机械产品设计课题范文

导语：如何才能写好一篇机械产品设计课题，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：“服务替代产品”；“学科建设”；“协同创新”

1、新形势下设计学科的调整与发展

从设计学科演变和发展来看，设计学科是从传统的艺术学科下衍生发展而来。随着社会分工的细化以及时代背景的转变，设计学科也在时代背景下与时俱进。在古代，中西方都未出现“设计”的说法，“艺术”是一个统筹、模糊的定义。例如在中国，古代“六艺”皆为艺术。随着社会分工的细化，到了18世纪，从艺术中分裂出“纯艺术”和“实用艺术”。这里的实用艺术包括手工艺、建筑、染织等。伴随着工业革命机器时代的带来，社会分工再次细化，在工业化大生产背景中第一次出现了设计艺术学科，在慢慢研究“设计”中，设计艺术学科逐渐理论化和体系化，设计艺术学科开始有理论作为支撑。发展至今，信息高科技带动下的世界发生了翻天覆地的变化，物质生活的充裕已经远远不能现代人的需求。在解决问题中，“设计”显得越来越重要。由此，“设计”被单独提出来作为一门独立学科，从而形成今天的设计学科体系。

2、从“服务替代产品”中看设计学科协同创新

基于全球化环境的重视，绿色设计已经成为当今时展的趋势与主流。但是究竟如何做到绿色设计，仍然值得我们继续深思，仅仅用木头、竹子天然材料做的就是绿色设计吗？绿色设计从最开始基于生产、生活、环境的矛盾，3R原则的出现；到80年代提出清洁生产、生态设计；现在，随着现在的生态链和农耕时代不同，断裂且单向的，出现了系统设计，即服务设计，就是部分用服务替代对物质产品的巨大需求，提供“解决方案”而不仅是“物质产品”。这样一种新的绿色设计思路的出现——“用服务替代产品”。打破了以物带物的束缚，改变了设计的思维方式，从更高的视角，产业链的角度来重新诠释绿色设计。这样的设计创新从源头上解决了绿色设计问题。正如李一舟所说：“重新组织关系而不增加新产品，转变人的思维方式比具体给他们做设计要好得多。”这样的创新不可能在单一学科环境下产生和完成，而是集多种学科共同协作下的产物。

从“服务替代产品”中，我们可以看到工业设计与信息交互的深度结合。这样一种思路不仅需要单一的工业产品、以及工业产品之上的“人机交互”体验，更为重要的是基于整体化的信息服务链。如清华大学学生基于该思路做的自行车信息循环生态系统。在现在的手机上安装一个芯片，这个芯片用于与自行车进行交互。车主通过扫描车子，可以在成堆的自行车中快速发现自己的自行车；作为信息公司通过芯片了解自行车的维修及二手车转卖状况并将信息告知专业的回收部门，以此有利于自行车零部件回收再利用，从而提供整个产品循环的可能性。这样一种创新思想是将工业设计与信息交互设计以及社会学科共同协作下的成果。

3、协同创新遵循的原则

从“服务替代产品”一些优秀的案例中，我们看到了学科与学科协同创新的潜力和力量，而且随着时代的发展，信息时代的到来，在解决一些问题中，这种协同创新越来越适应社会发展的需要。设计学科更应该把握这一发展趋势，促进学科建设。而在把握这种学科间协同创新中，我们也应当注意一下几点。

1、系统性

针对一个问题，首先设定系统目标，找出问题的主要矛盾，根据系统目标来展开解决。在具体到学科间的协同创新上也是如此。例如再次谈到设计的可持续问题上。首先定下系统目标，如何做到可持续发展是我们设定的系统目标，根据这个系统目标，解决这个问题涉及到研究哪些学科？而在涉及到的学科之间哪些学科相互协作可以帮助我们更加有效解决问题？列出目标系统基本框架图，找到有效的切合点，找到几个学科间协作所产生的创造力，找到解决问题的方案。正如自行车信息循环生态系统，在系统分析之下看到了工业设计和信息交互设计交叉互融。

找到切合点后，例如工业设计和信息交互设计的协作，根据这俩个学科，再以系统性的方法，继续细化解决这个问题的方法点，例如人、人操作手机、芯片与手机互动、芯片与信息终端联系、信息终端与回收站的交流、回收站与人，形成这样一个循环系统。同时，在每一个循环系统之下的问题，例如芯片与手机互动，会出现子问题芯片与手机的互动方式，触摸式互动方式、声控式触动方式，而触摸的大小、力度，然后再往下，从而找到每个最佳的互动方式。

科学的系统性的设计方法与直觉的、感性的构思方法在产品设计中可以并且应该是共存互促、融合汇流的。所以在学科与学科协同创新下，无论是开始、中间的过程、以及结果都离不开系统性的指导，始终以系统的思路为出发点，不仅有助于找到问题的主要矛盾，同时更够更好地了解问题本身，也利于问题的解决。

2、差异性

在学科间协作创新中，应该尊重其各自的差异性，看清问题主要矛盾下的主要方面偏重在哪一点上，这样有利于突出解决问题的核心侧重点。在自行车信息循环生态系统中，我们从各个学科交叉中看到了工业设计与信息交互带来的创新，然而究竟哪个才是侧重点呢？其他问题可以围绕作为推动作用。在整个设计中，“以服务替代了产品”，达到资源公共化，服务成为核心，所以信息与交互设计成为解决方案中偏重的主要方面，而工业设计退后，起到了辅助的作用。了解了这种差异性后，有利用我们更好地解决问题。侧重研究自然和谐的人机沟通、沟通语言、服务程序、软件方式、信息传达等，而不是侧重从产品设计的角度设计出舒适的车，新的轨道，很漂亮的模型，理想的生活场景。当然这些也是要注意的，只是付诸在问题的主要方面之下，更好地协助解决问题。

4、结束语

在当今信息科技时代的社会，大量的信息量充斥着我们的生活，事物之间都在寻求一种共同发展下的平衡，协同下的创新，以达到和谐共处。作为引领社会发展的设计，更应该注重在新时代背景下学科间协同创新的力量。而如何协调、如何合作、如何创新？我们可以从“服务替代产品”优秀案例中得到部分启示，把握其几个基本原则，系统性、差异性、协调性、创新性。一方面以系统性的思路作为指导、另一方面分清系统目标下问题的主要方面和次要方面，在尊重差异和把握重叠中寻找创新的突破点、侧重点以及推动点。从而更好地挖掘和利用学科之间共同建设的潜力，带动设计学科更好地发展，培养符合新时代背景下的优秀设计人才。

参考文献

[1]赵华，Dialogue Concerning the Definition of Green Design，装饰2010（3）18—22.

[2]陈汗青，系统设计原理，武汉理工大学教材中心，2003年9月

[3] 汪馥郁、李敬德、文晓灵，产学研结合新模式——学科集群与产业集群协同创新，创新科技，2008.2（15）

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通过与西门子公司的深度合作，将机械行业的NX系统高端软件，融入机械类专业四年本科教学的人才培养体系，使智能化设计制造技术与机械类专业人才培养有机结合。运用NX系统软件将智能化设计制造类工程项目系统训练的经验与成果，引入到机械设计课程设计的教学实践中，形成了有别于其他GOPLM计划（西门子和高校合作计划）高校的特色课程设计教学模式。

关键词：

NX系统；机械设计；课程设计；教学改革

随着国家推进“中国制造2025”，“互联网+”与传统制造业全面融合，制造业信息化技术不断深入制造企业，对应用型人才的要求不断提高。机械设计作为应用型高校机械方向核心专业教学科目，其课程设计是强化课堂理论教学的综合型、应用型环节，涉及多方面机械专业基础课程知识的实际应用。贴近企业现实生产需求的机械设计课程设计，将切实增强应用型高校大学生分析解决实际机械设计相关问题的实战能力，培养学生的创新意识。传统的课程设计题目所涉及的机械传动装置或结构较为简单，大部分构件在机械设计课程中已经学过。课程设计对于学生的训练要求依旧突出手工计算、尺笔绘图，难以满足制造业信息化技术时代企业对信息化应用人才的能力要求。针对上述问题我校对机械设计课程设计的教学方案进行了全面改革，制定了基于NX系统软件设计过程的机械设计课程设计教案，任务指导书，形成了机械设计课程设计教学质量检验评价标准。通过与西门子公司的深度合作，利用信息化设计制造技术克服传统课程设计的枯燥烦琐，使学生能够将有限的时间、精力侧重于课程设计任务的机构方案设计、结构优化等应用性、创造性较强的内容上，从而提高学生的学习兴趣，培养学生先进的设计理念[1，2]。

一、信息化技术在机械设计中的应用

融入制造业信息化技术的工业产品三维仿真设计制造：三维软件智能造型—>实体零部件数控机床加工—>产品组装调试，许多制造企业已实现这一生产流程。西门子NX系统软件融合了三维智能造型、二维工程图生成、虚拟装配、机构运动仿真、运动学分析、装配干涉检验及结构受力分析等智能制造技术，功能强大。制造业信息化技术的应用，提高了机械产品设计的效率，在接下来的零部件CAE分析、CAM加工过程中，智能化设计的优势更加显著，与传统机械产品设计相比，产品质量也得到了大幅度提升。智能化设计可以使得复杂的产品设计及工程问题简单化，通过设计人员的规范化管理、设计任务的合理分工，使得机械产品设计过程中团队的协同性与个人的独立性并行，基于制造业信息化技术的机械产品设计流程如图1所示。

