虛擬樣機(jī)技術(shù)在高職機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用

王瑞玲

吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院

虛擬樣機(jī)技術(shù)在高職機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用

王瑞玲

吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程是一門理論與實(shí)踐并重的課程，構(gòu)建適應(yīng)高職院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)需要及高職學(xué)生學(xué)習(xí)能力實(shí)際情況的教學(xué)模式是高職院校教學(xué)中亟需解決的課題。本文分析了高職院校機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)的現(xiàn)狀，提出了基于ADAMS/View軟件的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，將虛擬樣機(jī)技術(shù)引入到課程教學(xué)之中。課程設(shè)計(jì)以“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)模式為導(dǎo)向，以項(xiàng)目制作為載體，通過(guò)完成項(xiàng)目建模，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新精神，鍛煉了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的職業(yè)能力，在教學(xué)質(zhì)量和課堂效果上也得到了很大提高。

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；虛擬樣機(jī)；ADAMS/View

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是機(jī)械類專業(yè)的主要課程之一，本課程的教學(xué)任務(wù)主要是使學(xué)生掌握一般機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)和通用零件的結(jié)構(gòu)、組成、工作原理及性能特點(diǎn)，具有對(duì)機(jī)構(gòu)和零件進(jìn)行分析計(jì)算的能力和使用技術(shù)資料的能力；初步掌握機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件選用的方法，能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和實(shí)踐技能，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單機(jī)械和簡(jiǎn)單傳動(dòng)裝置及分析、解決一般工程問(wèn)題。

一、高職機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)現(xiàn)狀

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程體系主要包含兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是“工程力學(xué)”、“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”的理論教學(xué)，二是“機(jī)械原理”和“機(jī)械設(shè)計(jì)”的課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)。目前，理論教學(xué)手段以板書推證和多媒體演示教學(xué)為主。而高職學(xué)生理論基礎(chǔ)較為薄弱，樂(lè)于動(dòng)手、懶于動(dòng)腦，在面對(duì)內(nèi)容繁雜、理論晦澀的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，缺乏學(xué)習(xí)熱情，教學(xué)效果不佳。實(shí)踐教學(xué)方面主要是一級(jí)或二級(jí)圓柱齒輪減速器的二維設(shè)計(jì)，即對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，運(yùn)用力學(xué)知識(shí)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和受力分析，并完成裝配圖和零件圖的繪制。由于沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和力學(xué)基礎(chǔ)薄弱，學(xué)生易感覺(jué)枯燥乏味，以致機(jī)械的模仿甚至盲目的抄襲，難以構(gòu)建整體設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)分析一體化的系統(tǒng)工程意識(shí)。

為提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)符合時(shí)代發(fā)展需求的應(yīng)用型人才，在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中，在教學(xué)方法和手段、教學(xué)重點(diǎn)和設(shè)計(jì)成果的展現(xiàn)形式等方面亟需探索和改革。

二、虛擬樣機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬樣機(jī)是建立在計(jì)算機(jī)上的原型系統(tǒng)或子系統(tǒng)模型，它在一定程度上具有與物理樣機(jī)相當(dāng)?shù)墓δ苷鎸?shí)度。利用CAD建模技術(shù)，設(shè)計(jì)師可以在計(jì)算機(jī)上建立機(jī)械系統(tǒng)模型，伴之以三維可視化處理，模擬在真實(shí)環(huán)境下系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，并根據(jù)仿真結(jié)果精簡(jiǎn)和優(yōu)化系統(tǒng)，從而把虛擬技術(shù)與仿真方法相結(jié)合，為產(chǎn)品的研發(fā)提供了一個(gè)全新的設(shè)計(jì)方法。虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)從出現(xiàn)到現(xiàn)在，發(fā)展已相當(dāng)成熟，虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件系統(tǒng)在工程機(jī)械領(lǐng)域、汽車制造領(lǐng)域、航空航天領(lǐng)域、機(jī)械電子領(lǐng)域及醫(yī)療器械領(lǐng)域中已經(jīng)開(kāi)始廣泛使用，如ADAMS、ANSYS、Car-sim、SIMPACT等。將虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)引入課堂將大大豐富教學(xué)手段，推動(dòng)應(yīng)用型教學(xué)模式在高職教育的推廣。

