虚拟仿真软件在机械专业教学中的应用实践
虚实结合仿真实训平台的建设与实践
2023年1月第2期Jan. 2023No.2教育教学论坛EDUCATION AND TEACHING FORUM虚实结合仿真实训平台的建设与实践张乃龙（北京工业大学 材料与制造学部，北京 100124）［摘 要］ 为适应新工科建设的要求，加强学生综合工程能力培养，解决实践资源不足的问题，结合智能制造专业建设要求，搭建了虚实结合仿真实训平台应用于专业课程群的实践教学。
基于机械工程系统基本设计流程，构建课程群综合设计能力实训平台，把机械原理、机械设计、机械控制和创新方法实践等课程实践相贯通进行方案设计、结构设计和控制系统设计，建立虚拟设备模型、实物样机和控制系统相结合进行控制仿真验证的虚实仿真训练模式。
实践表明，虚实结合使实训内容多样化，机械系统设计的一线式实训更接近于实际，提高了学生的参与积极性，有助于提升学生的创新能力和解决复杂工程问题的能力。
［关键词］ 虚拟仿真；实践训练；虚实结合；能力培养［基金项目］ 2019年度北京工业大学教育教学研究课题（K2019ID003）［作者简介］ 张乃龙（1976—），男，山东临沂人，博士，北京工业大学材料与制造学部高级实验师，主要从事数字化设计研究。
［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）02-0109-04 ［收稿日期］ 2022-03-18近年来，随着工程教育中新工科建设的快速开展和工程教育专业认证工作的不断推进，国内各高校在机械工程专业的教学中越来越强调对学生创新能力和解决复杂工程问题能力的培养［1］。
创新能力和工程能力的培养离不开科学的实践教学体系和完善的校内外实验基地建设［2］。
面对场地限制和设备安全问题，各类仿真软件的使用为解决课程实践问题提供了可选的手段。
当前虚拟仿真平台在各类课程中已得到广泛应用，虚拟样机及计算分析软件在机械原理类课程［3］、三维建模软件在机械设计类课程中都已普遍开展应用训练［4-5］，电工电子和PLC课程也通过仿真软件实现了实训多样化［6-7］。
虚拟仿真教学项目实践(3篇)
第1篇摘要：随着信息技术的飞速发展，虚拟仿真技术在教育领域的应用越来越广泛。
本文以某高校虚拟仿真教学项目为例，探讨虚拟仿真教学项目的实践过程，分析其优势与不足，并提出改进措施，以期为我国虚拟仿真教学的发展提供参考。
一、引言虚拟仿真教学作为一种新型的教学模式，通过计算机技术模拟真实场景，为学生提供一种身临其境的学习体验。
与传统教学模式相比，虚拟仿真教学具有诸多优势，如提高学生的学习兴趣、增强学生的实践能力、降低教学成本等。
本文以某高校虚拟仿真教学项目为例，分析其实践过程，探讨其应用效果。
二、虚拟仿真教学项目实践过程1. 项目背景某高校为提高学生的实践能力，引进了一套虚拟仿真教学系统。
该系统涵盖多个专业领域，包括机械、电子、建筑等。
通过虚拟仿真技术，学生可以在计算机上完成各种实验、设计和分析任务。
2. 项目实施（1）需求分析项目组对学校各专业的教学需求进行调研，了解教师在教学过程中遇到的难题和学生的实际需求。
根据调研结果，确定虚拟仿真教学系统的功能模块和关键技术。
（2）系统设计项目组根据需求分析，设计虚拟仿真教学系统的架构和功能模块。
系统主要包括以下模块：①实验仿真模块：模拟真实实验环境，实现实验数据的采集、处理和分析。
②设计仿真模块：提供各种设计工具，支持学生进行产品设计、分析和优化。
③分析仿真模块：通过模拟真实场景，分析各种参数对系统性能的影响。
（3）系统开发项目组采用C++、Java等编程语言，结合OpenGL、Unity3D等图形渲染技术，开发虚拟仿真教学系统。
