包装机械设计范文

导语：如何才能写好一篇包装机械设计，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。

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关键词：机械设计 现代机械设计方法 包装机械

我国的包装机械行业起步于20世纪70年代,在80年代末和90年代中得到迅速发展。已成为机械工业中的10大行业之一,无论是产量,还是品种上,都取得了令人瞩目的成就,为我国包装工业的快速发展提供了有力的保障。目前,我国已成为世界包装机械工业生产和消费大国之一。但在包装机械设计领域,绝大多数设计人员仍沿用传统的设计方法。随着科学的不断发展以及市场竞争的加剧,客户的需求也越来越高。体现在以下几个方面:为了满货期和降低生产成本的需要以及包装机械和生产机械相衔接必须提高生产效率;为了更好地适应新变化的需要,包装机械要具有高的柔性和灵活性;当设备出现故障时,能进行远程诊断服务;利于环境保护、噪声、粉尘和废弃物少;设备购置投资尽可能少,价格要尽可能低。而传统的设计方法根本无法满足这些要求。

1、现代机械设计方法

为了寻求保证设计质量、加快设计速度、避免和减少设计失误的方法和措施,并适应科学技术发展的要求,使设计工作现代化,引发了现代设计方法的研究。现代设计方法的特点是动态的、科学的、计算机化的方法。它将那些在科学领域内得到应用的所有科学方法论应用到工程设计中。现代设计方法实质上是科学方法论在设计中的应用。冠以“现代”二字是为了引起重视,其实有些方法也并非是现代的。可归纳为下列具有普遍意义的方法:信息论方法、系统论方法、控制论方法、优化论方法、对应论方法、智能论方法、寿命论方法、离散论方法、模糊论方法、突变论方法、艺术论方法。把以上现代设计方法应用到机械设计中来,则称其为现代机械设计方法。

2、现代机械设计方法在包装机械设计中的应用

首先在设计理念上要借鉴先进国家的经验,以用户的需求为设计的目标,并结合柔性设计、模块化设计的理念,一机多基本一样,但设计阶段侧重点不同如:总体设计时,要全面考虑整个包装机系统的布局、运动协调性、造型设计、人-机环境以及装箱运输等。模块化设计是一种先进的设计方法,它的核心思想是将系统根据功能分为若干模块,将包装机中同一功能的单元设计成具有不同性能、可以互换的模块,通过模块的不同组合,使包装机多功能化、系列化。采用这种方法的优点是:(1)使包装机更新换代速度加快。因为新机型的替代,往往是局部改进。将先进技术引进相应的模块,比较容易实现局部改进;(2)缩短设计周期。当用户提出要求后,只需更换模块,或设计制造部分模块,即可得到新的机型,满足用户需求;(3)降低成本,便于维修;(4)性能稳定可靠。另外现代包装机设计应该满足“绿色设计”,即人性化设计的要求。它是面向质量设计、装配设计、制造设计、维修设计、可靠性设计的综合设计。我国人口众多,人均消费水平比发达国家低,而且城乡差异较大,包装系统的设计应以价廉物美为主,不能盲目追求高精尖。要考虑到可靠性、安全性、环保性、低噪音等各方面的因素。充分体现原理优化、结构优化、制造优化、造型优化。

3、包装机械可靠性的设计方法

机械可靠性设计可分为定性可靠性设计和定量可靠性设计。所谓定性可靠性设计就是在进行故障模式影响及危害性分析的基础上,有针对性地应用成功的设计经验使所设计的产品达到可靠的目的。所谓定量可靠性设计就是充分掌握所设计零件的强度分布和应力分布以及各种设计参数的随机性基础上,通过建立隐式极限状态函数或显式极限状态函数的关系设计出满足规定可靠性要求的产品。机械可靠性设计方法是常用的方法,是目前开展机械可靠性设计的一种最直接有效的方法,无论结构可靠性设计还是机构可靠性设计都是大量采用的常用方法。可靠性定量设计虽然可以按照可靠性指标设计出满足要求的恰如其分的零件,但由于材料的强度分布和载荷分布的具体数据目前还很缺乏,加之其中要考虑的因素很多,从而限制其推广应用,一般在关键或重要的零部件的设计时采用。机械可靠性设计由于产品的不同和构成的差异,可以采用的可靠性设计方法:预防故障设计、简化设计、余度设计、耐环境设计、权衡设计等,将这些方法应用到包装机械设计中去即为现代包装机械可靠性设计,当然,机械可靠性设计的方法绝不能离开传统法,如机械计算机辅助设计、有限元分析等。

目前,微电子技术、信息技术、网络技术、材料科学等学科迅猛发展,而且不断向机械工业渗透。现代设计技术也不断地与机械设计技术相结合,向集成化、敏捷化、网络化、智能化的方向进一步发展。在包装机械设计中引用现代机械设计方法,使得包装机械的设计周期大大地缩短,提高了产品的性能,而且还有助于经济效益的提高。随着设计新手段、新方法、新技术不断地涌现,广大技术人员应不断更新设计思维,采用现代设计技术,真正提高产品的开发能力和设计水平,以增强市场竞争力。

参考文献

[1]梁尚明,殷国富.现代机械优化设计方法.北京:化学工业出版社,2005.

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1计算机辅助设计软件概述

（1）优势。

计算机辅助设计软件主要包括Optistruct、Ansys和Pro/E这三个部分。对于Optistruct软件而言，其作为hyperworks软件中的重要部分，设有快速准确的有限元求解器，能够对模块进行优化分析和设计。用户可以利用Optistruct软件中的边界类型、载荷、属性以及材料等，优化线性屈曲、模态、频率和静态等。同时借助该软件的尺寸和拓扑优化等功能优化结构时，可以在图形上利用不同的颜色直观表示出可优化去除或可加强和保留的部分，其中红色显示为可保留部分；绿色和蓝色显示为可优化去除部分。Optistruct软件作为一种应用软件，其能够优化结构，因此在结构优化方面备受企业的重视。Ansys软件作为一种辅助设计软件，其具有仿真和有限元分析功能，能够对部分较为简单的结构直接进行建模，如梁结构、板件和杆件等。但是在实际的生产过程中，由于零部件较为复杂，Ansys建模无法有效满足其实际需求，必须要以专业的Pro/E软件为基础进行三维建模，在此基础上导入Ansys，从而进行有限元仿真分析。Ansys软件与Optistruct软件相比较而言，其能够将结构的数值大小、变形分布以及应力进行直观准确地反映，更侧重于有限元仿真分析。Pro/E作为一种绘图软件，其三维建模功能极为强大，能够对不同常规性的三维实体加以快速生成。一般而言，如果结构零件的外形相对较为复杂，则可以利用Pro/E软件的各种专业命令，使各种类型不规则的三维实体模型在界面内生成。

（2）联合分析流程。

计算机辅助设计软件在实际设计和研发过程中，往往需要不断循环验证和设计，从而实现最优解。在包装机械设计中联合应用Optistruct、Ansys和Pro/E软件，将会使开发的周期加以缩短，保证最优解结构的准确性和可靠性。三者在设计中的联合应用流程图如下图。首先利用Pro/E软件进行三维建模，促使实体模型加以快速生成，并借助Ansys软件进行有限元仿真分析，从而得出该模型的变形云图和应力分布云图，对2项最大值加以求解，便于结构的优化。其次利用Optistruct软件导入三维模型初始结构，并对结构加以优化，以此得出可优化区域的密度云图，并在此基础上利用Pro/E软件，对优化模型三维图加以建立。最后对Ansys再次导入加以验证，并将设计结构优化前后的应变和应力加以比较，从而确定最优解。

