ADAMS在机械专业学生实践教学改革中的应用

沈中华+陈静

摘要：为适应当今快速变化的市场，在最短的时间生产出优质产品，是企业追求的目标。动力学仿真软件ADAMS在机械新产品的开发中发挥了越来越重要的作用。通过将ADAMS仿真技术融于专业基础教育、课程设计、毕业设计等一系列实践教学改革活动中，可以达到拓宽学生专业知识面和熟练使用仿真软件进行工程实际分析的目的，使学生掌握一些现代设计方法，增强就业核心竞争力。

关键词：ADAMS；虚拟样机；仿真

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）51-0089-02

一、前言

随着科技的快速发展，世界经济已由原来的卖方市场转化为买方市场。现代企业要在激烈的市场竞争中占有一席之地，必须解决TQCSE难题，即以快速交货T（Time）、高质量Q（Quality）、低成本C（Cost）、优质服务S（Service）和保护环境E（Environment）来满足不同客户的需求，快速响应市场需求。

虚拟样机技术是20世纪80年代发展起来的现代设计方法，是以虚拟样机模型代替物理样机，在计算机模拟物理样机的运行。近年来，虚拟样机技术飞速发展，现已成为机械专业方向研究生以上层次人才的必修课程。用户可以利用ADAMS软件或使用其他三维软件建立虚拟样机模型后，导入ADAMS软件，通过添加各种约束、驱动或接触力进行动态仿真，模拟物理样机的运行。通过ADAMS强大的后处理功能生成各种曲线、动画等，进而了解设计的复杂机械运动性能，为物理样机的试制提供理论依据。在大学本科教学中开展ADAMS的教学工作，采用ADAMS多体动力学仿真软件对机械原理中各种机构进行三维运动仿真后验证机构设计的合理性，观察主要机构的运动轨迹、运动速度、加速度等数据变化情况，可以使学生更好地理解机械原理、机械设计中的相关机构运动原理，在进行毕业设计时，能运用ADAMS软件对其所设计的各种机构进行验证，培养和提高学生的设计分析能力，为毕业后能尽快适应专业技术工作打下良好的基础。

二、面向产业需求，开设专业导论课程

机械设计制造及其自动化专业是桂林理工大学机械工程与控制工程学院重点发展的优势和核心专业。每年大学新生入学时，都需要进行专业导论课程教育。为了将一些现代设计方法及理论传授给新生，面向装备制造业的发展需求，教师在讲授专业导论的相关内容时，会将历年学生所做的优秀仿真作品进行动画演示。为了进一步加深学生对虚拟样机技术的理解，相关教师还会组织学生参观桂林市内在虚拟仿真技术使用较多、较为成功的行业领头企业，如桂林大宇客车有限公司、桂林橡胶机械厂等大型企业。企业工程师会结合行业特点，将一些典型案例采用虚拟仿真技术进行现场演示，极大地激发学生学习虚拟样机的兴趣，为后续课程的学习打下良好的专业基础。

三、学习ADAMS动力学仿真软件，贯穿专业课程教学过程

我校机械专业在专业基础课的教学中，利用ADAMS软件三维建模技术、形象的动画展示功能以及强大的后处理功能，将机械原理课程中一些常用机构，如平面四杆机构、凸轮机构、齿轮机构的组成和运动情况进行动态仿真，弥补学生实践经验不足带来的问题。此外，学生在学习过程中还可以了解到现代设计方法高效、快捷的特点，并从中感受到ADAMS软件在机械系统设计中的魅力。以凸轮设计为例，教师讲授凸轮廓线的传统设计方法通常是图解法和解析法。传统的图解法作图过程烦琐、精度不高；解析法虽能获得很高精度，但须花费大量的时间与精力建立精确的数学模型及编制计算程序。显然，上述两种方法都存在难以实际操作的缺点，使得学生很难真正理解。通过ADAMS，则可以直接模拟凸轮的实际运动状态，设计简单、直观，还可以使凸轮运动起来。通过ADAMS的强大的后处理功能，可测量出从动件的运动规律与给定运动规律的拟合程度，图1是采用直接法设计凸轮的全过程。现代设计方法的引入，可让学生体会到先进设计技术的优越性，提高学生的学习积极性。

