機械創新設計的基本原理范文

導語：如何才能寫好一篇機械創新設計的基本原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】機械設計；社會需求；產品更新

機械設計(machine design)，即根據目標功能，對機械的工作原理、結構、運動方式、能量的傳遞方式、零件的材料和形狀尺寸、方法等進行構思、分析和計算并將其轉化為具體的描述以作為制造依據的工作過程。

Pahl和Beitz最早將設計分為開發性設計(original design)、適應設計(adaptive design)、變型設計(variant design)，并指出在實際的設計工作中大約70%屬于適應性設計和變型設計。下面，我將就這三種設計類型談談個人理解。

一、開發性設計：零—原型的創新開發

一般要提出新的模式概念，或者新的原理方案。往往使用一種新的物理效應來代替舊的物理效應，使機器的工作原理發生根本的變化，設計中要引入某種新技術（新材料、工藝），要求設計人員有一種新的想法和構思，開發型設計能使機器品質發生質的變化。

產品的工作原理，主體結構，所實現的功能，這三者中至少有一項是首創的才可以認定為開發性設計。開發性設計的過程最復雜，創新性強，通常需要一個比較漫長的過程，因此，這種設計往往耗時很長并且需要投資較大。

在我們的日常生活中，大家熟知的電話的發明、蒸汽機的發明、飛機的發明等等從無到有的創造性發明，都是開發性的設計結果。

在當今社會中，隨著機械業的逐漸發展，社會需求的不斷增加，創新的作用已經超過了運作和經營，是經濟發展的重頭。除了經濟方面，就科技發展來說，勢必會向著更高端的目標前進，機械工業作為科技發展的基礎工業，是否能夠創新和發展，對整個工業和社會的發展都有著舉足輕重的意義和影響。因此，機械設計人員在開發型設計這一方面應該多加努力。一個好的創造性觀點不是輕易就能提出的，這需要我們在平時的生活和學習中不斷積累素材，對生活現象不斷提出自己的質疑和見解，才能有好的創意出現。

開發性設計可以著眼于社會生活的各個方面。在日常生活方面，可以從方便人們的衣、食、住、行以及提高人們的生活質量方面考慮。

比如方便殘疾人出行用的拐杖，行走時是拐杖，休息時能拼成椅子。再比如現在市面上已經有的USB分線器，一頭插在電腦上，另一頭可以分出幾個USB插口來，可以方便地同時給多個移動設備充電。還有能在面包片上印出文字來的烤面包機，以及適合孩子使用的各種趣味型健身器材。這些大都是利用已有的各種機械機構進行組合和創新從而達到產品的創新?？梢钥吹?，這樣的創意產品在當今社會層出不窮。

近年來，我國申報專利的人數在不斷上升，各個高校也更加重視學生創新性能力的培養，可見，創新已經被越來越多的人所重視。相信隨著科技的不斷發展，我國的機械創新設計定會更上一層樓。

二、適應性設計

指的是在總的方案原理基本保持不變的情況下，對現有產品進行局部更改，或用微電子技術代替原有的機械結構或為了進行微電子控制對機械結構進行局部適應性設計，以使產品的性能和質量增加某些附加值。由于適應性設計既有一定的創新性，又不用進行功能原理設計，很好的綜合了變型設計和開發型設計的優點，具有很大的靈活性和設計潛力。

比如老式的黑白電視機，因為當時技術的局限性，是用旋鈕的方式來換臺的。而現在用遙控器來控制。電視機成像基本原理沒變，控制方式變得更加方便，適應了社會的發展。再比如從早期的自行車到摩托車，只是改變了能量的來源和轉換，將產品變得更加適應社會的需求。還有數控車床等傳統機械加工業中，在原有的機械產品中加入微機或電子控制，提高了機器的質量和效率，解放了勞動力。

適應性設計不用提出新的原理，不用改變原有的基本功能，只是局部提高或增強產品的功能性，所需的時間和投資不大。因此，在當今設計領域中是有很大發展潛力的。

因此，對于機械設計者來說，適應性設計是值得研究的一個領域。一個好的產品必然是能順應社會發展的，能適應社會和人文環境的。因此，在設計過程中可以選擇改良已有的產品，根據人們的需要來增添或是變換功能等等。

三、變型設計

變更產品的結構配置和尺寸由于需要傳遞的轉矩或速比改變而重新。這種修改一般不破壞原設計的基本原理和基本結構特征，是一種參數的修改或結構的局部調整或兩者兼而有之，其目的是快速、高質量、低成本地生產新產品以滿足不斷變化的市場的要求。為了快速響應市場的要求和達到利益最大化，變型設計是當今使用較為廣泛的一種重要設計方式。

例如，北方使用的收割機不適合在田地較小，分布不集中的南方使用，此時，只需改變機器尺寸就可以。

再比如，早期手機鍵盤是九個數字鍵型的，有的廠家推出電腦鍵盤型的，再到現在的全觸屏，輸入方式的改變適應了不斷變化的市場。還有同種產品不同材質的變換，以及為了便利將尺寸變得更小等等。都是通過變型設計來提高產品的質量和市場競爭力的。

在變型設計中，設計者主要考慮的應該是一個現有的產品中不方便的一面，努力的方向是如何采取措施來改變這一弱勢，或者是，采用某些新的成果或者新的材料來改進產品的功能和質量，在短期內完成更新換代，使產品擁有更大的市場和競爭力。

總之，在當今的設計領域里，機械設計的三種類型有利有弊，看似獨立卻是相輔相成，融會貫通的。創新設計里可能會有其它產品功能的變型設計，適應性設計里也會有設計者獨特的創意設計，變型設計也可能會設計適應性設計和創新設計。因此，作為一個機械設計者，我們在設計過程中要靈活運用這三種設計方法，以求達到順應時代的發展和社會的需求。

參考文獻

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關鍵詞：行動導向教學法；機械創新設計；教學方法

行動導向教學法的主要特點是以職業崗位為特點，以培養學生的能力為主要目的。機械創新設計是機械專業課程體系中的主要拓展課程，是培養學生運用創新思維和專業方法的能力。將行動導向教學法引進到該門課程的教學過程中，強調培養學生的心智技能和動作技能。不僅實現專業培養的目標，更在于將未來職業對創新型人才的要求顯性地落實到當前教育活動中。

