FluidSIM軟件在《液壓與氣動技術》教學中的應用探討

王維英 陸新

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2101-5640-1096

摘? 要：《液壓與氣動技術》是高職院校機電類專業學生的必修課程。液氣壓元件一般結構復雜，比較抽象，學生反映學習有一定難度。為調動學生的積極性，幫助學生理解，提高實驗成功率，教學中采用FluidSIM軟件進行設計仿真，結合電氣控制實現相應動作。仿真回路動作更生動直觀，加深學生對回路的理解，學生經過仿真再實驗，教學效果提高，學習熱情提升。

關鍵詞：FluidSIM? 液壓與氣動技術? 設計仿真? 電氣控制

中圖分類號：TH137 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）03（c）-0229-04

Discussion on the Application of FluidSIM Software in the Teaching of "Hydraulic and Pneumatic Technology"

WANG Weiying? LU Xin

（Wuxi Vocational Institute of Arts and Technology， Yixing， Jiangsu Province， 214206 China）

Abstract： "Hydraulic and Pneumatic Technology" is a compulsory course for electromechanical students in higher vocational colleges. The hydraulic and pneumatic components are generally complex and abstract， and students report that learning is difficult. In order to improve students' enthusiasm， help students understand， and improve the success rate of experiments， FluidSIM software is used for design simulation in teaching， combined with electrical control to achieve corresponding actions. The action of the simulation circuit is more vivid and intuitive， which can deepen students' understanding of the circuit. After the simulation and re-experiment， the teaching effect and learning enthusiasm are improved.

Key Words：FluidSIM; Hydraulic and pneumatic technology; Design simulation; Electrical control

《液壓與氣動技術》是高職院校機電類專業必修的專業課，該課程特點是專業性強，相對獨立[1]。液壓與氣動元件一般結構較復雜，學生理解其工作原理有一定難度。教學環節中，需結合圖片、視頻、動畫等多種方式進行，以幫助學生理解記憶。但在實踐環節中，經常發現學生存在理解不徹底，回路搭建速度慢，正確率不高，運行錯誤等問題。為進一步提高學生實驗正確率，我們在教學中增加了FluidSIM仿真環節，經過幾年的實踐，發現學生對液氣壓元件和回路的認識加深，實驗結果也有了明顯的改善。

1? 軟件簡介

FluidSIM是由德國Festo公司和Padeborn大學聯合開發的液氣壓技術教學軟件，由液壓軟件FluidSIM-H和氣壓軟件FluidSIM-P組成。軟件的幾大功能包括：搭建液氣壓回路，結合電氣控制設計進行仿真，利用綜合演示等進行教學，對學生提高理解有著顯著作用。

軟件界面左側的元件庫，包含了上百種液氣壓和電子元器件，使用時只需用鼠標拖動至右側繪圖區域，雙擊元件更改其屬性結構即可，非常方便。仿真時點擊仿真按鈕，按下電氣按鈕，便可實時顯示回路動作，并可顯示相關參數，生動直觀，通俗易懂[2-3]，有效激發學生學習興趣。如圖1所示。

2? 軟件在課程教學中的應用

2.1 設計仿真回路，加深理解

搭建回路中，由于缺乏實踐，學生對于回路分析、實現功能及其步驟理解不深，往往不知從何下手，對此我們可以通過軟件進行仿真以加深理解。

以換向回路為例，通過課程學習，學生已基本掌握二位四通換向閥工作原理，但對回路整體工作狀態不甚了解。利用軟件進行演示，搭建回路如圖2所示，當1YA得電時，油液經二位四通換向閥左位到液壓缸左腔，活塞向右移動，1YA斷電時，換向閥處于右位工作，油液經換向閥右位到液壓缸右腔，活塞往左移動，回路搭建結束設置各個元件的相關參數。

電氣控制部分，運用FluidSIM軟件元件庫中的線圈、按鈕開關等設計，如圖3所示。

仿真時，點擊仿真按鈕運行，將鼠標點擊在開關按鈕S上，鼠標呈現手指按鈕點擊即可。設置液壓元件顯示壓力和流量值，圖4為換向回路仿真圖，由左側回路圖可以看出，深紅色線條代表高壓油路，淺色線條代表低壓油路，當前狀態下，液壓缸活塞往右移動，驗證理論分析，各個元件均顯示了當前參數值。右側為電氣控制狀態圖，仿真效果如圖5所示。

