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機械工程虛擬仿真實驗平臺如何構(gòu)建論文
摘要:虛擬仿真實驗教學(xué)能降低實驗成本、減少危險性，是目前各高校實驗室建設(shè)的重要方向。本文分析了虛擬仿真實驗教學(xué)的重要性，根據(jù)農(nóng)業(yè)院校機械工程學(xué)科的特點，提出了農(nóng)業(yè)院校機械工程虛擬仿真實驗平臺應(yīng)構(gòu)建的5個實驗平臺方向。
關(guān)鍵詞：:虛擬仿真;農(nóng)業(yè)院校;實驗平臺;機械工程
隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，各種精密機床和實驗設(shè)備在高校實驗室的使用越老越多。但與此同時，由于數(shù)控加工系統(tǒng)普遍設(shè)備昂貴，使用和維護成本高，而且?guī)в幸欢ǖ奈ｋU性，很難容納多學(xué)生的學(xué)習。通過VＲ虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以很好的避免這些問題。虛擬實驗室是一種開放的網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗教學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以教學(xué)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)來構(gòu)建，把現(xiàn)在實驗教學(xué)中的實驗資源虛擬和數(shù)字化，從而達到課程實驗教學(xué)的目標。
1農(nóng)業(yè)院校機械工程學(xué)科的特點
農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志，關(guān)乎“四化”同步推進全局。智能農(nóng)機裝備代表著農(nóng)業(yè)先進生產(chǎn)力，是提高生產(chǎn)效率、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、增強農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是國際農(nóng)業(yè)及裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)競爭的焦點。高等農(nóng)業(yè)院校的機械工程學(xué)科專業(yè)，培養(yǎng)機械工程、農(nóng)業(yè)工程的專門工程技術(shù)人才，是我國高等農(nóng)業(yè)教育的重要組成部分，對于振興我國地方經(jīng)濟、發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的歷史性轉(zhuǎn)變具有重要的意義。
2農(nóng)業(yè)院校機械工程虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建
作為農(nóng)業(yè)院校的機械工程虛擬仿真實驗平臺應(yīng)該需要滿足課程基本實驗知識的傳授、基本實驗的操作、并有一定的農(nóng)業(yè)院校特色，以增加學(xué)生動手的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的動手、動腦能力，為學(xué)生在以后的學(xué)習工作中打下堅實的基礎(chǔ)。
2．1機械工程基礎(chǔ)虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)
機械工程基礎(chǔ)虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)讓學(xué)生在虛擬的三維環(huán)境下進行實驗和練習，使用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對實驗和練習的數(shù)據(jù)進行采集，再結(jié)合虛擬仿真實驗教學(xué)管理平臺進行實驗課程安排和實驗效果的考察，從而可以解決機械專業(yè)實驗教學(xué)工作中對于機械設(shè)備結(jié)構(gòu)原理認知學(xué)習的晦澀難懂，減少對實驗設(shè)備的損壞，幫助院校改善和解決實驗設(shè)備臺套數(shù)的不足、需要經(jīng)常維修等問題，切實提高機械專業(yè)學(xué)生的實驗實踐能力。
2．2數(shù)控加工虛擬仿真系統(tǒng)
本系統(tǒng)以VＲ虛擬技術(shù)結(jié)合數(shù)控加工專業(yè)知識，輔助數(shù)控加工專業(yè)教學(xué)。并以自動引導(dǎo)的方式對該系統(tǒng)進行模擬教學(xué)。數(shù)控加工應(yīng)包含數(shù)控機床、數(shù)控銑床、機械手、輸送線等，利用虛擬現(xiàn)實的沉浸感，使學(xué)生對整個系統(tǒng)進行逼真模擬體驗;利用虛擬現(xiàn)實的交互性，讓學(xué)生對模擬環(huán)境內(nèi)的物體進行操作，最后進行學(xué)習測評。可以現(xiàn)場近距離去觀察設(shè)備的運行狀況。同時可以進行多人協(xié)同參與。再現(xiàn)真實、逼真的效果。
2．3液壓傳動實驗虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)
該系統(tǒng)主要是液壓系統(tǒng)認知實驗，讓學(xué)生了解液壓系統(tǒng)的基本組成、布局及工作原理、液壓系統(tǒng)在整個機械設(shè)備中的作用;了解液壓系統(tǒng)中主要液壓元件，其中包括液壓動力元件、液壓執(zhí)行元件、液壓控制元件、液壓輔助元件等在液壓系統(tǒng)中所起的作用等。
2．4基于虛擬樣機技術(shù)機械設(shè)計及動力學(xué)仿真實驗系統(tǒng)
該實驗系統(tǒng)主要是基于ADAMS(AutomaticDy-namicAnalysisofMechanicalSystem)軟件構(gòu)建實驗教學(xué)系統(tǒng)由三個模塊組成:零件數(shù)字設(shè)計，機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真，零部件力學(xué)性能仿真。相關(guān)專業(yè)的學(xué)生不僅可以應(yīng)用實驗平臺直接進行相關(guān)實驗，而且可以通過平臺提供的仿真軟件開展自主探索性虛擬實驗，為拓展學(xué)習提供了良好的平臺。
2．5農(nóng)業(yè)機械特色虛擬實驗平臺
該系統(tǒng)可以結(jié)合農(nóng)業(yè)大學(xué)特色，開展智能農(nóng)業(yè)裝備、拖拉機等特色項目的虛擬仿真實驗。比如模擬農(nóng)田機器人作業(yè)等虛擬仿真實驗，展示機器人工作過程，讓學(xué)生更好地了解機器人結(jié)構(gòu)、控制、驅(qū)動形式、作業(yè)特點、振動等相關(guān)知識，克服了傳統(tǒng)實驗時浪費嚴重、噪音高、難重復(fù)、自然環(huán)境和生產(chǎn)條件受限多等缺點。農(nóng)田信息實驗平臺可以包括圖像實時采集與圖像分割、圖像測量與測距、深度信息獲取、真實信息的恢復(fù)、實時生成決策結(jié)果、智能執(zhí)行等過程。
3結(jié)語
虛擬仿真實驗平臺能提高機械工程本科生的產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新能力，改善機械類專業(yè)核心課程的教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習主動性，加強學(xué)生對機械產(chǎn)品設(shè)計整體性認識。同時，教師的科研項目可以逐步與虛擬仿真實驗教學(xué)想結(jié)合，在科研項目合作的同時，有序地將虛擬仿真的實驗成果應(yīng)用到產(chǎn)品開發(fā)、質(zhì)量管理、產(chǎn)品服務(wù)的各個環(huán)節(jié)，對學(xué)生開放的同時，承接企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)任務(wù)，縮短新產(chǎn)品研發(fā)時間，提高企業(yè)競爭力，促進社會經(jīng)濟的發(fā)展。
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