遠(yuǎn)程教育下機(jī)電專業(yè)的探索

1、遠(yuǎn)程教育下機(jī)電專業(yè)的探索 1不同層次的虛擬實(shí)驗(yàn) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推動(dòng)了現(xiàn)代的仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，應(yīng)用的范圍也極為廣泛，在教學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域也越來越受到重視，尤其在非計(jì)算機(jī)的工科類教學(xué)過程中。利用it技術(shù)開發(fā)出運(yùn)行于計(jì)算機(jī)內(nèi)部并能在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、交互的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，是解決工科類部分實(shí)驗(yàn)的新型方法，而且能達(dá)到高效價(jià)廉的目的，正好符合了遠(yuǎn)程教育的特征要求，這為遠(yuǎn)程教學(xué)機(jī)電實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)帶來了新的解決方案。具體的虛擬實(shí)驗(yàn)要根據(jù)具體機(jī)電課程教學(xué)要求選擇不同的方案。根據(jù)上海電大多年的遠(yuǎn)程教學(xué)探索，仿真實(shí)驗(yàn)主要表現(xiàn)在以下幾種層次。最簡單的人機(jī)互動(dòng)的模式是通過網(wǎng)頁展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程和要求完成操作，例如為“組合機(jī)床概

2、論”課程教學(xué)開發(fā)的“機(jī)床組裝”人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)者通過點(diǎn)擊、移動(dòng)某些機(jī)床部件，完成機(jī)床的組裝，如果順序出錯(cuò)，將會(huì)報(bào)錯(cuò)提示。虛擬仿真模式的實(shí)驗(yàn)也可以通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)。通過網(wǎng)頁開發(fā)三維虛擬的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)習(xí)者根據(jù)控制要求編寫控制程序，采用程序后，具體的設(shè)備動(dòng)作可根據(jù)程序來運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)習(xí)者對(duì)所采用的指令有一個(gè)直接的感官認(rèn)識(shí)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)復(fù)雜程度，可以分為動(dòng)作仿真實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)實(shí)場景仿真實(shí)驗(yàn)，前者只要求實(shí)驗(yàn)的動(dòng)作觸發(fā)、運(yùn)動(dòng)到位等就可以了，例如下文中的可編程控制器工程仿真實(shí)驗(yàn)，而后者則不僅包括了動(dòng)作要求，還要求包含動(dòng)力學(xué)分析功能，甚至要求包含熱分析、流場分析、磁場分析、電場分析、聲場分析等非結(jié)構(gòu)場的分析等內(nèi)容，例如

3、汽車設(shè)計(jì)過程中的有線元分析、碰撞模擬，虛擬樣機(jī)等，就包含了類似現(xiàn)實(shí)的完全模擬。純仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)不需要與實(shí)際設(shè)備相連，側(cè)重在一些動(dòng)作或場景的完成上。而有些深度的仿真實(shí)驗(yàn)需要虛實(shí)結(jié)合，即控制指令可通過網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)到遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室，操作具體的設(shè)備和器材。 2遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)案例 本文以機(jī)電實(shí)用技術(shù)專業(yè)中一些課程為例，來對(duì)遠(yuǎn)程教學(xué)過程中虛擬實(shí)驗(yàn)的開發(fā)進(jìn)行說明，這些實(shí)驗(yàn)已適用在我們的遠(yuǎn)程教學(xué)中，并取得了良好的教學(xué)效果。 2.1動(dòng)作虛擬實(shí)驗(yàn) “數(shù)控機(jī)床編程”課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)比重極高，學(xué)習(xí)時(shí)如果能將一些基本指令直接在數(shù)控機(jī)床上運(yùn)行，并觀察相應(yīng)動(dòng)作，則這部分知識(shí)容易被牢牢掌握。但因設(shè)備昂貴、龐大等諸多原因，給遠(yuǎn)程教學(xué)帶來極

4、大的難題。為了簡化問題，開發(fā)團(tuán)隊(duì)考慮到指令學(xué)習(xí)時(shí)一般以動(dòng)作為主要掌握對(duì)象，因此，采用三維虛擬設(shè)備開發(fā)了針對(duì)數(shù)控指令的相應(yīng)虛擬“數(shù)控機(jī)床”。例如，“g02”、“g03”均表示執(zhí)行銑刀的圓弧插補(bǔ)走刀過程，前者是順指針圓弧插補(bǔ)，后者則是逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)，使用不同的指令后續(xù)程序設(shè)計(jì)則完全不一樣。為了更好說明問題，虛擬“數(shù)控機(jī)床”根據(jù)會(huì)根據(jù)不同程序來執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，如圖1所示，（a）（b）兩圖分別表示了g02和g03的銑刀執(zhí)行過程，最后銑削出的圖形相同，但走刀過程完全不一樣。（a）（b）圖1g02、g03指令編程對(duì)比這樣，配上適當(dāng)?shù)募庸?dòng)作演示實(shí)驗(yàn)，就算不能接觸到實(shí)際的數(shù)控機(jī)床，學(xué)生們通過虛擬動(dòng)作過程，也能

5、順利地掌握每條指令所代表的實(shí)際意義，教學(xué)效果明顯得到提高。 2.2工程虛擬實(shí)驗(yàn) 某些課程的教學(xué)需要有控制對(duì)象，例如某大型設(shè)備、某生產(chǎn)流水線等，這在傳統(tǒng)教學(xué)也是不容易解決的難題。遠(yuǎn)程教學(xué)中，創(chuàng)造一個(gè)虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境來是我們亟待解決的問題。圖2是使用wincc為“plc編程”課程實(shí)驗(yàn)開發(fā)的控制對(duì)象仿真混合攪拌加熱爐。仿真混合攪拌加熱爐具有實(shí)際加熱爐的控制特點(diǎn)，這些控制點(diǎn)與實(shí)際plc相連。當(dāng)液位達(dá)到高位境界點(diǎn)時(shí)，會(huì)觸發(fā)與之相連的可變程控制器的輸出端，同樣，實(shí)際啟動(dòng)plc上某輸入點(diǎn)，會(huì)對(duì)仿真加熱爐進(jìn)行相應(yīng)的功能控制。這些仿真設(shè)備可連接上實(shí)際的plc，學(xué)習(xí)者可根據(jù)不同的控制的對(duì)象，驗(yàn)證所編的控制程序。 3小結(jié) 傳統(tǒng)的工科實(shí)驗(yàn)需要統(tǒng)一安排時(shí)間組織學(xué)員們到現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，造成了時(shí)間、空間等的約束，這在遠(yuǎn)程教育模式下難以實(shí)現(xiàn)；為解決這一難題，本文從不同層次上探討了利用仿真技術(shù)開發(fā)機(jī)