一、行動導向教學法的實施因素

行動導向教學法中強調將學生個體作為教學行動的主體，將教師作為教學活動的指導，教學目的是提升學生的專業能力和實際應用的能力。教師在授課過程中所追求的教學目標，應該結合目前學生就業崗位的實際需求，選擇合適的教學內容，設置合理的教學情景，最終達成期望的教學目標。要想將行動導向教學法順利實施，需要保證以下的因素能夠達成：1）確定課程的職業教學的目標。職業教育的目的是培養動手能力強、專業素養高的企業優質員工。通過對就業于機械制造企業的專業畢業生情況調查，以及對專業崗位需要的社會能力、方法能力、語言表達與思維能力、學習與創新能力等進行系統分析，從而確定本課程的教學目標和需要達到的職業基本能力目標。2）確定課程順利實施的指導性原則。順利實施行動導向教學法，應該具備資訊、計劃、決策、實施、檢查和評估這6個環節，并且缺一不可。通過整套流程，實現將學生的被動式學習轉化為主動式學習，體現對學生的自主學習能力與與創新方法能力的教育目標。需要教師向學生提供必要的學習資訊和創設合理的教學情景，使得學習過程變得豐富而生動。3）做好行動導向教學法的教學規劃。首先應該了解該職業活動的基本領域和基本的職業法規，由工作內容來確定學習內容，這樣確定出的教學目標和教學規劃才更具有實踐意義。在教學規劃時，可以采用項目實施法、工作站法和頭腦風暴法等來組織課程；要結合學生的實際基礎設計好每一個教學單元和選題任務；采用多種手段和教學媒介調動學生學習的積極性，以達到良好的教學效果。

二、行動導向教學法在機械創新設計教學中的實施

機械選型和零件結構設計是機械專業學生的重要基本能力之一。機械創新設計的課程任務，是幫助學生從機械傳動組合、零件的功能與結構等角度進行再審視和分析，學會運用創新思維和技法對其重新定義，進而嘗試作出較合理的簡單改造或創新設計。這里以減速器的結構創新為例進行分析，其基本的教學實施過程如下：1）咨詢階段。首先教師給學生布置工作任務，引導學生觀察學習各種減速器的工作原理、輪系應用、減速器的結構和標準等，讓學生通過自學和發現疑問。有助于學生較好地熟悉和掌握減速器的作用特點、基本類型和優缺點評價，并且能夠了解減速器的方法和拆卸方法。2）決策階段。首先對減速器的傳動與結構進行再分析。通過反復的裝卸、調整和小組分析討論過程，在學生掌握了資料檢索查閱能力、典型機械傳動初步計算能力之后，教師提出任務要求，讓學生對減速裝置進行整體或局部的創新構思設計，擬設出符合基本原理的多種可能的創新方案。3）計劃階段。學生運用所具備的機械分析與計算能力，再對傳動方案進行分析選擇評估，對裝置傳動比進行合理分配計算，使得方案符合評價標準。最后確定最佳創新設計方案，從而實現對減速裝置的創新設計目標。4）實施階段。在這個教學階段，教師帶領學生進行創新型減速器的輪系原理的組裝、搭建和調整等基本的操作項目。學生在完成拆裝、搭建驗證和具體設計以后，再進行結構創新方面就會變得比較簡便。5）檢查階段。在這個教學階段，教師應該指導學生在減速器的拆裝調整中，實施安裝、齒輪齒襯和精度等方面的測量任務，學會灌注油、檢測和更滑零件和調試等技能。6）評估階段。在此階段，教師和學生分別對已經完成的創新成果和搭建實驗項目進行評價，并提出改進意見和建議。學生從中獲得評價能力、語言表達能力和總結分析能力的培養。通過整個過程的學習，學生在掌握對減速裝置的拆裝調整和傳動方案分析的能力基礎上，完成了機械傳動與結構的。

三、教學實施過程中需要注意的問題

在機械創新設計教學中實施行動導向教學法，需要注意以下幾個問題：1）要有科學的教學設計。充分結合學生的知識基礎和學習能力設計教學情景，并能根據反饋信息適時調整。盡可能采用多種手段結合的方式，調動學習興趣和培養學生自主學習能力。2）合理安排教學內容。應考慮學生的心理特征和學習特點精心組織教學題目，巧妙地引導學生的思維，實現知識與能力目標。教師是整個教學過程的引導者和組織者，要重視學生搭配分組情況，保證每組都能完成課題任務。3）及時進行學習效果的評價。可以采用學生自評、互評和教師評價等相結合的方式。評價的內容主要包括解決問題的思路、使用的方法和技能和學習態度等幾個方面。

四、結語

在使用行動導向教學法進行機械創新設計教學的過程中，通過將真實的教學項目引進到實際的教學過程中，能夠極大程度地調動學生的學習積極性，從而充分體現出以學生為主、教師為輔的教學理念。在整個教學過程中著力營造學生自主學習的氛圍，改變傳統的以教師為教學中心的教學理念，培養學生的實際動手操作的能力，對提升學生的綜合素養有著至關重要的作用。

參考文獻：

[1]蔣青松.基于虛擬現實技術的機構認知分析及創新設計平臺的建立[D].山東大學,2012.

[2]惠曉妮.采用行動導向教學法進行機械創新設計教學.新課程•上旬,2013(10).

[3]米潔,高宏.課程———實踐———創新相輔相成的教學模式改革.實驗室研究與探索,2015(2).

