食品类模具虚拟仿真实验设置与实现

李茂廷

摘 要 模具素有“工业之母”的称号，在成型生产中应用广泛。食品类模具是具有特色的一类模具。结合学校重点专业-食品科学与工程，与之有非常好的衔接。由于食品类模具种类较多，除了模具实体外，设置食品类模具虚拟仿真对虚拟实验、拆装、结构设计起到非常好的补充作用。

关键词 食品模具 虚拟仿真 实验设置 实现

中图分类号：G642文献标识码：A

教育部关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知（高教函（2018）5号）指出：写好教育“奋进之笔”，深化信息技术与教育教学深度融合。虚拟仿真实验室业已纳入国家重点建设内容。建設有特色的的虚拟仿真实验室迫在眉睫。

天津科技大学的食品模具虚拟仿真是在学院巧克力（食品类）模具开发与应用和材料成型及控制工程专业实验室基础上设置。已有20多年的历史。该类模具产品在国内外小有名气，开发该类产品积累了丰富的经验。

设置思路与目标：虚拟仿真实验教学是学生了解现场结构、系统构成，掌握生产过程实际运行操作的重要教学途径和手段。虚拟仿真实验设置就是依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真模具装配与流动分析的虚拟实验环境和实验对象，让学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。在充分调研和征求专家意见的基础上，把建设有特色的，与学校重点学科和专业相融合的食品类虚拟仿真实验室，并围绕重点做文章，力争做出特色鲜明，实用性强，学生受益面大，对学院巧克力（食品类）模具开发与应用产学研结合有贡献的实验中心。

（1）学校的重点学科和专业-食品科学，食品科学与工程，作为其产品类的辅助类工装，力求服务重点，突出特色。

（2）产学研的开发，通过模具虚拟仿真，可以辅助提高设计水平，缩短模具开发周期，实现一次成功率。

食品模具虚拟仿真实验设置：依据现有的实验平台和基础条件，整合学院和专业资源，计划开设如下几类实验项目：

（1）《食品模具虚拟拆装综合实验平台》，主要功能：通过模具的虚拟拆装，学生掌握模具结构，工作原理和连接关系，配合关系，观看装配效果，达到实体拆装效果。

（2）《食品模具主要零件虚拟加工综合实验》平台，主要功能：按照加工工艺路线，编制加工程序，实现零件的仿真加工，发现问题，及时修正。将加工程序输入到实体加工。减少加工成本，提高加工效率。

（3）《食品模具成型模拟分析综合实验平台》，主要功能：利用相关分析软件，通过前处理，分析计算和后处理结果分析，通过加载，进行冷却分析，保压分析，流动分析等，观察分析结果，查找注射成型工艺存在的问题，及时修正、反馈，通过模拟分析结果，指导食品模具的结构设计出现的问题。

（4）《食品模具虚拟仿真开放实验平台》，主要功能，结合学院食品类巧克力模具的产学研开发，提升专业教师与学生参与实际课题的能力，针对实际问题，搭建实验平台，设计实验内容和项目，真正做到理论与实践很好的融合。

实现：为保证虚拟实验的顺利进行，实验室购置了仪器设备和实验软件，如MOldflow流动模拟软件、Adams软件等，同时还使用通用的UG、Pro/E多种加工仿真模块来适应各种层次的实验教学。

按照实验教学要求，采用实验室综合管理平台，合理配置实验设备，合理分配设备情况，使得实验场地和仪器设备得到了最大限度的利用。

在环境安全方面，奉行“安全第一”的原则，为学生做实验提供了良好的环境，实现网络的安全运行、管理和维护。实行安全目标责任制，并派有专门的实验人员维修保养仪器，保障了实验教学的运行与维护顺利进行。 学院门户网提供虚拟仿真实验教学平台链接等相关服务。实现资源共享。

建立虚拟仿真实验室评价体系，通过科学评价，实现学生实验的主动性和掌握软件的技巧及熟练程度。

存在问题分析：食品类模具虚拟仿真实验设置存在一些实际问题。

（1）实验室条件的制约，由于需要较大的虚拟仿真场所，一般多近百平米左右，现在这样的实验室非常奇缺;

（2）虚拟仿真软件和操作平台相对比较昂贵，要满足整班制甚至是四班制的实验教学，需要大量资金支持，一般需几十万，往往很难为一个专业这样投入;

（3）实验教师对虚拟仿真实验平台的操纵能力有待加强。

解决途径分析：与学校校办产业塑料厂联合，借助于该厂的厂房空间建立一定容量的虚拟仿真实验中心，明确责任，共建共享;与业界一定影响力的巧克力模具联合开发，共同申报购置实验设备，将之做大做强的同时，也能够有更多的资金来源补充;力争通过教师的校内外培训学习，提高业务水平和指导实验工作的能力。

结语与展望：食品类模具虚拟仿真实验设置，既是实体模具类实验的有益补充，又有其独特的实验内容，解决了部分模具件拆装的大量损耗，尤其对模具结构设计起到验证和辅助设计的功能，也与学校重点学科、专业-食品科学与食品科学与工程很好衔接。

展望：2013年教育部印发的《关于开展国家级虚拟仿真实验教学示范中心建设工作的通知》，通知指出，虚拟仿真实验教学是实验教学示范中心的重要内容，坚持“科学规划，共享资源，突出重点，提高效益，持续发展”的指导思想。为虚拟仿真实验设置提供最好的政策保障，大力开展特色的食品类虚拟仿真实验工作，前景光明。

参考文献

[1] 孙澄宇，黄一如.同济大学虚拟仿真实验教学2.0建设[J].城市建筑，2015（28）.

[2] 岳耀宾，池荣虎，吴兵.虚拟仿真实验教学中心建设研究与实践[J].青岛科技大学学报（自然科学版），2017（S1）.