二、借助信息化技术开展机械设计课程设计

1.课程设计选题。目前机械产品设计可以是按照市场导向、没有参照的全新的创新设计，也可以是在现有产品的基础上模仿和改进的创新设计。我校机械设计课程设计的选题范围比较广，如结合教师科研课题，融合学生机械创新项目，参照课程设计任务书中的传统带式运输机传动装置、卷扬机传动装置等。但是对课程设计题目的完成要求基本一致：①理解机械产品的工作原理，对产品的零部件进行三维造型设计，运动学仿真、结构受力分析，完成机械产品二维装配工程图1张；②绘制重要承载轴、传动齿轮等部分零部件的二维工程图各1张；③编写机械产品设计说明书1份。本机械设计课程设计以三维虚拟模型总成及传统实物模型总成作为参照，学生通过对三维虚拟模型、传统实物模型的零部件测量核算、获取模型结构尺寸参数，对课程设计任务产品总成及其零部件进行设计。课程设计根据工作量的不同，以个人或小组团队为单位进行，各单位课程设计不同题，或者同题不同数据规格，以常见的减速器课程设计为例：根据减速器输出轴的输出功率选择合适的传动类型，经校核计算选择对应的齿轮类型、材料、参数，计算轴径、选择轴承等，各单位完成各自课程设计任务[3，4]。

2.课题三维智能设计。作为西门子NX授权教学培训高校，NX系统软件是机械类专业学生必修课程，经NX系统软件教学课程的训练学习，学生掌握了基本的NX系统软件三维智能设计、虚拟装配及运动学仿真的方法步骤，能够独立熟练的进行机械产品零部件设计。基于NX系统软件的三维智能设计，可以将学生的机械产品设计意图用虚拟三维模型形象的表达出来，当设计过程中发现产品零部件需要修改时，方便学生对任务产品结构尺寸参数进行修改，在面对构造较为复杂的大型课程设计任务产品时，也便于实现学生间的分工设计，团队合作。二级三轴式减速器箱体、箱盖、各级传动齿轮、轴等的设计，综合运用了机械设计专业课程中的典型零部件设计知识，零部件三维智能造型如图2所示。在NX系统软件上，将减速器各零部件的三维智能造型进行虚拟装配，通过装配爆炸图分析各零部件之间的装配关系。利用装配干涉检查功能，查看减速器总成设计是否合理，如存在干涉现象，则需优化设计参数，修改零部件三维模型。减速器装配总成及爆炸图如图3所示。

3.关键零部件的运动学分析。NX系统软件的运动学分析模块，可以方便快捷的对减速器传动轴、传动齿轮等关键零部件进行运动学分析，验证减速器总成设计效果是否合理。在确定输入或者输出任一运动参数的情况下，使用NX系统软件运动学分析即可计算获得整个减速器的运动参数，进而效验传动齿轮等关键零部件是否符合减速器的设计要求。对任务产品的装配总成进行干涉分析，可检查减速器各运动零部件在运行过程中是否与其他零部件发生碰撞等干涉现象，尤其齿轮与齿轮之间、齿轮与箱体之间，进而检查零部件的设计及装配方案是否合理。

4.主要零部件的受力分析。NX高级仿真和其他有限元分析软件基本操作一致，分为创建有限元模型、创建仿真模型和后处理。确定减速器输入轴的功率后，即可根据减速器的设计参数，计算获得各轴及传动尺寸的受力情况。通过NX系统软件对关键零件进行受力分析，进一步检验零部件和减速器整体设计装配是否合理。当确定某个零部件其结构关键部位受力情况超出了材料本身的许用应力时，需要对该零部件的结构参数进行重新效核计算，优化受力结构，从而使任务产品符合设计要求。

5.二维工程图的生成。将虚拟装配和模拟分析没有问题的减速器总成三维模型，及所有定型的零部件，经NX系统软件的工程图模块，智能转换生成包含三视图、轴测图等的二维工程图。对自动生成的尺寸标注进行检查修改，或手动添加尺寸标注，然后根据实际机械加工需要，标注相关加工信息、技术要求、工程图编号等，完成所有零部件及装配总成的二维工程图制作。NX系统软件作为高端CAD/CAE机械产品信息化设计软件，将其引入到应用型大学生机械设计课程设计中，符合当前“创新驱动、智能转型”大环境下企业、社会对应用型人才的迫切需求，改善了机械设计专业课程的教学质量，激发了学生的学习兴趣。但要制定出一套完整，且行之有效的基于NX系统软件的课程设计指导规范，仍有很多工作等待完善，如：如何检验及评判学生机械设计课程学习的质量？如何评价学生的创新设计能力？等等，都需要进一步实践、探索，开发出一套实用的基于制造业信息化技术的机械设计课程设计体系。

参考文献：

[1]周海，等.机械设计课程设计[M].西安电子科技大学出版社，2011.

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1企业实际项目校内实训课程目标、方案

企业项目校内实训课程模式是指：将企业实际生产项目作为学生校内实训的课题，并将这些课题让学生按照企业实际运行的方式予以完成。通过实训课程对学生大学期间专业知识体系进行梳理，通过实际生产的实训方式对学生基本操作技能强化，通过实训考核对学生实践应用能力锻炼。该课程安排第六学期，是学生实习与就业前的重要环节。由于以往的课程实训一般只针对少量特定的专业课程，对学生的训练不够全面，所以企业实际项目校内实训应该包含学生专业知识体系，同时强化实际操作技能，最后把企业实际应用新技术等内容纳入到课程中。企业实际项目校内实训课程改革的总体思想是：以企业实际项目为基本课题，采用企业实际生产与管理的方式，进行包括机械零部件测绘、计算机辅助设计、加工工艺设计、夹具与模具设计、产品质量检测等实际生产中需要涉及的内容。学生在完成这些课题的同时，深化专业基础知识，强化实际操作技能，提升专业综合素养。

2企业实际项目校内实训课程改革实施计划

企业实际项目校内实训课程改革的总体实施计划是：学校引入企业实际生产项目，同时按照企业技术部门的技术分配模式对工作进行分解。分别按照相应部门的设计生产工作，相应地对学生分组。以完成不同的零件进行设计，生产和制造。教师依据企业实际工作模式，制定工作规划，让学生明确自身实训工作环节中的各项工作细节，同时在这些环节中予以指导，具体内容包括5个方面：2.1零件基本分析与设计。主要是对拿到的企业实际项目中的产品进行零件结构的分析，其中包括：图形测量、图形绘制，标注尺寸及公差标准。通过基本的测绘工作完成零件的基本内容，在此过程中着重强化学生的实际测绘工具的使用与测绘方案的选择。通过图形绘制，让学生熟练掌握绘图基本技能与绘图过程中的基本规范，同时在图形绘制过程中强化计算机绘图软件的应用，主要包含二维和三维建模软件和分析软件。通过实际测绘工作完成零件的基本内容，着重提高学生的机械设计基础能力。通过机械设计基础训练，让学生全面掌握专业基础课程，如《工程制图》、《机械原理》、《机械设计》、《计算机绘图》等课程。机械设计基础能力的训练，可以培养学生机械设计工程师的岗位能力2.2零件材料与工艺选择根据零件的性能指标要求，让学生通过查阅手册，资料等设计资料。进行材料的选择与确定。随后进行零件的制造方法选择，根据零件的基本特性，让学生分析选择具体的加工方法。比如选择切削加工，冲压加工，或者焊接加工等具体加工方法。最后学生根据选择的加工方法与零件确定的材料进行具体加工工艺过程的设计。在切削成型的加工工艺过程中，主要解决的问题包括：设备的选择，夹具的设计，加工具体工艺路线设计，热处理的方法，检验的方法。在冲压加工工艺的设计过程中，主要是进行模具的设计。通过此过程让学生熟悉和掌握整个加工工艺过程中的问题。2.3夹具与模具设计。学生从本文2.2所述零件。材料与工艺选择中确定的加工方案，进行模具或者夹具的设计。在选择冲压加工方法时主要进行模具设计。具体设计包括：型腔和型芯的设计；型腔壁的工作载荷及各模板尺寸的设计；各种标准件的规格与安装尺寸设计等方面的具体内容。在切削加工中主要进行夹具的设计：定位方法的选择，夹紧方案的制定，定位元件的选择，夹紧元件的选择等方面的制定。最终制造出模具或者夹具，为进一步的零件制造提供基本的设备。在模具与夹具的设计过程中，让生深刻理解相关的专业基础知识，同时借助计算机辅助设计与分析软件完成。主要包括：三维图形的建模，完成三维建模后，对装配后的产品进行仿真分析，确定产品设计的合理性，最后导出实际加工需求的二维工程图纸。2.4实际生产与加工。学生根据零件工艺的选择及夹具和模具的设计，开始进行具体零部件件的制造。这个过程中主要让学生掌握加工过程中的具体操作。通过普车与铣床的具体操作，使学生掌握普通车床的操作技巧。同时在操作的过程中深化工艺基础知识，充分了解工艺过程。使学生在实际操作过程中做到理论与实际相结合。学生通过钳工的操作，使学生掌握钳工的工作技能。同时在钳工训练时着重强化学生耐心细致，吃苦耐劳的工作精神。学生根据确定的零件加工工艺路线，编写数控加工程序。由于数控加工不仅要有扎实的理论基础，更突出实践能力。实际的教学过程中存在诸多不足，主要体现在以下两个方面：（1）课堂教学单调，课本知识乏味，学生普遍被动式接受灌输内容，教学效果不理想；（2）教学过程中实践教学内容较少，且实践内容与企业实际生产情况脱节，从而导致学生实际工程能力训练不足。因此，原有的教学模式、实践内容及考核方式已不利于学生专业知识、工程实践能力的培养。且不能满足企业对学生实习就业岗位能力的要求。学生通过数控加工校内实训操作，完成各项数控机床具体操作，同时解决实际过程中的各种问题。通过实际加工生产，学生不仅学会常规加工设备的应用，同时掌握数控加工能力。最为主要的是；结合具体实际企业项目，学生掌握解决实际生产加工能力，同时对这个过程遇到的问题予以解决，全面提高工程实践能力。2.5质量检验。当零件加工完成后，对所制造的零件进行质量的检验，在这个过程中使学生掌握基本的检测方法。同时也通过检测，确定学生做加工的零件是否符合要求。当检测完成后，零件各项指标满足条件后，形成最终的设计加工产品。通过检测,使学生学习和了解几何量测量的多种常用的测量手段及误差处理方法，掌握常用仪器的使用方法，获得机械零件质量检验的基本知识和基本技能。检测过程中，掌握检测原理、操作检测仪器、观察和解释现象、记录和处理检测数据、分析检测结果、书写检测报告等工作，对于培养学生的动手能力、独立思考和分析问题的能力、创新能力、严谨的工作作风和都有重大意义[7-8]。

