王維英 陸新

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2101-5640-1096

摘? 要：《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》是高職院校機(jī)電類專業(yè)學(xué)生的必修課程。液氣壓元件一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，比較抽象，學(xué)生反映學(xué)習(xí)有一定難度。為調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，幫助學(xué)生理解，提高實(shí)驗(yàn)成功率，教學(xué)中采用FluidSIM軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，結(jié)合電氣控制實(shí)現(xiàn)相應(yīng)動(dòng)作。仿真回路動(dòng)作更生動(dòng)直觀，加深學(xué)生對(duì)回路的理解，學(xué)生經(jīng)過(guò)仿真再實(shí)驗(yàn)，教學(xué)效果提高，學(xué)習(xí)熱情提升。

關(guān)鍵詞：FluidSIM? 液壓與氣動(dòng)技術(shù)? 設(shè)計(jì)仿真? 電氣控制

中圖分類號(hào)：TH137 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2021）03（c）-0229-04

Discussion on the Application of FluidSIM Software in the Teaching of "Hydraulic and Pneumatic Technology"

WANG Weiying? LU Xin

（Wuxi Vocational Institute of Arts and Technology， Yixing， Jiangsu Province， 214206 China）

Abstract： "Hydraulic and Pneumatic Technology" is a compulsory course for electromechanical students in higher vocational colleges. The hydraulic and pneumatic components are generally complex and abstract， and students report that learning is difficult. In order to improve students' enthusiasm， help students understand， and improve the success rate of experiments， FluidSIM software is used for design simulation in teaching， combined with electrical control to achieve corresponding actions. The action of the simulation circuit is more vivid and intuitive， which can deepen students' understanding of the circuit. After the simulation and re-experiment， the teaching effect and learning enthusiasm are improved.

Key Words：FluidSIM; Hydraulic and pneumatic technology; Design simulation; Electrical control

《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》是高職院校機(jī)電類專業(yè)必修的專業(yè)課，該課程特點(diǎn)是專業(yè)性強(qiáng)，相對(duì)獨(dú)立[1]。液壓與氣動(dòng)元件一般結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，學(xué)生理解其工作原理有一定難度。教學(xué)環(huán)節(jié)中，需結(jié)合圖片、視頻、動(dòng)畫等多種方式進(jìn)行，以幫助學(xué)生理解記憶。但在實(shí)踐環(huán)節(jié)中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在理解不徹底，回路搭建速度慢，正確率不高，運(yùn)行錯(cuò)誤等問(wèn)題。為進(jìn)一步提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)正確率，我們?cè)诮虒W(xué)中增加了FluidSIM仿真環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)液氣壓元件和回路的認(rèn)識(shí)加深，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有了明顯的改善。

1? 軟件簡(jiǎn)介

FluidSIM是由德國(guó)Festo公司和Padeborn大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的液氣壓技術(shù)教學(xué)軟件，由液壓軟件FluidSIM-H和氣壓軟件FluidSIM-P組成。軟件的幾大功能包括：搭建液氣壓回路，結(jié)合電氣控制設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，利用綜合演示等進(jìn)行教學(xué)，對(duì)學(xué)生提高理解有著顯著作用。

軟件界面左側(cè)的元件庫(kù)，包含了上百種液氣壓和電子元器件，使用時(shí)只需用鼠標(biāo)拖動(dòng)至右側(cè)繪圖區(qū)域，雙擊元件更改其屬性結(jié)構(gòu)即可，非常方便。仿真時(shí)點(diǎn)擊仿真按鈕，按下電氣按鈕，便可實(shí)時(shí)顯示回路動(dòng)作，并可顯示相關(guān)參數(shù)，生動(dòng)直觀，通俗易懂[2-3]，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。如圖1所示。

2? 軟件在課程教學(xué)中的應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)仿真回路，加深理解

