淺析慧魚創意組合模型的研究現狀與趨勢

鹿存建 李策

摘 要：慧魚創意組合模型是近代所誕生的一種技術含量較高且具有教育教學、工程仿真意義的拼裝模型。本文首先引入了慧魚創意組合模型，敘述了慧魚模型在教育教學、工程仿真兩方面的發展現狀，討論了在教育教學發展、工程材料應用、裝配傳動以及控制等方面的不足，對問題的解決進行了剖析，并對未來發展做出了展望。

關鍵詞：慧魚模型;教育教學;工程仿真

慧魚創意組合模型于1964年在德國誕生，其涵蓋了機械構件、電氣構件、控制構件、氣動構件、微型電機、計算機編程以及機器人設計等內容，使用者可以利用慧魚模型的基本結構，輔以傳感器（光敏、熱敏、磁敏、觸敏等）、控制器（Robo TXT）、執行器和軟件的配合實現任何生產過程的還原[1]。此模型有助于提高大學生的創新意識以及動手能力，也為大學生創新創業的實現提供了平臺。

1 慧魚創意組合模型的發展現狀

慧魚創新組合模型體現了不同學科知識點的組合，主要分為教學模型、培訓模型、工業模型三大系列，本文針對慧魚三大模型中的教學模型以及工業模型進行了探討。

1.1 教學模型的發展

慧魚教學模型的發展主要是體現在課程教學中，本文僅探討慧魚教學模型在電子設計、機械設計兩門課程中的教學發展。

在電子設計課程中，近年來，許多高校選用慧魚創意組合模型，采用開放式的項目分組模式，通過老師對學生項目的指導，讓學生接觸到圖像化的編程，熟練應用VB、VC等高級匯編語言[2]。同時理論知識在項目中也得到了驗證，在模型的拼接與控制程序的設計中，單級放大電路、多級放大電路、功率放大器等多種電路都得到應用。

另外，在機械設計課程中采用慧魚創意組合模型，相比較機械類的實際材料，慧魚主要構件采用的優質尼龍塑膠制成，更加適用于實踐環節。相比較機械類構件的復雜連接方式，慧魚通過燕尾槽插接方式，可以實現六面拼接、多次拆裝和反復使用，摒棄了機械占地面積大、拼接麻煩的缺點[3]。

1.2 工業模型的發展

工程設計階段由于受制于設備、場地等因素，需要工業化建模以及生產實施前的驗證。慧魚創意組合模型則完全符合工程中虛擬仿真的需要，先熟悉慧魚創意組合模型，然后對機械零件測繪及建模，最后對工程進行裝配和運動的虛擬仿真。用SolidWorks中設計與裝配好的作品用慧魚搭建實物，并編寫程序去實現虛擬仿真設計中的運動，以此來驗證設計的產品是否可行[4]。

2 慧魚創意組合模型發展存在的問題及解決方案

2.1 在教學環節中存在的問題及解決方案

目前高等院校開設機械類課程教學過程中運用的設備主要是以實物教具以及多媒體電教設備為主。慧魚創意組合模型雖能很好地解決資金投入以及體積存放困難等問題，但仍存有不夠直觀，且主要以驗證為主，學生缺乏自己探究的能力，學生應用轉化能力較弱等諸多問題。

部分高校已經意識到這個問題，創立了慧魚機器人實驗室，以便于科學研究與時間分析，讓學生更加自由自主的參與到教育教學中，并通過參加全國機械創新設計大賽以及全國大學生機械設計大賽慧魚競賽等大型比賽，檢驗學生在知識綜合應用能力、工程意識、團體協作能力等方面的能力[5]。

2.2 在工業環節中存在的問題及解決方案

2.2.1 工程材料

由于工業所需要的材料為鋼材，慧魚創意組合模型的材料為優質尼龍塑料，鋼材需要考慮性能，包括含碳量以及剛度、強度、穩定性等條件是否滿足要求;然而以上條件都是塑料所仿真不來的。同時工業設計需要對實際力、速度、加速度、力矩、力偶等參量進行分析，由于材料的原因，慧魚創意組合模型的具體分析中參考價值不大。在材料方面，雖然說材料問題方面的缺陷是巨大的，但在材料不斷發展的以后，慧魚的材料也會工業化的要求而變化，從而這方面的問題還有待商榷。

2.2.2 傳動及裝配

相比較機械類構件的復雜連接方式，慧魚通過燕尾槽插接方式，可以實現六面拼接、多次拆裝和反復使用。這既是慧魚的優點更是其不足，第一，慧魚的傳動效率較低，不能達到工業傳動的要求，只能作為基礎運動的仿真，不能作為生產的標準。第二，慧魚通過他簡單的連接方式，較為容易的達到運動傳動的要求，但未考慮實際的裝配問題。因此慧魚在裝配上對工業也缺乏指導建議。在傳動裝配方面，主要是因為慧魚與實際工業方面的沖突所決定的，可以通過改變連接方式改變拼接方式等途徑，不斷改良慧魚與實際工業的接軌。

3 結論及展望

縱觀慧魚創意組合模型近幾年的發展，慧魚創意組合不僅對教學改革以及工業發展有著積極的意義，同時充滿了很多的可能性。慧魚創意組合模型在教學中的進一步發展，尤其是作為學生工業化啟蒙及工業化實踐入門的課程，可以更好地推動課程改革以及課程進步。然而在工業生產中，仍然存在著多種局限性，因此在今后的發展過程中，慧魚創意組合的趨勢應更多的涉及學科交叉領域，尤其是工程材料及生物科技領域，與其他先進的技術相結合，從而達到相得益彰的作用。

參考文獻：

[1]宋玉梅，龐海文，孫增浩，豐欣，覃如影，解澤興.基于慧魚模型的傳送式立體車庫創新設計[J].科技視界，2019：34-36.

[2]王蕾，陳佳，林健.慧魚模型在機器人電子設計認識實習中的應用探索[J].中國現代教育裝備，2015（3）：10-12.

[3]范興鐸，應偉軍，李映平.慧魚創意組合模型在近機類專業機械設計基礎課程教學中的應用[J].裝備制造技術，2017（12）：95-111.

[4]陳晟.基于慧魚創意組合模型的虛擬仿真設計[J].機械研究與應用，2015，5（28）：230-232.

[5]冀浩非.機械類實訓開設慧魚創意組合模型課的必要性[J].現代制造技術與裝備，2016（2）：158-159.