2包装机械设计中计算机辅助设计软件的应用价值

（1）应用实例。

以易拉罐的包装生产为例，在对原材料加以运送时多采用真空吸盘托架，一是利用Pro/E软件对三维实体模型加以建立；二是利用Ansys软件导入三维模型，从而进行有限元仿真分析，并对材料的荷载、定义边界约束条件、网格划分和属性进行合理设置；三是在Optistruct软件中导入模型，优化分析结构，有效定义优化方法和属性，合理设置材料，科学划分网格，并对目标和约束载荷加以优化，从而对结构进行分析求解。四是将优化模型三维实体图建立在Pro/E软件中，并在Ansys导入优化模型，从而进行有限元仿真分析。五是对托架结构优化前后的参数进行比较分析，当满足应变和应力条件且具有明显的优化效果时，则可将其确定为最优解。对于托架结构而言，其优化前的最大应变为0.916673mm，最大应力为222.742MPa；优化后的最大应变为0.384901mm，最大应力为181.787MPa；优化前后的最大应变减小了0.531772mm（58%），最大应力减小了40.955MPa（18.4%）。

（2）应用价值。

将计算机辅助设计软件联合应用于包装机械设计中，其能够有效保证Pro/E与Ansys和Optistruct之间的数据传送。Pro/E与Ansys进行数据传送时，能够利用初始图形交换标准（IGES）格式，在不同的辅助设计软件中交换数据。同时设计人员能够利用Pro/E对三维实体模型加以建立，并对IGES格式加以选择保存，使其能够导入Ansys。这样能够几何修复和拓扑修复结构的进行部分，有效得出优化的几何模型，保证有限元仿真分析的顺利实施。当然，在导入的过程中，也可以采用IGES格式，但是要想对三维图形的效果和数据进行完整保证，确保结构分析优化的准确性，应采取直接式数据传送的方式。

3结语

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论文关键词：知识管理；包装机械结构设计；知识管理模型

知识经济环境下，知识被视为 企业 最重要的资源，产品中蕴含的知识量成为竞争的基础和决定胜负的关键，对于知识密集型的包装机械结构设计来说更是如此。随着 现代 信息技术的 发展 ， 计算 机技术的广泛使用以及多主体合作模式的出现，引起了包装机械结构设计在工作方式、组织模式和实现手段上的根本性变革，技术和市场形态的变化也对包装机械结构设计提出新的要求。因此，从知识管理的角度研究新环境下包装机械结构设计具有重要的理论和现实意义。

1包装机械结构设计中的知识管理

知识管理是适应知识经济时展的需要而产生的，是管理 科学 的思想与理念向纵深发展的结果是随着人们对资源认识的不断深化和企业管理能力的不断提高而发展起来的。知识管理既不是简单的信息管理的延伸，也不是对知识的管理或简单的知识化的管理，而是以管理为基础，以知识为中心，为解决知识开发与应用过程中出现的知识需求与知识利用间的矛盾而产生的一种管理模式。它包括知识的识别、获取、开发、传播、使用、保存以及更新的全过程，通过屏蔽信息复杂的来源，以方便用户对所需知识的获取和利用，为用户提供个性化的知识服务这些知识能够帮助主体获得竞争优势，实现最大的利益。其目的在于知识资源的有效利用，力图将合适的知识在合适的时间传递给合适的设计师，以便使他们能够做出好的决策。

包装机械结构设计中涉及到的知识有造型设计知识、产品理念知识、原理设计知识、安全性知识、人机知识、布局知识等，包装设计知识管理的目的就是通过信息技术支持、激励机制，以及良好的组织文化建设和组织结构设计，发掘组织内部已有的知识，从组织外部获取所需知识，在组织中实现知识共享并引导知识创新，并对知识进行蓄积和有效运用，以此提高组织的包装机械结构设计能力。

2包装机械结构设计知识管理模型

本文在现有的知识管理理论基础上提出了包装机械结构设计知识管理模型，如图1所示。

2．1包装机械结构设计中的知识管理流程

包装机械结构设计中的知识管理流程可分四个主要阶段：知识的获取、知识的存储、知识的转化和知识的应用。

2．1．1知识的获取

包装机械结构设计是一个知识的运用和创新的过程。一方面它依靠员工本身的技能和经验；另一方面要求通过不断地吸收外部的技术知识和专业化的学习来提高设计能力。因此，知识获取在包装机械结构设计中具有重要的作用。知识获取包括从现有的知识库或知识 网络 中提炼出有用的知识，以及有效、快速吸收设计所需的外部知识。通过内部与外部知识的联合与补充，将各种知识汇合成组织的知识网络，为包装机械结构设计提供一个共同的资源库，为知识提升和知识拓展创造机会。知识获取是包装机械结构设计知识管理过程的首要内容，为确保设计过程中相关知识的获得，组织应提供多种知识获得的方式，如建立内部知识库、协同工作以及创造知识交流的环境等。

2．1．2知识的存储

包装机械结构设计中的知识存储是指组织将有价值的知识经过选择、过滤、加工和提炼后，存储在适当的媒介内，并随时更新和维护其内容和结构，以利于设计者更加便利、快捷地访问，获得有效的知识。组织的存储对于组织来说是非常必要的。首先，知识的积累是知识创新的基础，根据学习创新能力理论的观点，当组织积累越多的知识，就越容易吸收、学习新知识和创造新知识。其次，知识的存储还可节约知识的重复开发成本，知识是组织投入成本所获得的提升组织优势的重要资源，从成本分摊的观点看，知识的利用程度越高，其相对价值也越高再次，组织内员工的离职、退休、死亡以及对知识的遗忘，项目团队在完成任务后解散，或者组织成员的流失和变动都会造成知识的流失，因此需要及时保存。最后，凭借知识的存储可以降低重复设计的成本和重蹈覆辙的损失。

2．1．3知识的转化

包装机械结构设计知识存在于两种形式：隐性知识和显性知识。显性知识是易表达的、可以通过语言、文字等方式传播的知识，隐性知识是个人拥有的，不易表达的，难以传播的知识，是个人长期学习和积累的结果。nonaka提出的seci模型显示了隐性知识和显性知识之间相互作用与相互转化的过程，如图2所示，其中包含了四个过程：

(1)隐性知识向隐性知识转化过程：设计人员之间通过观测、模仿、传授等方式进行交流，从而实现个人技能、经验等知识的传播、共享，这一过程是知识社会化的过程。组织的创新能力很大程度上依赖于隐性知识之间的转化，关键是组织成员如何贡献自己的隐性知识为集体共享；

(2)隐陛知识向显性知识转化过程：个人将存储于大脑中的设计体会、设计经验等知识通过个人主页、知识库管理系统等转变成共享的显性知识，这是知识的外在化过程；

(3)显性知识向显性知识转化过程：组织将一些分散的显性知识整合成新的更复杂或系统化的显性知识，以便在组织范围内使新知识得以共享，这是知识的综合化过程；

(4)显性知识向隐性知识转化过程：员工通过学习，将多种渠道得到的显性知识进行消化、吸收，转化成个人能力，存于大脑之中，这是知识的内在化过程。

在知识转化过程中，每一个转化阶段都会有外部新知识的融入，比如员工的自我体会、知识使用过程中的改进、创新等。因此，知识转化过程实际上也是知识共享的过程，是新知识的创造和产生过程。通过知识转化过程的螺旋上升运动，组织的知识得以充分共享，组织设计能力得到不断提高。

