机械创新设计方案范文

导语：如何才能写好一篇机械创新设计方案，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] 机械安全； 机械设备； 优化设计； 遗传算法

一 引言

煤矿行业作为我国的一种重要的传统能源行业，在国民经济、人民生活等众多领域中起着举足轻重的作用。但现阶段我国的煤矿企业普遍存在着机械化的建设水品严重的滞后，在生产中，技术资源严重的不足，开挖的成本居高不下。而与其相对的是近些年来，机械安全技术的兴起，改变了传统机械设备的诸多不足之处，使得机械化技术渗透了人们生活的每个角落。在很多地方已经将引进机械安全技术这种重要的辅技术作为一种衡量公司运营好坏的标准。

而现阶段我国的煤矿企业基本上受制于机械化系统不发达，从而使得各个单位之间缺乏机械运转中的协调，同时，机械内部的各个应用之间也难以连通，不利于系统集成，致使系统内沟通繁琐。不止如此，缺乏有效的机械化技术也使得领导缺乏及时有效的数据用于推断预测企业的发展与行业的发展趋势。这些问题在一定程度上严重的制约了我国的煤矿行业发展，利用现有基于机械安全的煤矿机械设备优化技术完全可以大大改善这种现象。因此，将机械安全的技术引入我们煤矿行业势在必行。而将机械设备的优化方案在煤矿行业可以有效的将信息资源集中到各个管理机构，从而推进煤矿行业的机械化进程，促进煤矿行业的发展。

二 煤炭机械的危害

1 静止的危险

设备处于静止状态时存在的危险即当人接触或与静止设备作相对运动时可引起的危险。包括：

（l）切削刀具有刀刃。

（2）机械设备突出的较长的部分，如设备表面上的螺栓、吊钩、手柄等。

（3）毛坯、工具、设备边缘锋利和粗糙表面，如未打磨的毛刺、锐角、翘起的铭牌等。

（4）引起滑跌的工作平台，尤其是平台有水或油时更为危险。

2 直线运动的危险

指作直线运动的机械所引起的危险，又可分接近式的危险和经过式的危险。

（l）接近式的危险：这种机械进行往复的直线运动，当人处在机械直线运动的正前方而未及时躲让时将受到运动机械的撞击或挤压。

①纵向运动的构件，如龙门刨床的工作台、牛头刨床的滑枕、外国磨床的往复工作台等。

②横向运动的构件，如升降式铣床的工作台。

（2）经过式的危险指人体经过运动的部件引起的危险。包括：

①单纯作直线运动的部位，如运转中的带键、冲模。

②作直线运动的凸起部分，如运动时的金属接头。

③运动部位和静止部位的组合，如工作台与底座组合，压力机的滑块与模具。

3 机械旋转运动的危险

指人体或衣服被卷进旋转机械部位引起的危险。

（l）卷进单独旋转运动机械部件中的危险，如主轴、卡盘、进给丝杠等单独旋转的机械部件以及磨削砂轮、各种切削刀具，如铣刀、锯片等加工刃具。

（2）卷进旋转运动中两个机械部件间的危险，如朝相反方向旋转的两个轧辊之间，相互啮合的齿轮。

三 煤炭机械安全的优化

煤炭机械安全优化方案在煤矿机械设备建设的领域有不俗的变现。在基于安全的煤矿机械设备优化设计方案中，改善了原有的单一矩阵单点计算的方法，加强了数据终端的信号联接，让显影的图像和数字更加直观的显现在屏幕上。在动态扑捉成像中，有更多的高保真设计，完全可以满足在煤矿生产中对机械情况安全的有效控制。

安全技术正由于其强大的数值处理能力，因而用于机械的优化设计，这种设计也是最近几年才开始使用，它将机械的运转原理与计算机技术应用联接在一起，最生产中自动得出施工的最佳方案组合，为生产提供了很好的科学方案设计。在使用了机械安全技术优化机械系统后，可以大大提高设计效率和质量，还保障了煤矿生产中的安全。基于安全技术的煤矿机械设备优化设计方案优化的目的是让机械在最少的材料和最低成本的情况下，用最合理的技术完成要求的工作，最大程度的完成机械在结构方面的性能指标，把机械内部的强度、刚度、稳定性能都 发挥出来该技术就是比人工系统多出了智能识别，自动的在系统内部生成机械的最有配置，这样也可以合理的使用材料的性能，在一些技术，如切割上，达到更大的精度，对于几何尺寸要求高的构建，使用优化技术后可以完全达到设计的要求。接下来我们就优化的方法进行简单的叙述。

（1）非线性的优化设计法

非线性的优化设计是不同的约定的函数数值所产生的一种优化方案。系统在使用时，会自动生成约定之外的函数数值，这些数值直接用于机械的编程使用中，指导机械运行。这种非线性方案可以分为两种。一种是利用目标定位将一次积分和二次积分在相乘的情况下，再次加权，以得到相应的优化设计方案。这种方法具体有共轭替代法、变化模式阶层法以及多普勒开根号法。这些在基于机械安全的机械优化方案中正是由于稳定性能良好，计算较为简便，所以使用比较广泛。另外一种就是假定一个多元函数，将函数在定义域范围内缩减至有效值，把目标函数的第三种类型编程可分析区域加以利用。这种方法虽然比较简单，但是用于机械优化中却很少，最主要的原因是在转变编程中多次使用机械安全。

（2）线性优化设计法

在机械设备优化设计问题大多要使用线性函数，根据线性函数出来数据时又可以分为直接法和间接法。直接法通常有复杂图形静态变现法，在机械设备在运转中会遇到一些人为情况下无法处理的事情，这时利用机械安全所生成的处理技术，可以很好的在具体的点位固定目标，将机械设备指引到正确的位置。构造中，函数不断的迭代，自动加载出合适的运行模式，在一系列的数学计算后，得出线性解答，最终得到合理的解决方案。

四 基于机械安全的煤矿机械设备优化设计分析

基于机械安全的煤矿机械设备优化设计是在以往传统的机械设计理念上加上了更多的计算机数据编程，是一种更加科学的现代化手段。为在煤矿生产效率中也得到了很好的优化，也能使机械产品的质量达到更好、更高的要求。接下来，我们将着重介绍在煤矿机械设备中使用机械安全优化方案中的遗传算法。

遗传算法，是20世纪70年代初期由美国密执根大学霍兰教授提出的一种基于机械安全下全新机械设备全带概率优化方法。GA是一种在人为施工条件下非确定性的拟自然算法，这种算法是根据自然界仿照生物的固有进化规律，对一个大的群体进行随机抽样，观测其繁衍变化以及淘汰机制。其中就会有适者生存，不适者就会被淘汰，按照这样的规律不断重复，使整个群体在繁衍的素质上和种群的数量上都会有很大的提高。

主要应用领域有：函数优化方面、机械的组合优化、机器概念学习、设备的控制方面、三维图型显示、机械设备故障诊断、人工生命、神经网络等最近几年中遗传算法在机械工程领域也开展了多方面的应用。本文中提到的基于机械安全下的设计优化就是选取这样的设计理念，在优势上有了很大的突显，主要表现在：

（1）煤矿机械设备结构优化设计：在煤矿生产中，多考虑到机械的方便和使用性，遗产法在结合机械安全软件后，针对多样的遗传算法中的弹性改变量、固定动态与波段概率等是不能够改变机械设备的运行模式，也就不能对煤矿机械设备有任何的优化过程。在提出了交叉适应变于线替改变的方法后，弹性改变量就会维持在一个平稳的状态，遗传算法中的频率会体现在设备的转动上，这种遗传算法为解决机械设备在工程使用中结构优化设计、多峰值函数求极值等问题提供了参考。

（2）可行性分析：在机械的整个框架系统中，模拟了固定模式中的运行，加上基于机械安全下的运转方式，把整个系统的优化性再次提升，能够在加工材料和零件上的加工都有很好的保护作用，避免了很多机械设备在使用中对于不明施工环境变化导致的机械损坏，提出框架结构系统可靠性优化的遗传算法在机械设备升级优化都有积极的帮助。

尽管遗传算法在机械安全指导下已解决煤矿生产中了许多难题，但还存在许多不足之处，如算法本身的参数优化问题、如何避免过早收敛、如何改进机械有效的工作时间和工作方法来提高算法的效率、遗传算法与其它优化算法的结合问题等。用遗传算法求解约线性和非线性优化问题时，一般采用共轭发散函数法，如何合理的选择共轭因子是算法的难点之所在。共轭因子取得过小时，可能造成整个发散函数的极小解不是原目标函数的极小解；共轭因子取得过大时，搜索过程增加困难，所以对基于机械安全的煤矿机械设备优化中遗传算法中的一系列问题还有待于进一步研究、讨论。

五 结束语

基于机械安全的煤矿机械设备优化创新设计作为一项革命性的技术，在许多行业中都有着巨大的发展空间及应用价值。在煤矿企业机械化进程中引入机械安全技术有着明显的优势，它在简化管理，加强安全监控等方面具有不可比拟的优势，十分适合我国煤矿企业的发展。利用机械设备的优化方能能实现对煤矿资源的合理开发利用，使得煤矿行业能可持续发展。

将机械设备安全优化创新方案引入到煤矿企业的机械化建设中是一种十分有前景的尝试，可以预见的基于机械安全的煤矿机械设备优化设计能推进我国煤矿企业的升级。但作为一个长期复杂的建设工程，在这个建设过程中定会有一些困难的出现。希望通过相关部门的共同努力，让基于机械安全的煤矿机械设备优化设计的整体系统能早日实现，并且进一步推进我国煤矿企业的发展。

[参考文献]

[1] 濮良贵. 机械零件[M]. 北京高等教育出版社， 1982，5（13）：23-26.

