基于虚拟技术的《内燃机装配与调试》课程的开发
2018-04-20
(武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050)
《内燃机装配与调试》是针对内燃机制造厂的内燃机装配调试岗位和内燃机使用与维修企业的内燃机修理岗位而设置的一门课，是内燃机制造与维修专业的一门核心课程。该课程教学的质量直接影响到学生工作后能否适应该工作岗位的需要，能否胜任该工作。
大型低速船舶柴油机的装配与调试工艺是《内燃机装配与调试》课程的教学内容之一，也是学生需要掌握的专业核心技能之一，要实现课程教学目标，需要相应的实训设备。但是购置一台大型低速船舶柴油机不仅需要大量资金，而且结构尺寸和重量都很大，安装的场所及配套的设备要求都很高，拆装所需要的时间也很长，不便于实训操作。因此实体机用于实训不现实，开发虚拟的柴油机实训平台用于实训，不仅节约经费，场地、设备要求都不高，还可以让很多学生同时训练，能够满足学生柴油机的装配与调试技能训练对设备的要求。
1 SolidWorks 2012软件简介
能够制作机械虚拟装配的软件有多种，本课程虚拟装配开发使用的是SolidWorks 2012软件，该软件是美国SolidWorks公司开发的三维机械设计、工程分析软件，是一套基于Windows平台的三维CAD软件。由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核(由剑桥提供)，以及良好的第三方软件有集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。使用者涉及航空航天、食品、机械、国防、交通、模具、电子通信、医疗器械等分布于全球100多个国家的数万家企业。
2 构建大型低速船用柴油机虚拟装配系统
本项目运用SolidWorks 2012软件，构建MAN B&W 5S60MC-C型柴油机的虚拟装配系统，该柴油机的主要参数是：5个缸，缸径600mm，冲程2400mm，最大持续功率是MCR11300kW×105rpm，ISO条件下燃油消耗率(SFOC)为170g/kWh。
2.1 构建大型低速船用柴油机虚拟装配系统具体工作
构建大型低速船用柴油机虚拟装配系统的具体工作包括：
(1)识读MAN B&W 5S60MC-C型柴油机整套图纸；
(2)熟练掌握SolidWorks软件的基本建模操作方法、复杂零件建模操作方法、虚拟装配功能操作方法和各种检查功能操作方法；
(3)按零件实际大小绘制该柴油机所有零件立体图形；
(4)按照柴油机结构建立部件装配体，包含机架预装、活塞预装、连杆十字头预装、凸轮轴预装、燃排机构预装等等；
(5)按照柴油机结构建立柴油机总装装配体；
(6)在此基础上，检查与调整，包含燃油正时检查与调整等；
(7)制作柴油机部件装配、总装配的爆炸图，制作运动仿真，制作装配视频，完成MAN B&W 5S60MC-C型柴油机的虚拟装配系统。
2.2 绘制MAN B&W 5S60MC-C型柴油机零件立体图
运用SolidWorks 2012软件绘制柴油机的各个部件的零件立体图，包括机座、机架、气缸体、气缸盖部件、排气阀总成、曲轴组件、连杆组件、活塞组件、凸轮轴总成、燃排机构等部件的零件立体图。为该柴油机部分零件的立体图如图1所示。
2.3 将绘制好的MAN B&W 5S60MC-C型柴油机零件装配成部件和整机
零件立体图绘制完成后，根据柴油机的结构，运用SolidWorks 2012软件建立装配体，选择合适的配合，将各个零件装配在一起形成部件。各部件装配完成后，即可将各个部件装配成整机。整机的装配体图如图2所示。
图1 MAN B&W 5S60MC-C型柴油机部分零件立体图
图2 MAN B&W 5S60MC-C型柴油机总装图
2.4 根据大型低速船用柴油机装配工艺，制作柴油机虚拟装配动画
根据大型低速船用柴油机装配工艺，运用SolidWorks 2012软件的动画功能，制作了柴油机虚拟装配动画。这些动画可清晰地展示各部件及整机的装配中，各零部件装配的顺序、路径，并可录制成avi视频格式，直接在Windows环境下播放。图3为排气阀驱动泵滚轮导筒虚拟装配动画截图。
图3 MAN B&W 5S60MC-C型柴油机排气阀驱动泵滚轮导筒虚拟装配动画截图
3 大型低速船用柴油机虚拟装配系统在《内燃机装配与调试》课程的应用
《内燃机装配与调试》课程采用“项目教学，实境训练”的教学模式，设计有2个项目：项目1：中型中速柴油机的装配与调试；项目2：大型低速柴油机装配与调整。大型低速船用柴油机虚拟装配系统主要应用于课程的项目2：大型低速柴油机装配与调整中其应用有两个方面。
3.1 理论教学中的应用
在课堂理论教学时，可利用制作好的装配动画，演示柴油机部件和整机的装配过程，以便于学生理解柴油机的装配工艺。
3.2 技能训练中的应用
运用SolidWorks 2012软件，将已经装配好的柴油机部件或整机的装配体交给学生，让学生按照装配工艺进行虚拟装配，制作装配动画，这样就可以训练学生柴油机装配调试的技能，弥补了没有实体机训练柴油机装配调试技能的空白。
4 结 语
经过几届学生的教学实践证明，在《内燃机装配与调试》课程教学中运用大型低速船用柴油机虚拟装配系统，可以提高学生学习的积极性，学生能够直观的学习柴油机的结构及装配工艺等相关知识，对大型低速船用柴油机结构、装配与调试的过程和方法的掌握程度大大幅提升，提高了教学质量。
1李奉香．SolidWorks零件建模操作及实例[M]．北京：机械工业出版社，2015.
2黄政．基于SolidWorks的船舶柴油机虚拟装配及运转[M]．中国造船．2011(02)．198-202.
3皮杰．应用虚拟技术辅助模具课程教育[J]．机电产品开发与创新．2004(02)．70-71.
