食品類模具虛擬仿真實驗設置與實現

李茂廷

摘 要 模具素有“工業之母”的稱號，在成型生產中應用廣泛。食品類模具是具有特色的一類模具。結合學校重點專業-食品科學與工程，與之有非常好的銜接。由于食品類模具種類較多，除了模具實體外，設置食品類模具虛擬仿真對虛擬實驗、拆裝、結構設計起到非常好的補充作用。

關鍵詞 食品模具 虛擬仿真 實驗設置 實現

中圖分類號：G642文獻標識碼：A

教育部關于開展國家虛擬仿真實驗教學項目建設工作的通知（高教函（2018）5號）指出：寫好教育“奮進之筆”，深化信息技術與教育教學深度融合。虛擬仿真實驗室業已納入國家重點建設內容。建設有特色的的虛擬仿真實驗室迫在眉睫。

天津科技大學的食品模具虛擬仿真是在學院巧克力（食品類）模具開發與應用和材料成型及控制工程專業實驗室基礎上設置。已有20多年的歷史。該類模具產品在國內外小有名氣，開發該類產品積累了豐富的經驗。

設置思路與目標：虛擬仿真實驗教學是學生了解現場結構、系統構成，掌握生產過程實際運行操作的重要教學途徑和手段。虛擬仿真實驗設置就是依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術，構建高度仿真模具裝配與流動分析的虛擬實驗環境和實驗對象，讓學生在虛擬環境中開展實驗，達到教學大綱所要求的教學效果。在充分調研和征求專家意見的基礎上，把建設有特色的，與學校重點學科和專業相融合的食品類虛擬仿真實驗室，并圍繞重點做文章，力爭做出特色鮮明，實用性強，學生受益面大，對學院巧克力（食品類）模具開發與應用產學研結合有貢獻的實驗中心。

（1）學校的重點學科和專業-食品科學，食品科學與工程，作為其產品類的輔助類工裝，力求服務重點，突出特色。

（2）產學研的開發，通過模具虛擬仿真，可以輔助提高設計水平，縮短模具開發周期，實現一次成功率。

食品模具虛擬仿真實驗設置：依據現有的實驗平臺和基礎條件，整合學院和專業資源，計劃開設如下幾類實驗項目：

（1）《食品模具虛擬拆裝綜合實驗平臺》，主要功能：通過模具的虛擬拆裝，學生掌握模具結構，工作原理和連接關系，配合關系，觀看裝配效果，達到實體拆裝效果。

（2）《食品模具主要零件虛擬加工綜合實驗》平臺，主要功能：按照加工工藝路線，編制加工程序，實現零件的仿真加工，發現問題，及時修正。將加工程序輸入到實體加工。減少加工成本，提高加工效率。

（3）《食品模具成型模擬分析綜合實驗平臺》，主要功能：利用相關分析軟件，通過前處理，分析計算和后處理結果分析，通過加載，進行冷卻分析，保壓分析，流動分析等，觀察分析結果，查找注射成型工藝存在的問題，及時修正、反饋，通過模擬分析結果，指導食品模具的結構設計出現的問題。

（4）《食品模具虛擬仿真開放實驗平臺》，主要功能，結合學院食品類巧克力模具的產學研開發，提升專業教師與學生參與實際課題的能力，針對實際問題，搭建實驗平臺，設計實驗內容和項目，真正做到理論與實踐很好的融合。

實現：為保證虛擬實驗的順利進行，實驗室購置了儀器設備和實驗軟件，如MOldflow流動模擬軟件、Adams軟件等，同時還使用通用的UG、Pro/E多種加工仿真模塊來適應各種層次的實驗教學。

按照實驗教學要求，采用實驗室綜合管理平臺，合理配置實驗設備，合理分配設備情況，使得實驗場地和儀器設備得到了最大限度的利用。

在環境安全方面，奉行“安全第一”的原則，為學生做實驗提供了良好的環境，實現網絡的安全運行、管理和維護。實行安全目標責任制，并派有專門的實驗人員維修保養儀器，保障了實驗教學的運行與維護順利進行。 學院門戶網提供虛擬仿真實驗教學平臺鏈接等相關服務。實現資源共享。

建立虛擬仿真實驗室評價體系，通過科學評價，實現學生實驗的主動性和掌握軟件的技巧及熟練程度。

存在問題分析：食品類模具虛擬仿真實驗設置存在一些實際問題。

（1）實驗室條件的制約，由于需要較大的虛擬仿真場所，一般多近百平米左右，現在這樣的實驗室非常奇缺;

（2）虛擬仿真軟件和操作平臺相對比較昂貴，要滿足整班制甚至是四班制的實驗教學，需要大量資金支持，一般需幾十萬，往往很難為一個專業這樣投入;

（3）實驗教師對虛擬仿真實驗平臺的操縱能力有待加強。

解決途徑分析：與學校校辦產業塑料廠聯合，借助于該廠的廠房空間建立一定容量的虛擬仿真實驗中心，明確責任，共建共享;與業界一定影響力的巧克力模具聯合開發，共同申報購置實驗設備，將之做大做強的同時，也能夠有更多的資金來源補充;力爭通過教師的校內外培訓學習，提高業務水平和指導實驗工作的能力。

結語與展望：食品類模具虛擬仿真實驗設置，既是實體模具類實驗的有益補充，又有其獨特的實驗內容，解決了部分模具件拆裝的大量損耗，尤其對模具結構設計起到驗證和輔助設計的功能，也與學校重點學科、專業-食品科學與食品科學與工程很好銜接。

展望：2013年教育部印發的《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學示范中心建設工作的通知》，通知指出，虛擬仿真實驗教學是實驗教學示范中心的重要內容，堅持“科學規劃，共享資源，突出重點，提高效益，持續發展”的指導思想。為虛擬仿真實驗設置提供最好的政策保障，大力開展特色的食品類虛擬仿真實驗工作，前景光明。

參考文獻

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