王　利,向　陽

(武漢理工大學　能源與動力工程學院,湖北　武漢　430063)

ADAMS在船舶輔機教學中的應用實踐

王利,向陽

(武漢理工大學能源與動力工程學院,湖北武漢430063)

[摘要]文章考察了三維課件開發(fā)和應用的現(xiàn)狀,分析了運用ADAMS開發(fā)三維課件的重要特點,以教學案例的形式介紹了運用ADAMS開發(fā)的三維課件在《船舶輔機》課程教學中的應用情況,教學實踐表明,基于ADAMS開發(fā)的三維課件的豐富功能和恰當運用,對于課程的教學具有重要的促進作用。

[關鍵詞]ADAMS；船舶輔機；教學實踐

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

1引言

“船舶輔機”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》(簡稱《11規(guī)則》),對海船船員的職業(yè)資格標準提出了更高的要求,2012年7月1日正式實施的《中華人民共和國海船船員適任考試大綱》,在理論考試的內容上進行了調整。“船舶輔機”的教學內容包含了除船舶柴油機以外的所有動力設備,包括船用泵、活塞式空氣壓縮機、船舶制冷裝置、船舶空氣調節(jié)裝置、船舶液壓設備、造水機和船用鍋爐等設備。在理論教學中,學生對這些設備的內部構造及工作原理并不熟悉,造成授課教師進行大段的文字描述的情形下,學生對知識點的理解仍然茫然,降低了課堂理論教學的效果。本文將探索將虛擬樣機仿真軟件ADAMS應用到船舶輔機教學中的應用實踐,為船舶輔機的教學改革提出一種思路。

2ADAMS簡介[1]

ADAMS是美國MSC公司開發(fā)的機械系統(tǒng)動力學自動分析虛擬樣機分析軟件,目前已經被全世界各行業(yè)的數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)建完全參數化的機械系統(tǒng)幾何模型,對機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學分析,輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件可以用于預測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷等。

ADAMS具有簡單建模功能,但是對于復雜的機械結構需要在第三方建模軟件中建立結構的零件圖和裝配圖,生成中間格式導入到ADAMS中,在ADAMS中有豐富的機械約束模型,對導入的機械結構按他們的運動連接關系添加各種約束,添加選擇部件轉速或力載荷等,然后ADAMS進行分析,最后在ADAMS中可以查看分析后的結果,結果可以通過運行動畫或曲線來顯示。ADAMS的動力學分析過程如下圖所示。

ADAMS的動力學分析示意圖

3ADAMS在教學中應用現(xiàn)狀

ADAMS作為一款強大的多體動力學仿真系統(tǒng)軟件,早就受到其他教師的注意,國內很多教學已經將其應用到了機械類教學課程的教學實踐中。郭良斌等[2]將虛擬樣機軟件ADAMS應用在機械系統(tǒng)動力學及仿真課程教學中,以案例教學和交互式動態(tài)教學法為特色來組織教學,取得了預定的教學效果,CAE技術的快速發(fā)展為課程的教學提出了更高的要求；朱玉[3]應用PROE和ADAMS軟件應用到機械原理課程設計中,提高了課程設計的質量和效果；余聯(lián)慶等[4]將ADAMS仿真軟件引入到機械系統(tǒng)仿真課程中,教學實踐證明這種教學方法能夠激發(fā)學生的學習興趣,加深學生對課程的理解,從而提高了教學質量；陶峰[5]在機械原理課程教學中引入了ADAMS虛擬樣機軟件進行機械結構的建模和仿真,取得了明顯的教學效果；郭衛(wèi)東[6]在本科生的機械原理課程中,應用ADAMS對結構分析與設計的結果和結論進行仿真驗證,加深學生對機構學經典理論的理解與認識的同時,理解和掌握ADAMS這一先進的分析與設計軟件,為他們后面的學習研究奠定良好的基礎；趙春華等[7]分析認為應該在機械類課程教學中推廣機械系統(tǒng)仿真分析軟件ADAMS的應用,可以豐富和充實機械類課程教學改革的內容,有效提高學生綜合設計的水平；劉曉敏等[8]對ADAMS技術實踐教學方法進行了深入的研究,并研制了內容豐富的虛擬樣機實例模型庫和仿真動畫庫,并在教學中應用這些實例,經過教學實踐證明這種教學手段和開發(fā)的模型課件對促進教學質量的提高有著重要的意義；周瑾玉等[9]運用ADAMS對振動系統(tǒng)的模擬仿真實驗進行練習,取得了良好的試驗效果,為改進實踐性教學的試驗環(huán)境,提高試驗結果的正確率和可靠性進行了有益的探索；徐燕等[10]綜合應用UG和ADAMS軟件建立機械手抓取機構的結構,對其進行仿真分析,將實驗數據和理論數據進行了對比,展示了ADAMS在輔助教學中的強大功能。雖然ADAMS在機械類的課程教學中運用廣泛,但是目前在船舶輔機的教學實踐中,還沒有見應用到相關的文獻。

