虛擬仿真技術對機械工程實驗教學的應用
虛擬仿真技術克服傳統實驗教學過程中所出現的成本高、難度大、適用度小的缺點,正逐步成為進教學過程不可或缺的工具之一。下面是小編搜集整理的相關內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要:虛擬仿真技術是利用硬件的在仿真技術和計算機虛擬現實技術建立仿真平臺,實現對機械制動效果的可視化分析。利用仿真平臺對機械工程實驗中的操作艙、機械制動器等機型動力學建模,為機械工程的實踐生產提供技術基礎。該文通過分析虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用,研究實驗中各種設備的規劃和改革,旨在為虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用提供發展的方向。
關鍵詞:虛擬仿真技術;機械工程;實驗教學
高校工科類專業中,操作實踐是教學中重要的組成部分,我國大部分院校都設立了工科類的專業操作實驗室,為學生動手能力和創新能力的提高創造條件。在傳統的機械工程實驗教學中,使用儀器設備的密集程度非常的高,使得實驗的復雜程度大大增加。很多儀器設備的價值昂貴,體積結構為實驗的操作帶來極大不便。學生只能在教材知識的基礎上刻板地進行實驗的操作,在這種情況下學生的創新能力和主觀能動性就不能得到發揮。眾多高校在實驗室的更新建設中,因為受到資金的限制,會繼續使用舊的儀器設備,這些設備在長期的使用過程中出現機能老化,已經不能滿足當前機械工程實驗教學的需要。在計算機技術不斷發展的基礎上,虛擬仿真技術的應用成為現在機械工程實驗教學中普遍的教學手段。
一、機械工程實驗室的虛擬實驗改進
1.1現在高校實驗教學中的問題越來越突出,制約著教學效率和質量,突出體現在很多院校的實驗基地和實驗單位的建設能力非常有限,不能滿足學生自己動手操作要求,不能實現對學生進行基礎理論知識深化和了解。很多院校為了節省資金,減少出現實驗設備的安全問題等,在進行實驗教學的時候,主要是以參觀和講座的形式進行實踐培訓,學生基本沒有實踐動手的機會。在這種情況下,就會造成學生畢業后,參加相關工作沒有機械設備操作的經驗,無法獨立完成工作的內容。尤其在是實驗教學的過程中,學生會逐漸失去對實驗知識的學習動力和興趣,對學生長遠發展造成負面影響。
1.2所以在科學技術不斷發展的今天,機械工程該實驗室教學要轉變傳統的教學模式,采用先進的科學技術更新教學理念和教學手段,實現實驗教學方法和教學的完善。在院校的機械教學中,實驗教學是學生進行知識學習和鞏固的重要手段,是學生實踐操作能力培養的根本方法,是當今院校機械制造專業教學中最為重要的環節,是現代化機械人才培養的基本途徑。通過現代化的教學方式可以最大程度提高學生實踐動手能力,保證學生在實驗動手操作的基礎上對基本理論知識進行理解和完善。
1.3通過這樣的實踐實驗教學,可以使學生合理將基礎知識理論與實踐內容相結合,在動手實踐過程中逐漸形成獨特的自我知識技能認知能力。現在大多數院校利用的是CAD機房,然后在此硬件設施的基礎上,實現部分實驗室教學方式的改革。并且引進虛擬仿真技術對現有的實驗設備進行更新和改進。在機械工程實驗室教學中應用虛擬仿真技術,不但可以避免在實驗教學過程中出現設備的故障隱患,還能最大程度提高學生的實踐動手能力,為學生專業理論知識的學習提供科學實踐依據。對實驗室部分設備裝置進行傳動性能實驗、數控加工仿真實驗和減速器裝配實驗,最大程度提高了機械工程實驗教學的效率和質量。
二、虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的典型應用
2.1帶傳動性能測試實驗
