机械创新设计范文

导语：如何才能写好一篇机械创新设计，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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（1）绿色设计是技术先进、环境协调性好和经济性好统一的设计方法。它具有：可拆卸可维修、节能环保、报废后可以回收再利用、无毒无害、简单便宜。

（2）创新设计就需要机械设计人员发挥创造性思维，融合最新的科技成果，结合现代的设计理念和方法，考虑产品的实用性、易用性等因素，设计出具有市场竞争力的机械产品。原创设计、变异设计和反求设计是机械产品创新设计的三种主要形式。机械产品的创新并不是单纯的指产品本身，从产品概念到产品销售整个过程是需要有创新思维。

（3）绿色机械产品创新设计很明显就是绿色设计与创新设计相结合，生产出既节能环保，又充满特色的产品。现实中，很多产品虽然具有创新，但是并不环保，而有的考虑了环保特点，产品本身却没有什么新意。机械产品一定要充分兼顾绿色环保特点和创新特点，相互融合，构成一个完整的绿色机械产品。

2绿色创新设计原则

2.1安全可靠

安全可靠始终是一切产品的首要原则。对于机械产品而言，零件的机械强度、刚度、热平衡性、稳定性和耐磨性都需要满足要求。在设计上要保证科学合理，材料选取要正确，加工工艺和装配都需要满足安全可靠的原则。

2.2生态效益

我们产品的最大特色就是绿色环保，生态效益自然是不可或缺的原则。我们强调的绿色环保不单单是产品生产过程中环保，在今后的使用过程中也需要对周围环境无污染。我们在零部件选择的时候就要选取无毒、无害、无辐射的材料。还有尽可能减少对材料和能源的需要。材料的选取完成后，机械产品本身也需要考虑污染问题，期中噪声是重要的因素。机械产品工作时发出的声音是噪声的一个很大的污染源。长期处在这样的环境下，对人的健康有很大的危害。低噪声设计成为了机械设计一个重要的原则。所有我们在机械产品设计上就要考虑生态平衡的需求，坚持绿色设计理念。

2.3人机工程学

现在的设计更注重“以人为本”的原则。我们在机械产品的设计中，要充分考虑人和机器的关系，使得人-机器-环境三者相互协调，人的工作能力与机器的作业需求相适应，营造出舒适、高效、安全的工作条件，最终提高整个系统的工作效率。除了这些之外，机械产品的外形、颜色也要与产品本身定位和环境协调好，比如冰箱应该用冷色的，给人清凉的感觉，医疗器械用浅色，给人安静卫生感觉。产品外形也要比例合适，让人看着大方，美观。

2.4经济效益

我们生产的毕竟是机械产品，目的还是要为企业带来更多的利润，所以经济效益是我们不得不考虑的问题。机械产品既要满足客户的要求，还有尽可能成本低廉。为了达到经济最佳性，产品的设计和制造都该考虑在内。

3绿色创新设计的特点

（1）能体现绿色环保的理念。机械产品设计者以绿色环保为前提，利用创造原理，发挥创新思维，充分寻找产品的创新点。绿色机械产品的创新重点放在在制造、使用到回收利用都要考虑其可能对环境造成污染和对资源的浪费的点。

（2）传统的机械产品设计更看重的是产品的使用功能属性，缺乏环保意识。绿色机械产品设计考虑的是产品的全周期。

（3）强调程序化思考和创造原理。机械产品创新不仅依赖创新性思维，还要应用创造原理。有时直觉思维、逻辑思维和抽象思维等不能满足设计要求的时候，就需要建立设计方案形态学矩阵，让创新变成程序化的思考过程，这样克服了经验总结设计的不足，更容易生产创造性的产品设计思路。

4绿色创新设计的方法

4.1 逆向设计法

逆向设计是相对正向设计而言，其基础是应用逆向思维，利用事物的对立面。如对立、对立并存、对立综合等，从原理逆向、大小逆向和属性逆向等方面进行绿色创新设计。①简化。简化产品结构。如减少部件的数量，以便于装备、拆卸、减少紧固件数量等；简化拆卸过程。如结构设计时，采用易于拆卸的连接方式，减少紧固件数量等；简化回收工艺：废旧产品的回收工艺技术应简单可行。②极小化。朝极小化方向思考：如产品的轻、薄、短、小化。③极大化。朝极大化方向思考：如采用新技术、新原理、新材料等构思功能极大化的结构简单、材料少、体积小、重量轻、可靠性高、寿命长的产品。④废旧产品的回收利用。利用新构思、新技术、回收利用废旧产品。回收资源、减少环境污染，如对全塑汽车的回收利用。

4.2 移植法运用其它领域绿色设计和创新设计的理论、方法和技术，研究本领域绿色设计和创新设计中存在的问题，开发具有绿色特点的新产品

①原理移植。如将太阳能炊具的集热原理移植到雨伞上，研制成雨天挡雨，晴天能烧水或做饭的新型多功能伞。

②结构移植。如将机床滑动摩擦导轨的摩擦面置于滚子间，则得到牵引力小，传动效率高，系统简单，维修方便的滚动摩擦导轨。这种新型导轨是平面滚动轴承结构方式的一种移植。

③材料移植。如将工业陶瓷用于发动机气缸，可大幅度提高热效率，降低燃料消耗，是材料的创造性移植。

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一、机械创新设计大赛的目的与内涵

（一）机械创新设计大赛的目的。全国大学生机械创新设计大赛的目的，在于引导高校在课堂教学过程中注重培养大学生的创新设计意识、综合设计能力和团队协作精神；鼓励大学生走出课堂，积极参与课外拓展课程，加强自身动手能力和工程实践训练，通过机械设计和工艺制作等课外科技活动，提升自身的创新思维，成为对社会有用的创新型人才。（二）机械创新设计大赛的内涵。机械创新设计大赛有其深刻的内涵，主要表现在以下几方面：重视人文关怀，陶冶创新精神、锻炼实践能力，结合生产实际、践行开放办学。2004年9月的第一届大赛无固定主题，但从2006年10月的第二届到2016年10月的第七届均设定了相应的大赛主题，如第二届以“健康与爱心”为主题，第三届以“绿色与环境”为主题，第七届以“服务社会—高效、便利、个性化”为主题。从这些大赛主题中可以看到机械创新设计大赛重视人文关怀的内涵。创新无处不在。创新通常分为两种：一种是构成事物原有元素的重新组合；另一种就是在原有元素上加入新的元素。每届参赛的作品都必须与大赛的主题和内容相符，而且要求作品在功能、设计、结构、工艺制作、性价比、实用性等多方面具有创新性。这就对当代大学生创新精神、实践能力等方面提出了更高的要求，也体现了机械设计大赛这方面的内涵。结合生产实际、践行开放式办学，这是机械创新设计大赛的另一层内涵。设计是制作的依据，制作是设计的体现。每一个参赛作品，从构思、设计、出图、工艺到制作，整个过程必须依托生产实际，设计出来的作品可能很美观，可是如果没有考虑加工工艺，就无法通过机械加工来完成制作，这就是理论脱离实际。机械创新设计大赛是一项体现综合设计能力的科技活动，其要求加强校企合作，加强校内外实训基地建设，践行开放式办学，给学生提供技能展示的平台，让学生更多地投入实践训练中去。