4ADAMS在船舶輔機教學應用中的案例

ADAMS作為多體動力學分析軟件,在科學研究中被廣泛應用。該軟件最大的特點是包含了豐富的機械約束和各種連接的表現(xiàn)形式,因為,對于機械類課程中廣泛存在的需要演示機械結構的工作原理的課程,恰好能夠充分運用該軟件的這個功能。在筆者的授課過程中,許多的課件都是基于ADAMS軟件平臺來開發(fā),在基于ADAMS平臺運用該課件授課時,不僅可以方便教師對課程知識點的講解,同時對于學生更好的理解知識點起到了很好的促進作用。

在船舶輔機理論教學中,常常因結構和工作原理相似的設備產生混淆。比如在講授液壓泵的理論過程中,對于斜盤式軸向柱塞泵和斜軸式軸向柱塞泵很多學生在理解時容易產生混淆。因為該結構具有相似的結構形式,同時,書本上對于這兩種泵的工作原理進行了非常詳細的說明,有些零件在運動過程是保持不動的,有些零件是隨著轉軸一起旋轉的。雖然課本上對于柱塞泵采用平面的剖分結構示意圖,對于工作原理的闡述需要學生同步的在頭腦中構建動畫的運動形式,這對于學生是一個很大的困難。因此,在講授該知識點時,首先通過三維建模軟件展示結構的零件在不同視角下的細節(jié)。其次就是采用動畫的形式表現(xiàn)他們的安裝過程,展示每個零件之間的安裝關系。最后對于結構的最重要的工作原理部分,通過ADAMS開發(fā)的課件進行展示。在展示運動過程時,因為與軟件之間具有交互性,可以使得學生從多個視角來觀看結構之間的運動關系。

通過運用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,使枯燥的文字變成了運動的畫面,更容易被學生所接受,也能給學生留下深刻的印象。同時,所生成的動畫可以輸出成影片格式,提供給學生,方便了學生課后的復習。筆者通過教學實踐深刻體會到,采用ADAMS開發(fā)課件,明顯提高了授課教學效果,也提高了學生的學習熱情和學習效果。

5結論

ADAMS強大的機械運動仿真功能使得其在教學中有很大的應用前景。教學實踐表明,ADAMS所開發(fā)的三維動畫課件對于船舶輔機課程中各種機械設備的理論講授起到了很好的輔助作用：將課本中需要詳細文字介紹的內容以三維的動畫形式直觀地展示出來,便于授課教師有針對性地開展理論教學,也便于學生更快更好地掌握知識點。ADAMS所開發(fā)的三維課件制作水平和合理的應用,將對船舶輔機課程的教與學兩方面產生很好的促進作用,能夠很好地改善和提高教學的成效。

參考文獻:

[1]郭衛(wèi)東.虛擬樣機技術與ADAMS應用實例教程[M].北京：北京航空航天大學出版社,2008.

[2]郭良斌,丘常偉.基于ADAMS的“機械系統(tǒng)動力學及仿真”課程教學實踐[J].中國電力教育,2012(11):42-43.

[3]朱玉.Pro/E和ADAMS在《機械原理課程設計》教學中的應用[J].江蘇第二師范學院學報：自然科學版,2006(4):112-114.

[4]余聯(lián)慶,梅順齊,杜利珍,等.ADAMS在機械系統(tǒng)仿真技術教學中的應用[J].武漢科技學院學報,2008,21(3):5-8.

[5]陶峰.ADAMS虛擬樣機技術在機械原理教學中的應用[J].化工高等教育,2005(2):103-104.

[6]郭衛(wèi)東.Adams的教學探索與實踐[J].計算機輔助工程,2013,22(A01):439-444.

[7]趙春華,高虹亮,田啟華,等.ADAMS在機械類課程教學中的應用探討[C].2006年全國機械類課程報告論壇.2006.

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

[9]周瑾玉,侯榮濤,徐江.基于ADAMS的振動力學系統(tǒng)仿真教學[J].現(xiàn)代經濟信息,2009(24):299-299.

[10]徐燕,申如意,趙錢.運用機械動力學軟件ADAMS進行輔助教學的研究[J].考試周刊,2011(10):138-139.

[基金項目]2014年武漢理工大學教學研究項目——基于PROE和ADAMS的船舶輔機三維課件設計及其在教學中的應用研究(項目編號：2014415440)。

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