虚拟装配及运动仿真软件开发在专业课教学中的应用

贾克文

摘要：开发专业课教学中主要机器设备虚拟装配及运动仿真软件，使学生在学习专业课机器设备时更加直观的了解其结构原理，为实际操作打好基础，保证学生专业课的学习更加扎实、有效。

关键词：专业课教学;虚拟装配;运动仿真;开发

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2016）41-0234-02

职业院校的最大特点，就是培养学生既要有一定的理论知识，又要有较强的实际动手能力。毕业生到单位后能很快适应本职工作，成为应用型的高技能人才。学生实际动手能力的提高主要体现在专业课的教学中，多年来由于受各种因素的影响，专业课的教学效果并不能令人满意。究其主要原因是现有专业课教材中许多装配图较为复杂，有些装配图不仅学生看不懂，新走上教学岗位的年轻教师也感到吃力，这些都直接影响了学生学习专业课的积极性。对此，尝试开发专业课主要机器设备虚拟装配及运动仿真软件，能使学生直观的了解机器设备的结构原理，进而进行虚拟装配，在虚拟装配熟练的基础上带动实际操作，从而改善专业课的教学效果。

一、以前专业课教学存中在的两种倾向

（一）专业课偏重于理论讲解，学生缺乏实际动手操作能力

1.近几年，由于招生规模的不断扩大，学校原有的实训条件已远远不能满足学生实训的需要，本该在实训车间完成的课程，由于实训条件有限，机器设备及其他维修课程不得不改为在教室里进行理论讲解;

2.新老教师交替更新，一些实践经验丰富的老教师退休或调离，许多新的、高学历的年轻教师走上讲台，他们理论功底扎实，但大多缺乏实践动手能力，因此，他们更偏重于将专业课教学改为在理论教室讲解;

3.实际操作耗能耗材，操作不当容易造成机器设备损坏，实训成本较高，在学校教学经费比较紧张的情况下，学校只有压缩这部分经费。因此，本应该在实训车间完成的专业课教学只能在理论课堂讲解，使得原本比较简单的机器设备结构、原理变得复杂、抽象不好理解，许多学生觉得专业课教学枯燥无味，有些干脆放弃专业课的学习。

（二）强调学生动手实践，忽视专业课教学质量的提高

为了改变这种单纯理论教学现象，提高学生实际动手能力，学校将专业课教学改到实训车间或到企业去上，这些做法虽然较前面有一定的进步，但通过实践发现还存在一些不足。主要表现有两点：

1.许多实习指导教师多年来养成侧重于实际操作的习惯，理论讲解较少，在简单讲解完机器设备的结构、原理后，让学生去实际拆装，学生只会机械地模仿拆卸装配，拆卸方法不清、操作盲目。加上学生对机器设备的结构、原理了解得并不充分，学生操作时经常不按拆装程序操作、出现野蛮拆卸，造成有些机器设备在很短的时间内精度严重受损，甚至有些干脆报废，后续班级没办法使用，达不到预期的学习目标。

2.有些学校把专业课学习放到企业进行，但企业是以生产为主，学生实习培训为辅，受生产环境影响，许多专业课的学习在企业得不到保证，使得专业课学习达不到预期效果。

二、虚拟装配及运动仿真软件的开发

针对以上专业课教学中存在的两种倾向，通过计算机辅助绘图软件使用，尝试开发专业课主要机器设备三维虚拟装配及运动仿真软件，使得学生的专业课学习更加直观、形象。

（一）确定开发小组成员及开发项目

开发专业课虚拟装配及运动仿真软件，是一项工作量大、涉及多方面知识的工作，除了要有较强的专业知识外，还要具有吃苦耐劳、勇于钻研的精神，由经验丰富的老师带领部分青年教师组成课题小组并吸收个别基础知识比较扎实的高年级同学参与其中。开发的项目本着由易到难的原则进行，从较为简单的化工管路的管件及阀门开始。如弯头、三通、大小头和管阀、球阀、蝶阀、磁力阀等，在积累了一定经验后，开发化工机器设备的各种泵，前后开发了单级离心泵、齿轮油泵、双吸泵、多级泵、磁力泵、屏蔽泵、往复泵等，在此基础上，对风机、列管式换热器等实习车间现有的机器设备进行开发。

（二）开发过程

整个开发过程步骤如下：

1.制定开发计划。为了使开发工作有序、按计划完成，开发前制定了详细的开发计划。计划包括开发各项目的时间段、主要内容、开发所需工具、量具、具体步骤及各分项目的主要负责人。

