FluidSIM仿真软件在《液压与气动技术》实践教学中的应用

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　　摘要：根据高职院校机电技术类专业《液压与气动技术》的课程特点和德国Festo公司研发的FluidSIM软件功能，提出了利用FluidSIM 3.6仿真软件提高实践教学效果的方法。通过“双作用液压缸换向回路”例子将仿真教学应用到实践教学中，营造出“教学做”一体化的教学环境，使学生加深对液压元器件功能的理解，来达到激发学生的学习热情，从而提高教师的教学效果。
　　关键词：FluidSIM;液压与气动技术;实践教学
　　中图分类号：G4文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2019.08.082
　　1引言
　　《液壓与气动技术》是高职院校机电技术类专业的核心课程，该课程包括液压传动和气动传动两部分内容。由于液动元器件具有内部结构较为复杂、工作原理较为抽象等问题，传统的教学设备和教学手段很难使学生理解液动元器件的工作原理和结构特点，教师介绍这些液动元器件通常需要花费较多的学时且教学效果不佳，降低了学生对《液压与气动技术》课程的学习兴趣和思维能力。
　　德国Festo公司和Paderborn大学联合开发的FluidSIM是一款专门应用于液压与气动技术教学的软件，它由液压仿真（FluidSIM-H）和气动仿真（FluidSIM-P）两个部分组成，该软件不仅具有强大的仿真功能而且还自带丰富的学习资源库，在实践教学中加深学生对液压元器件功能的理解，激发学生学习热情和积极性，提高教师的教学效果。
　　2FluidSIM软件的特点
　　FluidSIM是《液压与气动技术》课程教学、回路仿真等多功能综合性软件，该软件具有FluidSIM-H（液动教学）和FluidSIM-P（气动教学）两种功能，分别可对液压回路和气动回路进行设计和仿真。该软件操作界面简洁，功能清晰，简单易懂，用户可以轻松自学设计和仿真。该软件主要包含三种功能模块：模拟仿真模块、绘图模块和综合演示模块，其中，该软件绘图功能模块中有上百种标准液压、气动及电气元器件，用户在设计和仿真过程中，只需将元件库里的标准元器件直接拖移到绘图区域，双击鼠标可对标准元器件进行参数设置。另外，该软件提供的液压、气动及电气标准件不仅备有文本说明、图形，而且配备了各标准元器件的动画演示，使得各标准元器件的工作原理和结构特点更加清晰明了。
　　FluidSIM 3.6软件系统元件库里提供的各种标准元器件，如图1所示。用户可根据实验内容选取所需元器件搭建液压与气动回路，从而对系统进行模拟仿真及测试。由于仿真参数和动作实时显示，充分调动了学生实践教学的积极性，切实做到教学做一体化教学，取得了极佳的教学效果。
　　3FluidSIM软件在实践教学中的应用
　　3.1液压回路的设计
　　在实践教学中，利用FluidSIM软件，既可以设计液压回路（如液压方向控制回路设计），也可以进行系统模拟仿真。在设计液压回路中，利用鼠标将FluidSIM软件元件库中的标准元器件拖移到绘图区域，鼠标左键点击连接点按住不放，将鼠标移动至另一连接点即可生成管路。
　　FluidSIM软件元件库中的标准元器件丰富且易识别，既方便教师实践教学，也加深学生对标准元器件的理解。如图2所示，采用三位四通电磁换向阀的换向回路，在回路设计中，采用O型中位机能的三位四通电磁换向阀来控制液压缸的换向。当YA1通电、YA2断电时，换向阀处于左位工作，液压缸左腔进油，右腔回油，从而实现活塞向右移动;当YA1断电、YA2通电时，换向阀处于右位工作，液压缸右腔进油，左腔回油，从而实现活塞向左移动;当YA1和YA2都断电时，换向阀处于中位工作，液压缸不进出油，活塞停止运动。
　　3.2电气控制回路设计
　　FluidSIM软件除了可以设计液压与气动回路，还可以对液压回路相配套的电气控制回路进行设计。采用电气控制回路设计的原因在于，电气控制回路可对液压回路进行自动控制，增强了用户对电气控制液压回路的理解，提升了用户在实际问题方面的应用。
　　FluidSIM软件元件库有着丰富的电气元件可供选择：各种开关按钮、电源、继电器线圈和传感器。利用这些电气元件，把各种电气元件连成一个电气控制系统，再通过电气元件和液动元件之间建立标签，就可以设计出与液压传动回路配合的电气控制回路。如图3为双作用液压缸换向电气控制回路。
　　3.3液压回路仿真
　　当液压回路和相配合的电气控制回路设计完成之后，可将FluidSIM软件切换到仿真模式，启动回路仿真功能。将鼠标放置在开关按钮SB1上，此时鼠标将会变为手指形状，点击即可运行。图4为双作用液压缸换向回路仿真图，液压回路仿真图中的高压油路为深红色线条，浅灰色线条代表低压油路，如图4（a）;红色线条表示电气控制回路接通线路的部分，如图4（c）。在液压回路仿真中，可提前设置各液动元器件的压力和流量为显示状态，仿真中可以随时查看各管路上某点压力和流量的大小，也还可以导出各元器件工作与时间关系的状态图，如图4（b）。
　　通过液压回路仿真，可以加深学生对液压回路工作原理的认识，也可以验证液压回路系统的正确性，进而将系统付诸实践。
　　3.4FluidSIM 软件多媒体教学应用
　　FluidSIM软件引入到液压与气动技术课程设计中，一方面让学生了解和掌握液压系统，帮助学生更好的理解该课程;另一方面借助计算机辅助教师去设计课程。该软件教学模块中具有丰富的液压技术基础、元器件的工作原理、综合性演示文稿等，如图5所示。教师在实践教学过程中，利用FluidSIM软件多媒体教学资源辅助教学，也可以辅助学生课后进一步学习液压与气动技术的理论知识，巩固课堂实践教学内容。多媒体教学影片的引入，既改善教师实践教学的效果，又利于学生对抽象概念的理解，提高学生的学习兴趣和创造力。 　　4结论
　　本文基于FluidSIM仿真软件，在《液压与气动技术》综合实训教学中，采用FluidSIM仿真软件可以有以下优势：
　　（1）利用FluidSIM仿真软件，可以使学生对所有液压与气动回路的工作状态有了更清楚的认识。学生可以在液压回路设计实验前，先对自己设计的回路进行模拟仿真，得出仿真数据，再根据仿真数据分析原因，使学生更加具体的认识液压与气动回路工作状态。
　　（2）利用FluidSIM仿真软件，学生对液压与气动元器件的工作原理更加容易理解。在仿真软件中，独立的液压或气压元件，根据要求设计不同的也与气动回路，通过对不同设计方案的比较与分析优化最佳方案，培养学生的分析和创造能力。
　　（3）使用多媒体技术和FluidSIM仿真软件相结合辅助《液压与气动技术》课程教学，使教学直观生动，教学内容易接受，提高教学效果。利用多媒体教学影片可以辅助教师的实践教学部分，也可以帮助学生更好的理解抽象原理和课后巩固，提高学生的学习兴趣和创造力。
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