[2]蒲 俊，吉家锋. 机械安全数学手册[M]. 上海浦东电子出版社，2002，9（11）：100-108.

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关键词：机械结构；创新设计；优化；变元法

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）05-0104-02

当前，人们在对机械结构设计展开评价时，通常所使用的方法为模糊综合评价法。即在挑选一个最优方案时，对机械的关键零部件展开可靠性设计，以达成结构的最优化。本文拟选用钻井转盘为大家详细介绍变元法在机械结构设计中的运用。

1 变元法简介

变元法的含义通常有两个：

①定义机械结构的变元，主要包括如下七个部分：数量、形状、材料、位置、联接、尺寸、工艺。

②借助改变这七大变元，创新性的构造出更多的结构方案。下面为大家详细地介绍变元法中所包含的七类变元。

1.1 数量变元法

机械设备结构里零件相关部分的元素，比方说轮廓线、工作面及加工面，甚至于整个零件都可以看成是基本元素，可借助更改机械结构里基本元素的数量达成机械结构的改变。

1.2 形状变元法

更改机械结构零件的表面形状和零件的类型及规格均可以获得不一样的结构方案。

1.3 材料变元法

零件采用不一样的工程材料通常会造成此零件尺寸结构的相应变化，同时加工工艺也会产生变化，进而影响整台机械的结构，所以借助改变材料变元可以形成不同的结构方案。

1.4 位置变元法

借助改变机械结构里基本元素间的布局位置可获得不一样的结构方案。

1.5 联接变元法

此变元法通常包含两层意思：

①联接方式，包含螺纹联接、铆接及盈联接等。

②对每一类联接方式均具有多类联接结构。借助改变联接方式及联接结构获得不一样的结构方案。

1.6 尺寸变元法

尺寸包含长度及角度等，借助改变零部件和构件的尺寸可获得一样的机械结构。

1.7 工艺变元法

结构设计和工艺有着异常紧密的联系。鉴于零件的制造工艺不一样，零件与机械的制造费用、质量和性能也会不一样，进而影响机械设备的结构。

2 机械结构应注意的防腐蚀细节

机械结构的防腐蚀设计对于机械结构的创新及优化而言具有至关重要的意义，为了更好地完成机械结构的优化，各机械设计企业在进行机械设计的过程中理应注意如下防腐蚀细节：

①必须确保设备的机械结构于停车期间完全空干，以防止因介质残留淤积而造成的腐蚀。

②防止间隙结构的出现，以杜绝腐蚀介质的入侵。

③高温及高质量浓度将导致沉淀物及冷凝物的出现，进而增加腐蚀几率，因此设计人员在结构设计时必须避免此类现象的出现。

④异类金属接触可能导致接触性腐蚀出现，因此设计人员在进行结构设计时理应尽可能地将异类金属有效地隔绝开来。

⑤避免高速流体接触流道壁面，以降低侵蚀腐蚀。

⑥遵守最小化表面积原则，也就是说在容积一样的情况下让结构被腐蚀的表面积最少，比方说球体结构最好，其次便为圆柱体。

3 机械结构创新设计与变元法应用

我们在对某一结构的设计方案展开评价时，理应对其将带来的经济效益、所具有的工艺性、技术可行性等相关指标进行综合的考量，随后从诸多备选结构方案中选出最佳的结构方案。在机械结构方案已然确定的情形下，也可对重要结构或零件展开不同变元的研究，甚至于变元间展开综合的联合修改，已实现优化设计的目的。此外，也可选用某些数学模型，之所以建议大家选择数学模型，主要是由于数学模型能够较好地介绍结构设计中的尺寸及数量变元，同时还能够对材料变元展开间接的介绍。

以机械设备的不同要求及特征为依据，综合使用不同变元，使用设计人员掌握的经验和知识，借助创造性思维的方法，设计出不一样的机械结构。比方说如下转盘结构。

在以上三大结构图里，假如把结构设计方案1（如图1所示）里的锥齿轮间与主轴承二者之间的位置进行调整，且借助调整位置变元，接着再改变水平轴位置的左轴承形状，即借助更改形状变元后得到结构设计方案2（如图2所示）。假如更改方案1里的主轴承及齿轮的尺寸、大小与数量，且借助调整二者的数量变元与尺寸变元，随后再调整齿轮构件及轴承零件的位置，再改变位置变元，即能够得到设计方案3（如图3所示）。从以上分析上我们可以得出这样一个结论：即以上三大不同类型的转盘结构方案都可采用变元法较好的实现。如果进一步运用变元法，同样可以获得更多类型各异的结构设计方案。

借助对比以上三大结构方案，综合研究社会效益可行性与制造工艺等诸多内容，我们可以得出这样的结论：方案2系三大方案中最佳结构组合。某一机械结构方案的综合评估，理应以实际使用效果充当最后评估的事实依据。如果对转盘结构里的齿轮构件展开进一步的可行性分析与优化设计，同时对滚动轴承和齿轮工作展开弹性流体压研究，接着实施精密计算，均能够为改善转盘结构设计提供诸多参考数据。

4 结 语

深入分析机械创新结构设计对于机械行业的发展而言具有举足轻重的作用，它不仅能够更好地满足当前社会对机械设备不断升高的要求，实现各类机械零件的最佳组合，同时还可以推动机械行业的可持续发展。因此各机械设计企业理应在机械设备设计过程中充分采用创新设计理念，寻找最佳结构设计，以设计出更多的结构方案，推动企业自身的发展，最终促进社会的良性发展。

参考文献：

[1] 徐慧勇.浅析机械结构设计中的创新设计[J].黑龙江科技信息，2010，（30）.

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关键字：机械;创新设计;创新思维

中图分类号：TH122 文献标识码：A

1.机械创新设计

（1）机械创新设计是设计人员针对新的或预测的需求，充分发挥设计者的创造力和智慧，利用已有的相关科学理论、方法和原理，进行新的构思，设计和制造出新颖、，有创造性及实用性的机构或装置的实践活动。其主要强调的是人在设计过程中的主导性及创造性作用。因此，人的创新思维在创新设计中占主导地位。

（2）机械创新设计的过程始于形象思维，再经过逻辑推理和判断及相应的综合分析与决策产生设计方案，然后进一步将方案具体化，即建立新的结构和机械系统等模型，进而进行计算和技术细节的设计。创新设计反映出的是和谐统一的技术美。

（3）机械创新设计是创造设计出新机器和产品，以满足新的生产和生活的需要。

2.机械创新设计过程、目标及特点

2.1 机械创新设计过程

根据设计任务及要求确定机械结构类型、机构运动尺寸及机械运动学参数和动力参数，这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，它主要强调的是人在设计过程中的主导性及创造性作用。

2.2 机械创新设计的特点

（1）机械创新设计是多门科学技术交叉、渗透、融合的产物;

（2）机械创新设计是在知识和经验积累的基础上，经过思考、推理及判断，并运用创造性及发散思维的方法而后实现的;

（3）机械创新设计是在知识、经验、灵感与想象力的系统中搜索并优化出的全新设计方案;

（4）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，各阶段之间又密切相关，形成一个整体的设计系统。

3.机械创新设计思维

3.1 机械创新设计思维的定义

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“想到别人没有想到的观念”;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，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。

