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摘要本文介绍了计算机仿真技术的特点,并阐述了计算机仿真技术在《采掘机械》课程中应用的前景意义。
中图分类号:G420文献标识码:A
0 引言
《采掘机械》课程是我院高职高专矿山机电类专业和采煤专业必修的一门专业课,因其自身所具备的浓厚的矿业特色而备受关注。据2010年的矿山采掘设备市场调研报告指出,矿山采掘设备在我国的经济建设、科技进步和社会发展中占有了十分重要的地位和作用,属于国民经济的支柱行业。众所周知,我国的煤矿采掘设备已步入了其发展的高峰期。为适应这个行业的辉煌发展,急需我们培养出大批理论和技术过硬的新型的应用型人才。而传统的采掘机械课程教学手段是粉笔、黑板和满堂灌的教学模式,使学生学习起来感觉抽象、难懂、乏味,也没有兴趣,教学效果很不理想。再加之实验实训设备缺乏,使得学生的实际操作能力得不到锻炼而偏离矿山实际,因此我们一直在思考如何对该课程的教学进行改革。而计算机仿真技术的突飞猛进的发展给我们带来了曙光。
1 计算机仿真
1.1 计算机仿真简介
计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态性比较逼真的模仿。所以计算机仿真又称计算机模拟或计算机实验。
1.2 计算机仿真的特点及意义
(1)可以替代许多难以实施或无法实施的实验。计算机仿真是以计算机为实验环境,模拟实际系统的工作状况及工作环境进行的抽象仿真模型,如对装配关系的仿真模拟、对机构运动过程的模拟以及对设备工作过程中的振动和稳定性情况,和受到冲击载荷后的动态性能的模拟。所以计算机仿真适用性广,方便可靠。
(2)可以降低投资风险、节省研究和开发费用。借助于先进的计算机系统,人们在较短时间内就能得到仿真的结果,而且只要仿真的系统模型和仿真程序是科学合理的,那么计算机的运算结果一定准确无误。
(3)可以避免实际实验对生命、财产的危害。随着现代设备的日趋大型化、复杂化,操作工艺的日趋严格,自动化水平的日趋提高,传统的实验方式无论从设备的稳定性、还是操作人员的安全性方面都显得难以胜任。
(4)可以缩短实验时间、不受时空限制。一些大型的工程技术领域(如宇宙航行),由于其特殊性和不易操作,使得计算机仿真发挥了独特的作用,不仅形象直观,而且状态生动逼真。
2 在课程教学中引入计算机仿真
2.1 计算机仿真技术在煤矿虚拟仿真系统中的应用
煤矿生产企业是开采蕴藏在地下的煤炭资源的行业。煤矿工人在矿井下生产,终年不见阳光,连必需的新鲜空气都要靠地面输入,是公认的劳动强度最大、劳动条件最艰苦、安全性问题最大的行业之一。因此培养合格的煤矿管理人员和煤矿技术工人意义非常重大。煤矿采掘机械属于专用机械,其应用环境非常恶劣,结构原理相对复杂,操作和维护检修的要求也非常高。故而结合矿山行业的特点,利用计算机的虚拟仿真系统也应用而生,并实现了煤矿井下生产的数字化模拟。通过虚拟仿真技术,可将各种复杂的作业场景及机械设备,逼真地呈现在人们面前。并且通过计算机操作,可以随意进入任何一个工作面模拟生产操作,如同置身井下而没有任何的危险。
2.2 虚拟仿真系统在采掘机械课程教学中的应用
采掘机械课程的教学内容庞杂,包括采煤机械、液压支架和掘进机械。这些大型的特殊机械设备中都包含了大量复杂的机械结构、特点和工作原理。传统的教学方法是以教师的“教”为主导,忽视了学生的“学”,脱离了应用型人才培养的需求。故而合理恰当地运用多媒体教学并结合煤矿生产的虚拟仿真技术是现代化教学的必然趋势。
