机械创新设计的基本原理范文

导语：如何才能写好一篇机械创新设计的基本原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】机械设计；社会需求；产品更新

机械设计(machine design)，即根据目标功能，对机械的工作原理、结构、运动方式、能量的传递方式、零件的材料和形状尺寸、方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。

Pahl和Beitz最早将设计分为开发性设计(original design)、适应设计(adaptive design)、变型设计(variant design)，并指出在实际的设计工作中大约70%属于适应性设计和变型设计。下面，我将就这三种设计类型谈谈个人理解。

一、开发性设计：零—原型的创新开发

一般要提出新的模式概念，或者新的原理方案。往往使用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机器的工作原理发生根本的变化，设计中要引入某种新技术（新材料、工艺），要求设计人员有一种新的想法和构思，开发型设计能使机器品质发生质的变化。

产品的工作原理，主体结构，所实现的功能，这三者中至少有一项是首创的才可以认定为开发性设计。开发性设计的过程最复杂，创新性强，通常需要一个比较漫长的过程，因此，这种设计往往耗时很长并且需要投资较大。

在我们的日常生活中，大家熟知的电话的发明、蒸汽机的发明、飞机的发明等等从无到有的创造性发明，都是开发性的设计结果。

在当今社会中，随着机械业的逐渐发展，社会需求的不断增加，创新的作用已经超过了运作和经营，是经济发展的重头。除了经济方面，就科技发展来说，势必会向着更高端的目标前进，机械工业作为科技发展的基础工业，是否能够创新和发展，对整个工业和社会的发展都有着举足轻重的意义和影响。因此，机械设计人员在开发型设计这一方面应该多加努力。一个好的创造性观点不是轻易就能提出的，这需要我们在平时的生活和学习中不断积累素材，对生活现象不断提出自己的质疑和见解，才能有好的创意出现。

开发性设计可以着眼于社会生活的各个方面。在日常生活方面，可以从方便人们的衣、食、住、行以及提高人们的生活质量方面考虑。

比如方便残疾人出行用的拐杖，行走时是拐杖，休息时能拼成椅子。再比如现在市面上已经有的USB分线器，一头插在电脑上，另一头可以分出几个USB插口来，可以方便地同时给多个移动设备充电。还有能在面包片上印出文字来的烤面包机，以及适合孩子使用的各种趣味型健身器材。这些大都是利用已有的各种机械机构进行组合和创新从而达到产品的创新。可以看到，这样的创意产品在当今社会层出不穷。

近年来，我国申报专利的人数在不断上升，各个高校也更加重视学生创新性能力的培养，可见，创新已经被越来越多的人所重视。相信随着科技的不断发展，我国的机械创新设计定会更上一层楼。

二、适应性设计

指的是在总的方案原理基本保持不变的情况下，对现有产品进行局部更改，或用微电子技术代替原有的机械结构或为了进行微电子控制对机械结构进行局部适应性设计，以使产品的性能和质量增加某些附加值。由于适应性设计既有一定的创新性，又不用进行功能原理设计，很好的综合了变型设计和开发型设计的优点，具有很大的灵活性和设计潜力。

比如老式的黑白电视机，因为当时技术的局限性，是用旋钮的方式来换台的。而现在用遥控器来控制。电视机成像基本原理没变，控制方式变得更加方便，适应了社会的发展。再比如从早期的自行车到摩托车，只是改变了能量的来源和转换，将产品变得更加适应社会的需求。还有数控车床等传统机械加工业中，在原有的机械产品中加入微机或电子控制，提高了机器的质量和效率，解放了劳动力。

适应性设计不用提出新的原理，不用改变原有的基本功能，只是局部提高或增强产品的功能性，所需的时间和投资不大。因此，在当今设计领域中是有很大发展潜力的。

因此，对于机械设计者来说，适应性设计是值得研究的一个领域。一个好的产品必然是能顺应社会发展的，能适应社会和人文环境的。因此，在设计过程中可以选择改良已有的产品，根据人们的需要来增添或是变换功能等等。

三、变型设计

变更产品的结构配置和尺寸由于需要传递的转矩或速比改变而重新。这种修改一般不破坏原设计的基本原理和基本结构特征，是一种参数的修改或结构的局部调整或两者兼而有之，其目的是快速、高质量、低成本地生产新产品以满足不断变化的市场的要求。为了快速响应市场的要求和达到利益最大化，变型设计是当今使用较为广泛的一种重要设计方式。

例如，北方使用的收割机不适合在田地较小，分布不集中的南方使用，此时，只需改变机器尺寸就可以。

再比如，早期手机键盘是九个数字键型的，有的厂家推出电脑键盘型的，再到现在的全触屏，输入方式的改变适应了不断变化的市场。还有同种产品不同材质的变换，以及为了便利将尺寸变得更小等等。都是通过变型设计来提高产品的质量和市场竞争力的。

在变型设计中，设计者主要考虑的应该是一个现有的产品中不方便的一面，努力的方向是如何采取措施来改变这一弱势，或者是，采用某些新的成果或者新的材料来改进产品的功能和质量，在短期内完成更新换代，使产品拥有更大的市场和竞争力。

总之，在当今的设计领域里，机械设计的三种类型有利有弊，看似独立却是相辅相成，融会贯通的。创新设计里可能会有其它产品功能的变型设计，适应性设计里也会有设计者独特的创意设计，变型设计也可能会设计适应性设计和创新设计。因此，作为一个机械设计者，我们在设计过程中要灵活运用这三种设计方法，以求达到顺应时代的发展和社会的需求。

参考文献

[1]黄靖远,高志,陈祝林.机械设计学[M].机械工业出版社,2006.

[2]黄纯颖,高志,于晓红.机械创新设计[M].高等教育出版,2000.

[3]周堃敏.机械系统设计[M].高等教育出版社,2009.

[4]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].高等教育出版社,2006.

[5]李继庆,李育锡.机械设计基础[M].高等教育出版社, 2006.

[6]高志,刘莹.机械创新设计[M].清华大学出版社,2009.

篇2

关键词：行动导向教学法；机械创新设计；教学方法

行动导向教学法的主要特点是以职业岗位为特点，以培养学生的能力为主要目的。机械创新设计是机械专业课程体系中的主要拓展课程，是培养学生运用创新思维和专业方法的能力。将行动导向教学法引进到该门课程的教学过程中，强调培养学生的心智技能和动作技能。不仅实现专业培养的目标，更在于将未来职业对创新型人才的要求显性地落实到当前教育活动中。

一、行动导向教学法的实施因素

行动导向教学法中强调将学生个体作为教学行动的主体，将教师作为教学活动的指导，教学目的是提升学生的专业能力和实际应用的能力。教师在授课过程中所追求的教学目标，应该结合目前学生就业岗位的实际需求，选择合适的教学内容，设置合理的教学情景，最终达成期望的教学目标。要想将行动导向教学法顺利实施，需要保证以下的因素能够达成：1）确定课程的职业教学的目标。职业教育的目的是培养动手能力强、专业素养高的企业优质员工。通过对就业于机械制造企业的专业毕业生情况调查，以及对专业岗位需要的社会能力、方法能力、语言表达与思维能力、学习与创新能力等进行系统分析，从而确定本课程的教学目标和需要达到的职业基本能力目标。2）确定课程顺利实施的指导性原则。顺利实施行动导向教学法，应该具备资讯、计划、决策、实施、检查和评估这6个环节，并且缺一不可。通过整套流程，实现将学生的被动式学习转化为主动式学习，体现对学生的自主学习能力与与创新方法能力的教育目标。需要教师向学生提供必要的学习资讯和创设合理的教学情景，使得学习过程变得丰富而生动。3）做好行动导向教学法的教学规划。首先应该了解该职业活动的基本领域和基本的职业法规，由工作内容来确定学习内容，这样确定出的教学目标和教学规划才更具有实践意义。在教学规划时，可以采用项目实施法、工作站法和头脑风暴法等来组织课程；要结合学生的实际基础设计好每一个教学单元和选题任务；采用多种手段和教学媒介调动学生学习的积极性，以达到良好的教学效果。

