?丫嘲噸力馭?。模希删幋a：１０．３９６９１ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—００７９．２０１４．０２．０７４?。玻埃保茨甑冢财凇C械原理教學中虛擬樣機技術(shù)的應(yīng)用實踐　張偉　摘要：結(jié)合機械原理專業(yè)基礎(chǔ)課的托點，以培養(yǎng)學生綜合設(shè)計能力為主線，針對機械原理課程教學中教學形式進行改革探索。在　機械原理教學過程中引入虛擬樣機技術(shù)，在課堂教學、實踐教學以及實驗教學中應(yīng)用ＡＤＡＭｓ軟件進行輔助教學，提高教學的直觀性，　增強學生學習的積極性，培養(yǎng)學生的機構(gòu)綜合設(shè)計能力?！￡P(guān)鍵詞：機械原理；虛擬樣機技術(shù)；ＡＤＡＭＳ；綜合能力　作者簡介：張偉（１９７７一），男，安徽亳州人，湖北汽車工業(yè)學院機械工程學院，講師。（湖北十堰４４２００２）　中圖分類號：Ｇ６４２．０　文獻標識碼：Ａ　文章編號：１００７—００７９（２０１４）０２—０１５２—０２　機械原理是高校工科機械類專業(yè)的重要基礎(chǔ)專業(yè)課，是基　礎(chǔ)課與專業(yè)課之間重要的銜接課程，其理論學習與工程實踐的　聯(lián)系較為緊密?！　C械原理課程涉及到對一系列先修課程的應(yīng)　用貫通，在機械原理的教學過程中要逐步使學生能夠建立從工　實驗教學任務(wù)中，主要是學生建立機構(gòu)的認識、了解典型　機構(gòu)運動特性以及機構(gòu)動力學的基本計算機分析。由于受到實　驗條件，大部分實驗教學中，不能實現(xiàn)學生對機構(gòu)進行動　手拆裝分析，減少了學生對機構(gòu)理論分析與工程應(yīng)用中機構(gòu)分　析的認識?！〕虘?yīng)用的角度來理解和應(yīng)用所學理論知識，培養(yǎng)學生從機構(gòu)和　機器的設(shè)計理論學習提升到分析和解決工程實際問題的能力?！∷?，為滿足復合型工程應(yīng)用人才的培養(yǎng)需要，傳統(tǒng)的以理論　分析為主線的機械原理教學體系需要進行有意的改革探索，改　善機械原理課程各教學環(huán)節(jié)，有效地調(diào)動學生學習積極性和主　動性?！∫坏谌n程設(shè)計環(huán)節(jié)思路有待改進。一是設(shè)計題目單一，　主要是學生安裝題目要求一步步完成典型機構(gòu)組合的設(shè)計；二　是設(shè)計方法主要是以圖解法以及解析法為主，設(shè)計過程工作量　大，不但不能較好地訓練學生的設(shè)計能力，反而變?yōu)榉敝氐挠嫛∷懔?。課程設(shè)計是對整個機械原理教學的總結(jié)和升華，應(yīng)該讓　、教學現(xiàn)狀分析　學生通過具體的機構(gòu)綜合設(shè)計來提高對理論的認識和理解，提　高訓練學生工程實踐能力?！【C上所述，對于機械原理的教學，應(yīng)該整體上把握綜合理　論教學與綜合設(shè)計。讓學生能理論學習與實踐緊密結(jié)合一起，　直觀有效地實現(xiàn)對機構(gòu)的運動學、動力學分析以及機構(gòu)綜合性　機械原理是綜合研究機構(gòu)運動及其整體設(shè)計的基礎(chǔ)課，涉　及到基本理論的學習和初步工程實踐的訓練。在課堂理論教學　過程中涉及到較多的理論分析，以及機械運動方案的設(shè)計實現(xiàn)　問題。機械原理課程需要對先修課程較好地掌握，例如數(shù)學、　理論力學、物理學以及機械制圖等，在這些基礎(chǔ)上，掌握機構(gòu)的　基本概念、運動分析、動力學分析以及典型機構(gòu)的功能分析。機　械原理實踐教學中，通過實驗和課程設(shè)計的實踐環(huán)節(jié)，增加學　生對理論的理解和提高工程設(shè)計實踐能力，最后需要完成復雜　能的分析是目前機械原理教學中的主要問題?！《⑻摂M樣機技術(shù)　隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字模型即虛擬樣機（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ）　技術(shù)迅速發(fā)展，并逐步形成一項應(yīng)用廣泛的計算機　功能機構(gòu)的綜合設(shè)計。在機械原理教學及實踐中，復合型人才　的培養(yǎng)對機械原理課程體系提出了新的挑戰(zhàn)，因此，機械原理　的課程體系理論教學以及實踐教學在教學方法、形式等方面的　改革勢在必行。