3企业实际项目校内实训课程改革的实效

实践表明，通过整个实训过程，使学生掌握设计的基本要求，设计的基本方法，设计中的基本技巧。全面培养学生工程实践能力。同时，通过与企业实际项目的引入，在教学环节形成整套的设计、生产体系。可以此为基础，进行学生实训产品设计，最终形成符合自身优势的品牌特色。主要体现以下几个方面；3.1引入企业实际课题，教学紧跟技术发展趋势。引入企业课程到实训课堂，由企业工程师或技术团队来校和本校教师共同进行教学，采用灵活的方法进行理论或时间方面的介绍。把最先进的理论，技术，传授给学生。学生能够紧跟技术的发展而学习。现已开设引进企业课程《CAE技术分析》，《尺寸工程》等课程融入到实训课程体系中。瞄准前沿科技，紧跟先进制造的时代脉搏。使培养的学生更加符合社会需求。3.2注重职业技能的人才培养模式。通过引入企业实际项目课题，学校与企业保持多方位、深层次的交流与合作，通过交流与合作，学校可以及时掌握市场对人才需求，据此适时调整和完善课程设置，从而培养社会需要的应用型人才。通过以实际项目为纽带，一方面培养企业所需人才，压缩企业人才需求成本与周期；另一方面拓宽学生就业渠道。3.3多元化教学模式，提高学生自主能动性。针对培养应用型创新人才，创立企业实际项目实训课程体系，一方面，理论联系实使学生加深对理论基础只是理解，提高学生工程实践能力；另一方面，学生学习自主能动性提升明显。相较于传统的校内实训课程，企业实际项目实训课程将生产实际与理论相结合，让学生深刻领悟到机械产品设计与生产中每个环节的作用与意义，从而提高学生学习兴趣。同时通过实际项目运作，将大学期间各专业课程有机联系起来，做到既有单项训练又有综合练习，学生积极主动参与,真正实现从“要我学”到“我要学”的根本转变。

4结论

应用型本科高校在人才培养目标上应坚持以培养新型应用型人才为导向，为学生提供与企业生产实践相结合的训练平台，从企业引进各类项目，按工程实际要求进行设计、制造，培养学生的工程实践能力。引入企业实际课题进行校内实训是较为有效的方法之一。实践表明，学生校内实训的锻炼后，其专业基础知识和工程实践能力提升明显，毕业生质量获得用人单位的认可。

作者:于鹏 柴阜桐 张振东 单位:安徽信息工程学院

参考文献：

[1]王晓军.机械设计制造及自动化本科专业实践性教学改革的研究[J].井冈山学院学报,2006（2）:55-57.

[2]徐永辉.当前我国高校教学存在的问题和改革热点探[J].教育探索，2009，222（12）：18-19

[3]赖家胜.现代教育技术对高校机电类课程教学的影响[J].教育与职业，2010，642（2）：182-18

[4]姜大源．职业教育学研究新论[M]．教育科学出版社．2007．

[5]徐娅萍，王润孝．数控机床课程教学的改革与卖践[J]．西北工业大学学报，2007(4)：78—80．

[6]张亚新.机制专科学生顶岗实习的问题及对策——以赤峰学院机械制造及自动化专业为例［J］赤峰学院学报，2012(21).

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在设计者进行设计时，通常会用到最优路径原则和相似联想原则。所谓最优路径原则，就是设计者在设计时，会选择与预想方案最为相似的设计实例来进行参照，这样不仅可以大大缩短设计的时间，而且通过对比研究，可以实现设计价值的最大化。所谓相似联想原则，就是指在设计时能够因为一种概念或一种模式联想到所要进行的设计预想，通过寻找这其中的相似性来达到启迪设计者思维的方法。而运用计算机网络创新设计在进行机械设计时，设计者可以根据机械功能、原理和结构的不同，进行横向和纵向的联想。联想的合理性是相似性的前提，一个优秀的机械产品往往可以举一反三，设计者利用机械产品的相似作用原理和结构来进行重新优化组合，从而得到最优的设计方案。

辅助设计技术在机械设计中的应用

计算机辅助设计技术以及网络协同化所谓计算机辅助设计技术，是设计者在进行机械设计时，以计算机作为设计的基本工具，通过进行多学科领域知识的综合利用，对机械设计的产品设计、分析及优化等问题进行数字处理和创新处理的方法。在机械设计中，结合软硬件的发展，计算机辅助设计技术与数字编程等技术联合以来，成为机械创新设计中的主力军，其在机械设计中主要表现在以下几个方面:(1)二维绘画。通过计算机的应用，绘画技术已经由传统的手工绘画转为计算机二维绘画。(2)图形和符号库。在进行机械设计时，将复杂的图形分解成简单的图形和符号，将这些图形和符号存入数据库中，当需要使用时，再从数据库中进行调出，将调出的图像进行编辑后进行应用。(3)参数化设计。在传统标准化和系列化设计中，需要设计者在设计中经常性地对部件的结构和尺寸进行调整，而采用计算机参数化设计因为建立了图形数据库，将图形调出后，可以赋予其新的尺寸，从而形成新的图形［3］。(4)三维造型。通过三维造型的设计，在对零件的结构进行了实体设计后，对其进行着色和消隐，从而将零件的真实形状体现出来。在测试方面，可以对其进行运动仿真测试，检测部件之间在运动状态下有无干涉情况发生。(5)工程分析。运用计算机辅助技术，将可以实现机械设计中的有限元分析、优化设计和运动学分析。(6)设计文档、生成报表。在机械设计中，可以通过计算机技术来将设备的属性设计成文档，生成报表，也可以根据设计参数来进行设备的图像设计。随着计算机网络的普遍应用，集成化、智能化和网络协同化成为计算机辅助设计技术的发展特点。目前，计算机辅助设计技术正朝着网络协同化的方向发展，将计算机辅助技术的公用信息、图形等信息贮存在公共数据库中，通过网络对其中的数据进行共享。信息化和网络技术的发展，使得机械制造业的信息快速交互成为可能，将网络技术和计算机辅助设计技术结合在一起，对机械制造业的发展起到了举足轻重的作用。计算机辅助技术已经成为机械设计中具有很强活力的技术手段，在设计中，随着市场需求的扩大和要求的提高，产品的设计越来越需要创造性支持。而且，不同的设计标准和经济标准都会导致产品在设计上出现不同的结果，针对这样的特点，计算机辅助技术必须朝着智能化、信息集成化和信息交换借口标准化的方向继续大踏步发展。目前，我国计算机辅助技术上的研究和国外相比，还存在着比较大的差距。计算机辅助技术的应用复杂多变，在机械设计中，设计人员要对其进行很好的掌控是一件不容易的事情，而且在当前的企业中能够真正精通计算机辅助技术的机械设计人员并不多，因此，我国还需要加强对计算机辅助技术人员的培训，而计算机辅助技术的发展也要朝着更为人性化的方向发展，实现人机的交互式应用，从而为我国机械制造业的市场竞争力提供有效的技术保障。远程协同网络技术在复杂形状的机械产品设计中，设计的最终完成都是由不同领域和部门的专家共同来协作完成的。传统的制造模式正受到计算机网络技术的飞速改造，而远程协同设计就是这种改造中的突出例子。不同的制造企业根据自己的需求来配置了不同的计算机网络体系和数据库系统，因此研究计算机网络环境下协同作业的原理和实现方法，达成异地信息共享是一项具有重要意义的课题［4］。由于机械产品种类繁多、使用环境复杂，对知识性的依赖极强，如果只是针对各自的应用来进行独立开发设计，重建知识框架体系，将会对人力和物力造成巨大的耗费。而基于网络的协同设计可以使这个问题得到解决。工作人员可以使用网络工具和现代设计方法，对产品设计的共同特征来进行总结，设计出通用的设计构件，生成自己的应用系统，最终构建出自己的远程协同设计体系。处于同一协同设计系统内的每个成员都可以在第一时间内获取他们所需要的数据。只要接入协同设计网络，工程人员就可以非常容易地获得已经完成的产品数据，这为不同企业和部门之间的合作提供了快速交流的平台。机械协同设计的方法具有群体性、动态性和协同性等特点，解决了设计中异地之间和不同时间的数据传递问题，其以计算机网络和数据库作为基础，以计算机辅助技术、CAE等技术为手段，以数字化和可视化的特点，提供了一种全新的数据交流和共享的平台，由单个设计的数据共享发展成为多个设计的数据共享，其开放性的设计为工程人员参加设计制作提供了良好的环境支持。协同设计是在并行框架的基础上，建立协同设计管理系统，通过对分阶段产品模块实行共享，对模块进行定义、进行过程管理和协调，从而实现协同设计的系统方案。协同设计的关键技术包括环境支持技术、统一的产品信息建模技术、产品数据管理技术、计算机辅助技术和CAPP等集成环境技术、决策评价和冲突管理技术、信息安全技术。在当今制造业和机械设计开发的网络化背景下，通过远程机械设计系统的开发和应用，从而实现机械设计中大量基础信息和共性信息的异地共享，提高了机械设计的开发效率。