二、行动导向教学法在机械创新设计教学中的实施

机械选型和零件结构设计是机械专业学生的重要基本能力之一。机械创新设计的课程任务，是帮助学生从机械传动组合、零件的功能与结构等角度进行再审视和分析，学会运用创新思维和技法对其重新定义，进而尝试作出较合理的简单改造或创新设计。这里以减速器的结构创新为例进行分析，其基本的教学实施过程如下：1）咨询阶段。首先教师给学生布置工作任务，引导学生观察学习各种减速器的工作原理、轮系应用、减速器的结构和标准等，让学生通过自学和发现疑问。有助于学生较好地熟悉和掌握减速器的作用特点、基本类型和优缺点评价，并且能够了解减速器的方法和拆卸方法。2）决策阶段。首先对减速器的传动与结构进行再分析。通过反复的装卸、调整和小组分析讨论过程，在学生掌握了资料检索查阅能力、典型机械传动初步计算能力之后，教师提出任务要求，让学生对减速装置进行整体或局部的创新构思设计，拟设出符合基本原理的多种可能的创新方案。3）计划阶段。学生运用所具备的机械分析与计算能力，再对传动方案进行分析选择评估，对装置传动比进行合理分配计算，使得方案符合评价标准。最后确定最佳创新设计方案，从而实现对减速装置的创新设计目标。4）实施阶段。在这个教学阶段，教师带领学生进行创新型减速器的轮系原理的组装、搭建和调整等基本的操作项目。学生在完成拆装、搭建验证和具体设计以后，再进行结构创新方面就会变得比较简便。5）检查阶段。在这个教学阶段，教师应该指导学生在减速器的拆装调整中，实施安装、齿轮齿衬和精度等方面的测量任务，学会灌注油、检测和更滑零件和调试等技能。6）评估阶段。在此阶段，教师和学生分别对已经完成的创新成果和搭建实验项目进行评价，并提出改进意见和建议。学生从中获得评价能力、语言表达能力和总结分析能力的培养。通过整个过程的学习，学生在掌握对减速装置的拆装调整和传动方案分析的能力基础上，完成了机械传动与结构的。

三、教学实施过程中需要注意的问题

在机械创新设计教学中实施行动导向教学法，需要注意以下几个问题：1）要有科学的教学设计。充分结合学生的知识基础和学习能力设计教学情景，并能根据反馈信息适时调整。尽可能采用多种手段结合的方式，调动学习兴趣和培养学生自主学习能力。2）合理安排教学内容。应考虑学生的心理特征和学习特点精心组织教学题目，巧妙地引导学生的思维，实现知识与能力目标。教师是整个教学过程的引导者和组织者，要重视学生搭配分组情况，保证每组都能完成课题任务。3）及时进行学习效果的评价。可以采用学生自评、互评和教师评价等相结合的方式。评价的内容主要包括解决问题的思路、使用的方法和技能和学习态度等几个方面。

四、结语

在使用行动导向教学法进行机械创新设计教学的过程中，通过将真实的教学项目引进到实际的教学过程中，能够极大程度地调动学生的学习积极性，从而充分体现出以学生为主、教师为辅的教学理念。在整个教学过程中着力营造学生自主学习的氛围，改变传统的以教师为教学中心的教学理念，培养学生的实际动手操作的能力，对提升学生的综合素养有着至关重要的作用。

参考文献：

[1]蒋青松.基于虚拟现实技术的机构认知分析及创新设计平台的建立[D].山东大学,2012.

[2]惠晓妮.采用行动导向教学法进行机械创新设计教学.新课程•上旬,2013(10).

[3]米洁,高宏.课程———实践———创新相辅相成的教学模式改革.实验室研究与探索,2015(2).

篇3

Abstract： The basic idea of the Mechanical Design curriculum reform is analyzed from the perspective of value engineering， its effective teaching research and practice based on the problem solving model is proposed to improve the teaching efficiency of Mechanical Design， fully develop students' knowledge application capacity and ability to solve practical problems， improve the students' engineering practical ability and design ability and enhance the quality of students' creativity and innovative thinking.

关键词：价值工程；机械设计；问题教学模式；创造性；有效教学

Key words： value engineering；mechanical design；problem—based teaching model；creativity；effective teaching

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1006—4311（2012）27—0013—02

0 引言

《机械设计》课程是机电类学员的一门重要的专业基础课程，课程的目标是使学生掌握正确的设计方法，设计思想，掌握机械设计的一般规律。培养学员的机械综合能力、机械设计能力、解决工程实际问题的能力和创新能力，培养学员善于发现问题，解决问题，勇于创新的能力。然而，在《机械设计》课程教学中存在许多问题，导致课程教学效率较低，不能按预期完成教学任务。价值工程是一门发展中的新型学科，在工程设计、产品设计和分析，经济技术等领域得到广泛的认可，为许多问题的解决提供了的方法和基础。本文从价值工程的角度，分析《机械设计》课程教学的效率，并提出以培养学生创造力为中心，问题解决的教学模式为主导的《机械设计》课程有效教学体系，提高教学效率，最大可能的完成预期的目标。

1 价值工程的课程教学表述

1.1 价值工程的基本原理 价值工程（VE）和价值分析（VA）是美国设计师麦尔斯在石棉材料的替代问题研究中于1947年提出，他总结出一套保证相同功能的前提下降低成本的比较完整的科学技术方法，其后发展到工程设计、工艺和生产领域，完善成为一种技术经济方法，统称价值工程。1978年价值工程的概念由日本传入我国，至今已经在很多领域地到应用和发展。

价值工程基本的内涵就是以最低的寿命周期成本，可靠地实现产品的必要功能，着重于功能分析的有组织的活动，这是价值工程的广义定义。价值工程的一般表达式为：

V=■

式中，V表示价值系数；F表示价值化了的功能；C表示寿命周期成本。

价值工程的实质就是一个提出问题、分析问题、解决问题的过程。价值工程着眼全寿命成本，以提高价值为目标，以功能分析为核心，是有组织的集体创造活动。价值工程的分析重点是选择对象与资料分析、功能分析和方案的创新设计。

1.2 价值工程原理在课程教学中的表述 有效教学的基本原则是用最少的代价，最少的干预获得最大效益，教学的有效性表达为：

教学效率=有效教学时间/实际教学时间

如果我们把课程教学理解为一项工程时，实际教学时间是成本，有效教学时间是功能，教学效率便是教学工程的价值。教学效率中最关键的因素是有效教学时间。有效教学时间取决于学生的有效学习。学生的有效学习是学习时间、结果和体验。

有效教学时间∝有效学习=f{学习时间，学习结果，学习体验}

学习时间指学习特定内容所花费的时间，它意味着学习效率，即学习速度的快慢，显然，学习速度快，学习特定内容所花费的时间就少，效率也就高。学习结果指学生经过学习所发生的变化、获得的进步和取得的成绩。学习体验指的是学生的学习感受，即学习活动所伴随或生发的心理体验。

2 利用价值工程原理，改革《机械设计》教学，提高教学效率

篇4

关键词：机械工程测试技术；工程教育认证；课程改革

前言

测试是人类认识客观世界的重要手段，是科学研究的基本方法，在工程技术领域中，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等都离不开测试技术，它主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法[1]。机械工程测试技术介绍了测试技术的系统组成、基本原理，以及对测试信号数据的分析方法，能够对机械工程测试中应用较多的振动、位移、力、温度等物理量进行检测和处理，是机电一体化技术的基础和桥梁[2]。以滨州学院为例，机械工程测试技术是一门面向机械设计制造及其自动化专业机械电子方向的必修课程，先修课程包括大学物理、电工电子学、控制工程基础等，与后修的机电一体化系统设计形成了完整的机电类专业课程体系[3]。通过课程改革，进一步整合相关教学资源和教学内容，增强测控类应用培养，丰富机械专业的应用型课程体系，为将来从事控制类的机械专业学生打下良好的基础。本课程安排在本科教学的第五学期，学生具有一定的专业基础，同时部分学生参与了科技创新大赛，有使用传感器进行参数检测的经验，这为课程的学习提供了良好的基础。由于本课程应用性强，按照传统的教学方式，信号频谱分析的理论部分要求较高、较难，传感器部分种类多且杂，导致学生学习时兴趣不足、学习动力不够，教学效果无法满足应用型人才培养的需要。自2005年以来，我国开始构建工程教育认证体系，逐步开展专业认证工作，于2016年6月成为《华盛顿协议》正式成员。工程教育认证是实现工程教育与工业界对接，提升工程人才培养质量的有效途径，因此探索工程教育认证视阈下的课程改革，对于更新教学理念、提高人才培养质量、推进地方高校专业认证具有重要的现实意义[4]。因此，滨州学院紧紧围绕培养高素质应用型人才的目标，在工程教育认证的背景下，进行了机械工程测试技术“案例+实验”导向的教学方法改革，改变了传统教学中灌输式教学方法，启发和引导学生主动学习，既有利于学生掌握基础理论知识和基本技能，又较好的培养了学生的工程实践能力。