二、机械创新设计大赛存在的问题剖析

（一）竞赛与日常教学活动难以兼顾。按照往届大赛赛程，机械创新设计大赛每两年举办一次，基本是偶数年5月份区赛，7月份国赛，但是高校教学计划是以年为单位编制班级，所以不能保证每届的学生都有机会参加竞赛。特别是高职院校，很多高职院校是采用“2.5+0.5”的教学模式，奇数年份入校的学生，一年级时没条件参赛，二年级时又不举办比赛，到三年级第二个学期又在校外进行顶岗实习。并且竞赛没有纳入教学计划，学生只能利用课余时间筹备比赛，作品从设计到制作易与教学计划冲突，参赛作品参差不齐，难以保证质量，这就与大赛的宗旨背道而驰了。（二）学生自主创新的作品难以甄别。由于比赛时间的仓促，学生设计水平的局限，难免存在部分作品抄袭剽窃现象。从往届的竞赛作品来看，有些作品全部或部分技术已被他人申请专利保护，或市面上已有相同商品销售。另有一些作品远远达不到现有应用的同类产品的技术水平。相当数量院校的作品设计比较简陋，制作粗糙，难免有消极应赛之嫌。竞赛的评委来自各院校或某些企业，他们只是某个领域的专家，对不同领域的科研状况和科技水平往往不够了解，他们在甄别作品的创新性、自主完成方面存在困难。（三）竞赛未能做到公平与公正。机械创新设计大赛是教育主管部门和各高校关注的重要赛事，要保持其旺盛生命力，就必须做到公平、公正、公开。纵观往届大赛，仍存在一些不公平、不公正的方面，例如，竞赛组委和评委组成结构的代表性不足，基本上集中在少数的重点工科院校，有些评委本人还是指导老师，指导一个或多个团队的作品，评委之间赛前允许交流和讨论，这样的竞赛难以保证公平与公正性。评委不应该是参赛代表队的指导老师，也不能为参赛代表队的领队，只有对这些事项进行规范，竞赛才会向良性发展。

三、改进机械创新设计大赛，促进高校创新教育发展

（一）把竞赛纳入教学计划和教学大纲中，加强创新教育。知识只有创造性地运用才谈得上有力量。创新教育在于激发学生的创造精神和创新能力，启发学生创造性地学知识，并创造性地运用知识。只有引导学生在学习上发挥创造性，摒弃以往消极地存储知识，被动地接受知识的观念，才能达到德智体美全面发展的教育目标。学生要发挥创造性，除在课堂上学习理论知识外，还要加强课外的动手操作能力。机械创新设计大赛给学生提供了良好的课外实践平台，参加竞赛的学生在老师的指导下能够激发创造力，尽情发挥自己的才能。机械创新设计大赛的宗旨是“以赛促教，以赛促学”，所以，建议在保证学校的日常教学情况下，把竞赛纳入教学计划和教学大纲中，加强对学生的创新教育。（二）结合竞赛特点建立智创团队，充分发挥学生创新潜能。团队协作是历届机械创新设计大赛的特点，有一个良好的创新团队才能创造出优秀的作品。根据笔者多次参加该项大赛的经验，团队成员必须具备勤学好问、肯钻研、能吃苦、表达能力好、动手能力强等素质。所以，结合竞赛特点建立智创团队，建设智创工作室，以老带新，养成团结协作、共同创造的良好习惯，显得十分重要。智创团队中的学生可以利用课余时间发挥潜能，进行一些创新性的设计制作，一方面增强对本学科知识点的学习兴趣，另一方面通过竞赛拓宽视野，为今后步入社会积累经验。此外，为了充分发挥智创团队的创造力，各高校还可以考虑建立智创团队工作室。目前，不少高校仍缺乏适合创新人才培养的良好环境，很多学校的实训基地参差不齐，对机械创新设计大赛不够重视，有的可能连好一点的加工作品的工作场所都没有。为了保证参赛作品的质量，高校可以考虑建立智创团队工作室，让学生课余时间能在工作室里设计与制作作品，充分发挥创新潜能。（三）规范竞赛相关事项，促使学生树立创新意识。只有对大赛的相关事项进行规范，严格做到公平、公正，才能真正调动学生的参赛积极性，促使学生树立创新意识。首先，要杜绝大赛抄袭现象。据了解，在机械创新设计大赛中，有些院校为了完成比赛任务，随意拿个作品或在网络上抄袭一个作品充数参赛，这样既占用了竞赛名额，也占用了比赛场地，更不利于学生创新意识的树立。对此，应严格对作品进行把关，杜绝大赛抄袭现象。要明确竞赛主题，明确竞赛主题就明确了竞赛方向，参加竞赛的学生作品就必须与主题相符，这样能够一定程度上杜绝学生对其他作品的抄袭。其次，要对大赛的评委进行严格甄选，即对评委进行综合性考核，保证评委们所擅长专业涵盖各领域，对不同领域的科研状况和科技水平有足够的了解，这样才能很好地甄别作品的创新性以及是否为学生自主完成。此外，要避免裁判既是指导员又是裁判，只有这样，才能建立公平、公正的评判机制。（四）完善参赛奖励制度，鼓励学生自主创新。每届机械创新设计大赛都会涌现出不少的优秀作品，这些作品中有的还是受法律保护的专利作品，这充分说明在带队老师的指导下，学生的潜能是无限的，只要能提供良好的创作环境和竞赛环境，学生是能设计和制作出优秀作品的。但是，再大的潜力也是需要激励的，有了相应的激励，学生才能将自身潜能最大限度地挖掘出来。当前，在参赛激励方面，每个学校有所不同，有的学校奖励力度很大，有的学校奖励力度很小，这样就难免出现消极备赛的情况。为鼓励学生积极参赛，充分发挥自主创新潜能，各高校应完善参赛奖励制度，鼓励学生自主创新。例如，可以在物质上给予奖励金等奖励，也可以在精神上给予个人荣誉等奖励。

总之，创新教育的核心在于创新能力的培养，而全国大学生机械创新设计大赛能够从意识、思维、个性等方面培养学生的创新能力，是培养学生创新能力的有效途径。因此，改进机械创新设计大赛，并将之与高校创新教育紧密结合起来，有利于促进高校创新教育的发展。

作者:江健 方小菊 单位:广西职业技术学院

【参考文献】

［1］王树才．全国大学生机械创新设计大赛可持续性问题思考［J］．华中农业大学学报（社会科学版），2009（3）

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机械零部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件设计强调创新设计，要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力，利用最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，设计出更具有生命力的产品。

一、把握机械零部件设计的主要内容

机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图，同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括：根据运动方案设计和总体设计的要求，明确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的结构构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算，画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的，机械零部件设计应满足的要求为：在工作能力上要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等；在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便；在经济性上的要求主要指生产成本要低。此外，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。这些要求往往互相牵制，需全面综合考虑。

二、严格计算机械零部件的失效形式

机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。为了保证零部件能正常工作，在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析，预估失效的可能性，采取相应措施，其中包括理论计算，计算所依据的条件称为计算准则，常用的计算准则有：一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零部件能正常工作的基本要求。二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷的作用下，抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。三是振动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的机械，在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零部件的固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。四是耐热性准则。机械零部件在高温工作条件下，由于过度受热，会引起油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题，使零部件失效或机械精度降低。因此，为了保证零部件在高温下正常工作，应合理设计其结构及合理选择材料，必要时须采用水冷或气冷等降温措施。五是耐磨性准则。耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后，将改变其结构形状和尺寸，削弱其强度，降低机械精度和效率，以致零部件失效报废。因此，机械设计时应采取措施，力求提高零部件的耐磨性。