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

關鍵詞：價值工程；機械設計；問題教學模式；創造性；有效教學

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

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006—4311（2012）27—0013—02

0 引言

《機械設計》課程是機電類學員的一門重要的專業基礎課程，課程的目標是使學生掌握正確的設計方法，設計思想，掌握機械設計的一般規律。培養學員的機械綜合能力、機械設計能力、解決工程實際問題的能力和創新能力，培養學員善于發現問題，解決問題，勇于創新的能力。然而，在《機械設計》課程教學中存在許多問題，導致課程教學效率較低，不能按預期完成教學任務。價值工程是一門發展中的新型學科，在工程設計、產品設計和分析，經濟技術等領域得到廣泛的認可，為許多問題的解決提供了的方法和基礎。本文從價值工程的角度，分析《機械設計》課程教學的效率，并提出以培養學生創造力為中心，問題解決的教學模式為主導的《機械設計》課程有效教學體系，提高教學效率，最大可能的完成預期的目標。

1 價值工程的課程教學表述

1.1 價值工程的基本原理 價值工程（VE）和價值分析（VA）是美國設計師麥爾斯在石棉材料的替代問題研究中于1947年提出，他總結出一套保證相同功能的前提下降低成本的比較完整的科學技術方法，其后發展到工程設計、工藝和生產領域，完善成為一種技術經濟方法，統稱價值工程。1978年價值工程的概念由日本傳入我國，至今已經在很多領域地到應用和發展。

價值工程基本的內涵就是以最低的壽命周期成本，可靠地實現產品的必要功能，著重于功能分析的有組織的活動，這是價值工程的廣義定義。價值工程的一般表達式為：

V=■

式中，V表示價值系數；F表示價值化了的功能；C表示壽命周期成本。

價值工程的實質就是一個提出問題、分析問題、解決問題的過程。價值工程著眼全壽命成本，以提高價值為目標，以功能分析為核心，是有組織的集體創造活動。價值工程的分析重點是選擇對象與資料分析、功能分析和方案的創新設計。

1.2 價值工程原理在課程教學中的表述 有效教學的基本原則是用最少的代價，最少的干預獲得最大效益，教學的有效性表達為：

教學效率=有效教學時間/實際教學時間

如果我們把課程教學理解為一項工程時，實際教學時間是成本，有效教學時間是功能，教學效率便是教學工程的價值。教學效率中最關鍵的因素是有效教學時間。有效教學時間取決于學生的有效學習。學生的有效學習是學習時間、結果和體驗。

有效教學時間∝有效學習=f{學習時間，學習結果，學習體驗}

學習時間指學習特定內容所花費的時間，它意味著學習效率，即學習速度的快慢，顯然，學習速度快，學習特定內容所花費的時間就少，效率也就高。學習結果指學生經過學習所發生的變化、獲得的進步和取得的成績。學習體驗指的是學生的學習感受，即學習活動所伴隨或生發的心理體驗。

2 利用價值工程原理，改革《機械設計》教學，提高教學效率

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關鍵詞：機械工程測試技術；工程教育認證；課程改革

前言

測試是人類認識客觀世界的重要手段，是科學研究的基本方法，在工程技術領域中，科學實驗、產品開發、生產監督、質量控制等都離不開測試技術，它主要研究各種物理量的測量原理和測量信號分析處理方法[1]。機械工程測試技術介紹了測試技術的系統組成、基本原理，以及對測試信號數據的分析方法，能夠對機械工程測試中應用較多的振動、位移、力、溫度等物理量進行檢測和處理，是機電一體化技術的基礎和橋梁[2]。以濱州學院為例，機械工程測試技術是一門面向機械設計制造及其自動化專業機械電子方向的必修課程，先修課程包括大學物理、電工電子學、控制工程基礎等，與后修的機電一體化系統設計形成了完整的機電類專業課程體系[3]。通過課程改革，進一步整合相關教學資源和教學內容，增強測控類應用培養，豐富機械專業的應用型課程體系，為將來從事控制類的機械專業學生打下良好的基礎。本課程安排在本科教學的第五學期，學生具有一定的專業基礎，同時部分學生參與了科技創新大賽，有使用傳感器進行參數檢測的經驗，這為課程的學習提供了良好的基礎。由于本課程應用性強，按照傳統的教學方式，信號頻譜分析的理論部分要求較高、較難，傳感器部分種類多且雜，導致學生學習時興趣不足、學習動力不夠，教學效果無法滿足應用型人才培養的需要。自2005年以來，我國開始構建工程教育認證體系，逐步開展專業認證工作，于2016年6月成為《華盛頓協議》正式成員。工程教育認證是實現工程教育與工業界對接，提升工程人才培養質量的有效途徑，因此探索工程教育認證視閾下的課程改革，對于更新教學理念、提高人才培養質量、推進地方高校專業認證具有重要的現實意義[4]。因此，濱州學院緊緊圍繞培養高素質應用型人才的目標，在工程教育認證的背景下，進行了機械工程測試技術“案例+實驗”導向的教學方法改革，改變了傳統教學中灌輸式教學方法，啟發和引導學生主動學習，既有利于學生掌握基礎理論知識和基本技能，又較好的培養了學生的工程實踐能力。

一、課程培養目標

機械工程測試技術是以機械工程領域為應用背景，解決工程中常見動態物理量的測試問題。通過本課程的學習，培養學生掌握信號采集、傳輸、變換及數據處理的基本原理和實驗方法，能根據研究對象合理選用傳感器，具備構建基本工程測試系統和進行常見參量檢測的能力，為進一步學習、研究和處理測控工程問題打下基礎[5]。具體體現在以下三個方面：（一）知識目標1.信號時域和頻域的描述方法，建立起信號頻譜分析的概念；利用傅立葉變換對周期信號和非周期信號進行頻譜分析計算。2.測試裝置靜、動態特性的評價方法和不失真測試條件，并能用于測試裝置的分析和選擇；掌握一階、二階線性系統動態特性及其測定方法。3.常用傳感器的原理、特點、應用以及傳感器的選用原則。4.信號調理電路（電橋、調制與解調、濾波、放大）的工作原理和性能，并能較合理的設計和選用。5.數字信號的一般處理步驟；相關分析及功率譜的基本原理、方法和應用。（二）能力目標1.具備正確運用測試方法、合理選用測試儀器、科學分析與處理數據的能力。2.培養運用所學知識構建測試系統和分析、解決實際測試工程問題的能力。（三）素質目標1.培養學生具有科學的思維方法、自主學習的意識和創新精神；具備工作嚴謹、誠實守信、敢于承擔責任的職業道德與操守。2.通過參與案例分組討論和實驗項目操作，培養學生溝通和團隊協作精神。