一、课程培养目标

机械工程测试技术是以机械工程领域为应用背景，解决工程中常见动态物理量的测试问题。通过本课程的学习，培养学生掌握信号采集、传输、变换及数据处理的基本原理和实验方法，能根据研究对象合理选用传感器，具备构建基本工程测试系统和进行常见参量检测的能力，为进一步学习、研究和处理测控工程问题打下基础[5]。具体体现在以下三个方面：（一）知识目标1.信号时域和频域的描述方法，建立起信号频谱分析的概念；利用傅立叶变换对周期信号和非周期信号进行频谱分析计算。2.测试装置静、动态特性的评价方法和不失真测试条件，并能用于测试装置的分析和选择；掌握一阶、二阶线性系统动态特性及其测定方法。3.常用传感器的原理、特点、应用以及传感器的选用原则。4.信号调理电路（电桥、调制与解调、滤波、放大）的工作原理和性能，并能较合理的设计和选用。5.数字信号的一般处理步骤；相关分析及功率谱的基本原理、方法和应用。（二）能力目标1.具备正确运用测试方法、合理选用测试仪器、科学分析与处理数据的能力。2.培养运用所学知识构建测试系统和分析、解决实际测试工程问题的能力。（三）素质目标1.培养学生具有科学的思维方法、自主学习的意识和创新精神；具备工作严谨、诚实守信、敢于承担责任的职业道德与操守。2.通过参与案例分组讨论和实验项目操作，培养学生沟通和团队协作精神。

二、课程体系构建

本课程分为理论和实践两大部分，包括32学时的课堂讲授和8学时的传感器综合实验操作。课程体系整体框架如图1所示。理论教学共8章内容，包括绪论、信号及其描述、测试装置的静态和动态特性、常见传感器的原理与应用、信号调理与记录、信号处理初步、测试技术在工程中的应用以及虚拟仪器技术。其中，第二章信号及其描述主要包括信号的分类与描述，周期信号与离散频谱，瞬变非周期信号与连续频谱，随机信号。第三章测量装置的特性主要包括静态特性，一阶、二阶动态特性，测试装置对单位阶跃信号的响应，实现不失真测量的条件。第四章传感器原理与应用主要包括电阻式、电容式、电感式、磁电式、压电式、热电式与光电式传感器，其他传感器及智能传感器，传感器的选用原则。第五章信号调理与记录主要包括电桥、调制与解调、滤波、信号放大、测试信号的显示与记录。第六章信号处理初步主要包括数字信号处理的基本步骤，相关分析及其应用，功率谱分析及其应用。第七章工程应用中应变、振动、转速、温度等常见工业参数的测量系统的构建，理论与实验紧密联系，并结合第八章虚拟仪器技术开展基于Labview实现计算机数据采集。实践课程共分为4个实验，实验项目为悬臂梁固有频率的测量（验证性实验），转速和温度的综合测试与分析（综合性实验），电子秤的设计（设计性实验）。通过三个不同层次的实验要求，结合丰富的传感器与基于Labview的测控系统，学生通过亲自动手操作基本上掌握工程测试的系统构建和处理方法。培养学生的团队协作能力，提高解决实际测试工程问题的能力。

三、基于“案例+实验”教学的课程模式改革

机械工程测试技术关注新技术、新知识的导入，以案例+实验教学驱动激发学生学习的积极性，培养操作技能和创新意识[6]。本课程以多媒体演示、案例教学和实验操作为主要方法和手段，坚持理论联系实际的教学理念，共引入5个完整案例和4个实验项目设计对所学知识进行综合运用。

（一）探索案例教学模式，培养学生的工程意识和能力

案例1为压缩机齿轮箱故障诊断。通过齿轮箱振动信号频谱分析，确定最大频率分量，然后根据机床转速和传动链，找出故障齿轮。案例2为传感器在农业物联网中的应用。该案例来源于教师服务地方项目———“基于Labview的果园智能系统设计”研究课题，通过构建果园数据采集系统，实现了空气和土壤的温湿度、光照、pH值、风速风向、CO2浓度等参数的检测和数据传输，是传感器应用的综合体现。案例3为滤波在钢管无损探伤中的应用。利用电涡流传感器对钢管进行裂纹检测时，由于外界干扰信号中含有低频噪声，通过低通滤波器处理后得到有用信号，分析高频成分得到裂纹的程度和位置。案例4为互相关在管道泄漏检测中应用。根据互相关的性质，提取出两个信号之间的滞后时间，计算出泄漏点距离中心点的位置，并引申出如何消除误判，增加系统检测的可靠度。案例5为基于Labview的频谱分析仪设计。利用Labview自带频谱分析模块，通过简单的图形化编程实现对于信号的频谱分析并显示。

（二）精心设计实验项目，建立以学生为主的应用型实验模式

学生根据传感器综合实验台提供的30几种传感器以及数据采集系统，构建硬软件系统，团队协作完成相关物理量的采集和分析，充分发挥学生主观能动性，利于培养学生的实践动手能力。实验1为悬臂梁固有频率测量。通过构建悬臂梁结构，在一端施加不同频率的激励，采用传感器测量振动信号，分析该二阶系统的频谱特性，得到悬臂梁的固有频率。实验2为电子秤的设计。将物品重量通过悬臂梁转化结构变形再通过应变片构成的电桥电路转化为电量输出，从而实现质量与电量之间的线性关系。实验3和实验4为基于Labview的转速和温度测量。利用YL2000传感器综合试验台，构建转速和温度采集平台，利用数据采集卡和PC机实现数字信号的采集和分析。

（三）丰富授课方式和手段，改革课程考核和评价方法

根据课程内容协调采取多种教学方式和手段。理论性较强的内容，宜采用板书为主的教学手段，比如频谱分析的推导等；同时采用Labview作为机械工程测试信号分析与处理工具，构建虚拟测试系统和信号分析虚拟环境，学生可以在课堂上直观的观察信号的构成、信号的频谱分析和数据采集过程，从而理解傅立叶变换的意义。此外，利用虚拟信号分析系统进行仿真演示，如频谱分析、滤波、相关分析等，加深对理论知识的理解。应用性较强的内容，比如传感器，宜采用多媒体为主的教学手段，配合图片、视频、动画演示等手段辅助教学。教学中结合工程案例，用演示实验对实际测试的振动、温度等信号进行采集和分析，让学生建立信号分析与实际应用间的联系。完善课程考核与评价体系，增加实验考核比重。重点考查工程测试的基础知识、基本概念、基本原理和测试方法，以及利用所学知识构建一个简单的测试系统。期末成绩占60%，实验成绩占20%，过程考核占20%（课堂表现和考勤）。

篇5

关键词：机械设计;方法原理

中图分类号：TU74文章标识码：A

1、设计方法

1.1经验设计

机械的连接结构、传动结构和支撑结构等已经积淀有汗牛充栋的实践案例，但如何掌握这些案例的基本原理和设计方法，而不是记忆这些案例的具体结构设计，这是经验设计中的关键。具体的产品设计，例如车床，其结构设计可以参考前人的设计图纸，这对于提高设计效率，汲取前人经验、避免犯前人的错误具有实际意义。通过借鉴前人的经验，可以吸收他人的结构创新方法，同时也拓宽了自己的设计思路。随着机械结构数据库的出现和搜索方式的更新，对他人的相关结构设计的学习将更加方便。经验知识是结构设计的宝贵财富，也是公司的知识资产。通过对国内外同类型专利知识的学习，也是一条提升自己结构设计能力的途径。另一方面，要注意避免侵犯他人的知识产权。“古人传下来的学问，就是装在船里的货物。现在的新潮流、新趋势，就是行船的风。”在学习他人的结构设计创新点的基础上，设计者应有自己的革新与发明、自己的创造。

1.2理论设计

机械结构设计的理论方法，讨论的是机械结构设计的理性方法，具体的有：模块化和组合化设计、复合化设计、分级结构设计、载荷均布性设计和变结构设计。随着结构优化、结构可靠性和概率设计等方面的发展和具体应用，机械结构的理性设计方法也在不断的推陈出新。

1.3模块化和组合化设计

一台机器总体是由提供不同功能的结构单元有机的组合而成，因此模块化的以及模块之间的组合化就是早期的方法之一。在复杂的机电系统和设备中，模块化和组合化的设计理念是有效的结构设计方法，同时也是机械制造的方法之一。例如，组合航空母舰的设计概念；我国的组合化机床的设计在上世纪70年代就已经取得了很大的成功。模块化和组合化，一般是按功能单元、结构单元来划分模块，然后组合起来成为一台机器。

1.4复合化设计

复合化的基本特点就是将两个或两个以上的功能零件组合成一个部件或构件来设计，其功能可以是运动功能、承载功能等。例如，组合凸轮结构的设计就是将两个凸轮设计成一个零件；一根连杆在组合结构中同时作为两个或两个以上机构的结构件。复合化方法可以降低机械的制造成本、减轻机器的重量、缩小机器的尺寸和降低产品的成本。

1.5分级结构设计

复杂的制造设备是由分级的机械结构组成，大功能层次的结构是由若干个分功能结构组成。层次化不仅是功能树结构的要求，而且也是制造工艺对结构设计的要求。例如，床头箱由多个轮系组成，而每个轮系又由次一层次的系统组成。复杂机电产品的设计，例如组合挖掘机的设计，集推土机和挖掘机的功能在一起，而共用一个动力系统，在执行系统处分开。层次化结构设计方法在构想分级结构阶段，能够帮助设计者厘清思路，从而找出结构设计的关键点，集中解决结构设计中的难点问题。

