FluidSIM軟件在液壓氣動(dòng)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

潘鈺旸

【摘要】FluidSIM是德國(guó)Festo公司和Paderborn大學(xué)開(kāi)發(fā)的用于液壓與氣壓傳動(dòng)的教學(xué)軟件。根據(jù)液壓與氣壓傳動(dòng)的教學(xué)內(nèi)容和特點(diǎn)，本文介紹了這個(gè)軟件的特點(diǎn)和在液壓、氣動(dòng)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用，可以把抽象的、復(fù)雜的模型使用元件圖符仿真的展示。不僅可以提高學(xué)生的理解能力，還可以拓展其思維，增加這門(mén)課程的趣味性。

【關(guān)鍵詞】FluidSIM軟件;液壓;氣動(dòng);應(yīng)用

《液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)》課程是機(jī)電和自動(dòng)化控制等多門(mén)技術(shù)融合在一起的機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的主要應(yīng)用形式，在現(xiàn)代化領(lǐng)域的建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，同時(shí)在高職院校也作為一門(mén)機(jī)電類(lèi)的基礎(chǔ)課程備受重視。對(duì)于其抽象化、復(fù)雜化的模型系統(tǒng)，學(xué)生學(xué)習(xí)和理解變得很困難，而FluidSIM仿真軟件的元件參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍和實(shí)際設(shè)備完全一致，把其應(yīng)用到教學(xué)課堂中，充分利用其回路仿真與元件動(dòng)畫(huà)的特點(diǎn)，把抽象化的內(nèi)容具體的、形象的展示在課堂上。

一、FluidSIM軟件介紹

FluidSIM軟件是德國(guó)Festo公司和Paderborn大學(xué)開(kāi)發(fā)的，專(zhuān)門(mén)用于液壓與氣壓傳動(dòng)的教學(xué)軟件。FluidSIM軟件擁有直觀的界面展示，并配合其圖文操作頁(yè)面，不僅可以輕松的實(shí)現(xiàn)拖拉圖標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，還可以對(duì)其進(jìn)行仿真，使學(xué)生了解設(shè)計(jì)成果的可行性。FluidSIM軟件包括兩個(gè)軟件FluidSIM-H、FluidSIM-P，第一個(gè)主要在液壓傳動(dòng)教學(xué)中使用，第二個(gè)則應(yīng)用于氣壓傳動(dòng)教學(xué)。這個(gè)軟件突出的特點(diǎn)如下：

（一）擁有專(zhuān)業(yè)的繪圖功能

其繪圖功能包含了電氣、液壓、氣動(dòng)的100多種標(biāo)準(zhǔn)的元件。在繪圖的時(shí)候，可以直接拖拽元件到制圖區(qū)來(lái)完成原理圖的制作，鼠標(biāo)按住左鍵在兩個(gè)元件的連接點(diǎn)移動(dòng)，就能夠生成需要的回路，其專(zhuān)業(yè)的CAD功能可以輕松應(yīng)對(duì)流體功能的設(shè)計(jì)。同時(shí)，F(xiàn)luidSIM軟件還會(huì)檢查各個(gè)元件之間的鏈接有沒(méi)有錯(cuò)誤，以及其可行性，這樣就可以避免在繪圖的過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，大大提高了繪圖的效率，節(jié)省了繪圖的時(shí)間。

（二）強(qiáng)大的仿真功能

FluidSIM軟件還擁有強(qiáng)大的仿真功能，在液壓回路設(shè)計(jì)的時(shí)候就可以控制和顯示回路的動(dòng)作，發(fā)現(xiàn)其中的問(wèn)題，方便及時(shí)修正。這樣就可以設(shè)置出穩(wěn)定性、可靠性、工作效率高、結(jié)構(gòu)合理的流體回路。同時(shí)，我們還可以直觀的看到元件的參數(shù)和狀態(tài)，例如液壓缸活塞桿的節(jié)流閥的面積大小、輸出力、運(yùn)動(dòng)速度等，方便提前觀察回路的動(dòng)態(tài)性能，從而準(zhǔn)確的預(yù)估回路實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)。這個(gè)軟件還可以展示回路中各個(gè)關(guān)鍵元件的狀態(tài)量，如流量計(jì)的流量、壓力表的壓力等。

（三）綜合演示功能

FluidSIM軟件包含了液壓技術(shù)教學(xué)綜合演示功能，主要通過(guò)教學(xué)影片、實(shí)物圖片、剖視圖、文本說(shuō)明來(lái)描述。詳細(xì)的介紹了綜合演示功能的應(yīng)用場(chǎng)合和使用方法，使學(xué)生身臨其境般了解液壓與氣壓傳動(dòng)在應(yīng)用場(chǎng)景中的效果。

二、在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

（一）實(shí)踐教學(xué)的意義

液壓傳動(dòng)與氣動(dòng)技術(shù)這門(mén)課程需要進(jìn)行液壓氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)大多數(shù)都是演示性或驗(yàn)證性的，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的步驟按部就班的搭建好平臺(tái)，學(xué)生獨(dú)立思考的能力得不到培養(yǎng)。而在實(shí)踐動(dòng)手環(huán)節(jié)使用FluidSIM軟件，利用其便捷的操作性和豐富的資源，增加了實(shí)驗(yàn)的多種可能性。實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目從之前的固定的傳統(tǒng)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)回路，變成了學(xué)生根據(jù)教導(dǎo)書(shū)的要求完成實(shí)驗(yàn)從元件的選擇到獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，不僅可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和主觀能動(dòng)性，還可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)這門(mén)課程的興趣。