搭建回路中，由于缺乏實(shí)踐，學(xué)生對(duì)于回路分析、實(shí)現(xiàn)功能及其步驟理解不深，往往不知從何下手，對(duì)此我們可以通過(guò)軟件進(jìn)行仿真以加深理解。

以換向回路為例，通過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生已基本掌握二位四通換向閥工作原理，但對(duì)回路整體工作狀態(tài)不甚了解。利用軟件進(jìn)行演示，搭建回路如圖2所示，當(dāng)1YA得電時(shí)，油液經(jīng)二位四通換向閥左位到液壓缸左腔，活塞向右移動(dòng)，1YA斷電時(shí)，換向閥處于右位工作，油液經(jīng)換向閥右位到液壓缸右腔，活塞往左移動(dòng)，回路搭建結(jié)束設(shè)置各個(gè)元件的相關(guān)參數(shù)。

電氣控制部分，運(yùn)用FluidSIM軟件元件庫(kù)中的線圈、按鈕開(kāi)關(guān)等設(shè)計(jì)，如圖3所示。

仿真時(shí)，點(diǎn)擊仿真按鈕運(yùn)行，將鼠標(biāo)點(diǎn)擊在開(kāi)關(guān)按鈕S上，鼠標(biāo)呈現(xiàn)手指按鈕點(diǎn)擊即可。設(shè)置液壓元件顯示壓力和流量值，圖4為換向回路仿真圖，由左側(cè)回路圖可以看出，深紅色線條代表高壓油路，淺色線條代表低壓油路，當(dāng)前狀態(tài)下，液壓缸活塞往右移動(dòng)，驗(yàn)證理論分析，各個(gè)元件均顯示了當(dāng)前參數(shù)值。右側(cè)為電氣控制狀態(tài)圖，仿真效果如圖5所示。

松開(kāi)開(kāi)關(guān)按鈕S，活塞返回，回路狀態(tài)如圖5所示。

通過(guò)回路的搭建和仿真，學(xué)生清晰地了解到了液壓回路的工作狀態(tài)，驗(yàn)證了理論分析，加深對(duì)液壓系統(tǒng)工作原理的理解，對(duì)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)物搭建成竹在胸。軟件仿真結(jié)束，學(xué)生實(shí)操，在液氣壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)練習(xí)并驗(yàn)證結(jié)果。通過(guò)對(duì)仿真和未仿真的兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)的小組實(shí)物搭建過(guò)程更加流暢，思路更加清晰，實(shí)驗(yàn)成功率更高。

2.2 制作仿真視頻，促進(jìn)在線學(xué)習(xí)

目前，《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》課程被評(píng)為無(wú)錫市精品資源共享課程，在超星泛雅平臺(tái)運(yùn)行，為拓展資源，課題組教師特地制作了任務(wù)5-2汽車起重機(jī)支腿的控制回路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用等仿真視頻如圖6，包含了回路設(shè)計(jì)，電氣控制設(shè)計(jì)和仿真部分，供學(xué)生在線觀看學(xué)習(xí)[4]。教師將視頻設(shè)置為任務(wù)點(diǎn)，學(xué)生觀看時(shí)間及次數(shù)在后臺(tái)均有統(tǒng)計(jì)，根據(jù)幾年的統(tǒng)計(jì)，仿真視頻播放次數(shù)較多，反映學(xué)生出學(xué)習(xí)軟件的積極性高。同時(shí)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前經(jīng)仿真驗(yàn)證，有效提高學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的自信，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。