2.现场实际测绘。进入现场后，对装配体进行逐件拆卸，为了保证工作顺利进行，对每个拆下的零件编号，然后徒手绘出各零件的草图，对标准件测量其主要尺寸并确定型号，研究每个零件的装配方法并徒手画出装配示意图或装配草图，然后将机器设备恢复原位。

3.在工作室核对草图，对表达不清或尺寸不全的草图再重新核对、订正，对标准件核对型号及尺寸，理顺各草图之间的关系，保证各装配体的零部件草图及标准件、常用件型号尺寸齐全。在此基础上用计算机CAD软件画出各装配体的零件图及装配图（或装配示意图）。

4.根据零件图，用Slid Works软件画出各零件三维造型。在工作室进行二维草图绘制以及三维零件造型。为了提高效率，可将装配体的所有零件三维造型都绘制好以后，再考虑下一步装配。

5.用已经建好的三维零件进行机器设备的虚拟装配，在虚拟装配的过程中对装不进去的零件及时调整，将其尺寸及形状进行修改，然后重新装配。

6.完成装配体的拆卸及装配爆炸图，在爆炸图中分步骤将装配体装配及拆卸步骤逐项交代清楚。

7.利用Slid Works软件的制作动画功能，制作出各机器设备的拆卸和装配动画，在动画中强调拆卸和装配中注意事项及重点，以便引起学生学习时的注意。

三、采用虚拟装配及运动仿真软件在专业课教学中传授知识和技能

开发出专业课机器设备的虚拟装配及运动仿真软件后，配合机器设备的实体，指导教师在一体化教室的授课发生了根本性的变化。首先，指导教师对要拆装的机器设备进行介绍，用三维动画展示机器设备的结构原理，机器设备在在马达的带动下旋转起来，形象、直观、工作原理一目了然，增加了学生学习的兴趣和积极性，学生能够直观的掌握机器设备的结构和工作原理。其次，指导教师演示虚拟拆卸，利用Slid Works创建爆炸图，将机器设备上的零件按正确的拆卸顺序进行虚拟拆卸，在虚拟拆卸的过程中指导教师边虚拟装拆边告诉学生要点和注意事项，为了使学生真正消化吸收，对此可反复演示，（有条件的学校可让学生在电脑上反复练习虚拟装配）。第三，在学生掌握上述内容的前提下，指导教师再带学生到机器设备的实体前，实际演示机器设备的装拆过程。第四，分小组让学生实际装拆，指导教师巡回检查指导。第五，装拆结束后，指导教师及时总结，对存在的不足重新演示纠正。最后，指导教师让学生按正确的方法将机器设备装配好，恢复场地原有布局。

四、开发虚拟装配及运动仿真软件在专业课教学中的应用成效

1.通过开发专业课机器设备虚拟装配及运动仿真软件，有效地锻炼了课题组成员的综合能力，参与开发师生的徒手绘图能力、CAD绘图能力、Slid Works三维建模能力及专业知识和能力都有了显著提高。

2.通过开发和使用专业课机器设备虚拟装配及运动仿真软件，减轻了专业课指导教师的教学负担，学生掌握专业课的情况明显好转，教学成效显著。

3.减少了盲目拆卸和装配，耗材、耗能和零部件损坏情况明显改观，机器设备的使用寿命大幅度增加。

参考文献：

[1]袁锋.计算机辅助设计与制造实训图库[M].北京：机械工业出版社，2013.

[2]邓劲莲.机械产品三维建模图册[M].北京：机械工业出版社，2014.

[3]赵罘.常用机械机构虚拟装配及运动仿真40例[M].北京：机械工业出版社，2015.

[4]匡照忠.化工机器与设备[M].北京：化学工业出版社，2013.

[5]吴先文.机械设备维修技术[M].北京：人民邮电出版社，2014.

Application of Virtual Assembly and Motion Simulation Software Development in Specialized Course Teaching

JIA Ke-wen

（School of Mechanical Technique，Xin Jiang Institute of Light Industry Technology，Urumqi，Xinjiang 830021，China）

Abstract：The development of virtual assembly and motion simulation software in specialized course makes students understand its structure principle more intuitively，making the great foundation of actual operation，and also promises students to learn the specialized course more solidly and effectively.

Key words：specialized course teaching;virtual assembly;motion simulation;development