3.2 机械创造性思维的基本形式

（1）发散型思维。发散型思维就是在思维过程中，通过所得到的若干概念的重新组合，大胆地向四周辐射，扩散出两个或更多个可能的答案，设想或解决方式。发散型思维，就是不墨守成规，不拘泥于传统，对所思考的问题标新立异，达到“海阔天空”，“异想天开”的境界;发散型思维能力的高低，取决于知识面和想象力。发散型思维具体表现形式有：立体思维，多路思维，反向思维，相关思维等等。发散型思维所追求目标是获得尽可能多、尽可能新、尽可能独创的，它为机械创新设计提供了多种可能。（2）聚合型思维。聚合型思维就是以某个思考对象为轴，从不同的方向和不同的角度，将思维指向这个中心点以供选择，达到解决问题的目的。聚合型思维要求思维具有概括性、及时性、正确性;聚合型思维能力的高低，取决于一个人的分析、综合、抽象、概括和判断推理能力强弱。发散型思维和聚合型思维都是创造性思维的重要组成部分，两者互相联系，密不可分，任何一个机械创新设计都必然从发散思维到聚合思维，再从聚合思维到发散思维，多次循环往复，直到解决问题或创造性思维形成。（3）灵感思维。灵感是指经过长期的思考和探索之后，受某种现象的启发，在头脑中突然闪现的独创性的意念或设想。它是人们的创造活动达到后出现的一种最富有创造性的飞跃思维的智能状态。灵感是思维的迅速升华与高级浓缩，是过程的省略;灵感既是一种思维形式，又是大脑加工信息的一种高层次功能。（4）想象思维。想象是一种抽象的形象思维活动，想象可以是非理性的凭空想象，也可以是理性的在已有确定性基础上进行重新组合或部分更新性质的想象。想象思维具有以客观现实为基础，具有高度概括性和形象性及重新组合与再创造等特点，想象是人类思维之树上最美丽和神奇的花朵。没有想象就没有创造，创造离不开想象，想象是创造的精髓。

4.机械创新设计方法

4.1 智力合成法

智力合成法是一种发挥集体智慧的方法。她通过集体讨论的形式，发散和激励创新思维。讨论时，事先要有准备，目标要明确。其原则是：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、记录各种设想，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。

4.2 仿生类比法

仿生类比法是通过对自然界生物机能的分析类比，从事物不同程度的对应和相似之处的类比中得到。

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[关键词] 机械原理 案例教学 机械创新设计能力 应用

一、引言

机械原理课程主要研究机械产品运动方案设计的基本设计理论与方法,是机械类专业课程体系中最能培养学生创新能力的一门课程。案例教学是以“案例分析”为核心的一种参与式教学模式,在经济学和管理学等课程中应用较多、效果也较好。深圳大学钟杏云进行的问卷调查表明,案例教学法与其他教学法相比对学生的作用最大,最受学生欢迎,也是学生最希望老师采用的方法。该方法对于激发学生的学习热情,培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力具有重要的作用。目前,案例教学而在机械学科应用不多,探索和实践的成果也不够明显。

机械原理课程的教学效果直接影响后续课程的学习和学生创新意识以及创新能力的培养。如何使学生掌握好课程内容,培养机械创新设计能力,是摆在任课教师面前的重要课题。结合工程实际和课程需要,各高校在机械原理课程教学中所举的应用例子较多,这些例子是将工程实际中复杂的问题简单化,使同学很容易理解课程有关章节所要说明的简单问题。而案例则不同,它只是一些较为全面和真实的材料,供进一步讨论和分析用,并非“最佳做法”,其目的是为了讨论课程中具有复杂逻辑联系的复杂决策问题。

二、案例教学在机械原理课程教学中的实施过程

1.教学案例的选择与设计

案例是实施案例教学的前提条件之一。案例选择要围绕课程教学目标和专业培养方向,并考虑学生的现状和特点。技术本科院校的学生文化素质差别较大,理论基础相对较弱,也无生产实际经验和工程背景,缺乏参与工程实际设计的体会。案例教学不仅要教授课程的理论知识,而且更重视培养学生的创造能力和解决实际问题的能力。选择案例时,教师首先要研究所授班级的专业培养方案和课程的教学目标,确定案例要传授给学生的知识点和培养学生哪些能力;其次,要选择来源于生产实际、有一定技术含量、最好是学生可以操作或能够接触到并易于接受和理解的、教师能够把握的有时代气息的案例。第三,案例要反映课程的重要知识点、核心能力和关键问题,体现对学生核心能力的培养。我校在教学中选择电动护理床作为案例。首先,护理床是真实的典型机电一体化产品,蕴涵着包括机构学理论在内的丰富的工程理论的思想。其机械结构包含课程中重要的连杆机构、齿轮机构和螺旋机构;其次,护理床是用于医院或家庭的助老助残产品,与人们的生活密切相关,是学生易于接受和理解的案例。我校又在该产品的研究方面有一定的技术积累和多台不同功能护理床的样机,同学既能观察到其动作原理和结构组成,又能实际操作和亲身体会。有利于学生分析出目前产品存在的问题。再经调研、分析和讨论交流等活动,可以培养学生求异的思维方式,发挥其主动性及创新潜力;第三,护理床的设计不仅需要机械学理论,还需要电学、控制学和人体工学理论。护理床的最佳方案的确定需要考虑诸多因素以及这些因素之间的复杂逻辑联系。设计具有最佳方案的护理床需要理论联系实际的思考、分析和研究以及全面细致的讨论,对于培养学生的综合决策能力具有重要的意义。第四,护理床案例包含课程的核心概念“机构创新设计”、核心能力“机械的分析能力”、“机械的设计能力”和“机械的创新能力”和机构设计的基本概念“极位夹角”、“死点”、“压力角”和“传动角”等。该案例的实施有助于学生掌握机械设计理论,并应用这些理论解决护理床的设计问题。选择并设计好案例教学是确保案例教学实施的重要条件,护理床案例包括:案例名称、案例来源及背景、产品功能描叙、案例素材发放时间、案例的调研分析要求、案例的讨论地点、形式、提纲和具体组织步骤、案例讨论过程中可能出现的问题及对策、案例教学效果分析等。

2.案例教学的实施

首先,将护理床案例布置给学生,有针对性的讲解解决问题的方法和思路。然后带领学生到实验室实地观察护理床的结构和动作原理,让学生在床上亲身体验护理床的各项功能,再分组(4人一组,学生选定1人为组长)谈体会、分析其结构及动作不合理之处,提出最佳方案护理床应具有的特征。每组同学提出要完成最佳方案护理床的设计应解决哪些问题,如何解决。每组同学合理分工,检索相关文献,查阅有关资料,调研护理床的销售公司和用户,掌握护理床产品及技术研究的现状和发展趋势。这个过程会促使学生不断学习,充实自己。学生在调研分析的基础上,会综合运用所学知识和经验去分析和解决问题。具体包括:解决现有产品问题的技术依据、新方案的动作原理和机械结构,机构的干涉检验和仿真分析以及控制原理和控制方案等。最后,形成本组的最佳方案,并形成汇报、讨论稿。由于每组同学需要独立完成,全班可能有多种完全不同的合理方案。第二,按规定时间和地点,每组选定1名同学在班级介绍本组的设计方案,充分发表本组同学的独到见解。完毕后,教师组织全班同学按确定的主题认真讨论,形成以学生为中心的发言、提问和解答,让全班学生充分展示自己的观察、沟通、决策和表达能力。在实施过程中,由于班级每名同学对护理床均有深刻的思考和研究,针对汇报者的设计方案,其他同学发言很主动,也有一定深度,这对汇报者设计方案的进一步完善具有一定的作用。教师和班级其他同学认真倾听。同组同学还要做好记录,共同回答其他同学的质疑。鼓励同学围绕主题互相争论。教师既是与同学平等的讨论参与者,还是讨论主题方向把握着,教师要及时进行点评并对讨论中出现的问题予以指导。待汇报和激烈的案例讨论结束后,教师要对课堂教学的全过程进行归纳、总结,并引导学生对本组在案例教学中所取得的成果经验进行总结,对其他组的研究成果进行分析。分析总结有利于学生进一步思考问题和完善设计方案。本次案例教学的成果有:(1)同学们亲身体会到机械产品新方案的形成过程,锻炼了学生综合运用各种理论知识和经验以及流行软件解决实际问题的能力,培养了学生的机械创新技能;(2)护理床连杆机构和齿轮机构的设计和应用是课程教学的重点和难点,机构的核心概念在护理床的方案设计中都得到了应用。案例教学的实施巩固了所学知识,加深了学生对课程基本原理和概念的理解,也活化了知识,并将知识转变为应用知识解决实际问题的能力;(3)培养了大学生的创新意识和机械创新设计能力。同学们完成了多种护理床的机械结构方案,并申请了四项国家专利;(4)案例教学以学生为主体,培养了学生自我学习能力,使学生由被动接受知识变为接受知识与运用知识解决实际问题并举,使案例教学实现了既“授之以鱼”,又“授之以渔”的教学目的;(5)案例教学教师是主导,但需要对学生提出的各种方案和讨论中的问题进行点评,这要求教师对案例有深入的研究,掌握案例相关知识和经验。为此,任课教师需要充分做好准备工作,有利于教师自身素质的提高。