二、課程體系構建

本課程分為理論和實踐兩大部分，包括32學時的課堂講授和8學時的傳感器綜合實驗操作。課程體系整體框架如圖1所示。理論教學共8章內容，包括緒論、信號及其描述、測試裝置的靜態和動態特性、常見傳感器的原理與應用、信號調理與記錄、信號處理初步、測試技術在工程中的應用以及虛擬儀器技術。其中，第二章信號及其描述主要包括信號的分類與描述，周期信號與離散頻譜，瞬變非周期信號與連續頻譜，隨機信號。第三章測量裝置的特性主要包括靜態特性，一階、二階動態特性，測試裝置對單位階躍信號的響應，實現不失真測量的條件。第四章傳感器原理與應用主要包括電阻式、電容式、電感式、磁電式、壓電式、熱電式與光電式傳感器，其他傳感器及智能傳感器，傳感器的選用原則。第五章信號調理與記錄主要包括電橋、調制與解調、濾波、信號放大、測試信號的顯示與記錄。第六章信號處理初步主要包括數字信號處理的基本步驟，相關分析及其應用，功率譜分析及其應用。第七章工程應用中應變、振動、轉速、溫度等常見工業參數的測量系統的構建，理論與實驗緊密聯系，并結合第八章虛擬儀器技術開展基于Labview實現計算機數據采集。實踐課程共分為4個實驗，實驗項目為懸臂梁固有頻率的測量（驗證性實驗），轉速和溫度的綜合測試與分析（綜合性實驗），電子秤的設計（設計性實驗）。通過三個不同層次的實驗要求，結合豐富的傳感器與基于Labview的測控系統，學生通過親自動手操作基本上掌握工程測試的系統構建和處理方法。培養學生的團隊協作能力，提高解決實際測試工程問題的能力。

三、基于“案例+實驗”教學的課程模式改革

機械工程測試技術關注新技術、新知識的導入，以案例+實驗教學驅動激發學生學習的積極性，培養操作技能和創新意識[6]。本課程以多媒體演示、案例教學和實驗操作為主要方法和手段，堅持理論聯系實際的教學理念，共引入5個完整案例和4個實驗項目設計對所學知識進行綜合運用。

（一）探索案例教學模式，培養學生的工程意識和能力

案例1為壓縮機齒輪箱故障診斷。通過齒輪箱振動信號頻譜分析，確定最大頻率分量，然后根據機床轉速和傳動鏈，找出故障齒輪。案例2為傳感器在農業物聯網中的應用。該案例來源于教師服務地方項目———“基于Labview的果園智能系統設計”研究課題，通過構建果園數據采集系統，實現了空氣和土壤的溫濕度、光照、pH值、風速風向、CO2濃度等參數的檢測和數據傳輸，是傳感器應用的綜合體現。案例3為濾波在鋼管無損探傷中的應用。利用電渦流傳感器對鋼管進行裂紋檢測時，由于外界干擾信號中含有低頻噪聲，通過低通濾波器處理后得到有用信號，分析高頻成分得到裂紋的程度和位置。案例4為互相關在管道泄漏檢測中應用。根據互相關的性質，提取出兩個信號之間的滯后時間，計算出泄漏點距離中心點的位置，并引申出如何消除誤判，增加系統檢測的可靠度。案例5為基于Labview的頻譜分析儀設計。利用Labview自帶頻譜分析模塊，通過簡單的圖形化編程實現對于信號的頻譜分析并顯示。

（二）精心設計實驗項目，建立以學生為主的應用型實驗模式

學生根據傳感器綜合實驗臺提供的30幾種傳感器以及數據采集系統，構建硬軟件系統，團隊協作完成相關物理量的采集和分析，充分發揮學生主觀能動性，利于培養學生的實踐動手能力。實驗1為懸臂梁固有頻率測量。通過構建懸臂梁結構，在一端施加不同頻率的激勵，采用傳感器測量振動信號，分析該二階系統的頻譜特性，得到懸臂梁的固有頻率。實驗2為電子秤的設計。將物品重量通過懸臂梁轉化結構變形再通過應變片構成的電橋電路轉化為電量輸出，從而實現質量與電量之間的線性關系。實驗3和實驗4為基于Labview的轉速和溫度測量。利用YL2000傳感器綜合試驗臺，構建轉速和溫度采集平臺，利用數據采集卡和PC機實現數字信號的采集和分析。

（三）豐富授課方式和手段，改革課程考核和評價方法

根據課程內容協調采取多種教學方式和手段。理論性較強的內容，宜采用板書為主的教學手段，比如頻譜分析的推導等；同時采用Labview作為機械工程測試信號分析與處理工具，構建虛擬測試系統和信號分析虛擬環境，學生可以在課堂上直觀的觀察信號的構成、信號的頻譜分析和數據采集過程，從而理解傅立葉變換的意義。此外，利用虛擬信號分析系統進行仿真演示，如頻譜分析、濾波、相關分析等，加深對理論知識的理解。應用性較強的內容，比如傳感器，宜采用多媒體為主的教學手段，配合圖片、視頻、動畫演示等手段輔助教學。教學中結合工程案例，用演示實驗對實際測試的振動、溫度等信號進行采集和分析，讓學生建立信號分析與實際應用間的聯系。完善課程考核與評價體系，增加實驗考核比重。重點考查工程測試的基礎知識、基本概念、基本原理和測試方法，以及利用所學知識構建一個簡單的測試系統。期末成績占60%，實驗成績占20%，過程考核占20%（課堂表現和考勤）。

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關鍵詞：機械設計;方法原理

中圖分類號：TU74文章標識碼：A

1、設計方法

1.1經驗設計

機械的連接結構、傳動結構和支撐結構等已經積淀有汗牛充棟的實踐案例，但如何掌握這些案例的基本原理和設計方法，而不是記憶這些案例的具體結構設計，這是經驗設計中的關鍵。具體的產品設計，例如車床，其結構設計可以參考前人的設計圖紙，這對于提高設計效率，汲取前人經驗、避免犯前人的錯誤具有實際意義。通過借鑒前人的經驗，可以吸收他人的結構創新方法，同時也拓寬了自己的設計思路。隨著機械結構數據庫的出現和搜索方式的更新，對他人的相關結構設計的學習將更加方便。經驗知識是結構設計的寶貴財富，也是公司的知識資產。通過對國內外同類型專利知識的學習，也是一條提升自己結構設計能力的途徑。另一方面，要注意避免侵犯他人的知識產權?！肮湃藗飨聛淼膶W問，就是裝在船里的貨物?，F在的新潮流、新趨勢，就是行船的風?！痹趯W習他人的結構設計創新點的基礎上，設計者應有自己的革新與發明、自己的創造。

