淺談虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用

法元梅

摘 要：機械工程實踐教學的過程有著很強的實踐性，更加側重于對學生動手操作能力的培養和鍛煉，專業化程度較高，在實踐中要求學生必須具有一定的專業機械知識才能進行正確操作。目前，機械工程作為我國理科高校的重點專業之一，其對我國的生產制造業有著非常重要的作用。其中虛擬仿真技術在機械工程實驗教學過程中的具體應用，不僅可讓學生切身在這種仿真技術中理解和掌握具體的機械操作原理，同時還能讓學生發揮學習這門專業的主觀能動性，并同時也為教學創造了便捷條件，提高了機械工程的實驗教學效果。本文將重點探討這種虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的具體應用情況。

關鍵詞：虛擬仿真技術；機械工程；實驗教學；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.089

操作實踐課屬于眾多高校理工科類專業中非常重要的學科組成內容，而且順應社會發展對人才的需求，我國當前大部分高等院校基本上都建立了專業的工科類操作實驗室，讓學生在學習中能具備實踐動手操作的便利條件。傳統的機械工程實驗教學中，很多實驗涉及到使用儀器設備的情況比較多，這就使得實驗難度更大。再加之不少儀器設備價格不菲，體積結構也不方便學生進行實驗操作。所以過去通常都是通過教材理論知識進行按部就班地操作，這就無法充分調動學生進行自主操作的積極性。再加上還有很多高校因為資金投入有限，很多實驗室中舊的器材設備出現機能老化，無法滿足當前機械工程實驗教學發展的需求。因此，充分將這種虛擬仿真技術積極應用于機械工程的實驗教學過程中，可很大程度上來對目前教學過程存在的問題和不足予以改善和優化，并提升這門課的教學效率。

1 機械工程實驗教學的現狀與問題

機械工程實踐教學的工程主要側重于實踐性操作能力的培養，讓學生在操作中提升動手實踐能力。近年來，隨著高校擴展，大學生數量在不斷增多，而實驗室和相關實驗設備開始供不應求的問題成為影響和制約機械工程實驗教學的重要因素，這些導致學生在機械工程的學習中并沒有太多能切身實踐操作的機會，這也就使得學生無法將所學習和理解的理論知識真正運用到實踐中，影響學生實際的動手操作能力，同時使得學生所學習的理論知識無法在實驗中得到驗證，在很大程度上會降低學生學習這門專業的積極主動性。另外，因為機械工程實驗教學離不開對機械的使用，而很多學校考慮到機械有潛在的危險性，為了確保學生的人身安全，進而通過有關機械工程的講座、參觀來替代實踐教學。但這些形式的替代無法起到與實驗操作教學相同的效果，也無法有效提升學生的動手操作能力，也就因而使得學生對知識的理解和掌握只是停留在理論層面，不利于這門專業的全面透徹化的學習。因此，當前提高我國高校機械工程實踐教學的教學設備和教學質量十分迫切和需要。

2 有關虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用

2.1 關于數控加工技術的仿真實驗

數控加工技術，是我國當前國民經濟發展中現代化制造業的核心技術，現代化數控加工技術的廣泛應用，有效為我國現代機械制造業發展奠定了堅實的基礎，這種數控加工技術，充分集結了微電子技術、機械加工技術這兩種技術，而且也預示著我國機械工程的發展前景。在當前的各大高校專業中，機械制造級自動化成為非常熱門的專業之一。在具體教學過程中，學習本專業的教學與培訓操作中最為主要的內容即是數控機床。但由于數控機床的價格十分昂貴，而且設備單一的同時還有一定的復雜性，因此無法滿足每一個學生的實驗操作的需求，在實驗教學中只可允許少部分學生來進行實踐操作，還有一部分只能在旁觀看和輔助，這就使得教學方法產生了一定的局限性。但如果在機械工程的實驗教學中，通過引入虛擬仿真技術的應用，那么通過對數控機床操作的詳細步驟與過程進行模擬，則就能為工程實驗專業的學生提供學習環境和有利的條件，去實際感受和體驗機床的加工環境及加工流程，并因此而形成系統化的知識構架，提高學習效率。

2.2 有關帶傳動性能的測試實驗

在機械傳動的過程中應用比較廣泛的是帶傳動，通過帶傳動的應用，來完成機械工程實驗教學的基礎性實驗課程的教學工作。帶傳動性能的測試實驗則指的是通過引導學生對帶傳動的過程予以觀察和分析，尤其是注意觀察其是否有打滑現象和彈性滑動的狀況，再對其承載能力的大小進行分析，并結合所觀察和分析所得的相關數據來描繪帶傳動彈性滑動圖和傳動效率圖形。但是，若應用到虛擬仿真技術來做帶傳動性能的測試實驗，那么就省去了電動機、發電機、傳感器以及光電測速裝置等的應用。這是由于虛擬仿真技術的實驗硬件設施是由計算機輔助完成的，而且是利用Lab VIEW 軟件設計帶傳動性能測試系統。

2.3 有關虛擬現實系統的應用

虛擬仿真技術是對各種大型復雜機械裝備的原理演示、故障診斷、功能仿真，同時也是對復雜且精密零件的工藝驗證、復雜綜合控制的模擬分析，并有效為大型復雜機械裝備操作培訓提供了更加新型現代化的方法，解決和完善了大型復雜機械裝備物理實驗存在的漏洞和不足。虛擬仿真技術的實驗教學系統，可充分為高校學生開設面向全斷面掘進機、冶金成套設備等大型復雜機械裝備的虛擬樣機設計與開發、虛擬裝配與功能仿真等虛擬實驗與虛擬實踐訓練課程。

2.4 有關減速器裝備實驗

在機械工程的實驗教學中，常常涉及到對減速器的應用，因此，在機械工程設計的實驗課中，最根本的課程最必不可少的實驗即是減速器實驗。在過去機械工程實驗的減速器實驗教學過程中，老師基本上是通過把一個真的減速器帶到課堂，并通過對其進行逐一拆卸安裝，以此來讓學生了解和掌握其內部結構、功能以及工作原理，但這樣會帶來巨大的資金消耗，而且實驗缺乏穩定性。但此時如果在減速器裝備的實驗中應用虛擬仿真技術，即可實現把對實物的拆裝過程換做操作軟件，來對其進行仿真和修形，從而達到其實驗教學效果，并不斷提升學生對這門課程的學習水平和質量。

3 結語

綜上所述，通過把虛擬仿真這種技術有效應用到機械工程實驗教學中，可對過去傳統儀器設備的缺陷和不足予以改善和優化，滿足了實驗教學改革的發展需求，提升了機械工程實驗教學水平和質量。

參考文獻：

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[2]林少芳.關于虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中應用價值分析[J].湖南工業職業技術學院學報，2014，23（05）：65-66，70.