1.6载荷均布性设计

由于机械结构设计的特点，希望载荷分布均匀，充分发挥材料的机械力学性能或者取得降低最大载荷的目的。例如，修形齿轮的设计、对数滚子的设计，为了取得接触应力的均布，从而修形零件，实现结构的优化设计。行星齿轮减速器的设计也体现了载荷均布性的设计理念，从机构运动学来看只需一只行星齿轮；然而从受力平衡、承载能力和提高齿面的抗磨损来说，三只行星齿轮的结构设计更好。

1.7变结构设计

机械结构的创新常常采用变结构的方法，变结构可以改变机械结构的功能，例如，非圆连接形式的成形连接、曲柄滑块结构设计变为转动导杆结构设计。变结构可以改变实现功能的形式，例如径向柱塞泵和轴向柱塞泵的设计。变结构也可以降低机器的设计成本，例如利用死点的桌面支承设计。

1.8模型试验设计

相似模型试验设计。基于机器物理模型的相似，运用相似科学理论，对于大型的机器设备进行模型试验设计。通过模型结构设计和试验分析，获取机械结构的可靠性、并预测机器的工作性能。模型相似的设计方法已在工程领域有广泛的运用，例如大型水轮机组的结构设计。通过制造大型水轮机组的模型，测试试验模型的工作性能以及其可靠性等指标，优化水轮机组的结构设计和工作能力。机械结构的设计方法不是一成不变的，而是随着人们的发明和新的科学原理的发现，在日新月异地发展，不断出现新的机械结构设计方法，同时对前人的机械结构设计进行革新。

2、设计原理

机械结构的设计必然要依据技术科学的原理，例如：理论力学原理、材料力学原理、弹性力学原理、疲劳力学原理、流体力学原理、热力学原理、摩擦学原理、声学原理、智能原理和一切可能的新物理原理。这里讨论以上各种原理在机械结构设计中的应用，以期总结机械结构设计的常用原理，讨论机械结构设计的原理在今后结构创新设计中的可能性。

2.1理论力学原理

理论力学是机构设计的基础理论，对于机器的运动学和动力学分析，得到的结构必然反映到机械结构的设计中来。例如，轴承转子系统动力学的设计，其动力学及其稳定性的设计，要求修改轴承的设计和轴的刚度设计。

2.2材料力学原理

机械零件的强度和刚度设计是基于材料力学理论的，强度或刚度不足时，就需要修改零件的结构设计。例如，齿轮轮齿接触强度和齿根弯曲疲劳强度的设计，当齿面接触强度不足时就要求增大小齿轮的分度圆直径；当齿根弯曲强度不够时就要求增大齿轮的模数。

2.3弹性力学原理

弹性力学分析是零件应力应变计算的基础，例如滚动轴承中滚子修形的设计，基于弹性力学的接触分析，确定滚子的修形曲线和修形量。在机械零件的结构优化设计中，常常用到弹性力学理论。

2.4疲劳力学原理

机械零件上的机械载荷在工作过程中常常是变动的，例如汽车中的轴、轴承和齿轮上的载荷都是变化的，这种变化的载荷具有一定的统计特征。变载荷下轴和滚动轴承的疲劳寿命设计等工程内容，已经发展成机械零件的概率设计。为了更精确地设计机械零部件，疲劳力学在机械结构设计中会得到越来越多的应用。

2.5流体力学原理

流体传动和动静压轴承等的设计是依据流体力学原理的，流体力学也是机械结构创新的基本原理之一。例如静压导轨的设计、动压滑动轴承的设计，要依据流体的质量守恒定律、平衡原理等，优化设计的结果要求修改导轨或轴承的结构型式和尺寸参数。

2.6热学原理

热力学和传热学在机械零部件的设计中有很广泛的应用，导轨的热精度设计、齿轮和滚动轴承的胶合分析、隔热结构设计等等。

2.7摩擦学原理

耐磨或加快磨损是摩擦学设计的核心，例如圆锥销的设计、组合螺母的设计，就是为了补偿零件的磨损，使得零件在磨损后仍能实现其设计的功能。磨削和抛光制造工艺是利用零件磨损的加工方法。

2.8声学原理

在机械系统的噪声分析和研究中，依据物理声学的原理及其分析方法，得到噪声的频谱和功率谱等分析结果，以指导机械结构的设计，例如低噪声滚动轴承的设计。今后，可以考虑利用机械噪声来进行产品设计，例如声爆弹的设计、信号中噪声信息干扰的设计等。

3、结语

综合上述，机械结构的设计涉及的方面比较广，在设计过程当中需要考虑的地方有很多。需要设计者从实际情况出发，按照设计的基本准则，采用适用设计要求的一些设计方法。

参考文献：

[1]朱林,陈发,浅谈机械结构设计的新思想[J].新疆农机化.2002

篇6

【关键词】机械设计制造；创新思维；创新思路

从目前我国机械设计的现状来看，主要还是从事常规设计，而国外的一些先进工业国家，则早已开始研究创新设计，并已从原来固有的设计模式中走出来，鼓励设计人员用新观点，新原理，新功能来设计出前所未有的产品。创新是人类文明进步、技术进步、经济发展的原动力，是国民经济发展的基础。因而，如何加强机械创新设计，挖掘创造性思维，就显得尤为重要。在历史上，创新为建立近代科学体系奠定了知识基础；在现代，也正是创新使人类的视野得到前所未有的发展。那么，到底该如何创新设计呢？下面笔者将结合机械设计制造的具体情况及其创新思路、方法等进行分析、探讨。

1.机械设计制造的创新思路

1.1合理树立机械自动化理念

为了促进机械自动化设计制造的进一步创新，我们应当转变理念，不要仅仅考虑那些大规模的农户，同时还要考虑到那些小规模的农户，毕竟中国大多数还是小规模的个体生产，而这些也是我们在推动机械自动化的过程中所要面临对象，所以在机器的研究过程中开发和投入一些价格相对较低、多功能且是针对小规模的。而在机械的改进上，要根据土壤以及农作物出发，来开发一些适合实际生产且价格相对较低的，不能停留在到对原有机械的改装上。

1.2正确选择机械自动化模式

在选择机械自动化模式方面，首先要根据当前的技术水平以及农业生产的现实条件，树立正确的理念。提高作业的精度以及作业的效率，在保证安全生产的前提下提高生产质量，节约能源。同时，要正确评价这些模式在推进机械自动化过程中的作用，根据这些作用的大小按先后顺序进行选择来推动机械自动化模式。

1.3 遵循机械设计创新的特征

由于机械设计制造是多门科学技术交叉，渗透，融合，而且部分工作为非数据性，非计算性的，必须在知识和经验积累的基础上思考，推理及判断，并运用创造性及发散思维的方法。此外，创新机械设计制造方面，在知识，经验，灵感与想象力的系统中搜索并优化设计方案。而且机械创新设计是多次反复，多级筛选的过程，每一设计阶段都有其特定内容及方法，但各阶段之间又密切相关，形成一个整体的设计系统。

2.机械设计制造创新分析

随着社会科技的不断发展，以及人们日益增长的需求，如何进一步创新机械设计制造是当前急需解决的问题。下面就机械设计制造的创新过程及创新方法等方面展开分析：

2.1机械设计制造创新过程

机械创新设计就是由所要求的机械功能出发、改进、完善现有机械或创造发明新机械实现预期的功能，并使其具有良好的工作性能及经济效益。我国技术专家提出的机械创新设计的一般过程，一般可分为四个阶段：

首先，根据设计任务及要求确定机械的基本原理，其次是机械结构类型综合及优选，再次是机构运动尺寸综合及其运动参数优选，最后是机械运动学参数综合及其动力参数优选。完成上述四个阶段，便形成了机械设计的优选方案，而后进入机械结构创新设计阶段，机械创新设计与常规机械设计相比，其过程没有多大差异，但它主要强调人在设计过程中的主导性及创造性作用。

2.2机械创新设计思维

机械设计制造创造性思维，是指突破原有的思维模式，重新组织已有的知识，经验，信息和素材等要素，在大脑思维反应场中超序激活后，提出新的方案或程序，并创造出新的思维成果的思维方式。要创造，首先要有创造性思维，创造性思维是人类大脑的特有属性，创造性思维就是想到还没有人想到的理念与想法。可以说，创造性思维是新颖独到的信息加工艺术，是人脑的各种思维活动形式和思维活动的各个要素之间相互协同进行的有机结合的高级整体过程。创造性思维不同于在设计领域常用的逻辑思维，其主要在于创造性思维有创造想象的参与，而且，逻辑思维是一维的，具有单向性和单解性的特点，而创造性思维是一种立体思维，通常没有固定的延伸方向，它更加强调直观，联想，幻想和灵感，所以创新设计不是靠逻辑推理出来的，而是靠创造性思维的激发所产生的。

