計算機仿真在《采掘機械》課程中的應用探討

摘要本文介紹了計算機仿真技術的特點，并闡述了計算機仿真技術在《采掘機械》課程中應用的前景意義。

中圖分類號:G420文獻標識碼:A

0 引言

《采掘機械》課程是我院高職高專礦山機電類專業和采煤專業必修的一門專業課，因其自身所具備的濃厚的礦業特色而備受關注。據2010年的礦山采掘設備市場調研報告指出，礦山采掘設備在我國的經濟建設、科技進步和社會發展中占有了十分重要的地位和作用，屬于國民經濟的支柱行業。眾所周知，我國的煤礦采掘設備已步入了其發展的高峰期。為適應這個行業的輝煌發展，急需我們培養出大批理論和技術過硬的新型的應用型人才。而傳統的采掘機械課程教學手段是粉筆、黑板和滿堂灌的教學模式，使學生學習起來感覺抽象、難懂、乏味，也沒有興趣，教學效果很不理想。再加之實驗實訓設備缺乏，使得學生的實際操作能力得不到鍛煉而偏離礦山實際，因此我們一直在思考如何對該課程的教學進行改革。而計算機仿真技術的突飛猛進的發展給我們帶來了曙光。

1 計算機仿真

1.1 計算機仿真簡介

計算機仿真是應用電子計算機對系統的結構、功能和行為以及參與系統控制的人的思維過程和行為進行動態性比較逼真的模仿。所以計算機仿真又稱計算機模擬或計算機實驗。

1.2 計算機仿真的特點及意義

(1)可以替代許多難以實施或無法實施的實驗。計算機仿真是以計算機為實驗環境，模擬實際系統的工作狀況及工作環境進行的抽象仿真模型，如對裝配關系的仿真模擬、對機構運動過程的模擬以及對設備工作過程中的振動和穩定性情況，和受到沖擊載荷后的動態性能的模擬。所以計算機仿真適用性廣，方便可靠。

(2)可以降低投資風險、節省研究和開發費用。借助于先進的計算機系統，人們在較短時間內就能得到仿真的結果，而且只要仿真的系統模型和仿真程序是科學合理的，那么計算機的運算結果一定準確無誤。

(3)可以避免實際實驗對生命、財產的危害。隨著現代設備的日趨大型化、復雜化，操作工藝的日趨嚴格，自動化水平的日趨提高，傳統的實驗方式無論從設備的穩定性、還是操作人員的安全性方面都顯得難以勝任。

(4)可以縮短實驗時間、不受時空限制。一些大型的工程技術領域(如宇宙航行)，由于其特殊性和不易操作，使得計算機仿真發揮了獨特的作用，不僅形象直觀，而且狀態生動逼真。

2 在課程教學中引入計算機仿真

2.1 計算機仿真技術在煤礦虛擬仿真系統中的應用

煤礦生產企業是開采蘊藏在地下的煤炭資源的行業。煤礦工人在礦井下生產，終年不見陽光，連必需的新鮮空氣都要靠地面輸入，是公認的勞動強度最大、勞動條件最艱苦、安全性問題最大的行業之一。因此培養合格的煤礦管理人員和煤礦技術工人意義非常重大。煤礦采掘機械屬于專用機械，其應用環境非常惡劣，結構原理相對復雜，操作和維護檢修的要求也非常高。故而結合礦山行業的特點，利用計算機的虛擬仿真系統也應用而生，并實現了煤礦井下生產的數字化模擬。通過虛擬仿真技術，可將各種復雜的作業場景及機械設備，逼真地呈現在人們面前。并且通過計算機操作，可以隨意進入任何一個工作面模擬生產操作，如同置身井下而沒有任何的危險。

2.2 虛擬仿真系統在采掘機械課程教學中的應用

采掘機械課程的教學內容龐雜，包括采煤機械、液壓支架和掘進機械。這些大型的特殊機械設備中都包含了大量復雜的機械結構、特點和工作原理。傳統的教學方法是以教師的“教”為主導，忽視了學生的“學”，脫離了應用型人才培養的需求。故而合理恰當地運用多媒體教學并結合煤礦生產的虛擬仿真技術是現代化教學的必然趨勢。

