液壓系統(tǒng)仿真技術教學大綱

PAGEPAGE9《液壓系統(tǒng)仿真技術》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱液壓系統(tǒng)仿真技術課程編號課程性質選修課課程類別專業(yè)課開課單位機械電子教研室授課學期第6學期學分/學時2/32課內學時32理論授課16上機學時16課內實踐0實驗學時0課外學時32適用專業(yè)機械電子工程是否雙語否先修課程液壓傳動技術、機電傳動與PLC后續(xù)課程電液控制技術、液壓系統(tǒng)故障診斷、畢業(yè)設計二、課程簡介《液壓系統(tǒng)仿真技術》是機械電子工程專業(yè)的專業(yè)選修課，為理論性和實踐性較強的一門課程。本課程主要講授液壓系統(tǒng)仿真的理論知識及其工程領域實踐應用，進行上機練習，培養(yǎng)學生掌握液壓系統(tǒng)仿真相關的基本理論、基本方法，具備構建中等復雜程度液壓系統(tǒng)仿真模型，并進行仿真分析和結果處理的能力，全面培養(yǎng)學生對液壓系統(tǒng)仿真相關知識的掌握、運用、分析問題、解決問題能力,使學生具備實踐能力、創(chuàng)新能力。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1（知識傳授）：1.了解液壓系統(tǒng)仿真技術的發(fā)展、所用主流軟件；記憶液壓系統(tǒng)仿真基本概念，強化領會液壓系統(tǒng)仿真相關流體傳動基礎知識；了解本課程所用的SimcenterAmesim（以下簡稱Amesim）軟件的特點；掌握Amesim軟件的基本操作方法，仿真模型的建模、子模型分配、參數(shù)設置、仿真執(zhí)行及結果處理等知識和技術。（1）了解液壓系統(tǒng)仿真技術的發(fā)展現(xiàn)狀、前沿，明確在工程領域的應用與前景。（2）記憶和掌握Amesim軟件的安裝、設置和基本操作規(guī)范，理解軟件所采用建模方法的原理、所關聯(lián)的液壓基礎知識。（3）掌握采用Amesim軟件進行液壓系統(tǒng)仿真分析的方法，掌握仿真模型的建模、子模型分配、參數(shù)設置、仿真執(zhí)行及結果處理等知識和技術。2.能在仿真軟件中構建和分析中等復雜的液壓系統(tǒng)，理解仿真模型和實際物理模型的關系，能夠進行仿真結果分析，進行系統(tǒng)的性能優(yōu)化和改進，為提升液壓系統(tǒng)設計和分析能力打下基礎。（高階性）3.能夠將液壓系統(tǒng)仿真的新技術融入到學習和訓練中，能夠為新的較復雜液壓系統(tǒng)或元件搭建合理的仿真模型并進行分析。（創(chuàng)新性）課程目標2（能力培養(yǎng)）：1.綜合運用學科交叉融合的知識正確理解液壓系統(tǒng)仿真技術的工程應用，開展液壓系統(tǒng)仿真案例探究活動，培養(yǎng)思維創(chuàng)新能力、團隊合作能力。（挑戰(zhàn)度）2.評價液壓系統(tǒng)仿真技術發(fā)展的歷史，緊跟前沿發(fā)展，基本理論與學科發(fā)展相融合，在基本理論的講授中擴充最新發(fā)展成果，拓寬專業(yè)視野，樹立求真創(chuàng)新、自主學習、終身學習和自主規(guī)劃專業(yè)發(fā)展的意識。（創(chuàng)新性）3.注重基礎理論及工程知識在仿真分析訓練中的應用，達到學有所用、學以致用的目的，提升邏輯思維、辯證思維、創(chuàng)新性思維。（高階性）4.將液壓系統(tǒng)仿真知識應用于液壓元件或系統(tǒng)設計的工程項目實踐，將經濟性、安全性、可靠性理念融入到項目中，增強以人為本的人文精神。（創(chuàng)新性）課程目標3（價值塑造）：1.解析液壓系統(tǒng)仿真過程的嚴謹之美、現(xiàn)代分析方法的便捷之美、介紹液壓領域科學家及工程師的學習和經歷，弘揚他們的創(chuàng)新精神和工匠精神，結合唐山的煤礦工業(yè)歷史等工業(yè)文明，深刻理解液壓系統(tǒng)仿真對設計技術提升的意義。2.在液壓系統(tǒng)仿真中融入愛國主義教育，激發(fā)求實精神，將校訓“誠信奮斗為人、嚴謹求真為學”與工程師職業(yè)素養(yǎng)有機融合，樹立正確的職業(yè)觀。3.