虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用

王烁

摘要：在经济和科技高速发展的今天，虚拟仿真技术在实践教学中的应用也越来越广泛。虚拟仿真技术具有成本小、操作简便、适用范围广的优点，在实践教学中受到广大教师和学生的欢迎，是教学过程中非常重要的教具之一，本文以机械工程实践教学的现状为出发点，分析了虚拟仿真技术在机械工程实践教学中的具体应用，旨在提高机械工程教学质量，提高虚拟仿真技术的应用范围及频度。

关键词：虚拟仿真技术；机械工程；实践教学；现状；具体应用

机械工程实践教学的实践性非常强，非常注重学生的动手实践能力的培养，其专业化程度也非常高，必须具有专业知识、必须有专门的机械才能操作，机械工程是我国理科高校的重要专业，对我国生产制造业的发展有非常重要的作用。虚拟仿真技术对机械工程实践教学有非常重要的作用，它可以让学生如身临其境般真正地理解和掌握机械操作原理，激发学生对机械工程实践操作的积极性，为教师教学提供便利条件，为实践教学成果的提高提供有力保证，为学生日后就业奠定良好的基础。

一、机械工程实践教学存在的问题

机械工程实践教学重在实践操作，提高学生的动手实践能力。随着高校扩招政策的不断深入发展，高校的学生也越来越多，实验设备短缺和实验场地不足的问题已成为制约机械工程实践教学的重要因素。学生实践的时间和次数都非常有限，这将无法保证学生将理论中学到的知识及时有效地运用到实践中去，对学生动手能力的提高影响比较大，学生掌握的理论知识无法在实验中得到验证，这在无形中也会降低学生学习的积极性。另一方面，由于实践教学要使用机械，机械具有一定的危险性，不少学校为了学生的人身安全经常以其他形式代替实验教学，比如：讲座和参观等。但是，这些形式不能代替实践教学，学生的动手实践能力得不到有效的提高，学生对知识的理解和掌握无法达到透彻和融会贯通的程度，对机械工程的学习非常不利。一言以蔽之，我国高校机械工程实践教学的教学设备和教学质量有待于进一步提高。

二、机械工程实践教学的意义

机械工程实践教学对学校、学生和教师都有重要意义。众所周知，实践教学注重学生的动手操作能力，学生只有进行真正的实践操作，他们的实践水平才能逐步提高。但是如果在真正的机械上进行实践操作，这会大大增加学校的经费开支，因为真正的实验设备不仅价格高，而且保养的成本也比较高。而虚拟仿真技术的出现恰好解决了这方面的问题，具有投入少、操作简便的特点，在减少学校投入的同时还方便了教师教学。虚拟仿真技术是教师教学过程中的重要教具，虚拟仿真技术的应用有利于教师在授课过程中将理论与实践有机结合，对提高教学水平和教学成果发挥着重要的作用。同时，虚拟仿真技术为学生的实践提供了优质平台，让学生在实验中体会学习的快乐，让学生真正成为学习的主人，激发学生学习的积极性和主动性，让学生真正做到学以致用，将学到的理论知识在实验中融会贯通。

三、虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用

科学技术是第一生产力，科技不仅带动了计算机网络技术的迅速发展，而且促进了虚拟仿真技术的迅速发展，虚拟仿真技术在机械工程教学的应用也越来越广泛。下面将简要介绍虚拟仿真技术在机械工程教学中的具体应用。

（一）虚拟仿真技术在数控加工技术中的应用

数控加工技术在现代制造业中扮演着重要的角色，数控加工技术是机械加工技术和微电子技术的结合体，它与机械工程的发展方向吻合。数控加工技术是我国理科类高校的专业必修的核心内容。因为机床价格昂贵，所以机床严重不足已成为一个数量的问题。为了解决这一问题，实验室利用了数控加工仿真技术。以CAXA软件在鼠标的数控加工为例。在实验过程中，CAXA软件将会模拟真实的数控机床实际操作方法与步骤，让每个学生身临其境感受数控加工的具体过程。在实践过程中，学生首先要建立具体的实体模型，然后根据具体的模型选择加工所用刀具和加工路线，最后完成模拟仿真加工。

（二）数控仿真技术在机构运动简图测绘实验中的具体应用

机构运动简图测绘实验要求学生在掌握运动简图绘制方法的基础上进行，达到能在实际中测绘运动简图的目的。在实验中学生可以了解到实验运动简图与实际运动简图之间的差异，从而能准确计算出机构自由度，并判定确定运动是在何种情况下进行的。数控仿真技术可以让学生通过动态的运动简图观察机构的自由度，让学生真正地理解机构运动简图，为以后的实践操作奠定良好的基础。

（三）虚拟仿真技术在减速器装配实验中的具体运用

减速器是机械设备上的一个重要部件，减速器实验也是机械工程实验教学中的一项基础性的实验。传统教学过程中，教师为了让学生真正了解减速器的工作原理、内部构造和主要功能，往往将真实的减速器搬到课堂上进行拆装。这种方法虽然让学生接触、了解了真正的减速器，但是由于成本比较高，实验结果不稳定，在教学的过程中实用性不是很大。虚拟仿真技术在减速器实验中的具体运用很好地解决了这一问题。在虚拟仿真技术的具体应用过程中，利用Inventor软件进行减速器模型的设置是第一要务，在模型设置完毕后就可以利用虚拟仿真技术进行减速器的拆装模拟实验，在实验之后可根据已得数据对减速器进行修形，再利用ANSYS软件计算出减速器的频率，使学生真正掌握减速器的运动原理和共功能，达到实践教学的目的。

（四）数控仿真技术在带传动性能测试实验中的具体应用

在机械传动过程中，带传动是一项非常重要的传动技术。数控仿真技术在带传动性能测试实验中的应用比较广泛，已经成为机械工程实验教学的基础实验课程。它主要是学生通过对带传动过程中打滑现象和弹性滑动现象进行观察，分析带传动承载能力，得出相关数据，从而对带传动效率图形的形式进行描绘。但是，利用数控仿真技术在带传动性能测试实验时，不须要使用转矩力测杆、發电机、电动机、以及传感器等装置，它的硬件设施主要是计算机，在实验中，性能测试系统由软件进行设计，测力传感器、转速传感器、加载装置以及数据采集卡等在计算机的带动下，完成带传动性能测试，通过对实验中各种动力和运动进行观察分析，从而描绘出传动的效率曲线和弹性滑动曲线，通过曲线能够准确地计算出传动效率和弹性滑差率之间的联系。

四、结束语

在机械工程实验教学中采用虚拟仿真技术能够提高学生的学习兴趣，使学生积极地参与到课堂学习中，同时，虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用能够有效地解决教学实验设备短缺和老化问题，适应了现代社会的发展要求，更好地提高了学生的课堂学习效率。

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编辑/岳 凤