同时，与相关企业合作，引入先进的仿真算法和模型。
（4）系统测试与优化项目组对虚拟仿真教学系统进行多次测试，确保系统稳定、可靠。
在测试过程中，根据教师和学生的反馈，对系统进行优化和改进。
3. 项目推广与应用（1）教师培训项目组对教师进行虚拟仿真教学培训，使其掌握系统操作方法和教学技巧。
（2）课程改革将虚拟仿真教学系统应用于相关课程的教学过程中，实现理论与实践相结合。
机电工程中的虚拟仿真技术应用
机电工程中的虚拟仿真技术应用在机电工程中，虚拟仿真技术的应用越来越广泛，它不仅提供了全新的设计思路和工程解决方案，同时也大大降低了工程实施的风险和成本。
本文将从虚拟仿真技术的定义、应用领域以及优势等方面展开讨论。
首先，虚拟仿真技术是指将实际的物理系统建模并模拟出来，通过计算机技术呈现出来，从而实现对系统行为的分析和评估。
在机电工程中，虚拟仿真技术可以应用于多个领域，如机械设计、电气设计、建筑设计等。
比如，在机械设计中，可以使用虚拟仿真技术对机械结构进行优化，预测其性能并提前发现问题，从而避免设计缺陷导致的问题。
其次，虚拟仿真技术在机电工程中的优势不言而喻。
首先，虚拟仿真技术能够提供更加直观、全面的信息展示，通过模型的移动、拆装等操作，使设计师能够更好地理解和分析机械、电气系统的运行原理。
其次，虚拟仿真技术能够提供更加准确、可靠的仿真结果，通过对各种工况的模拟，设计师可以评估不同方案的性能，并选择最优解。
此外，虚拟仿真技术还能够提高工程实施的效率和安全性。
在施工阶段，通过虚拟仿真技术可以模拟出施工过程中可能出现的问题，并进行预防和控制。
在设备运行阶段，虚拟仿真技术可以预测设备的故障，及时采取维修措施，避免设备停机时间过长和生产损失。
虚拟仿真技术的应用还可以扩展到项目管理和教育培训等领域。
在项目管理中，通过虚拟仿真技术可以模拟出项目的整个生命周期，并进行优化和控制，从而提高项目的成功率和效率。
在教育培训中，虚拟仿真技术可以提供更加直观、实战性强的教学环境，帮助学生更好地理解机电工程的原理和应用。
当然，虚拟仿真技术的应用也面临一些挑战。
首先，虚拟仿真技术的成本较高，需要配备高性能的计算机和专业的软件。
其次，虚拟仿真技术的结果和实际情况可能存在一定的差距，需要结合实际情况进行修正。
此外，虚拟仿真技术的应用还需要相关专业人员进行操作和分析，对技术人员的需求较高。
综上所述，虚拟仿真技术在机电工程中的应用具有广阔的前景和重要的意义。
基于虚拟现实技术的机械制图教学
的， 可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。 它综合利 用实时三维计算机图形技术 、广角立体显示技术、仿真技 术、 多媒体技术 、 人工智能技术 、 计算机网络技术 、 并行处理 技术和多传感器技术等一系列先进技术 ， 模拟人的视觉 、 听 觉、 触觉等感觉器 官功能 ， 使用 者戴上特殊 的头盔 、 数据手 套等传感设备或利用键盘 、 鼠标等输入设备 ， 便可以进入虚
随着新技术 的迅猛发展 ，为培养适应新形势的高级技 能型人才 ， 许多高等 院校各学科 的教学改革在如火 如荼地 进行着。《 机械制图》 课程是高等院校理工科学生必修的一 门实践性较强的专业基础课 ， 如何优化《 机械制图》 课程 的 教与学 ， 是值得研究 的重要课题 ｌ １ ｌ 。近年来 ， 始于军事和航 空航天领域的虚拟现实技术 ， 已大步走进工业 、 建筑设计 、 教育培训 、 文化娱乐等方面， 并且在 许多领域中表现 出了强