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关键词CDIO；机械设计类课程；教学改革

引言

CDIO（构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运行（Operate））是由美国麻省理工学院联合瑞典几所高校共同开发的一种全新工程教育理念和实施体系，其核心理念就是以产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的方式学习工程，培养学生的理论知识、个人素质、协作能力、工程-社会大系统适应及调控能力，①其理念正好与工程教育认证的标准是契合的。因此，为切实支撑专业认证，培养具有工程理念的高素质、创新型工程人才奠定基础，倡导CDIO工程理念，重构机械设计系列课程体系和课程内容，开展教育教学改革具有非常重要的理论和实用意义。

1优化课程体系和教学内容

机械设计系列课程具有较强的理论性，同时又要与实践紧密结合，基于CDIO理念的机械设计系列课程教学改革首先需要重构课程体系和优化教学内容。课程体系要凸显整机设计，强化工程理念，将各门课程有机地结合起来，进而构建一种集专业理论知识、工程能力和综合素质培养于一体、体现理论教学和实践教学无缝对接的课程体系。②以CDIO从最初的产品构思到最后机器成品运行的工程教育理念为“主线”，建立基于整机设计的机械设计系列课程体系如图1所示。

1.1以各门课程为子系统，进行课程内容的优化重构

以往课程内容的理论学时偏多，实践学时匮乏，重理论轻实践的现状难以培养学生解决问题所需要的综合能力，容易造成“学而无用”。为充分体现学科和技术的内在联系，使得理论与实践有机结合，课程内容的整合要突出设计性和工程实用性，强调基础知识学习服务于工程实践。以机械设计课程为例，原有的一些教学内容过分强调理论公式的推导和论证，在有限的教学学时内，使得培养工程应用和实践能力的教学内容不断弱化，因此，在新的课程内容优化重构中，需要弱化一般性公式的详细推导，重在设计思路和设计方法的介绍，如“齿轮传动”一章内容优化为：简化设计计算公式的推导，重在设计准则、设计思路以及对设计过程中各环节的把握，并将齿轮传动的强度计算、查表、数据处理和结构设计等融入例题中详细讲解。在讲述齿轮传动的受力分析时，将直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、锥齿轮和蜗轮蜗杆等各类传动的受力分析整合在一起进行讲述，这样便于学生类比掌握受力分析的要点和方法。

1.2以工程应用为主线，实现课程体系教学内容的纵横整合

知识是由浅入深的，学习也是循序渐进的，因此，每门课程内容的设置要考虑与前续课程知识点的联系。“纵向整合”就是将机械设计系列课程体系中各门课程建立前后内在联系，要讲新带旧，要引旧联新，使学生“温故而知新”。“横向整合”就是各门课程要彼此联系，有机整合。例如：机械设计课程中关于零部件的教学内容要与机械原理课程的机械传动系统方案设计相联系；机械设计的零件结构设计要与机械制造基础课程中有关精度和工艺的知识点相联系；机械产品设计制作要与机械设计和机械制造基础课程的相关内容相联系。总之，通过各门课程教学内容的纵横整合，要贯穿整机设计的理念，使学生对专业理论有系统而完整的把握。

2精心“设计”教学环节，改进教学方法

CDIO开放式的教学模式首先需要教师转变原先在教学中纯粹的以教为主的角色，更重要的是需要教师更新教学理念和教学思想，因此教学方式和教学方法的改革是课题研究的重点和难点。（1）根据工程教育专业认证的需求，围绕学生工程能力和素质的培养，重新进行教学环节的设计，课程组教师要深入研究当前国内外工程教育的发展形势，在教学方法与手段上不断改革和创新，在传授给学生专业理论知识的同时，引领学生理论联系实际，形成一种学与做有机融合的学习方式，从而加深学生对专业理论知识的理解。（2）探索“CDIO做中学”的教学模式，课堂教学多引入工程设计案例，课程的推进采用设计任务驱动模式，例如在课程开始之初，就布置有关机械产品综合设计的课题给学生，根据课程教学进度，安排学生以小组学习和讨论交流的方式进行课题分阶段设计，通过这种方案分析、小组学习和项目实训的方式，贯彻CDIO在做中学的理念，培养学生主动学习和团队合作能力，提高工程意识和设计技能，这样既能够有效调动学生的学习积极性，激发学生的工程设计兴趣，培养学生具备较强的工程实践能力，而且能够培养学生良好的团队协作能力和精神。（3）搭建开放式课堂，在时间、空间和教学内容上加以扩展和延伸。对于实践性和工程性强的教学内容，可以走出教室，把课堂搬到实验室、工程训练中心和工厂，从而创造一个开放的课堂空间和开放的教学环境，使得学生更易于吸收和消化课堂的知识内容。为了训练学生的工程设计和实际应用能力，除了充分把握好第一课堂教学，还要搭建更广阔和丰富的第二课堂，教师要指导学生参加大学生机械创新设计大赛、大学生工程训练综合能力竞赛和参与教师的科研项目等，培养学生的实战经验，在第二课堂，使创新能力培养与第一课堂的教学融于一体，从而探索出一条集理论研究与工程能力培养相互促进的途径。

3重点改革实践教学，凸显整机设计理念

课程设计是培养学生工程能力的重要环节，而以往课程体系中各门课程的课程设计内容基本上是各自独立的，缺少相互关联。例如“机械原理课程设计”中，主要是从运动的角度，训练机械系统的原理方案设计能力，没有考虑具体的材料和结构，更没有考虑制造工艺和经济性等要求；到了“机械设计课程设计”，主要训练学生对机械系统中各零部件的设计和计算能力，设计对象基本是齿轮减速器，运动方案一般是固定的，容易让学生墨守成规，限制了创造性思维的发展；轮到机械制造技术基础课程设计，内容又是与前序设计对象无关联的工艺设计；最后在机械产品设计制作阶段，对象又变化了，于是就照猫画虎，用现成的图纸和工艺进行加工，这种各自为阵的课程设计安排显然违背了整机设计的思想，学生的能力培养只能趋于碎片化，而真正需要的整机综合设计和应用能力不能得以锻炼和培养。因此，为了切实提高学生的工程意识和设计技能，改革选择课程设计实践环节为突破口，通过课程设计内容的重新整合和优化，使得各个课程设计内容前后关联和有机结合。③为了凸显整机设计理念，训练学生的综合设计技能，将图1所示课程体系中的四大课程设计实践环节联合起来进行，依次按方案设计、技术设计、工艺设计和产品实物制造编排课程设计的内容，做到课程设计的完整性、系统性和综合性，从而训练学生从机械产品方案设计、技术设计、性能仿真、工艺设计到加工制造和组装调试的整机设计能力。在课程设计过程中，成立独立稳定的设计团队，期间配备专门的指导教师，每个团队的设计对象固定，始终贯穿于各个课程设计，具体以典型机械产品的设计和制造为载体，例如无碳小车或是机械创新设计大赛设计对象等，要求分阶段完成对象的各项设计任务，即依次设计、制作、安装、调试一台机械产品，让学生从一开始就注重整机设计，增强综合分析问题的能力。④机械原理与创新综合课程设计为机械设计课程设计提供系统方案、运动和动力参数计算和分析，在接下来的机械设计课程设计中，通过设计计算和选型，将前序设计得到的方案具体实物化，绘制出相应的装配图和零件图，同时又为机械制造技术基础提供了图纸和精度设计技术文件，而机械制造技术基础课程设计的内容又为最终的机械产品设计制作提供了工艺指导，从而大大提高课程设计实践环节的连贯性和实用性。为了保障以上改革的顺利实施，根据我校的实际情况，依托学校的大学生素质教育中心的加工设备制造出实物，使得学院的理论教学与大学生素质教育中心的实训实现无缝结合，也使得教学资源得以充分利用。