为保证案例教学效果,在课堂讨论案例结束后,教师组织学生对各组完成的方案进行进一步完善。并安排学生写心得体会,对案例教学效果和案例本身的问题进行分析,指出教师工作和案例实施中的问题或不足,并对今后的案例教学提出意见或建议。

三、实施案例教学应注意的几个问题

1.案例教学法要与其他教学法密切结合

尽管案例教学法有明显的优点,但在实践中也发现它存在的一些缺陷,如单位时间传授知识效率不高;知识传授的系统性及完整性不易实现等。为此,在采用案例教学法的同时,还要结合其他理论授课方法,使案例教学与传统教学中的一些有益做法互为补充。传统的教师授课方式有利于知识传授的系统性、严谨性,有利于学生打下深厚的理论功底,培养抽象思维能力。案例教学重视实际问题的分析和解决,既可在教学内容和教学方法上弥补传统教学的不足,又可推动传统教学方法本身的不断改进。案例教学也需要学生有一定的理论基础,并掌握有关的基本概念和基本原理,否则,案例教学难以开展。因此,案例教学法一定要与其他理论教授方式密切结合。

2.教学案例要准确反映课程对学生核心能力的培养

案例教学要围绕课程的核心概念和核心能力开展。由于学生缺乏工程背景和专业知识,若案例涉及过于专业化的知识,学生将难以调研、分析和提出问题的解决方案;若案例太简单对学生来说缺少吸引力、没有新奇感,同样达不到案例预期教学目标。实施案例教学要因材施教,兼顾案例的实践性和理论性这两个方面,这样才能有效地提高案例教学质量。学生只有真正的理解和掌握课程的核心概念,才能够把理论与实际有机的结合起来,使实际问题迎刃而解。成功的教学案例一定要实现教学目标。

3.案例教学要注重课堂和课外相结合

案例教学的主体是学生,教师只起引导作用。对于同样知识点的课程内容,采用案例教学法所用时间较传统教学法多得多,所以,课程的案例教学不易多。机械原理课程我们选择两个案例实施案例教学,一个为护理床,另一个结合专业选择,对于机械设计制造及其自动化专业(数控技术方向)选择了四轴加工中心的机械结构系统。对于布置给学生的案例及要求,学生需要将自己置于产品设计师的位置,从产品的使用要求出发,在课外查阅资料、参观考察和小组讨论,分析案例产品存在的问题、产生原因和解决方法以及改进产品的设计内容和过程等,并在对比分析的基础上形成本组新的设计方案。由于这些内容需本组同学在课外通力合作、发挥集体智慧完成,所以案例的课外研究工作十分重要。课堂讨论由教师主持,按组发言、全班交流讨论,这是全班同学设计经验的共享过程,也使学生真正体会到他们才是案例教学的主体。课堂与课外相结合,才能完成案例教学目标,同时完成护理床的“最佳方案”。

4.案例教学需要师生双方的共同努力

案例教学要求学生和教师共同参与教学。教学是否成功既取决于教师,又取决于学生。选择和提炼案例需要教师熟悉案例内容并进行深入研究,准备好课堂讨论案例可能涉及到的有关知识。这样,既有利于案例的布置,又有利于解答课堂讨论学生提出的各种疑难问题。因此,教师需要通过科学研究、走进企业和进修学习,不断充实和更新自己的知识,拓宽知识面,提高自身综合素质。案例教学法强调学生主动学习、独立思考和工作,自主形成解决问题的最佳方案。在课堂讨论过程中,学生应积极思考、认真准备、踊跃发言,积极参与课堂案例讨论,配合教师完成案例教学任务。

5.案例教学要重视对学生机械创新能力的培养

案例教学缩短了教学场景与实际生活情景的差距,把抽象的原理、概念等具体化,促进从理论到实践的转移,有利于提高学生学习兴趣和能力,激发其探究意识。实践证明:案例教学对学生分析、解决问题和创新能力的培养,对知识的接受程度和保留的持久性等方面富有成效。我校机械原理课程的案例教学是“以培养学生机械装置原理方案设计能力为主线,以机构基本概念和原理的应用为重点,以培养学生创新能力为核心”组织教学的,通过案例教学与传统教学法的结合,使学生掌握了课程的基本概念和核心能力,提高了机械创新设计能力。

参考文献:

[1]张丽梅.案例教学法的研究与教学实践[J].黑龙江教育,2006,(3):51-52.

[2]钟杏云.充分利用案例教学法以提高学生的吸引力[J].技术经济与管理研究,2005,(1):122-123.

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作为重要的计算机信息化技术，自动化技术的应用对于提高机械设计的质量和水平具有重要作用。本文首先分析了自动化技术在机械设计中的重要作用，然后具体探讨了机械设计自动化技术的实际应用，以期为相关技术与设计人员提供参考。

机械自动化是指将自动化技术应用到机械制造的过程中，对自动生产过程进行不断优化改造，以促进加工对象生产连续性和自动化，提高生产投入的流动速度与加工转换。机械自动化技术的应用水平将直接影响着机械行业的整体发展质量，其良好应用有利于改善机械制造业的技术手段和工艺方式，对于提高机械制造的整体质量具有重要作用。而作为机械制造中的重要组成部分，机械设计更需要加强与自动化技术的结合，以促进机械制造的发展。因此，加强有关机械设计中自动化技术的应用探讨，对于改善自动化技术的应用质量具有重要的现实意义。

1.自动化技术在机械设计中的重要作用

（1）改善资源利用率。机械制造中自动化技术的应用，对于降低资源能源消耗、提高资源利用率具有重要作用。具体表现为：自动化技术能够改良原材料材质及尺寸等方面的适应性；促进机械生产与设计的精细化发展，进而加强残料的利用，利于原材料成本的节省。

（2）提升机械制造质量。相比传统的机械设计与制造技术，自动化技术拥有更高的精准性、优越性和高效性。具体表现为：能够完成大批量的生产过程，生产环节与流程更为明确与具体，工作效率得到明显提高，减少了误产情况的发生：改良了传统制造工艺，提高了传统评价、测量等指标的数字化水平和信息化水平，执行过程更易控制与调节，同类产品之间的参数与运行误差大幅度减小。

（3）提高机械运行水平。采用自动化技术能够改善机械的运行状况，可利用实时数据模型对机械的运行状况进行准确和有效监控。具体表现为：通过数字化数据模式的使用，增强了机械故障的可比性和可诊断性，利于故障问题的维修与机械的养护；能够及时报告机械生产过程中存在的安全隐患及缺陷状况，利于机械设备的维护与检修能够根据设定参考数据对机械工作状态、维护状况等进行综合分析研究，利于优化设备运行环境及参数结构。

（4）促进生产质量可靠性的提高。自动化技术能够监控机械制造成整体过程与环节，能够检测各类生产数据与生产安全数据，并报告错误指标。具体表现为：能够实时监控机械设备、生产参数等运行指标，并以设定参数模型为依据提供故障报警，对于安全事故问题发生率的降低及生产预测判断可靠性的提高具有重要作用；将生产操作过程更加细化，并简化操作步骤，有效避免了由人为操作失误而导致的安全事故问题的发生。

2.自动化技术在机械设计中的应用

2.1机械设计与自动化体系

产品的概念设计是指产品的原理方案设计过程，其是提高产品创新性的重要关节。为保证机械产品设计的新颖性，需要利用多种思维方法和角度对同一问题进行重复考证以形成一系列解，组成解空间。以三维平台为急促的复杂机械系统创新设计及自动化系统组成自动化体系，其具有快速的产品开发和创新性的方案设计功能。