摘要 ： 随着新技术的迅猛发展 ， 机械制 图的教 学在 不断的革新。本文简介 了虚拟现 实技术 ， 并将虚拟现 实技 术运用于 机械制 图的课 堂教 学中。采用虚拟现 实技术进行机械制图教 学有利于学生感知组合体的 内外部 结构 、 零件的工艺结构和 装配结构等， 有助于提 高学生阅读和绘制二维工程图的能力。 关键词 ： 虚拟现 实技术 ； 机械制 图教 学； 组合体 内外部结构 ； 零件 的工艺结构 ； 装配结构
立体眼镜 以其简单 的结构 、轻巧的外形和便宜的价格成为
目前 最为 流行 和经 济适 用 的虚 拟 现实观 察设 备 。 二、 虚 拟现 实技 术应 用 于机械 制 图教 学
没有 限制地观察三维空间 内的事物 ， 获得对虚拟事物的感 性和理性认识 ， 让使用者如同身临其境一般 ， 从而深化概念 和构建新 的构思和创意 ， 创建了一种 以人为中心 的多维信
虚拟仿真实践教学活动(3篇)
第1篇一、活动背景随着科技的不断发展，虚拟仿真技术在我国教育领域的应用越来越广泛。
虚拟仿真实践教学活动作为一种新型的教学模式，通过模拟真实环境，让学生在虚拟场景中进行实践操作，有助于提高学生的动手能力、创新能力和团队协作能力。
本报告旨在对某高校某专业开展的虚拟仿真实践教学活动进行总结和分析，以期为其他高校提供参考。
二、活动目的1. 提高学生的实践操作能力：通过虚拟仿真实践教学活动，让学生在虚拟环境中进行实践操作，培养实际动手能力。
2. 增强学生的创新意识：在虚拟仿真实践教学活动中，鼓励学生发挥创新思维，提出新的解决方案。
3. 培养学生的团队协作能力：虚拟仿真实践教学活动要求学生分组合作，共同完成任务，提高团队协作能力。
4. 促进教师教学方法的改进：通过虚拟仿真实践教学活动，教师可以更好地了解学生的需求，改进教学方法。
三、活动内容1. 虚拟仿真平台搭建本次活动选用了某高校自主研发的虚拟仿真平台，该平台具有以下特点：（1）功能丰富：平台涵盖了专业课程所需的各类虚拟实验、仿真实验和综合实践项目。
（2）操作简单：平台采用图形化界面，操作直观易懂。
（3）交互性强：平台支持教师与学生、学生与学生之间的实时互动。
2. 虚拟仿真实践教学项目本次活动共选取了以下三个虚拟仿真实践教学项目：（1）机械设计虚拟仿真实验：通过虚拟仿真平台，让学生在虚拟环境中进行机械设计，提高学生的设计能力。
（2）电气工程虚拟仿真实验：通过虚拟仿真平台，让学生在虚拟环境中进行电气工程实验，提高学生的实验操作能力。
（3）软件开发虚拟仿真实验：通过虚拟仿真平台，让学生在虚拟环境中进行软件开发，提高学生的编程能力和项目实践能力。
3. 虚拟仿真实践教学过程（1）课前准备：教师根据课程内容，提前在虚拟仿真平台上布置实验任务，学生预习相关理论知识。
（2）课堂实践：教师引导学生进入虚拟仿真平台，进行实践操作。
在操作过程中，教师进行指导，解答学生疑问。
（3）课后总结：学生总结实践经验，撰写实验报告，教师批改实验报告，反馈教学效果。
机械制造中的虚拟仿真技术有何应用
机械制造中的虚拟仿真技术有何应用在当今高度发达的工业领域，机械制造正经历着一场深刻的技术变革。
其中，虚拟仿真技术作为一项创新的手段，正逐渐在机械制造的各个环节发挥着至关重要的作用。
虚拟仿真技术是什么呢？简单来说，它是一种利用计算机模拟真实世界的技术。
在机械制造中，通过建立数学模型和物理模型，虚拟仿真技术能够在计算机中重现机械产品的设计、制造、运行和维护等过程。
首先，在产品设计阶段，虚拟仿真技术就展现出了巨大的优势。
以往，设计师们只能依靠图纸和经验来构想产品的外观和性能。
但有了虚拟仿真技术，他们可以在计算机中创建三维模型，直观地看到产品的每一个细节。
不仅如此，还能对产品进行各种性能测试，如力学性能、热性能、流体性能等。