4结束语

篇6

随着计算机技术的发展，CAD技术已成为产品设计人员进行研究开发的重要工具，其中的三维造型技术已被制造业广泛应用于产品及模具设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。在实际开发制造过程中，设计人员接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但很多时候，却是从上游厂家得到产品的实物模型。设计人员需要通过一定的途径，将这些实物信息转化为CAD模型，这就应用到了逆向工程(ReverseEngineering).所谓逆向工程技术，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。

逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。而逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/ACE/CAM以及CIMS等先进技术对其进行处理。

一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，主要包括以下几个内容:

(1)新零件的设计，主要用于产品的改型或仿型设计。

(2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图。

(3)损坏或磨损零件的还原。

(4)数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。

逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。

而传统的产品造型设计，一般是在市场调研，制定需求表之后，先展开平面简图的构思，形成稍微完整的方案之后，开始绘制三维简图，完全定型后再根据需要绘制效果图、三视图或制作简易的模型。在造型设计的过程中，需要工程技术人员、产品造型人员与工人的通力合作，用样品实物模型来表达设计者的构思，但对每一种方案都制作实物样品，要付出大量的劳动，还存在着精度低、修改调整困难、设计周期长及成本费用高等问题。

2CAD技术应用于产品设计

计算机技术的发展，带来第三次技术革命浪潮，计算机辅助设计(computeraideddesign,简称CAD)技术则是计算机在工业领域应用中最为活跃的一支。它集数值计算、仿真模拟、几何模型处理、图形学、数据库管理系统等方面的技术为一体，把抽象的、平面的、分离的设计对象具体化、形象化，它能够通过“虚拟现实”技术把产品的形状、材质、色彩，甚至加工过程淋漓尽致地表现出来，并能把产品的设计过程，通过数据管理，实现系统化、规范化，这正是工业设计与CAD技术必然结合的基础所在。

逆向工程技术实施的软件条件

目前比较常用的通用逆向工程软件有Surfacer,Delcam.Cimatron以及Strim。具体应用的反向工程系统主要有以下几个:Evans开发的针对机械零件识别的逆向工程系统;Dvorak开发的仿制旧零件的逆向工程系统:H.H.DanzdeCNCCMM系统。这些系统对逆向设计中的实际问题进行处理，极大地方便了设计人员。此外，一些大型CAD软件也逐渐为逆向工程提供了设计模块。例如Pro/E的ICEMSurf和Pro/SCANTOOLS模块，可以接受有序点(测量线)，也可以接受点云数据。其它的象UG软件，随着版本的提高，逆向工程模块也逐渐丰富起来。这些软件的发展为逆向工程的实施提供了软件条件。而这些软件相对与尽管目前一些高端的设计软件，已经具备了产品复杂造型的设计与渲染功能，但要艺术类的设计师掌握并运用这类软件，至今还不是一件容易的事。所以从事结构设计的设计师们大都是机械工程师出身，设计的思维与方式完全不同于造型设计师，他们思维是一种完全符合机械设计标准的设计思维方式。

那么，两种设计将如何在产品的设计中得到结合，且得到较好的结合，并且更好地完成从设计到加工程序的转换成为我们进行产品设计所要考虑的问题。

3产品设计一逆向工程CAD技术

(1)Pro/E参数化设计在工程中的应用

参数化设计(Parametric)(也叫尺寸驱动Dimension-Driven)是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。目前它是CAD技术应用领域内的一个重要的、且待进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量。参数化设计的关键是几何约束关系的提取和表达、约束求解以及参数化几何模型的构造。1988年，美国参数技术公司首先推出参数化设计CAD系统Pro/Engineer(简称Pro/E)，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上存在的简便易行的优势。它的主要特点就是:基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修

改。

这样我们可以采用PTC公司的工业设计软件Pro/Designer(简称Pro/D)进行曲面设计，由于Pro/D与Pro/E采用的是同一数据库，两者之间是

无缝连接的，因而在设计中造型设计师和结构工程师可以更好的协作

(2)Pro/D的曲面设计能力

对于工业设计人员和那些想构建曲面模型的工程人员来说，Pro/D正是他们需要的工具，Pro/D可以构建高质量的自由曲面模型，并且可以很容易的转换到其它基于制造工程的CAD系统中。Pro/D能够创建真实而精确的几何体，利用它可以更加容易的创建模型，缩短设计周期。利用Pro/D可以把视觉上的美学要求和模具制造过程中的工程要求很好的结合起来，这一点在创建自由曲面模型的过程中现得尤其显着

(3)Pro/D与Pro/E之间的致据传抽

Pro/Designer与Pro/Engineer之间交换数据有两种方式:一种是与Pro/Engineer直接交换数据，另外还有一种就是以文件的方式与Pro/Engineer交换数据。

(4)造型复杂产品三维设计的CAD应用

对于造型装饰性强，特别是包含复杂曲面的产品，可以使用Pro/D与Pro/E组合起来进行，造型设计师在Pro/D里面做ID、做曲面建模，直接从Pro/D里启动Pro/E，把数据导到Pro/E由结构设计师进行结构设计，在整个设计过程中甚至结构设计全部做完了，由于客户的要求或设计师对方案的局部要进行更改，这时只须在Pro/D里面改动，改好后存好再原名称送给Pro/E，那么Pro/E里也得到改变，而结构不用重做(当然修改要使结构有存在的条件，即它的父特征不会有问题)。

篇7

关键词:医疗器械产品;安全隐患;安全设计

中图分类号:R197文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0082-02

一、医疗器械产品中存在的安全隐患因素

隐患是指目前没有危险,短期内看不出伤害,长期不采取防范措施会引发不良后果的隐蔽的危险。隐患的产生包括两种情况:一种由于工作人员作业姿势不合理,长此以往,将会对人的身体健康造成极坏的影响。负面作用并不明显,都是经过时间的推移才逐渐显现出来,所以不易察觉,经常被忽视。另一种由于发生的危险带有随机性,多由人的粗心大意造成。

在医疗器械产品设计中,把安全意识放到比较重要的地位来考虑是医疗器械产品设计发展迈出的一大步。现代社会,世界各地医疗行业时常爆发种种医疗事故和器械事故,使得人们,尤其是急需就医患者来讲,对医院和医疗行业充满了严重的不安全感。所以,在医疗器械产品设计中注入安全因素颇有意义。

二、医疗器械产品的安全设计分析

医疗器械多采用特殊的科学技术,针对的是病患者,有其相应的特殊性,因此对安全的要求特别高。

(一)医疗器械的危害

1.电击(Electric Shock):电击可使人体自身的导电系统短路,导致心跳停止,对于这一安全隐患,医疗器械的设计过程中应最大可能地避免正常使用和某一错误条件下突然被电击的危险。医疗器械的设计过程中应考虑:(1)依靠保护接地的低阻抗(I类仪器)和用双重绝缘或加强绝缘(Ⅱ类仪器);(2)应用部分与设备的带电部分隔离到漏电流容许(见GB 9706.1中19章)不被超过的程度;(3)用内部电源供电,不采用市电。

2.能量(Energy Hazards):能量包括电能、热能、辐射能、机械力、超声、微波、磁场等物理量所可能造成的人体危害,医疗器械在设计中要强化能量供给部件或物质造成病人危害的保护。

3.火灾(Fire Hazards):医疗器械的设计应减少在常规使用和单一不利条件下失火或暴露的危险,特别应注意那些预期应用中暴露在带菌物质或可引发燃烧物质中的器械。

4.机械(Mechanical):医疗器械的设计和生产应保证病人和使用者免受诸如活动、不稳定和移动部件承受力等情况下的机械危险。

5.热(Heat Hazards):可接触到的器械的部件(包括用于加热或达到温控的部件或区域)及其周围在常规使用中不能存在危险温度。

6.辐射(Radiation Hazards):器械应按这样进行设计和生产:与使用目的相比较,应尽可能减少病人、使用者和其他人员接受的辐射量,不对用于诊断和治疗的特定强度的应用进行限制。

