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1、“中国制造 2025”背景下“机械原理”课程改革与实践 作者：袁军，仲文晶 来源：教育教学论坛 2017 年第 28 期 袁军，仲文晶 （吉林农业大学工程技术学院，吉林长春 130118）摘要：在“中国制造 2025”的强国目标下，“机械原理”课程面临着与时俱进的挑战。本文在“机械原理”课程中引入虚拟样机这一先进技术，通过运用 Adams 软件对课程中机构进行演示以及与机构系统的运动学和动力学分析等内容有机的结合，使静止的机构图形运动起来，提高学生的学习兴趣，增强其对问题的深刻理解，为培养学生进行机构创新设计与分析的能力奠定基础。关键词：中国制造 2025；虚拟样机；Adams；机械原理；教学
2、改革 中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）28-0112-02 前我国制造业正处于结构性转型升级的关键时期，同时面临着日益加剧的来自发达国家的“再工业化”战略和其他新兴经济体的加快成为承接产业转移新阵地这样的“双向挤压”挑战1。为此，2015 年 5 月 19 日，国务院印发了中国制造 2025规划，旨在通过推动我国制造业由大到强的转变，从而加快建设制造强国的中国梦。新形势下，工业企业对机械类毕业生的创新能力、设计能力等综合素质提出了更高的要求。“机械原理”作为机械类相关专业的基础课程面对中国制造 2025 的强国目标，也迎来了与时俱进的挑战2。一
3、、虚拟样机技术与 Adams 软件 虚拟样机技术以多体系统运动学、动力学和控制理论为核心，借助计算机图形技术、交互式用户界面技术、集成技术等，从外观、功能和空间关系上模拟真实产品，模拟在真实环境下系统的运动学和动力学特性，为物理样机的设计和制造提供参数依据，是先进生产力的代表3。Adams 是虚拟样机技术的集大成者，是公认的优秀的机械运动学和动力学分析软件，已被越来越多的机械工程人员应用。Adams 软件可以将机构的运动和动力分析结果以更加形象的动画和直观的图表呈现出来，弥补复杂和抽象的机构运动及分析给学生学习带来的困难。因此，如何将 Adams 软件学习融入到“机械原理”课程教学中，改变传统
4、的教学模式，激发学生学习热情，能增强教学实践效果、培养学生的创新创造能力，是本课题组重点研究的问题4，5。为此，本课题组开展了以下工作。二、教学实践 （一）理论知识形象化 根据教学安排，机械原理课程安排在第四学年。这个阶段学生们已经进行完理论力学、材料力学、机械制图和计算机辅助设计内容的学习，有了一定的理论基础和软件操作能力，但这理论知识相对抽象，并且是静态的、平面的，与实际的工程问题还有很大的差距。这个时候加入 Adams 软件的学习，会给学生耳目一新的感觉。在讲第二章机构的结构分析中，利用 Adams对课程设计到的机构进行建模并演示机构的运动，让平面的机构立体化，并运动起来，吸引学生的注意
5、力，激发学生对软件应用的兴趣。在第三章平面机构的运动分析中，通过 Adams 软件对机构进行运动分析，将分析结果与图解法和解析法的结果进行对比验证，并通过一些教学案例的演示解决实际工程问题，使学生切实体会到软件应用的好处，并建立起自主学习的动力。（二）理论、实践教学融合 在典型机构的设计章节中，先将设计理论和设计方法进行讲解，紧接着进行平面连杆机构、凸轮机构和齿轮机构的实验设计。实验课中，指导教师先讲授 Adams 软件基本操作，接着进行连杆机构（如图 1 所示）、凸轮机构（如图 2 所示）、齿轮机构（如图 3 所示）建模与仿真分析的内容讲解。实验内容为典型的机构的建模，并进行运动学和动力学仿
6、真分析，得到相关参数值，并以曲线图和动画的方式显示仿真结果。实验总共 6 课时，分三次课。在实验过程中，先由教师讲解并通过虚拟样机进行机构的建立和仿真，对所涉及的机构问题给予直观生动的演示。学生则利用课余时间，通过上机练习来熟悉和掌握软件的操作。每次相关内容讲授完毕后，由学生自主完成实验指导书提供的典型机构，同时开放机房，学生可利用课余时间学习。这样理论和实践紧密的结合到一起，让学生们即刻体验到软件设计带给他们的快乐。（三）转换自主学习模式 传统的课程设计主要采用图解法和解析法对机构进行综合设计以及运动学和动力学分析。传统设计分析方法，使得学生花费大量的时间和精力在绘图和计算过程中，很难开发学
7、生对机构设计的创新意识。为此，我们在“机械原理课程设计”指导书中加入 Adams 软件的应用，并将设计的题目多样化，且更贴近实际需要（如图 4 所示）。设计中引导学生利用 Adams 软件，发挥创新意识，对比多种设计方案，同学间讨论、分析问题，对比结果，充分调到学生学习的积极性和自主性，从而体现学生主体、教师主导的教学思想。三、结论 在“中国制造 2025”制造业强国梦的背景下，本文在“机械原理”课程中引入虚拟样机这一先进技术，通过运用 Adams 软件对课程中机构进行演示以及与机构系统的运动学和动力学分析等内容有机的结合，使静止的机构图形运动起来，提高学生的学习兴趣，增强对问题的深刻理解，为培养学生进行机构创新设计与分析的能力奠定基础。参考文献：1周济.智能制造“中国制造 2025”的主攻方向J.中国机械工程,2015,(17).2张雪雁,冯立艳.基于三维仿真和分析软件的机械原理课程改革J.教育教学论坛,2016,(04).3席俊杰.虚拟样机技术的发展及应用J.制造业自动化,2006,(11).4黄小龙.虚拟样机技术在“机械原理课程设计”教学中的应用J.中国电力教育,2013,(04).5朱玉.ProE 和 ADAMS 在机械原理课程设计教学中的应用J.江苏教育学院学报(自然科版),2006,23(4):112-114.