比如，在设计一款汽车发动机时，工程师可以通过虚拟仿真技术模拟发动机在不同工况下的运行情况，提前发现可能存在的问题，如零件磨损、过热等，并及时进行优化设计。
这样一来，大大减少了后期的修改和返工，缩短了产品的研发周期，降低了成本。
在制造工艺规划方面，虚拟仿真技术同样有着出色的表现。
制造过程中的每一个步骤，如切削、焊接、装配等，都可以在虚拟环境中进行模拟。
通过分析模拟结果，工艺工程师可以优化工艺参数，选择最合适的刀具、夹具和加工路径。
例如，在数控加工中，通过虚拟仿真可以提前预测刀具的轨迹和切削力，避免碰撞和过切现象，提高加工精度和效率。
虚拟仿真技术在生产过程的优化中也发挥着关键作用。
它可以模拟整个生产线的运行情况，包括物料流动、设备运行、人员操作等。
通过对这些因素的分析，企业可以发现生产过程中的瓶颈环节，进行合理的布局调整和资源配置。
比如，一家工厂发现某条生产线的物料运输效率低下，通过虚拟仿真分析，发现是运输路径不合理导致的。
经过优化运输路径，生产效率得到了显著提升。
对于设备的维护和维修，虚拟仿真技术也带来了新的解决方案。
通过建立设备的虚拟模型，可以模拟设备的故障情况，为维修人员提供培训和演练的机会。
虚拟设计与制造在机械专业实验教学改革中的应用
随着现代制造业的迅猛发展 ，培养具有相 应专业 的业务 基础 、创新设计与实践能力，具备较综合素质的机械类人才 ，
将 虚拟设计和制造技术应用于机械 专业的实验教学 中，
即设 立 机 械 专 业 相 关 的 虚拟 仿 真 实 验 。 用 计 算 机 实验 中心 ， 利
能够使设计者 的精力集 中在创造性 设计上 ，把绘图等繁杂的 可 以进行机构运动模拟 ，对机构及整机进行运 动仿真，并做 工作交给计算机去做 ，这样设计者 就有额 外的精 力关注设计 出相 应的动态参数 曲线。 同时可与实测 曲线进行 比较分析 ， 的正确和优化问题 。其 次，由于 Ｃ Ｄ强大 的三维几何编辑修 得出速度波动调节 的飞轮转 动惯量及 平衡质量 ，从 而使学生 Ａ 改技术 ，使机械 系统设计 的快速修 改变得 成为可能。 高 阶段 ，能在计算机上实 现产 品从设计 到制造到检验 的全过 对机械运动学和动力学 ，机 构真 实运 动规律 ，速度 波动调 节 （ ）机械产 品的设计和分析应用改革 了机械设计的实验 ２ 虚拟制造是 Ｃ ／Ｃ Ｅ ＡＭ／ ＡＰ ＡＤ Ａ ／Ｃ Ｃ Ｐ和仿真技术的更 有一个完整的认识 。
一
方面实验 软硬 件和经费的保 障压 力越来越大等急需解决的
问题 。实验保 障条件 的制约在 一定程 度上影响了实验教学的
开展和学 生实践创新 能力的培养。若将计算机虚拟设计和制 造技术应用于机械专业课程 的实验 教学 中 ，无疑将会提高学 生 的创新 能力 ，同时将 会有力地推动实验教学 内容与实验教
创 造 出一 种 时 域 和 空 域可 变 的 、 现 实 世 界 相 似 的 假 想 世界 ， 践 中可 以增 加 一 些 构 形设 计 ， 学 生 充 分 发 挥 自 己的 想象 力 、 与 让
虚拟仿真实践教学平台在冶金机械专业教学中的探索与实践
虚拟仿真实践教学平台在冶金机械专业教学中的探索与实践杨霞;马立峰;朱艳春;刘光明;姬亚锋;李华英
【期刊名称】《大学教育》
【年(卷),期】2024()8
【摘要】高等学校开展虚拟仿真实践教学活动是高等教育网络化、信息化、虚拟化、共享化发展的重要内容。
针对冶金机械专业课程涉及面广、实践性强并与钢铁企业生产关系密切等特点,太原科技大学机械工程学院建设了冶金机械轧钢生产虚拟仿真实践教学平台。
该平台作为冶金机械专业课堂教学和实习实践等教学环节的有效补充,极大地培养了学生的学习兴趣,提升了学生的学习效果,已成为解决冶金机械专业实践教学中工业现场环境不足等问题的有效途径。