虚拟仿真系统采用先进的多媒体技术和数字化手段,全面地对课程的知识体系进行深入浅出的剖析。通过对文字、表格、图片、音频、视频、二三维动画的综合处理,将煤矿采掘设备的深奥结构和原理以及复杂的技术形象展示出来,从而创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的教学环境。使学生的课堂学习更加贴近生产实际,在教室里就能达到真实环境中的学习效果。这样大大激发了学生的学习兴趣,真正地改变传统教育的单调模式使快乐学习落到实处。同时也使教师的授课难度降低,更好地将理论教学与实践有机地结合起来,从而弥补了教学手段单一的不足,对教学效果的提高有着切切实实的帮助。
3 在实验实训教学中引入计算机仿真
3.1 仿真实验在采掘机械课程实验中的应用
采掘机械课程所需的实验设备都是大型设备,如采煤机、液压支架、掘进机等,即使有实物设备,也大都是淘汰的过时的产品。即使能做一些结构拆装实验,但毕竟与现在煤矿正在使用的设备差距很大,所以对新设备的操作维护检修等实验项目显得无能为力。比如采煤机的操作实验,过去的用于实验的设备一般是MLQ-80型采煤机,它的牵引部是锚链牵引液压调速,截割部是单电机纵向布置,有机头减速箱,而现代采煤机的流行趋势是多电机横向布置并省掉了机头减速箱,牵引部也改成无链牵引交流变频调速,变化非常大。所以对应的操作顺序及注意事项也有了很大的差别。
当然,为了紧跟时代去购买现代的采掘机械实验设备不是不可以,然而动则上千万上百万的价格,似乎不切实际,一般院校很难接受,所以仿真实验就成为了节省投资的优秀的实验平台。而且仿真实验是近几年开发,选取的设备也是较先进,具有代表性的设备。通过仿真实验,可以将设备的组成、工作原理、结构特点等内容以生动形象的动画和视频展现出来,特别是可以多视角、多角度地表现相关知识内容。针对小型仪器、仪表的结构及工作原理,通过仿真实验可以使学生清晰、完整地看到其内部结构,只要简单地操作鼠标即可以观察各个部件的结构特点,这样不但节约了实验的成本,还大大提高了实验的效果。
3.2 仿真操作在采掘机械课程实训中的应用
煤矿采掘设备由于它所处的工作环境十分恶劣,空气潮湿、空间狭窄、易受到打击、砸压,并可能在有易燃易爆的环境中工作。因此煤矿井下出现事故和伤亡的比例较大。因此对将来要进入煤矿企业工作的学生,进行必要的安全操作技能、故障分析与排除的实际操作训练,显得尤为重要。
基于这一点,过去的模式是学生去到企业进行相关专业岗位的操作实训。但由于企业出于效益和安全的考虑、还有学生自身的安全性问题以及实训所消耗的费用等诸多因素,使得“校企合作”的校外顶岗实训越来越难以开展或流于形式,学生得不到真正的操作训练,实践技能降低。面对行业的高速发展和竞争的日益激烈,缺乏实践技能的学生不但就业的压力增加,而且在以后的生存和发展中也会面临困境。而对于我们这样的高职院校也就脱离了最初的人才培养目标。
仿真实训的引入,完全模拟井下生产环境,真实地还原了井下的生产过程。而且针对不同的工种,添加不同的作业规程。通过仿真训练,模拟操作整个作业过程,更具有针对性和实效性。这是一般实训根本无法达到的。它还可以将系统性的理论知识和操作技能实训进行有效结合,使学生的理论水平和实践操作技能都得到不断的巩固和提升。
更加难能可贵的是煤矿仿真系统里大量矿难的介绍,采用逼真的效果进行模拟、分析、总结,令人触目惊心的同时可以吸取经验教训,对于增强学生的安全生产意识、规范操作,都有着深刻的意义,非常有利于规避日后的危险,使得实训的效果非常显著。
4 结束语
综上所述,不论在《采掘机械》的课程教学還是实验实训中引入计算机仿真是非常有意义的。希望我们能借此手段培养出更多合格优秀的适应煤矿第一线的应用型人才。
参考文献
[1]李峰,刘志毅.现代采掘机械 [M].北京:煤炭工业出版社,2007.
[2]李书臣,赵礼峰.仿真技术的现状及发展[J].自动化博览,2000.
[3]何江华.计算机仿真导论[M].科学出版社,2001.
[4]黄柯棣等.系统仿真技术[M].长沙:国防科技大学出版社,1998.
[5]李云峰.现代计算机仿真技术的研究与发展[J].计算技术与自动化,2002.