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随着社会经济的不断发展，我们机械制造技术发展也极为迅速，而且，机械制造是我国重大生产行业之一，对推动我国经济发展有着极大的作用[1]。但是，我国作为一个机械制造大国，在机械结构设计上却欠缺太多，很多机械制造都是模仿其他发达国家的机械设计工艺来进行生产的，虽然一些机械结构设计也发生了改变，而从本质上却依然没有太大的变动，缺乏自主创新设计，一直引用技术会造成我国的机械结构设计会随着发达国家的后面走，无法将其真正的超越，而且，很多机械企业认为创建机械研发中心较为奢侈，这样的思想很难为我国的经济发展、科技发展带来更大的推动作用。我国作为一个经济大国、机械制造大国，不能仅将目光停留在机械的生产制造中，更应将目光放在机械结构设计的创新上，同时要保证机械设计创新不能过于死板，单纯的按照其他机械设计进行修修改改的很难从实质进行改变，需要从机械结构、系统等全方位进行创新，同时，还要注重机械结构设计创新人才的培养，这才是机械结构设计创新发展的根本，而且，通过不断的对机械结构设计的创新，对促进我国经济发展、科技发展有着极大的作用，更有利于早日超过西方一些发达国家的机械科技水平，从而成为世界机械结构设计创新的“领跑人”。

2机械结构设计中的创新设计

机械结构设计中的创新设计，应切实的走上创新道路，按照科学理论的推理，对其进行科学的设想、勇敢去实践，这样才能实现对机械结构设计的创新目的。变元法是机械结构设计创新设计的重要方法之一，而且，变元法的应用范围也极为广泛，能够给设计人员带来一定的创新思路，主要是对产品的关键点进行考虑，再对各个关键点的设计进行论证和调整，从而实现对机械结构设计方案的调整，去除以往机械结构设计的老套方案，提升机械结构设计效果，达到对结构设计的创新目的，具体分析如下。

2.1尺寸的变元

机械结构设计中涉及到的零部件较多，而且，各项零部件结构的形状有着很大的差异性，每个机械结构尺寸、形状等参数都会根据机械使用的情况进行相应的设定，从而实现机械运行的相应功能[2]。利用变元法对机械结构各个零部件尺寸进行变元设计，实现对形状、尺寸等参数进行优化的目的，不断的提升机械的运行效果。另外，在尺寸变元的基础上，可以对机械结构形态、尺寸等进行创新，主要结合机械市场的发展形势、机械的使用趋势等来实现对机械结构的创新目的。

2.2材料的变元

机械结构设计中应用到的材料种类极为繁多，各部分结构都会结合使用情况的不同采取不同的原材料制成，而且每个零部件材料加工的方式也有所不同，同样材料在加工不同零件的情况下也可能出现不同的加工方式，而最终的目的是要通过合理的加工方式来将材料的最佳效能发挥出来，这样才能有效的提高机械的使用效率[3]。变元法中所提到的材料变元，主要根据对材料的变元方式来实现对机械结构设计的创新和研究。例如，在对一种材料进行加工的过程中，如果想得到理想的刚性材料的作用，需要将这类刚性材料应用到相应的部件，也可以说，对机械结构的设计，需要根据材料的性能来进行相应的调整。因此说，在对机械结构设计创新的过程中，必须注重材料的性能发挥，这样才能更好的完成机械结构的创新设计。

2.3工艺的变元

加工工艺技术对机械结构设计的创新有着极大的作用，机械的任何结构在完成理想设计之前，都必须有着可靠的加工工艺作为支持，这样才能有效的提高机械结构创新的效果[4]。变元法中所提到的工艺变元主要是根据工艺技术选择的不同，来实现对各个元器件产生相应的作用，从而实现对机械整个结构产生作用。工艺手段与结构尺寸、材料性能等变元有着很大的差异性，工艺手段选取和使用的合理性，直接影响到机械结构的质量和性能，因此，机械结构创新设计必须对工艺手段进行创新设计，利用新颖的工艺手段来确保机械结构设计的创新性。

3结语

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关键词：机械制造，零部件设计，创新

 

传统机械零部件的设计带来了运用中出现的许多问题：零部件容易腐蚀损坏；零部件容易疲劳损坏，断裂、表面剥落等；零部件容易摩擦损坏等等。这些问题的出现，都是机械零部件传统的设计局限性所产生的。传统设计在长期运用中得到不断的完善和提高，目前在大多数情况下仍然是有效的设计方法，但是它有很多局限：在方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验，通过计算、类比分析等，以收敛思维方式，过早地确定方案。这种方案设计既不充分又不系统，不强调创新，因此很难得到最优方案；在机械零部件设计中，仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算，其他零部件只作类比设计，与实际工况有时相差较远，难免造成失误；传统设计偏重于考虑产品自身的功能的实现，忽略人——机——环境之间关系的重要性；传统设计采用手工计算、绘图，设计的准确性差、工作周期长、效率低。所以，在现代机械部件设计中，很有必要用到创新思维的方法去设计。论文参考网。

1 创新机械零部件的设计思想

机械零部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件设计强调创新设计，要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力，利用最新科技成果，在现代设计理论和方法的指导下，设计出更具有生命力的产品。

1.1 运用创造思维

设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现，它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心，它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换，创造表达出新成果的整个创造活动的中心。创造力的开发可以从培养创新意识、提高创新能力和素质、加强创新实践等方面着手。设计者不是把设计工作当成例行公事，而是时刻保持强烈的创新愿望和冲动，掌握必要创新方法，加强学习和锻炼，自觉开发创造力，成为一个符合现代设计需要的创新人才。

1.2 运用发散思维

发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心，思维者打破常规，从不同方向，多角度、多层次地考虑问题，求出多种答案的思维方式。例如，若提出“将两零部件联结在一起”的问题，常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等，但运用发散思维思考，可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一，在技术创新和方案设计中具有重要的意义。

1.3 运用创新思维

创造力的核心是创新思维。论文参考网。创新思维是一种最高层次的思维活动，它是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下，将各种信息重新综合集成，产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例，追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等，在求异和突破中体现创新。

2 科学的进行机械零部件设计

2.1 把握机械零部件设计的主要内容

机械零部件设计是机械设计的重要组成部分，机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图，同时它也是机械总体设计的基础。机械零部件设计的主要内容包括：根据运动方案设计和总体设计的要求，明确零部件的工作要求、性能、参数等，选择零部件的结构构形、材料、精度等，进行失效分析和工作能力计算，画出零部件图和部件装配图。机械产品整机应满足的要求是由零部件设计所决定的，机械零部件设计应满足的要求为：在工作能力上要求具体有强度、刚度、寿命、耐磨性、耐热性、振动稳定性及精度等；在工艺性上要求加工、装配具有良好的工艺性及维修方便；在经济性上的要求主要指生产成本要低。此外，还要满足噪声控制、防腐性能、不污染环境等环境保护要求和安全要求等。这些要求往往互相牵制，需全面综合考虑。

