ADAMS在機械專業(yè)學(xué)生實踐教學(xué)改革中的應(yīng)用

沈中華+陳靜

摘要：為適應(yīng)當(dāng)今快速變化的市場，在最短的時間生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，是企業(yè)追求的目標(biāo)。動力學(xué)仿真軟件ADAMS在機械新產(chǎn)品的開發(fā)中發(fā)揮了越來越重要的作用。通過將ADAMS仿真技術(shù)融于專業(yè)基礎(chǔ)教育、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等一系列實踐教學(xué)改革活動中，可以達(dá)到拓寬學(xué)生專業(yè)知識面和熟練使用仿真軟件進行工程實際分析的目的，使學(xué)生掌握一些現(xiàn)代設(shè)計方法，增強就業(yè)核心競爭力。

關(guān)鍵詞：ADAMS；虛擬樣機；仿真

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）51-0089-02

一、前言

隨著科技的快速發(fā)展，世界經(jīng)濟已由原來的賣方市場轉(zhuǎn)化為買方市場?，F(xiàn)代企業(yè)要在激烈的市場競爭中占有一席之地，必須解決TQCSE難題，即以快速交貨T（Time）、高質(zhì)量Q（Quality）、低成本C（Cost）、優(yōu)質(zhì)服務(wù)S（Service）和保護環(huán)境E（Environment）來滿足不同客戶的需求，快速響應(yīng)市場需求。

虛擬樣機技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的現(xiàn)代設(shè)計方法，是以虛擬樣機模型代替物理樣機，在計算機模擬物理樣機的運行。近年來，虛擬樣機技術(shù)飛速發(fā)展，現(xiàn)已成為機械專業(yè)方向研究生以上層次人才的必修課程。用戶可以利用ADAMS軟件或使用其他三維軟件建立虛擬樣機模型后，導(dǎo)入ADAMS軟件，通過添加各種約束、驅(qū)動或接觸力進行動態(tài)仿真，模擬物理樣機的運行。通過ADAMS強大的后處理功能生成各種曲線、動畫等，進而了解設(shè)計的復(fù)雜機械運動性能，為物理樣機的試制提供理論依據(jù)。在大學(xué)本科教學(xué)中開展ADAMS的教學(xué)工作，采用ADAMS多體動力學(xué)仿真軟件對機械原理中各種機構(gòu)進行三維運動仿真后驗證機構(gòu)設(shè)計的合理性，觀察主要機構(gòu)的運動軌跡、運動速度、加速度等數(shù)據(jù)變化情況，可以使學(xué)生更好地理解機械原理、機械設(shè)計中的相關(guān)機構(gòu)運動原理，在進行畢業(yè)設(shè)計時，能運用ADAMS軟件對其所設(shè)計的各種機構(gòu)進行驗證，培養(yǎng)和提高學(xué)生的設(shè)計分析能力，為畢業(yè)后能盡快適應(yīng)專業(yè)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。

二、面向產(chǎn)業(yè)需求，開設(shè)專業(yè)導(dǎo)論課程

機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)是桂林理工大學(xué)機械工程與控制工程學(xué)院重點發(fā)展的優(yōu)勢和核心專業(yè)。每年大學(xué)新生入學(xué)時，都需要進行專業(yè)導(dǎo)論課程教育。為了將一些現(xiàn)代設(shè)計方法及理論傳授給新生，面向裝備制造業(yè)的發(fā)展需求，教師在講授專業(yè)導(dǎo)論的相關(guān)內(nèi)容時，會將歷年學(xué)生所做的優(yōu)秀仿真作品進行動畫演示。為了進一步加深學(xué)生對虛擬樣機技術(shù)的理解，相關(guān)教師還會組織學(xué)生參觀桂林市內(nèi)在虛擬仿真技術(shù)使用較多、較為成功的行業(yè)領(lǐng)頭企業(yè)，如桂林大宇客車有限公司、桂林橡膠機械廠等大型企業(yè)。企業(yè)工程師會結(jié)合行業(yè)特點，將一些典型案例采用虛擬仿真技術(shù)進行現(xiàn)場演示，極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)虛擬樣機的興趣，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)。

三、學(xué)習(xí)ADAMS動力學(xué)仿真軟件，貫穿專業(yè)課程教學(xué)過程

我校機械專業(yè)在專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)中，利用ADAMS軟件三維建模技術(shù)、形象的動畫展示功能以及強大的后處理功能，將機械原理課程中一些常用機構(gòu)，如平面四桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)的組成和運動情況進行動態(tài)仿真，彌補學(xué)生實踐經(jīng)驗不足帶來的問題。此外，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中還可以了解到現(xiàn)代設(shè)計方法高效、快捷的特點，并從中感受到ADAMS軟件在機械系統(tǒng)設(shè)計中的魅力。以凸輪設(shè)計為例，教師講授凸輪廓線的傳統(tǒng)設(shè)計方法通常是圖解法和解析法。傳統(tǒng)的圖解法作圖過程煩瑣、精度不高；解析法雖能獲得很高精度，但須花費大量的時間與精力建立精確的數(shù)學(xué)模型及編制計算程序。顯然，上述兩種方法都存在難以實際操作的缺點，使得學(xué)生很難真正理解。通過ADAMS，則可以直接模擬凸輪的實際運動狀態(tài)，設(shè)計簡單、直觀，還可以使凸輪運動起來。通過ADAMS的強大的后處理功能，可測量出從動件的運動規(guī)律與給定運動規(guī)律的擬合程度，圖1是采用直接法設(shè)計凸輪的全過程?，F(xiàn)代設(shè)計方法的引入，可讓學(xué)生體會到先進設(shè)計技術(shù)的優(yōu)越性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