2．1．4知识的应用

包装机械结构设计中的知识获取、存储和转化只是为设计提供了可供利用的知识，这些知识能够被有效利用，还要看组织的知识应用能力，它决定了设计成功的可能性和效率。知识的应用有多种表现形式，如有效利用经验和教训学习提高工作流程的效率或不再重复犯错；能快速有效地将知识应用并发挥在问题解决和工作绩效的提升上；能快速有效地将知识利用发挥在可以观察到的环境变化上，以及指导竞争战略上等。

2．2包装机械结构设计中的知识支撑系统

2．2．1知识导向型的文化

由于知识型员工中竞争心理、知识垄断心理、自我封闭心理等障碍的存在，使得组织中的知识共享困难重重。因此培育一个知识导向型的文化是包装机械结构设计中知识管理成功的关键要素之一。所谓知识导向型组织文化，使指将知识视为组织最重要的资源，能够支持有效地获取、创造、交流和利用知识的组织文化。知识导向型文化的关键因素是对新知识持一种欢迎态度，并且在一个不断学习和尝试被高度评价、重视和知识的环境中，创造出一种信任和开放的气氛。通过知识导向型文化的建设，培育共享的价值观，使设计人员认识到，只有把知识拿出来共享，才能实现自身的价值，获得信任和尊重，并通过共享使知识得到增值，最终提升自己的实力。

2．2．2激励机制

建立强有力的激励制度，是包装机械结构设计知识管理成功的有效保障。通过激励机制可向设计者明确表明组织的态度，在组织内确定和鼓励知识型行为。知识型行为是指在工作岗位上利用组织知识并实现知识增值的行为。当前很多组织在知识管理实践中，常采取一种十分重要而有效的激励措施一知识全程跟踪制，并将这种激励制度作为组织知识管理初期的首选措施。所谓知识全程跟踪，是将知识提供者的姓名永久性地附在其所提供的知识记录上，并通过相应的技术支持使该提供者能够了解什么人、在什么地方、如何利用其所提供的知识，从而增进知识提供者的自豪感和成就感；同时能使该项知识的利用者与提供者之间保持密切的联系，激发利用者对提供者的尊重，并通过双方的相互交楼和探讨进一步创造新知识或知识的新应用。

2．2．3面向知识管理的组织结构设计

面向知识管理的组织结构具有柔性化、扁平化、 网络 化等特征。柔性化使组织能对意外的变化及时做出反应，具有较强的灵活反应的能力；扁平化减少了组织的管理层次，通过管理者向员工的全面授权，使得员工承担更大的责任，从而促进管理者与员工之间的交流；网络化可使各组织单元之间的连接最大化，从而为知识共享提供最佳的组织结构支持。

2．2．4信息技术支持

信息技术有利于组织内拥有不同知识基础的员工协作，有利于员工接近知识和分享知识，有利于加速交流，提高知识收集和知识利用的效率。

2．2．5形成设计、制造、使用一体化的知识管理机制

传统的串行工程从设计到制造各道工序是按一定的先后顺序逐步实施的，由于在产品方案的设计中缺乏其他部门的支持与合作，因此，许多本来可以提前解决的问题都必须等到整个设计方案进入下一环节后才能被发现，然后设计部门再根据后续部门反馈的结果进行设计的修改与更正，造成时间与资源的浪费。形成设计、制造、使用一体化的知识管理体制，即在合作 企业 和部门之间共享统一的知识库，并且在产品开发全过程中让用户参与进来，以便及时了解用户的需求，发现产品的缺陷，更新知识库中的信息，从而缩短产品开发周期，提高顾客满意度。综上所述，基于知识管理的包装机械结构设计流程如图3所示：

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前期：用AutoCAD 、 CorelDRAW等软件规划出包装的规格尺寸 ；

中期：用CorelDRAW、Freehand 、 Illustrator 、 Photoshop等软件设计出主题画面 ；

后期：用3Dmax等软件渲染出成品效果图。

（来源：文章屋网 ）

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关键词:自动封口包装机；光感传感器；使用；维护

随着我国食品安全认证脚步的不断推进，我国食品企业正面临着有一次的机遇与挑战。食品安全认证要求食品生产企业在食品生产以及包装过程中积极应用自动化设备来保障食品生产过程对于质量的控制，减少生产过程的污染，提高食品质量安全。包装作为食品生产过程中的重要环节，其有效的质量控制对于企业的生存与发展有着重要的意义。自动封口包装机是食品生产中的重要设备，其主要依靠光感传感器来实现包装过程的自动化。自动封口包装的应用一方面提高了企业生产能力，另一方面也对企业生产过程的质量控制起到了极大的促进作用。

1.自动封口包装机基础分析

食品企业广泛应用的自动封口包装主要是进行粉剂分装、颗粒分装、块状食品分装等。其一般由物料储存部分、计量组件、光感传感器、裁刀、热封组件等部分组成。其中光感传感器作为整个系统是否同步的关键，其安装、调试、使用与维护对于食品包装的效率以及质量都有重要的影响。食品企业常用的自动封口光感系统主要是光电控制结合的系统，在一个包装袋内自动定位，对准光标，减少人工调节，提高包装材料使用率，同时具有测速功能，数码显示包装速度，并可以在设定数量包装后自动停机。食品用光感包装系统要求光感传感器与制袋系统同步，制袋精度高，误差小。

2.自动封口光电控制系统的设计

自动封口包装设备是通过光感传感器来实现光标定位，然后通过光控系统对包装系统进行同步控制，以此完成自动封口包装。用来实现定位控制的光电技术可提供一种用固定标志点结合线性或旋转运动部件来实现简单可重复运动的方法。它利用了与一对光电管并联工作的一个功率运放的快速响应时间。由此实现的一种元件数量很少的系统，能在明确规定的工作环境下，具有很高的可靠性、准确性以及可重复性。

2.1自动封口光感传感器应用的基本原理

在自动包装过程中,由于商标印刷误差,薄膜变形不一,牵引辊打滑,送纸,拉纸,中封,横封各部分速度的差异,横封切断位置可能偏离规定部位,甚至因误差积累而切到商标图案上。为此,先进的包装机都配有光电跟踪自动控制系统,以控制封切位置使之保持正确,保证每次都在定位标记确定的位置处封接切断,不致于封切到图案上。这就是光感传感器在自动封口控制系统的主要应用。随着食品安全认证的深入，食品企业对于包装设备的要求越来越高，光电控制技术也必须跟上机械发展的要求进行合理的设计与开发。

其基本原理是利用光电系统测定目标的位置，然后根据光电传感器所测位置进行包装袋的步进、封口、切割。该系统主要由发射部分、光电探测器，信号处理电路，a/d转换器和单片机、 计算 机显示器组成，然后通过热封、切割、包装袋步进系统等共同完成自动包装。

2.2自动封口包装设备光感传感器控制系统的设计

自动封口包装设备的光发射电路主要由光源驱动器、光源（主要是半导体光源，包括led（发光二极管），ld（激光二极管）等）、光功率自动控制电路等部分组成。，用脉冲发射电路来驱动激光器，为了使半导体激光器克服供电电源波动、器件老化等因素的影响，确保激光器输出功率稳定，还必须有自动功率控制电路。接收部分主要由四象限光电探测器组成，四象限光电探测器是把4个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像，然后通过信号放大，传送至单片机，经过单品机的分析后，将同步信号传送至包装控制的各个组件，完成自动封口包装的全过程。