7.化学(Chemical Hazards):医疗器械设计使用材料的选择,特别是涉及或易燃物;考虑到器械的预期目的,使用材料和生物组织,细胞和体液的相容性。

(二)医疗器械产品的安全设计

所有这些问题都是在医疗设备制造和使用过程中需要考虑的问题。产品设计人员着重于根据安全的要素,从结构设计、外观设计、材料选取和标记设计的手段来满足安全要求。

1.结构设计:结构设计与产品的特征以及产品的应用息息相关,主要考虑的要素有:(1)外壳必须具有足够的强度与刚度,以免破损或由于外壳变形而导致安全方面的危险;对(I类仪器)要确保护接地的低阻抗和(Ⅱ类仪器)双重绝缘或加强绝缘不被破坏和应用部分与设备的带电部分隔离要达到漏电流容许(见GB 9706.1中19章)不被超过的程度或用内部电源供电,不采用市电;(2)设备的稳定性也是需要考虑的因素,特别是小型设备可能需要携带或搬运,因此需要考虑由于提拎把手意外跌落、搬运时的冲击和振动对设备产生的影响,防止出现断裂现象;(3)防止面、角、边等的锋利边缘导致人身伤害;(4)机内结构布局必须合理,导线间的距离或隔离方式应当满足它的安全需求;散热孔的位置及内部对流的方式必须设计合理,发热板卡或器件如电源板的散热问题要解决;产品经常与患者接触,便于清洁,以免造成病菌的传播,这是一个很严肃的问题;开关的灵敏度、颜色和大小,显示器、仪表的表现形式都要有适度的设计,防止失误导致严重后果的发生。比如上海某医院曾经使用的一些仪表,数字显示是以亮灯的形式表现,小数点则被印在仪表盘上,夜间操作时,只能看到数字而不能准确辨别小数点的位置,很容易造成错误。

2.外观设计和材料选取:治疗病人不仅依靠精湛的医术,先进的科学技术,给病人制造出轻松充满关怀的环境,对医疗效果也是大有帮助的。

医疗设备的整体设计形象很重要。医疗器械在外形、选材以及颜色上都应该照顾到病人的心理,使病人的心情放松。比如核磁共振器,如果外形做的精巧圆润些,色彩选用明亮,洁净的颜色,质感上也避免金属的坚硬,就会打消病人的紧张情绪,真正达到各方面都在治疗病人的效果。图1所示的治疗仪器外型以圆弧为主,细腻柔和,色彩选用了白色和淡绿色,都是干净和健康的颜色,对病人的治疗起到了积极的辅助作用。

生物兼容性的要求:在医疗仪器的应用中,有些产品需要与人体相接触,比如超声设备的探头,监护设备的电极和探头等等,所以需要它们满足生物兼容性的要求。确保所使用的材料和元部件是非致敏性的物质。通常这种验证需要第三方机构来进行。

3.标记设计:标记包括说明性安全,如标识、标签、包装、说明书等。这部分需求也需要根据要求分解到产品的包装设计需求、标识设计需求、说明书编写需求中去。医疗产品的标记设计出现的问题包括外观标记不全(生产、供应单位;型式标记;与电源连接的标记;设备分类标记;生理效应标记),产品说明书叙述不详,需要特别注意的危险没有以醒目的颜色和符号标出等。所以,产品设计人员应在产品设计中严格按照标准要求进行设计,以确保设计出安全可靠的产品。在产品设计过程中,满足产品的安全需求需要产品设计人员和产品验证人员共同实现。

三、结论

提高医疗器械产品的安全性,需要医疗器械产品设计人员不仅充分了解本专业的知识,同时也要关注社会的方方面面,尤其是科学技术的发展。既关注科技的发展可以解决一些曾经无法避免的安全问题,也要防止新的技术产生新的安全隐患。产品的安全性设计永远都是产品设计师、产品开发人员要面对、研究的课题。目前,国内外的医疗器械工业设计已经开始重视产品的安全性。但针对这个主题很少见到系统全面的理论和研究,仍有很多理论和实际的问题需要探讨和解决。

参考文献

[1]医用电气设备(第1部分):安全通用要求(GB9706.1-2007).

[2]陈宇恩,钟圣馗,曾繁丰,何敏,何婷婷.医用电气设备安全设计的一些理念[J].中国医疗设备,2008,23(2).

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随着科技发展和社会需求的变化,不断进行课程改革,完善课程教学,是保证教学质量、培养学生职业能力的要求.《机械设计基础》课程是机械类课程中的重要基础平台课程,是培养学生机械基本知识,基本技能,分析、解决实际问题,理论性与实践性并重的课程.近年来我国高等职业教育把“工学结合"作为人才培养模式改革的重要切人点,在高职各专业的教学中,推行工学结合模式的专业课程,直接为培养职业能力服务.然而,与专业课相比,作为专业基础课的《机械设计基础》课程,不仅具有更强的理论性、普适性,而且具有较强的技能性、技术应用性要求,教学有其特殊规律.《机械设计基础》课程如何体现“工学结合”内涵、如何解决教学内容与产业需求脱节的问题,所涵盖的知识如何实现向职业能力转化,是高职《机械设计基础》课程教学改革所面临的重要课题.围绕这一课题,广东科学技术职业学院机电学院以职业能力为本位,对《机械设计基础》课程进行了基于职业能力的课程改革研究与实践,取得了较好的成效,并把该课建设成为具有高职工程教育特色的校级精品课程.

2课程改革思路

职业教育应与社会需求相适应,职业教育的重要特征就是职业岗位的针对性.经过对珠三角企业生产情况和我院毕业生就业状况进行的调查研究以及广泛征求行业专家的意见,我院明确了高职机械类专业毕业生的就业岗位(群)有机械设计、制造、安装、测试、运行、维修等方面的技术、工艺或管理工作.这些职业岗位大多需要解决机械设备使用保养、维修改善、技术改造、故障诊断、仿制或设计制造,乃至发明创造等过程中一系列生产现场的技术问题,同时,面临制造技术的突飞猛进和制造业的快速发展,毕业生还需具备对择业的适应能力以及可持续发展能力.因此,《机械设计基础》课程改革应顺应满足上述岗位(群)的职业能力及知识的要求,同时反映先进的设计思想及课程实施的可操作性.课程内容体系的重构和排序还应充分考虑高职学生的认知规律,教学过程应有利于学生职业能力的训练与职业素质的培养,重视创造性思维的养成.《机械设计基础》课程的改革,首先要进行教学内容体系的重构,再据此来设计教学项目和优化组织教学过程.其总体设计思路是:打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式,将机械产品设计制造和机械设备维修维护过程所涉及的工程材料知识、材料强度和刚度分析知识、机械传动知识、机构设计、常用零部件选用与设计的相关知识等进行深度融合,以典型机器的结构为载体,实验任务为驱动,以课程设计为导向,进行课程内容体系重构,设计涵盖课程知识和职业能力目标的典型教学项目.围绕教学项目来组织教学活动,合理安排和设计教学项目的实施情境和流程,做好教学项目相关的课程知识链接,保证教学项目的系统化和系列化.采用教学、实训、综合训练的螺旋渐进式教学安排,尽量贴近职业岗位实际工作需求和过程来组织教学,逐步培养学生的职业能力和职业素质.

3课程内容的教学项目设计

机械设计基础涵盖的内容多,实现岗位工作能力所涉及的知识面广.经过多年来的研究与探索,我院确定《机械设计基础》课程内容体系以两个典型机器(牛头刨床、皮带输送机)和生活中常见机器(如自行车、修鞋机、缝纫机、烤箱、汽车车门开启机构等)的结构为载体,以“机械设计、制造、安装、测试、运行、维修”等岗位职业能力及其支撑知识为目标,设计六个课程内容教学项目,对应十二个课程知识单元,根据典型机器每一部分的构造设置知识群(点),并融合到所设计的项目中去.其中知识的选取紧紧围绕相应岗位能力和素质要求的需要来进行,以“必须、够用”为度,适当添加现代设计知识,如绿色设计思想,计算机辅助设计手段的运用等,支持学生职业能力的可持续发展.课程主要内容体系结构见表1.

4课程教学组织旳优化安排

教学条件和教学过程的组织安排是实现教学目的的保障.我院建立了“机械基础教学实训中心”,其中分设多媒体教学区、机器及模型区、实验实训区等,实现课堂与实训地点的一体化,营造有较强工程背景和职业氛围的教学环境.在此基础上我院将整个教学安排分为三个环节,有针对性的采用工学结合、任务驱动、项目导向等教学模式,教学过程融“教、学、练”为一体,以达到理论联系实际、学以致用、发展职业能力的目的.

4.1课堂教学环节

课堂教学在“机械基础教学实训中心”的多媒体教学区和机器及模型区进行,使用PPT课件和机器实物进行讲授,并辅以网络、VCD、动画演示、现场录像等,进行理论教学与实际应用紧密结合的教学,消除学生对机器的抽象感,提高学生的学习兴趣和理解能力.课堂教学围绕教学项目来组织,面对看得见、摸得着的完整机器,分析其组成及构造,根据每一部分的构造展开相关知识的教学.在具体的机器实物中,每一种机构和零件的作用、结构都显而易见,其受力状况等问题的分析也明显容易得多,可以节省分析的时间,让学生可以专注于教学内容本身,提高教学效率.课堂教学的主要目的是使学生熟悉传动机构的工作原理,工程材料的相关知识,材料强度和刚度的计算,通用机械零件的选用等知识,初步掌握简单机械产品开发设计的一般方法,熟悉整个设计流程,培养对机械运动和机构的分析能力,解决常用机构及通用零部件的分析、选用、简单设计和维护问题等.课堂教学中注意结合高职学生的认知规律,采用“认识-了解-认知"的教学模式.“认识”即通过实实在在的机器结构作为教学载体进行讲解,激发学生对机械的兴趣;“了解”即由老师引导,提出问题,由学生通过查阅资料,自主学习,对机械现象进行分析,从而由感性认识过渡到理性认识;“认知”即为理性认识的提升,在分析机器机械构造、运动和设计的同时对所涉及的技术知识进行学习,有的放矢,提高学习效率和学习效果.教学过程突出“兴趣,目标,效果”.