1.2理論設計

機械結構設計的理論方法，討論的是機械結構設計的理性方法，具體的有：模塊化和組合化設計、復合化設計、分級結構設計、載荷均布性設計和變結構設計。隨著結構優化、結構可靠性和概率設計等方面的發展和具體應用，機械結構的理性設計方法也在不斷的推陳出新。

1.3模塊化和組合化設計

一臺機器總體是由提供不同功能的結構單元有機的組合而成，因此模塊化的以及模塊之間的組合化就是早期的方法之一。在復雜的機電系統和設備中，模塊化和組合化的設計理念是有效的結構設計方法，同時也是機械制造的方法之一。例如，組合航空母艦的設計概念；我國的組合化機床的設計在上世紀70年代就已經取得了很大的成功。模塊化和組合化，一般是按功能單元、結構單元來劃分模塊，然后組合起來成為一臺機器。

1.4復合化設計

復合化的基本特點就是將兩個或兩個以上的功能零件組合成一個部件或構件來設計，其功能可以是運動功能、承載功能等。例如，組合凸輪結構的設計就是將兩個凸輪設計成一個零件；一根連桿在組合結構中同時作為兩個或兩個以上機構的結構件。復合化方法可以降低機械的制造成本、減輕機器的重量、縮小機器的尺寸和降低產品的成本。

1.5分級結構設計

復雜的制造設備是由分級的機械結構組成，大功能層次的結構是由若干個分功能結構組成。層次化不僅是功能樹結構的要求，而且也是制造工藝對結構設計的要求。例如，床頭箱由多個輪系組成，而每個輪系又由次一層次的系統組成。復雜機電產品的設計，例如組合挖掘機的設計，集推土機和挖掘機的功能在一起，而共用一個動力系統，在執行系統處分開。層次化結構設計方法在構想分級結構階段，能夠幫助設計者厘清思路，從而找出結構設計的關鍵點，集中解決結構設計中的難點問題。

1.6載荷均布性設計

由于機械結構設計的特點，希望載荷分布均勻，充分發揮材料的機械力學性能或者取得降低最大載荷的目的。例如，修形齒輪的設計、對數滾子的設計，為了取得接觸應力的均布，從而修形零件，實現結構的優化設計。行星齒輪減速器的設計也體現了載荷均布性的設計理念，從機構運動學來看只需一只行星齒輪；然而從受力平衡、承載能力和提高齒面的抗磨損來說，三只行星齒輪的結構設計更好。

1.7變結構設計

機械結構的創新常常采用變結構的方法，變結構可以改變機械結構的功能，例如，非圓連接形式的成形連接、曲柄滑塊結構設計變為轉動導桿結構設計。變結構可以改變實現功能的形式，例如徑向柱塞泵和軸向柱塞泵的設計。變結構也可以降低機器的設計成本，例如利用死點的桌面支承設計。

1.8模型試驗設計

相似模型試驗設計。基于機器物理模型的相似，運用相似科學理論，對于大型的機器設備進行模型試驗設計。通過模型結構設計和試驗分析，獲取機械結構的可靠性、并預測機器的工作性能。模型相似的設計方法已在工程領域有廣泛的運用，例如大型水輪機組的結構設計。通過制造大型水輪機組的模型，測試試驗模型的工作性能以及其可靠性等指標，優化水輪機組的結構設計和工作能力。機械結構的設計方法不是一成不變的，而是隨著人們的發明和新的科學原理的發現，在日新月異地發展，不斷出現新的機械結構設計方法，同時對前人的機械結構設計進行革新。

2、設計原理

機械結構的設計必然要依據技術科學的原理，例如：理論力學原理、材料力學原理、彈性力學原理、疲勞力學原理、流體力學原理、熱力學原理、摩擦學原理、聲學原理、智能原理和一切可能的新物理原理。這里討論以上各種原理在機械結構設計中的應用，以期總結機械結構設計的常用原理，討論機械結構設計的原理在今后結構創新設計中的可能性。

2.1理論力學原理

理論力學是機構設計的基礎理論，對于機器的運動學和動力學分析，得到的結構必然反映到機械結構的設計中來。例如，軸承轉子系統動力學的設計，其動力學及其穩定性的設計，要求修改軸承的設計和軸的剛度設計。

2.2材料力學原理

機械零件的強度和剛度設計是基于材料力學理論的，強度或剛度不足時，就需要修改零件的結構設計。例如，齒輪輪齒接觸強度和齒根彎曲疲勞強度的設計，當齒面接觸強度不足時就要求增大小齒輪的分度圓直徑；當齒根彎曲強度不夠時就要求增大齒輪的模數。

2.3彈性力學原理

彈性力學分析是零件應力應變計算的基礎，例如滾動軸承中滾子修形的設計，基于彈性力學的接觸分析，確定滾子的修形曲線和修形量。在機械零件的結構優化設計中，常常用到彈性力學理論。

2.4疲勞力學原理

機械零件上的機械載荷在工作過程中常常是變動的，例如汽車中的軸、軸承和齒輪上的載荷都是變化的，這種變化的載荷具有一定的統計特征。變載荷下軸和滾動軸承的疲勞壽命設計等工程內容，已經發展成機械零件的概率設計。為了更精確地設計機械零部件，疲勞力學在機械結構設計中會得到越來越多的應用。

2.5流體力學原理

流體傳動和動靜壓軸承等的設計是依據流體力學原理的，流體力學也是機械結構創新的基本原理之一。例如靜壓導軌的設計、動壓滑動軸承的設計，要依據流體的質量守恒定律、平衡原理等，優化設計的結果要求修改導軌或軸承的結構型式和尺寸參數。

