FluidSIM軟件在液壓氣動實踐教學中的應用

潘鈺旸

【摘要】FluidSIM是德國Festo公司和Paderborn大學開發的用于液壓與氣壓傳動的教學軟件。根據液壓與氣壓傳動的教學內容和特點，本文介紹了這個軟件的特點和在液壓、氣動實踐教學中的應用，可以把抽象的、復雜的模型使用元件圖符仿真的展示。不僅可以提高學生的理解能力，還可以拓展其思維，增加這門課程的趣味性。

【關鍵詞】FluidSIM軟件;液壓;氣動;應用

《液壓傳動與氣動技術》課程是機電和自動化控制等多門技術融合在一起的機械傳動技術的主要應用形式，在現代化領域的建設中發揮著重要的作用，同時在高職院校也作為一門機電類的基礎課程備受重視。對于其抽象化、復雜化的模型系統，學生學習和理解變得很困難，而FluidSIM仿真軟件的元件參數的調節范圍和實際設備完全一致，把其應用到教學課堂中，充分利用其回路仿真與元件動畫的特點，把抽象化的內容具體的、形象的展示在課堂上。

一、FluidSIM軟件介紹

FluidSIM軟件是德國Festo公司和Paderborn大學開發的，專門用于液壓與氣壓傳動的教學軟件。FluidSIM軟件擁有直觀的界面展示，并配合其圖文操作頁面，不僅可以輕松的實現拖拉圖標進行設計，還可以對其進行仿真，使學生了解設計成果的可行性。FluidSIM軟件包括兩個軟件FluidSIM-H、FluidSIM-P，第一個主要在液壓傳動教學中使用，第二個則應用于氣壓傳動教學。這個軟件突出的特點如下：

（一）擁有專業的繪圖功能

其繪圖功能包含了電氣、液壓、氣動的100多種標準的元件。在繪圖的時候，可以直接拖拽元件到制圖區來完成原理圖的制作，鼠標按住左鍵在兩個元件的連接點移動，就能夠生成需要的回路，其專業的CAD功能可以輕松應對流體功能的設計。同時，FluidSIM軟件還會檢查各個元件之間的鏈接有沒有錯誤，以及其可行性，這樣就可以避免在繪圖的過程中出現錯誤，大大提高了繪圖的效率，節省了繪圖的時間。

（二）強大的仿真功能

FluidSIM軟件還擁有強大的仿真功能，在液壓回路設計的時候就可以控制和顯示回路的動作，發現其中的問題，方便及時修正。這樣就可以設置出穩定性、可靠性、工作效率高、結構合理的流體回路。同時，我們還可以直觀的看到元件的參數和狀態，例如液壓缸活塞桿的節流閥的面積大小、輸出力、運動速度等，方便提前觀察回路的動態性能，從而準確的預估回路實際的運行狀態。這個軟件還可以展示回路中各個關鍵元件的狀態量，如流量計的流量、壓力表的壓力等。

（三）綜合演示功能

FluidSIM軟件包含了液壓技術教學綜合演示功能，主要通過教學影片、實物圖片、剖視圖、文本說明來描述。詳細的介紹了綜合演示功能的應用場合和使用方法，使學生身臨其境般了解液壓與氣壓傳動在應用場景中的效果。

二、在實踐教學中的應用

（一）實踐教學的意義

液壓傳動與氣動技術這門課程需要進行液壓氣動實驗，而傳統的實驗大多數都是演示性或驗證性的，學生根據實驗指導書的步驟按部就班的搭建好平臺，學生獨立思考的能力得不到培養。而在實踐動手環節使用FluidSIM軟件，利用其便捷的操作性和豐富的資源，增加了實驗的多種可能性。實驗的項目從之前的固定的傳統的驗證實驗回路，變成了學生根據教導書的要求完成實驗從元件的選擇到獨立設計實驗，不僅可以激發學生的創造性和主觀能動性，還可以培養學生對這門課程的興趣。

（二）實踐教學案例

（1）氣壓回路的繪制。因為FluidSIM-P和FluidSIM-H擁有著相同的用戶界面，操作也是很相似的。所以本文介紹氣壓回路的繪制以FluidSIM-P為例。首先它的主界面是非常直觀的，上面是功能菜單，根據需求可以選擇不同的功能菜單，下面分為兩部分，元件庫位于左半部分，設計界面在右半部分，在繪制氣壓回路圖的時候，可以直接從元件庫拖拽到右邊的繪圖區，放置后的元件也可以在繪圖區繼續調整，如豎直或者水平交換方向，有無彈簧復位、換向閥的控制方式、常態位置都可以隨意調整。把元件在繪圖區放置好之后把元件之前連接起來就可以完成系統圖的繪制和設計了。

（2）仿真氣壓回路。氣壓回路圖繪制完之后，就可以對其進行仿真了。需要切換FluidSIM軟件到仿真模式，開啟回路仿真。在仿真之前，可以設置回路圖的電控元件和氣壓元件的參數，如活塞位置、氣缸的最大行程、延時繼電器的延時時間、氣源的工作壓力、節流閥的開口度等都是可以設置的。參數的不同在仿真時候表現也是不一樣的，學生們可以通過這個環節理解各個參數的含義。仿真的時候，回路的元件狀態和運動仿真都是實時展示的，通過清晰的反應真實的回路的不同階段的工作過程，學生可以有著深刻的理解和體會。

（3）設計電氣控制回路。FluidSIM-P可供選擇的電控元件有很多，如各種主令開關、繼電器線圈、24V電源正負極、各種觸點、接近開關等，不僅可以設計氣壓傳動回路的電氣控制回路，還可以對電氣和氣壓的回路進行仿真。課堂上給學生布置設計的任務，學生通過自行選擇合適的電氣和氣動控制元件，設計出符合任務需求的回路，然后通過仿真驗證其正確性。如果沒有這個軟件，學生設計的回路只能一步步分析回路來判斷準確性，稍微不注意就會導致做出了錯誤的判斷，使用這個軟件之后可以方便的驗證其可行性，出現問題的地方也非常的清晰，方便了之后的學習和更正。

（三）教學效果和體會

學生通過使用FluidSIM軟件，可以完成在液壓回路及系統的仿真實驗，使電氣、機械、液壓有機的結合，可以綜合練習為液壓系統設置控制電路，過程中可以熟悉常規的控制器、執行元件和傳感器等，了解其實際應用場景。也可以通過自己設計和實現一個較為復雜的液壓、氣壓控制系統，培養創造力和綜合能力。在指導學生進行實訓課時，學生的設計成果用電腦演示，課堂上對其進行分析，可以啟發學生的設計思路，學生也會更容易接受直觀生動的內容。

三、結束語

使用FluidSIM軟件100多種元件，可以很方便的連接不同的液壓或者氣動的各種復雜的回路，實現了不同情況的實驗場景。利用其內容新穎、仿真教學的特點，可以可視化的分析液壓元件的性能和原理，加深了學生的感官認識，增強了學生多基本知識的掌握程度。同時，學生可以在仿真的教學環境中清晰的了解到專業的方法和技巧，拓寬了學生的理解程度，開闊了學生的視野和思維，培養了實際動手能力、工程應用能力和獨立創新的能力。與此同時對老師的教學科研也有所幫助，很值得在教學中進行推廣。