2.1.1在概念设计过程中，系统将采用改良功能分解与重组创新设计方法和利用设计规则的创新设计方法两种计算机辅助创新设计方法。此两种方法提供的设计方案都将利用符合方案方式呈现；符号方案随后被自行分解为基本机构及其连接关系。对于能够识别的基本机构，可以采用基本机构运动分析方法对机构内部构件进行分析以获取平面运动分析数据。为保证产品开发的速度，通常还会将面向对象技术应用到基本机构的结构设计中。利用三维平台的二次开发过程，通过数据库的驱动和特征控制参数过程，并能完成使用较少特征控制参数驱动整体基本机构的三维设计过程，从而有效克服了基本机构的短时虚拟建模难题。

2.1.2在概念设计中形成的符号方案会通过自动化转换过程生成相应的二维虚拟样机以开展虚拟仿真，利用此种方式，产品方案的评价过程就从概念设计的价值评价转换为虚拟样机的定量行为评价，使得更多具有创新性和可靠性的设计方案能够被选择出来。

2.1.3为保证产品的运动刚度要求及工艺美学设计特点，按照基本机构之间的连接关系与机构占据空间，可以采用最优布局算法对机构的空间位置进行确定，从而使复杂机械系统的空间占据体积最小。依据运动分析数据与机构的布局方式，采用“后台预制”装配技术，便能将基本机构的三维虚拟模型安置到特定的布局空间中。通过对驱动构件位置进行连续变化，就能获取同概念设计符号方案相一致的复杂机械系统的虚拟样机。

因此，采用复杂机械系统创新设计与自动化体系，既能改善产品设计的新颖性与创新性，又能提升产品的开发速率。

2.2信息自动化与生产自动化

信息自动化过程主要是在机械生产中利用自动化设备对电子信息进行识别来完成的。通过信息自动化技术能够实现对生产系统管理、工艺方式、过程设计、生产参数设定等过程的数据化改进。如在钢铁企业生产中采用的高炉自动化技术，其利用了软测量技术、智能化检测技术、数据处理技术、高精度传感器技术及恶劣环境的可靠性技术为手段对高炉工艺流程进行连续性检测，并采用数字成像技术使炉内经验模型、检测等具有可视化特性。其可根据用户的不同需求进行模块化设计，且在图像设计中可以利用离线三维成像及在线二维成像，具有较高的成像速度。

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【关键词】高职；机械创新设计；策略分析

【中图分类号】TH122-4【文献标识码】B【文章编号】2095-3089（2015）35-0018-01

1.引言

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。技术进步一般通过技术创新来实现。我国《高等教育法》第五条指出：“高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才”[1]。高等职业教育作为高等教育的组成部分，任务就是培养一大批具有必要的理论知识和较强实践能力、创新能力的一线高级技术人才，以填补我国人才结构中的巨大缺口[2]。

高职机械类学生作为将来中国机械行业人才的重要组成，培养其技术创新意识，提高其机械创新设计（MechanicalCreativeDesign，MCD）能力，以备将来在行业竞争中，甚至在提高综合国力与提高国际竞争力的过程中起到至关重要的作用。高职机械类学生动手能力强，能较快的接受新事物，但是对于工作出现的新问题，新困难接受能力低，难以独立的思考与解决新问题，更不用说发现新问题的能力了。个人总结，对于高职机械类学生创新设计能力的培养主要从学生为主体的主观策略及学校与老师为主体的客观策略两个方面进行分析。

2.主观策略分析

2.1.专业知识的深度掌握

以机械设计和制造专业为例，大部分高职院校都开设了四大专业课程领域：（1）专业基础课程，如机械制图、工程力学、工程材料与热处理、公差配合与技术测量、电子电工基础等；（2）设计类核心课程，如机械设计基础、塑料模设计、冲压模设计、夹具设计等；（3）制造类核心课程，如机械制造工艺、金属切削原理与刀具、金属切削机床、数控加工与编程等；（4）计算机辅助设计与制造课程，如AutoCAD、UG、Pro/E、MasterCAM等。专业创新能力的提高，离不开专业基础知识的掌握，没有专业知识作为基础，创新设计能力就如无源之水，无本之木。如采用功能原理方案进行机械运动方案的创新设计，就必须对机械运动过程中的原动机、执行机构，传动方案，控制方式的特点和适应性有熟悉的了解和掌握，再從中选取最优良的方案作为设计方案，这其实就是功能组合与分解的创新设计。而设计出来的产品要进行理论仿真验证和图纸表现，这时就用到了我们学过的机械制图知识与相关的计算机辅助设计软件。所以专业知识的掌握是一切创新设计的基础，虽然创新思维的形成过程离不开灵感与顿悟，但专业知识才是一切的前题。而且由此可知，大学生机械创新设计能力的培养，并非是一、二门课程就能解决的问题，它是一种观念、一个目标、一个过程。

2.2.创新原理与创新技法的深刻理解

总的说来，机械创新设计的创新原理有组合原理、分离原理、还原原理、移植原理、迂回原理、完满原理等。机械创新设计的方法有智力激励法、提问追溯法、联想类推法、返向探求法、系统分析法、组合创新法等[3]。不管是教学还是科研，世界上任何一种事物都有其规律可循，创新设计也是一样，我们的先辈在不断的探索与总结中才使科学发展到今天，技术在不断的进步，科研方法也在不断的归纳与总结，前人已经求证且证明正确的方法是宝贵的经验，只有在深刻掌握和理解这些方法和经验的基础上，我们才有资格去寻求新的方法。

2.3创新思维的训练与形成

一般认为，每个人都有创新思维的生理机能，但大多数人处于休眠状态。学源于思，业精于勤，我们有意识的培养自己的创造性思维，并且成为一种习惯。首先培养创新意识，善于在生活中发现问题，比如人们发现不管是滚动轴承还是滑动轴承，只要轴孔相接触，摩擦便不可避免，精度、效率、寿命都达不到最佳要求，近年来，人们利用电磁学原理，开发出了轴颈与轴瓦不接触的磁悬浮轴承，并已推广利用。其次要培养创新思维能力。车工实习后，我曾经问过学生一个问题：你们想一想，能不能用一台普通车床加工出一个正方体出来呢？同学们想一想，表示不能。问题留到第二天，有同学找到我说，这是可行的，只是相当于车六个端面。主动的同学就在主动的培养这种意识。还要是要善于归纳和总结，机械专业的同学都学习了机械设计基础，那么，大家可曾归纳过运动的相互转化吗？周转运动转化为直线运动，直线运动转化为周转运动。运动方向，运动形式，运动轨迹的改变我们学到过哪些？我们还能想到新的方法吗？

3.客观策略分析

3.1通过改善课堂教学方法，使学生授受知识变被动为主动

大力倡导采用现代化的教学方法，综合运用图片、视频、实物等更加直观的方法进行启发式教学，教师由主体变成主导，促进教与学的互动。在专业课教学过程中，适当安排跨课程设计案例，将多学科知识与经验综合应用，强调解决问题的新颖性，不追求答案的标准，只追求思维的活跃。灵活运用课堂教学，指导学生多角度、多方向、多途径思考问题，既加深了所学知识的掌握，又培养了学生创造性思维的提高。

3.2创新设计平台的建立

强调运用CAD/CAM/CAE等计算机辅助软件进行机械设计、三维造型、仿真分析等。开始培养学生运用计算机辅助创新技术（ComputerAidedInnovation，CAI），如运用ADAMS软件进行机构虚拟设计；运用快速成型技术（RapidPrototyping，RP）进行反求设计；ANSYS软件进行仿真分析等。

3.3课堂外，多渠道多种形式拓展学生见识

如成立大学生机械创新设计活动社团，定期邀请相关专家进行现场讲授，了解创新设计的理论，方法及最新发展；带领同学参观工厂，科技博览会，甚至到商店里的各种产品，建立创新设计产品陈列室，让同学们在实物中切身感受到创新设计带给科技与生活的变化；自己组织各类机械竞赛到参加各级创新设计大赛，开拓视野，激发同学们的创新热情。

4.结束语

高职机械类毕业生主要为相关机械类企业输送能服务于一线生产的高技能型人才，随着机械工程技术的日新月异，对机械类学生的素养要求也有了新的要求，尤其是机械创新能力。因此我们要未雨绸缪，为了适应新的形势，努力提高学生专业技能的同时，也要提高学生机械创新设计的能力。

参考文献 

[1]吕晓辉. 提高高职学生创新能力的途径探析[J]. 吉林省经济管理干部学院学报，2014（5） 

[2]陈峰等.高职“ 机械创新设计”课程教学探索[J].广西轻工业，2007（8） 

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关键词：机械工程设计；创新思维；应用

创新设计思维在机械工程设计中的作用是相当重要的，相似性思维是创新思维发展过程中的必然阶段，相似性思维在创新思维的发展过程中是不可或缺的，科研中对事物主要进行的是相似性分类，然而在工程机械产品中主要采用的科学分类方法是模块化分类，因此为了能够有效的生产工程机械产品就要在设计的过程中融入创新思维。

