本站小編為你精心準備了機械工程教育論文參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

一、虛擬儀器教學與傳統儀器教學的比較

各種物理量的測量是工程實踐中一個普遍的問題，傳統上解決的方法是針對某一種測試的要求購置一種儀器，儀器的功能由廠家定義，它一般是單一、固定的。近十幾年以來，隨著計算機技術的飛速發展，誕生了虛擬儀器這種新的測試技術。應用虛擬儀器技術使一臺普通的計算機成為一個功能完備的個人實驗室。面對工程實踐中可能遇到的各種物理量的測量與分析任務，不需要預先準備許許多多儀器，也不必現去訂購合用的設備，而是簡單地修改一下軟件，就得到一臺新的儀器。虛擬儀器技術的方便靈活和計算機技術的迅速普及，使物理量測量不再需要去請專業的測試技術人員來完成，每一個工程師和科學家都可以應用虛擬儀器技術完成自己遇到的測試任務，它是目前測試領域的一個技術熱點，也代表了未來儀器技術的發展方向。在機械工程專業中，傳統儀器教學主要是學習儀器的功能、原理、使用方法等。虛擬儀器教學重點則是儀器的“制作”，即在一定的編程環境下，指導學生自己用計算機軟件開發儀器。這樣更突出了學生在學習中的主體地位。由于虛擬儀器主要是利用計算機軟件來實現儀器的功能，所以儀器的內部結構對學生是透明的，學生能夠構造、修改和增加儀器的功能，更容易激發學生的學習興趣，培養學生的創造性思維和工程實踐能力。我們把虛擬儀器教學與機械工程測試技術教學有機地結合在一起。機械工程測試技術課程是高等學校機械類專業一門重要的專業課，主要講授機械工程領域各種常見物理量的測試與分析方法。基于虛擬儀器的機械工程測試技術教學，從整體上對傳統的教學模式進行了改革，課堂教學主要突出測試技術的基礎理論，刪減了某些目前工程中已經很少使用的傳統儀器的教學內容，增加了虛擬儀器的教學內容。使學生能夠了解典型的虛擬儀器結構，掌握虛擬儀器系統的構成以及其中各個環節的作用。虛擬儀器的軟件教學是虛擬儀器教學的主要部分。我們選擇美國NI公司的LabVIEW作為虛擬儀器教學平臺。LabVIEW是當前諸多虛擬儀器軟件開發平臺中最流行的一個。它采用圖形語言，編程界面非常形象直觀，使用圖標、連線來編寫程序，代替傳統編程語言的文本語句。它提供各種旋鈕、儀表盤、波形圖等控件，用于在計算機屏幕上創建虛擬儀器的軟面板，代替傳統儀器的硬面板。提供了經典的信號處理的幾乎全部功能模塊和大量常用的數學分析工具。

二、基于虛擬儀器的機械工程測試技術實驗教學

虛擬儀器的生命力就體現在使用者可以用軟件隨心所欲地構造出自己需要的儀器，實現豐富與靈活的功能。應用虛擬儀器進行工程測試，是測試技術發展的必然趨勢，也有益于學生與未來的工程實踐接軌。通過虛擬儀器教學環節，學生能夠用自己開發的虛擬儀器進行機械工程測試實驗，完成編寫軟件、連接硬件，進行實驗的全部過程。實驗內容包括國內高等院校目前開設比較普遍的各個機械工程測試實驗項目。

1.應變測試實驗。

在應變梁上按不同形式粘貼好電阻式應變片，用信號調理器完成組橋并供激勵電壓和進行信號的放大、濾波，用LabVIEW提供的ConvertStrainGaugeReading函數將各種組橋方式的應變電壓信號轉換成應變值，根據ConvertStrainGaugeReading函數輸出的應變值，描繪出各種形式應變梁的撓曲軸，計算出梁的最大撓度值，構成一臺高效的多功能數字式應變儀，通過實驗，學生可以掌握應變的測量方法和電橋特性。

2.頻率響應函數與數字濾波實驗。

頻率響應函數是描述測試系統動態特性的重要參數。LabVIEW的TransferFunction計算頻率響應函數并返回兩個參數，一個數組是頻率響應函數的模（FrequencyResponseMag），即被測系統的幅頻特性；另一個是頻率響應函數的幅角（FrequencyRe-sponsePhase），即被測系統的相頻特性。LabVIEW開發環境內有大量的數字濾波函數和數字濾波器開發工具。我們選擇比較有典型意義的巴特沃斯（Butterworth）和切比雪夫（Chebyshev）濾波器作為測試系統，并根據選頻要求分別將它們設置為低通、高通、帶通和帶阻型濾波器。通過實驗學生既掌握了頻率響應函數的測試方法，又了解了各種數字濾波器的頻率響應特性。該實驗內容也可以脫離硬件進行，大大降低了實驗成本。