2.2 严格计算机械零部件的失效形式

机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。为了保证零部件能正常工作，在设计零部件时应首先进行零部件的失效分析，预估失效的可能性，采取相应措施，其中包括理论计算，计算所依据的条件称为计算准则，常用的计算准则有：一是强度准则。强度是机械零部件抵抗断裂、表面疲劳破坏或过大塑性变形等失效的能力。强度要求是保证机械零部件能正常工作的基本要求。二是刚度准则。刚度是指零部件在载荷的作用下，抵抗弹性变形的能力。刚度准则要求零部件在载荷作用下的弹性变形在许用的极限值之内。三是振动稳定性准则。对于高速运动或刚度较小的机械，在工作时应避免发生共振。振动稳定性准则要求所设计的零部件的固有频率与其工作时所受激振源的频率错开。四是耐热性准则。机械零部件在高温工作条件下，由于过度受热，会引起油失效、氧化、胶合、热变形、硬度降低等问题，使零部件失效或机械精度降低。因此，为了保证零部件在高温下正常工作，应合理设计其结构及合理选择材料，必要时须采用水冷或气冷等降温措施。五是耐磨性准则。耐磨性是指相互接触并运动零部件的工作表面抵抗磨损的能力。当零部件过度磨损后，将改变其结构形状和尺寸，削弱其强度，降低机械精度和效率，以致零部件失效报废。因此，机械设计时应采取措施，力求提高零部件的耐磨性。

2.3 正确选择机械零部件表面粗糙度

表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是检验零部件表面质量的主要依据；它选择的合理与否，直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。机械零部件表面粗糙度的选择方法有3种，即计算法、试验法和类比法。在机械零部件设计工作中，应用普通的是类比法，此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料，现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。最常用的是与公差等级相适应的表面粗糙度。在通常情况下，机械零部件尺寸公差要求越小，机械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它们之间又不存在固定的函数关系。

2.4 全面优化机械零部件设计方法

要充分运用机械学理论和方法，包括机构学、机械动力学、摩擦学、机械结构强度学、传动机械学等及计算机辅助分析的不断发展，对设计的关键技术问题能作出很好的处理，一系列新型的设计准则和方法正在形成。计算机辅助设计（CAD）是把计算机技术引入设计过程，利用计算机完成选型、计算、绘图及其他作业的现代设计方法。CAD技术促成机械零部件设计发生巨大的变化，并成为现代机械设计的重要组成部分。论文参考网。目前，CAD技术向更深更广的方向发展，主要表现为以下基于专家系统的智能CAD；CAD系统集成化，CAD与CAM（计算机辅助制造）的集成系统（CAD/CAM）；动态三维造型技术；基于并行工程，面向制造的设计技术（DFM）；分布式网络CAD系统。

参考文献

1．赵冬梅.机械设计基础[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004．

2．闻邦椿.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2009 .

3．王建平.工科院校机械专业机械创新设计教学的探索[J].常熟理工学院学报,2005(06).

4．陈天河.浅谈机械零部件的创新设计[J].大众科技,2006(05).

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关键词：创新设计；机械结构设计；设计技术；

创新是行业发展的灵魂，是实现企业竞争力的源泉，有利于企业获得更大的上升空间，以满足社会的发展需求。现阶段，市场需求开始呈多元化趋势，传统的设计理念使企业的发展受到了限制，无法发挥其实际作用。对此，应强化创新设计理念，对机械结构进行优化，从而实现最优设计效果。

1创新设计对机械结构设计的重要性

现阶段，我国社会经济发展较快，人们的思想意识发生了转变，开始向多元化方向发展，要求机械结构满足多元化的发展需求，使其具备良好的功能和性能，以保障工作效率。在此背景下，传统设计理念的劣势尤为凸显，其结构单一、应用范围有限，使其行业价值受到了影响。对此，要求设计人员提高创新意识，采用新材料、新工艺、新结构等设计方式，以打破常规设计理念的限制，对机械结构的本质进行创新，从而提高机械制造领域的生命力，保证其安全、稳定的发展。

2创新设计在机械结构设计中的应用

变元法这一理念最早由德国提出并使用的，对创新机械结构设计有十分重要的意义。在采用这种设计理念时，需要对产品的结构设计理念进行分析，合理确定机械结构的特点和要求，并根据实际情况来创新设计，能有效保障机械结构的质量，从而实现变元法的设计效果。现阶段，变元法主要是对机械结构的材料、尺寸、位置、形状等其各方面进行创新，能保障结构设计效果。

2.1材料设计

当进行机械结构设计时，需要合理确定设计材料，每种材料的性质、特点等不同，在进行设计与施工时，会产生不同的效果。因此，应根据材料的实际情况来优化结构设计，从而保障设计质量。例如，当机械结构的主体设计材料为钢材时，应充分发挥钢材的优势，使其结构具备良好的硬度和强度。对此，可采用增加钢结构截面尺寸的方法，能有效提高其性能。相比于钢材来说，铸铁材料的硬度和强度要差一些，传统的设计理念使其性能受到了影响，无法保障产品的质量和使用寿命。而在铸铁上增加隔板或强筋，也能有效提高机械结构的性能。这种变元法，可对材料结构中的变量进行设计，从而保障设计效果[1]。

2.2数量设计

在对机械结构进行设计时，需要对其内部元素的数量进行调整，使其满足不同行业的需要。通常情况下，在进行创新设计时，只需要改变结构内部元素的数量即可，能有效改变结构的性能，实现其设计价值。虽然这种设计方法比较简单，但能有效保障设计效果。例如，在进行螺丝设计时，传统的设计方式为垫片、螺杆、螺帽等，其零件数量比较多，给机械结构的安装及拆卸工作带来了很大的难度。对此，在进行创新设计时，可将其设计成多功能一体化螺丝，以降低零件的使用数量，从而保障工作效率。

2.3形状设计

形状是机械结构设计中的重点内容，通过改变机械结构的表面形状或整体形状，能改变各个零件的规格，从而优化机械结构的性能。例如，在对弹簧进行设计时，需要利用其弹力来压紧零件。而采用创新设计理论，不仅可以选择弹簧的的种类，还可对压紧零件的形状进行改变，比如，有平面、球面等，以满足结构设计的实际需求。但在设计时还需要注意弹簧与零件之间的距离，合理控制压紧力，防止影响结构质量。

2.4位置设计

当对机械结构进行创新设计时，可通过改变零件的位置来调整结构的性能，从而实现其创新效果。通常情况下，当设计焊接缝的位置时，一般可将其布置在中轴线及其附近，能避免机械结构发生形变等问题，能有效保障结构的安全性与稳定性，从而推动企业快速发展。

2.5工艺设计

工艺设计是机械结构设计的核心环节，对保证机械质量有十分重要的意义。由于每个机械结构的性质需求不同，在进行设计时需要进行相应的改变，以发挥其实际价值。因此，在实际工作中，要求设计人员正确分析各个机械结构的工艺需求，对其内部零件的构成进行研究，从而不断提高图纸设计水平。同时，还需要在图纸中明确标明各个零件的施工方法及参数信息，避免理论效果与实际效果存在较大的差距。另外，还需要对影响机械结构质量、成本等因素划分出来，并做好解决预案，能有效提高机械结构的设计质量[2]。

3创新设计理念的应用优势及需要注意的问题

现阶段，在科学技术的发展下，我国的工业化进程不断加快，但与发达国家相比，还存在一定的差距。在此背景下，会使我国机械制造业缺少国际竞争力，使其行业发展受到了影响。在新时期下，市场越来越看重创新的优势性和重要性，能有效提高社会生产力，实现其经济效益。同时，创新机械结构设计有利于优化设计质量，使其向多功能一体化方向发展，能有效提高资源利用率，实现其社会效益。另外，创新设计理念的发展，使各企业看到了自身的发展机遇与挑战，有利于创造和谐的竞争环境，推动企业快速发展，实现其市场竞争力。