（二）實(shí)踐教學(xué)案例

（1）氣壓回路的繪制。因?yàn)镕luidSIM-P和FluidSIM-H擁有著相同的用戶(hù)界面，操作也是很相似的。所以本文介紹氣壓回路的繪制以FluidSIM-P為例。首先它的主界面是非常直觀的，上面是功能菜單，根據(jù)需求可以選擇不同的功能菜單，下面分為兩部分，元件庫(kù)位于左半部分，設(shè)計(jì)界面在右半部分，在繪制氣壓回路圖的時(shí)候，可以直接從元件庫(kù)拖拽到右邊的繪圖區(qū)，放置后的元件也可以在繪圖區(qū)繼續(xù)調(diào)整，如豎直或者水平交換方向，有無(wú)彈簧復(fù)位、換向閥的控制方式、常態(tài)位置都可以隨意調(diào)整。把元件在繪圖區(qū)放置好之后把元件之前連接起來(lái)就可以完成系統(tǒng)圖的繪制和設(shè)計(jì)了。

（2）仿真氣壓回路。氣壓回路圖繪制完之后，就可以對(duì)其進(jìn)行仿真了。需要切換FluidSIM軟件到仿真模式，開(kāi)啟回路仿真。在仿真之前，可以設(shè)置回路圖的電控元件和氣壓元件的參數(shù)，如活塞位置、氣缸的最大行程、延時(shí)繼電器的延時(shí)時(shí)間、氣源的工作壓力、節(jié)流閥的開(kāi)口度等都是可以設(shè)置的。參數(shù)的不同在仿真時(shí)候表現(xiàn)也是不一樣的，學(xué)生們可以通過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)理解各個(gè)參數(shù)的含義。仿真的時(shí)候，回路的元件狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)仿真都是實(shí)時(shí)展示的，通過(guò)清晰的反應(yīng)真實(shí)的回路的不同階段的工作過(guò)程，學(xué)生可以有著深刻的理解和體會(huì)。

（3）設(shè)計(jì)電氣控制回路。FluidSIM-P可供選擇的電控元件有很多，如各種主令開(kāi)關(guān)、繼電器線圈、24V電源正負(fù)極、各種觸點(diǎn)、接近開(kāi)關(guān)等，不僅可以設(shè)計(jì)氣壓傳動(dòng)回路的電氣控制回路，還可以對(duì)電氣和氣壓的回路進(jìn)行仿真。課堂上給學(xué)生布置設(shè)計(jì)的任務(wù)，學(xué)生通過(guò)自行選擇合適的電氣和氣動(dòng)控制元件，設(shè)計(jì)出符合任務(wù)需求的回路，然后通過(guò)仿真驗(yàn)證其正確性。如果沒(méi)有這個(gè)軟件，學(xué)生設(shè)計(jì)的回路只能一步步分析回路來(lái)判斷準(zhǔn)確性，稍微不注意就會(huì)導(dǎo)致做出了錯(cuò)誤的判斷，使用這個(gè)軟件之后可以方便的驗(yàn)證其可行性，出現(xiàn)問(wèn)題的地方也非常的清晰，方便了之后的學(xué)習(xí)和更正。

（三）教學(xué)效果和體會(huì)

學(xué)生通過(guò)使用FluidSIM軟件，可以完成在液壓回路及系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，使電氣、機(jī)械、液壓有機(jī)的結(jié)合，可以綜合練習(xí)為液壓系統(tǒng)設(shè)置控制電路，過(guò)程中可以熟悉常規(guī)的控制器、執(zhí)行元件和傳感器等，了解其實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。也可以通過(guò)自己設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)較為復(fù)雜的液壓、氣壓控制系統(tǒng)，培養(yǎng)創(chuàng)造力和綜合能力。在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)訓(xùn)課時(shí)，學(xué)生的設(shè)計(jì)成果用電腦演示，課堂上對(duì)其進(jìn)行分析，可以啟發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，學(xué)生也會(huì)更容易接受直觀生動(dòng)的內(nèi)容。

三、結(jié)束語(yǔ)

使用FluidSIM軟件100多種元件，可以很方便的連接不同的液壓或者氣動(dòng)的各種復(fù)雜的回路，實(shí)現(xiàn)了不同情況的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景。利用其內(nèi)容新穎、仿真教學(xué)的特點(diǎn)，可以可視化的分析液壓元件的性能和原理，加深了學(xué)生的感官認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)了學(xué)生多基本知識(shí)的掌握程度。同時(shí)，學(xué)生可以在仿真的教學(xué)環(huán)境中清晰的了解到專(zhuān)業(yè)的方法和技巧，拓寬了學(xué)生的理解程度，開(kāi)闊了學(xué)生的視野和思維，培養(yǎng)了實(shí)際動(dòng)手能力、工程應(yīng)用能力和獨(dú)立創(chuàng)新的能力。與此同時(shí)對(duì)老師的教學(xué)科研也有所幫助，很值得在教學(xué)中進(jìn)行推廣。