在分組的上機訓練項目中培養(yǎng)學生積極探究的精神和團結協(xié)作意識。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1指標點1-4：綜合應用所學知識進行復雜工程問題解決方案的設計與改進。指標點5-2：能夠開發(fā)或應用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對機械電子工程領域復雜工程問題進行模擬與預測，并能夠理解其局限性。1-工程知識5-使用現(xiàn)代工具課程目標2指標點2-2：能夠將相關基礎理論和基本原理綜合應用于復雜工程問題的表述，對復雜工程問題的解決途徑進行分析、對比并試圖改進。指標點5-2：能夠開發(fā)或應用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，對機械電子工程領域復雜工程問題進行模擬與預測，并能夠理解其局限性。2-問題分析5-使用現(xiàn)代工具課程目標3指標點1-4：綜合應用所學知識進行復雜工程問題解決方案的設計與改進。指標點2-2：能夠將相關基礎理論和基本原理綜合應用于復雜工程問題的表述，對復雜工程問題的解決途徑進行分析、對比并試圖改進。1-工程知識2-問題分析四、課程基本教學內容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內容第一單元液壓系統(tǒng)仿真概述及Amesim介紹、機械系統(tǒng)仿真實例（學時數(shù)：8學時）1.課程主要內容（1）介紹仿真技術在液壓領域中的應用、當前流行的液壓仿真軟件。（2）介紹Amesim軟件的特點、所包括的功能。（3）介紹Amesim的工作空間，包括工作界面、4種工作模式、操作技巧。（4）通過搭建一個彈簧質量塊機械系統(tǒng)并仿真，進行操作技巧練習和仿真工作流程的初步了解。（5）以簡單的機械系統(tǒng)實例進行Amesim系統(tǒng)仿真的創(chuàng)建模型、分配子模型、設置參數(shù)、運行仿真、繪制曲線、輸出等流程的解析及相關設置學習。（6）以四分之一車實例，學習狀態(tài)計數(shù)功能、動態(tài)和穩(wěn)態(tài)運行、數(shù)據(jù)的保存和裝載、實驗視圖的使用等方法。2.重點和難點重點：液壓系統(tǒng)仿真的概念、Amesim軟件的特點、操作技巧、仿真模式、仿真基本流程，包括創(chuàng)建模型、分配首選子模型、設置參數(shù)、運行仿真、繪制曲線，及其中一些基本設置、動態(tài)和穩(wěn)態(tài)運行。難點：仿真環(huán)境的配置、子模型的概念理解、參數(shù)的理解和設置、從平衡位置仿真方法、動態(tài)和穩(wěn)態(tài)運行。3.教學方法（1）通過多媒體課件講授和軟件操作演示相結合，闡明本單元基本知識，豐富學生的基本知識結構，培養(yǎng)學生的知識和技能學習的能力；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的理解能力、分析綜合能力和思維創(chuàng)新能力；（3）通過課堂練習和成果提交，強化知識應用意識，發(fā)展學生的應用能力；4.學生學習預期成果學生在學完本單元課程后應對液壓系統(tǒng)仿真技術的發(fā)展有初步的認知，記憶和掌握液壓系統(tǒng)仿真的基本概念、軟件的操作技巧，能夠正確配置液壓系統(tǒng)仿真軟件的系統(tǒng)環(huán)境，能夠理解本單元所介紹的軟件工作流程，能夠運用本單元所介紹的基本操作完成簡單機械系統(tǒng)的建模及仿真的流程。5.支撐課程目標（1）講授液壓系統(tǒng)仿真相關基本知識、發(fā)展及各軟件特點、Amesim軟件環(huán)境配置方法，介紹軟件的基本操作及工作模式、分析流程。（知識傳授）（2）以簡單機械系統(tǒng)案例為主線，探究和熟悉液壓系統(tǒng)仿真的流程和基本操作方法，培養(yǎng)學生思維創(chuàng)新能力。（能力培養(yǎng)）（3）通過介紹液壓系統(tǒng)仿真技術的發(fā)展、在各領域的應用、相關人才的需求情況，以及科研人員的研究過程，激發(fā)學生的興趣驅動學習的意識以及創(chuàng)新意識；通過介紹液壓仿真軟件所采用的建模邏輯及流程，使學生領會仿真軟件的流程嚴謹之美和操作便捷之美，培養(yǎng)學生追求完美的工匠精神。