拆卸和裝配，耗材、耗能和零部件損壞情況明顯改觀，機器設備的使用壽命大幅度增加。

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Application of Virtual Assembly and Motion Simulation Software Development in Specialized Course Teaching

JIA Ke-wen

（School of Mechanical Technique，Xin Jiang Institute of Light Industry Technology，Urumqi，Xinjiang 830021，China）

Abstract：The development of virtual assembly and motion simulation software in specialized course makes students understand its structure principle more intuitively，making the great foundation of actual operation，and also promises students to learn the specialized course more solidly and effectively.

Key words：specialized course teaching;virtual assembly;motion simulation;development