中图分类号:G420文献标识码:A
0 引言
《采掘机械》课程是我院高职高专矿山机电类专业和采煤专业必修的一门专业课,因其自身所具备的浓厚的矿业特色而备受关注。据2010年的矿山采掘设备市场调研报告指出,矿山采掘设备在我国的经济建设、科技进步和社会发展中占有了十分重要的地位和作用,属于国民经济的支柱行业。众所周知,我国的煤矿采掘设备已步入了其发展的高峰期。为适应这个行业的辉煌发展,急需我们培养出大批理论和技术过硬的新型的应用型人才。而传统的采掘机械课程教学手段是粉笔、黑板和满堂灌的教学模式,使学生学习起来感觉抽象、难懂、乏味,也没有兴趣,教学效果很不理想。再加之实验实训设备缺乏,使得学生的实际操作能力得不到锻炼而偏离矿山实际,因此我们一直在思考如何对该课程的教学进行改革。而计算机仿真技术的突飞猛进的发展给我们带来了曙光。
1 计算机仿真
1.1 计算机仿真简介
计算机仿真是应用电子计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态性比较逼真的模仿。所以计算机仿真又称计算机模拟或计算机实验。
1.2 计算机仿真的特点及意义
(1)可以替代许多难以实施或无法实施的实验。计算机仿真是以计算机为实验环境,模拟实际系统的工作状况及工作环境进行的抽象仿真模型,如对装配关系的仿真模拟、对机构运动过程的模拟以及对设备工作过程中的振动和稳定性情况,和受到冲击载荷后的动态性能的模拟。所以计算机仿真适用性广,方便可靠。
(2)可以降低投资风险、节省研究和开发费用。借助于先进的计算机系统,人们在较短时间内就能得到仿真的结果,而且只要仿真的系统模型和仿真程序是科学合理的,那么计算机的运算结果一定准确无误。
(3)可以避免实际实验对生命、财产的危害。随着现代设备的日趋大型化、复杂化,操作工艺的日趋严格,自动化水平的日趋提高,传统的实验方式无论从设备的稳定性、还是操作人员的安全性方面都显得难以胜任。
(4)可以缩短实验时间、不受时空限制。一些大型的工程技术领域(如宇宙航行),由于其特殊性和不易操作,使得计算机仿真发挥了独特的作用,不仅形象直观,而且状态生动逼真。
2 在课程教学中引入计算机仿真
2.1 计算机仿真技术在煤矿虚拟仿真系统中的应用
煤矿生产企业是开采蕴藏在地下的煤炭资源的行业。煤矿工人在矿井下生产,终年不见阳光,连必需的新鲜空气都要靠地面输入,是公认的劳动强度最大、劳动条件最艰苦、安全性问题最大的行业之一。因此培养合格的煤矿管理人员和煤矿技术工人意义非常重大。煤矿采掘机械属于专用机械,其应用环境非常恶劣,结构原理相对复杂,操作和维护检修的要求也非常高。故而结合矿山行业的特点,利用计算机的虚拟仿真系统也应用而生,并实现了煤矿井下生产的数字化模拟。通过虚拟仿真技术,可将各种复杂的作业场景及机械设备,逼真地呈现在人们面前。并且通过计算机操作,可以随意进入任何一个工作面模拟生产操作,如同置身井下而没有任何的危险。
2.2 虚拟仿真系统在采掘机械课程教学中的应用
采掘机械课程的教学内容庞杂,包括采煤机械、液压支架和掘进机械。这些大型的特殊机械设备中都包含了大量复杂的机械结构、特点和工作原理。传统的教学方法是以教师的“教”为主导,忽视了学生的“学”,脱离了应用型人才培养的需求。故而合理恰当地运用多媒体教学并结合煤矿生产的虚拟仿真技术是现代化教学的必然趋势。
虚拟仿真系统采用先进的多媒体技术和数字化手段,全面地对课程的知识体系进行深入浅出的剖析。通过对文字、表格、图片、音频、视频、二三维动画的综合处理,将煤矿采掘设备的深奥结构和原理以及复杂的技术形象展示出来,从而创造出一个图文并茂、有声有色、生动逼真的教学环境。使学生的课堂学习更加贴近生产实际,在教室里就能达到真实环境中的学习效果。这样大大激发了学生的学习兴趣,真正地改变传统教育的单调模式使快乐学习落到实处。同时也使教师的授课难度降低,更好地将理论教学与实践有机地结合起来,从而弥补了教学手段单一的不足,对教学效果的提高有着切切实实的帮助。