2.6熱學原理

熱力學和傳熱學在機械零部件的設計中有很廣泛的應用，導軌的熱精度設計、齒輪和滾動軸承的膠合分析、隔熱結構設計等等。

2.7摩擦學原理

耐磨或加快磨損是摩擦學設計的核心，例如圓錐銷的設計、組合螺母的設計，就是為了補償零件的磨損，使得零件在磨損后仍能實現其設計的功能。磨削和拋光制造工藝是利用零件磨損的加工方法。

2.8聲學原理

在機械系統的噪聲分析和研究中，依據物理聲學的原理及其分析方法，得到噪聲的頻譜和功率譜等分析結果，以指導機械結構的設計，例如低噪聲滾動軸承的設計。今后，可以考慮利用機械噪聲來進行產品設計，例如聲爆彈的設計、信號中噪聲信息干擾的設計等。

3、結語

綜合上述，機械結構的設計涉及的方面比較廣，在設計過程當中需要考慮的地方有很多。需要設計者從實際情況出發，按照設計的基本準則，采用適用設計要求的一些設計方法。

參考文獻：

[1]朱林,陳發,淺談機械結構設計的新思想[J].新疆農機化.2002

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【關鍵詞】機械設計制造；創新思維；創新思路

從目前我國機械設計的現狀來看，主要還是從事常規設計，而國外的一些先進工業國家，則早已開始研究創新設計，并已從原來固有的設計模式中走出來，鼓勵設計人員用新觀點，新原理，新功能來設計出前所未有的產品。創新是人類文明進步、技術進步、經濟發展的原動力，是國民經濟發展的基礎。因而，如何加強機械創新設計，挖掘創造性思維，就顯得尤為重要。在歷史上，創新為建立近代科學體系奠定了知識基礎；在現代，也正是創新使人類的視野得到前所未有的發展。那么，到底該如何創新設計呢？下面筆者將結合機械設計制造的具體情況及其創新思路、方法等進行分析、探討。

1.機械設計制造的創新思路

1.1合理樹立機械自動化理念

為了促進機械自動化設計制造的進一步創新，我們應當轉變理念，不要僅僅考慮那些大規模的農戶，同時還要考慮到那些小規模的農戶，畢竟中國大多數還是小規模的個體生產，而這些也是我們在推動機械自動化的過程中所要面臨對象，所以在機器的研究過程中開發和投入一些價格相對較低、多功能且是針對小規模的。而在機械的改進上，要根據土壤以及農作物出發，來開發一些適合實際生產且價格相對較低的，不能停留在到對原有機械的改裝上。

1.2正確選擇機械自動化模式

在選擇機械自動化模式方面，首先要根據當前的技術水平以及農業生產的現實條件，樹立正確的理念。提高作業的精度以及作業的效率，在保證安全生產的前提下提高生產質量，節約能源。同時，要正確評價這些模式在推進機械自動化過程中的作用，根據這些作用的大小按先后順序進行選擇來推動機械自動化模式。

1.3 遵循機械設計創新的特征

由于機械設計制造是多門科學技術交叉，滲透，融合，而且部分工作為非數據性，非計算性的，必須在知識和經驗積累的基礎上思考，推理及判斷，并運用創造性及發散思維的方法。此外，創新機械設計制造方面，在知識，經驗，靈感與想象力的系統中搜索并優化設計方案。而且機械創新設計是多次反復，多級篩選的過程，每一設計階段都有其特定內容及方法，但各階段之間又密切相關，形成一個整體的設計系統。

2.機械設計制造創新分析

隨著社會科技的不斷發展，以及人們日益增長的需求，如何進一步創新機械設計制造是當前急需解決的問題。下面就機械設計制造的創新過程及創新方法等方面展開分析：

2.1機械設計制造創新過程

機械創新設計就是由所要求的機械功能出發、改進、完善現有機械或創造發明新機械實現預期的功能，并使其具有良好的工作性能及經濟效益。我國技術專家提出的機械創新設計的一般過程，一般可分為四個階段：

首先，根據設計任務及要求確定機械的基本原理，其次是機械結構類型綜合及優選，再次是機構運動尺寸綜合及其運動參數優選，最后是機械運動學參數綜合及其動力參數優選。完成上述四個階段，便形成了機械設計的優選方案，而后進入機械結構創新設計階段，機械創新設計與常規機械設計相比，其過程沒有多大差異，但它主要強調人在設計過程中的主導性及創造性作用。

2.2機械創新設計思維

機械設計制造創造性思維，是指突破原有的思維模式，重新組織已有的知識，經驗，信息和素材等要素，在大腦思維反應場中超序激活后，提出新的方案或程序，并創造出新的思維成果的思維方式。要創造，首先要有創造性思維，創造性思維是人類大腦的特有屬性，創造性思維就是想到還沒有人想到的理念與想法?？梢哉f，創造性思維是新穎獨到的信息加工藝術，是人腦的各種思維活動形式和思維活動的各個要素之間相互協同進行的有機結合的高級整體過程。創造性思維不同于在設計領域常用的邏輯思維，其主要在于創造性思維有創造想象的參與，而且，邏輯思維是一維的，具有單向性和單解性的特點，而創造性思維是一種立體思維，通常沒有固定的延伸方向，它更加強調直觀，聯想，幻想和靈感，所以創新設計不是靠邏輯推理出來的，而是靠創造性思維的激發所產生的。

2.3機械設計制造創新方法

其實，要創新，必須學習知識和技能。進入信息時代以后，知識日新月異，信息空前膨脹。一個人的知識通過大學學習只能滿足其需要知識的10～20%。其余的必須通過不斷地繼續學習才能滿足社會發展的需求。如果沒有一定的數學，力學基礎知識，我們就無法確定機械運動的空間軌跡，無法進行動平衡設計。在進行機械創新設計時，往往會用到以下方法，具體如下所述：