4.2技能实训环节

技能实训环节是《机械设计基础》课程教学的重要组成部分,技能实训的目的是提高学生的实践动手能力和理论联系实际的能力,从而启迪创新思维,开拓创新潜能.在这一环节中,我们设计了九个集知识、技能、应用于一体的实训任务,实训任务的安排从认知性、验证性向综合性、创新性逐步提升.技能实训环节穿插于课堂教学环节中,在“机械基础教学实训中心”或校外实训基地进行,采用工学交替、任务驱动等教学模式,学生分组完成9个实训任务.该环节以任务为驱动,由老师布置实训任务,提供实训设备和工具,提示学习情景及知识内容,提出技能要求,由学生自行查找资料,进行小组讨论,确定实现方法和步骤,协同合作,最后完成实训任务,写出实训报告.由老师进行过程督导和结果评价.实训任务和对应的学习情景见表2.

4.3综合能力训练环节

该环节是“基于工作过程的综合实训周”,即以机械产品为对象,进行为期1周的产品项目设计.以“机械产品设计”等相关岗位能力为目标,以企业实际设计项目为载体,以工作过程为导向,以项目团队为组织形式,真实地完成企业中实际机器产品的设计.如以某企业输送设备和自动输送带的设计为载体及工作项目,完成“产品调研及资料的收集—产品设计整体方案的确定—产品材料的选择—零部件强度设计—通用件的选用—产品结构设计"^绘制零件图—绘制装配图—撰写设计说明书—设计答辩”的整个技术流程.通过这个“基于工作过程的综合实训周”训练环节,学生可熟悉实际产品开发的设计流程,了解机械设计的全过程,提高实际工作能力和全局观念,体验实际工作氛围,有效地培养技术应用能力和职业素质,充分锻炼岗位职业能力.

5课程考核方式旳变革

课程考核是评价教学效果,检验是否达到教学目的的重要措施之一.采用有效的考核方式对课程教学具有积极的促进作用.传统的“笔试”建立在“知识本位”基础之上,很难对学生的能力做出正确、全面的评价,这种考核方法不再适合基于职业能力培养的《机械设计基础》教学评价.为此,我们对该课的考核方式进行了改革,教学效果评价采取过程评价与结果评价相结合的方式,以教学的项目(任务)为单元,以学生对每一个任务的设计思路、方案确定、运用相关知识和技术资料的能力、动手能力、职业素质表现为评价重点,从专业能力、方法能力和社会能力等方面对学生进行综合评价,由学生自评分、学习小组的互评分和老师评卷分共同确定学生的学科成绩,从而完善课程考核的激励导向功能,有效地解决以往闭卷考试无法对学生学习态度、学习过程和综合能力作出检查与评定的弊端,使职业能力培养的目标更加明确.

6结语

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【论文摘要】随着工业设计的发展与社会认同度的不断提高，教学与就业的联系日益增强，工业设计教育模式也应随之发生转变，以系统的概念全面审视产品设计体系的创新性与完整性，对课程教学内容、衔接顺序进行调整，明确创新能力的培养的递进性与设计表达能力的综合培养。

1 引言

根据工业设计艺术类学生特点，对传统工业设计专业的能力培养模式进行系统的改革，探索适应艺术类学生特点的综合能力培养模式，初步尝试创新复合型工业设计专业人才的教学与实践方式。我校工业设计艺术类学生，文化基础偏低，美术基础相对薄弱，自2001年办学来，教学中强调艺术类发散性思维方式与灵感式教学方法并不突显特色，因此提出工业设计艺术类人才培养模式改革。

2 学生接收知识能力研究

工业设计课程包括机械、材料、人机、美术、计算机、管理等多种学科门类，学科的边缘性决定了学生感性思维和理性思维培养并重的基本情况。有别于其他艺术类专业情况，工业设计学生的感性思维培养多集中于产品的设计表达，产品的外观造型、产品的色彩设计等形式创新上的体现;而理性思维则集中于产品的流程，检验的标准，机构方式以及特定的规则等内容。

在研究中发现，学生在一至二年级接触的课程多为感性思维课程内容，重点在于培养学生美术基础的表达能力以及审美的思考与创新能力。此类课程多以动手为主，培养学生手、眼、思维的统一性。

学生在二至四年级期间，接触的课程多为感性思维与理性思维并行的课程，课程内容多样化，每门课程涉及的知识结构、知识范畴都具有特定性，学生在初步进入此类课程中多处于迷茫状态，对课程的评价标准，以及课程内容的前后衔接存在很大模糊性，但对设计的创新性十分明显，想法大胆，却多不能实现;在此阶段中期，学生基本掌握课程学习的技巧，创新能力体现明显，理性思维缜密环环提升，然学生在细节设计方面的掌握并不突出，文案工作能力明显加强;后期阶段，学生在设计中能突出创新性，细节设计日渐完整，学生对课程内容以及设计方法、设计内容的偏好性明显，开始与就业接轨。

学生对感兴趣的课程精力的投入远远大于一般课程。根据专业课程内容的研究，在课程教学的不同环节进行多元化尝试，将企业课题、设计竞赛等多种形式引入课堂，研究结果表明，学生以设计竞赛的形式尝试小型产品的知识学习，可以在很大程度上调动学生的学习积极性。动手能力培养环节与作品提交形式的变化，往往得到学生的关注。

3 课程设置特点

对国内同类高校的培养模式调查中显示，美术类基础包含两大部分，一是传统意义上的素描与色彩;二是基于美学基础的构成类课程。根据工业设计专业的特点，传统意义的素描、色彩课程多为手脑统一性的熟练技巧性课程，在此类课程中学生对三维物品的表达，结构的合理性，色彩的调和性进行学习和操作。构成类课程研究中显示，平面构成、色彩构成的形式具有一定意义上的共通性，构成内容与方法的同一性，在表达方式的不同;一为黑白表达，一为色彩表达。后者更倾向于色彩的协调，但两者都包含基础构成的概念，是设计类课程的基石。

工业设计的支撑课程包含机械类课程、材料工艺类、人机学、计算机图形学等多方面内容。在课程的先后顺序上有着特定的规律，当各类课程内容逐步推进后，产品设计内容才会进行的更加顺利。在设计基础课程中，以设计概论为牵引，带动各类课程逐步引入，给学生足够的时间进行深入理解。 转贴于

多年来工业设计专业计算机课程多以工程软件教学为主，在研究中对比其他高校，快速建模软件的教学是目前工业设计教育的主流。社会对工业设计专业学生计算机能力的要求与日俱增，文案工作，设计模拟，广告策划等多项内容，已经扩充到工业设计各环节。在本教改研究中，提出平面软件、快速建模、工程软件、渲染软件四项思考。

4 实践成果及内容

4.1 特色课程的建立，加强就业竞争力

鉴于艺术类学生感性思维能力卓越，将艺术类特色课程方向制定为外观设计，尝试进行必要的车辆构造以及材料工艺方面的思考。以交通工具造型设计为特色课程的建设工作已经进行了三年，在建设过程中，将交通工具涉及范围由水上交通工具，转为轨道交通、车辆外观设计方面，明确课程的教学内容，并尝试进行内饰设计内容，建立UI界面设计特色课程。

4.2 创新能力的综合体现，贯穿整个教学过程

创新能力是产品设计课程体系中的核心，没有创新就没有设计。通过课程的研究，以递进的方式进行创新能力的培养是目前看来最有效的方式，而表达内容包括文字、图案、语言、作品，是综合性的创新能力。目前的教学尝试已经从的产品外观设计的单一辅导，扩充到各方面能力的训练。在设计表达方面，也初步尝试使用计算机展示，如构成、摄影、表现技法等课程。

4.3 作品形式的调整，全面调动学习的主动性

工业设计教学内容创新、创造性十分突出，展览的形式便于大家的交流与监督，竞赛的形式便于学生的积极参与。在近年的教学中，尝试将专利的申请作为成果展示的一部分，已经初见成效。

部分企业实际课题进入高年级课程教学中，通过实际课题的研究，建立产学研教学方式，已经得到学生与教师的认可。根据近年就业情况调查表明，学生在校期间从事过实际设计工作，在大四就业选择上具有明显的优势。

工业设计专业在教学成果的体现上包含以下途径:外观专利的申报、实际课题的引入、设计竞赛、设计作品展览。

5 结语

小结，此次教改研究中，初步以系统的概念全面审视产品设计体系的创新性与完整性，对课程教学内容、衔接顺序进行调整，明确创新能力的培养的递进性与设计表达能力的综合培养。尝试以理性思维、感性思维的教学模式进行课程理论与实际操作，树立产品设计的价值观、社会观的理念，将课程内容与社会要求全面接轨，强化就业竞争力。

参考文献

[1]施仁江.导入竞赛制概念的艺术设计人才培养模式探索[J].国际工业设计教育研讨会论文集.2007.10.