三、虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)體系中的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程旨在培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的工程意識(shí)和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，將“教、學(xué)、做”一體化模式貫穿到整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)過(guò)程之中，對(duì)于提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣具有重要意義。

虛擬樣機(jī)軟件ADAMS，其在機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方面有強(qiáng)大的功能，特別適合引入到機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)運(yùn)用ADAMS/View模塊建立機(jī)構(gòu)模型并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析，將機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程體系中的理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代化手段解決實(shí)際工程問(wèn)題的意識(shí)和能力，以及提高現(xiàn)代化教學(xué)層次和效率，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的認(rèn)知和創(chuàng)新能力。

（一）虛擬樣機(jī)技術(shù)在理論教學(xué)中的應(yīng)用。虛擬樣機(jī)軟件具有三維建模及運(yùn)動(dòng)分析等功能，通過(guò)創(chuàng)建典型機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，可以動(dòng)態(tài)顯示方式使學(xué)生融入到“情景——學(xué)習(xí)”的工程設(shè)計(jì)狀態(tài)之中，而且其參數(shù)化實(shí)體建模可以實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，使課堂教學(xué)變得富于柔性且敏捷高效。將ADAMS/View模塊創(chuàng)建的常用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型融入傳統(tǒng)多媒體教學(xué)中，將極大豐富課堂教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。

（二）虛擬樣機(jī)技術(shù)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用。虛擬樣機(jī)技術(shù)為機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)提供了實(shí)踐平臺(tái)，提高了學(xué)生設(shè)計(jì)的主動(dòng)性。運(yùn)用ADAMS/View模塊可以快捷地創(chuàng)建參數(shù)化機(jī)構(gòu)模型，并對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析，結(jié)果以曲線和動(dòng)畫方式顯現(xiàn)，使課程設(shè)計(jì)中遇到的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等復(fù)雜問(wèn)題變得簡(jiǎn)單、生動(dòng)，極大地彌補(bǔ)了學(xué)生力學(xué)知識(shí)薄弱和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，將學(xué)習(xí)重點(diǎn)轉(zhuǎn)化為各種機(jī)械方案的對(duì)比分析和參數(shù)優(yōu)化上，提高了學(xué)生對(duì)整機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配設(shè)計(jì)能力。

（三）基于ADAMS/View的“教、學(xué)、做”一體化項(xiàng)目化教學(xué)。在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)組織上，以ADAMS/View為實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，本著“教、學(xué)、做”一體化的教學(xué)模式，遵循項(xiàng)目設(shè)計(jì)的典型化和趣味化的基本原則，設(shè)計(jì)涵蓋相關(guān)知識(shí)、能利用知識(shí)點(diǎn)解決實(shí)際問(wèn)題、操作簡(jiǎn)單且有一定趣味性的專題項(xiàng)目。按照項(xiàng)目的實(shí)施合理組織教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生運(yùn)用軟件平臺(tái)構(gòu)建機(jī)構(gòu)模型，達(dá)到項(xiàng)目設(shè)計(jì)與制作的方式來(lái)解決課堂問(wèn)題，有助于吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

以虛擬樣機(jī)技術(shù)為實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，通過(guò)項(xiàng)目化的教學(xué)設(shè)計(jì)，既豐富了課堂教學(xué)方式，又滿足了實(shí)踐教學(xué)的需要。

四、結(jié)論

以ADAMS/View系統(tǒng)為平臺(tái)的虛擬樣機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，將 CAD/ CAE/CAM 技術(shù)融入機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)中，使理論知識(shí)的學(xué)習(xí)最終落實(shí)到一個(gè)個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和制作中，教學(xué)方法由靜變動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)知識(shí)要點(diǎn)的理解。學(xué)生在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中，碰撞思維、收獲知識(shí)、分享快樂(lè)。不僅培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新精神，鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作的職業(yè)能力，在教學(xué)質(zhì)量和課堂效果上也得到了大幅提高。

[1]黃小龍,楊洋,劉相權(quán).“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革研究[J].教育教學(xué)論壇,2016.1.

王瑞玲，性別：女，出生年月：1983年2月，學(xué)歷：碩士研究生，籍貫：吉林敦化，研究方向：職業(yè)教育、汽車制造。

本論文作為吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題《虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用研究》結(jié)項(xiàng)使用。