遠程教育下機電專業(yè)的探索

1、遠程教育下機電專業(yè)的探索 1不同層次的虛擬實驗 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推動了現(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)實驗領(lǐng)域也越來越受到重視，尤其在非計算機的工科類教學(xué)過程中。利用it技術(shù)開發(fā)出運行于計算機內(nèi)部并能在網(wǎng)絡(luò)上傳輸、交互的虛擬實驗環(huán)境，是解決工科類部分實驗的新型方法，而且能達到高效價廉的目的，正好符合了遠程教育的特征要求，這為遠程教學(xué)機電實驗設(shè)計環(huán)節(jié)帶來了新的解決方案。具體的虛擬實驗要根據(jù)具體機電課程教學(xué)要求選擇不同的方案。根據(jù)上海電大多年的遠程教學(xué)探索，仿真實驗主要表現(xiàn)在以下幾種層次。最簡單的人機互動的模式是通過網(wǎng)頁展現(xiàn)實驗內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)實驗流程和要求完成操作，例如為“組合機床概

2、論”課程教學(xué)開發(fā)的“機床組裝”人機交互實驗，學(xué)習(xí)者通過點擊、移動某些機床部件，完成機床的組裝，如果順序出錯，將會報錯提示。虛擬仿真模式的實驗也可以通過遠程網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。通過網(wǎng)頁開發(fā)三維虛擬的實驗設(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)備動作可根據(jù)程序來運動，讓學(xué)習(xí)者對所采用的指令有一個直接的感官認識。根據(jù)實驗復(fù)雜程度，可以分為動作仿真實驗和現(xiàn)實場景仿真實驗，前者只要求實驗的動作觸發(fā)、運動到位等就可以了，例如下文中的可編程控制器工程仿真實驗，而后者則不僅包括了動作要求，還要求包含動力學(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)計過程中的有線元分析、碰撞模擬，虛擬樣機等，就包含了類似現(xiàn)實的完全模擬。純仿真的虛擬實驗不需要與實際設(shè)備相連，側(cè)重在一些動作或場景的完成上。而有些深度的仿真實驗需要虛實結(jié)合，即控制指令可通過網(wǎng)絡(luò)傳達到遠程實驗室，操作具體的設(shè)備和器材。 2遠程實驗設(shè)計案例 本文以機電實用技術(shù)專業(yè)中一些課程為例，來對遠程教學(xué)過程中虛擬實驗的開發(fā)進行說明，這些實驗已適用在我們的遠程教學(xué)中，并取得了良好的教學(xué)效果。 2.1動作虛擬實驗 “數(shù)控機床編程”課程的實踐環(huán)節(jié)比重極高，學(xué)習(xí)時如果能將一些基本指令直接在數(shù)控機床上運行，并觀察相應(yīng)動作，則這部分知識容易被牢牢掌握。但因設(shè)備昂貴、龐大等諸多原因，給遠程教學(xué)帶來極

4、大的難題。為了簡化問題，開發(fā)團隊考慮到指令學(xué)習(xí)時一般以動作為主要掌握對象，因此，采用三維虛擬設(shè)備開發(fā)了針對數(shù)控指令的相應(yīng)虛擬“數(shù)控機床”。例如，“g02”、“g03”均表示執(zhí)行銑刀的圓弧插補走刀過程，前者是順指針圓弧插補，后者則是逆時針圓弧插補，使用不同的指令后續(xù)程序設(shè)計則完全不一樣。為了更好說明問題，虛擬“數(shù)控機床”根據(jù)會根據(jù)不同程序來執(zhí)行相應(yīng)動作，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指令編程對比這樣，配上適當?shù)募庸幼餮菔緦嶒灒退悴荒芙佑|到實際的數(shù)控機床，學(xué)生們通過虛擬動作過程，也能

5、順利地掌握每條指令所代表的實際意義，教學(xué)效果明顯得到提高。 2.2工程虛擬實驗 某些課程的教學(xué)需要有控制對象，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。遠程教學(xué)中，創(chuàng)造一個虛擬的實驗環(huán)境來是我們亟待解決的問題。圖2是使用wincc為“plc編程”課程實驗開發(fā)的控制對象仿真混合攪拌加熱爐。仿真混合攪拌加熱爐具有實際加熱爐的控制特點，這些控制點與實際plc相連。當液位達到高位境界點時，會觸發(fā)與之相連的可變程控制器的輸出端，同樣，實際啟動plc上某輸入點，會對仿真加熱爐進行相應(yīng)的功能控制。這些仿真設(shè)備可連接上實際的plc，學(xué)習(xí)者可根據(jù)不同的控制的對象，驗證所編的控制程序。 3小結(jié) 傳統(tǒng)的工科實驗需要統(tǒng)一安排時間組織學(xué)員們到現(xiàn)場進行實驗，造成了時間、空間等的約束，這在遠程教育模式下難以實現(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