篇10

关键词：工程教育；课程体系；项目教学法

作者简介：尹晓伟（1976-），女，吉林公主岭人，沈阳工程学院机械学院，副教授；张陈（1963-），男，辽宁沈阳人，沈阳工程学院机械学院院长，教授。（辽宁 沈阳 110136）

基金项目：本文系2012年度辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目“基于CDIO理念的机械类卓越工程师人才培养模式改革与创新研究”（项目编号：2012-151）的研究成果。

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0134-03

应用型本科院校是实施应用型本科教育，培养应用型本科人才的高等学校，它是在经济社会发展和高等教育大众化的必然产物，它不同于研究性大学、职业技师院校的大学类型，肩负着推进中国高等教育大众化，培养“数以千计的高级专门人才”的历史重任。应用型本科院校面向现场、面向实际、重在培养具有高深知识、实践能力和职业道德的应用型人才，他们将从事科技含量高、综合性强的技术工作和经营管理工作，解决工程或生产中的实际问题，并逐渐成长为工业工程现场或企业一线的骨干力量。[1]

CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）

和运作（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。从2000年起，麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究获得Knut and Alice Wallenberg基金会近2000万美元巨额资助，经过四年的探索研究，创立了CDIO工程教育理念，并成立以CDIO命名的国际合作组织。[2，3]2006年初，汕头大学工学院成为中国第一个CDIO国际合作组织成员。2008年12月以来，在教育部高教司理工处倡议和课题组的框架下组成了由39所院校参加的CDIO工程教育试点工作组，分机械、土木、电气和化工四大类试点实施CDIO工程教育模式。几年来，第一批、第二批试点高校在推进CDIO工程教育改革方面取得了良好的进展和成效。

我国许多高校吸收欧美先进的CDIO工程教育理念，结合一般工科院校应用型本科人才培养的特点，开展以“CDIO为特色”的工程教育模式的研究与实践，实现实用型人才培养的整体目标。国内外的经验都表明CDIO的理念和方法是先进可行的，适合工科教育教学过程各个环节的改革。CDIO工程教育模式的研究与实践在我国才刚刚起步，还有许多问题需要解决。因此，开展基于CDIO的工程教育人才培养模式改革，并结合学校、专业的实际情况进行创新，不但有利于丰富CDIO的理论研究，更有利于提高工程教育人才培养质量，满足经济发展对工程人才的需求。同时，对其他工科院校的工程教育改革也具有非常重要的借鉴与推广意义。

沈阳工程学院（以下简称“我院”）作为一所新建应用型本科院校，一直在培养应用型高级人才的道路上不断学习和探索，试图找出一条适合我院发展的道路。几年来，笔者不断地学习，不断地总结和改进，取得了一定的成绩，但是落后的教学模式和课程体系从根本上制约了我院教育改革的深入。2011年机械系成立“CDIO”研究室，正式将CDIO工程教育模式引入我院，通过学习研讨，重新思考了工程教育改革的模式与路径，参照汕头大学和一些试点高校的改革方案，对我院机械专业人才培养的课程体系做了改革和实践，取得了可喜的成果。[4]

一、创建以项目为依托的课程体系

按照CDIO的培养模式，机械设计制造及其自动化专业结合自身专业特色，提出了以一级、二级、三级设计项目为依托的课程体系。通过以项目为纽带的设计，将学生的理论知识学习和实践能力训练系统融合，将扎实的专业知识学习和工程实践能力培养系统结合起来，将知识学习和实践能力培养、团队合作精神等有机地结合起来。图1是基于CDIO模式的机械设计制造及自动化专业课程计划鱼骨图。[5]

整个培养方案和课程体系，围绕机械产品设计与制造展开，组织学生参与数个特定机械设计与制造项目课程安排，如减速箱测绘、缝纫机拆装、机械装备设计、齿轮制造、产品创新设计、模具设计与制造和机械产品设计与制造综合项目等。将CDIO项目按规模和范围划分为三个层次：一级项目为包含机械专业主干课程和能力要求的项目，通过几门主干课程的系统融合，是学生掌握专业知识的总体思路，加强学生对专业主旨的把握；二级为包含一组相关课程（课程群）、能力要求的项目，课程门数不限，关键是通过课程群使学生对某一专门知识有充分的理解和掌握，包括理论上的理解和实际的操作；三级为单门课程内为增强学生对某门课程的理解和能力的掌握而设的项目，在课程教学环节中增加项目设计，使学生对该门课程达到真正掌握并能够将知识应用与实践。

在机械设计制造及其自动化专业设计了四个一级设计项目，六个二级设计项目，每门课程一个或几个三级设计项目为导向的一体化课程体系。

二、项目的构思和设计

1.一级项目的构思和设计

一级项目是专业知识的汇总，贯穿专业主干课程全部知识，从产品构思、设计、制造到使用、维修、保养、报废的系统知识，使学生有机会把所有知识有机地联系起来，让学生在获取知识的同时，更要掌握知识的运用。“专业导论”课程作为大学课程中的第一个一级项目，以减速器为例介绍机械产品全生命周期，从产品的市场调查、需求分析、方案设计、机构设计，到产品试制和测试、调试等。以减速器为例，分析产品在全生命周期过程中设计到的相关知识，进而向学生介绍为使学生获得这些知识而开设的相关课程，及专业课程体系的设置，并进一步向学生介绍专业培养目标、培养要求以及专业的招生、就业和师资队伍建设。具体内容见图2所示。通过专业导论课程，是学生在进行本科课程学习之前，就能够对本专业的知识获取与课程设置紧密联系起来，使学生对大学四年的学习有个整体的规划和认识，为学生设计一个学习愿景，提高学生的学习兴趣。

一级项目“机械产品设计与制造综合项目”采用循序渐进、层层深入的方式，从一级减速器设计、二级减速器设计、工程承力结构设计、钻床设计、C6140车床机械、电气的设计、总装、调试和故障诊断、模具设计与制造、设计和数控机床改造、数控机床设计等，从简入繁，将所学的专业知识逐渐应用到更复杂的一级项目设计中，从而将大学四年所学的知识做了最有效的连接，实现了从基于知识的教学向基于项目的教学转变。

2.二级项目的构思和设计

二级项目是基于课程群的综合性设计项目，它把原来零散的知识点有机地结合起来，使学生认识到有机的、关联的知识群而不是孤立的知识点，加深学生的学习兴趣，加深学生对知识的理解和运用。比如，材料力学课程，四大变形的讲解原来只限于理论讲解和解题思路，没有与实际相关的实例和范例，导致学生在学完力学课程后不知道如何使用力学知识。进行二级项目设计后，笔者将力学课程与后续的机械原理、机械设计专业基础课程联系起来，用后续课程中的应用范例，如减速器系统中的高速轴的变形分析来讲解力学中的弯曲变形，做到理论知识和实际应用结合。如图3、4、5所示分别为产品创新设计课程群、模具设计制造课程群、减速器设计课程群。其中产品创新设计课程群将大学生创新大赛产品设计与3D工程制图、力学、机械原理和机械设计等课程联系起来，建立理论联系实践和具有创新特色的课程群改革方案。

3.项目驱动法应用于三级项目

“项目驱动法”是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，包括知识讲授、实践教学、演示、评价等完整的过程，其目的是在课堂教学中把讲授理论知识与实践教学有机地结合起来，实现知识、技能之间的联结，发展完整的职业能力。[6]

三级项目以单门课程为基础，如专业必修课“模具设计与制造”在教学过程中采用项目驱动法，在为学生提供模具基础知识基础上，根据该门课程教学需要设立了一门贯穿课程的实践项目，项目设计内容丰富、完整、全面，从设计、工艺到制造，给同学提供了充分的实践锻炼的平台，要求学生在课程教学过程中，完成一副典型零件冲压模具的设计，难度适度，旨在加深和强化学生对课程内容的理解，掌握模具基本设计方法，改变过去单纯的理论课程讲授，学生缺少动手环节，知识掌握不够系统和灵活的现象。

又如“机械制造装备设计”课程也采用了项目驱动法，用主轴箱设计项目来驱动教学过程，使学生在知识和能力上都有了提高，教学效果显著。

三、结论

应用型本科院校重在培养知识面较宽、基础较扎实、应用能力强、综合素质好的高级技术人才，这样才能在高教生态中找到发展空间。结合应用型本科院校的办学特点和我院“工程教育，职业取向”的教学理念，充分发挥CDIO工程教育的优势，认真研究具有特色的CDIO教学方法和人才培养标准，能够尽快提高我院学生的整体水平和工程应用能力。改革课程体系，强调理论知识和实践结合，提高学生的知识、能力和素质，对培养工程教育人才具有重要的意义。

参考文献：

[1]杨兴林.应用型人才及其培养模式的研究[J].黑龙江高教研究，

2007，（6）：50-51.

[2]陈冬松，孙阳春.CDIO工程教育模式下的工科院校人才培养途径[J].现代教育管理，2011，11（12）.

[3]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008，（3）：1-6.

[4]尹晓伟.谢刚.张陈.基于模具课程的项目教学法的研究与应用[J].沈阳工程学院学报，2012，8（1）：100-102.