【总页数】4页(P49-52)
【作者】杨霞;马立峰;朱艳春;刘光明;姬亚锋;李华英
【作者单位】太原科技大学机械工程学院;太原科技大学材料科学与工程学院【正文语种】中文
【中图分类】G642
【相关文献】
1.化学工程与工艺虚拟仿真实验教学中心开放管理平台建设探索r——化工类专业实践教学改革系列研究之三
2.钢铁生产虚拟仿真在冶金工程专业实践教学中的应用与探讨
3.虚拟设计与仿真教学平台实践与探索——以叶轮机械类专业教学为例
4.机械工程专业虚拟仿真实验教学平台研究与实践
5.虚拟仿真教学平台的实践与探索——以环境设计专业景观设计课程为例
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虚拟仿真软件在机械专业教学中的应用实践作者：华剑徐小兵
来源：《大学教育》2020年第02期
[摘要]该研究结合新工科建设和工程教育专业认证工程的背景，提出了将虚拟仿真软件用于机械专业教学的方法。
总体介绍了机械行业虚拟仿真软件的种类、特点、功能以及适用的课程，详细阐述了SolidWorks、Ansvs、Adams和Matlab这四种软件在机械原理、机械设计、机械控制工程基础等课程的应用、实践表明，将上述软件用于机械专业学生的培养，有助于提高学生的创新能力和解决复杂工程问题的能力。
[关键词]机械专业;虚拟仿真软件;创新能力;教学
[中图分类号]G642[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2020） 02-0014-03
近年来，随工程教育中“新工科”建设的快速开展和工程教育专业认证工作的不断推进，国内各高校在机械工程专业的教学中越来越强调对学生科技创新能力和解决复杂T程问题能力的培养[l]。
要培养上述能力，离不开科学的实践教学体系和完善的校内外实验基地建设[2]。
但目前大多普通本科高校的机械专业实践教学面临如下困难：一是资金、场地和实验人员有限，不能满足培养方案对实践教学所占学时、学分比例以及实验室软硬件建设的要求。
二是考虑到对企业管理、安全生产、经济效益等方面的影响，机械制造企业对学生实习实践的接纳程度逐年下降。
三是由于教学组织、教学手段和教学方法的原因，部分实践环节的现场教学，对提高学生能力的作用有限。
四是实验设备使用频繁，需要定期维护及检修，出故障的概率较高，不利于实践教学的顺利开展。
借助于计算机性能的提高、网络技术的发展以及机械工程仿真软件的推广，虚拟仿真实验为解决机械专业实践教学的上述问题提供了有效手段。
虚拟仿真教学已在能源动力工程等专业[3]、机械原理、机械设计[4-6]等课程的实践教学中得到了广泛应用，对
现场实践教学形成了有益补充，并成了机械工程教育中的热点。
长江大学机械设计制造及其自动化专业是湖北省品牌专业、教育部特色专业，于2012年人选教育部卓越工程师教育培养计划。
在我校机械设计制造及其自动化专业的课程体系中，机械原理、机械设计、机械创新设计、机器人技术基础、工程流体力学与流体机械、毕业设计等课程与教学环节与工程实践结合较为紧密。
由于受到传统教学观念、教材内容和教学硬件设施的限制，在以往的教学实践中，教师们主要将重点放在学生对理论知识的理解和考试知识点的掌握上，平时作业主要以公式计算为主，考试主要强调学生对概念、理论公式的记忆，而不太重视学生对理论知识在工程实际中的应用，从而导致学生会推导公式、能够考高分，但不知如何将理论知识运用于工程实践的情况，这就造成了人才培养与企业需求的脱节。
为了使人才培养契合新工科与专业认证的要求，近年来，在专业课程教学中，我们结合石油装备行业背景与。