当对机械结构进行创新设计时，应注意几个问题，一是，优化设计方案。当进行设计工作时，需要采用科学的方法来进行评价，有利于保证机械结构的质量。同时，还应从经济效益和社会效益两个指标来进行考虑，对重点结构部分建立模型，并通过数据进行对比和分析，不断优化设计方案，以提高设计质量。二是，加强防腐设计。防腐设计是比较重要的内容，对机械结构的质量和使用寿命会造成严重的影响。因此，在进行设计时，应对内部构件、焊接缝隙、构件表面等进行防腐设计，从而保障设计效果。

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机械方案设计是一个创造性很强的活动，其思维过程是形象思维和抽象思维综合作用的结果。目前计算机辅助设计（CAD）主要解决了在计算和绘图等设计后续阶段对设计者的支持。而对于极富创造性的早期方案设计阶段的计算机支持至今没有取得实质性的进展。即使是智能CAD系统，所采用的方法的理论基础仍是基于传统的人工智能的知识表示与推理方法，即逻辑思维为基础，其中多以知识工程和专家系统的方法实现。这种CAD与AI的简单组合，没有也不可能从真正意义上实现方案设计自动化。创造性如何在方案设计过程中体现一直是困扰设计理论研究工作者的棘手问题，也一直没有很好地解决，本文将就这一问题作一探讨。

1机械方案设计的一般过程

一般认为，方案设计阶段主要有两个任务：首先是建立技术系统的功能结构。然后通过选择相应于功能结构中的每个功能的功能载体，并组合这些被选择的功能载体形成整个技术系统的设计方案。

通用设计理论认为，方案设计过程可表述为两个映射过程（图1）：即用户需求域到功能域的映射以及功能域到结构域的映射。由需求域到功能域的映射过程最能体现设计者的创造能力，这一过程涉及到对设计思维规律以及创造性机理认识水平，涉及到自然语言到专业技术语言的转化。尽管有些学者提出通过对设计要求进行层次分解来建立功能结构图的讨论，但一般还要通过人工干预进行。从功能到结构的映射，实际上是功能结构图中的每一个分功能与能实现该分功能的结构进行匹配，一般情况下，总体功能往往包含着许多分功能。而每一功能可以由不同的结构来实现，因此存在组合、协调和评价筛选的问题。具体的机械方案设计过程如图2所示。

图2所示的机械方案设计过程还可通过数学形式进行描述。设总体功能为U，它可分解为一些子功能，分解过程可形式化为：

U＝（U1，U2，…Um）（1）

即总体功能是有m个子功能UI（I＝1，2，…m）组成的。

任何一个子功能UI（I＝1，2，…，m）对应着能够完成该分功能的子结构的集合TI，即

TI＝（tI1，tI2，…，tin）（I＝1，2，…，m）（2）

式中tij（j＝1，2，…，n）对应于能完成子功能UI的所有子结构，n为完成该子功能的子结构总数。如果用UI定义行，tij为元素构成矩阵，即得到功能与结构相联系的“功能—结构技术矩阵”：

（3）

当然能够实现各子功能的子结构数并不相等，可以将能够实现某一子功能的最多子结构数定为n，少于这个数的子功能元素项用零表示。图2所描述的机械方设计的一般过程，看起来很简单，但计算机实现有许多问题需要解决。如总功能如何分解为子功能、功能如何表达（因为从不同的角度提出的功能表达词汇是不相同的）以及如何有效根据功能索引子结构等问题有待进一步探讨和研究。

2基于机构结构类型变异综合方法

自60年代图论理论首次被应用于机构设计以来，它在机构分析与综合方面的应用得到深入的研究。在图论中，封闭的图代表机构，顶点代表连杆，边代表运动副。图可以用矩阵（如邻接矩阵和关联矩阵）表示、分析和计算。1979年，Freudenstein和Maki提出“功能与结构分离”的方法用于机构综合，随后许多学者对这一方法进行研究和深化。该方法包括如下几个环节：

2．1根据用户的需求，提出机构创新设计任务与技术要求：

（1）拓扑结构要求

如运动性质（平面运动或空间运动）、基本回路数（或独立环数目）、运动副类型及数目、构件类型及数目、主动副类型及其位置以及机架的构件类型及其位置；

（2）功能性要求

如输出构件数目及其位置、每一输出构件的任务（如轨迹生成、函数生成、导引以及其它要求、满足对预定的速度及加速度要求、满足对机构整体的动力学性能要求；

（3）约束条件

如运动精度、结构紧凑性、刚度、机械效益、轴销作用反力以及制造、装配、成本等方面的约束。

2．2结构类型综合

通过结构类型综合列出满足设计任务要求的全部结构类型并以适当形式表示。

2．3优选结构类型

根据功能要求和约束条件，筛选出好的结构类型。

该方法目前研究局限在平面连杆机构的结构类型综合，且一般集中在运动链同构识别、自由度识别方法以及平面运动链自动生成等理论方法研究阶段。尽管有一些应用的研究报道，但都是针对简单机构（如变冲程发动机活塞机构、车门开启机构等）通过人工方式实现。计算机实现还有一些关键技术没有很有效的方法，如运动链同构识别问题，主动副位置确定、机架位置的确定、杆组的自动划分以及对运动链进行评价筛选等问题。

3集成功能推理及结构推理的方案创新设计过程模型

如果用人工智能语言描述，在上述第1小节中讨论的机械方案设计的一般过程是基于功能推理方式，而第2小节中所讨论的机构结构类型变异综合方法是基于结构推理方式。这两种方式有其内在的联系，如何将这两种方式有机地联系在一起对于机械方案创新设计是一件很有意义的工作。功能推理主要解决功能到结构之间的映射，通过结构部件组合途径形成机械方案。而结构推理是从结构部件的拓扑结构上通过机构演绎（机架变换，主动件位置变换以及运动副类型变换）途径对机构进行变异创新，尽管目前结构推理局限在平面连杆机构结构类型综合，但通过本文的研究，该方法可以扩展到一般刚体机械方案创新设计。有鉴于此，作者提出如图3所示的集成功能推理和结构推理的机械方案创新设计过程模型。

该设计过程模型由以下主要步骤组成：

Step1：功能结构图的建立。根据设计要求，建立功能结构图。

Step2：根据建立的功能结构图，寻找满足各子功能要求的功能载体并组合成为原始机械方案。

Step3：将原始机械方案进行抽象化为表达机械方案连接信息的运动链表示。并记录原始方案一些约束信息，如自由度数、杆数、原动件必须是几副杆、输出构件是否必须与机架相连等等。

Step4：运动链发散。列举所有与抽象化表示的运动链具有相同自由度、杆副类型以及杆数的非同构运动链，并进行筛选。

Step5：机械方案元型集的生成。对筛选的运动链进行机架识别、原动件识别、杆组识别，形成用连杆和转动副表达的机械方案元型。

Step6：候选方案集的生成。将以上生成的机械方案元型通过类型替代，形成候选方案集。

Step7：方案的评价决策。得到最优方案。

Step8：方案的尺度综合。

4机械方案创新设计智能支持系统

根据以上的过程模型，我们开发了机械方案创新设计智能支持系统MCIDISS。系统的结构如图4所示。该系统由五大模块组成：

（1）基于实例功能推理的原始机械方案生成模块：该模块采用两级实例推理的模型，完成从设计任务到功能结构图的建立以及装置提取与组合协调设计生成原始机械方案的

任务。

（2）基于结构推理的方案设计创新模块：该模块在上面模块产生的原始机械方案的基础上，通过抽象化表示，将原始机械方案表达为一般化运动链，从机械方案拓扑联接上进行变异创新。

