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機械工程虛擬仿真實驗平臺如何構建論文
摘要:虛擬仿真實驗教學能降低實驗成本、減少危險性，是目前各高校實驗室建設的重要方向。本文分析了虛擬仿真實驗教學的重要性，根據(jù)農業(yè)院校機械工程學科的特點，提出了農業(yè)院校機械工程虛擬仿真實驗平臺應構建的5個實驗平臺方向。
關鍵詞：:虛擬仿真;農業(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，很難容納多學生的學習。通過VＲ虛擬現(xiàn)實技術可以很好的避免這些問題。虛擬實驗室是一種開放的網(wǎng)絡虛擬實驗教學系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以教學為基礎的網(wǎng)絡技術，通過虛擬現(xiàn)實技術來構建，把現(xiàn)在實驗教學中的實驗資源虛擬和數(shù)字化，從而達到課程實驗教學的目標。
1農業(yè)院校機械工程學科的特點
農業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，農業(yè)機械化是農業(yè)現(xiàn)代化的重要標志，關乎“四化”同步推進全局。智能農機裝備代表著農業(yè)先進生產(chǎn)力，是提高生產(chǎn)效率、轉變發(fā)展方式、增強農業(yè)綜合生產(chǎn)能力的物質基礎，也是國際農業(yè)及裝備產(chǎn)業(yè)技術競爭的焦點。高等農業(yè)院校的機械工程學科專業(yè)，培養(yǎng)機械工程、農業(yè)工程的專門工程技術人才，是我國高等農業(yè)教育的重要組成部分，對于振興我國地方經(jīng)濟、發(fā)展農業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)我國農業(yè)向現(xiàn)代化農業(yè)的歷史性轉變具有重要的意義。
2農業(yè)院校機械工程虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)的構建
作為農業(yè)院校的機械工程虛擬仿真實驗平臺應該需要滿足課程基本實驗知識的傳授、基本實驗的操作、并有一定的農業(yè)院校特色，以增加學生動手的積極性，培養(yǎng)學生的動手、動腦能力，為學生在以后的學習工作中打下堅實的基礎。
2．1機械工程基礎虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)
機械工程基礎虛擬仿真實驗教學系統(tǒng)讓學生在虛擬的三維環(huán)境下進行實驗和練習，使用信息網(wǎng)絡技術對實驗和練習的數(shù)據(jù)進行采集，再結合虛擬仿真實驗教學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)實驗教學工作中對于機械設備結構原理認知學習的晦澀難懂，減少對實驗設備的損壞，幫助院校改善和解決實驗設備臺套數(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虛擬技術結合數(shù)控加工專業(yè)知識，輔助數(shù)控加工專業(yè)教學。并以自動引導的方式對該系統(tǒng)進行模擬教學。數(shù)控加工應包含數(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，讓學生對模擬環(huán)境內的物體進行操作，最后進行學習測評�？梢袁F(xiàn)場近距離去觀察設備的運行狀況。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系統(tǒng)
該系統(tǒng)主要是液壓系統(tǒng)認知實驗，讓學生了解液壓系統(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基于虛擬樣機技術機械設計及動力學仿真實驗系統(tǒng)
該實驗系統(tǒng)主要是基于ADAMS(AutomaticDy-namicAnalysisofMechanicalSystem)軟件構建實驗教學系統(tǒng)由三個模塊組成:零件數(shù)字設計，機械系統(tǒng)動力學仿真，零部件力學性能仿真。相關專業(yè)的學生不僅可以應用實驗平臺直接進行相關實驗，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，為拓展學習提供了良好的平臺。
2．5農業(yè)機械特色虛擬實驗平臺
該系統(tǒng)可以結合農業(yè)大學特色，開展智能農業(yè)裝備、拖拉機等特色項目的虛擬仿真實驗。比如模擬農田機器人作業(yè)等虛擬仿真實驗，展示機器人工作過程，讓學生更好地了解機器人結構、控制、驅動形式、作業(yè)特點、振動等相關知識，克服了傳統(tǒng)實驗時浪費嚴重、噪音高、難重復、自然環(huán)境和生產(chǎn)條件受限多等缺點。農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、實時生成決策結果、智能執(zhí)行等過程。
3結語
虛擬仿真實驗平臺能提高機械工程本科生的產(chǎn)品設計創(chuàng)新能力，改善機械類專業(yè)核心課程的教學效果，激發(fā)學生學習主動性，加強學生對機械產(chǎn)品設計整體性認識。同時，教師的科研項目可以逐步與虛擬仿真實驗教學想結合，在科研項目合作的同時，有序地將虛擬仿真的實驗成果應用到產(chǎn)品開發(fā)、質量管理、產(chǎn)品服務的各個環(huán)節(jié)，對學生開放的同時，承接企業(yè)的產(chǎn)品設計開發(fā)任務，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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