2.3.1智力合成法

這是一種發揮集體智慧的方法，通過集體討論的形式，發散和激勵創新思維。討論時應相互啟發激勵，取長補短，引起創新設想的連鎖反應，使思維自由奔放，新的設想激烈涌現。討論的目標要明確，事先有準備.其原則有：鼓勵自由思考，隨心所欲，設想新異，不許批評別人的設想，推遲評價，不過早定論，有的放矢，不泛空談，討論者一律平等，不提倡少數服從多數；及時歸納，總結，紀錄各種設想，留作下次再議；最后挑選最合適，最有前途的見解，并審查其可行性。

2.3.2仿生類比法

這種創新方法是通過對自然界生物機能的分析類比，從事物的千差萬別，不同程度的對應和相似之處的類比中得到。隨著科學技術的進步，技術產品更新的速度越來越快，技術市場將被更加新穎、功能更加齊全的技術產品所取代。實現技術進步一般通過獲得新技術、新產品來實現，其途徑概括起來有兩條：技術引進和自主技術開發。技術引進可以使企業在短時間內獲得先進技術，是企業發展的有效途徑，但實施和完成技術引進卻是一件非常不易的事。技術引進方完成技術引進有三個重要環節：技術引進、技術積蓄和技術普及。

技術引進環節較容易做到，但實現技術積蓄和技術普及則需付出極大的努力。我國在引進國外先進技術方面雖然取得不少成績，但為數不少的技術引進僅僅做到了第一步，沒能在引進的基礎上消化、改進、發展和普及，經常發現有技術水平較高的進口設備被棄之不用，有的雖然在應用卻沒有發揮高水平設備的先進功能。技術轉讓方在技術轉讓時，非常擔心技術轉讓會帶來“飛去來器效應”，即技術引進者通過自己的開發，發展了引進技術，反過來向技術擁有者出口更新的技術和產品，并成為技術轉讓者的競爭對手。

3.小結

可以說，當前我國的機械設計制造業已有多年的發展歷史，在設計方面也早已累積了相當多的經驗及理論知識。其實，機械創新設計并非想象中那么難，也并非容易之事，只要你留心身邊的小事，善于發現，在機械方面你就會有新的創新，中國機械的明天定會登上世界的頂峰。因此，理清其發展方向，圍繞其電子、信息、材料、能源等方面內容實現高質、優越的機械設計制造目標，不斷發展、創新，才能真正實現創新型的機械設計制造世界。

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關鍵詞 課外科技活動 工程素質 創新 機械工程

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.05.015

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

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

0 引言

培養具有工程實踐能力和創新能力的高素質機械工程技術人才，是新世紀機械工程高等教育的主要教學目標。①根據這一目標，我們不斷推進機械基礎類課程教學改革，②在原有理論教學和實踐教學的基礎上，拓展大學生課外科技活動平臺，探索更加全面的培養學生的工程素質的途徑。

1 工程素質現狀與培養目標

目前工科畢業生存在的普遍問題主要有：應用課程所學基本原理，分析較復雜工程問題的能力較弱；根據工程實際問題，提出滿足要求的設計方案的能力較弱；在設計方案中缺乏工程創新意識；在實踐中缺乏動手能力等。③我校機電工程學院作為教學研究型學院，機械工程作為工科專業，以重點培養從事工程技術開發和應用的設計工程師和生產工程師為主要目標。其本科畢業生除少部分進入更高層次的教育，大多數將主要到大中型企業或工程設計院從事大中型工程項目的開發、設計、施工等方面的工作，其中一些人還將工作在生產第一線。針對學生中存在的主要問題，依據我院學生培養定位，提出依托大學生課外科技活動，推進工程人才培養模式改革，強化學生創新能力訓練，培養適應創新型國家建設需要的工程人才。我院機械設計制造及其自動化專業培養目標如下：培養具備扎實的機械工程理論基礎、現代設計理論與方法、先進制造技術、CAD/CAM/CAE等方面的知識與能力，能從事機械領域的產品研究開發、設計及制造、技術應用研究、生產運行管理和市場營銷等方面工作的具有創新精神和實踐能力的高素質復合型工程技術人才。為實現上述培養目標，在長期的探索實踐中，我們依托“大學生課外科技活動”，培養學生扎實的理論功底；應用基礎知識知識、分析和解決工程實踐問題的能力；培養工程人才嚴謹的科學態度和不可或缺的人文精神。

2 結合課外科技活動的工程素質培養改革措施

我院學生參加的“大學生課外科技活動”主要包括：大學生創新創業訓練計劃、大學生機械創新設計大賽、大學生工程訓練綜合能力競賽、挑戰杯等。自2004年起，我院組織并指導學生參加全國大學生機械創新設計大賽；2011年起，組織并指導學生參加全國大學生工程綜合能力訓練競賽；2012年起，連續四年指導國家級、省級、校級創新訓練項目。這些項目的實施，為課題的探索提供了研究基礎和實踐條件。為實現上述培養目標，從大學生課外科技活動與基礎課教學、工程實踐、產學研結合、創新教育及綜合素質培養幾個方面進行了探索與實踐：

（1）以大學生課外科技活動為動力，夯實專業理論基礎。創新型工程人才培養，離不開專業基礎課教學。數學、制圖、力學及機械學等，這些看似枯燥的基礎課往往很難提起學生的興趣，即便是專業課，由于缺乏相關的實踐經驗，很多問題也很難理解。我們將學生作品帶進機械基礎系列課程的課堂，學習作品中所應用的基礎理論與知識，極大的調動了學生們學習基礎理論課程的興趣。興趣是最好的老師。二年級學生學習了機械相關基礎課程后，就可以參加大學生工程綜合能力訓練競賽的設計和制作，讓書本中的機構動起來，學以致用。另外大學生創新訓練計劃選題由學生自主申報，經過前期調研論證、資料查閱，學生對將要完成的課題既熟悉又有興趣；同時項目組跨年級、跨專業組合，使低年級學生較早接觸課外創新活動，也增加了對理論課程的興趣。這些課外科技活動，使學生們認識了材料、理解了公差、學會了制圖、設計了結構，這些收獲，無一不有助于基礎理論課程教學質量的提高。

