王瑞玲

吉林铁道职业技术学院

虚拟样机技术在高职机械设计基础课程教学中的应用

王瑞玲

吉林铁道职业技术学院

机械设计基础课程是一门理论与实践并重的课程，构建适应高职院校应用型人才培养需要及高职学生学习能力实际情况的教学模式是高职院校教学中亟需解决的课题。本文分析了高职院校机械设计基础课程教学的现状，提出了基于ADAMS/View软件的实践教学平台，将虚拟样机技术引入到课程教学之中。课程设计以“教、学、做”一体化教学模式为导向，以项目制作为载体，通过完成项目建模，不仅培养了学生的工程意识和创新精神，锻炼了学生团队协作的职业能力，在教学质量和课堂效果上也得到了很大提高。

机械设计基础；虚拟样机；ADAMS/View

机械设计基础是机械类专业的主要课程之一，本课程的教学任务主要是使学生掌握一般机械中常用机构和通用零件的结构、组成、工作原理及性能特点，具有对机构和零件进行分析计算的能力和使用技术资料的能力；初步掌握机构设计和零件选用的方法，能综合运用所学知识和实践技能，设计简单机械和简单传动装置及分析、解决一般工程问题。

一、高职机械设计基础课程教学现状

机械设计基础课程体系主要包含两个方面的内容：一是“工程力学”、“机械原理”和“机械设计”的理论教学，二是“机械原理”和“机械设计”的课程设计实践教学。目前，理论教学手段以板书推证和多媒体演示教学为主。而高职学生理论基础较为薄弱，乐于动手、懒于动脑，在面对内容繁杂、理论晦涩的教学内容时，缺乏学习热情，教学效果不佳。实践教学方面主要是一级或二级圆柱齿轮减速器的二维设计，即对机械系统进行方案设计，运用力学知识对机构进行运动和受力分析，并完成装配图和零件图的绘制。由于没有实践经验和力学基础薄弱，学生易感觉枯燥乏味，以致机械的模仿甚至盲目的抄袭，难以构建整体设计理念和设计分析一体化的系统工程意识。

为提高教学质量，培养符合时代发展需求的应用型人才，在机械设计基础课程中，在教学方法和手段、教学重点和设计成果的展现形式等方面亟需探索和改革。

二、虚拟样机技术发展现状

虚拟样机是建立在计算机上的原型系统或子系统模型，它在一定程度上具有与物理样机相当的功能真实度。利用CAD建模技术，设计师可以在计算机上建立机械系统模型，伴之以三维可视化处理，模拟在真实环境下系统的运动和动力特性，并根据仿真结果精简和优化系统，从而把虚拟技术与仿真方法相结合，为产品的研发提供了一个全新的设计方法。虚拟样机仿真技术从出现到现在，发展已相当成熟，虚拟样机技术软件系统在工程机械领域、汽车制造领域、航空航天领域、机械电子领域及医疗器械领域中已经开始广泛使用，如ADAMS、ANSYS、Car-sim、SIMPACT等。将虚拟样机仿真技术引入课堂将大大丰富教学手段，推动应用型教学模式在高职教育的推广。

三、虚拟样机技术在机械设计基础课程教学体系中的应用

机械设计基础课程旨在培养和锻炼学生的工程意识和设计创新能力，将“教、学、做”一体化模式贯穿到整个机械设计基础课程的教学过程之中，对于提高教学质量，激发学生的学习兴趣具有重要意义。

虚拟样机软件ADAMS，其在机械系统运动学和动力学方面有强大的功能，特别适合引入到机械设计基础课程的教学过程中，通过运用ADAMS/View模块建立机构模型并进行运动学和动力学仿真分析，将机械设计基础课程体系中的理论教学和实践教学有机地结合起来，夯实基础知识的同时培养学生运用现代化手段解决实际工程问题的意识和能力，以及提高现代化教学层次和效率，培养和锻炼学生在机械设计方面的认知和创新能力。

（一）虚拟样机技术在理论教学中的应用。虚拟样机软件具有三维建模及运动分析等功能，通过创建典型机构的运动学模型，可以动态显示方式使学生融入到“情景——学习”的工程设计状态之中，而且其参数化实体建模可以实时实现设计意图，使课堂教学变得富于柔性且敏捷高效。将ADAMS/View模块创建的常用机构运动学模型融入传统多媒体教学中，将极大丰富课堂教学手段，激发学生学习兴趣，提高教学效果。

（二）虚拟样机技术在实践教学中的应用。虚拟样机技术为机械基础课程设计提供了实践平台，提高了学生设计的主动性。运用ADAMS/View模块可以快捷地创建参数化机构模型，并对机械设计方案进行动态仿真分析，结果以曲线和动画方式显现，使课程设计中遇到的运动学、动力学等复杂问题变得简单、生动，极大地弥补了学生力学知识薄弱和实践经验的不足，将学习重点转化为各种机械方案的对比分析和参数优化上，提高了学生对整机的结构设计和装配设计能力。

（三）基于ADAMS/View的“教、学、做”一体化项目化教学。在机械设计基础课程教学组织上，以ADAMS/View为实践教学平台，本着“教、学、做”一体化的教学模式，遵循项目设计的典型化和趣味化的基本原则，设计涵盖相关知识、能利用知识点解决实际问题、操作简单且有一定趣味性的专题项目。按照项目的实施合理组织教学内容，学生运用软件平台构建机构模型，达到项目设计与制作的方式来解决课堂问题，有助于吸引学生的注意力，激发学生的学习动力。

以虚拟样机技术为实践教学平台，通过项目化的教学设计，既丰富了课堂教学方式，又满足了实践教学的需要。

四、结论

以ADAMS/View系统为平台的虚拟样机技术的运用，将 CAD/ CAE/CAM 技术融入机械设计基础课程教学中，使理论知识的学习最终落实到一个个项目的设计和制作中，教学方法由静变动，增强学生的感性认识，加深对知识要点的理解。学生在项目的设计和实施过程中，碰撞思维、收获知识、分享快乐。不仅培养了学生的工程意识和创新精神，锻炼了学生的团队协作的职业能力，在教学质量和课堂效果上也得到了大幅提高。

[1]黄小龙,杨洋,刘相权.“机械设计基础”课程教学改革研究[J].教育教学论坛,2016.1.

王瑞玲，性别：女，出生年月：1983年2月，学历：硕士研究生，籍贯：吉林敦化，研究方向：职业教育、汽车制造。

本论文作为吉林铁道职业技术学院院级课题《虚拟样机技术在机械设计基础课程教学中的应用研究》结项使用。