1.机械工程设计的发展

1.1.传统机械工程设计

经过上百年的积淀，机械工程设计发展目前已经比较完善，机械工程设计也在不断的进步中，早期的机械工程设计受到各种条件限制，如：经济发展水平和生产条件的限制，严重阻碍了机械设计的持续前进。即便实践经验丰富的工程技术人员，在设计过程中能够节省大量的时间，但还是无法摆脱传统设计理念的影响，犯错误仍然难以避免。因此，早期的机械工程设计仍然经历了比较长的过渡期，而且也限制了生产价值的创造。

在机械工程设计的理念中，传统的机械设计操作过程比较复杂，执行难度比较大。首先设置专门的市场调查人员，在目标产品的调查过程中使用各种有效的手段，根据实际的调查结果对市场需求进行预测，采取合适的手段对工程设计存在的问题进行分析和整理。而且对于存在的问题进行整理，然后进行全面的分析，提出具体的解决方案和设计方案。最后，所有的成员一起进行汇总、评价和分析，从而得出结论，然后制定计划来完成整体的设计。在整个设计过程中，市场调研，模型框架，讨论和测试都是密切联系的，在这一系列的过程中，没有精确的信息数据和具体的参考的实例，因此，传统设计存在较高的危险系数。

1.2.现代机械工程设计

机械工程设计本身就是具有创造价值和创造力的工作过程。如今，现代工业具有惊人的发展速度，科学技术也得到了迅速的发展，人们的生活质量也得到了了显著的改善，各种企事业单位的人才都被重用，尤其是重视他们的创造力和主动性，占据了社会的主导地位。而且人在机械设计领域发挥着举足轻重的作用，是机械工程设计的中坚力量，他们通常利用最先进的科技成果，挖掘人的潜力，有效的利用创新思维，与此同时先进的科学技术在机械设计中得到了广泛的应用，主要有设计技术，设计工具，计算技术，甚至在机械工程设计与制造当中运用最新的材料等。从而把设计人员的创造活力和热情有效的进行激发，从而改变了单调而枯燥的机械设计过程，使他们突破设计领域的限制，更多的新产品被开发出来，从而能够创造更多的财富。

2.创新思维在设计过程中的运用

2.1.智力思维法

由于受灵感或潜意识流的作用，新的创意才会被激发，并组织5至10人的专家组进行会议讨论，会议通常持续了一个小时，专家们将对同一个课题进行公开讨论，发表自己的意见，专家之间的交流可以产生新的灵感，从而彼此之间互相借鉴，丰富各自的头脑，再加上各种各样的想法来制定更多的方案，从而能够引发出更多具有创新性的方案。这种模式的会议主要是为了在短时间内去对专业问题和项目进行探索。

2.2.组合创新法

组合创新法主要包含两中不同的方法，一个是模块组合的方法是将工程系统中具有相似性的功能进行全面的分析和系统分类，划分出基本的功能单元，并将相对独立的层次进行归类，然后把它们设计成其他的“模块”，从而使其具有规范性和标准性。用户只需要购买需要更换模块对他们的设备进行升级，避免了购买新机的麻烦和资金支出。另外的方法就是形态矩阵法，根据影响因素将复杂的问题进行分解，也就是目标标记。将参照因素利用图解法来进行合理的安排，将各个参照量可能存在的基准值清晰的列出来，从而形成矩阵形态图表，最终形成各种可能的状态组合，这种方法可以绘制出各种设计方案，并且在大型机械设计中进行运用。

2.3.联想类比法

联想类比法主要包含三种方法，首先是相似类比法，在工程技术中合理的将各个组件进行合理的划分，其中主要包括类似的结构，类似的过程和类似的功能等，从而形成一个合理的分类体系。同时在进一步分析的基础上进行深层的分解，根据层次进行的水平划分，根据本单位的客观需要进行综合分析，最后进行总体的整合和优化分类，并将新的技术引进来，最终形成全新设计流程。例如，根据齿轮啮合传动的原理对同步齿形带传动的设计进行类比。有时候，人或动物的行为也是机械设计的类比依据，从而能够形成全新的结构和设计。例如，蟹爪加载机制的设计原理就是依据蟹钳的工作原理。第二种方法就是仿生法，例如，仿生机器人的设计。第三种是移植法，例如，物理上的激光技术、电火花技术就是激光切割机、电火花成型机设计的依据。

2.4.相似性分类

创新研究的第一步就根据事物的相似性进行科学分类。在工程技术中，按层次找出相似的单元对结构相似、功能相似、运动相似的系统或组件进行合理分析，同时对分类进行进一步的分析和分解，最后在做出优化和整合，新技术的融合要根据有关单位的客观需求，同时进行分类与整合，运用新技术创造出新事物。

综上所述，创新是任何行业发展过程中必然要经历的，机械工程设计的不断创新，能够改善机械产品的性能，而且企业的市场竞争力也可以得到显著的提高，因此企业就能获得更多的经济效益。创新思维是创新设计的基础，丰富的知识和经验是创新思维的基础，在创新设计方面，创新的思维并不是将所有的想法都列入其中，丰富的理论基础是创新思维的出现必然要求。

参考文献：

[1]万耀青，阮玉湘.机电工程现代设计方法[M].北京：北京理工大学出版社，2011.

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关键词：机械原理；教学改革；机械创新设计

中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1674-9324（2018）02-0128-02

一、引言

“机械原理”是机械工科专业的一门技术基础课，主要研究各种机构的共性问题[1，2]，机械原理课程理论抽象，研究内容宽泛，并对前期的基础课程有较高的要求，因此導致很多学生产生畏惧心理，觉得机械原理课程深奥，内容枯燥、课程索然无味。

与机械创新大赛相结合的“机械原理”教学是利用机械创新设计大赛，通过创新设计大赛作品的制造，促进学生对课程内容的学习，督促学生自己提出问题、分析问题、解决问题，最后最大化地激发学生的机械创新能力[3，4]。目前，湖南文理学院有效地将机械创新设计大赛与机械原理课程相结合，并取得了卓有成效的成果。

二、与机械创新大赛相结合的“机械原理”教学的实施过程

通过多年来参与机械创新设计大赛，我校对机械创新设计大赛与机械原理课程教学相结合积累了大量的经验，下面对其实施过程予以介绍。

（一）主办机械创新设计大赛的主题解析会

委派骨干老师参加历届的机械创新设计大赛主题解析会，对每一年的机械创新设计大赛的比赛主题有一个正确和深刻的理解，避免以后的作品出现跑题现象。骨干老师参加完主题解析会后，召集所有的学生和全院的老师，在学院内部把主题解析清楚，并以自由提问和临场解答的方式，尽量让学生理解每一届的主题。另外还邀请2名在往届机械创新设计大赛中取得优秀成绩的学生介绍经验，一方面让学生了解机械创新设计大赛的整个流程，另一方面提高学生参与机械创新设计大赛的积极性。

（二）开展与机械创新设计大赛主题相一致的工程创新三维设计大赛

为了提高全体学生的学习积极性，并进一步认识机械原理课程对于机械产品设计的重要性，我校在全体大二学生中主办工程创新三维设计大赛，并要求全体学生自发成立三人协同小组，为各个协同小组配备一名指导老师。在此阶段，学生在小组内充分讨论和互相学习，并阶段性地与指导老师探讨设计方案，通过反复查找资料和充分的方案论证，最终完成产品三维图形的绘制。完成此过程，学生需要自发学习机械原理的相关知识，并与指导老师充分交流。为了完成三维图形的绘制，学生还需要自学三维制图软件。通过2个月左右时间的训练，各个小组基本都能拿出一个合理的方案。学院组织三维设计大赛评比，由学校挑选的5名专业老师作评委，评选出优秀作品15件参加下一阶段的实物制作，并为期间表现优秀的小组和作品颁发奖状，一方面是对学生工作的肯定，另一方面也是对他们的鼓励，提高他们学习的积极性。

