基于SolidWorks 软件的虚拟仿真实训中心建设探索

摘要：针对高职院校理工类专业的人才培养、教学方式和实训条件方面存在的不足和困难，文章利用SolidWorks软件为基础建立的虚拟仿真实训中心将丰富实训教学方法，成为帮助学生适应未来工作环境、提升校企合作质量的有效手段之一。

关键词：SolidWorks；虚拟仿真；实训中心

中图分类号：G42 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）17-0120-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID） ：

1 职业院校实训教学的现状

随着当前三维数字化技术的快速发展，传统制造企业面临颠覆性的考验，对人才的需求也对职业教育体系提出了挑战[1]。然而，目前高职院校理工类专业的教学仍主要停留在二维绘图和教具教学的阶段，许多学生在学习过程中难以直观地理解教学内容。传统的实训中心采用模块化的实验箱或实验板，一旦个别元器件损坏，往往无法及时维修。与此同时，随着现代科技的发展，元器件的更新换代速度远远超过实验室引入新设备的速度，因此学生进行的实验往往是多年前实训设备制造商设计的内容，学生无法得到真正的实践锻炼。在这种情况下，借助虚拟仿真技术支持的三维数字化教学模式的出现，可以解决实训教学中的大部分问题。在实物和场地都有限的情况下，这种模式不仅可以使教师在课堂上更直观地传授知识，也可以让学生随时随地通过校园局域网登录教学资源平台获取最新的学习资料和实训课程。这不仅有助于解决学生无法提前预习实训课程的问题，还可以让学生在没有教师指导的情况下，在虚拟环境中进行无限制的设备实践，真正打破了实训教学在时空上的限制。

2 SolidWorks 软件的基本概况

SolidWorks软件是一款基于Windows操作系统开发的三维计算机辅助制图软件，由法国达索系统公司拥有。该公司提供了一个3D体验平台，涵盖了3D建模、社交与协作、信息智能和虚拟仿真等方面。其旗下拥有13 个知名品牌，包括SolidWorks、CATIA、SIMULIA、DELMIA等，被广泛应用于交通运输、航空航天与国防工业、智能工业设备、生物医学以及建筑设计等许多国内外知名企业。同时，越来越多的国内外知名高校也开始开设基于SolidWorks软件的相关课程，以帮助学生更好地与企业的实际生产设计要求接轨，适应未来的工作环境。

3 虚拟仿真实训中心的优势和创新

3.1 工业软件技术的赋能：探索教学数字化转型的“新引擎”

教师可以利用最新版本的SolidWorks软件的技术和知识，丰富实训课程内容。通过3D技术创设情境，突破教学中的重难点，便于学生理解，同时提高学习兴趣。利用制作完成的交互式动画资源[2]，建立全方位的授课资料体系，确保课堂教学与课后学习效果的一致性。虚拟仿真技术的应用为教育教学情景的设计、展示和实施提供了全新的平台和手段，具备沉浸感、交互性和构想性等特点。此外，虚拟仿真技术还可以为学校虚拟仿真实训教学项目提供支持，为师生提供VR学习、创作和实训的平台，以及信息素养培训。虚拟仿真技术的应用在深化教育教学改革、提高教学效果和培养学生实训能力方面起到重要作用。

3.2 教学资源整合和重构：打造沉浸教学的“新场景”

通过基于SolidWorks软件的虚拟仿真实训中心的建设，可以共建、共享优质的虚拟仿真实训教学资源，建设集专业教学、自主实训等功能于一体的虚拟仿真学习和实训交流平台。借助工业软件、交互式动画等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象。积极探索基于虚拟仿真技术应用的实训教学模式和方法，可以激发学生的学习兴趣，活跃课堂学习氛围，提升教学质量，推动教学理念、教学方法和学习方式的创新，推进专业教学的改革。共享虚拟实验和远程控制虚拟实验，可以提升教学能力，拓展实践领域，丰富教学内容，降低成本和风险，开展绿色教学实验项目，发挥虚拟仿真教学平台在学习型社会建设中的作用，吸引更多的社会学习者使用，提升学校的社会服务能力[3]。

