虛擬樣機技術在高職機械設計基礎課程教學中的應用

王瑞玲

吉林鐵道職業(yè)技術學院

虛擬樣機技術在高職機械設計基礎課程教學中的應用

王瑞玲

吉林鐵道職業(yè)技術學院

機械設計基礎課程是一門理論與實踐并重的課程，構建適應高職院校應用型人才培養(yǎng)需要及高職學生學習能力實際情況的教學模式是高職院校教學中亟需解決的課題。本文分析了高職院校機械設計基礎課程教學的現(xiàn)狀，提出了基于ADAMS/View軟件的實踐教學平臺，將虛擬樣機技術引入到課程教學之中。課程設計以“教、學、做”一體化教學模式為導向，以項目制作為載體，通過完成項目建模，不僅培養(yǎng)了學生的工程意識和創(chuàng)新精神，鍛煉了學生團隊協(xié)作的職業(yè)能力，在教學質(zhì)量和課堂效果上也得到了很大提高。

機械設計基礎；虛擬樣機；ADAMS/View

機械設計基礎是機械類專業(yè)的主要課程之一，本課程的教學任務主要是使學生掌握一般機械中常用機構和通用零件的結構、組成、工作原理及性能特點，具有對機構和零件進行分析計算的能力和使用技術資料的能力；初步掌握機構設計和零件選用的方法，能綜合運用所學知識和實踐技能，設計簡單機械和簡單傳動裝置及分析、解決一般工程問題。

一、高職機械設計基礎課程教學現(xiàn)狀

機械設計基礎課程體系主要包含兩個方面的內(nèi)容：一是“工程力學”、“機械原理”和“機械設計”的理論教學，二是“機械原理”和“機械設計”的課程設計實踐教學。目前，理論教學手段以板書推證和多媒體演示教學為主。而高職學生理論基礎較為薄弱，樂于動手、懶于動腦，在面對內(nèi)容繁雜、理論晦澀的教學內(nèi)容時，缺乏學習熱情，教學效果不佳。實踐教學方面主要是一級或二級圓柱齒輪減速器的二維設計，即對機械系統(tǒng)進行方案設計，運用力學知識對機構進行運動和受力分析，并完成裝配圖和零件圖的繪制。由于沒有實踐經(jīng)驗和力學基礎薄弱，學生易感覺枯燥乏味，以致機械的模仿甚至盲目的抄襲，難以構建整體設計理念和設計分析一體化的系統(tǒng)工程意識。

為提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)符合時代發(fā)展需求的應用型人才，在機械設計基礎課程中，在教學方法和手段、教學重點和設計成果的展現(xiàn)形式等方面亟需探索和改革。

二、虛擬樣機技術發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬樣機是建立在計算機上的原型系統(tǒng)或子系統(tǒng)模型，它在一定程度上具有與物理樣機相當?shù)墓δ苷鎸嵍?。利用CAD建模技術，設計師可以在計算機上建立機械系統(tǒng)模型，伴之以三維可視化處理，模擬在真實環(huán)境下系統(tǒng)的運動和動力特性，并根據(jù)仿真結果精簡和優(yōu)化系統(tǒng)，從而把虛擬技術與仿真方法相結合，為產(chǎn)品的研發(fā)提供了一個全新的設計方法。虛擬樣機仿真技術從出現(xiàn)到現(xiàn)在，發(fā)展已相當成熟，虛擬樣機技術軟件系統(tǒng)在工程機械領域、汽車制造領域、航空航天領域、機械電子領域及醫(yī)療器械領域中已經(jīng)開始廣泛使用，如ADAMS、ANSYS、Car-sim、SIMPACT等。將虛擬樣機仿真技術引入課堂將大大豐富教學手段，推動應用型教學模式在高職教育的推廣。

三、虛擬樣機技術在機械設計基礎課程教學體系中的應用

機械設計基礎課程旨在培養(yǎng)和鍛煉學生的工程意識和設計創(chuàng)新能力，將“教、學、做”一體化模式貫穿到整個機械設計基礎課程的教學過程之中，對于提高教學質(zhì)量，激發(fā)學生的學習興趣具有重要意義。

虛擬樣機軟件ADAMS，其在機械系統(tǒng)運動學和動力學方面有強大的功能，特別適合引入到機械設計基礎課程的教學過程中，通過運用ADAMS/View模塊建立機構模型并進行運動學和動力學仿真分析，將機械設計基礎課程體系中的理論教學和實踐教學有機地結合起來，夯實基礎知識的同時培養(yǎng)學生運用現(xiàn)代化手段解決實際工程問題的意識和能力，以及提高現(xiàn)代化教學層次和效率，培養(yǎng)和鍛煉學生在機械設計方面的認知和創(chuàng)新能力。

（一）虛擬樣機技術在理論教學中的應用。虛擬樣機軟件具有三維建模及運動分析等功能，通過創(chuàng)建典型機構的運動學模型，可以動態(tài)顯示方式使學生融入到“情景——學習”的工程設計狀態(tài)之中，而且其參數(shù)化實體建?？梢詫崟r實現(xiàn)設計意圖，使課堂教學變得富于柔性且敏捷高效。將ADAMS/View模塊創(chuàng)建的常用機構運動學模型融入傳統(tǒng)多媒體教學中，將極大豐富課堂教學手段，激發(fā)學生學習興趣，提高教學效果。

（二）虛擬樣機技術在實踐教學中的應用。虛擬樣機技術為機械基礎課程設計提供了實踐平臺，提高了學生設計的主動性。運用ADAMS/View模塊可以快捷地創(chuàng)建參數(shù)化機構模型，并對機械設計方案進行動態(tài)仿真分析，結果以曲線和動畫方式顯現(xiàn)，使課程設計中遇到的運動學、動力學等復雜問題變得簡單、生動，極大地彌補了學生力學知識薄弱和實踐經(jīng)驗的不足，將學習重點轉化為各種機械方案的對比分析和參數(shù)優(yōu)化上，提高了學生對整機的結構設計和裝配設計能力。

（三）基于ADAMS/View的“教、學、做”一體化項目化教學。在機械設計基礎課程教學組織上，以ADAMS/View為實踐教學平臺，本著“教、學、做”一體化的教學模式，遵循項目設計的典型化和趣味化的基本原則，設計涵蓋相關知識、能利用知識點解決實際問題、操作簡單且有一定趣味性的專題項目。按照項目的實施合理組織教學內(nèi)容，學生運用軟件平臺構建機構模型，達到項目設計與制作的方式來解決課堂問題，有助于吸引學生的注意力，激發(fā)學生的學習動力。

以虛擬樣機技術為實踐教學平臺，通過項目化的教學設計，既豐富了課堂教學方式，又滿足了實踐教學的需要。

四、結論

以ADAMS/View系統(tǒng)為平臺的虛擬樣機技術的運用，將 CAD/ CAE/CAM 技術融入機械設計基礎課程教學中，使理論知識的學習最終落實到一個個項目的設計和制作中，教學方法由靜變動，增強學生的感性認識，加深對知識要點的理解。學生在項目的設計和實施過程中，碰撞思維、收獲知識、分享快樂。不僅培養(yǎng)了學生的工程意識和創(chuàng)新精神，鍛煉了學生的團隊協(xié)作的職業(yè)能力，在教學質(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.“機械設計基礎”課程教學改革研究[J].教育教學論壇,2016.1.

王瑞玲，性別：女，出生年月：1983年2月，學歷：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)技術學院院級課題《虛擬樣機技術在機械設計基礎課程教學中的應用研究》結項使用。