基于Fluid SIM的液壓傳動課程教學探討

王建波 劉祖強 汪 慧 王媛媛

(1.湖北水利水電職業技術學院 機電工程系，湖北 武漢 430070；2.華中農業大學 工學院，湖北 武漢 430070）

0 前言

液壓傳動是高職院校機電、數控、工程機械等專業的一門重要專業基礎課[1]。傳統的液壓傳動教學模式以教師為主導，采用灌輸式的教學，學生被動接受[2]；課程內容以流體力學基本理論、液壓元件結構原理、回路結構功能分析為主；教學手段以掛圖、PPT輔以實物為主，課堂教學理論分析過多，學生學習興趣不高，尤其在回路分析部分，學生學習更顯吃力。

伴隨課程教學改革，在液壓傳動課堂教學中引入仿真手段已成為一種趨勢。目前適應高職院校的仿真軟件主要以德國Festo公司和Paderborn大學聯合開發的FluidSIM為主[3]，以FluidSIM仿真為手段的課程教學展現出勃勃生機。

FluidSIM仿真軟件包括FluidSIM-H液壓傳動模塊和FluidSIM-P氣壓傳動模塊，本文以FluidSIM-H為例探討其在液壓傳動課程教學中的應用。

1 FluidSIM-H提供了豐富的教學內容

FluidSIM-H的“教學”菜單為課堂教學輔助提供了豐富的內容，如圖1，包括液壓元件的結構、功能、原理的描述，演示文稿和教學影片，其中，“液壓技術基礎”選項里面包含了流體基礎理論、元件、符號及回路原理分析等，如圖2。

圖1

圖2

這些內容的配置極大的方便了教師課堂教學的素材選取，教師在講解液壓基本元件部分內容時，改變了枯燥的說理、看掛圖的模式，而通過彩圖、實物圖、原理動畫、影片等生動的形式很容易地使學生做到明晰結構、通曉原理。

2 仿真過程及結果清晰直觀

FluidSIM-H軟件可以與CAD功能和仿真功能緊密聯系在一起。在繪圖過程中，FluidSIM-H軟件將檢查各元件之間連接是否可行。

因此，在液壓基本回路章節的教學中，對于每一基本回路都可以采用FluidSIM-H進行仿真。仿真時，軟件以暗紅色粗線和箭頭代表壓力油流向，并且可以借助測量元件（如壓力表、流量計）或設置液壓缸的屬性來顯示測量結果。

以“速度換接回路”的仿真為例。如圖3，該回路可以實現“快進-工進-快退-停止”這一工作循環。在構建回路時，可以設置元件屬性，如，令液壓缸顯示運動速度、節流閥顯示節流口開度等；還可以設置標簽（圖中1M）構建液壓缸與行程換向閥之間的動作聯系。回路構建完成后，進行仿真，其間可以隨時停止來觀察回路接通情況，直接讀出液壓缸運動速度，如圖4、5、6，圖中暗紅粗線代表壓力油。

圖3

圖4

圖5

圖6

通過這樣的仿真，學生可以清晰直觀地理解回路功能，記憶回路組成，大大提高學習興趣和效率。利用FluidSIM-H的仿真教學一改傳統教學模式中只對回路圖分析的呆板教法，令課堂教學生動直觀，學生的學習主動性得到極大的調動和發揮。

3 FluidSIM-H促使學生向自主學習轉變

《液壓傳動》課程為了使學生加深對液壓元件和基本回路理解，幾乎所有教材都在相關章節安排了一定數量的習題。對于高職院校的學生來說全部獨立完成是有難度的，而FluidSIM-H恰好可以快捷的構建回路，得出結果。這在很大程度上降低了課后作業的難度，方便學生從仿真過程和結論對題目進行分析、理順，進而理解消化。

4 FluidSIM-H改變傳統液壓傳動實驗模式

傳統的液壓傳動實驗主要以認識液壓元件、連接液壓基本回路為主。學生在實驗課前的知識準備上往往有所欠缺，對所實驗的回路還沒有完全理解。有了液壓仿真軟件的幫助，實驗課可以采取“仿真軟件構建回路——回路功能仿真——實驗室連接回路——運行驗證”的模式。這樣學生對實驗不會無從下手，也不會產生走過場的形式，讓實驗真正回歸它本來的目的。

另外，液壓傳動仿真在很大程度上解決了部分院校在實驗室硬件條件上匱乏的問題[4]。目前，液壓技術發展迅速，在大多機電設備和工程機械上面都有體現，學校不可能購置品種繁多的液壓元件，因此在計算機上進行的液壓傳動仿真也可以看做是一種實踐。

5 實施FluidSIM-H仿真的幾點探討

任何事物都是一分為二的，雖然FluidSIM-H仿真軟件在教學上有眾多優點，但仍有幾點不適應教學的方面。

一是，FluidSIM-H元件庫元件種類不足，如先導類的各種控制閥、順序閥，元件庫中不都包含。這樣在利用先導閥的回路構建中，利用FluidSIM-H仿真必然遇到麻煩。

更新版本的FluidSIM-H元件庫中控制閥種類增多，如4.2版本中給出了14種壓力控制閥，而3.6版本中僅為4種。

二是，FluidSIM-H元件圖形符號采用的是德國DIN標準，我國液壓元件圖形符號采用的是等效于ISO1219-1:1991的GB/T786.1-1993，這樣就造成了教學過程中學生對圖形符號的認識混淆，并且如上所述國標中的部分元件圖形符號在軟件的元件庫中找不到。令課堂教學效果打了折扣。

三是，對液壓回路進行仿真是一種輔助教學手段，在教學中容易出現只重仿真而不重結構原理的現象。在FluidSIM-H中進行仿真容易使學生忽視對回路進行積極主動的思考，不重視元件功能的分析，而只觀察結果，長期下去就會造成學生對軟件的過度依賴。因此，教師應該對軟件進行合理的使用，對軟件應用的學時加以控制。

綜上所述，FluidSIM-H在液壓傳動教學中有眾多優點，已經在高職院校的液壓傳動課程教學中產生了良好的影響，在教學過程中，我們將更深入地利用它來提高課堂教學效率，進而提高人才培養質量。

[1]容一鳴，陳傳艷.液壓傳動[M].北京：化學工業出版社，2009，8.

[2]閆嘉琪，沈曉斌.淺析液壓與氣動技術情景教學[J].天津職業院校聯合學報，2012，12（14）：71-73.

[3]姚佳.《液壓與氣動技術》課程教學中仿真軟件的選用 [J].科技信息，2010（30）：218.

[4]謝寶智，高松.Automation Studio在液壓與氣動課程項目教學中的應用[J].浙江交通職業技術學院學報，2012，13（3）：59-63.