3.关于光感传感器自动包装机械 发展 前景展望

随着 科学 技术的发展及市场竞争的加剧，各食品生产 企业 以及自动包装使用企业对于机械的要求也越来越高。要求新机械在自动包装时可以提高生产效率，以满货期和降低工艺流通成本的需要，对一些产品，还要求包装机械和生产机械相衔接。要求设备生产厂家可以在设备出现故障时能够进行远程诊断服务。另外还要求噪声要小、包装过程精度高、废弃物要少。针对这样的情况，自动化包装设计厂家正在根据客户的需求，不断进行创新与设计，通过将更加先进的光感传感器、光电控制技术等的应用来提高自动包装的效率与精准度。

未来食品包装过程中工艺流程自动化程度将会越来越高，几年前，自动化技术还只占包装机械设计的30％，现在已占50％以上，大量使用了微电脑设计和机电一体化控制。包装机械自动化程度不断提高，一是为了提高生产率；二是为了提高设备的柔性和灵活性；三是因为包装机械需要完成的动作复杂，多采用机械手来完成。光感传感器的发展也为自动包装机的发展提供的更加广阔的空间。新的光感控制系统在完成传统定位的工作职能外，还加强了对材质及厚度的高分辨能力以及对包装上印刷质量缺陷的甄别，在包装过程中，包装材料的厚度、材质变化以及印刷质量问题不易为人眼所辨别，所以在包装机械上常采用由电脑控制的摄像机和探测器来分辨。摄像机现已发展到能自行检查和辨别摄像的图片，并在显示屏上显示。当前机器在加工的转速是不能变的，今后应根据分辨后材料的变化改变转速，控制在最优化状态下工作，并且实现自动清理，自动消毒和自动清洁，自动剔除印刷不合格包材，减少因包材不合格出现的残次品。

结论

光感传感器的应用为自动包装设备开辟了一个全新的发展空间。加上 计算 机技术的不断应用，未来自动包装设备将是集成了更多计算机技术以及光电控制技术的 现代 化包装机械。而计算机仿真设计技术的应用，为自动化机械的设计与发展提供了便利的条件，将各种机器元素以数据库存入计算机，把图纸数字化后输入计算机，计算机即可自动合成为三维模型，并根据生产要求将实际生产数据录入，进行模拟运行。科技的发展在自动包装机械行业得到了充分的体现，也为光电控制提供了良好的发挥平台。由光感传感器作为核心的计算机控制自动化包装机械将成为包装机械发展的主要方向。

参考 文献

[1]王宏伟.压力传感器原理及应用[j].检测与控制,2007,6.

[2]乔金珠.锅炉压力自动控制系统浅析[j].自动控制资讯,2008,4.

[3]刘海清.自动控制——压力传感[m].机械 工业 出版社,2006,12.

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关键词：包装机械；自动化技术；

一、包装机械设备自动化技术

包装机械设备按复杂程度可分为：简单、半自动和全自动三大类。而全自动包装生产线设备主要由二大部分组成：全自动包装设备和全自动码垛设备。

1.1全自动包装设备

全自动包装机由自动上袋系统、包装秤（视需要可设计为单秤或多秤）、平台、整形设备、拆边机、批号及生产日期打印机、输送机（含倒袋输送机、立袋输送机和平袋输送机），还可设置收尘装置等组成。自动上袋系统是全自动包装和半自动包装的主要区别。自动上袋系统对包装袋的质量要求比较严格，当包装袋涂膜不符要求时，自动上袋系统的故障率随包装袋质量下降而上升。如果非出口产品、贵重产品及对产品包装有严格要求的物品包装，从降低包装袋的成本和包装机的价格着想，建议采用半自动包装机。自动包装机，每小时可包装500kg的物品500袋，最大可达800袋到1200袋；称重精度达0.2，最高可达0.1。

1.2全自动码垛系统

全自动码垛系统由码包机、垛型加固机、物品姿态控制装置、输送系统、控制系统等部分组成。全自动码垛系统有高架式和低架式两种形式。高架式码垛机的班产量大于低架式码垛机的班产量。码垛按每层五袋，每袋40-50kg，每垛40袋计算，则每小时可码垛600袋，最高可达每小时码垛1200袋。全自动码垛机配叉车储运，则有装车机动灵活，运输、码垛、拆垛、搬移等任务都可实现机械化操作。使作业时间大为缩短，作业劳动强度大大减轻。一条全自动包装码垛生产线，建议操作人员2-3人为好。

对于年产量大于10万吨的企业，采用全自动包装码垛，可以产生极大的经济效益和社会效益；年产量在5万吨至10万吨的企业，也有明显的经济和社会效益；年产量在5000吨以上的企业，建议采用半自动包装码垛生产线，也可获得大的经济和社会效益。

1.3 全自动包装码垛生产线

全自动包装码垛生产线的特点：

（1）自动化过程已逐步实现。包装材料或包装容器的自动整理、输入以及产品的输出；单机及机组和生产线的自动协调工作和故障的自动处理；对包装质量的在线自动检测和自动剔除不合格品；为适应多品种、小批量生产包装设备的实际需要，可实现柔性化自动包装码垛。

（2）包装码垛设备成套性较强。包装设备多为连续作业的单机联动线和机组，成套性较强，其成套方式有：把具有不同功能的单机或机组与辅助设备配套成龙为连续作业；设计制造具有多种功能的作业线，现代化生产中包装机械不仅将制袋、充袋、封口、称量、码垛、运输等功能组合在一起，而且将清洗灭菌、计量、贴标、打印、检测和传递输送等功能也结合起来组成成套作业。

（3）可靠性较高。全自动包装线系统功能多，工位多，机构复杂，要求运动准确，动作迅速、协调，工作可靠。在现代化工业生产中包装设备已是生产流水线上的关键设备。为此采用了必要的检测和监控措施，对故障及时显示或报警，针对常见故障和误操作，设置安全防护措施，使设备即使在意外情况下也不致损坏。在报警发出后，由操作人员干预，使设备恢复正常运转。

1.4 半自动包装系统

由于产量及其他原因，由人工完成如供袋和封口作业，有时不要求进行在线整治、质量复核、检测、打印和垛型加固等作业，这时系统也称为半自动包装系统。

二、包装线对自动化装备的需要

2.1包装线对自动化装备的需要

很久以来，包装生产线只到把物料包装好为止，尤其是25kg 以上的重袋包装更是如此，至于后续的搬运工作则完全由搬运工人来完成。造成这样局面有多方面的原因，但主要是我国生产力水平较低，劳动力便宜，资金缺乏，科研人才少，管理落后等。包装行业存在的问题要想进一步发展以及参与国际竞争还必须找出自身缺点和不足，纵观20余年的发展过性，不难发现我国包装机械行业中存在某些明显的不足，概言之有以下几点：

（1）低水平产品重复生产多。如小型自动封口机、真空包装机、小型灌装机、小食品生产设备等。这些设备技术难度小、成本低、起步快。因此，不少企业选中它做“入门”产品，以此积累资金再展鸿图。这样，就造成产品不可避免地重复，产品积压卖不出去，自然又影响设备的更新，最终使得生产水平难以提高。