（3）评价决策模块：该模块主要任务是对各阶段的设计解进行评价决策。系统主要采用模糊综合评价决策方法。

（4）机构尺度综合模块：该模块主要任务是对组成机械方案的机构参数进行综合，以便从尺度上论证方案的可行性。

（5）运动分析及仿真模块：该模块是在完成机构尺度综合后，对其进行运动分析和仿真，以便使设计者对所设计的方案有一个清晰直观的认识。

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关键词：机械；机构；创新；同构；运动链

中图分类号：G301 文献标识码：A 收稿日期：2015-11-10

在机构综合设计中，对于给定杆数和自由度的机构通过采用运动链确定非同构运动链，是机械创新设计过程中的一个重要环节。但此时将面临如何检测出所列出的多个运动链中可能存在的同构运动链的问题。因此研究一种判别运动链同构的新方法成了该研究的热点。

一、机构创新设计的研究现状

20世纪50年代以前，机械设计人员主要凭经验进行机械设计，要求机械设计人员具有很强的专业素质。50年代以后，机构创新设计的研究成了热点，机构创新方法的研究取得了很大成功。

基于原型的创新设计是根据已存在的机构，归纳其特性，运用综合方法对机构的运动链型进行综合，最后确定可行的链型，完成方案设计，从而为以后对机械的尺度、运动学和动力学分析提供基础。

二、同构判断

机构结构类型综合研究采用运动链同构进行分析具有重要意义：如果将非同构运动链错误地看成是同构，则会导致新的运动链会丢失；如果将同构的运动链看作是非同构，这样使机构结构的类型会产生重复。对于单铰运动链的算法如下：将两拓扑图的点、边编号，再将一拓扑图邻接矩阵的行进行对调，相应列亦对调：若该变换能使其邻接矩阵变为与另一拓扑图的邻接矩阵相同，则两拓扑图同构；否则，两拓扑图不同构。但该同构判定方法的计算量会很大。同构运动链表示各元素杆之间的联接支链完全相同，理论上只要寻找出运动链构件、运动副及各回路的装配关系，就能简化辨识运动链的同构。

三、运动链的全回路拓扑特性矩阵

可利用运动链回路矩阵来识别运动链同构，但是对于一条运动链来说，分析其独立回路十分困难，寻找最短回路更加困难；对于构件多、回路多的运动链，区分起来更加困难。在回路的长度相等的情况下，可利用独立最短回路矩阵来识别同构。一条运动链很容易得到广义拓扑图，而且能清晰看到运动链的回路和数量，多元素构件和各支链链接也很清楚。为了避免出现问题，现采用全回路拓扑特性矩阵来识别运动链的同构，定义回路的向量：Li（X1X2…Xk）。

式中：Li是第i回路的回路向量；Li+1是拓扑图外环路的向量；Xk由广义拓扑图中的顶点的支链组成，代表第i回路第k顶点或支链类型。现定义运动链的全回路拓扑特性矩阵：SL+1=[L1L2…LL+1] 。

当某回路的向量坐标值数量小于k时，就在后面补0代替，得到了一个（L+1）×k阶全回路拓扑特性矩阵。

四、全回路拓扑特性矩阵的构建

为保证矩阵SL+1的唯一性，对其构建方法作如下规定。

（1）建立运动链广义拓扑图，验证运动链的独立回路数量，尽量以最大度的顶点选择回路，标好序号。

（2）写出各回路的向量Li。

（3）按照式（2）构建全回路拓扑特性矩阵，但坐标值没达到最大值k时，列中采用0表示。

五、全回路拓扑特性矩阵辨识运动链同构

运动链的全回路特性矩阵是具有支链信息和运动链的多元素杆，如果通过交换一条运动链矩阵的行，可得到另一运动链的全回路拓扑特性矩阵，则说明两运动链同构，否则不同构。

六、总结

本论文主要分析了机构创新设计的研究现状，主要从包括机构原型的创新设计以及基于功能分解和重组的创新设计方法出发，详细介绍其相关的研究进展现状和趋势，对同构判断进行了具体分析，然后对运动链的全回路拓扑特性矩阵进行了研究，重点介绍了全回路拓扑特性矩阵的构建。

参考文献：

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一、数字化机械创新设计能力培养教学改革的作用

1.适应社会和就业的需要

从对上海的企业调研和毕业生反馈的信息看，当前大部分机械制造业的企业基本上实现了三维数字化设计和制造，其中国内大中型企业和研究院已全部实现三维设计，机械工程技术人员普遍采用三维数字化设计技术来完成工程设计已成为一种必然趋势。因此，转变教学观念，注重知识及应用的与时俱进，已成为培养机械行业人才要求。把数字化设计引入到机械设计能力培养当中，使学生掌握更现代的设计方法，为学生专业课程的学习和就业打下坚实的基础。

2.促进机械设计能力的提高

在我校学生在大学一年级主要学习《机械制图》和《计算机绘图》等课程，重在培养学生的二维绘图和识图能力；而在高年级的专业课程中，直接讲授三维数字化设计软件的工程应用，难度大、效果差。在大二期间，将数字化设计结合《机械设计》《现代机械设计》课程教学，不但可以为学生后面专业课程的学习打基础，降低专业课程的学习难度，而且能对机械设计能力的提升起到促进作用。数字化设计改变了传统课程设计作图多、任务重的缺点，设计结果具有较强的直观性，容易引起学生的兴趣。

3.利于学生工程实践和创新能力的培养

随着各高校对卓越工程师培养计划的重视，培养学生的工程实践和创新能力，已经成为高等学校一项非常重要的教学改革内容。机械创新设计作为一项“卓越计划”培养机械类专业学生工程实践和创新能力的重要一环，必须更新教育理念、探索新的课程教学模式、加强课程内容与社会实践的联系、积极探索以素质教育和能力培养为特征的新型课程模式。将数字化设计引入到机械创新设计培养当中，对学生工程实践和创新能力的培养可以起到积极的推动作用，因为数字化设计优势十分有利于学生空间想象能力、设计能力和自主学习能力的培养，学生可以借助数字化设计软件把自己的工程设计想法通过三维实体设计表达出来，激发学生不断探索、实践和创新的欲望，进而促进其工程实践和创新能力的提高。

二、机械创新设计能力培养教学改革的思路

数字化设计应当是根据数字化设计本身的特点及其在机械创新设计的应用特点来进行，不能简单地增加设计软件使用操作教学内容，或在原来的课程体系中再增加几章独立的、自成体系的数字化设计教学内容。而应结合数字化设计和机械设计能力培养的特点，对整个课程内容体系进行必要的改革。

（1）以工程素质教育和实际能力培养为目标，构建数字化机械设计课程内容体系。主要包含数字化设计基础，数字化设计理念、流程及特点，数字化设计工具简介，数字化设计实务训练等类型的课程内容。同时探寻建立数字化设计与传统设计教学内容之间，以及与其它数字化设计课程之间有机的联系。