3.3 数字孪生+虚拟仿真技术的赋能：创新人才培养的“新模式”

传统实训教学中，设备的理论讲解和实操训练通常在不同的时间和场所进行，导致学生对专业知识技能的整体理解有所不足。引入数字孪生技术和虚拟仿真技术后，可以使实训设备目视化和自动化，实现生产教学的同步。学生可以在虚拟环境中参与体验工作场景中的各项实操任务，实现训练与虚拟仿真的结合。虚拟仿真技术还可以满足工业机器人、触摸屏、智能仓储、机器视觉等操作与调试的需求，满足学生的实训、考核、验证和技术攻关等方面的要求。此外，虚拟仿真教学平台可以模拟完整的数字化企业，构建“自主、泛在、个性化”的教学环境，完善“互联网+ 职场化”的教学模式。还可以探索“知识学习+虚拟训练+实操训练”的教学模式，通过设备、资源、软件、平台等构建理虚实教学环境，体验创新技术与岗位流程。数字孪生+虚拟仿真技术为教学赋能，为教师提供崭新的教学手段和教学方式，可以丰富教学内容，节约教育成本，保证教学的有效开展和提高学习效果，同时保证设备的精密度和利用率的提高。

3.4 教学与企业技术接轨：推动校企合作的“新发展”

虚拟仿真实训中心融合了信息化技术、全三维可交互技术、产品设计开发技术等，并不再局限于传统的日常教学和实践。多种技术的支持为认证中心提供了更多的功能。除了满足教学功能外，虚拟仿真实训中心还能帮助教师掌握3D建模能力、交互式动画制作能力、MBD技术应用（工艺）、数字化制造（加工）、虚拟仿真等能力，提升教师的信息化教学能力和企业实践经验。同时，帮助教师了解企业关注和使用的技术，实现校企项目合作，解决企业实际问题。通过教学与企业技术的接轨，开展科研课题研究和产品的设计仿真加工等活动，推动校企合作进一步发展。

4 虚拟仿真实训中心的具体组成

4.1 虚拟仿真实训中心的总体概述

作为数字化资源创新的虚拟仿真平台，虚拟仿真实训中心能够帮助教师提升信息化教学能力和企业实践经验，还能解决企业实际问题，最终实现校企融合平台化、规范化、产业化，进一步构建学校和企业之间的新生态系统。

虚拟仿真实训中心的建立可以促进教学创新。通过交互式3D动画制作，创新地制作交互式动态精品课件。在一个平台上，可以包含图片、视频、文字等多种交互式元素，降低理论课的难度，提升教学质量（如图1 所示）。这使得学生能够在学校期间学习到企业正在应用的技术，与企业接轨。同时，虚拟仿真实训中心还可以大大减轻教师备课压力和教学管理难度，使教师能够将更多精力放在企业实例的讲解上。一方面提升育人质量，另一方面更新教师的知识技能，以满足职业院校对“双师型”教师的培养要求和发展方向[4]。

虚拟仿真实训中心的建立可以实现教学方法和教学模式的转变。通过利用信息技术手段和全三维交互式技术，可以解决课程中的重点和难点问题。所有教学和实训所使用的模型和动画都来自统一的数据源，从而培养学生的工程思维。同时，从传统的PPT 教学模式转向跨平台、跨系统的交互式教学模式，通过情景导入的方式引导学生进入学习状态。