（2）高技术含量的产品尚未有人生产。如高压杀菌设备，连实验室阶段也未进入；又如多层共挤设备，其共挤头也是从美国购来配套的。

（3）自主开发能力较弱。一方面是我们企业起步较晚，还未摸清市场的规律；另一方面是科技力量薄弱，高科技人才资源不足，掌握先进的设计、应用CAD的人还不多，许多企业是看好别人已生产的产品市场不错，买来图纸依样画葫芦，结果不理想。有的企业照搬国外产品测仿，达到了样机水平则称为“国际先进水平”，实际上是早已淘汰的产品。如均度机，人家已有适应高温、高压、高粘度物料的，均质粒度可达1um， 的设备问世，我们还拿3um的普通设备标上国际先进水平。这样固步自封影响了产品的开发，即使有新产品，其档次也不高。又如，由于目前科技迅猛发展，超细粉状或准纳米级粉状的包装流动性很差，应该研究提高流动性的机构，以满足自动生产线的要求。

2.2包装自动化的需要

为了改变包装行业现状，对包装装备的自动化有以下要求或者发展趋势：

（1）机电仪综合技术是包装码垛生产线的发展主流。自动化程度是衡量包装机械技术水平的重要标志。其内容包括工艺过程、工艺参数、物料流动、产品质量、运行故障、安全防范等的自动控制和包装物、包装袋或容器、包装产品、包装过程的自动检测两个方面。由于大量采用了微电子、远红外、传感等高新技术，特别是微型计算机的应用，使水平迅速提高，从而减少了人工操作，提高了包装质量。

（2）在促进单机高速化的同时，注意提高系统的效率。高速化是提高包装机械生产效率的主要途径，为此，不断提高包装速度已成为总的发展趋势，其主要途径是在提高自动化水平的同时不断改进结构。还将更多的注意力投向提高整个包装系统的生产效率，使高速化向深层发展，使包装系统更加经济合理。

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在航空、航天、机械制造行业中，铸件被大量使用，许多薄壁铸件是精密仪器、仪表的载体，形位精度及其尺寸稳定性要求很高。在薄壁铸件机械加工过程中，加工工装是保证铸件加工质量的关键。通常使用的铸件加工工装，找正精度较低，装夹变形较大。本文结合薄壁铸件机械加工状况，采用理论和实践相结合的方法，介绍了一种薄壁铸件加工工装。

1.工装改进原因

1.1 铸件应用

目前，铸件在航空、航天等行业中大量使用，铸造技术的优点决定了其在金属成形方法中不可替代的地位。金属的成形方法较多，与其他成形工艺相比，铸造工艺具有以下优点：能够成形锻造及切削加工不能完成的复杂外形的零件；生产成本低廉；铸件的尺寸和质量不受限制，小到几克的硬币，大到万吨的轮船壳体，都是铸造的杰作；铸造是机械制造业应用最广泛的一种工艺方法，工业上常用的金属材料都可铸造，且生产的批量不限。

1.2常用铸件机械加工工装应用状况

1.2.1加工精度低

铸件精基准面是保证加工精度，特别是加工表面的相互位置精度以及零件安装方便可靠的基础。常用铸件机械加工工装找正精度较低，约为0.4mm，加工精度较差。很多框架类铸件不仅壁薄，而且体积较大，对精基准面的加工精度要求较高，否则后续加工中易出现壁厚不均匀现象，造成废品。

1.2.2装夹变形较大

常用铸件机械加工工装应用于薄壁铸件，装夹变形较大。在机械加工过程中，装夹变形导致的残余应力是影响零件尺寸稳定性的重要因素。为了减少装夹变形，不仅要从加工精度和定位精度选择装夹方案，还要对夹紧力的方向、作用点、大小进行优选。

2.工装主要结构设计

2.1支撑改制

依据三点决定一个平面的理论，设计改制了工装的零件支撑，将常用的平头支撑改为球头支撑（图1、图2示），球头支撑由底座和球头螺柱组成，它改变了原来平头支撑的面接触方式，使铸件毛坯底面与球头螺柱的球头形成点接触，旋转球头螺柱可以调整铸件划线基准面的位置，找正便捷，找正精度约为0.2mm。

2.2 凹形压板

凹形压板由矩形钢板和两块磁铁组成（图3示），磁铁吸附在矩形钢板上。通过移动矩形钢板两端的磁铁，可以改变在零件上的压紧力作用点。矩形钢板的尺寸可以根据铸件装夹位置、空间自行制作。

2.3 装夹方式对比

图4、图5分别是常用铸件机械加工工装、薄壁铸件基准面加工工装的局部装夹结构图。图4中，压紧力作用点在铸件体上，作用点处零件局部悬空。图5中，压紧力作用于凹形压板，将凹形压板两端的磁铁移至两个球头支撑的球头位置，使夹紧力的作用点对应作用在两个球头支撑上，改变了原来直接压紧铸件的装夹方式。

通常，框架类薄壁铸件铸造余量约为2mm～3mm，体积较大，粗加工基准面切削力较大，因此，加工时所需装夹力较大，在铸件压紧力作用点局部会产生较大的变形，薄壁铸件加工工装提高了工艺系统的接触刚度，有利于减小铸件变形，减小装夹引起的残余应力。

3.薄壁铸件机械加工工装

3.1 组成

薄壁铸件机械加工装夹工装（图6示）包括两个圆柱底座2、两个螺柱3、矩形钢板4、两块磁铁5、两组螺栓组件8、两块压板9、三个球头螺柱10、三个圆锥底座11。其中圆柱底座2和螺柱3以螺纹连接；磁铁5吸附在矩形钢板4上且位置可以移动；球头螺柱10和圆锥底座11以螺纹连接；两组螺栓组件8压紧压板9，通过矩形钢板4将铸件固定在机床工作台上。

3.2 应用举例

图6为薄壁铸件铣基准面装夹示意图，装夹方法：首先，根据铸件结构，初定三个球头支撑（10、11）在工作台1上的位置；将已划线的铸件放在球头上，选择铸件底面的实体结构，确定三个球头支撑及两块磁铁5的位置，两块磁铁5的位置对应于两个球头支撑，第三个球头支撑在另两个球头支撑的对称中心线上，并且距离要尽量远；然后，分别旋转球头螺柱10，调整铸件划线基准面的位置，利用主轴上的划针7，找正划线确定的基准面在0.2mm范围内；移动两块磁铁至相应的球头螺柱球头位置；根据铸件位置，确定两个圆柱底座2的位置；根据球头支撑的球头位置，确定两块压板9的其中两个压紧点，一块作用点在凹形压板上且在两个球头支撑的中间位置，另一块作用点在铸件上且在第三个球头支撑位置；根据压板9的压紧点高度，调整两个螺柱3的顶面高度；利用两组螺栓组件8压紧两块压板9，将铸件6固定在机床工作台1上；最后，将主轴上的划针换成铣刀进行精基准面的加工。

3.3 应用效果

通常，框架类薄壁铸件铸造余量约为2mm～3mm，体积较大，粗加工基准面切削力较大，因此，加工时所需装夹力较大，在铸件压紧力作用点局部会产生较大的变形，薄壁铸件机械加工工装具备以下优点：