3 在实验实训教学中引入计算机仿真
3.1 仿真实验在采掘机械课程实验中的应用
采掘机械课程所需的实验设备都是大型设备,如采煤机、液压支架、掘进机等,即使有实物设备,也大都是淘汰的过时的产品。即使能做一些结构拆装实验,但毕竟与现在煤矿正在使用的设备差距很大,所以对新设备的操作维护检修等实验项目显得无能为力。比如采煤机的操作实验,过去的用于实验的设备一般是MLQ-80型采煤机,它的牵引部是锚链牵引液压调速,截割部是单电机纵向布置,有机头减速箱,而现代采煤机的流行趋势是多电机横向布置并省掉了机头减速箱,牵引部也改成无链牵引交流变频调速,变化非常大。所以对应的操作顺序及注意事项也有了很大的差别。
当然,为了紧跟时代去购买现代的采掘机械实验设备不是不可以,然而动则上千万上百万的价格,似乎不切实际,一般院校很难接受,所以仿真实验就成为了节省投资的优秀的实验平台。而且仿真实验是近几年开发,选取的设备也是较先进,具有代表性的设备。通过仿真实验,可以将设备的组成、工作原理、结构特点等内容以生动形象的动画和视频展现出来,特别是可以多视角、多角度地表现相关知识内容。针对小型仪器、仪表的结构及工作原理,通过仿真实验可以使学生清晰、完整地看到其内部结构,只要简单地操作鼠标即可以观察各个部件的结构特点,这样不但节约了实验的成本,还大大提高了实验的效果。
3.2 仿真操作在采掘机械课程实训中的应用
煤矿采掘设备由于它所处的工作环境十分恶劣,空气潮湿、空间狭窄、易受到打击、砸压,并可能在有易燃易爆的环境中工作。因此煤矿井下出现事故和伤亡的比例较大。因此对将来要进入煤矿企业工作的学生,进行必要的安全操作技能、故障分析与排除的实际操作训练,显得尤为重要。
基于这一点,过去的模式是学生去到企业进行相关专业岗位的操作实训。但由于企业出于效益和安全的考虑、还有学生自身的安全性问题以及实训所消耗的费用等诸多因素,使得“校企合作”的校外顶岗实训越来越难以开展或流于形式,学生得不到真正的操作训练,实践技能降低。面对行业的高速发展和竞争的日益激烈,缺乏实践技能的学生不但就业的压力增加,而且在以后的生存和发展中也会面临困境。而对于我们这样的高职院校也就脱离了最初的人才培养目标。
仿真实训的引入,完全模拟井下生产环境,真实地还原了井下的生产过程。而且针对不同的工种,添加不同的作业规程。通过仿真训练,模拟操作整个作业过程,更具有针对性和实效性。这是一般实训根本无法达到的。它还可以将系统性的理论知识和操作技能实训进行有效结合,使学生的理论水平和实践操作技能都得到不断的巩固和提升。
更加难能可贵的是煤矿仿真系统里大量矿难的介绍,采用逼真的效果进行模拟、分析、总结,令人触目惊心的同时可以吸取经验教训,对于增强学生的安全生产意识、规范操作,都有着深刻的意义,非常有利于规避日后的危险,使得实训的效果非常显著。
4 结束语
综上所述,不论在《采掘机械》的课程教学還是实验实训中引入计算机仿真是非常有意义的。希望我们能借此手段培养出更多合格优秀的适应煤矿第一线的应用型人才。
参考文献
[1]李峰,刘志毅.现代采掘机械 [M].北京:煤炭工业出版社,2007.
[2]李书臣,赵礼峰.仿真技术的现状及发展[J].自动化博览,2000.
[3]何江华.计算机仿真导论[M].科学出版社,2001.
[4]黄柯棣等.系统仿真技术[M].长沙:国防科技大学出版社,1998.
[5]李云峰.现代计算机仿真技术的研究与发展[J].计算技术与自动化,2002.