FluidSIM仿真軟件在《液壓與氣動技術》實踐教學中的應用

童和平 張香紅

摘要：根據高職院校機電技術類專業《液壓與氣動技術》的課程特點和德國Festo公司研發的FluidSIM軟件功能，提出了利用FluidSIM 3.6仿真軟件提高實踐教學效果的方法。通過“雙作用液壓缸換向回路”例子將仿真教學應用到實踐教學中，營造出“教學做”一體化的教學環境，使學生加深對液壓元器件功能的理解，來達到激發學生的學習熱情，從而提高教師的教學效果。

關鍵詞：FluidSIM;液壓與氣動技術;實踐教學

中圖分類號：G4文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2019.08.082

1引言

《液壓與氣動技術》是高職院校機電技術類專業的核心課程，該課程包括液壓傳動和氣動傳動兩部分內容。由于液動元器件具有內部結構較為復雜、工作原理較為抽象等問題，傳統的教學設備和教學手段很難使學生理解液動元器件的工作原理和結構特點，教師介紹這些液動元器件通常需要花費較多的學時且教學效果不佳，降低了學生對《液壓與氣動技術》課程的學習興趣和思維能力。

德國Festo公司和Paderborn大學聯合開發的FluidSIM是一款專門應用于液壓與氣動技術教學的軟件，它由液壓仿真（FluidSIM-H）和氣動仿真（FluidSIM-P）兩個部分組成，該軟件不僅具有強大的仿真功能而且還自帶豐富的學習資源庫，在實踐教學中加深學生對液壓元器件功能的理解，激發學生學習熱情和積極性，提高教師的教學效果。

2FluidSIM軟件的特點

FluidSIM是《液壓與氣動技術》課程教學、回路仿真等多功能綜合性軟件，該軟件具有FluidSIM-H（液動教學）和FluidSIM-P（氣動教學）兩種功能，分別可對液壓回路和氣動回路進行設計和仿真。該軟件操作界面簡潔，功能清晰，簡單易懂，用戶可以輕松自學設計和仿真。該軟件主要包含三種功能模塊：模擬仿真模塊、繪圖模塊和綜合演示模塊，其中，該軟件繪圖功能模塊中有上百種標準液壓、氣動及電氣元器件，用戶在設計和仿真過程中，只需將元件庫里的標準元器件直接拖移到繪圖區域，雙擊鼠標可對標準元器件進行參數設置。另外，該軟件提供的液壓、氣動及電氣標準件不僅備有文本說明、圖形，而且配備了各標準元器件的動畫演示，使得各標準元器件的工作原理和結構特點更加清晰明了。

FluidSIM 3.6軟件系統元件庫里提供的各種標準元器件，如圖1所示。用戶可根據實驗內容選取所需元器件搭建液壓與氣動回路，從而對系統進行模擬仿真及測試。由于仿真參數和動作實時顯示，充分調動了學生實踐教學的積極性，切實做到教學做一體化教學，取得了極佳的教學效果。

3FluidSIM軟件在實踐教學中的應用

3.1液壓回路的設計

在實踐教學中，利用FluidSIM軟件，既可以設計液壓回路（如液壓方向控制回路設計），也可以進行系統模擬仿真。在設計液壓回路中，利用鼠標將FluidSIM軟件元件庫中的標準元器件拖移到繪圖區域，鼠標左鍵點擊連接點按住不放，將鼠標移動至另一連接點即可生成管路。

FluidSIM軟件元件庫中的標準元器件豐富且易識別，既方便教師實踐教學，也加深學生對標準元器件的理解。如圖2所示，采用三位四通電磁換向閥的換向回路，在回路設計中，采用O型中位機能的三位四通電磁換向閥來控制液壓缸的換向。當YA1通電、YA2斷電時，換向閥處于左位工作，液壓缸左腔進油，右腔回油，從而實現活塞向右移動;當YA1斷電、YA2通電時，換向閥處于右位工作，液壓缸右腔進油，左腔回油，從而實現活塞向左移動;當YA1和YA2都斷電時，換向閥處于中位工作，液壓缸不進出油，活塞停止運動。

3.2電氣控制回路設計

FluidSIM軟件除了可以設計液壓與氣動回路，還可以對液壓回路相配套的電氣控制回路進行設計。采用電氣控制回路設計的原因在于，電氣控制回路可對液壓回路進行自動控制，增強了用戶對電氣控制液壓回路的理解，提升了用戶在實際問題方面的應用。

FluidSIM軟件元件庫有著豐富的電氣元件可供選擇：各種開關按鈕、電源、繼電器線圈和傳感器。利用這些電氣元件，把各種電氣元件連成一個電氣控制系統，再通過電氣元件和液動元件之間建立標簽，就可以設計出與液壓傳動回路配合的電氣控制回路。如圖3為雙作用液壓缸換向電氣控制回路。

3.3液壓回路仿真

當液壓回路和相配合的電氣控制回路設計完成之后，可將FluidSIM軟件切換到仿真模式，啟動回路仿真功能。將鼠標放置在開關按鈕SB1上，此時鼠標將會變為手指形狀，點擊即可運行。圖4為雙作用液壓缸換向回路仿真圖，液壓回路仿真圖中的高壓油路為深紅色線條，淺灰色線條代表低壓油路，如圖4（a）;紅色線條表示電氣控制回路接通線路的部分，如圖4（c）。在液壓回路仿真中，可提前設置各液動元器件的壓力和流量為顯示狀態，仿真中可以隨時查看各管路上某點壓力和流量的大小，也還可以導出各元器件工作與時間關系的狀態圖，如圖4（b）。

通過液壓回路仿真，可以加深學生對液壓回路工作原理的認識，也可以驗證液壓回路系統的正確性，進而將系統付諸實踐。

3.4FluidSIM 軟件多媒體教學應用

FluidSIM軟件引入到液壓與氣動技術課程設計中，一方面讓學生了解和掌握液壓系統，幫助學生更好的理解該課程;另一方面借助計算機輔助教師去設計課程。該軟件教學模塊中具有豐富的液壓技術基礎、元器件的工作原理、綜合性演示文稿等，如圖5所示。教師在實踐教學過程中，利用FluidSIM軟件多媒體教學資源輔助教學，也可以輔助學生課后進一步學習液壓與氣動技術的理論知識，鞏固課堂實踐教學內容。多媒體教學影片的引入，既改善教師實踐教學的效果，又利于學生對抽象概念的理解，提高學生的學習興趣和創造力。

4結論

本文基于FluidSIM仿真軟件，在《液壓與氣動技術》綜合實訓教學中，采用FluidSIM仿真軟件可以有以下優勢：

（1）利用FluidSIM仿真軟件，可以使學生對所有液壓與氣動回路的工作狀態有了更清楚的認識。學生可以在液壓回路設計實驗前，先對自己設計的回路進行模擬仿真，得出仿真數據，再根據仿真數據分析原因，使學生更加具體的認識液壓與氣動回路工作狀態。

（2）利用FluidSIM仿真軟件，學生對液壓與氣動元器件的工作原理更加容易理解。在仿真軟件中，獨立的液壓或氣壓元件，根據要求設計不同的也與氣動回路，通過對不同設計方案的比較與分析優化最佳方案，培養學生的分析和創造能力。

（3）使用多媒體技術和FluidSIM仿真軟件相結合輔助《液壓與氣動技術》課程教學，使教學直觀生動，教學內容易接受，提高教學效果。利用多媒體教學影片可以輔助教師的實踐教學部分，也可以幫助學生更好的理解抽象原理和課后鞏固，提高學生的學習興趣和創造力。

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