虛擬仿真系統采用先進的多媒體技術和數字化手段，全面地對課程的知識體系進行深入淺出的剖析。通過對文字、表格、圖片、音頻、視頻、二三維動畫的綜合處理，將煤礦采掘設備的深奧結構和原理以及復雜的技術形象展示出來，從而創造出一個圖文并茂、有聲有色、生動逼真的教學環境。使學生的課堂學習更加貼近生產實際，在教室里就能達到真實環境中的學習效果。這樣大大激發了學生的學習興趣，真正地改變傳統教育的單調模式使快樂學習落到實處。同時也使教師的授課難度降低，更好地將理論教學與實踐有機地結合起來，從而彌補了教學手段單一的不足，對教學效果的提高有著切切實實的幫助。

3 在實驗實訓教學中引入計算機仿真

3.1 仿真實驗在采掘機械課程實驗中的應用

采掘機械課程所需的實驗設備都是大型設備，如采煤機、液壓支架、掘進機等，即使有實物設備，也大都是淘汰的過時的產品。即使能做一些結構拆裝實驗，但畢竟與現在煤礦正在使用的設備差距很大，所以對新設備的操作維護檢修等實驗項目顯得無能為力。比如采煤機的操作實驗，過去的用于實驗的設備一般是MLQ-80型采煤機，它的牽引部是錨鏈牽引液壓調速，截割部是單電機縱向布置，有機頭減速箱，而現代采煤機的流行趨勢是多電機橫向布置并省掉了機頭減速箱，牽引部也改成無鏈牽引交流變頻調速，變化非常大。所以對應的操作順序及注意事項也有了很大的差別。

當然，為了緊跟時代去購買現代的采掘機械實驗設備不是不可以，然而動則上千萬上百萬的價格，似乎不切實際，一般院校很難接受，所以仿真實驗就成為了節省投資的優秀的實驗平臺。而且仿真實驗是近幾年開發，選取的設備也是較先進，具有代表性的設備。通過仿真實驗，可以將設備的組成、工作原理、結構特點等內容以生動形象的動畫和視頻展現出來，特別是可以多視角、多角度地表現相關知識內容。針對小型儀器、儀表的結構及工作原理，通過仿真實驗可以使學生清晰、完整地看到其內部結構，只要簡單地操作鼠標即可以觀察各個部件的結構特點，這樣不但節約了實驗的成本，還大大提高了實驗的效果。

3.2 仿真操作在采掘機械課程實訓中的應用

煤礦采掘設備由于它所處的工作環境十分惡劣，空氣潮濕、空間狹窄、易受到打擊、砸壓，并可能在有易燃易爆的環境中工作。因此煤礦井下出現事故和傷亡的比例較大。因此對將來要進入煤礦企業工作的學生，進行必要的安全操作技能、故障分析與排除的實際操作訓練，顯得尤為重要。

基于這一點，過去的模式是學生去到企業進行相關專業崗位的操作實訓。但由于企業出于效益和安全的考慮、還有學生自身的安全性問題以及實訓所消耗的費用等諸多因素，使得“校企合作”的校外頂崗實訓越來越難以開展或流于形式，學生得不到真正的操作訓練，實踐技能降低。面對行業的高速發展和競爭的日益激烈，缺乏實踐技能的學生不但就業的壓力增加，而且在以后的生存和發展中也會面臨困境。而對于我們這樣的高職院校也就脫離了最初的人才培養目標。

仿真實訓的引入，完全模擬井下生產環境，真實地還原了井下的生產過程。而且針對不同的工種，添加不同的作業規程。通過仿真訓練，模擬操作整個作業過程，更具有針對性和實效性。這是一般實訓根本無法達到的。它還可以將系統性的理論知識和操作技能實訓進行有效結合，使學生的理論水平和實踐操作技能都得到不斷的鞏固和提升。

更加難能可貴的是煤礦仿真系統里大量礦難的介紹，采用逼真的效果進行模擬、分析、總結，令人觸目驚心的同時可以吸取經驗教訓，對于增強學生的安全生產意識、規范操作，都有著深刻的意義，非常有利于規避日后的危險，使得實訓的效果非常顯著。

4 結束語

綜上所述，不論在《采掘機械》的課程教學還是實驗實訓中引入計算機仿真是非常有意義的。希望我們能借此手段培養出更多合格優秀的適應煤礦第一線的應用型人才。

參考文獻

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