3.位移測試實驗。

位移傳感器采用近年來發展起來的導電塑料電位計，學生根據傳感器的電阻分壓電路，推導出位移與信號電壓的關系式，編寫位移測試的程序。實驗中用游標卡尺測試位移傳感器的位移量，代替被測量實際值，作為測試裝置的輸入值，對位移傳感器進行靜態標定。計算系統線性度時，采用LabVIEW的LinearFit函數擬合直線，不需要編程時進行復雜的數學計算，就能取得高精度的結果。 

4.基于DataSocket的網絡化振動測試。

實驗中教師機產生一個頻率連續變化的正弦激勵信號，通過數據采集卡進行D/A轉換后輸出，經功率放大器送到激振器，使被測懸臂梁產生受迫振動。壓電晶體加速度傳感器拾取被測梁的振動信號。為了增加學生參與實驗的機會而不過多增加設備投資，這個實驗設計為基于計算機網絡的實驗，采用LabVIEW的DataSocket技術來實現的。實驗室計算機網絡是校園網的一部分，邏輯上是一種總線型結構，采用廣播網傳輸技術。實驗室中任何一臺計算機發出的消息都能被所有計算機接收到。這樣，當教師機運行振動測試服務器程序，采集被測對象加速度信號傳輸到計算機網絡以后，同學只要在自己的振動測試程序中準確填寫教師機的IP地址或網絡標識名，就可以像自己的機器采集數據一樣完成振動測試實驗。

三、虛擬儀器技術對其他學科教學的促進

經過這些實驗教學訓練，學生更好地掌握了機械工程測試的有關內容和虛擬儀器編程技術。在這個基礎上可以根據各種專業課程上學到的知識，自己選擇實驗內容，自行設計實驗方案，在LabVIEW環境中進行自己感興趣的實驗。這樣生動直觀地展示許多抽象概念的物理實質，使它們更易于理解，達到課堂講授很難得到的效果。由于學生要自己“做”實驗儀器，所以就必須透徹了解實驗原理，合理地設計實驗方案，真正參與到實驗過程當中。學生對這種實驗教學方式表現了極大的興趣，許多學生能夠用多種方法完成同一個實驗。還有些學生為了驗證專業課學的某些知識，除教師指定的實驗題目之外，還自己設計了一些實驗，在完成教師指定練習內容的基礎上有所創新和突破。因此，虛擬儀器技術促進了各學科教學質量的提高。

四、虛擬儀器技術對提高學生工程素質的作用

在LabVIEW平臺上進行機械工程測試技術教學，不僅能夠應用虛擬儀器作為實驗設備對理論教學進行驗證，而且能訓練學生應用虛擬儀器進行實際工程測試的能力。由于我們的實驗環境軟硬件完全是工業標準的產品，學生在實驗中開發的許多虛擬儀器完全可以直接應用到工程實踐中去。在虛擬儀器教學內容上，我們安排了大量工程實例。學生學了這門課程以后，就知道所學的知識將來如何應用。幾年來，我們還注意利用畢業設計這個最后的實踐性教學環節，綜合應用虛擬儀器技術和各學科知識，指導學生完成了基于LabVIEW的機器視覺系統、旋轉機械狀態監測與故障診斷、網絡化機械參數測試、現代液壓測試技術等課題，其中有些獲得大學生科技創新競賽獎。這些課題來源于生產實踐，可以在工業現場應用，學生工程素質得到極大地提高。

五、結論

這套教學改革方案在我校試行以來取得了明顯的效果。根據對教學改革以來第一屆畢業生跟蹤調查，學生中有15%目前在工作崗位上或在完成研究生課題時，主要應用虛擬儀器技術，得到用人單位和導師好評。我們的高等工程教育不再僅僅是讓學生掌握今天已有的科學技術，而是培養他們能夠在明天更好地去創造和發揮，它適應了知識經濟時代對于高素質創新人才的呼喚，是工程教育教學必然的發展方向。

作者：湯小嬌單位：唐山學院