（三）实物作品的制作

进入实物作品的制作阶段，首先要解决的就是经费的来源。我校历来就重视学科竞赛，教务处有专用的用以支持学科竞赛的经费，学院内部也为实物制作预留了一定的经费。因此，此阶段所需费用得到彻底解决。更为重要的是，为了让学生尽早尽好地完成作品的制作，我们对所属的机械厂和加工中心作了硬性要求，学生提出作品加工要求后必须在3个工作日内得以满足，并要求学生自己完成作品的机械加工，这样做的目的也是为了提高学生的生产实践能力，让学生能够掌握产品的制作流程，也为机械制造基础课程的学习打下良好的基础。

三、近几年学生的机械创新设计大赛成果

自从学院将机械原理教学与机械创新设计大赛相结合后，老师和学生在思想上都更加重视学科竞赛，学校也加大了机械创新设计大赛作品的经费投入，近几年涌现出大量高质量的机械创新设计作品，在省内竞赛中也取得了显著的成绩。以下为湖南文理学院机械工程学院在近两届机械创新设计大赛获得的一等奖和二等奖的作品汇总表。

实践证明：在课程在近三年的考试中，2006届学生机械原理课程及格率只有56.5%，2007届学生机械原理课程及格率提高到81.2%，说明了机械创新设计大赛促进了机械原理课程的学习，这为学生今后从事机械设计、研究和产品的开发创新奠定了重要的基础。与机械创新大赛相结合的“机械原理”实践教学极大地提高了学生分析问题和解决问题的能力，提高了学生学习知识的兴趣。通过与传统教学法的结合，使学生掌握了机械原理课程的基本概念和核心能力，提高了其机械创新设计能力。

四、结束语

机械原理是机械工科专业一门重要的专业基础课，为了增强学生对机械原理课程的适应能力和挖掘其开发创新能力，通过与机械创新大赛相结合的“机械原理”教学改革，可以显著提高学生的机械原理知识和机械创新设计能力。

参考文献： 

[1]赵永杰，程西云.机械原理课程探究式教学改革与探索[J].大学教育，2014，（9）：141-143. 

[2]施火结.机械原理教学内容及课程体系的改革[J].教育教学论坛，2012，（s5）：69-71. 

[3]周永清.机械原理创新教具学具进课堂[J].实验技术与管理，2016，33（2）：11-13. 

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关键词 创新设计能力 以教促学 讨论式学习 考核方式

中图分类号：G712文献标识码：A

创新能力则是人们改造旧事物和创造新事物的能力，它包括发现问题、分析问题、发现矛盾、提出假设、论证假设、解决问题及在解决问题的过程中进一步发现新问题、新方法从而推动事物向前发展的一种能力。创新能力的培养离不开收集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力、协作能力等等，也包括较扎实的基础知识、基本技能、较宽的知识面、较强的实践能力和丰富的实践经验。①②

在我国建设创新性大国的历史背景下，高职学生担负着生产一线的技术创新和管理创新的重任，即工艺流程的革新、加工方法的改良、新产品的开发试验、管理形式的变革等都是高技能型人才应具备的创新能力。机械设计基础是机械专业的专业基础课，涵盖了工程力学、机械零件、机械原理、机械设计以及机械课程设计等课程，内容广、综合性强，在机械类课程中起到了承上启下的作用。而目前的机械设计课程重视理论讲授、学生学习起来非常吃力、难以提高学习兴趣，内容过于陈旧且抽象单一、联系工程实际不够紧密、实践环节薄弱、并且忽视了对学生创新意识和创新能力的培养。因此，对该课程进行以培养学生创新能力和实践能力为目标的改革十分必要，必将对机械专业学生的创新意识和创新能力的培养起到十分关键的作用。③

1 以培养机械创新设计能力的培养为主线的项训练目整合课程内容

机械创新设计能力的提高需要一个长期的培养过程，而且需要扎实的机械设计理论知识、较强的创新意识和创新实践能力。因此，建立一个以培养创新能力为主线的机械设计课程内容，对有效培养高职学生机械创新设计能力的起着至关重要的作用。课程内容的设置遵循了学生认知、专业知识学习和创新能力成长的规律，从简单到复杂、从初级到高级，设置了一条以创新设计项目为引领、以认知项目和常规训练项目为理论知识掌握和应用的课程内容新体系，把相关理论知识的学些融入具体的项目训练中。④例如，在训练“脚踏式健身自行车的创新设计”时，先让同学们认识和操作牛头刨床和缝纫机的曲柄摇杆机构实物模型；其次，讲解与此相关的理论知识：曲柄摇杆机构的工作原理、曲柄摇杆机构的自由度计算以及弯矩强度和弯曲刚度的力学计算；然后以相关项目“颚式破碎机机构分析”训练与强化曲柄摇杆机构相关知识和分析与设计该类机构的能力；最后，让同学们分组设计“脚踏式健身自行车”，并强调其原理设计不能局限于曲柄摇杆机构，可以考虑棘轮机构、液压或气压传动系统、以及其他富有想象力的设计方案。

2 推行以教促学和讨论式学习为一体的教学方法改革

“以教促学”和“讨论式学习”均是以学习者为中心的教学方法，能够有效提高学生的独立思考能力、协作能力和创新能力，把二者融为一体，势必会产生更加有效学效果。

2.1 通过教而学的教学方法

“以教促学”的教学方法是基于建构主义理论之上的一种教学创新，基本的教学方法是真正以学习者为中心的交际教学法和以学习为中心的任务教学法。最终的目标是提高学生的自主学习和合作学习的能力，提高学生获取知识的能力、独立思考的能力和创新的能力。⑤在机械设计的教学过程中，让每组同学至少负责一节课的讲解，包括PPT制作、讲稿，该节课要求是基于项目或任务驱动，项目或任务的内容自选，应突出项目的创新性，并讲授与之相关的理论知识。

2.2 小组讨论式教学方法

小组讨论是合作学习中教学环境最宽松、学生参与度最高的互动学习方式。美国教育学家布卢姆认为：当学习转化为一种合作过程，人人都从中受益时，小组学习是十分有效的。⑥

目前的任务实施主要采用小组讨论的方法完成任务，分组往往很随意，要么是按学号分，要么按宿舍分，要么按上课时的习惯座次分，讨论后由一个学生总结。这样会使其他通同学偷懒，而且效率低，或者成绩较差的小组不讨论或讨论的进度很慢。高效的小组讨论具备这样的特征：一是分工明确，二是小组成员积极参与，三是时间被高效利用，四是学生之间能够互相帮助。这里提出通过教而学的小组学习法。在分组时，首先使每组中都有成绩差的学生和成绩好的学生，让成绩好的学生带动和指导成绩差的学生，以提高讨论的质量和效率；其次，应尽量使小组的数量比小组成员的数量多一个。在任务或项目分配时，每个小组的任务应尽量不同。当一个小组讨论完后，让该组每个的成员分别到其他小组去讲解或演示其任务内容，直至把其他小组成员全部讲会。在讲解时，要说明其任务完成的创新点和具体实施方案及结构实现。

3 以创新制作为主导改革实践环节

由于相关的零部件的强度和刚度的计算和校核在理论学习时已有训练，而且市场上大量已有成熟的相关计算软件，因此，该环节应注重方案和结构设计，掌握相关的强度和刚度的计算和校核方法和过程，但不必花费大量的时间去计算。项目的设计时给出的诸如减速器的设计范例只是参考，学生需要完成的项目应是减速器意外的其他项目，这些项目要么来自于生产实际，如旋转式多工位机械手、差速输送机、用于烟丝输送的垂直提升机等；要么是同学们感兴趣的能够解决实际生活问题的项目，如简易立体车库、健身自行车、新型高楼逃生窗帘、轻便式高楼逃生器、多功能野外手术床、自动鲜肉切片机等。在该环节，仍然要突出学生的自选自拟题目。在实物的制作过程中，对于体积较大的项目，做出模型即可，对体积较小或创新性较强的项目可做出1:1的实物。

4 建立以机械创新设计大赛内容为导向的机械创新设计协会

机械创新大赛为全国大学生提供了培养创新能力和科技转化成果能力的舞台。但以往的大赛只是少数同学参加，覆盖面很小 ，受益的同学不多。为此，我们成立了机械创新设计协会，下设十个小组，由一批有实践经验且创新能力较强的教师指导，并由组织能力、创新意识和创新意识较强的学生负责，分工协作，目的明确。以协会的形式开展活动，不仅利于学生充分合理安排时间，更能锻炼学生的组织管理能力，加强团队合作精神。每学期组织一次院内机械创新设计大赛，并给获奖的团体以奖励，比赛内容不限，比赛的题目以学生自拟为主，老师给与指导；每两年组织一次江苏省暨校内选拔赛，比赛内容以全国机械创新设计大赛的内容导向，题目可以是老师给出，也可以是学生自拟。此举极大地地激发了学生学习机械知识的热情和创新意识，较大地提高了学生的机械创新设计能力，且参与的学生数量得到了很多的提高，也取得了较好的比赛成绩，先后获得了自动黑板擦、万向液压救灾等二等奖8项、机械摩擦式高楼逃生装置、液压救灾剪等三等奖15项，并于2010年获得了江苏省机械创新大赛优秀组织奖。而且，相关机械创新设计获得发明专利2项，新型实用专利8项，并有3项正在审理中。