3.3.1提高基准面加工精度和加工效率

薄壁铸件加工工装通过球头支撑，使铸件毛坯底面与三个球头形成点接触，不仅使铸件基准面加工精度提高，而且找正便捷，易操作，可以提高生产效率。

3.3.2装夹变形小

薄壁铸件加工工装通过凹形压板的凹形结构，改变了铸件的受力作用点，提高了工艺系统的接触刚度，有利于减小铸件变形，减小装夹引起的残余应力。

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【关键词】重型机械；包装运输；密封包装

重型机械设备的包装、运输经常会使用各种各样的木质外包装，可以是封闭箱，也可以选用花格箱，还可以采用敞式包装或局部包装，根据我们多年的经验证明，要想保证机械设备的完好，敞装和局部包装尽量少采用，而更多采用木箱包装。这里用由底座、侧面、端面及顶盖构成的封闭木箱为例来加以说明。重型机械设备的出口包装运输设计和计算包括许多内容。首先要根据产品的类型、外形尺寸及重量进行包装设计，并特别注意保护好产品的脆弱部件。同时运输过程中的气候条件、重心计算、起吊装卸、固定防护、包装材料的成本等因素都要全面考虑。所以在运输包装的设计过程中必须经过严密的设计和计算。

1 出口包装运输防锈包装

机械设备在储运过程中不允许发生锈蚀，否则就会影响到其使用功能。通用的防锈包装方法包括涂层法、干燥剂法、气相防锈法。涂层法是将防锈油脂刷涂或喷涂在金属制品表面。干燥剂一般选用硅胶，足将适量的干燥剂装入纸袋或布袋中，然后悬挂在密封的包装容器或热封起来的塑料薄膜内的适当部位，保证能对整个密封空间吸湿，降低空气相对湿度，防止在整个储运过程中机电设备表面形成凝固水膜而锈蚀。气相防锈法的原理是将一种特殊的固体材料混入载体中，这种材料在储运过程中会释放出一种气体分子覆盖在金属表面，形成一种保护层，从而阻止氧气和水分与金属发生化学反应，保机电设备不会锈蚀。

2 堆码木箱设计和计算

由于机械产品的体积、质量一般都比较大，因此我们所选用的木箱结构为框架木箱，此结构的木箱可以承受的内装物重量为500kg～40000kg；外尺寸长度在15m以下，宽度在5m以下和高度在5m以下的运输包装件。木板密封箱（钢钉组装）适用于需多次装卸、码放、并有可能承受较大外力的场合。主要是装船海运的情况；即使是装集装箱运输时，当需要在港口装集装箱，到达对方港口后再从集装箱取出，然后再进行陆运的货物（称作LCL货物）也适用这一等级。胶合板密封箱（螺栓组装）2适用于装卸、码放次数少、并承受较小外力的场合，主要是使用集装箱运输（称作FCL货物）以及国内运输和单件货物门到门运送的情况。上部载荷通常预想的上部载荷，按下述条件确定：顶盖载荷是由横梁承受的顶盖载荷，根据盖的面积，按4.0kPa[2.6kPa]计算。堆码载荷是由侧面承受的堆码载荷，根据顶盖的面积计算。盖载荷是指主要由横梁承受的载荷；堆码载荷是指主要由侧面承受的载荷。当堆码载荷的货物小于顶盖的宽度时，同时承受顶盖载荷和堆码载荷；当堆码的货物与顶盖的宽度相同或在顶盖上方有垫木，这时货物的大小与箱宽没有关系时，主要作用的是堆码载荷。

3 滑木和横梁的尺寸计算

滑木是底座上长度方向的基础构件，起着连接负荷枕木、侧面和承重的作用。滑木的尺寸根据内装物的质量和包装箱的内长（或起吊点的间距），由GB/T7284《框架木箱》标准中的各构件尺寸表确定。此方法为最简单最直接确定滑木尺寸的方法。横梁是支撑顶盖载荷和承受起吊时起吊绳索侧压的重要构件。横梁的中心间隔通常在60cm以下，但是因内装物的局部突出在横梁之间等原因，中心间隔需要在60cm以上、起吊绳索通过的部位、或是包装箱很宽时，应对上框木安装加强构件。横梁的中间间隔，根据横梁的尺寸和长度由下式确。

式中： 横梁的中间间隔（cm）

横梁的宽（cm）

横梁的厚（cm）

许用抗弯强度（107kfg/cm2）

横梁的长（cm）

4 包装运输工艺流程举例

这里以一台由中国运往印度的轧机辊道作为实例，机件重57吨，包装后毛重65吨。通过它来了解一下中国的机械设备出口包装运输工艺流程。首先确认该设备用船运往印度，然后对该设备进行合理分解，对分解后的设备依据重量、尺寸绘制包装图，通过计算确定干燥剂用量的大小，验算后也得知将要采取的固定防护措施是合理的。将包装图传输给制箱分厂，制箱分厂就会按设计要求选用相应的包装材料和包装辅助材料，并把由滑木、端木和底板组成的底座，由上下框木、斜撑、箱板等组成的侧板端板，由梁撑、连接梁、顶板和防水材料等组成的顶盖分别加工组装好，然后运往装配分厂，在装配分厂进行包装。包装时首先按照紧固螺栓的位置在底座滑木上钻好所需螺孔。在底板上铺上一层塑料铝箔复合薄膜，这时就可以把设备吊放在薄膜之上。因为底脚螺栓要穿过薄膜，所以此处必须在塑料铝箔复合薄膜两面用橡胶密封垫圈加以密封，以防将来外部湿空气进入塑料铝箔封闭起来的空间里。用垫木上的螺栓与机件地角孔进行把合，使木箱与机件形成一体。接下来悬挂干燥剂袋，在设备顶部先覆盖一层气泡塑料薄膜，再盖一层塑料铝箔复合薄膜。用钢钉钉上端板，辅助立柱，侧板，再将横梁搭在辅助立柱上并钉连它们，接下来钉好顶盖。然后在顶盖外表钉上一层防晒防雨的塑料薄膜，其下垂边缘覆盖端侧板上部约二十公分。这时就可钉上上棱护铁。接下来在端侧板喷印向上、怕湿、重心点、包装合同号、木材预处理等标志，并注明产品名称、包装尺寸、重量、运往目的地等信息。到此为止，整个机械设备的出口包装运输得以完成。

5 结束语

随着我国重型机械设备产品出口的逐年增加，我们必须高度重视重型机械设备产品出口包装运输时可能出现的问题。使用尽量少的包装材料，采用有效的包装方法，保证出口重型机械设备产品安全运达世界各地的用户手中。同时我们也要借鉴从国外（例如德国、日本等）进口的重型机械设备产品包装运输的技术和经验，不断改进我国的重型机械设备产品出口包装，减少不必要的损失和赔偿，使我国重大装备走在世界的前列。

参考文献：

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为了提高实验教学质量，激发学生的学习兴趣。本文针对机械设计专业综合实验课程教学中存在的问题，提出在课程中增加虚拟改错环节，并针对虚拟改错环节的教学内容、教学方法以及教学手段改革进行了初步探讨与实践。教学实践表明：此环节的教学效果良好，提高了学生实际分析问题、解决问题的能力。