2.3机械设计制造创新方法

其实，要创新，必须学习知识和技能。进入信息时代以后，知识日新月异，信息空前膨胀。一个人的知识通过大学学习只能满足其需要知识的10～20%。其余的必须通过不断地继续学习才能满足社会发展的需求。如果没有一定的数学，力学基础知识，我们就无法确定机械运动的空间轨迹，无法进行动平衡设计。在进行机械创新设计时，往往会用到以下方法，具体如下所述：

2.3.1智力合成法

这是一种发挥集体智慧的方法，通过集体讨论的形式，发散和激励创新思维。讨论时应相互启发激励，取长补短，引起创新设想的连锁反应，使思维自由奔放，新的设想激烈涌现。讨论的目标要明确，事先有准备.其原则有：鼓励自由思考，随心所欲，设想新异，不许批评别人的设想，推迟评价，不过早定论，有的放矢，不泛空谈，讨论者一律平等，不提倡少数服从多数；及时归纳，总结，纪录各种设想，留作下次再议；最后挑选最合适，最有前途的见解，并审查其可行性。

2.3.2仿生类比法

这种创新方法是通过对自然界生物机能的分析类比，从事物的千差万别，不同程度的对应和相似之处的类比中得到。随着科学技术的进步，技术产品更新的速度越来越快，技术市场将被更加新颖、功能更加齐全的技术产品所取代。实现技术进步一般通过获得新技术、新产品来实现，其途径概括起来有两条：技术引进和自主技术开发。技术引进可以使企业在短时间内获得先进技术，是企业发展的有效途径，但实施和完成技术引进却是一件非常不易的事。技术引进方完成技术引进有三个重要环节：技术引进、技术积蓄和技术普及。

技术引进环节较容易做到，但实现技术积蓄和技术普及则需付出极大的努力。我国在引进国外先进技术方面虽然取得不少成绩，但为数不少的技术引进仅仅做到了第一步，没能在引进的基础上消化、改进、发展和普及，经常发现有技术水平较高的进口设备被弃之不用，有的虽然在应用却没有发挥高水平设备的先进功能。技术转让方在技术转让时，非常担心技术转让会带来“飞去来器效应”，即技术引进者通过自己的开发，发展了引进技术，反过来向技术拥有者出口更新的技术和产品，并成为技术转让者的竞争对手。

3.小结

可以说，当前我国的机械设计制造业已有多年的发展历史，在设计方面也早已累积了相当多的经验及理论知识。其实，机械创新设计并非想象中那么难，也并非容易之事，只要你留心身边的小事，善于发现，在机械方面你就会有新的创新，中国机械的明天定会登上世界的顶峰。因此，理清其发展方向，围绕其电子、信息、材料、能源等方面内容实现高质、优越的机械设计制造目标，不断发展、创新，才能真正实现创新型的机械设计制造世界。

篇7

关键词 课外科技活动 工程素质 创新 机械工程

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.05.015

Abstract To realize the goal of training major in mechanical engineering， engineering graduates to improve engineering quality status， this paper explore the extracurricular activities of science and technology in a more comprehensive way based on the students， to cultivate students' engineering quality. The extracurricular activities of science and technology and basic course teaching， engineering practice， combination of production， learning and research， innovation education， scientific attitude and humane quality training combined， to enable students to consolidate the knowledge， exercise ability， improve the overall quality， innovative engineering talents training to carry out the beneficial exploration and try.

Key words extracurricular science and technology activities； engineering quality； innovation； mechanical engineering

0 引言

培养具有工程实践能力和创新能力的高素质机械工程技术人才，是新世纪机械工程高等教育的主要教学目标。①根据这一目标，我们不断推进机械基础类课程教学改革，②在原有理论教学和实践教学的基础上，拓展大学生课外科技活动平台，探索更加全面的培养学生的工程素质的途径。

1 工程素质现状与培养目标

目前工科毕业生存在的普遍问题主要有：应用课程所学基本原理，分析较复杂工程问题的能力较弱；根据工程实际问题，提出满足要求的设计方案的能力较弱；在设计方案中缺乏工程创新意识；在实践中缺乏动手能力等。③我校机电工程学院作为教学研究型学院，机械工程作为工科专业，以重点培养从事工程技术开发和应用的设计工程师和生产工程师为主要目标。其本科毕业生除少部分进入更高层次的教育，大多数将主要到大中型企业或工程设计院从事大中型工程项目的开发、设计、施工等方面的工作，其中一些人还将工作在生产第一线。针对学生中存在的主要问题，依据我院学生培养定位，提出依托大学生课外科技活动，推进工程人才培养模式改革，强化学生创新能力训练，培养适应创新型国家建设需要的工程人才。我院机械设计制造及其自动化专业培养目标如下：培养具备扎实的机械工程理论基础、现代设计理论与方法、先进制造技术、CAD/CAM/CAE等方面的知识与能力，能从事机械领域的产品研究开发、设计及制造、技术应用研究、生产运行管理和市场营销等方面工作的具有创新精神和实践能力的高素质复合型工程技术人才。为实现上述培养目标，在长期的探索实践中，我们依托“大学生课外科技活动”，培养学生扎实的理论功底；应用基础知识知识、分析和解决工程实践问题的能力；培养工程人才严谨的科学态度和不可或缺的人文精神。

2 结合课外科技活动的工程素质培养改革措施

我院学生参加的“大学生课外科技活动”主要包括：大学生创新创业训练计划、大学生机械创新设计大赛、大学生工程训练综合能力竞赛、挑战杯等。自2004年起，我院组织并指导学生参加全国大学生机械创新设计大赛；2011年起，组织并指导学生参加全国大学生工程综合能力训练竞赛；2012年起，连续四年指导国家级、省级、校级创新训练项目。这些项目的实施，为课题的探索提供了研究基础和实践条件。为实现上述培养目标，从大学生课外科技活动与基础课教学、工程实践、产学研结合、创新教育及综合素质培养几个方面进行了探索与实践：

（1）以大学生课外科技活动为动力，夯实专业理论基础。创新型工程人才培养，离不开专业基础课教学。数学、制图、力学及机械学等，这些看似枯燥的基础课往往很难提起学生的兴趣，即便是专业课，由于缺乏相关的实践经验，很多问题也很难理解。我们将学生作品带进机械基础系列课程的课堂，学习作品中所应用的基础理论与知识，极大的调动了学生们学习基础理论课程的兴趣。兴趣是最好的老师。二年级学生学习了机械相关基础课程后，就可以参加大学生工程综合能力训练竞赛的设计和制作，让书本中的机构动起来，学以致用。另外大学生创新训练计划选题由学生自主申报，经过前期调研论证、资料查阅，学生对将要完成的课题既熟悉又有兴趣；同时项目组跨年级、跨专业组合，使低年级学生较早接触课外创新活动，也增加了对理论课程的兴趣。这些课外科技活动，使学生们认识了材料、理解了公差、学会了制图、设计了结构，这些收获，无一不有助于基础理论课程教学质量的提高。

（2）以大学生课外科技活动为平台，丰富实践教学体系，强化工程实践能力。对于机械类学生，工程实践环节尤为重要。现有的实践教学环节主要有：实验、设计和实习。实验指各门课程课内实验和少量综合实验课；设计包括课程设计和毕业设计；实习包括：认知实习、生产实习和毕业实习。这已经较为完整的实践教学体系为什么还会出现不少毕业生缺乏动手操作的实践能力，缺乏专业方面的实践经验，缺乏对自己缺乏实践能力与实践经验的认识与危机感？课内安排的实践环节学时有限，自主设计实验和动手操作的机会甚少，各门课程的实验知识点相对分散；设计中涉及到的部分工程环境学生较为陌生，对设计题目缺乏兴趣和着手点；生产实习、毕业实习等在外实习机会多以拓宽学生的生产环节见识为主，直到毕业设计，学生很少有机会参与完成产品的整个设计过程；另外，整个实践环节个性化较少，每个环节的实践周期较短，学生很难得到系统完整的训练。机械创新设计大赛等课外学生科技竞赛和大学生创新创业训练计划等活动为课内教学提供有益的补充，丰富了实践教学体系，搭建了一个更加宽容、更加个性化的实践教学平台。借助这个平台，学生们利用课余时间，观察生活、走出校园、结合实际提出设计思想，走进市场、购买材料、伸出双手、动手制作，将他们的想法变成模型、做成实物，而不再仅仅是看似美观的图纸。比如学生最初绘制的零件图，往往只注意了基本尺寸的标注，对公差、基准、粗糙度等方面不够重视，到了加工制作的环节，就会发现不足，经过3～5次反复修改，最终绘制出可用于加工的零件图和装配图。