（價值塑造）第二單元液壓系統(tǒng)及元件建模仿真方法（學時數(shù)：16學時）1.課程主要內容（1）液壓庫的使用。（2）泵-馬達液壓系統(tǒng)仿真，復雜流體屬性和復雜管道模型的使用、閥的工作循環(huán)的設置。（3）流體屬性和管道模型的詳細解析。（4）液壓缸的位置控制系統(tǒng)仿真實例。（5）批運行方法。（6）超級元件工具。（7）結果管理。（8）線性分析方法：特征值、頻率響應分析、根軌跡分析及實例練習。（9）進行液壓系統(tǒng)簡單設計分析訓練：液壓缸阻尼器系統(tǒng)。（10）HCD庫的使用，液壓缸、減壓閥、三位三通方向控制閥建模練習，HCD庫建模常用規(guī)則（11）Amesim與Matlab/Simlink聯(lián)合仿真介紹2.重點和難點重點：流體屬性的設置、管道模型選擇、工作循環(huán)及閉環(huán)控制、批運行、結果管理方法、線性分析中的頻率響應和根軌跡分析，HCD庫的使用方法及常用規(guī)則。難點：流體屬性的影響、管道模型、線性分析方法、采用HCD庫進行液壓元件建模方法。3.教學方法（1）通過多媒體課件講授和實例仿真過程演示相結合，闡明本單元基本知識，豐富學生的基本知識結構，培養(yǎng)學生的知識和技能學習的能力；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的理解能力、分析綜合能力和思維創(chuàng)新能力；（3）通過課堂上的操作練習和案例練習、仿真案例任務完成和成果提交，強化知識應用意識，發(fā)展學生的應用能力；（4）通過小組合作完成知識學習、完成小組項目任務，發(fā)展學生的合作能力；（5）通過發(fā)布課中和課后練習或測試，及時反應學生學習情況，鞏固學生對知識的理解、提升學生的液壓系統(tǒng)仿真分析水平。4.學生學習預期成果學生在學完本單元課程后應對應用Amesim軟件中的液壓庫、液壓組件庫、機械庫、信號庫中的元件進行液壓系統(tǒng)和元件的建模和仿真的技術有全面的認知和理解，能夠合理運用Amesim仿真軟件進行液壓系統(tǒng)仿真模型的建立和仿真，能夠進行結果分析，并能根據(jù)分析結果進行模型結構的改進或參數(shù)的優(yōu)化。5.支撐課程目標（1）講授液壓庫的使用、液壓組件庫（HCD）的使用、流體屬性、管道模型、批運行、線性分析、結果管理、超級元件的創(chuàng)建及使用、聯(lián)合仿真。（知識傳授）（2）以各個知識單元的案例為主線，探究各部分知識應用和軟件操作方法，并能夠舉一反三，培養(yǎng)學生的現(xiàn)代工具使用能力和思維創(chuàng)新能力。（能力培養(yǎng)）（3）通過介紹流體力學、液壓氣動及液壓系統(tǒng)仿真分析領域卓越的科學家、工程師的經歷、成果，進一步培養(yǎng)學生追求卓業(yè)的工匠精神及創(chuàng)新意識；通過國內液壓領域仿真成果和應用的介紹，激發(fā)學生的愛國精神和民族自豪感，樹立學生積極進取的精神；通過對新興研究的了解、綠色發(fā)展理念的融入，鼓勵學生關心時事、關注社會的精神。（價值塑造）第三單元液壓系統(tǒng)及元件仿真實例（學時數(shù)：8學時）1.課程主要內容（1）液壓系統(tǒng)計算機仿真案例1)液壓千斤頂?shù)腁mesim仿真；2)高低壓雙泵供油快速運動回路的Amesim仿真；3）位置控制系統(tǒng)Amesim仿真；4）蓄能器系統(tǒng)Amesim仿真；5）壓力繼電器系統(tǒng)Amesim仿真。（2）液壓元件計算機仿真案例1）節(jié)流閥和調速閥模型Amesim仿真；2）溢流閥的Amesim仿真；3）三位四通閥的Amesim仿真；4）插裝閥的Amesim仿真。（3）分組液壓仿真項目任務分組自選液壓系統(tǒng)、液壓元件進行仿真，并對結果進行分析。2.重點和難點重點：常見液壓回路的仿真、流量控制閥、壓力控制閥、方向控制閥的HCD模型建立及仿真、比例伺服系統(tǒng)仿真的信號反饋及控制設置。難點：含壓力繼電器系統(tǒng)仿真、液壓系統(tǒng)仿真參數(shù)合理設置及分析、液壓元件模型建立及參數(shù)合理設置。