5 考核方式改革突出创新能力考核

考核方式的改革与课程体系、教学方法、实践教学改革相辅相成，相互促进，而且，后者是前者的基础，前者对后者具有较强的导向作用。

机械设计改变了以往重知识轻能力的“一卷定终身”考核方式，实行理论考核与实践考核相结合，采取过程评价与结果评价相结合的方式，强化学生综合实践能力，重点评价学生的职业能力，突出学生创新能力的考核。课程考核成绩包括形成性考核（60%）和期末考试（40%），其中形成性考核包括以下内容：

（1）平时成绩（10%）。主要包括平时课后作业和上课纪律考核。

（2）课堂项目或任务（30%）。针对高职生理论分析能力较差、定性分析能力和创新意识较强的特点，课堂任务考核主要包括机械设计的创新点、团队的协作精神和能力、学习态度和任务完成情况的考核其中创新点占课堂任务考核的30%。对于理论创新设计项目，其方案设计应占最大分值，其次是结构设计，最后是相关理论计算。

（3）课外实践创新项目（20%）。课外实践创新项目主要包括方案创新设计、机构创新设计、理论分析和实物制作。其中实物制作占40%，主要考察期功能是否实现、结构是否合理、制作质量是否达标；方案创新设计、机构设计和理论分析各占20%。

（4）期末考试（40%）。期末考试除了考核学生对课程知识掌握程度和一般应用能力外，还考核期创新设计能力，要求学生在规定的时间内，根据创新题目的要求，拟定出可行性方案，并画出机械系统的运动和结构简图，该题目占期末考试的20%。

6 结论

通过以培养学生创新能力为主线，对机械设计的课程内容体系、教学方法、实践环节和考核方式的的改革，提高了学生们的学习兴趣和学习效果、提高了学生的知识应用能力、增强了创新意识和创新能力。教学改革实施使我们看到，虽然高职生的理论分析和计算能力较弱，但学生们的定性分析能力、实践能力和创新思维能力是很强的。如果（下转第60页）（上接第44页）我们在借鉴他人成功经验的基础上，对机械设计教学过程中不断探索和实践，必将会摸索出更加适合培养高职生工程应用能力和创新能力的课程内容和教学方法来。

注释

① 汪刘生.教学论[M].合肥:中国科学技术大学出版社,1996:32-45.

② 杨志勤.等机械类高职创新能力培养“2332”教学模式的探索.中国职业技术教育,2010.2.

③ 李阳星等.机械设计基础课程体系改革与学生创新能力培养的研究与实践.黑龙江教育,2007(7、8).

④ 翁蓉等.高职高专机械设计课程教学改革研究.科技信息,2010.23.

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关键词：机械设计；创新；综合能力；改革；人才

随着新课程改革的逐步推进，我国的职业教育取得了实质性突破，不仅在校学生人数不断增加，而且毕业生就业存在供不应求的现象。高职教育的宗旨在于培养学生的综合能力，而素质教育和创新能力培养是高职教育的关键。发展的巨大动力在于创新，特别是在机械设计与制造领域，创新是其发展的生命源泉，要引导学生激发创新意识，培养综合能力，适应未来的职场生活。因此，高职教育应当将学生综合能力与创新能力的培养作为其最为重要的任务。

一、改变课程设计教学模式

高职院校的实践教学课程一般是安排在理论教学结束之后，在几周内完成。由教师统一制定题目与进度，根据相关指导手册，学生按部就班地进行设计，对于设计说明书依葫芦画瓢，无须花费太多精力即可完成。因此，实践教学环节中，学生往往只是对简单工程进行设计，或者对已有模型进行再设计，无法体验创造性设计。

基于此，我们要从以下方面进行改革。首先，教师不再是实践环节中的中心，而以学生自主学习为主要方式，学生进行自主拟题。改变以往的教学模式，不再局限于分析现有的专业机械，这样会使得学生创新思维受到限制，由学生主动进行创新设计，有效激发学生的主动性。其次，任课教师在机械设计课程之前就提出具体的设计要求，让学生在学习过程中充分进行考察，积极构建设计选题。随着学习的深入，使得自己的创新方案不断完善，在与同学的充分交流中能够更加明确自己的创新设计，教师起到从旁指导的作用，最终得到设计草图。再次，以往的教学模式是将各个教学环节相割裂的，这种模式不利于学生融会贯通，将所学的内容连接起来，在机械设计过程中难以有效应用机械原理、机械方案。因此，应当将各个教学环节相串联，利用各种设计软件进行三维实体总装图设计。连接各个教学环节的主线正是创新设计，对于机械设计的全过程，学生有了系统认识，因此其学习热情、创新能力都有了显著提高。最后，对于学生成绩评定方式进行改革。不再依据单一的图纸、数据等进行设计成绩的评判，不能简单地将一些不成熟的设计判定为不合格，而应当根据其创新理念给予适当评价。对于其中存在的不足进行指正和分析，鼓励学生继续创新设计，提供更宽阔的想象空间。

二、注重理论与实践的结合

机械设计是一门应用性较强的学科，并且在实践中强调创新性。因此，在教学过程中应当加大应用与创新能力的培养力度，这是课时内训练所无法培养的两种能力。基于这种情况，我们应当在教学过程中充分结合理论与实践，以创新为连接主线，拓展学生业余科技活动以及实践项目，将课内教学与课外活动紧密结合起来，使得学生的创新型思维得以最大化扩展。

例如在分析平面机构的自由度的过程中，针对机构成立，经典理论给出了一条基本定理，就是机构的自由度应等于具有的原动件的数目，构件间才能获得确定的相对运动。这一定理，如果从静态思维与鼓励的角度来分析显然是绝对正确的，但是在具体工程设计中，上述定理是无法照搬的，对于最小阻力定律应当加以充分考虑和应用，对于各个运动件的重量加以合理分配，而一些设计不会受到这一定理的限制。在教学过程中，应当引导学生对上述理论的基础进行思考，在实践中加以具体应用，进行突破，在创新设计中突破传统的理论框架。

教师可以提高业余科技活动的时间比例，允许学生将自己的设计方案转变为现实的模型或实物。可以举办优秀作品展来鼓励创新，提高学生的创新热情，有效增强综合素质与实践能力。

三、加强实验室建设

高职教育中，实践教学占据着相当重要的地位，对培养创新人才起到了促进作用。对学生来讲，若想得到综合性的教育，就应提高动手实践能力，动手实践能力的高低与素质教育的水平有着非常密切的联系。学生通过自己的实践活动，可以使得自身对课本上的理论知识会有更为深刻的认识和理解，同时，实践是学生获得创新源泉的重要途径。通过动手实践，学生可以不断磨炼其进取精神以及永不放弃、刻苦钻研的科研精神。在实际教学中不难看出，学校非常重视对实验室的建设，这都是出于提高教师的教学质量，重视和加强教学中实践部分，以此提高学生的综合素质，使得学校培养出来的人才符合当今社会的发展趋势和市场对人才的需求。

在实践过程中，机械原理陈列柜可帮助学生对实际操作中的机械系统有更为清晰的认识。机械原理陈列柜通过向学生展示和陈列一系列的模型和大量的实际机械，让学生在认识真实的机械的同时，能够扩宽自己的视野，加深对所学知识的了解，以此提高学生的洞悉能力，这属于认知实验的范畴。在一般的机械设计方面的教材中，机械系统集成实验台把齿轮传动部件、联轴节部件等部件组装在一起。学生在此基础之上进行自我创新，通过相关的部件的结合形成具有一定功能的机械传动方案。通过分析动力过程和传递运动，进而选择最优方案。此属于创新性的实验范畴。

平时教学中，要开展形式多样、内容丰富的实验，对学生的各类创新型需求加以满足。对于学生，实验室采取预约开放的形式，通过经常性实验来加深对课程内容的理解，锻造学生的动手能力，使得学生的创新思维得以激发。在实验中，对机械系统进行创新设计，实现理实一体化的连接与过渡。