机械工程虚拟仿真实验教学体系的研究与实践
时间：2020-11-04 07:56:19 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘 要：虚拟仿真技术主要是通过硬件在计算机下虚拟现实技术和仿真技术的平台，能够对机械制动效果进行可视化分析。通过仿真平台能够对机械工程实验机械制动器、操作舱等建立动力学模型，便于为机械工程在时间生产中提供有效技术基础。本文对機械工程教学现状予以简要分析，并对虚拟仿真技术用于机械工程实验教学的重要意义及应用进行探讨。
关键词：虚拟仿真技术;机械工程;实验教学
1 前言
随着教育深化改革的不断推进，在工科类专业教学中越来越注重操作实践，现阶段我国大多数院校都纷纷设立相关专业的操作实验室，以此培养学生的实践能力与创新精神。一直以来，在机械工程实验教学过程中，往往存在非常高的设备密集度，这也造成实验复杂性不断提高，再加上实验教学所采用的设备及仪器有着昂贵的造价，同时其体积较大，结构也非常精密，这给机械工程实验教学带来了很大不便，在实验教学过程中，学生只能以教材为基础来按部就班的进行操作，在此情况下，势必无法充分发挥学生的主观能动性与创新精神。而虚拟仿真技术的出现，则为机械工程实验教学提供了一种行之有效的教学手段。
2 机械工程实验教学目前现状
机械工程教学主要是以实验为基础，因此，机械工程教学中尤其中重要的教学手段之一是实验教学。但针对于目前多数学校教学水平而言，实验教学在机械工程中并未取得良好效果。学校因实验设备及实验基地不足，无法满足学生对于实验的需求，导致学生不能动手进行实验，对于可以理论知识无法有效理解，导致影响学习效率。同时，因大量机械工程实验均具有不同程度危险性，多数学校仅采取听讲座及观看的形式给予实验教学，从而导致学生仅能观看实验过程，无法实际动手操作，使其实验经验缺乏，对实验的理解及认识不充分，既影响教学质量，又影响学习效率。
3 虚拟仿真技术对于机械工程实验教学的重要意义
机械工程实验因传统教学导致学习效率较差，为了有效提高学习效率，需对传统教学予以改进，以有效提高教学质量及教学水平。因此，对于机械工程教学给予虚拟仿真技术教学非常重要。机械工程教学中因占地面积相对较大，实验设备价格比较昂贵，再加之对于设备维护及保养要求较高，因此，需要投入巨额资金，致使其学校加重经济负担。但将虚拟仿真技术用于实验教学，既能减少资金投入，又可一定程度上防止设备维修及损坏，同时还能使全部学生得以动手操作实验，将实验主动权交于学生，不仅能提高学习兴趣及积极性，又能减少教学成本，起到教学高质量、高水平目的。
4 机械工程实验教学中虚拟仿真技术的主要应用
4.1 带传动性能测试实验中的应用
在机械工程实验教学中，对工程履带类部件所具有的传动性能进行测试是其重要组成部分，通过对传动带在运行过程中的传动性能进行测试，可帮助学生对带在传动过程中所产生的打滑与弹性滑动现象进行直观的观察，进而更加科学的分析机电设备的最佳承载力，通过分析这些数据，可使带动控制问题得到有效解决。在对机械工程中的带传动性能进行测试时，还需要应用到电动机、发电机、传感器、光电测速装置以及转矩力测杆等设备，采用这些设备可实现人工测试，不过这种测试方法需要花费过高的人力与物力成本。而通过虚拟仿真技术，则能够使学生在计算机中设计带传动性能测试系统，从而不需要使用上述设备，学生也可随时随地的来测试带传动性能，既节约了大量成本，又显著提高了机械工程的实验教学质量及效率。
4.2 减速器装配实验教学中的应用
在机械工程中经常需要应用到减速器，其同样也是机械设计中最为基础的一个项目。在对减速器进行装配实验教学中，往往都会通过实物的方式来取代减速器进行教学，不过这种实验教学方法往往会增加学生对实验操作的理解难度，难以取得较为理想的实验教学效果。而通过虚拟仿真技术，则可使学生在计算机界面中对减速器模型进行直观的观察，并按照相应的装配过程来对减速器模拟模型进行装配操作，从而使减速器的结构讲解变得更加直观、具体。
4.3 数控加工仿真实验教学中的应用
在我国工业制造领域中，数字加工技术无疑是其核心技术之一，其在推动我国现代化工业发展中发挥着巨大作用。对于数字加工技术来说，其实现了机械加工与微电子技术的结合运用。在机械工程实验教学中，便常常需要应用到数控加工技术来对数控机床进行灵活的操作，不过考虑到数控机床在实际应用过程中会出现较高的维护成本，而且数控机床的种类多样，学生只能接触到几种常见的设备运作形式，同时在实际使用数控机床时往往需要进行复杂的程序设置，这势必难以满足不同学生对实践操作的需要，再加上实验操作的复杂性，使学生在实践教学中很难取得较为理想的学习成果。
5 机械工程虚拟教学实验室的建设构思
在机械工程实验教学中，可以虚拟仿真技术为核心，建设机械工程专业的虚拟教学实验室，在应用虚拟仿真技术时，需要确保专业知识与实践任务及目标进行统一，在此基础上对实验室中各种设备的稳定性进行深入研究。此外，在设计虚拟仿真系统框架时，应以满足该专业不同学生的实践需要为宗旨，确保虚拟仿真实验能够获得准确的结果，使学生能够更好的巩固与掌握专业知识，在仿真计算时，需要对机械工程实验的相关系数进行观察。最后，需要设计对应的仿真器，利用虚拟仿真器来对以往实验中的实物进行代替，以此有效简化实验流程，通过USB接入到虚拟演示平台中，确保虚拟演示平台能够对仿真信号进行实时接收，并利用PWM模块将特定频率的方波发送至ECU之中，以此对机械设备的工作原理进行仿真模拟。在虚拟教学实验中，还需要应用到相应的计算机软件，并对应用模块进行编辑，同时利用3Dmax等建模工具，以此实现对实验项目的虚拟操作。
6 结语
总而言之，虚拟仿真技术的出现，为现代院校在机械工程专业的实验教学提供了一种科学而先进的教学方法，有效解决了传统实验中存在的诸多问题，使每名学生都能够参与到具体的实验项目，进而在培养学生实践能力的同时，还能充分发挥其创新精神，极大提高了机械工程专业的教学质量。
参考文献：
[1]法元梅.浅谈虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用[J].山东工业技术，2017（08）：105.
[2]韦婵良.虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用[J].江西建材，2016（18）：282.