四、利用ADAMS搭建虛擬仿真實驗平臺

為加深學(xué)生對枯燥無味的理論知識的理解，提高學(xué)生的工程實踐能力、動手能力和創(chuàng)新能力，實驗教學(xué)活動提供了一個真實直觀、可以動手操作的平臺。工程技術(shù)人員利用虛擬仿真技術(shù)，可以在虛擬環(huán)境中模擬真實的機器運行，觀測各構(gòu)件的相互運動及受力情況，不斷調(diào)整設(shè)計方案后進行仿真試驗，對整個系統(tǒng)進行優(yōu)化，直到獲得較為滿意的優(yōu)化設(shè)計方案以后再投入人力和物力制造物理樣機，從而大幅降低新產(chǎn)品的開發(fā)費用，提高產(chǎn)品開發(fā)效率及縮短產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)周期。為了進一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)ADAMS的積極性，如在大學(xué)生科技競賽、創(chuàng)新大賽、機器人大賽、學(xué)院組織的ADAMS大賽等一系列競賽活動中，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，在計算機上利用ADAMS動力學(xué)仿真軟件對機構(gòu)的運動軌跡、速度變化規(guī)律、加速度變化規(guī)律及受力分析等做一個前期試驗，并在虛擬試驗的基礎(chǔ)上對整個系統(tǒng)進行優(yōu)化后再加工出物理樣機進行相應(yīng)的實驗。利用ADAMS強大的后處理功能，將實驗數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機中，與計算機仿真得到的結(jié)果進行對比分析，找出實驗數(shù)據(jù)、理論數(shù)值和仿真結(jié)果之間的差距，改進虛擬樣機模型或調(diào)整實驗方案，并對一些優(yōu)秀作品給予物質(zhì)獎勵。通過上述一系列活動，可加深學(xué)生對常用機械機構(gòu)的構(gòu)造和運動原理的掌握，提高分析問題和解決問題的能力。

五、熟練使用ADAMS仿真軟件，提高畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量

畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生即將結(jié)束大學(xué)學(xué)習(xí)生涯的最后在校學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，是對大學(xué)四年所學(xué)的基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識的一次全面檢驗。在畢業(yè)設(shè)計的過程中，學(xué)生將機械原理、機械設(shè)計、力學(xué)和數(shù)學(xué)等相關(guān)知識綜合運用于設(shè)計過程中，經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計的磨煉，他們的工程實踐能力、分析問題和解決問題的能力有了提高，學(xué)校的辦學(xué)水平和人才的培養(yǎng)能力也得到了提升。畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生即將走上新工作崗位的一個重要過渡。為了進一步提高學(xué)生使用ADAMS軟件的能力，根據(jù)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計課題選題實際情況，教師可在學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計論文中增加ADAMS虛擬仿真分析技術(shù)，提升畢業(yè)論文的檔次。

學(xué)生在開始進行畢業(yè)設(shè)計的初期，可在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下查閱相關(guān)文獻，運用已掌握的相關(guān)專業(yè)知識，通過原理構(gòu)思進行初步設(shè)計后，利用相關(guān)軟件建立一個粗略的虛擬樣機模型，利用ADAMS軟件對方案進行動態(tài)仿真，將機構(gòu)的運動軌跡、速度（角速度）、加速度（角加速度）或機構(gòu)運動過程中所受的力（力矩）與理論計算值進行比較，通過對仿真結(jié)果和理論值的比較，找出問題的癥結(jié)，對模型或理論分析進行修正，并再次進行仿真。之后，在仿真的基礎(chǔ)上，對各設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化并確定最終方案，最后采用三維CAD軟件對模型進行進一步的細(xì)化，導(dǎo)出二維圖紙。通過這樣一個設(shè)計、仿真、分析的過程，較為真實地模擬了機械新產(chǎn)品開發(fā)的全過程，學(xué)生按照這個模式進行畢業(yè)設(shè)計，其設(shè)計能力和畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量可以有較大提高，為即將走上工作崗位打下良好基礎(chǔ)。

六、結(jié)束語

虛擬樣機技術(shù)在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中不斷地體現(xiàn)了優(yōu)越性。為提升學(xué)生的工程實踐能力和綜合素質(zhì)，通過專業(yè)導(dǎo)論課程教育、創(chuàng)新大賽、專業(yè)學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計等一系列活動，可將ADAMS仿真技術(shù)融入系列的教學(xué)活動中，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)機械專業(yè)理論知識的同時，能熟練使用ADAMS軟件解決一些具體工程實際問題。并在畢業(yè)設(shè)計過程中使用ADAMS模擬機械新產(chǎn)品開發(fā)的全過程，使學(xué)生的設(shè)計能力和畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量有了較大提高，增強就業(yè)核心競爭力。

參考文獻：

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Application of ADAMS in Practice-Teaching Reform of Mechanical Professional

SHEN Zhong-hua1，2，CHEN Jing1，2

（1.Metallurgy and Environmental Science Experimental Center，GuiLin University of Technology，Guilin，Guangxi 541004，China；2.College of Mechanical and Control Engineering，Guinlin University of Technology，Guilin，Guangxi 541004，China）

Abstract：In order to adapt to the rapid variation of current market，manufacture of quality products，as soon as possible，has become the goal of every enterprise. Because of this background，ADAMS has been playing more and more important role in exploitation of new mechanical products.In basic education，curriculum design，graduation design and a series of practical teaching reform，with using ADMAS，students can broaden the professional knowledge and skilled use of simulation software for engineering analysis，but also the student application ability of modern design method and core-competitiveness of employment can be improved.

Key words：ADAMS；virtual prototyping；simulation