3.教學方法（1）通過軟件上的仿真案例講解，闡明本單元基本知識和方法，豐富學生的知識結構，培養(yǎng)學生的知識和技能學習的能力；（2）通過案例分析，強調理論與實踐相結合，促進學生知識整合，培養(yǎng)學生的理解能力、分析綜合能力和思維創(chuàng)新能力；（3）通過課堂上進行案例練習，強化知識應用意識，發(fā)展學生的應用能力；（4）通過小組合作學習和完成液壓系統(tǒng)仿真分析項目任務，發(fā)展學生的合作能力、團結精神，提升學生的知識運用能力和實踐動手能力；（5）通過課中練習情況了解記錄，及時反應學生學習情況，鞏固學生對知識的理解、提升學生的液壓仿真分析水平。4.學生學習預期成果學生在學完本單元課程后應對采用Amesim軟件進行液壓系統(tǒng)仿真的方法、模型創(chuàng)建、子模型選擇、參數(shù)設置、仿真運行相關設置、結果后處理方法都達到熟練的水平，建立液壓系統(tǒng)仿真分析思維、對液壓系統(tǒng)仿真分析技術有比較深入的認知，能夠運用文獻及網(wǎng)絡技術資源，綜合運用本課所學知識，進行較復雜液壓系統(tǒng)的仿真分析和優(yōu)化。5.支撐課程目標（1）講授常見液壓元件和系統(tǒng)分析案例，更多的模型建立方法和分析方法的使用。（知識傳授）（2）以多個液壓系統(tǒng)和元件的仿真案例為主線，探究仿真的模型創(chuàng)建和參數(shù)設置方法，培養(yǎng)學生分析問題的能力和思維創(chuàng)新能力，鼓勵學生發(fā)現(xiàn)更多分析方法和技巧，培養(yǎng)學生的自主學習能力，培養(yǎng)學生的實際動手能力和知識拓展能力。（能力培養(yǎng)）（3）通過介紹液壓系統(tǒng)仿真領域卓越的工程師和企業(yè)家的經歷，進一步培養(yǎng)學生追求卓越的工匠精神及創(chuàng)新意識；通過前沿研究的文獻查閱和學習，激發(fā)學生樹立自主學習和終身學習的意識。通過小組合作的新仿真項目的確定和仿真過程的操作、結果分析，培養(yǎng)學生們探究精神和團結合作意識。（價值塑造）（二）課程基本教學內容對課程目標的支撐課程教學內容教學方法支撐的課程目標學時安排課內課外學時比例第一單元液壓系統(tǒng)仿真概述及Amesim介紹、機械系統(tǒng)仿真實例講授法、案例教學、課堂練習及成果提交等活動課程目標1、381：1第二單元液壓系統(tǒng)及元件建模仿真方法講授法、案例教學、專題研討、課堂練習及成提交、課堂測驗等活動課程目標1、2、3161：1第三單元液壓系統(tǒng)及元件仿真實例講授法、案例教學、分組項目任務、課堂練習及成提交等活動課程目標1、2、381：1合計32五、課程考核及對課程目標的支撐（一）課程考核課程成績構成（百分制）課程成績構成比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則平時成績80%作業(yè)（百分制）20本門課程4次仿真練習作業(yè)，主要考核第二單元內容，作業(yè)評分的具體標準：按作業(yè)正確率評分，截止期限之后提交，減20分。目標分值=0.2*作業(yè)平均成績階段測驗（百分制）20考核內容及評價細則完成液壓系統(tǒng)仿真部分學習后進行一次隨堂測驗，50分組限時，百分制，規(guī)定時間完成規(guī)定系統(tǒng)建模仿真并得到正確分析曲線得滿分目標分值=0.2*階段測驗成績課堂表現(xiàn)（10分制）10考核內容及評價細則：考核課堂互動、課上練習的表現(xiàn)，采集不少于4次成績，課堂表現(xiàn)按較差、一般、較好、優(yōu)秀，分別得4分、6分，8分，10分。無故缺勤者不得分，請假或遲到者最多得6分。目標分值=0.1*課堂表現(xiàn)平均成績分組項目任務（百分制）30考核內容及評價細則課下分組完成項目任務：完成1個較復雜系統(tǒng)、1個復合類型液壓元件的仿真分析，各組任務不同，每個成果模型滿分100分，正確30分，分析曲線正確30分，結果分析合理20分，創(chuàng)新性10分。目標分值=0.3*分組項目任務平均成績期末隨堂測驗成績20%知識40考核內容：考核2個簡單液壓系統(tǒng)及1個液壓元件仿真模型的建模、仿真及結果分析?？倳r間110分鐘考試題型：仿