【摘要】基于虚拟仿真（Virtual simulation）技术的应用，针对高职类院校《液压与气动技术》课程的特点，如何提高学生学习效果，并结合具体仿真软件在教学中的应用实例，通过让学生在课堂上边学理论边看“效果”或课后实际操作的方式，实际掌握液压与气压传动回路设计的整个过程，以此将理论知识形象化，达到提高教学效果的目的。
【关键词】虚拟仿真（Virtual simulation）；液压与气动技术；教学
《液压与气动技术》是机械相关专业学生需要掌握的重要专业课，课程包含机电系统运动设计和机电一体化技术应用的基础知识，是一门理论与实践相结合的专业课程。课程主要内容包含液压传动和气压传动两个相基本的模块。特别是液压技术，由于课程的特殊性，其教学受设备和场所制约，不可能像他电气类课程一样为每个同学配备试验装置，以至于现有的理论加验证的教学手段很难使学生准确掌握液压及气动系统的工作原理，与不断进行的教学改革相脱离，与当前液压（气动）技术的快速进步相脱节。
《液压与气动技术》课程涉及物理、制图、机械设计等众多基础课程内容，对学生其他知识掌握要求较高。在实际教学中发现学生学习存在不少困难，特别对液流的及气流的动态工作过程很难准确理解。实际上，每个液压（气动）工作系统都可拆分为若干个基本回路，各个回路之间由相应的元件或管路相连接，而回路则由不同的液压元件经油管连接组成。系统的不同工作状态，实际是通过各个元件不同状态下液流与气流不同的状态来实现的，而液流与气流工作的不可见性为虚拟仿真技术提供了用武之地。
一、仿真教学优势
虚拟仿真（Virtual simulation）技术的应用提供了一种新的教学内容和教学改革的方式，为解决实际课堂教学中存在的问题，实现“形象”“互动”教学提供了可行的技术解决方案。依靠快速发展的计算机软件技术，由软件来仿真各个元件的工作状态与液流（气流）的流动，解决教学上“形象”的难点。将仿真软件用于实践教学并进行系统设计，更能激发学生的创新精神与学习兴趣。
通过虚拟仿真软件可将各种液压（气动）元件的结构与工作原理形象的展示给学生，利用形象的视觉效果使同学们易于理解元件的工作原理，以动态的演示代替抽象的理论。同时，用动画的形式展现出来的系统的多种工作状态，也会使同学们对《液压与气动技术》课程更加有兴趣，提高学生学习的能动性。
二、液压仿真软件选择
①FluidSIM软件由德国Festo公司和Paderborn大学联合开发，是一款专门用于液压与气动技术的专用教学软件，其中的FluidSIM-H模块专门用于液压传动教学。使用该软件可以快速绘制出具有仿真功能的液压系统回路，另外还可利用软件内建功能检查回路结构的正确性。由于该软件中的液压元件参数来源于Festo公司，所以与实际设备基本一致，利用软件可对绘制出的液压回路进行准确的系统模拟。
②AMESim是一个多学科的系统建模仿真平台，使用者可以在这个平台上建立包含液压、机械、动力等学科的系统模型。其流体系统包含液压、液压元件、气动等单元，目前较多使用于企业用户。
③DSHplus软件可以搭建图形化的液压（气压）系统原理图，可利用专用接口与其他实验硬件连接，实现实时仿真。该软件在图表建模的基础上，重点描述系统的功能单元，元件库中包括液压、气动、控制和机械零件。该软件大多用于航天、汽车等行业。
三、应用实例
由于FluidSIM适合作为教学软件，就以其为例描述虚拟仿真技术在《液压与气动技术》教学中的应用。
2.1设计与仿真液压回路
FluidSIM-H（液压模块）软件操作界面非常直观（图1）。液压元件库位于界面左侧，设计工作界面位于右侧部分，系统搭建过程中可以直接拖动元件到设计工作界面。
图1 软件操作界面
《液压与气动技术》课程中，在讲述方向控制回路时，以双作用缸控制回路（图2）为例，分别控制电磁阀左右两端电磁线圈，就可以让上方的油缸实现伸缩运动。
图2 双作用缸换向回路仿真油路图
教学中，可以利用菜单界面的黑色三角（或按F9键）来启动仿真模式，用鼠标点其中左边的电磁线圈，可使换向阀切换到左位工作，这样油缸就会伸出，其工作状态如图3所示；若点击右边的电磁线圈，科室换向阀切换到右位工作，油缸右侧进油缩回。
图3液压系统工作过程截图
通过对双作用油缸“伸”“缩”两种运动状态的虚拟仿真，学生会很容易理解双作用油缸换向运动的工作原理，并且在仿真的过程中，可以点击暂停按钮，详细查看各个元件的运行过程中的状态和参数。
2.2设计电气控制回路
FluidSIM软件还有丰富的电气元件用于仿真实践，能够为设计的液压（气压）传动回路搭配相应的电气控制系统，并能同时进行电气控制的仿真，如图4所示。
图4 联合控制电路按下启动按钮SB1，线圈1YA通电，油路中电磁阀工作在左位，油缸向右伸出；按下启动按钮SB2，线圈2YA通电，油路中电磁阀工作在右位，油缸向左边缩回；
2.3系统中的液压及气压知识
另外，该软件自带有和液压（气压）传动有关的元件原理描述、元件图片和教学影像，可以在相应的菜单中选择。这样可以让学生在课堂学习的基础上，利用课余时间自学，进一步提升学习液压（气压）传动知识的广度。
四、教学实践效果
在《液压与气动技术》课程教学中应用虚拟仿真技术，改变了传统教学方法简单、实验实践受限，且实践内容固定学生只能被动接受的教学模式。同时利用虚拟仿真技术学生可以在实验室、教室甚至宿舍都能完成个案学习，也可针对薄弱环境反复练习，拓展了学习的时间和空间，极大的节省了教学成本，同时，可使学习过程较为形象、直观。
自2009年开始，连续多届的《液压与气动技术》课程教学实践中，将FluidSIM等仿真软件用于理论讲述与创新设计。实践表明，在授课和指导液压（气压）回路设计时，利用仿真软件显示设计方案并进行实时分析，可有效启迪学生思路，增强学习效果。
参考文献：
[1]唐德栋 孔祥冰 韩桂华 FLuidSIM在液压与气动教学中的应用[J].机械设计与制造，2005（4）：41-42
[2]FestoGluidSIM-H/P仿真设计软件 德国：德国FESTO公司
[3]随文臣 浅谈于 FluidSIM液压（气压）仿真软件在教学中的应用[J].液压与气动，2007
[4]毕长飞 FluidSIM 3.6 仿真软件在《液压与气动技术》中的应用[J]液压与气动 2011（8）：111-112
推荐访问： 仿真技术 液压 虚拟 技术 教学中
