分析样机基于虚拟样机技术机械工程类人才培养学术

摘要：首先分析了虚拟样机技术的理论依据和优势，然后结合机械工程类本科教学实践的特点，从培养学生的仿真分析意识、注重理论与仿真实践结合、激励创新和建设综合的虚拟样机教学平台等多个角度探讨了如何培养高质量、高水平的机械工程类人才。
关键词：虚拟样机技术；人才培养；机械工程类；仿真分析；创新
作者简介：路永婕（1981-），女，甘肃靖远人，石家庄铁道大学机械工程学院，讲师；陈娜（1979-），女，辽宁辽阳人，石家庄铁道大学信息学院，讲师。（河北　石家庄　050043）
基金项目：本文系石家庄铁道大学教育教学改革研究项目（项目编号：110408、110326）的研究成果。
1007-0079（2012）32-0033-01
在20世纪80年代，随着计算机科学技术的进步与发展，导致了虚拟样机技术（VPT，virtual prototyping technology）的出现，从而加快了工业发展的步伐。虚拟样机技术以自身的优势大大提高了工业产品的设计和研发的效率，极大地缩短了产品的生产和制造周期。目前虚拟样机技术在各领域的企业和研究机构里已经取得了良好的经济效益，得到了广泛的应用。因此各企业单位对熟练掌握虚拟样机技术的人才需求不断增长，这就势必要求在高等教育过程中更加注重培养大量的此类人才，以满足人才市场的巨大需求，进一步促进我国工业水平的提高。
虚拟样机技术作为一种先进的技术，在推动工业发展的同时也为高等教育培养高质量、高水平的人才提供了良好的手段和思路。在机械工程类本科教学实践中充分应用虚拟样机技术将会有力地促进工科类教学方式和教学体系的改革，会大幅度地变革旧的教学模式，实现大学生学习的多元化和主体化，使学生跟随工业技术发展的步伐，牢固夯实知识要点，掌握学科体系。

一、虚拟样机技术的理论依据与应用前景

虚拟样机技术是一种基于虚拟样机的数字化设计方法，该技术结合了先进的建模技术、仿真技术、信息技术、优化技术、制造技术和先进的信息管理技术，涵盖了工业产品的概念、设计、实验、生产和制造的各个环节。可见，虚拟样机技术重点强调了工业产品的系统观，它针对产品的全生命周期，对产品进行全方位的测试、分析与评估，实现了不同领域的虚拟化的协同设计。
总之，虚拟样机技术是以虚拟样机为主体，可视化为界面，仿真分析为主要手段，三维造型软件为工具，建立起的多学科、多领域、多角度的协同设计平台。在机械领域中，虚拟样机技术以机械系统运动学、动力学、传热学和控制理论为核心理论，几乎涵盖了机械工程体系中的各个子系统。目前基于虚拟样机技术，涌现出来了大量成熟的商业化软件，大体可以分为几何建模（SolidWork，UG，Pro/E）、结构分析（ABAQUS，ANSYS，NATRA）、多体动力学（SIMPACK，ADAMS，DADS）、液压与控制（AMESIM）、振动与噪声（SYSNOISE，AUTOSEA）等几个范畴，在机械工程、航空航天、国防和医学等各个领域发挥越来越重要的作用，在企业中已经得到了普遍的应用，获得了很多的成功案例。
因此在运用虚拟样机技术进行工业生产时，需要具备扎实的计算机、运动学、动力学和控制学多个学科的知识，这就对高等教育人才的培养提出更高的要求。从上述虚拟样机技术的内涵和理论依据可以发现，该技术具有很强的实践性强、可重复性和操作直观的特点，所以这些特点既是学生最终学习的目的，也为教师提高教育水平提供了很好的手段。

二、充分发挥虚拟样机技术在机械工程类教学中的作用

1.培养学生的仿真分析意识

在计算机技术高速发展的今天，基于虚拟样机技术的仿真分析已经日趋完善，分析的结果可靠、逼真，在工业生产中已经被广泛认可。所以，在教学过程中应引导学生积极掌握和利用仿真分析的技巧，在学习和吸纳新知识时充分应用仿真的手段进行分析和验证，提升对知识的理解程度，提高对专业知识的认知水平，形成良好的仿真分析习惯。
由浅入深地让学生在学习过程中随时借助虚拟样机技术对书本中的例题、课程设计中的案例和毕业设计命题从仿真的角度预演解题过程，树立起良好的仿真意识，这不仅提高了学生分析、解决问题的能力，而且在反反复复的仿真实践中对虚拟样机的综合应用能力得到提高，对专业知识的准确应用也会有一个比较深刻的认识。

