机电一体化仿真实训平台开发与应用研究
黄登红
【摘 要】摘 要
【期刊名称】中国科技信息 【年(卷),期】2013(000)012 【总页数】2
【关键词】机电一体化;仿真实训;平台
1 仿真实训平台开发的必要性
高职机电一体化专业主要面向机电类行业，培养从事机电设备的零部件生产、安装调试、维护与维修等工作的高技能人才。该专业涉及机、电、液、气等多方面学科，口径宽，因此实训教学涉及的实训设备种类较多，设备购置、实训消耗等费用较高。
近年来，各职业院校在实验实训硬件建设方面的投入经费逐年有增加，但远远跟不上学校规模的发展。相当部分学校的实训设备数量与学生实训人数不匹配，特别是相对贵重的仪器设备更是严重不足。有时十来个学生甚至更多的学生使用一台设备，学生得不到足够的操作技能练习。由于实训设备更新换代成本高，职业院校普遍存在实训设备型号落后、跟不上企业技术发展步伐等问题。多数实训设备在企业已经不在使用，学生通过实训掌握的设备知识和操作技能到了企业根本就用不上。很多实训设备由于老化，功能技术性能指标已达不到要求，实训过程中经常出现故障，影响了实训教学质量。
将虚拟仿真技术引入实训教学有着诸多优点：提供足够的工位（每人一台计算机即可），保证每个学生都能得到充分训练；节能减耗，引入仿真实训教学，实
现原材料、工量具、仪表设备的节约；虚拟设备升级经济快捷，可让学生及时熟悉新型设备功能及操作。
开发和应用仿真实训平台，通过计算机网络仿真训练，让学生熟悉所训练的项目之后，再通过现场实物实训设备进行训练，采用这种阶段性的训练方法，可以缩短现场训练时间，提高教学效率，降低教学成本。
2 机电一体化专业仿真实训教学平台的设计
为了适应教学的需要，仿真实训平台的构建要基于行动导向教学理念，要以系统化的课程开发为基础。通过实际设备的分解剖析，为虚拟仿真实训平台采集真实的数据；然后分别开发仿真实训软件及基于互联网的仿真实训平台管理系统；最后进行系统的集成调试，完成平台开发。 2.1 内容架构
教学仿真实训平台总体架构采用“虚拟教学系统平台+专业课程软件包”结构。根据机电一体化专业的典型工作岗位特点，教学内容总体上分为机电设备机械部件的拆装与调整（机械原理、拆装与维护课程软件包）、机电设备电气系统的装调与维修（机电控制、PLC、传感器与检测技术等课程软件包）、液压气动系统的装调与维修（液压气动装调课程软件包）等三个模块（以后可根据需要扩展）。由于机床（数控机床）为机电设备的典型产品，在机械结构、电气控制和液压气动控制等方面均具有较好的代表性，因此各模块的训练项目以机床（数控机床）为主要载体。
每个教学仿真实训模块均包括若干个核心技能训练项目、操作训练与考核题库、辅助教学文本，及有代表性的企业生产过程、课堂教学等音、视频资源等。难度上分中、高级两个层级，以适用中、高职院校学生共同使用。系统模块结构
如图1所示。
用户子系统主要实现对用户的管理。它将用户分为三个类∶教师、学生和管理员，不同级别的用户所授权限不同。用户子系统包括“用户登录”和“修改信息”等。
教学子系统包含机电设备机械部件的拆装与调整、机电设备电气系统的装调与维修、液压气动系统的装调与维修等三个教学仿真实训模块（以后可根据需要扩展一些基础课程软件包）。各模块均包括教学、实训、考核等子模块，资讯管理和考核维护只有教师和管理员才能进入。
协作与交流子系统包括“学习论坛”和“疑难解答”两大模块，可以解决网络课堂中的双向交流问题，支持课堂讨论与实时答疑。
管理员子系统主要为系统管理员所设计，系统管理员可以通过进入该子系统后实现对整个系统的管理和维护。 2.2 技术架构
运用三维虚拟现实技术、计算机图像技术及网络技术，并借鉴国际先进的专业平台，建立教学仿真实训平台+课程资源包的架构。平台要具有开放性和可拓展性，便于用户根据自己教学需要，对内容进行调整和拓展。该系统为满足网络条件教学需要，运用web3D的图形数据处理技术，确保3D图形数据量较小，从而确保软件的运行速度和可靠性。
该系统部署总体采用BS+CS结构，可支持远程部署。开发工具采用web3D虚拟现实开发工具，可确保模型数据量非常小，如一台数控机床细化到每个螺丝，数据量也通常不超过1M，这样可以保障显示质量、运行速度、互动性和远程部署。
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