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機(jī)械工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如何構(gòu)建論文
摘要:虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)能降低實(shí)驗(yàn)成本、減少危險(xiǎn)性，是目前各高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要方向。本文分析了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，根據(jù)農(nóng)業(yè)院校機(jī)械工程學(xué)科的特點(diǎn)，提出了農(nóng)業(yè)院校機(jī)械工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)構(gòu)建的5個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)方向。
關(guān)鍵詞：:虛擬仿真;農(nóng)業(yè)院校;實(shí)驗(yàn)平臺(tái);機(jī)械工程
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，各種精密機(jī)床和實(shí)驗(yàn)設(shè)備在高校實(shí)驗(yàn)室的使用越老越多。但與此同時(shí)，由于數(shù)控加工系統(tǒng)普遍設(shè)備昂貴，使用和維護(hù)成本高，而且?guī)в幸欢ǖ奈ｋU(xiǎn)性，很難容納多學(xué)生的學(xué)習(xí)。通過(guò)VＲ虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以很好的避免這些問(wèn)題。虛擬實(shí)驗(yàn)室是一種開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)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(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)構(gòu)建，把現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)資源虛擬和數(shù)字化，從而達(dá)到課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)。
1農(nóng)業(yè)院校機(jī)械工程學(xué)科的特點(diǎn)
農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，關(guān)乎“四化”同步推進(jìn)全局。智能農(nóng)機(jī)裝備代表著農(nóng)業(yè)先進(jìn)生產(chǎn)力，是提高生產(chǎn)效率、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、增強(qiáng)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是國(guó)際農(nóng)業(yè)及裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。高等農(nóng)業(yè)院校的機(jī)械工程學(xué)科專(zhuān)業(yè)，培養(yǎng)機(jī)械工程、農(nóng)業(yè)工程的專(zhuān)門(mén)工程技術(shù)人才，是我國(guó)高等農(nóng)業(yè)教育的重要組成部分，對(duì)于振興我國(guó)地方經(jīng)濟(jì)、發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)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(jī)械工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建
作為農(nóng)業(yè)院校的機(jī)械工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)該需要滿(mǎn)足課程基本實(shí)驗(yàn)知識(shí)的傳授、基本實(shí)驗(yàn)的操作、并有一定的農(nóng)業(yè)院校特色，以增加學(xué)生動(dòng)手的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦能力，為學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)工作中打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2．1機(jī)械工程基礎(chǔ)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)
機(jī)械工程基礎(chǔ)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)讓學(xué)生在虛擬的三維環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和練習(xí)，使用信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)和練習(xí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，再結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程安排和實(shí)驗(yàn)效果的考察，從而可以解決機(jī)械專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中對(duì)于機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)原理認(rèn)知學(xué)習(xí)的晦澀難懂，減少對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的損壞，幫助院校改善和解決實(shí)驗(yàn)設(shè)備臺(tái)套數(shù)的不足、需要經(jīng)常維修等問(wèn)題，切實(shí)提高機(jī)械專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)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(zhuān)業(yè)知識(shí)，輔助數(shù)控加工專(zhuān)業(yè)教學(xué)。并以自動(dòng)引導(dǎo)的方式對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行模擬教學(xué)。數(shù)控加工應(yīng)包含數(shù)控機(jī)床、數(shù)控銑床、機(jī)械手、輸送線等，利用虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸感，使學(xué)生對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行逼真模擬體驗(yàn);利用虛擬現(xiàn)實(shí)的交互性，讓學(xué)生對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)的物體進(jìn)行操作，最后進(jìn)行學(xué)習(xí)測(cè)評(píng)。可以現(xiàn)場(chǎng)近距離去觀察設(shè)備的運(yùn)行狀況。同時(shí)可以進(jìn)行多人協(xié)同參與。再現(xiàn)真實(shí)、逼真的效果。
2．3液壓傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)
該系統(tǒng)主要是液壓系統(tǒng)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，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(gè)機(jī)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(dòng)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(jī)技術(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要是基于ADAMS(AutomaticDy-namicAnalysisofMechanicalSystem)軟件構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)由三個(gè)模塊組成:零件數(shù)字設(shè)計(jì)，機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真，零部件力學(xué)性能仿真。相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生不僅可以應(yīng)用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)直接進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，而且可以通過(guò)平臺(tái)提供的仿真軟件開(kāi)展自主探索性虛擬實(shí)驗(yàn)，為拓展學(xué)習(xí)提供了良好的平臺(tái)。
2．5農(nóng)業(yè)機(jī)械特色虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
該系統(tǒng)可以結(jié)合農(nóng)業(yè)大學(xué)特色，開(kāi)展智能農(nóng)業(yè)裝備、拖拉機(jī)等特色項(xiàng)目的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。比如模擬農(nóng)田機(jī)器人作業(yè)等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，展示機(jī)器人工作過(guò)程，讓學(xué)生更好地了解機(jī)器人結(jié)構(gòu)、控制、驅(qū)動(dòng)形式、作業(yè)特點(diǎn)、振動(dòng)等相關(guān)知識(shí)，克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)浪費(fèi)嚴(yán)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(diǎn)。農(nóng)田信息實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以包括圖像實(shí)時(shí)采集與圖像分割、圖像測(cè)量與測(cè)距、深度信息獲取、真實(shí)信息的恢復(fù)、實(shí)時(shí)生成決策結(jié)果、智能執(zhí)行等過(guò)程。
3結(jié)語(yǔ)
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能提高機(jī)械工程本科生的產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，改善機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)核心課程的教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)整體性認(rèn)識(shí)。同時(shí)，教師的科研項(xiàng)目可以逐步與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)想結(jié)合，在科研項(xiàng)目合作的同時(shí)，有序地將虛擬仿真的實(shí)驗(yàn)成果應(yīng)用到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、質(zhì)量管理、產(chǎn)品服務(wù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)學(xué)生開(kāi)放的同時(shí)，承接企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)任務(wù)，縮短新產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
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