2.注重理论与仿真实践结合

在机械工程相关专业的学习中，“机械原理”、“机械设计”、“机电控制”、“测试技术”等都是必修的专业基础课程，在以往的教学中，学生在掌握这些课程时比较头疼，教师在教授过程中诠释概念、分析原理时也比较吃力。分析其中的原因，主要就是学生在认知这些专业知识之前，相应的背景知识比较欠缺，对难懂的知识点存在很大的陌生感，教学的效果差强人意。然而虚拟样机技术恰恰可以弥补这一点，可以在教学的各个阶段都发挥不同的效用，在每门课源于：党校毕业论文范文www.618jyw.com
程学习之前，教师可通过基于虚拟样机技术的成功工程案例的展示，激发学生对本专业知识求知的，对课程设计的过程产生浓厚的兴趣，以最短的时间融入到课堂中。
因此在学习理论的过程中，对于那些晦涩难懂的理论就可以通过结合虚拟样机的仿真分析实践的方式，以鲜活的仿真现象直观揭示理论的真正内涵。例如，对于“机械原理”教学可以通过多体动力学的仿真软件建立机构的虚拟样机模型、定义部件的约束、动态仿真运动的轨迹、获取各构件的运动学特性曲线等等就可以清晰展现机械原理的整个理论体系，让学生轻松享受学习的过程。

3.以仿真分析为工具实现创新设计

近年来，我国教育部和工程院共同启动了“卓越工程师教育培养计划”，该计划的目的就是为我国培养大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。但是在教学实践中，学生在掌握了基本理论后综合运用知识的能力也比较差，总是不能融会贯通和灵活创新，原因之一在于学生没有掌握协同设计的工具。虚拟样机技术的特点之一就是多学科、多平台的优化设计，可以使学生在掌握理论知识和仿真手段的基础上，依托省、市和学校举办的各个类型机械创新设计大赛全面施展虚拟样机技术的综合交叉的特点，以仿真分析作为有力的工具实现创新设计。

三、建立虚拟样机技术的综合教学平台，提升机械类人才培养质量

虚拟样机技术可以在产品的造型设计、虚拟装配和加工、特性测试中发挥作用，而且还可以模拟复杂的机械机构造型、运动轨迹、结构优化、液压系统设计，实现大型机械装备的动力学计算、疲劳可靠源于：毕业论文致谢怎么写www.618jyw.com
性分析、空气动力学计算等等。虚拟样机技术是一门整合了多个学科资源的技术，所以在教学中充分发挥虚拟样机技术的作用不是一两门课程所能达到的，需要一个综合的教学平台共同打造。
笔者所在学校的机械工程类包括机械工程自动化、工业设计、建筑环境与设备、机械测试工程和车辆工程五个专业，每个专业都围绕“机械”这个主题，但又同时具有各自的特点，在实际教学过程中既要建立共有的虚拟样机平台，也要建立不同专业的虚拟样机仿真平台，购置几何建模、结构分析、多体动力学、液压控制等各个模块的商业软件，让学生在实验室里就可以实现产品的虚拟设计、虚拟装配、虚拟制造以及产品的优化改装等等。现代高等教育的实验室除了配备传统意义上的实物试验器材，还应该全面引进各类的虚拟样机实验台，无论是从设备成本上还是教学效果上都会是令人满意的。只有依靠这些综合的教学平台，学生的仿真实验才可以真正跨学科的实现，所培养的人才才具有真正的复合创新能力。
四、结束语
虚拟样机技术虽然是一种新兴的技术，但它在工业领域的作用与地位是不容忽视的，它对提高机械产品的设计、研发和生产、制造效率、缩短产品的设计周期都具有重要的作用。作为机械工程类本科人才培养的改革与发展，应当及时把握工业发展的方向，适应虚拟样机技术的发展步伐，尽快建立完善综合的虚拟样机技术教学平台，从而有效地提升人才培养质量。
参考文献：
郑建校，才委，原思聪.基于现实环境和虚拟样机技术的动态教学方法研究[J].中国电力教育，2011，（4）：121-122，124.
朱春华，韩琳.仿真技术在工科专业教学中的应用分析[J].科技创新导报，2007，（33）：213-213，215.
[3]王湘.基于虚拟样机技术的机械原理课程设计教学探索[J].广西大学学报：自然科学版，2007，32（S1）：345-347.
[4]李建军，吴志平.高校工科专业课程计算机模拟与仿真教学研究[J].中南林业科技大学学报：社会科学版，2008，2（5）：133-136.
[5]毛君，李娜，刘春华.虚拟样机技术在机械工业中的发展与应用[J].CAD/CAM与制造业信息化，2007，（7）：82-84.
[6]徐玮玮.仿真实验在教学中的应用及其意义[J].科技信息，2009，（34）：
724-725.
（责任编辑：王祝萍）