2.3 軟件的多媒體教學(xué)應(yīng)用

軟件設(shè)置了教學(xué)模塊，如圖7、圖8，包含液壓技術(shù)基礎(chǔ)、液氣壓元件工作原理、學(xué)習(xí)視頻等，學(xué)生可點(diǎn)擊打開(kāi)學(xué)習(xí)其結(jié)構(gòu)、工作原理和圖形符號(hào)等，操作簡(jiǎn)單。教師在教學(xué)過(guò)程中，利用軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，大量圖片、動(dòng)畫和教學(xué)視屏的引入，降低了學(xué)習(xí)難度，利于學(xué)生理解元器件的工作原理和結(jié)構(gòu)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[5-6]。如在講解齒輪泵時(shí)，結(jié)合圖片講解其結(jié)構(gòu)，再播放其工作視頻，學(xué)生很容易就理解其工作原理，記住結(jié)構(gòu)，后期通過(guò)實(shí)物拆裝，學(xué)生反映學(xué)習(xí)有樂(lè)趣，效果優(yōu)。

2.4 輔助畢業(yè)設(shè)計(jì)

利用仿真軟件和多媒體授課，學(xué)生學(xué)習(xí)效果改善明顯，近幾年期末考查中通過(guò)率較之前有了一定提高，同時(shí)為課程實(shí)訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)給學(xué)生提供適當(dāng)?shù)膮⒖肌Ｍ瓿闪恕耙簤焊自O(shè)計(jì)”、“組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真”、“基于FluidSIM的氣壓回路設(shè)計(jì)與仿真”和“氣動(dòng)機(jī)械手的設(shè)計(jì)與仿真”等液氣壓課題，對(duì)多個(gè)液氣壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，學(xué)生反映難度適中又生動(dòng)有趣，把液氣壓系統(tǒng)和電氣控制結(jié)合在一起，對(duì)大學(xué)階段學(xué)習(xí)進(jìn)行了有效總結(jié)，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。這些課題形成了教學(xué)庫(kù)，為后續(xù)學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了參考，見(jiàn)圖9。

3? 結(jié)語(yǔ)

按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往思路不清晰，無(wú)從下手，對(duì)于所學(xué)知識(shí)不能活學(xué)活用。筆者通過(guò)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用基于慕課的精品資源共享課程平臺(tái)進(jìn)行《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》課程教學(xué)，靈活運(yùn)用FluidSIM軟件進(jìn)行輔助教學(xué)設(shè)計(jì)并演示，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)起到了積極作用，總結(jié)其具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）FluidSIM軟件操作簡(jiǎn)便好上手，液氣壓系統(tǒng)的仿真結(jié)果直觀明了，能驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理性、可行性，學(xué)生通過(guò)實(shí)踐，可加深對(duì)液氣壓系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，對(duì)實(shí)物操作和完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)具有一定的參考性，學(xué)生實(shí)驗(yàn)成功率提高，增加了課堂的師生互動(dòng)。

（2）運(yùn)用軟件教學(xué)功能，學(xué)生更易理解液氣壓元件的工作原理，在仿真中，運(yùn)用不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)行比對(duì)優(yōu)化，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力，提高教學(xué)效果。

（3）綜合運(yùn)用軟件，學(xué)生可完成較復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真，選擇相關(guān)課題作為畢業(yè)設(shè)計(jì)選題或大學(xué)生創(chuàng)新等課題，液氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)合電氣控制設(shè)計(jì)，有效提高了學(xué)生機(jī)電知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣立峰.基于FluidSIM的機(jī)械手夾持器設(shè)計(jì)及控制研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2011.

[2] 童和平，張香紅.FluidSIM仿真軟件在《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2019，40（8）：163-164.

[3] 張曉霞，柳堃.基于FluidSIM-H的組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真[J].河南科技，2020，39（29）：30-32.

[4] 王維英，陸新.基于MOOC的《液壓與氣動(dòng)技術(shù)》精品資源庫(kù)在課程教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].液壓氣動(dòng)與密封，2020，40（1）：53-55.

[5] 白繼平，胡啟祥.基于FLUIDSIM的“液壓與氣動(dòng)”課程教學(xué)模式改革實(shí)踐[J].南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，17（1）：98-104.

[6] 王鵬.FluidSIM仿真軟件在高職教學(xué)中的應(yīng)用及普及[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2020，56（9）：204-206.