松開開關按鈕S，活塞返回，回路狀態如圖5所示。

通過回路的搭建和仿真，學生清晰地了解到了液壓回路的工作狀態，驗證了理論分析，加深對液壓系統工作原理的理解，對液壓實驗臺的實物搭建成竹在胸。軟件仿真結束，學生實操，在液氣壓實驗臺練習并驗證結果。通過對仿真和未仿真的兩個班級進行比較，經過仿真實驗的小組實物搭建過程更加流暢，思路更加清晰，實驗成功率更高。

2.2 制作仿真視頻，促進在線學習

目前，《液壓與氣動技術》課程被評為無錫市精品資源共享課程，在超星泛雅平臺運行，為拓展資源，課題組教師特地制作了任務5-2汽車起重機支腿的控制回路的設計與應用等仿真視頻如圖6，包含了回路設計，電氣控制設計和仿真部分，供學生在線觀看學習[4]。教師將視頻設置為任務點，學生觀看時間及次數在后臺均有統計，根據幾年的統計，仿真視頻播放次數較多，反映學生出學習軟件的積極性高。同時學生在實驗前經仿真驗證，有效提高學生完成實驗的自信，促進學生的學習。

2.3 軟件的多媒體教學應用

軟件設置了教學模塊，如圖7、圖8，包含液壓技術基礎、液氣壓元件工作原理、學習視頻等，學生可點擊打開學習其結構、工作原理和圖形符號等，操作簡單。教師在教學過程中，利用軟件進行輔助教學，大量圖片、動畫和教學視屏的引入，降低了學習難度，利于學生理解元器件的工作原理和結構，激發學生的學習興趣[5-6]。如在講解齒輪泵時，結合圖片講解其結構，再播放其工作視頻，學生很容易就理解其工作原理，記住結構，后期通過實物拆裝，學生反映學習有樂趣，效果優。

2.4 輔助畢業設計

利用仿真軟件和多媒體授課，學生學習效果改善明顯，近幾年期末考查中通過率較之前有了一定提高，同時為課程實訓和畢業設計環節給學生提供適當的參考。完成了“液壓缸設計”、“組合機床動力滑臺液壓系統設計與仿真”、“基于FluidSIM的氣壓回路設計與仿真”和“氣動機械手的設計與仿真”等液氣壓課題，對多個液氣壓系統進行設計仿真，學生反映難度適中又生動有趣，把液氣壓系統和電氣控制結合在一起，對大學階段學習進行了有效總結，提高學生對知識的綜合運用能力。這些課題形成了教學庫，為后續學生的學習提供了參考，見圖9。

3? 結語

按照傳統的教學方法，學生在實驗臺實驗時，往往思路不清晰，無從下手，對于所學知識不能活學活用。筆者通過多年的教學經驗，運用基于慕課的精品資源共享課程平臺進行《液壓與氣動技術》課程教學，靈活運用FluidSIM軟件進行輔助教學設計并演示，對學生學習起到了積極作用，總結其具有以下優點：

（1）FluidSIM軟件操作簡便好上手，液氣壓系統的仿真結果直觀明了，能驗證系統設計合理性、可行性，學生通過實踐，可加深對液氣壓系統的認識，對實物操作和完成相關實驗具有一定的參考性，學生實驗成功率提高，增加了課堂的師生互動。

（2）運用軟件教學功能，學生更易理解液氣壓元件的工作原理，在仿真中，運用不同設計方案進行設計，學生通過設計進行比對優化，有效培養學生的創造能力，提高教學效果。

（3）綜合運用軟件，學生可完成較復雜系統設計仿真，選擇相關課題作為畢業設計選題或大學生創新等課題，液氣壓系統設計結合電氣控制設計，有效提高了學生機電知識的綜合運用能力。

參考文獻

[1] 蔣立峰.基于FluidSIM的機械手夾持器設計及控制研究[D].成都：電子科技大學，2011.

[2] 童和平，張香紅.FluidSIM仿真軟件在《液壓與氣動技術》實踐教學中的應用[J].現代商貿工業，2019，40（8）：163-164.

[3] 張曉霞，柳堃.基于FluidSIM-H的組合機床動力滑臺液壓系統的設計與仿真[J].河南科技，2020，39（29）：30-32.

[4] 王維英，陸新.基于MOOC的《液壓與氣動技術》精品資源庫在課程教學中的應用研究[J].液壓氣動與密封，2020，40（1）：53-55.

[5] 白繼平，胡啟祥.基于FLUIDSIM的“液壓與氣動”課程教學模式改革實踐[J].南通航運職業技術學院學報，2018，17（1）：98-104.

[6] 王鵬.FluidSIM仿真軟件在高職教學中的應用及普及[J].現代制造技術與裝備，2020，56（9）：204-206.