目前的主要問題有：　輔助工程（ＣＡＥ）技術(shù)。虛擬樣機通過計算機技術(shù)實現(xiàn)對實物　的數(shù)字化處理，實現(xiàn)對實際物理模型的數(shù)字化建模，建立對應(yīng)　的虛擬樣機，并對其進行分析。虛擬樣機技術(shù)能夠快速便捷地　實現(xiàn)機械原理教學中對機構(gòu)運動學和動力學的分析，并能快速　實現(xiàn)機構(gòu)綜合設(shè)計。采用虛擬樣機技術(shù)，可以在計算機上快速　建立機械系統(tǒng)的可視化模型，仿真現(xiàn)實環(huán)境下機械系統(tǒng)的運動　學和動力學特性，并根據(jù)仿真分析結(jié)果對整個機械系統(tǒng)進行優(yōu)　化改進，獲得最優(yōu)設(shè)計方案?！∧壳?，較為成熟的商用虛擬樣機相關(guān)技術(shù)軟件主要有美國?。停樱霉镜能浖a(chǎn)品ＡＤＡＭＳ，以及ＡＮＳＹＳ公司的ＲｅｅｕｒＤｙｎ，其　第一，課堂理論教學講解為主，其中理論分析占用了大量時　間，學生往往難以跟上進度，導致對課堂教學的興趣越來越５，－ｏ　機械原理課程中主要是對機構(gòu)的研究分析，對于初學者來　說機構(gòu)基本概念、原理的很多描述過于抽象化和理論化，并且　學生由于缺乏實踐經(jīng)驗學生對機構(gòu)的分析綜合設(shè)計的實踐性要　求與先修課程不能很好銜接，從而導致教學效果較差?！〉诙瑢嶒瀯邮帜芰^低。一般實驗中，以老師的講解、示　范為主，較難開展學生自主設(shè)計的實驗，學生的積極性不高?！。保担病≈幸裕粒模粒停討?yīng)用較為廣泛。該類軟件可以對虛擬機械系統(tǒng)進行　靜力學、運動學和動力學分析，并且方便快捷地可視化輸出位　總第２９７期　移、速度、加速度和反作用力曲線等。隨著虛擬樣機技術(shù)在機械　工程領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，ＡＤＡＭＳ已成功應(yīng)用于航空航天、汽車　工程、鐵路車輛、工業(yè)機械、工程機械等領(lǐng)域?！?yīng)用ＡＤＡＭＳ進行創(chuàng)建和測試模型，一般分以下七個步驟：　第一，創(chuàng)建一個機械系統(tǒng)模型，其中包括運動件、運動副、柔性　連接和作用力等；第二，測試所建模型，模擬仿真模型在實際　操作過程中的動作；第三，比較驗證，分析比較模擬仿真結(jié)果與　物理樣機試驗數(shù)據(jù)，驗證所設(shè)計的方案；第四，進一步細化虛　擬樣機模型，提高仿真測試數(shù)據(jù)與物理樣機試驗數(shù)據(jù)一致性；　第五，深化設(shè)計，評估系統(tǒng)模型針對不同的設(shè)計變量的靈敏度；　第六，優(yōu)化設(shè)計方案，找到能夠獲得最佳性能的最優(yōu)化設(shè)計組　合；第七，自動化設(shè)計步驟，以便迅速地測試不同的設(shè)計可選　方案?！。粒模停粒榆浖哂休^好的用戶應(yīng)用界面以及良好的幫助文　檔，從機械原理教學應(yīng)用出發(fā)，學生可以很快上手進行簡單的機　構(gòu)設(shè)計和分析。　三、機械原理教學中應(yīng)用虛擬樣機技術(shù)　采用ＡＤＡＭＳ軟件可快速方便地實現(xiàn)物理樣機的參數(shù)化的　機構(gòu)模型建模，針對模型對不同的設(shè)計方案進行仿真分析，并　能夠以曲線圖和動畫顯示的方式形象地展示結(jié)果，使機構(gòu)分析　中的運動學、動力學問題得以簡單化、直觀化，并能夠獲得較為　精確的分析結(jié)果。ＡＤＡＭＳ引入機械原理教學過程中，主要體現(xiàn)　在三個部分?！。保粒模粒停虞o助課堂教學增強學生對基本理論的理解　在具體的教學實踐中引入ＡＤＡＭｓ軟件的學習，主要是在理　論教學中穿插介紹基本的ＡＤＡＭＳ入門知識。一般可以安排在　機構(gòu)、運動副等基本概念教學后進行ＡＤＡＭＳ的基本操作講解?！⊥瑫r結(jié)合機械原理實驗教學，對常用典型機構(gòu)如四桿機構(gòu)、凸　輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)等進行建模仿真分析，得到不同參數(shù)的機構(gòu)　運動動畫以及相應(yīng)的運動學和動力學分析結(jié)果曲線圖等仿真結(jié)　果。隨著理論學習的深入，鼓勵學生參照作業(yè)練習ＡＤＡＭＳ建?！》治?