关键词：

机械设计；综合实验；虚拟改错；教学改革

21世纪，我国进入了知识经济、技术经济的时代，而知识技术经济致胜的法宝是人才。高等学校培养的人才质量，直接关系到一个国家的综合国力和国际竞争力，因此培养和提高学生的专业素养，巩固其专业知识的理解和吸收是培养人才能力、提高人才质量的坚实基础。特别是对机械类专业的学生来说，更应该把学生对理论知识的灵活吸收与掌握运用作为实践类课程的重中之重，只有这样，学生才能在未来工作中游刃有余、手到拈来[1]。“机械设计专业综合实验”是辽宁工业大学（以下简称我校）机械工程与自动化学院针对设计专业大四学生开设的一门重要实践课程，课程主要内容是对学院现有的典型包装机械（颗粒包装机、苹果制瓣机、安瓶灌装机等）进行工艺流程分析、功能原理分析、传动系统以及执行系统分析，并由教师将学生分组，每组学生绘制不同设备中不同功能部件的功能结构图、执行机构简图、传动系统图以及执行系统循环图等，具有较强的实践性[2]。为了进一步激发学生的学习兴趣、增强实验效果、提高实验教学质量，在“机械设计专业综合实验”中增加虚拟改错实验环节，本文主要介绍在“机械设计专业综合实验”虚拟改错实验环节教学中的一点做法和体会。在教学过程中，结合传统实验手段，采用虚拟实验方式，是实验教学的突破性尝试与创新[3]。

一、机械设计专业综合实验教学现状

由于学生实践经验比较欠缺，对大部分机械结构及设计理念还都停留在理论环节。通过本门实验课程，虽然对实际设备有了一定了解，但由于包装机械非标件相对较多，而且结构较复杂，学生在对专业知识的理解上仍有欠缺，只对设备有大体的了解，不能把握其设计理念的精髓，往往都是知其然而不知其所以然。学生很难将课堂所学理论知识与实际有效联系起来，缺乏应用理论联系实践、指导实践的能力。

二、“机械设计专业综合实验”虚拟改错环节的教学实践过程

首先，为了让学生学会团队合作的工作方法，又能够充分调动各位组员的工作积极性，使每位学生都能充分发挥自己的优势，达到事半功倍的效果。指导教师先将学生分为2~3人一组，根据每组学生的综合水平给定一个包装机械常用执行机构或传动机构的三维案例模型，每个案例模型中设置一些学生设计时经常出现的典型错误与问题，如图1、图2所示，问题主要涵盖安装问题、设计问题以及工艺流程问题等。然后，指导教师组织各组学生进行相互讨论并运用“机械设计专业综合实验”之前课程对包装机工艺流程及功能原理等的分析理解，加之本科阶段理论课、专业课所学知识，找出案例模型中不合理的地方，同时讨论说明存在的问题，以及会对设备带来哪些不良后果，会在生产过程中造成什么样不良影响。如图3所示实验前提供的模型，两个轴承紧贴，轴向间隔过小不利于滚轮传动，同时轴端螺纹孔没有钻头锥角，工艺不合理。学生

通过课堂学习讨论，将模型中不合理之处进行了调整改进，如图4所示。最后，各组学生将得出的最终结论整理成书面报告的形式交由指导教师检查，指导教师对其错误描述是否准确，改进方案是否合理，改进措施是否可行等方面进行考察。检查合格后，由学生整理并提交书面实验报告。对于专业能力较强，知识点掌握比较扎实以及对三维仿真模型感兴趣的学生，可以额外让他们运用自己提出的改进措施对三维模型进行修改并进行运动虚拟仿真，看改进后系统性能是否得到改善，合理性是否得到提高，从而达到兴趣驱动、因材施教的教学效果。

三、“机械设计专业综合实验”虚拟改错环节教学过程中所把握的要点

由于“机械设计专业综合实验”对机设专业大四学生实践应用能力培养中的重要性，以及我校“应用型、复合型、外向型”的本科人才培养目标，实验教学改革过程中注重以下两点：

（一）引导为主，把控细节在教学过程中紧紧围绕“学生为主，教师为辅”这一原则。指导教师对学生以启发引导为主，采用循序渐进的阶梯式教育方法，让他们积极动脑思考，并根据各组学生的能力和进展情况，把要求逐步提高，同时鼓励学生采用多种不同的方案对案例模型中的问题进行修改，然后分析比较，从中选出最佳方案。和学生一起总结归纳，使理论得到升华，加深学生对知识的理解。在实验过程中，虽然学生针对错误问题提出的改进方案和措施全部合理，但对问题的思考往往不够深入全面，比如当传动中使用带传动时，学生往往只是笼统地说成带传动，而对带的种类、参数等少有提及，这就需要指导教师对这些设计细节进行把控，一方面可以帮助学生把理论知识点理解吃透；另一方面能够提高学生解决问题时思维的缜密性和全面性。

（二）实验案例更新要与时俱进在虚拟改错实验中的错误设置要尽可能多地贴近生产实际，使错误的设置不是凭空想象照本宣科，而是紧随科技更新换代的脚步，将更多的新技术、新方法引入到课程案例中，这样可以使学生更好地接触、理解以及吸收这些新的设计思路与设计理念。通过与传统设计的对比，找到创新点，更好地把握机械行业的发展与创新方向。在巩固理论知识的基础上，培养学生的创新意识与创新能力，同时也为学生可以更好更快地融入到以后工作中打下良好基础，达到与时俱进学以致用的效果。

四、虚拟改错环节的特色与创新

（一）坚持从实践中来到实践中去的原则虚拟改错实验环节的错误案例除了取材于生产实际，另一方面也来自于历届学生在专业课程设计和本科毕业设计中出现频率较多的问题，比如系统传动比分配不合理、设计时不考虑安装是否便捷以及传动路线设计繁琐等问题，坚持从学生中来到学生中去的原则。通过改进这些现实存在的问题和错误，来培养学生的工程意识，提高其自身专业素养以及工作能力，进而指导工程实践，为他们提前打好预防针，在以后的学习和工作中避免再出现类似的错误，未雨绸缪防患于未然。

（二）充分利用多媒体教学模式将多媒体融入到实验课程中现今已经十分普遍，但大多只利用了绘图软件的二维功能，充当了画板和丁字尺的用途。虚拟改错环节在使用二维工程图的同时，运用三维绘图软件的建模及装配功能，使之成为理论课教学与实验课教学之间的纽带，加深学生对机械系统设计这一抽象化过程的形象化理解与整体把握，如图5所示。改善了传统的实物分析改错过程受诸多因素制约现实教学中很难实现的现状，很大程度上提高了课堂教学效率。同时，由于三维模型可视化程度高、形象直观、设计改进效率高，与传统方式相比，三维模式更容易激发学生的学习兴趣，有利于培养学生的专业素养及个人能力。

五、结束语

通过虚拟改错环节，不仅培养了学生综合实践能力，提高了学生实际分析问题、解决问题的能力，使学生开阔了视野，还能在下学期毕业设计环节中减少设计错误，提高设计质量，更重要的是增强了学生工程意识，为以后参加工作奠定了基础。

参考文献：

[1]濮良贵.机械设计：9版[M].北京:高等教育出版社,2013:5-12.

[2]朱龙根.机械系统设计：2版[M].北京:机械工业出版社,2006:26-42.