（2）机械设计中传统设计教学内容应做相应的改革，使数字化设计的思想和方法真正融合到机械设计的教学与实践当中，最理想的方式是能够让学生在课程的学习中熟悉和掌握数字化设计工具，这样机械设计能力的培养的才能够适应数字化时代的要求。

三、机械创新设计能力培养的教学设计

1.课程教学内容改革

在授课时，应淡化对理论公式的推导，加强对工程应用的讲解，如齿轮的强度计算，螺纹连接强度计算等；对一些非重点章节，如链传动、进行引导性的讲解；对难度相对简单的章节，如联轴器、离合器与制动器、弹簧等，可以采用教师简单概述，让学生课下与结合思考题自学方式。这样可将机械原理机械设计理论教学压缩到96学时左右，留出大约20学时对数字化设计进行讲授。在数字化设计教学当中，不追求难度和深度，以使学生能够完成课程设计为目标，注重学生学习能力的培养，如教授学生如何利用软件自带的帮助文件和用户手册，独立进行软件功能的自主学习。在课程的安排上，采用每两周2学时的上机课堂教学模式，让学生模仿课堂的例子，并安排一定量的课外习题。这样使学生长期不断地学习，便于学生提高实际设计能力。

2.课程设计环节的数字化设计应用

对于机械设计能力培养中重要实践环节――课程设计，将三维数字化设计代替传统的二维作图是改革的一个重点。目前，我校课程设计题目一般采用通用机械传动装置设计，以齿轮减速器设计为主。学生在两周的设计时间内完成设计任务的设计方案的分析和计算、零件设计装配图和零件图的绘制、设计说明书的编写等任务。在设计过程中需要学生查阅大量的资料，进行反复设计。由于课程设计时间较紧，大部分同学在进行零件强度设计后，直接进行零件图和装配图手工绘制，往往忽略设计的整体性，草草地画完所有图纸，直接影响教学效果。将数字化设计引入到课程设计后，学生可以应用设计软件参数化功能，对原零件图和装配图进行特征修改，使零件结构的变化直接在三维视图中展现。然后，利用三维转二维图纸的功能生成工程图，并进行必要的视图表达修改和标注。这样就大大节省传统二维作图的时间，使学生有更多的时间去考虑“设计”，从而可以提高课程设计质量。

3.机械创新设计研讨课的开设

机械创新设计能力包含应具有良好的学习能力和创新理念、敏锐的创新思维、基本的创新技能和优秀的创新人格。研讨课有效地探索了研究型、合作式、自的课堂教学模式，体现了“学思结合、因材施教、分类培养”的教育思想，促进了在教育思想观念方面的深刻变革。目前，我校已开设“产品开发与现代设计”研讨课，和机械设计类课程中创新设计研讨课，教学效果显著。

4.问题驱动启动式教学方法

针对机械设计和数字化设计实践性均较强的特点，强化理论课和实践课案例教学，注重问题启发教学内容的精选和问题的设计，着重讲清工程设计案例问题是什么、工程设计案例问题的背景是什么、工程设计案例问题的性质是什么、工程设计案例问题的解决方法是什么等内容。使所学的知识更加具体，并给学生留有一定的思维空间，活跃学生的创新思想。

四、数字化机械创新设计能力培养教学实践的注意事项

1.不断加强数字化设计基础课程的教学

数字化设计基础课主要是根据机械类专业的实际情况，为学生讲授有关数字化设计的软件、图形图像理论、设计与造型方法，设计特点等共性的知识，使学生形成一个清晰的数字化设计框架，能够在大脑中实现数字化模型的构造。

2.强化“设计”理念

机械设计的最终目的是要实现产品化，其设计应当是为产品及其生产而设计。在课程教学改革时，需要不断强调的就是设计。机械类专业数字化设计的核心是设计，而不是绘图。教改应该始终按机械设计基本能力教学为主、数字化设计学习为辅的教学思路进行，使学生掌握基本的数字化设计方法，并能独立进行简单数字化设计。对于机械类专业学生而言，最需要的是在数字化设计工具的帮助下，获得对整个产品从概念设计、结构设计、生产加工到市场推广的全面控制能力。这种设计能力的培养就能够与CAD、CAE、CAM乃至虚拟设计与虚拟制造系统相衔接。所以，在机械设计课程中强化设计的理念，要让学生清楚地认识到数字化机械设计不仅可以用计算机技术来绘制各种各样的装配＼＼零件设计图，尤为重要的是它可以辅助进行动力学和运动学仿真、有限元分析、装配检查等功能分析；可以有效地将机械设计各个设计过程有机地结合起来，使各个阶段的设计成果为其后的设计制造过程直接使用，从而大大提高了设计效率和质量。

3.在教学实践中，由于数字化机械设计相对降低了机械设计的理论难度，学生对相关数字化设计软件学习兴趣将会大幅提高，甚至有些同学会主动“开快车”，在数字化设计软件学习上花掉太多精力，忽略了对机械设计理论知识学习。所以，任课教师要积极引导学生正确对待数字化设计软件和机械设计理论学习之间的关系，做好协调工作。

4.随着数字化设计教学质量的不断提高，教师还可以适当扩展讲解运动仿真和CAE的相关知识，使学生对机械设计技术的发展有进一步的认识，提高学生的学习热情。

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Abstract: It is an effective way for enhancing the university student scientific innovation ability ,through developing the race about machinery innovative design .This article discusses the necessity to develop the race about machinery innovative design in vocational colleges. Then, aimed some difficulties in poor area, it proposed the machinery innovation's accurate localization. Finally, through some effective organization and practice, it achieved the goal to trainthe students’ innovative ideology and team cooperation ability, to enhance the teachers’ and students’ scientific innovation ability.

关键词:高职院校;机械创新;定位;竞赛

Key words: vocational college;machinery innovation;localization;race

中图分类号:G71文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)26-0167-02

0引言

近年来,我国高等职业教育蓬勃发展,为现代化建设培养了大量高素质技能型专门人才, “以服务为宗旨,以就业为导向,走产学结合发展道路”是高职教育的办学特色。然而,某些高职院校只注意学生职业技能的培训,削弱了文化知识的灌输,缺乏创新能力和可持续发展能力的培养,只是“为就业而就业”,这样培养出来的人才很难适应当今社会知识不断更新、岗位不断变换的需求。

“创新是一个民族进步的灵魂,是国家兴旺发达不竭的动力”,只有创新型人才,才能在社会发展中立于不败之地。高等职业教育作为高等教育发展中的一个类型,肩负着培养面向生产、建设、服务和管理第一线需要的高技能人才的使命。因此,在高职院校机械类专业中开展机械创新设计大赛是十分必要的。

1研究的意义

1.1 基本宗旨本项目的研究与实践拟在解决高职院校如何培养机械创新人才和学生的创新意识,进而将创新作品转化为企业的产品,构建新型的校企合作模式,推动地方经济的快速发展,为地方经济服务。

通过机械创新设计大赛将大赛中暴露出的问题反馈到创新人才培养的课程体系,改进我们的教学方法和转变培养模式,促进教师教学水平和创新能力的提高,为学生营造良好的创新氛围,培养学生的创新意识。在举行机械创新设计大赛时,在社会上大力宣传,并邀请企业专家共同参与,让大赛中优秀、成熟的作品转化为企业的产品,推动地方经济的快速发展,逐步将高职高专院校转变为地方企业的技术服务中心。