四、利用ADAMS搭建虚拟仿真实验平台

为加深学生对枯燥无味的理论知识的理解，提高学生的工程实践能力、动手能力和创新能力，实验教学活动提供了一个真实直观、可以动手操作的平台。工程技术人员利用虚拟仿真技术，可以在虚拟环境中模拟真实的机器运行，观测各构件的相互运动及受力情况，不断调整设计方案后进行仿真试验，对整个系统进行优化，直到获得较为满意的优化设计方案以后再投入人力和物力制造物理样机，从而大幅降低新产品的开发费用，提高产品开发效率及缩短产品的研发生产周期。为了进一步提高学生学习ADAMS的积极性，如在大学生科技竞赛、创新大赛、机器人大赛、学院组织的ADAMS大赛等一系列竞赛活动中，在指导教师的指导下，在计算机上利用ADAMS动力学仿真软件对机构的运动轨迹、速度变化规律、加速度变化规律及受力分析等做一个前期试验，并在虚拟试验的基础上对整个系统进行优化后再加工出物理样机进行相应的实验。利用ADAMS强大的后处理功能，将实验数据导入计算机中，与计算机仿真得到的结果进行对比分析，找出实验数据、理论数值和仿真结果之间的差距，改进虚拟样机模型或调整实验方案，并对一些优秀作品给予物质奖励。通过上述一系列活动，可加深学生对常用机械机构的构造和运动原理的掌握，提高分析问题和解决问题的能力。

五、熟练使用ADAMS仿真软件，提高毕业设计质量

毕业设计是学生即将结束大学学习生涯的最后在校学习环节，是对大学四年所学的基础知识、专业知识的一次全面检验。在毕业设计的过程中，学生将机械原理、机械设计、力学和数学等相关知识综合运用于设计过程中，经过毕業设计的磨炼，他们的工程实践能力、分析问题和解决问题的能力有了提高，学校的办学水平和人才的培养能力也得到了提升。毕业设计是学生即将走上新工作岗位的一个重要过渡。为了进一步提高学生使用ADAMS软件的能力，根据学生毕业设计课题选题实际情况，教师可在学生的毕业设计论文中增加ADAMS虚拟仿真分析技术，提升毕业论文的档次。

學生在开始进行毕业设计的初期，可在指导教师的指导下查阅相关文献，运用已掌握的相关专业知识，通过原理构思进行初步设计后，利用相关软件建立一个粗略的虚拟样机模型，利用ADAMS软件对方案进行动态仿真，将机构的运动轨迹、速度（角速度）、加速度（角加速度）或机构运动过程中所受的力（力矩）与理论计算值进行比较，通过对仿真结果和理论值的比较，找出问题的症结，对模型或理论分析进行修正，并再次进行仿真。之后，在仿真的基础上，对各设计参数进行优化并确定最终方案，最后采用三维CAD软件对模型进行进一步的细化，导出二维图纸。通过这样一个设计、仿真、分析的过程，较为真实地模拟了机械新产品开发的全过程，学生按照这个模式进行毕业设计，其设计能力和毕业设计质量可以有较大提高，为即将走上工作岗位打下良好基础。

六、结束语

虚拟样机技术在现代产品设计中不断地体现了优越性。为提升学生的工程实践能力和综合素质，通过专业导论课程教育、创新大赛、专业学习和毕业设计等一系列活动，可将ADAMS仿真技术融入系列的教学活动中，让学生在学习机械专业理论知识的同时，能熟练使用ADAMS软件解决一些具体工程实际问题。并在毕业设计过程中使用ADAMS模拟机械新产品开发的全过程，使学生的设计能力和毕业设计质量有了较大提高，增强就业核心竞争力。

参考文献：

[1]郭卫东.Adams的教学探索与实践[J].计算机辅助工程，2013，5，22（增刊1）：439-444.

[2]刘晓敏，赵云伟.ADAMS软件实践教学方法研究[J].高教学刊，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