（3）以大学生课外科技竞赛项目为切入点，鼓励学生进入教师科研课题。本科生参与科研项目的机会不多，课程设计和毕业设计与工程实际有一定差距，校外实习时间又很有限。通过大学生课外科技竞赛和创新创业训练计划，提高各类设计环节真题真做的比例，鼓励学生更早进入教师的科研课题。比如，在机械原理课程设计时，结合当年的大学生机械创新设计大赛题目，由学生自主选择，做方案设计。目前，机械专业约有三分之一左右的学生选择以各类课外项目作为机械原理课程设计题目。创新训练项目的题目，也可以选择作为毕业设计题目。参加过大赛或项目的学生，往往具有更好的动手能力，自主学习和解决问题的能力，教师也更希望吸纳其进入科研课题。

（4）以大学生课外科技活动为依托，开展创新教育。培养学生的创新意识和创新能力是工程人才不可或缺的内容，在原有教学的基础上，在一年级学生的认知实习中，增加参观大学生机械创新基地，使学生明白创新不是空中楼阁；二年级增开选修课程“工程设计”，同时鼓励二年级学生加入到高年级学生的团队当中，将创新教育不仅带入课堂，更是让它走出课堂，通过学生课外科技活动平台，借助我院的大学生机械创新基地，结合大学生机械创新设计大赛等学生竞赛，实施大学生创新教育，在做中学，在学中进，在进中练，使课外实践渗入课堂、实验、课程设计、认知实习、金工实习、毕业设计等各个环节，课外创新训练日常化，工程实践更全面，课外创新与课内教学结合更紧密，逐步培养创新能力。

（5）以大学生课外科技活动为契机，培养严谨的科学态度和人文精神。机械创新设计大赛每一届主题的设置都蕴含着强烈的社会责任感。各类学生竞赛项目从申请、实施到结题，全部以学生为主体，项目负责人为学生，极大地激发了学生的责任感和主动性。通过竞赛和计划项目的实施，可培养学生的协作能力、不断自学、解决问题的能力，查阅文献的能力，将想法付诸实践的能力，表达、沟通、交流的能力，以及坚持的精神和平和的心态。作品的完成，更是提升了学生的学习自信心和专业自豪感。

（6）以大学生课外科技活动为桥梁，以老带新，传递正能量。团队中不同学科的交叉拓宽了学生的设计思路，丰富了学生的知识结构；不同成员的特长加强了团队间的团结协作、沟通交流；不同年级的梯队不仅是知识的传承，更是工程人员科学态度的沿袭。

3 实践效果和结论

经过十几年的探索与实践，我院获得省级以上大学生各类课外科技竞赛获奖及创新训练项目共百余项，参与学生人数逐年增加，以2015年为例，有半数以上的学生参加了各类竞赛及项目的校内选拔。参与学生的理论课学习、课程设计和综合实验完成效果具有明显改善；毕业设计质量有所提升；主动参与教师科研项目的本科生逐年增加；申请专利和的数量也明显增加。学生在赛后总结中这样写道：“整个设计过程经历了多次改进，我们有过争论到面红耳赤，也有过改进完善后的欣喜，经历了这些，我们学会了冷静、坦然地面对出现的问题。”“我们曾为了……最终，这些努力还是有很多徒劳了，可我们在辛苦中得到了宝贵的经验，这些经验是书本上学不到，也是我们参加比赛最独特的收获。”通过大学生课外科技活动这个平台，使学生们的基础知识得到很好的巩固，发现问题、分析问题的能力得到了提升，所采取的解决方案更加真实可行，切实用所学到的知识解决了工程实际中遇到的问题，在解决问题的同时学会思考，学会理解并承担相应的责任，学会团队间的沟通和合作，发现自己的不足，确定终身学习的意识。下一步，将加强完善制度建设，动员更多的学生参与到活动中来，在实践中培养学生的工程素质，使创新型工程人才培养持续改进。

注释

① 赵晓闻，林健.工程人才培养模式的国际比较研究[J].高等工程教育研究，2011（2）：33-41.

篇8

（龙岩学院 机电工程学院，福建 龙岩 364012）

摘 要：本文分析了机械专业实验室建设的背景与现状，然后对机械原理、机械设计实验室建设创新的预期目标进行概括，最后提出了提高实验室建设水平的几点对策.

关键词 ：机械原理；机械设计；实验室建设

中图分类号：G48；G64文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）08-0215-02

在高校教学改革的背景之下，实验室在整个教育教学活动的重要意义得到了进一步的凸显.甚至可以说，高校各个专业实验室的建设情况将直接决定着本专业的教学能力以及高校综合教育实力.加强有关机械原理以及机械设计实验室建设工作是逐步实现创新教育目标，培养高素质、复合型人才的重要内容，也是突出当前实验教学工作全新要求与特点的重要手段.本文即围绕机械原理、机械设计实验室建设方面的关键问题进行分析与探讨.

1 机械原理、机械设计实验室建设背景及现状

以前的机械设计课程实验大多是验证性的试验，只偏重于一些几何参数、运动参数、动力参数的测定和分析.这些实验对学生掌握课堂中所学的基本概念，加深理解一些基本原理具有显著的效果，但这些实验作为课程教学的一部分，在培养学生初步具有拟定机械运动方案，分析和设计新机构的能力，以及培养学生的创新与动手能力方面还远远不够.具体而言，当前机械原理、机械设计实验室建设方面还存在以下几个方面的问题：

1.1 实验设备相对缺乏，无法开展系统性的实验训练

当前，高校所配备的机械专业实验室与国际一流水平高校机械专业实验室之间的差距仍然是非常大的.由于在实验设备的配置上存在局限性，因此导致机械专业的学生丧失了部分动手训练与实践的机会.很多实验都纯粹以教学教材所涉及到的理论知识要求进行配置，实验主要内容围绕着课堂中所学的基本概念开展，属于验证性试验，虽然能够帮助学生认识相关概念与理论，但在提高学生分析思考能力，启发创新、发散思维能力方面缺乏促进作用，不利于学生创造性思维的培养.

1.2 实验类型过于单一，较少涉及到综合性知识实践

目前高校机械原理以及机械设计实验室中虽然围绕教学需求配置了一定数量的实验装置与设备，但设备配套比较局限，能够开展的实验内容以及类型过于单一，无法帮助学生灵活应用机械原理以及机械设计方面的相关知识.

2 机械原理、机械设计实验室建设预期目标

在机械原理以及机械设计实验室的建设创新过程当中，必须针对当前实验室建设中存在的问题，采取一系列有针对性的创新建设策略与方法，克服机械专业实验室中存在的缺点与局限性，使机械原理、机械设计课程理论知识能够更好的与实验实践相结合，激发学生参与机械原理、机械设计相关知识学习的主动性，由被动的学习、实验模式转变为主动、创新的实验实践模式.

因此，在有关机械原理以及机械设计实验室建设创新的过程当中，预期目标应当设置为：从实验室操作环节入手，以机械专业基础、经典理论为依托，促进实践性知识的合理应用，展示本专业领域最新的设计方法，实现分析、综合、转化的数学模型与程序.从机械原理与机械设计课程教学内容的安排上来说，实验室建设中的具体目标如下表所示（见表1）.

3 机械原理、机械设计实验室建设水平的提高策略

高校机械原理以及机械设计实验室需要同时负担各个年级段本科生的实验教学任务，同时也需要为学生毕业论文的研究提供基础支持，当然也是高校教师进行科研活动的主要场所.因此，实验室建设中，设备配置必须在满足常规教学需求的基础上，适当增加实验台台数以及实验设备的专业性，促进学生综合实践能力的提升.具体措施有：

3.1 构建分层机械原理、机械设计实验室体系

根据高校在机械原理以及机械设计教学开展中的实际内容与实验要求，构建三层实验室体系，不同层次实验室满足不同实验需求.

第一实验室设置机械零件、机械原理和机械创新展示柜，每组展示柜至少需要配备10个或以上的单体陈列柜.展柜中的模型可实现点动或顺序控制运动演示，并配有录音讲解及运动简图和文字说明，具有形象直观的特点.组建该实验室的目的是将部分基本教学内容利用实物模型进行教学.通过对该实验室资源的应用，能够为本专业学生提供认知依据，同时也是课外科技创新活动开展的知识基础.

第二实验室设置机构模型、齿轮范成仪、齿轮减速器和插齿机模型4种设备或器材，可完成机构运动简图的绘制、齿轮范成、减速器的装拆3个基础性必选实验项目和为学员演示齿轮的插齿过程.本实验室的主要功能是为本专业学生的实操作与理论验证、分析提供支持，使学生能够通过实验加深对机构组成原理的认识，对机构运动特性有一个全面的把握.

