ADAMS在機械專業學生實踐教學改革中的應用

沈中華+陳靜

摘要：為適應當今快速變化的市場，在最短的時間生產出優質產品，是企業追求的目標。動力學仿真軟件ADAMS在機械新產品的開發中發揮了越來越重要的作用。通過將ADAMS仿真技術融于專業基礎教育、課程設計、畢業設計等一系列實踐教學改革活動中，可以達到拓寬學生專業知識面和熟練使用仿真軟件進行工程實際分析的目的，使學生掌握一些現代設計方法，增強就業核心競爭力。

關鍵詞：ADAMS；虛擬樣機；仿真

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

一、前言

隨著科技的快速發展，世界經濟已由原來的賣方市場轉化為買方市場。現代企業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）、高質量Q（Quality）、低成本C（Cost）、優質服務S（Service）和保護環境E（Environment）來滿足不同客戶的需求，快速響應市場需求。

虛擬樣機技術是20世紀80年代發展起來的現代設計方法，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，虛擬樣機技術飛速發展，現已成為機械專業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，導入ADAMS軟件，通過添加各種約束、驅動或接觸力進行動態仿真，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，進而了解設計的復雜機械運動性能，為物理樣機的試制提供理論依據。在大學本科教學中開展ADAMS的教學工作，采用ADAMS多體動力學仿真軟件對機械原理中各種機構進行三維運動仿真后驗證機構設計的合理性，觀察主要機構的運動軌跡、運動速度、加速度等數據變化情況，可以使學生更好地理解機械原理、機械設計中的相關機構運動原理，在進行畢業設計時，能運用ADAMS軟件對其所設計的各種機構進行驗證，培養和提高學生的設計分析能力，為畢業后能盡快適應專業技術工作打下良好的基礎。

二、面向產業需求，開設專業導論課程

機械設計制造及其自動化專業是桂林理工大學機械工程與控制工程學院重點發展的優勢和核心專業。每年大學新生入學時，都需要進行專業導論課程教育。為了將一些現代設計方法及理論傳授給新生，面向裝備制造業的發展需求，教師在講授專業導論的相關內容時，會將歷年學生所做的優秀仿真作品進行動畫演示。為了進一步加深學生對虛擬樣機技術的理解，相關教師還會組織學生參觀桂林市內在虛擬仿真技術使用較多、較為成功的行業領頭企業，如桂林大宇客車有限公司、桂林橡膠機械廠等大型企業。企業工程師會結合行業特點，將一些典型案例采用虛擬仿真技術進行現場演示，極大地激發學生學習虛擬樣機的興趣，為后續課程的學習打下良好的專業基礎。

三、學習ADAMS動力學仿真軟件，貫穿專業課程教學過程

我校機械專業在專業基礎課的教學中，利用ADAMS軟件三維建模技術、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，如平面四桿機構、凸輪機構、齒輪機構的組成和運動情況進行動態仿真，彌補學生實踐經驗不足帶來的問題。此外，學生在學習過程中還可以了解到現代設計方法高效、快捷的特點，并從中感受到ADAMS軟件在機械系統設計中的魅力。以凸輪設計為例，教師講授凸輪廓線的傳統設計方法通常是圖解法和解析法。傳統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學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，設計簡單、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律與給定運動規律的擬合程度，圖1是采用直接法設計凸輪的全過程。現代設計方法的引入，可讓學生體會到先進設計技術的優越性，提高學生的學習積極性。

四、利用ADAMS搭建虛擬仿真實驗平臺

為加深學生對枯燥無味的理論知識的理解，提高學生的工程實踐能力、動手能力和創新能力，實驗教學活動提供了一個真實直觀、可以動手操作的平臺。工程技術人員利用虛擬仿真技術，可以在虛擬環境中模擬真實的機器運行，觀測各構件的相互運動及受力情況，不斷調整設計方案后進行仿真試驗，對整個系統進行優化，直到獲得較為滿意的優化設計方案以后再投入人力和物力制造物理樣機，從而大幅降低新產品的開發費用，提高產品開發效率及縮短產品的研發生產周期。為了進一步提高學生學習ADAMS的積極性，如在大學生科技競賽、創新大賽、機器人大賽、學院組織的ADAMS大賽等一系列競賽活動中，在指導教師的指導下，在計算機上利用ADAMS動力學仿真軟件對機構的運動軌跡、速度變化規律、加速度變化規律及受力分析等做一個前期試驗，并在虛擬試驗的基礎上對整個系統進行優化后再加工出物理樣機進行相應的實驗。利用ADAMS強大的后處理功能，將實驗數據導入計算機中，與計算機仿真得到的結果進行對比分析，找出實驗數據、理論數值和仿真結果之間的差距，改進虛擬樣機模型或調整實驗方案，并對一些優秀作品給予物質獎勵。通過上述一系列活動，可加深學生對常用機械機構的構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，提高畢業設計質量

畢業設計是學生即將結束大學學習生涯的最后在校學習環節，是對大學四年所學的基礎知識、專業知識的一次全面檢驗。在畢業設計的過程中，學生將機械原理、機械設計、力學和數學等相關知識綜合運用于設計過程中，經過畢業設計的磨煉，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，學校的辦學水平和人才的培養能力也得到了提升。畢業設計是學生即將走上新工作崗位的一個重要過渡。為了進一步提高學生使用ADAMS軟件的能力，根據學生畢業設計課題選題實際情況，教師可在學生的畢業設計論文中增加ADAMS虛擬仿真分析技術，提升畢業論文的檔次。

學生在開始進行畢業設計的初期，可在指導教師的指導下查閱相關文獻，運用已掌握的相關專業知識，通過原理構思進行初步設計后，利用相關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仿真，將機構的運動軌跡、速度（角速度）、加速度（角加速度）或機構運動過程中所受的力（力矩）與理論計算值進行比較，通過對仿真結果和理論值的比較，找出問題的癥結，對模型或理論分析進行修正，并再次進行仿真。之后，在仿真的基礎上，對各設計參數進行優化并確定最終方案，最后采用三維CAD軟件對模型進行進一步的細化，導出二維圖紙。通過這樣一個設計、仿真、分析的過程，較為真實地模擬了機械新產品開發的全過程，學生按照這個模式進行畢業設計，其設計能力和畢業設計質量可以有較大提高，為即將走上工作崗位打下良好基礎。

六、結束語

虛擬樣機技術在現代產品設計中不斷地體現了優越性。為提升學生的工程實踐能力和綜合素質，通過專業導論課程教育、創新大賽、專業學習和畢業設計等一系列活動，可將ADAMS仿真技術融入系列的教學活動中，讓學生在學習機械專業理論知識的同時，能熟練使用ADAMS軟件解決一些具體工程實際問題。并在畢業設計過程中使用ADAMS模擬機械新產品開發的全過程，使學生的設計能力和畢業設計質量有了較大提高，增強就業核心競爭力。

參考文獻：

[1]郭衛東.Adams的教學探索與實踐[J].計算機輔助工程，2013，5，22（增刊1）：439-444.

[2]劉曉敏，趙云偉.ADAMS軟件實踐教學方法研究[J].高教學刊，2015，（16）：165-167.

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