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[关键词]机械原理；机械设计；课程设计；内容

[中图分类号]G632 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432（2013）34-0179-02

机械原理和机械设计是职业学校机械专业的一门专业基础课，它是沟通学生理论课和专业课的桥梁。机械基础课程设计是课程学习之后进行的综合性，实践性很强的课程，如何搞好课程设计，如何通过课程设计使学生的设计能力，实践能力，协作能力等综合能力得到提高，基础知识得到巩固，是从事本课程教师值得探讨的问题。笔者在从事机械基础课程设计的教学实践中，为了培养学生的综合能力和工程素质，进行了一些有益的改革尝试，使学生受益匪浅。

1 机械基础课程设计的内容改革

1.1 课程设计的目的

机械基础课程设计是职业学校机械类专业的学生在学完课程后独立进行的一次工程实践。该课程的最终目的是让学生进行一次较全面的设计训练，培养他们理论联系实际，提高综合应用理论知识和生产实践知识去分析和解决有关工程实际问题的能力，为以后的专业课程设计打下坚实的基础。

1.2 课程设计的内容改革

选题是课程设计内容的关键，教师的选题应尽可能把教学过程中涉及的知识在课程设计中得到综合体现，同时要保证学生能够按时完成。改革前，江苏省张家港工贸职业高级中学机械原理和机械设计课程设计是分别进行的，互相之间没有联系。机械原理课程设计在第4学期开设，内容以机构的运动分析为主；而机械设计课程设计在第五学期开设，以零件的强度分析和绘制装配图，零件图为主。不论是机械原理还是机械设计，课程设计的题目和设计方案都是教师给定的，而且有设计题目的样机，机械原理题目是插齿机插刀系统基本运动设计，机械设计课程设计的题目是减速器的设计。这样的选题都有一定的依据。插齿机插刀系统的方案设计中涉及连杆机构，凸轮和齿轮等机构，能够很好地反映教学的内容，学生通过参观样机基本能够在较快的时间内完成规定的任务，所以两周的设计过程显得很轻松，真正能够设计不同方案的学生并不多见，这样在创新能力的培养方面得不到很好的锻炼。而减速器作为传统的设计题目，其零件的选择包括电机、皮带、螺栓、齿轮、轴、轴承、键、销、联轴器、、密封以及箱体等，它的设计结合书本知识最多，而且难度适中，能够较全面地反映机械设计课程内容的教学要求。作为学生机械设计的题目在较长时间都没有得到改变。而且单独进行机械原理和机械设计的课程设计，最大的弊端是学生缺乏对整体机械的认识和系统工程的认识。为了使学生各方面的能力得到综合提高，我们将机械原理和机械设计课程设计整合为机械基础课程设计，设计题目暂时定为包装机械（包括液体包装机和固体包装机）的设计。设计时间由原来的“两周”加“三周”改为现在的“四周”，设计方式也做了相应的调整，原来不管机械原理还是机械设计均为三人一组，三人的设计题目，已知条件均相同，这样可能会导致三人互相抄袭，而且多年的课设结果也反映出这样安排的弊端；改革后仍为三人一组，但是三人是负责整机的设计，他们之间相互联系而又互不相同。他们必须按照给出的设计任务，商定设计方案，其中一人的不合作就会影响整个小组的设计，导致方案失败。这样，学生在相互协作能力和创新能力方面均可得到相应的锻炼。从总体的工作量来看，原来机械原理课程设计包括机构运动简图的绘制（1#）；插刀的位移，速度，加速度线图的绘制；凸轮的位移线图和对应的凸轮工作图；和编写设计说明书。机械设计课程设计包括装配图的绘制（0#），轴和齿轮的设计，以及编写设计说明书。改革后，机械基础课程设计总体工作量基本保持不变，但同一组三人各有侧重，把包装系统分成三部分（输送部分，热封部分，装料部分），每人负责其中一部分的设计，最后要求学生绘制出整个机械系统的机构运动简图（1#），相应的部件图（0#），轴和齿轮（或凸轮）零件图，和编写设计说明书。经过几轮的尝试后，打算每一组人数增加到6～8人，能够在四周的课程设计过程中，相互分工，做出液体包装机（或固体包装机）的整机设计。

2 改善教学方法，注重能力培养

2.1 注重设计能力的培养

设计能力的培养是一个循序渐进的过程，要完成一个好的设计，需要各门课程之间的相互支撑，相互融合。而目前许多课程的学习是孤立的，一门课程考核完成后即告结束。而针对机械类专业的特点，在课程的教学过程中不同知识的融合给课程设计提供了一次有益的尝试。其中设计计算和结构设计是设计能力的两个主要方面，我们将后者作为课程设计的重点。结构设计是确定零部件形体的主要阶段，是一个难点。对于机械类专业的学生来说，由于机械基础知识比较扎实，欠缺的是工程实践经验，所以在进行结构设计时，思维局限在书本知识上。为此要求学生提出结构设计合理，表达清楚的设计意图有一定的难度。所以，在实践过程中要求学生设计产品时要考虑到产品的造型、制造、市场等生命周期，即学生的设计能够解决工程实际问题，这样首先可以激发学生的设计热情。课程设计的全过程都要突出结构设计，鼓励设计新颖结构，以结构合理性和工艺合理性作为评价结构设计部分的主要方面。同时在课程设计过程中，教师应善于给学生创造一个能够发挥最大想象力的空间，在布置任务时，只给出设备能够最后实现的功能，而不规定具体是如何实现的，这样有利于学生在设计过程中最大限度地发挥自己的想象空间。教师在设计过程中还应注意引导学生发现问题，进而分析问题，解决问题。鼓励学生大胆创新，在想象和创新中提高学生的自信心和设计能力。

2.2 注重实践能力的培养

课程设计的题目应能够符合工程实际的需要，一般设计的题目尽量选用真题。在以往的课程设计中，教师给出设计参数，布置设计任务以后，学生一般参考样图进行绘制，这样思维必然局限于教师的设计思路，对学生创新意识的培养非常不利。在改革后，学生可以到机械厂和实验室去参观小型的装置，这样对机器有一个总体的印象，可以观察机器的运动情况，同时学校还给学生提供了两台包装机供学生装拆，这样学生可以从不同角度了解机器的结构，整个机器的组装过程和零部件的形状，立体感强，层次清楚，学生基本能够从视觉角度感知机器内外部的情况。而且，在实际项目的设计过程中，学生必须根据实际情况，从资料收集，设计计算和结构设计等方面考虑，提出合理的设计方法，这对于学生综合设计能力的培养有一定的促进作用。

2.3 注重协作能力的培养

各同学之间协作能力的培养在课程设计过程中占有重要的地位。改革后在机械基础课程设计中，一般以3人为一组。小组成员之间在形成具体的方案时要求各成员之间相互讨论，在设计方案基本确定以后，组织一次小组间的讨论，提出每组方案中存在的优缺点。这样既可以培养学生与他人之间的协作，又有独立的构思和设计，分组设计带来的一个意外收获是形成了小组之间的良性竞争，这种竞争增加了学生的工作热情，体现了学生是教学设计主体的原则。在课程设计过程中，教师是每组的一个成员，在教学过程中和学生共同讨论设计方案的可行性，在关键的问题上对学生进行指导，掌握每位学生的设计进度。

3 改革考核方式，提高课程设计质量

最初课程设计的考核方式比较单一，一般是“师评”，即教师根据图纸的质量和平时的印象给学生打分，这样存在一定的不合理性，教师可能只关注图纸的质量和课程设计的进度，存在一定的片面性。为了克服这种不合理性，在随后的课程设计中作了一定的修改，但原则上还是每位同学均参加答辩，答辩的最后成绩分阶段给出，总共由四部分组成（平时考勤占10%，设计计算部分占20%，草图和最后图纸质量占40%，答辩30%）。经过这样的改革后，发现同学们在设计阶段思维会更加活跃，自主性会得到更充分的发挥。而且由于答辩时面临的是全班同学和老师，准备答辩和答辩的过程对每位同学的心理承受能力和口头表达能力都得到了锻炼。

通过从教学内容，教学方式和考核方式的改革，学生才能从全方位真正提高课程设计质量，真正锻炼同学们的能力，与课程设计目标相一致。

参考文献：