帶傳動性能測試實驗是機械工程專業實驗室教學中的一個重要組成部分,其主要是讓學生能夠直觀地觀察帶傳動的彈性滑動和打滑現象,還能有效地對實驗中的相關機電設備的承載能力進行分析,根據分析的數據參數實現對帶動問題的`控制。進行傳動性能測試實驗的時候,需要利用的機械設備有力傳感器、電動機、轉矩力測桿、光電測速裝置、發電機等。這些實驗機械設備主要通過人工實現傳動性能測試,這樣的測試方式主要的特點是人工費用會高于設備使用的費用。在虛擬仿真技術的基礎上,進行帶傳動性能測試系統的設計可以最大程度提升機械工程實驗教學效率和教學質量。
2.2數控加工仿真實驗
數字加工技術是現代制造業中一個核心的技術,在現代制造業的進步和發展過程中發揮著至關重要的作用。數字加工技術是綜合計算機應用技術中的微電子技術和機械加工技術�，F在眾多院校的機械自動化成為一門重要的專業,這門專業的核心內容是在數控機床的操作中利用數控加工技術。但是數控機床的價格非常高,設備運作形式單一,并且運行程序的設置相當復雜,不能實現對每一位學生實驗操作需求的滿足,這種復雜性的實驗操作,只能滿足極少部分學生的需求,嚴重制約了機械工程實驗教學的效率。虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用,可以實現讓每一位學生加入到具體的機械工程實驗中來,對機械機床加工環境和流程才形成一個系統認知。
2.3減速器裝配實驗
機械設計的一個基礎項目是減速器在機械設備中的使用。在傳統的減速器實驗教學中,都會利用實物代替減速器的教學方法。虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的應用,實現了通過實物模擬模型的拆卸,進行減速器的構成結構的直觀講解。
三、虛擬實驗室建設的構想
3.1在進行虛擬實驗室建設思路設計的時候,首先,可以不考慮實驗室應用設備的操作性,也就是保證實驗室需要操作實踐的目標和任務與相關機械工程專業知識系統相統一,然后再研究實驗設備的穩定性。其次,要構思虛擬仿真平臺的建設,例如：機械操作平臺中的仿真器、ECU和虛擬演示平臺等。在整個虛擬仿真系統框架的設計中,主要是滿足院校機械工程類專業學生實驗操作的需要,所以一定要保證虛擬仿真實驗結果的精確性,才能確保學生對理論知識的掌握和鞏固。一般構建虛擬實驗室要進行仿真計算,觀察相關系數,觀察預先系數與實際操作系統是否統一。
3.2再次,仿真器的構建設計,隨著計算機軟件技術在機械工程實驗中的應用,虛擬仿真器代替了原來操作實驗中的實物操作,最大程度簡化了實驗步驟。并且仿真器可以利用USB實現與虛擬演示平臺的鏈接,在實驗的過程中可以保證虛擬演示平臺及時接收到虛擬實驗仿真信號,通過PWM模塊實現向ECU傳輸一定頻率的方波,在多媒體上模擬機械設備的工作原理,在虛擬實驗進行的時候仿真器利用USB將仿真實驗得到的數據傳送到模擬演示平臺,實現學生實驗操作的參數需要。最后,建立虛擬仿真系統,利用相關的計算機應用軟件,編輯建立應用模塊,結合相關的3Dmax建模工具建立虛擬演示平臺中的技術模塊,將模塊中的內容以特定的文件格式導入虛擬演示平臺中,最終讓學生在虛擬演示平臺中進行相關機械工程實驗操作。
四、結語
綜上所述,虛擬仿真技術在現代院校機械工程專業實驗教學中的應用,可以克服傳統實驗中的眾多實驗問題,保證學生能夠主動參與到實驗操作中來,提高機械工程實驗教學的質量。所以,院校應該重視對機械工程實驗室的虛擬實驗改進,以及虛擬仿真技術在機械工程實驗教學中的具體應用手段和方法,對傳統的實驗教學進行更新和補充。虛擬實驗要緊密結合現代科學技術和先進的計算機應用技術,滿足機械工程專業學生實驗操作要求的同時,適應院校實驗室敬愛教學的改革和發展。
參考文獻
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