ADAMS在船舶輔機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

王　利,向　陽

(武漢理工大學(xué)　能源與動(dòng)力工程學(xué)院,湖北　武漢　430063)

ADAMS在船舶輔機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

王利,向陽

(武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,湖北武漢430063)

[摘要]文章考察了三維課件開發(fā)和應(yīng)用的現(xiàn)狀,分析了運(yùn)用ADAMS開發(fā)三維課件的重要特點(diǎn),以教學(xué)案例的形式介紹了運(yùn)用ADAMS開發(fā)的三維課件在《船舶輔機(jī)》課程教學(xué)中的應(yīng)用情況,教學(xué)實(shí)踐表明,基于ADAMS開發(fā)的三維課件的豐富功能和恰當(dāng)運(yùn)用,對(duì)于課程的教學(xué)具有重要的促進(jìn)作用。

[關(guān)鍵詞]ADAMS；船舶輔機(jī)；教學(xué)實(shí)踐

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2016.10.061

1引言

“船舶輔機(jī)”作為航海類專業(yè)的核心主干專業(yè)課程,也是國家海事局海船船員適任考試的必考科目。2012年1月1日生效的STCW公約馬尼拉修正案,以及2012年3月1日實(shí)施的《中華人民共和國海船船員適任考試和發(fā)證規(guī)則》(簡(jiǎn)稱《11規(guī)則》),對(duì)海船船員的職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求,2012年7月1日正式實(shí)施的《中華人民共和國海船船員適任考試大綱》,在理論考試的內(nèi)容上進(jìn)行了調(diào)整。“船舶輔機(jī)”的教學(xué)內(nèi)容包含了除船舶柴油機(jī)以外的所有動(dòng)力設(shè)備,包括船用泵、活塞式空氣壓縮機(jī)、船舶制冷裝置、船舶空氣調(diào)節(jié)裝置、船舶液壓設(shè)備、造水機(jī)和船用鍋爐等設(shè)備。在理論教學(xué)中,學(xué)生對(duì)這些設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造及工作原理并不熟悉,造成授課教師進(jìn)行大段的文字描述的情形下,學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解仍然茫然,降低了課堂理論教學(xué)的效果。本文將探索將虛擬樣機(jī)仿真軟件ADAMS應(yīng)用到船舶輔機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐,為船舶輔機(jī)的教學(xué)改革提出一種思路。

2ADAMS簡(jiǎn)介[1]

ADAMS是美國MSC公司開發(fā)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析虛擬樣機(jī)分析軟件,目前已經(jīng)被全世界各行業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境及零件庫、約束庫和力庫,創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型,對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件可以用于預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷等。

ADAMS具有簡(jiǎn)單建模功能,但是對(duì)于復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)需要在第三方建模軟件中建立結(jié)構(gòu)的零件圖和裝配圖,生成中間格式導(dǎo)入到ADAMS中,在ADAMS中有豐富的機(jī)械約束模型,對(duì)導(dǎo)入的機(jī)械結(jié)構(gòu)按他們的運(yùn)動(dòng)連接關(guān)系添加各種約束,添加選擇部件轉(zhuǎn)速或力載荷等,然后ADAMS進(jìn)行分析,最后在ADAMS中可以查看分析后的結(jié)果,結(jié)果可以通過運(yùn)行動(dòng)畫或曲線來顯示。ADAMS的動(dòng)力學(xué)分析過程如下圖所示。

ADAMS的動(dòng)力學(xué)分析示意圖

3ADAMS在教學(xué)中應(yīng)用現(xiàn)狀

ADAMS作為一款強(qiáng)大的多體動(dòng)力學(xué)仿真系統(tǒng)軟件,早就受到其他教師的注意,國內(nèi)很多教學(xué)已經(jīng)將其應(yīng)用到了機(jī)械類教學(xué)課程的教學(xué)實(shí)踐中。郭良斌等[2]將虛擬樣機(jī)軟件ADAMS應(yīng)用在機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及仿真課程教學(xué)中,以案例教學(xué)和交互式動(dòng)態(tài)教學(xué)法為特色來組織教學(xué),取得了預(yù)定的教學(xué)效果,CAE技術(shù)的快速發(fā)展為課程的教學(xué)提出了更高的要求；朱玉[3]應(yīng)用PROE和ADAMS軟件應(yīng)用到機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中,提高了課程設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果；余聯(lián)慶等[4]將ADAMS仿真軟件引入到機(jī)械系統(tǒng)仿真課程中,教學(xué)實(shí)踐證明這種教學(xué)方法能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,加深學(xué)生對(duì)課程的理解,從而提高了教學(xué)質(zhì)量；陶峰[5]在機(jī)械原理課程教學(xué)中引入了ADAMS虛擬樣機(jī)軟件進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的建模和仿真,取得了明顯的教學(xué)效果；郭衛(wèi)東[6]在本科生的機(jī)械原理課程中,應(yīng)用ADAMS對(duì)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)的結(jié)果和結(jié)論進(jìn)行仿真驗(yàn)證,加深學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)學(xué)經(jīng)典理論的理解與認(rèn)識(shí)的同時(shí),理解和掌握ADAMS這一先進(jìn)的分析與設(shè)計(jì)軟件,為他們后面的學(xué)習(xí)研究奠定良好的基礎(chǔ)；趙春華等[7]分析認(rèn)為應(yīng)該在機(jī)械類課程教學(xué)中推廣機(jī)械系統(tǒng)仿真分析軟件ADAMS的應(yīng)用,可以豐富和充實(shí)機(jī)械類課程教學(xué)改革的內(nèi)容,有效提高學(xué)生綜合設(shè)計(jì)的水平；劉曉敏等[8]對(duì)ADAMS技術(shù)實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行了深入的研究,并研制了內(nèi)容豐富的虛擬樣機(jī)實(shí)例模型庫和仿真動(dòng)畫庫,并在教學(xué)中應(yīng)用這些實(shí)例,經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐證明這種教學(xué)手段和開發(fā)的模型課件對(duì)促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高有著重要的意義；周瑾玉等[9]運(yùn)用ADAMS對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)的模擬仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行練習(xí),取得了良好的試驗(yàn)效果,為改進(jìn)實(shí)踐性教學(xué)的試驗(yàn)環(huán)境,提高試驗(yàn)結(jié)果的正確率和可靠性進(jìn)行了有益的探索；徐燕等[10]綜合應(yīng)用UG和ADAMS軟件建立機(jī)械手抓取機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu),對(duì)其進(jìn)行仿真分析,將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,展示了ADAMS在輔助教學(xué)中的強(qiáng)大功能。雖然ADAMS在機(jī)械類的課程教學(xué)中運(yùn)用廣泛,但是目前在船舶輔機(jī)的教學(xué)實(shí)踐中,還沒有見應(yīng)用到相關(guān)的文獻(xiàn)。

