ADAMS在船舶辅机教学中的应用实践
1 引 言
“船舶辅机”作为航海类专业的核心主干专业课程，也是国家海事局海船船员适任考试的必考科目。2012年1月1日生效的STCW公约马尼拉修正案，以及2012年3月1日实施的《中华人民共和国海船船员适任考试和发证规则》（简称《11规则》），对海船船员的职业资格标准提出了更高的要求，2012年7月1日正式实施的《中华人民共和国海船船员适任考试大纲》，在理论考试的内容上进行了调整。“船舶辅机”的教学内容包含了除船舶柴油机以外的所有动力设备，包括船用泵、活塞式空气压缩机、船舶制冷装置、船舶空气调节装置、船舶液压设备、造水机和船用锅炉等设备。在理论教学中，学生对这些设备的内部构造及工作原理并不熟悉，造成授课教师进行大段的文字描述的情形下，学生对知识点的理解仍然茫然，降低了课堂理论教学的效果。本文将探索将虚拟样机仿真软件ADAMS应用到船舶辅机教学中的应用实践，为船舶辅机的教学改革提出一种思路。
2 ADAMS简介[1]
ADAMS是美国MSC公司开发的机械系统动力学自动分析虚拟样机分析软件，目前已经被全世界各行业的数百家主要制造商采用。ADAMS软件使用交互式图形环境及零件库、约束库和力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，对机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件可以用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷等。
ADAMS具有简单建模功能，但是对于复杂的机械结构需要在第三方建模软件中建立结构的零件图和装配图，生成中间格式导入到ADAMS中，在ADAMS中有丰富的机械约束模型，对导入的机械结构按他们的运动连接关系添加各种约束，添加选择部件转速或力载荷等，然后ADAMS进行分析，最后在ADAMS中可以查看分析后的结果，结果可以通过运行动画或曲线来显示。ADAMS的动力学分析过程如下图所示。
3 ADAMS在教学中应用现状
ADAMS作为一款强大的多体动力学仿真系统软件，早就受到其他教师的注意，国内很多教学已经将其应用到了机械类教学课程的教学实践中。郭良斌等[2]将虚拟样机软件ADAMS应用在机械系统动力学及仿真课程教学中，以案例教学和交互式动态教学法为特色来组织教学，取得了预定的教学效果，CAE技术的快速发展为课程的教学提出了更高的要求；朱玉[3]应用PROE和ADAMS软件应用到机械原理课程设计中，提高了课程设计的质量和效果；余联庆等[4]将ADAMS仿真软件引入到机械系统仿真课程中，教学实践证明这种教学方法能够激发学生的学习兴趣，加深学生对课程的理解，从而提高了教学质量；陶峰[5]在机械原理课程教学中引入了ADAMS虚拟样机软件进行机械结构的建模和仿真，取得了明显的教学效果；郭卫东[6]在本科生的机械原理课程中，应用ADAMS对结构分析与设计的结果和结论进行仿真验证，加深学生对机构学经典理论的理解与认识的同时，理解和掌握ADAMS这一先进的分析与设计软件，为他们后面的学习研究奠定良好的基础；赵春华等[7]分析认为应该在机械类课程教学中推广机械系统仿真分析软件ADAMS的应用，可以丰富和充实机械类课程教学改革的内容，有效提高学生综合设计的水平；刘晓敏等[8]对ADAMS技术实践教学方法进行了深入的研究，并研制了内容丰富的虚拟样机实例模型库和仿真动画库，并在教学中应用这些实例，经过教学实践证明这种教学手段和开发的模型课件对促进教学质量的提高有着重要的意义；周瑾玉等[9]运用ADAMS对振动系统的模拟仿真实验进行练习，取得了良好的试验效果，为改进实践性教学的试验环境，提高试验结果的正确率和可靠性进行了有益的探索；徐燕等[10]综合应用UG和ADAMS软件建立机械手抓取机构的结构，对其进行仿真分析，将实验数据和理论数据进行了对比，展示了ADAMS在辅助教学中的强大功能。虽然ADAMS在机械类的课程教学中运用广泛，但是目前在船舶辅机的教学实践中，还没有见应用到相关的文献。
4 ADAMS在船舶辅机教学应用中的案例
ADAMS作为多体动力学分析软件，在科学研究中被广泛应用。该软件最大的特点是包含了丰富的机械约束和各种连接的表现形式，因为，对于机械类课程中广泛存在的需要演示机械结构的工作原理的课程，恰好能够充分运用该软件的这个功能。在笔者的授课过程中，许多的课件都是基于ADAMS软件平台来开发，在基于ADAMS平台运用该课件授课时，不仅可以方便教师对课程知识点的讲解，同时对于学生更好的理解知识点起到了很好的促进作用。
在船舶辅机理论教学中，常常因结构和工作原理相似的设备产生混淆。比如在讲授液压泵的理论过程中，对于斜盘式轴向柱塞泵和斜轴式轴向柱塞泵很多学生在理解时容易产生混淆。因为该结构具有相似的结构形式，同时，书本上对于这两种泵的工作原理进行了非常详细的说明，有些零件在运动过程是保持不动的，有些零件是随着转轴一起旋转的。虽然课本上对于柱塞泵采用平面的剖分结构示意图，对于工作原理的阐述需要学生同步的在头脑中构建动画的运动形式，这对于学生是一个很大的困难。因此，在讲授该知识点时，首先通过三维建模软件展示结构的零件在不同视角下的细节。其次就是采用动画的形式表现他们的安装过程，展示每个零件之间的安装关系。最后对于结构的最重要的工作原理部分，通过ADAMS开发的课件进行展示。在展示运动过程时，因为与软件之间具有交互性，可以使得学生从多个视角来观看结构之间的运动关系。
通过运用ADAMS所开发的工作原理课件，再配合理论讲解，使得授课过程更加形象生动，使枯燥的文字变成了运动的画面，更容易被学生所接受，也能给学生留下深刻的印象。同时，所生成的动画可以输出成影片格式，提供给学生，方便了学生课后的复习。笔者通过教学实践深刻体会到，采用ADAMS开发课件，明显提高了授课教学效果，也提高了学生的学习热情和学习效果。
5 结 论
ADAMS强大的机械运动仿真功能使得其在教学中有很大的应用前景。教学实践表明，ADAMS所开发的三维动画课件对于船舶辅机课程中各种机械设备的理论讲授起到了很好的辅助作用：将课本中需要详细文字介绍的内容以三维的动画形式直观地展示出来，便于授课教师有针对性地开展理论教学，也便于学生更快更好地掌握知识点。ADAMS所开发的三维课件制作水平和合理的应用，将对船舶辅机课程的教与学两方面产生很好的促进作用，能够很好地改善和提高教学的成效。