，逐漸提高軟件應(yīng)用的能力?！。粒模粒停榆浖芎芎玫慕忉屢恍C械原理中的抽象概念，例　如運動副、自由度等，可以在ＡＤＡＭＳ建模過程中分析這些概念。?。玻畬嶒炛屑訌姡粒模粒停拥膽?yīng)用　實驗是進一步提高學生對理論知識理解的重要手段。老師　在進行基本機構(gòu)講解時，強調(diào)對典型機構(gòu)的認識，并要求學生　自己進行建模和分析，并與實驗進行對比分析?！≡趯嶒灲虒W實踐中，實驗室除了典型機構(gòu)的拆裝，也鼓勵　學生對身邊常見機構(gòu)進行拆裝，例如補鞋機、螺旋千斤頂?shù)?，并　采用ＡＤＡＭＳ進行建模分析，增強學生動手能力。對能較強的學　生，鼓勵其進行復雜綜合結(jié)構(gòu)的建模分析?！⊥ㄟ^實驗加強學生對機構(gòu)的認識與理解，同時逐步提高學　生ＡＤＡＭＳ應(yīng)用能力，激發(fā)學生的好奇心和自主學習的積極性，　培養(yǎng)學生創(chuàng)新設(shè)計的能力。?。常捎茫粒模粒停虞o助機械原理課程設(shè)計　機械原理課程設(shè)計是檢驗學生理論知識與工程實踐能力的　重要環(huán)節(jié)。＿４＇　傳統(tǒng)的課程設(shè)計主要采用圖解法和解析法對機構(gòu)　進行綜合設(shè)計以及運動學和動力學分析。受制于傳統(tǒng)設(shè)計分析　方法，課程設(shè)計中的機構(gòu)都是實現(xiàn)簡單的動作的典型機構(gòu)的串　聯(lián)組合，學生進行設(shè)計的過程主要是花費大量的時間和精力采　用圖解法和解析法進行理論分析和設(shè)計，很難體現(xiàn)學生對機構(gòu)　設(shè)計的創(chuàng)新意識。　通過在課堂教學和實驗教學中對學生ＡＤＡＭＳ應(yīng)用的要求，　學生在機械原理課程設(shè)計階段基本具備了應(yīng)用ＡＤＡＭＳ進行簡　單建模和分析的能力。由于虛擬樣機技術(shù)的建?？旖莺凸δ軓姟〈?，應(yīng)用ＡＤＡＭＳ進行機構(gòu)綜合設(shè)計，使學生更多地專注于機構(gòu)　的功能實現(xiàn)方面的設(shè)計，并能快速比較不同設(shè)計方案，可以充分　開發(fā)學生機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計思維。因此，在機械原理課程設(shè)計的實　踐中，設(shè)計方案不再局限于傳統(tǒng)的機構(gòu)組合設(shè)計。學生可以自己　提出方案并由老師把關(guān)確定設(shè)計難度是否可行，充分調(diào)動學生　的積極性?！⊥ㄟ^近幾年的教學實踐來看，學生對ＡＤＡＭＳ軟件的學習應(yīng)　用能力較強，能夠結(jié)合其他三維設(shè)計軟件￣１３Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ、Ｃａｔｉａ、?。眨堑葋韺崿F(xiàn)稍微復雜組合機構(gòu)的設(shè)計分析?！∷?、結(jié)論　在機械原理教學過程中，將虛擬樣機技術(shù)應(yīng)用到機械原　理課堂教學環(huán)節(jié)、實踐環(huán)節(jié)以及實驗中能夠較好地改善教學效　果，有效提高學生課堂學習的積極性，能夠積極激發(fā)學生的創(chuàng)　新思維。通過機械原理課程設(shè)計實踐教學進一步地練習，多數(shù)　學生能夠?qū)λ鶎W理論有著進一步的理解，并能夠較好將理論與　工程設(shè)計實踐結(jié)合起來。同樣，在機械原理課程的教學過程中，　虛擬樣機技術(shù)的引進對老師的工作能力也提出了更高的要求。　參考文獻：?。郏薄恳χ侨A，易勇，陳豐，等．應(yīng)用型本科院校機械原理課程改革與　實踐【Ｊ］．安徽工業(yè)大學學報（社會科學版），２０１３，（１）：９８—９９．?。郏玻輰O翔，張融，魯兵，等．基于《機械原理》與《機械設(shè)計》的學　習與研究［Ｊ］．成功（教育），２０１３，（８）：１３２—１３３．　【３】郭衛(wèi)東．虛擬樣機技術(shù)與ＡＤＡＭＳ應(yīng)用實例教程【Ｍ］．北京：北　京航空航天出版社，２００８．　【４］萬朝燕，雷蕾，劉彥奎，等《機械原理課程設(shè)計》改革的探索與　實踐［Ｊ］．教育教學論壇，２０１３，（２）：２１３—２１４．　『５】顧文斌，王怡，莊曙東．基于卓越工程師計劃的“機械原理”課　程改革與創(chuàng)新【Ｊ］．中國電力教育，２０１３，（１６）：１００—１０１．?。ㄘ熑尉庉嫞和跻馇伲。保担场?