4.2 虚拟仿真实训中心组成模块

虚拟仿真实训中心的智能制造数字化研创平台教育包含以下模块：

1） 产品设计模块。用于数字化设计、虚拟装配、工程制图等工作，为后续虚拟仿真交互动画制作提供基础支持。

2） 交互动画制作模块。可以输入3D模型，并通过可视化操作进行虚拟仿真交互动画制作。制作完成后，可以输出到智慧教学平台、PPT 等进行互动使用。

3） 分析验证模块。包括静力学、动力学、运动学和非线性等有限元分析，可输出分析报表。

4） 机电协同模块。用于电气原理图和接线图设计，可以通过关系服务器与产品设计模块进行协同设计。

5） 加工编程模块。借助CAD/CAM一体化技术，可以对3D模型进行加工计划、走刀路径规划、模拟加工仿真和加工工时计算等操作。生成的代码可以直接输入机床设备。

6） 三维渲染模块。用于对3D 模型进行真实渲染，达到照片级效果。

4.3 核心模块功能概述

1） 交互动画制作模块。该模块利用3D CAD数据创建交互式图形内容，提供了一种全新的3D技术交流方式。它可以用于表达和说明课件资源的组成原理和步骤，创建爆炸视图，并添加标签和零件序号进行注解。同时，它还允许创建样式和智能视图，以确保视觉效果的一致性。此外，该模块还内置了技术图解功能，可以轻松快捷地制作2D线条图。输出内容包括3D动画以及高分辨率图像，如JPEG、SVG、CGM等。

2） 分析验证模块。该模块提供了一站式解决方案，包括仿真模型前处理、仿真高性能并行计算、仿真结果后处理和仿真数据处理。通过广泛应用仿真技术，避免了传统产品开发中“设计-试制-测试-改进设计-再试制”的重复过程，从而提升了产品开发的质量和效率。

3） 机电协同模块。机电协同模块是针对机电一体化设计和管理的大型应用模块。该模块以中文界面为基准，在智能制造协同设计系统中直接集成了2D电气设计数据和3D电气设计数据。它可以完成电气单线系统图、二次原理图设计、PLC系统配置图、PLC原理图、元器件2D布置图等任务，并自动生成各种报表（如端子报表、设备连接图、连接列表、材料清单等）。同时，电气和机械设计数据实时同步更新。通过PDM管理系统，可以对电气设计数据中的零部件信息和项目图纸与3D产品设计数据进行管理，从而实现高效的电气和机械设计，并实现机电一体化设计的功能。具体子模块功能描述如表1。

5 虚拟仿真实训中心的应用

5.1 项目式教学上的应用

利用虚拟仿真实训中心，学习过程将变成一种师生共同参与的创造性实践活动。学生在项目实践中能够理解和掌握课程要求的知识和能力，体验创新的辛苦和乐趣，培养分析问题和解决问题的思维和方法。通过一个完整的项目，学生可以协同完成从设计、工艺、生产加工、产品质量检验等制造流程[5]。具体示意图如图2所示。

5.2 校企合作上的应用

学校可以通过虚拟仿真实训中心的搭建，对先进三维设计制造技术进行研究和推广。这使得平台成为制造业重要的产学研基地，也成为新技术、新工艺的推广中心，为周边经济的建设和发展提供重要的技术和人才支持。该平台的技术和设备还可以协助周边的设计和制造类企业完成产品的创新设计、样机加工、质量检测等多项技术服务，提升校企合作的质量。

5.3 教科研上的应用

依托虚拟仿真实训中心的先进技术和设备，可以帮助校内老师完成科研课题的研究。以往在搭建科研课题项目所需的实验环境上需要花费大量时间和精力，而现在在校内虚拟仿真实训中心中，可以获得全方位的技术支持。这不仅使得研究过程更贴近行业实际需求，还能提升科研课题研究的质量和速度。

6 结论

本文介绍了SolidWorks系列软件支持下的虚拟仿真实训中心的建设思路，并以此为基础进行了应用实践的探索。这为新时期高职院校实训中心的建设提供了思路。虚拟仿真技术对未来职业教育的影响和作用是非常深远的，虚拟仿真实训中心将成为高职院校实训中心发展的重要趋势。

参考文献：

[1] 丁蕙.浅谈项目教学法在《计算机图像处理》课中的应用[J]. 电脑知识与技术，2008，4（29）：434-435.

[2] 张彩红.浅谈项目教学法在《模具设计与制造》课改中的应用[J].当代职业教育，2013（11）：36-38.

[3] 杜树春.基于Proteus的模拟电路分析与仿真[M].北京：电子工业出版社，2013.

[4] 仲伟博.电工电子技术课程的教学实践[J].电子技术，2021，50（12）：108-109.

[5] 邓小楚.基于虚拟仪器的单片机实验平台开发[D].武汉：湖北工业大学，2012.

【通联编辑：张薇】