1.2 具体目标通过几年持续的机械创新设计大赛,主要达到如下目标。

①提高高职院校学生的创新意识和创新设计能力,使学生能够为解决实际问题而主动去学习知识,变被动接受知识为主动索取知识,让学生早日将所学的理论知识用来解决实际问题,早日与社会接轨。②稳定和锻炼指导教师队伍,使更多教师热衷于指导大学生机械创新设计工作,形成学生、教师和教学、科研相互辐射的互动效应。③将比赛中反映出的创新能力所需的理论知识、专业技能反馈到教学的各环节,从源头提高大学生创新的潜能,改革“机械创新设计”相应的教学内容,改善学生机械创新设计活动的实施条件,提高学生的实际动手能力。④将比赛优秀、成熟的作品通过当地企业转换为产品,推动地方经济的快速发展,构建新型的校企合作模式,为地方培养高技能创新人才。⑤通过选拔,推荐部分产品参加省级或省级以上层次的机械创新设计大赛,提高学院知名度。

1.3 研究价值本项目研究和实践的价值在于提高课堂教学知识的应用实效,促进基本知识和基本技能在实际运用中能更好的相结合,培养学生的创新意识和创新设计能力,使学生能够为解决实际问题而主动去学习知识,变被动接受知识为主动索取知识,让学生早日将所学的理论知识用来解决实际问题。同时,在本项目的研究和实践过程中,教师的参与指导以及和创新小组成员的之间的相互交流,相互探讨,共同发展,共同进步,使更多教师热衷于指导大学生机械创新设计工作,形成学生、教师和教学、科研相互辐射的互动效应,大力提升教师教育理论水平和研究技能,不断铸造成一支科研型的教师团队,促使学校成为一所科学发展、特色发展、可持续发展的学校。

2研究中存在的困难

2.1 学院及周边环境的制约广西现代职业技术学院地处河池市,该地区为革命老区、山区,属于少数民族聚集地,经济欠发达、工业基础尤其是机械工业相对薄弱,机械类产品市场很不完善。

该学院机电类专业近年基础设备投资较大,大部分设施可应用于职业技能培训,然而可以用于机械创新的高科技含量的设备明显不足。客观环境造成在该学院开展机械创新设计大赛有一定的实际困难。

2.2 科研力量相对薄弱要在学生中充分开展机械创新设计大赛,就要求专业教师必须具备相当的科技创新能力。由于地域的原因,近年来虽然该学院机电类专业引进了一批专业教师,但大部分教师科研能力不足,而且这些教师出去交流的机会相对较少,其科研能力的开发基本依靠自学;许多教师忙于教学任务,根本无暇进行科技创新。科技创新离不开校企交流,而该地区机械类企业现代化程度相对较低,通过校企交流提高教师的科研能力也很难达到目标。

2.3 学生自身存在的不足由于客观原因,该学院机电类专业所招收的学生绝大部分文化基础非常薄弱,理解能力和学习能力相对较差,缺乏刻苦钻研精神,科技创新素质较低,动力不足。具体表现为:①缺乏系统的科学理论,基础知识不够扎实,好高骛远而能力不足;②缺乏拼搏的精神和顽强的毅力,没有掌握精深的专业技能,虎头蛇尾,甚至是是半途而废。③没有高超的学习技能和创造性的思维方式,缺乏敏锐的观察力和强烈的好奇心,缺乏丰富的想象力和敢与冒险的勇气,立项没有创意。④缺乏博大的胸怀,高尚的人格和团队协作精神,单打独斗,无功而返。

2.4 科研创新激励机制不够健全,经济基础不够雄厚科技创新离不开经济的支持,目前,该学院的机械创新设计大赛刚刚开始,相关的政策还不十分明确,这在一定程度上也制约了该项目的顺利实施。

3机械创新设计大赛的组织与实施

3.1 活动的宣传与发动首先,组织各相关专业教师和学生辅导员召开机械创新设计大赛宣传动员会,制定详细的活动计划;通过教研室督促,辅导员宣传,使每个学生了解此次活动的意义及相关日程安排。其次,为了保证机械创新设计的质量,选拔数名专业课教师精心准备相关的科技创新讲座。通过系列讲座,培养学生的创新思维,使学生了解基本的创新方法和技巧;重点了解机械传动、液压与气动、电气控制在日常生活和创新设计中的运用,并使学生了解科技论文写作的基本格式和写作技巧,培养其科研能力。

3.2 机械创新组织机构的组建,激励机制的确立为了保证机械创新设计大赛的成功,我们成立了三个专门机构。

①在系部成立机械创新设计大赛领导小组,由系主任亲自挂帅,以机械教研室为依托,相关专业教师为小组成员。②根据学生参加活动的报名情况,在各个参赛班级成立机械创新小组,并为每个小组配备1-2名专业教师作为指导教师,全称指导学生的机械创新设计活动。③ 在原有的机械协会的基础上,成立机械创新协会,具体负责活动的协调工作。

为了充分调动学生参与机械创新的热情,我们提出了几项鼓励措施:①活动期间,实习实训场所全方位开放,为学生创作提供设备、刀具、量具及部分耗材,并委托实习指导教师对学生的制作加工予以必要的指导。②所有参赛作品耗材由学院统一报销,免除学生的经济顾虑。③ 获奖作品除颁发荣誉证书外,并给予参赛学生和指导教师一定的物质鼓励。④推荐部分作品参加第四届全国大学生机械创新设计大赛广西区竞赛。⑤此次参赛作品的设计说明书可以作为毕业设计。

3.3 活动的定位此次机械创新设计大赛,适逢“第四届全国大学生机械创新设计大赛广西区竞赛”,其主题为“珍爱生命,奉献社会”;内容为“在突发灾难中,用于救援、破障、逃生、避难的机械产品的设计与制作”。根据我院的实际情况,我们把参赛作品定位在“方便实用、节能环保,有一定的创新性”,避免过大的投入,不追求过高的科技含量。目的是通过这次大赛,提高广大师生的科技创新素质,养成团结合作、合理分工的团队意识,加强师生交流,强化系部凝聚力,提高学院知名度。

3.4 活动效果与评价经过长期的宣传组织,机电工程系机械创新设计大赛如期举行,此次比赛共收到参赛作品19件,经过层层选拔,遴选出3件作品参加“第四届全国大学生机械创新设计大赛”广西区竞赛,经过评比,由韦建军等老师指导、傅俊淇等同学创作的作品“离心式摩擦缓降器”以其“节能环保、方便实用”的特点深受专家好评,并夺得大赛一等奖,另外两件作品也分别获得二、三等奖。

通过这次活动,培养了同学们的团队合作精神和创新意识,增强了广大同学积极学习专业知识的兴趣,同时也提高了广大教师的科技创新能力。赛后,许多同学纷纷表示,此次活动很有意义,大家在创作过程中主动学习,解决了以前在课堂学习中未曾解决的难题,充分理解了专业知识的有用性。同学们建议,希望以后经常举行这类活动让更多的同学参与进来。

4结束语

实践证明,在贫困地区高职院校开展大学生机械创新设计大赛是十分必要的,通过这项活动,能够培养学生学习专业知识的兴趣,提高其团队意识和创新能力,有助于提高学生的综合素质,同时有助于教师科研素质的提高,并有利于促进学院科研氛围的形成。

参考文献:

[1]刘忠伟.高职机械类专业创新人才培养的研究与实践[J].天津职业大学学报,2007,(12):14-17.