浅谈虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用

摘 要：机械工程实践教学的过程有着很强的实践性，更加侧重于对学生动手操作能力的培养和锻炼，专业化程度较高，在实践中要求学生必须具有一定的专业机械知识才能进行正确操作。目前，机械工程作为我国理科高校的重点专业之一，其对我国的生产制造业有着非常重要的作用。其中虚拟仿真技术在机械工程实验教学过程中的具体应用，不仅可让学生切身在这种仿真技术中理解和掌握具体的机械操作原理，同时还能让学生发挥学习这门专业的主观能动性，并同时也为教学创造了便捷条件，提高了机械工程的实验教学效果。本文将重点探讨这种虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的具体应用情况。

关键词：虚拟仿真技术；机械工程；实验教学；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.089

操作实践课属于众多高校理工科类专业中非常重要的学科组成内容，而且顺应社会发展对人才的需求，我国当前大部分高等院校基本上都建立了专业的工科类操作实验室，让学生在学习中能具备实践动手操作的便利条件。传统的机械工程实验教学中，很多实验涉及到使用仪器设备的情况比较多，这就使得实验难度更大。再加之不少仪器设备价格不菲，体积结构也不方便学生进行实验操作。所以过去通常都是通过教材理论知识进行按部就班地操作，这就无法充分调动学生进行自主操作的积极性。再加上还有很多高校因为资金投入有限，很多实验室中旧的器材设备出现机能老化，无法满足当前机械工程实验教学发展的需求。因此，充分将这种虚拟仿真技术积极应用于机械工程的实验教学过程中，可很大程度上来对目前教学过程存在的问题和不足予以改善和优化，并提升这门课的教学效率。

1 机械工程实验教学的现状与问题

机械工程实践教学的工程主要侧重于实践性操作能力的培养，让学生在操作中提升动手实践能力。近年来，随着高校扩展，大学生数量在不断增多，而实验室和相关实验设备开始供不应求的问题成为影响和制约机械工程实验教学的重要因素，这些导致学生在机械工程的学习中并没有太多能切身实践操作的机会，这也就使得学生无法将所学习和理解的理论知识真正运用到实践中，影响学生实际的动手操作能力，同时使得学生所学习的理论知识无法在实验中得到验证，在很大程度上会降低学生学习这门专业的积极主动性。另外，因为机械工程实验教学离不开对机械的使用，而很多学校考虑到机械有潜在的危险性，为了确保学生的人身安全，进而通过有关机械工程的讲座、参观来替代实践教学。但这些形式的替代无法起到与实验操作教学相同的效果，也无法有效提升学生的动手操作能力，也就因而使得学生对知识的理解和掌握只是停留在理论层面，不利于这门专业的全面透彻化的学习。因此，当前提高我国高校机械工程实践教学的教学设备和教学质量十分迫切和需要。

2 有关虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用

2.1 关于数控加工技术的仿真实验

数控加工技术，是我国当前国民经济发展中现代化制造业的核心技术，现代化数控加工技术的广泛应用，有效为我国现代机械制造业发展奠定了坚实的基础，这种数控加工技术，充分集结了微电子技术、机械加工技术这两种技术，而且也预示着我国机械工程的发展前景。在当前的各大高校专业中，机械制造级自动化成为非常热门的专业之一。在具体教学过程中，学习本专业的教学与培训操作中最为主要的内容即是数控机床。但由于数控机床的价格十分昂贵，而且设备单一的同时还有一定的复杂性，因此无法满足每一个学生的实验操作的需求，在实验教学中只可允许少部分学生来进行实践操作，还有一部分只能在旁观看和辅助，这就使得教学方法产生了一定的局限性。但如果在机械工程的实验教学中，通过引入虚拟仿真技术的应用，那么通过对数控机床操作的详细步骤与过程进行模拟，则就能为工程实验专业的学生提供学习环境和有利的条件，去实际感受和体验机床的加工环境及加工流程，并因此而形成系统化的知识构架，提高学习效率。

2.2 有关带传动性能的测试实验

在机械传动的过程中应用比较广泛的是带传动，通过带传动的应用，来完成机械工程实验教学的基础性实验课程的教学工作。带传动性能的测试实验则指的是通过引导学生对带传动的过程予以观察和分析，尤其是注意观察其是否有打滑现象和弹性滑动的状况，再对其承载能力的大小进行分析，并结合所观察和分析所得的相关数据来描绘带传动弹性滑动图和传动效率图形。但是，若应用到虚拟仿真技术来做带传动性能的测试实验，那么就省去了电动机、发电机、传感器以及光电测速装置等的应用。这是由于虚拟仿真技术的实验硬件设施是由计算机辅助完成的，而且是利用Lab VIEW 软件设计带传动性能测试系统。

2.3 有关虚拟现实系统的应用

虚拟仿真技术是对各种大型复杂机械装备的原理演示、故障诊断、功能仿真，同时也是对复杂且精密零件的工艺验证、复杂综合控制的模拟分析，并有效为大型复杂机械装备操作培训提供了更加新型现代化的方法，解决和完善了大型复杂机械装备物理实验存在的漏洞和不足。虚拟仿真技术的实验教学系统，可充分为高校学生开设面向全断面掘进机、冶金成套设备等大型复杂机械装备的虚拟样机设计与开发、虚拟装配与功能仿真等虚拟实验与虚拟实践训练课程。

2.4 有关减速器装备实验

在机械工程的实验教学中，常常涉及到对减速器的应用，因此，在机械工程设计的实验课中，最根本的课程最必不可少的实验即是减速器实验。在过去机械工程实验的减速器实验教学过程中，老师基本上是通过把一个真的减速器带到课堂，并通过对其进行逐一拆卸安装，以此来让学生了解和掌握其内部结构、功能以及工作原理，但这样会带来巨大的资金消耗，而且实验缺乏稳定性。但此时如果在减速器装备的实验中应用虚拟仿真技术，即可实现把对实物的拆装过程换做操作软件，来对其进行仿真和修形，从而达到其实验教学效果，并不断提升学生对这门课程的学习水平和质量。

3 结语

综上所述，通过把虚拟仿真这种技术有效应用到机械工程实验教学中，可对过去传统仪器设备的缺陷和不足予以改善和优化，满足了实验教W改革的发展需求，提升了机械工程实验教学水平和质量。

参考文献：

[1]蔡卫国.虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2011，28（08）：76-78，82.

[2]林少芳.关于虚拟仿真技术在机械工程实验教学中应用价值分析[J].湖南工业职业技术学院学报，2014，23（05）：65-66，70.