“中國制造2025”背景下“機械原理”課程改革與實踐

袁軍　仲文晶

摘要：在“中國制造2025”的強國目標下，“機械原理”課程面臨著與時俱進的挑戰。本文在“機械原理”課程中引入虛擬樣機這一先進技術，通過運用Adams軟件對課程中機構進行演示以及與機構系統的運動學和動力學分析等內容有機的結合，使靜止的機構圖形運動起來，提高學生的學習興趣，增強其對問題的深刻理解，為培養學生進行機構創新設計與分析的能力奠定基礎。

關鍵詞：中國制造2025；虛擬樣機；Adams；機械原理；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）28-0112-02

當前我國制造業正處于結構性轉型升級的關鍵時期，同時面臨著日益加劇的來自發達國家的“再工業化”戰略和其他新興經濟體的加快成為承接產業轉移新陣地這樣的“雙向擠壓”挑戰[1]。為此，2015年5月19日，國務院印發了《中國制造2025》規劃，旨在通過推動我國制造業由大到強的轉變，從而加快建設制造強國的中國夢。新形勢下，工業企業對機械類畢業生的創新能力、設計能力等綜合素質提出了更高的要求?！皺C械原理”作為機械類相關專業的基礎課程面對中國制造2025的強國目標，也迎來了與時俱進的挑戰[2]。

一、虛擬樣機技術與Adams軟件

虛擬樣機技術以多體系統運動學、動力學和控制理論為核心，借助計算機圖形技術、交互式用戶界面技術、集成技術等，從外觀、功能和空間關系上模擬真實產品，模擬在真實環境下系統的運動學和動力學特性，為物理樣機的設計和制造提供參數依據，是先進生產力的代表[3]。Adams是虛擬樣機技術的集大成者，是公認的優秀的機械運動學和動力學分析軟件，已被越來越多的機械工程人員應用。Adams軟件可以將機構的運動和動力分析結果以更加形象的動畫和直觀的圖表呈現出來，彌補復雜和抽象的機構運動及分析給學生學習帶來的困難。因此，如何將Adams軟件學習融入到“機械原理”課程教學中，改變傳統的教學模式，激發學生學習熱情，能增強教學實踐效果、培養學生的創新創造能力，是本課題組重點研究的問題[4，5]。為此，本課題組開展了以下工作。

二、教學實踐

（一）理論知識形象化

根據教學安排，機械原理課程安排在第四學年。這個階段學生們已經進行完理論力學、材料力學、機械制圖和計算機輔助設計內容的學習，有了一定的理論基礎和軟件操作能力，但這理論知識相對抽象，并且是靜態的、平面的，與實際的工程問題還有很大的差距。這個時候加入Adams軟件的學習，會給學生耳目一新的感覺。在講第二章機構的結構分析中，利用Adams對課程設計到的機構進行建模并演示機構的運動，讓平面的機構立體化，并運動起來，吸引學生的注意力，激發學生對軟件應用的興趣。在第三章平面機構的運動分析中，通過Adams軟件對機構進行運動分析，將分析結果與圖解法和解析法的結果進行對比驗證，并通過一些教學案例的演示解決實際工程問題，使學生切實體會到軟件應用的好處，并建立起自主學習的動力。

（二）理論、實踐教學融合

在典型機構的設計章節中，先將設計理論和設計方法進行講解，緊接著進行平面連桿機構、凸輪機構和齒輪機構的實驗設計。實驗課中，指導教師先講授Adams軟件基本操作，接著進行連桿機構（如圖1所示）、凸輪機構（如圖2所示）、齒輪機構（如圖3所示）建模與仿真分析的內容講解。實驗內容為典型的機構的建模，并進行運動學和動力學仿真分析，得到相關參數值，并以曲線圖和動畫的方式顯示仿真結果。實驗總共6課時，分三次課。在實驗過程中，先由教師講解并通過虛擬樣機進行機構的建立和仿真，對所涉及的機構問題給予直觀生動的演示。學生則利用課余時間，通過上機練習來熟悉和掌握軟件的操作。

每次相關內容講授完畢后，由學生自主完成實驗指導書提供的典型機構，同時開放機房，學生可利用課余時間學習。這樣理論和實踐緊密的結合到一起，讓學生們即刻體驗到軟件設計帶給他們的快樂。

（三）轉換自主學習模式

傳統的課程設計主要采用圖解法和解析法對機構進行綜合設計以及運動學和動力學分析。傳統設計分析方法，使得學生花費大量的時間和精力在繪圖和計算過程中，很難開發學生對機構設計的創新意識。為此，我們在“機械原理課程設計”指導書中加入Adams軟件的應用，并將設計的題目多樣化，且更貼近實際需要（如圖4所示）。設計中引導學生利用Adams軟件，發揮創新意識，對比多種設計方案，同學間討論、分析問題，對比結果，充分調到學生學習的積極性和自主性，從而體現學生主體、教師主導的教學思想。

三、結論

在“中國制造2025”制造業強國夢的背景下，本文在“機械原理”課程中引入虛擬樣機這一先進技術，通過運用Adams軟件對課程中機構進行演示以及與機構系統的運動學和動力學分析等內容有機的結合，使靜止的機構圖形運動起來，提高學生的學習興趣，增強對問題的深刻理解，為培養學生進行機構創新設計與分析的能力奠定基礎。

參考文獻：

[1]周濟.智能制造——“中國制造2025”的主攻方向[J].中國機械工程，2015，（17）.

[2]張雪雁，馮立艷.基于三維仿真和分析軟件的機械原理課程改革[J].教育教學論壇，2016，（04）.

[3]席俊杰.虛擬樣機技術的發展及應用[J].制造業自動化，2006，（11）.

[4]黃小龍.虛擬樣機技術在“機械原理課程設計”教學中的應用[J].中國電力教育，2013，（04）.

[5]朱玉.Pro/E和ADAMS在《機械原理課程設計》教學中的應用[J].江蘇教育學院學報（自然科版），2006，23（4）：112-114.

Abstract：Under the power target of "made in China 2025"，"mechanical principle course" facing the challenge of keeping the pace with The Times. Based on the principle of "mechanical" course to introduce the advanced technology，the virtual prototype using Adams software to demonstrate course organization and institution system of kinematics and dynamics analysis of the content such as organic combination，make static graphics movement of institutions，improve the students' interest in learning，enhance the deep understanding of the problem，the analysis of the mechanism innovative design was carried out to cultivate students with ability to lay the foundation.

Key words：made in China，2025；virtual prototype；Adams；mechanical principles；teaching reform