第三实验室是具有现代化水平的实验室，滑动轴承、皮带传动、螺栓连接、动平衡和波动调速5类实验台均安装测试卡，可以对实验数据进行自动记录、实验结果进行结算分析，在发展学生创新能力方面有重要价值.

3.2 具体建设策略

第一，满足平面机构及其可视化实验的创新建设：在有关平面机构及其可视化的实验过程当中，实验室需要配备4台同型号的PC电脑，8套同等规格的实验台，每个实验台上需要配备1套完整的机构模型.以上配置标准下，可以通过设计与并接的方式使平面机构传感系统实现不同类型以及不同方式的运动.同时，实验台在建设过程当中可以于主要构件中设置出安装传感器的对应位置，同时添加与之相对应的数据处理软件以及数据监测系统.通过对以上模块的综合应用，分析在平面机构运动过程当中参数变化所对应的系列曲线，进而分析数据，掌握不同类别机构在特定条件下运动所产生的规律.依照上述方式所建设的实验室还能够通过分析加速度、位移，以及速度等基本要素的方式，掌握运动构件的主要特点，帮助学生更好的认识机械原理，掌握机械设计要点.

第二，有关运动方案组合实验的创新建设：在有关运动方案的组合实验过程当中，实验室可以尝试引入已经获得国家专利的产品，如创新机构组合实验台等，至少配置2台，实验台中包括低副杆组以及高副杆组，同时也包括组成以上杆组的各种机架、构件等.通过这些设置，能够使曲柄滑块机构与连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、以及间歇运动机构等相互拼接，除此以外还能够使由涡轮蜗杆、带传动、以及链传动所形成的传统平面有机、交叉组合，构成一个完整的机械传动系统以及组织结构，在与齿轮齿条传动箱结合的基础之上，通过连接电机以及带传统的方式使拼接机构能够有效、且及时的响应动作指令，执行可靠动作.在这种配置方案下，学生能够更好清楚的掌握运动机构组成这一部分知识的了解程度，通过对实际的机构组成方案的观察，进行学习与标识，同时通过实验的方式培养学生在工程实训方面的动手能力，促进学生设计思维的提高以及综合实践设计能力的提升.教师也可以按照以上操作方法完成拼接实验，并对实验台整个运动机构的运动情况进行观察，从而对运动机构方案的科学性以及可行性进行及时检验.

第三，针对轴系结构设计实验的创新建设：在实验室建设过程当中可以配置具有创意组合特点的轴系结构设计试验箱，通过引入轴系结构设计试验箱的方式，使学生能够更加直观与准确的掌握轴系方面的知识结构.一般来说，一套完整的轴系结构试验箱包含八类，百余个零件.若能够在实验室建设过程当中满足以上标准，则能够使实验室的配置完全满足机械原理以及机械设计教学的具体要求.教师可以根据教学需求，利用不同类型的零件进行自由组合，形成多种轴系结构，利用这些轴系结构解决在教学过程当中存在的回转零件轴向固定，受伤零件拆卸安装，以及轴承轴向位置固定等内容，为学生机械原理以及机械创新设计相关知识的学习打好基础.

4 结束语

有关研究中认为，机械原理以及机械设计专业覆盖面占到了工科专业的4/5左右，在提高学生对机械技术工作适应能力方面发挥着非常重要的作用.机械设计课程实验课是机械设计课中重要的实践环节.针对当前机械专业实验室在建设、应用过程中存在的各类问题，尽全力提高机械原理、机械设计实验室建设水平，已成为本专业教研人员最为关注的问题之一.本文在认识机械专业实验室建设现状的基础之上，对机械原理、机械设计实验室建设的基本面进行分析，最后重点从满足平面机构及其可视化实验的创新建设、有关运动方案组合实验的创新建设、对机械设计创新陈列实验展示的建设、针对轴系结构设计实验的创新建设、围绕常用构件制作加工的实验建设等方面入手，探讨了提高机械原理、机械设计实验室建设水平的主要策略.

参考文献：

〔1〕李志尊,王克印,刘红宁，等.虚拟实验室在机械设计基础教学中的应用[J].实验室科学,2014,17(1):50-53.

〔2〕李光雷.案例教学法在高职院校《机械设计基础》课程的应用研究[J].南京工业职业技术学院学报,2014(4):85-87,90.

篇9

关键词：几何精度设计与检测 工程实际 教学改革 教学成效

《几何精度设计与检测》是高等院校培养机械类专业人才的一门与生产实际联系紧密、重要的技术基础课，是培养学生机械综合设计能力、创新能力以及工程意识的主要课程。实验教学作为其理论教学的实践环节，在实现课程教学目标方面发挥着关键作用，是学生学习本课程而展开工程实践的重要途径。新形势下高校课程教学改革的主要方面是面向工程实际，强化实践教学环节，以满足创新人才培养需要。

1《几何精度设计与检测》实验教学当前状况

目前，《几何精度设计与检测》实验教学过多依附于课堂理论教学，未能完全独立，是理论教学的辅助。实验教学设置主要目的促使学生加深理解理论知识以及验证课堂所学的理论知识。多年来，我校为该课程所开设的工件内径测量、导轨直线度误差测量、零件表面粗糙度测量、齿轮径向跳动（齿厚偏差/公法线长度/齿距偏差）测量等配套实验项目都是验证型实验，仅仅针对本课程某一章节或某个知识点来设置，缺少综合型、设计型实验，知识面较窄，缺乏系统性，忽略了课程知识之间的内在逻辑关系，交互关联性差，未构成完整的实验体系。这种重理论、轻实践的教学设计思想否定了实验作为培养学生实践能力的功能属性。实验活动的实施始终掌握在教师手中，教师成为了实验课的主体，一群学生围着听完教师实验讲解后，只能按部就班地被动地在规定时间来完成规定学习内容。实验被固化为统一模式，没有因材施教，未能考虑学生个体差异，拘囿了学生自主思考及创造空间，既不能充分发挥学生的主观能动性和创新性，又不能为学生自主学习提供宽广的可选择余地。这种实验设置通常仅仅强调了实验服务于课堂理论教学，而忽略了其重要价值。实验教学的重要价值是服务于具有综合素质与创新能力的人才培养，服务于学生个性发展。

2《几何精度设计与检测》实验教学设计目标

综上所述，目前的《几何精度设计与检测》实验教学已经不能满足具备综合素质与创新能力的机械设计人才培养要求，必须改革传统实验教学，明确《几何精度设计与检测》实验教学设计目标如下：

（1）立足于学生工程实践和动手能力培养。《几何精度设计与检测》是一门实践性强的技术基础课，而如今的大学生很是缺乏实际动手能力和工程实践知识，虽然可以在课堂理论教学中安排模型、实物、录像视频，来增强学生感性认识与实践知识，但有这些还远远不够。在《几何精度设计与检测》实验这个重要实践环节中，加强学生对机械零部件精度设计的工程实践知识与使用操作实验仪器设备的实际动手能力的培养，是对理论课程教学有益完善和补充。

（2）立足于学生创新和综合能力培养。现代社会把创新能力作为一个人才的基本要求。学生创新及综合设计能力培养是《几何精度设计与检测》课程教学改革根本目标，是教学改革核心，其贯穿于《几何精度设计与检测》课程教学各个环节。既要在理论教学课堂上培养学生创新意识和综合运用有关知识进行机械零部件精度设计的意识，更要在实践教学方面培养学生创新与综合设计实际能力。

（3）立足于运用现代技术解决工程实验问题能力培养。一定要把课程实验看作为工程设计中重要环节之一，而不仅是为了验证理论教学中的某个结论或公式，现代机械设计中通常要通过实验来验证某设计模型原理上的可行性，又往往需要通过实验来测量评价所设计新产品性能好坏，实验技术手段会不断地随着科技的发展而更新、完善，所以对于一个高素质的机械工程人员，必须具备运用现代技术来解决工程实际问题的能力。

（4）立足于学生开展工程实验的基本技能培养。培养学生的工程实验基本技能是实现其他实验教学目的的基本条件与保证。学生应通过实验，了解工程实验基本原理、不同机械量的测量方法、实验数据采集和处理过程，知晓各种不同实验仪器装备原理、使用和调试，掌握实验系统构建的基本要求、方法。掌握这些基本技能，有利于学生运用现代技术解决工程实际问题能力的培养，有利于学生综合素质与创新设计能力的提高，更为促进学生完成专业课程学习、实现专业人才培养目标奠定良好基础。