4ADAMS在船舶輔機(jī)教學(xué)應(yīng)用中的案例

ADAMS作為多體動(dòng)力學(xué)分析軟件,在科學(xué)研究中被廣泛應(yīng)用。該軟件最大的特點(diǎn)是包含了豐富的機(jī)械約束和各種連接的表現(xiàn)形式,因?yàn)?對(duì)于機(jī)械類課程中廣泛存在的需要演示機(jī)械結(jié)構(gòu)的工作原理的課程,恰好能夠充分運(yùn)用該軟件的這個(gè)功能。在筆者的授課過程中,許多的課件都是基于ADAMS軟件平臺(tái)來開發(fā),在基于ADAMS平臺(tái)運(yùn)用該課件授課時(shí),不僅可以方便教師對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的講解,同時(shí)對(duì)于學(xué)生更好的理解知識(shí)點(diǎn)起到了很好的促進(jìn)作用。

在船舶輔機(jī)理論教學(xué)中,常常因結(jié)構(gòu)和工作原理相似的設(shè)備產(chǎn)生混淆。比如在講授液壓泵的理論過程中,對(duì)于斜盤式軸向柱塞泵和斜軸式軸向柱塞泵很多學(xué)生在理解時(shí)容易產(chǎn)生混淆。因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)具有相似的結(jié)構(gòu)形式,同時(shí),書本上對(duì)于這兩種泵的工作原理進(jìn)行了非常詳細(xì)的說明,有些零件在運(yùn)動(dòng)過程是保持不動(dòng)的,有些零件是隨著轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)的。雖然課本上對(duì)于柱塞泵采用平面的剖分結(jié)構(gòu)示意圖,對(duì)于工作原理的闡述需要學(xué)生同步的在頭腦中構(gòu)建動(dòng)畫的運(yùn)動(dòng)形式,這對(duì)于學(xué)生是一個(gè)很大的困難。因此,在講授該知識(shí)點(diǎn)時(shí),首先通過三維建模軟件展示結(jié)構(gòu)的零件在不同視角下的細(xì)節(jié)。其次就是采用動(dòng)畫的形式表現(xiàn)他們的安裝過程,展示每個(gè)零件之間的安裝關(guān)系。最后對(duì)于結(jié)構(gòu)的最重要的工作原理部分,通過ADAMS開發(fā)的課件進(jìn)行展示。在展示運(yùn)動(dòng)過程時(shí),因?yàn)榕c軟件之間具有交互性,可以使得學(xué)生從多個(gè)視角來觀看結(jié)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。

通過運(yùn)用ADAMS所開發(fā)的工作原理課件,再配合理論講解,使得授課過程更加形象生動(dòng),使枯燥的文字變成了運(yùn)動(dòng)的畫面,更容易被學(xué)生所接受,也能給學(xué)生留下深刻的印象。同時(shí),所生成的動(dòng)畫可以輸出成影片格式,提供給學(xué)生,方便了學(xué)生課后的復(fù)習(xí)。筆者通過教學(xué)實(shí)踐深刻體會(huì)到,采用ADAMS開發(fā)課件,明顯提高了授課教學(xué)效果,也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)效果。

5結(jié)論

ADAMS強(qiáng)大的機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿真功能使得其在教學(xué)中有很大的應(yīng)用前景。教學(xué)實(shí)踐表明,ADAMS所開發(fā)的三維動(dòng)畫課件對(duì)于船舶輔機(jī)課程中各種機(jī)械設(shè)備的理論講授起到了很好的輔助作用：將課本中需要詳細(xì)文字介紹的內(nèi)容以三維的動(dòng)畫形式直觀地展示出來,便于授課教師有針對(duì)性地開展理論教學(xué),也便于學(xué)生更快更好地掌握知識(shí)點(diǎn)。ADAMS所開發(fā)的三維課件制作水平和合理的應(yīng)用,將對(duì)船舶輔機(jī)課程的教與學(xué)兩方面產(chǎn)生很好的促進(jìn)作用,能夠很好地改善和提高教學(xué)的成效。

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[基金項(xiàng)目]2014年武漢理工大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目——基于PROE和ADAMS的船舶輔機(jī)三維課件設(shè)計(jì)及其在教學(xué)中的應(yīng)用研究(項(xiàng)目編號(hào)：2014415440)。

[作者簡(jiǎn)介]王利(1977—),男,漢族,湖北武漢人,博士,講師。研究方向：振動(dòng)與噪聲控制技術(shù)。