3面向工程实际的《几何精度设计与检测》实验教学开展

（1）整合传统实验项目。毋庸置疑，传统验证型实验对学生综合素质形成来说具有一定的前提性和必要性，促进学生对基本原理、定理、定律的掌握发挥着重要作用。为了较好地解决“学生人数较多”与“实验仪器设备台套数不足”之间的矛盾，合理利用教学设备资源，可将目前所开设的工件内径测量、导轨直线度误差测量、零件表面粗糙度测量、齿轮径向跳动（齿厚偏差/公法线长度/齿距偏差）测量等实验项目遵照内容的近似性整合成几个大组，再根据仪器设备台套数分成若干小团队，各个团队的实验任务彼此独立，每个小团队4～5人，确保每位学生亲自动手做实验。实验任务确定后，各团队分工协作，各司其职，人人参与其中。

（2）增设综合型、设计型实验项目。综合型、设计型实验是对学生实验技能与实验方法的综合训练，是为了锻炼学生综合运用所学知识与分析解决复杂问题的能力，其是当前实验教学的趋势，也是《几何精度设计与检测》实验教学设计的一个重点。可以设置“齿轮轴综合测量”实验，所提供的齿轮轴零件图纸上标注有尺寸公差、几何公差、表面粗糙度轮廓等几何量参数、技术要求以及轴齿轮参数表，让学生设计实验过程，通过测量诸多项目来判断该齿轮轴合格性。学生完成该复杂的齿轮轴综合测量后，能较好地掌握诸多公差技术概念，极大地锻炼学生综合能力。

（3）赋予学生更多自。要充分肯定学生在实验过程中的主体作用，发挥他们开展实验主观能动性，从而能积极、主动地实施实验学习与科学探索活动，提高实验教学成效，促进学生丰富的个性发展和全面的能力提高。为此，可以筹措资金在实验室添置一些微型精密机床，为学生提供科技制作场所，完成从机械产品设计到加工全过程，更好地培养学生创新、设计与工程实践能力。要建立比较科学的关于学生实验结果的评价制度，加强实验过程考核，不能以实验报告作为评定学生实验成绩的唯一根据，要采取报告与答辩相结合的多元化方式进行评价，注重考核学生的实验态度与实验技能。指导教师要详细记录学生每个单项实验中的实验预习、实验实施、实验方案、实验报告等情况，综合考虑来确定学生实验总成绩。

4结束语

与传统实验模式相比，开展面向工程实际的《几何精度设计与检测》实验教学会对教师、学生、仪器装备、管理制度均提出了新要求，会极大增加实验教学组织者工作量。通过科学设置实验项目，合理安排实验教学，将在全面培养学生的实验技能、综合分析和解决问题能力，促使学生具备创新精神和实践能力等方面产生积极作用。

参考文献：

[1]杨善国.《几何精度设计与检测》课程交互式教学探析.中国校外教育，2013，（1）：105.

[2]杨善国.提高《几何精度设计与检测》课程教学实效之我见.中国科教创新导刊，2013，（7）：108，110.

篇10

关键词：机电系统 概念设计 应用特点

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0041-01

机械电子学自从20世纪70年代诞生至今，历经了差不多40个年头，在科学水平的不断发展的同时，人们对于机电产品的需求也随之逐渐增加。在需要企业具有快速创新研发新产品能力的时代大环境下，概念设计技术的应用越来越普遍，不但在汽车等高档奢侈品上得以应用，在机电系统上的概念设计也越来越受到大家的青睐。因此，不仅要清醒地认识到机电系统概念设计技术研究的背景，还要深刻理解机电系统和概念设计技术的具体内容，同时，对机电系统概念设计技术的应用特点进行一定的探析。

1 机电系统概念设计技术与应用的研究背景

就机电系统概念设计技术与应用的研究背景而言，包括技术支持和机电产品需求两个方面。具体来说，一方面，鉴于机械电子技术、传感技术，以及计算机信息技术的持续发展，为机电系统的探索和应用提供了技术方面的大力支持。另外，人们对机电产品的需求和种类日益增多，然而，整个社会对机电产品的实际需求的变化速度无法与其产品的设计速度相适应。因此，机电系统的设计是机电产品的研发进程中的重要环节之一，而机电系统的概念设计更加是极具创造性的重要阶段之一。另一方面，由于当今世界，科学技术日新月异，新产品更新换代的速度明显加快，现代市场的产品竞争日趋激烈，对于机电系统的设计的要求将更加严格，对于机电系统的设计师而言，除了以往常用的适应性设计及变形设计，机电系统的创新性设计的任务已经迫在眉睫。面对严峻的挑战，应当明白机电系统产品创新的关键所在，清晰地认识到机电系统概念设计技术的重要性。

2 机电系统以及概念设计的内涵

2.1 机电系统的内涵

机电系统，也是机电一体化系统，它一般是指几厘米以下，甚至更加小尺寸的小型装置，主要由传感顺、执行器，以及微能源等组成，实际上是一个相对独立的智能系统，在电子和机械等各个领域有着非常广泛的应用。对于机电系统的具体内涵，其实有很多不同版本的理解，有的认为，机电系统是一种将机械设备、电子装置和各种软件等有机结合而组成的应用系统；有的认为，机电系统是一种主要由计算机信息网络协调并控制的，以此来实现机械力、运动和能量流等多动力学任务，同时，将机械和机电的各个部件相联系的系统；有的认为，机电系统是一种将多种不同技术，比如，机械电工、电子光学等组合而成的系统。而在我国普遍将机电系统定义为是机电一体化技术（包括精密机械技术、伺服传动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术，以及系统总体技术）与机电一体化产品的合称。

2.2 概念设计的内涵

众所周知，产品设计是一项非常复杂的工作，就其具体的过程而言，虽然国际上有诸多论述，众说纷纭，但是无论是哪一种说法，得出的总结就是产品设计涉及到两个重要的设计阶段，也就是概念设计与详细设计。而概念设计的内涵主要包括这样几个方面：首先，功能创新；其次，功能分析和功能结构图设计；再者，工作原理解的搜索和确定；最后，功能载体方案构思和决策。因此，概念设计在产品设计的整个过程中占据着重要地位，发挥着不可替代的作用，如果概念设计做好了，产品设计的整体水平才能达到一定的高度。此外，机电系统的概念设计运用到多个学科范畴的知识，其体现了设计的高度艺术性、创新性，以及综合性。

3 机电系统概念设计技术的应用特点

3.1 创新性

我国一直致力于建设创新型国家，培养创新型高新技术人才，对于“创新”一词的高度重视是当今社会的必然要求，而对于机电系统概念设计技术而言，创新性更是机电系统概念设计技术的精髓和灵魂，如果要适应时展的要求，满足用户对机电产品的日益增长的要求，就要很好地体现机电系统概念设计技术的创新性特点，只有不断地对机电系统进行创新的概念设计，才能够打造出能够让机电产品的用户感到满意并且适用的新产品。因为机电系统本身就是一个相对比较繁杂的综合性系统，所以，机电系统概念设计技术上所体现出来的创新可以是不同层面的，比如，机电系统的结构的完善和更换等等。无论是哪个方面的创新，都直接对机电系统的整体的创新有很大的影响。因此，机电系统概念设计技术的创新性特点是不可忽视的。

3.2 多样性

除了创新性的特点以外，机电系统概念设计的另一个比较重要的特点就是它所体现出来的多样性。无论是机电系统概念设计的手段的多种多样，还是机电系统概念设计的设计方案的丰富多样，都在一定程度上反映了机电系统概念设计在市场需求、工作原理，以及产品形态等多个方面的多样化。不但布局不同会体现多样化，而且设计思路不同也会加强多样化的显现。

4 结语

总而言之，从长远的角度来看，机电系统的快速发展和更新换代都离不开概念设计技术的应用。就目前的情形而言，机电系统概念设计技术的使用早就已经在世界范畴内得到了大家的普遍认可和推崇，作为产品设计的重要环节，概念设计是整个产品设计的过程中最不可或缺的一个阶段。在某种程度来说，概念设计阶段在产品的生命周期里发挥着决定性的作用，产品特征多半通过概念设计阶段的内容来决定，同时，概念设计也是市场及企业间的角逐竞争的关键因素。上述内容通过对机电系统概念设计技术与应用的研究背景的分析，在深入理解相关概念的基础上，对其应用特点等进行探析对该领域的发展具有一定的参考价值。

参考文献

[1] 程志刚，李瑞琴，董亚峰，等.机电一体化产品概念设计理论现状与展望[J].中北大学学报，2006，27（1）：18-22.

[2] 霍志璞，黄克正，艾兴.机电系统概念设计自动化中的一体化理论探讨[J].机电一体化，2005（3）.

[3] 邹光明.机械产品概念设计建模及求解策略的研究[D].武汉：华中科技大学，2005.

[4] 张建明，魏小鹏，张德珍.产品概念设计的研究现状及发展方向[J].计算机集成制造系统-CIMS，2003，9（8）：613-620.

[5] 马峻.创新设计的协同与决策技术[M].北京：科学出版社，2008.