（2）以大學生課外科技活動為平臺，豐富實踐教學體系，強化工程實踐能力。對于機械類學生，工程實踐環節尤為重要?，F有的實踐教學環節主要有：實驗、設計和實習。實驗指各門課程課內實驗和少量綜合實驗課；設計包括課程設計和畢業設計；實習包括：認知實習、生產實習和畢業實習。這已經較為完整的實踐教學體系為什么還會出現不少畢業生缺乏動手操作的實踐能力，缺乏專業方面的實踐經驗，缺乏對自己缺乏實踐能力與實踐經驗的認識與危機感？課內安排的實踐環節學時有限，自主設計實驗和動手操作的機會甚少，各門課程的實驗知識點相對分散；設計中涉及到的部分工程環境學生較為陌生，對設計題目缺乏興趣和著手點；生產實習、畢業實習等在外實習機會多以拓寬學生的生產環節見識為主，直到畢業設計，學生很少有機會參與完成產品的整個設計過程；另外，整個實踐環節個性化較少，每個環節的實踐周期較短，學生很難得到系統完整的訓練。機械創新設計大賽等課外學生科技競賽和大學生創新創業訓練計劃等活動為課內教學提供有益的補充，豐富了實踐教學體系，搭建了一個更加寬容、更加個性化的實踐教學平臺。借助這個平臺，學生們利用課余時間，觀察生活、走出校園、結合實際提出設計思想，走進市場、購買材料、伸出雙手、動手制作，將他們的想法變成模型、做成實物，而不再僅僅是看似美觀的圖紙。比如學生最初繪制的零件圖，往往只注意了基本尺寸的標注，對公差、基準、粗糙度等方面不夠重視，到了加工制作的環節，就會發現不足，經過3～5次反復修改，最終繪制出可用于加工的零件圖和裝配圖。

（3）以大學生課外科技競賽項目為切入點，鼓勵學生進入教師科研課題。本科生參與科研項目的機會不多，課程設計和畢業設計與工程實際有一定差距，校外實習時間又很有限。通過大學生課外科技競賽和創新創業訓練計劃，提高各類設計環節真題真做的比例，鼓勵學生更早進入教師的科研課題。比如，在機械原理課程設計時，結合當年的大學生機械創新設計大賽題目，由學生自主選擇，做方案設計。目前，機械專業約有三分之一左右的學生選擇以各類課外項目作為機械原理課程設計題目。創新訓練項目的題目，也可以選擇作為畢業設計題目。參加過大賽或項目的學生，往往具有更好的動手能力，自主學習和解決問題的能力，教師也更希望吸納其進入科研課題。

（4）以大學生課外科技活動為依托，開展創新教育。培養學生的創新意識和創新能力是工程人才不可或缺的內容，在原有教學的基礎上，在一年級學生的認知實習中，增加參觀大學生機械創新基地，使學生明白創新不是空中樓閣；二年級增開選修課程“工程設計”，同時鼓勵二年級學生加入到高年級學生的團隊當中，將創新教育不僅帶入課堂，更是讓它走出課堂，通過學生課外科技活動平臺，借助我院的大學生機械創新基地，結合大學生機械創新設計大賽等學生競賽，實施大學生創新教育，在做中學，在學中進，在進中練，使課外實踐滲入課堂、實驗、課程設計、認知實習、金工實習、畢業設計等各個環節，課外創新訓練日?；?，工程實踐更全面，課外創新與課內教學結合更緊密，逐步培養創新能力。

（5）以大學生課外科技活動為契機，培養嚴謹的科學態度和人文精神。機械創新設計大賽每一屆主題的設置都蘊含著強烈的社會責任感。各類學生競賽項目從申請、實施到結題，全部以學生為主體，項目負責人為學生，極大地激發了學生的責任感和主動性。通過競賽和計劃項目的實施，可培養學生的協作能力、不斷自學、解決問題的能力，查閱文獻的能力，將想法付諸實踐的能力，表達、溝通、交流的能力，以及堅持的精神和平和的心態。作品的完成，更是提升了學生的學習自信心和專業自豪感。

（6）以大學生課外科技活動為橋梁，以老帶新，傳遞正能量。團隊中不同學科的交叉拓寬了學生的設計思路，豐富了學生的知識結構；不同成員的特長加強了團隊間的團結協作、溝通交流；不同年級的梯隊不僅是知識的傳承，更是工程人員科學態度的沿襲。

3 實踐效果和結論

經過十幾年的探索與實踐，我院獲得省級以上大學生各類課外科技競賽獲獎及創新訓練項目共百余項，參與學生人數逐年增加，以2015年為例，有半數以上的學生參加了各類競賽及項目的校內選拔。參與學生的理論課學習、課程設計和綜合實驗完成效果具有明顯改善；畢業設計質量有所提升；主動參與教師科研項目的本科生逐年增加；申請專利和的數量也明顯增加。學生在賽后總結中這樣寫道：“整個設計過程經歷了多次改進，我們有過爭論到面紅耳赤，也有過改進完善后的欣喜，經歷了這些，我們學會了冷靜、坦然地面對出現的問題?！薄拔覀冊鵀榱恕罱K，這些努力還是有很多徒勞了，可我們在辛苦中得到了寶貴的經驗，這些經驗是書本上學不到，也是我們參加比賽最獨特的收獲?！蓖ㄟ^大學生課外科技活動這個平臺，使學生們的基礎知識得到很好的鞏固，發現問題、分析問題的能力得到了提升，所采取的解決方案更加真實可行，切實用所學到的知識解決了工程實際中遇到的問題，在解決問題的同時學會思考，學會理解并承擔相應的責任，學會團隊間的溝通和合作，發現自己的不足，確定終身學習的意識。下一步，將加強完善制度建設，動員更多的學生參與到活動中來，在實踐中培養學生的工程素質，使創新型工程人才培養持續改進。

注釋

① 趙曉聞，林健.工程人才培養模式的國際比較研究[J].高等工程教育研究，2011（2）：33-41.

篇8

（龍巖學院 機電工程學院，福建 龍巖 364012）

摘 要：本文分析了機械專業實驗室建設的背景與現狀，然后對機械原理、機械設計實驗室建設創新的預期目標進行概括，最后提出了提高實驗室建設水平的幾點對策.

關鍵詞 ：機械原理；機械設計；實驗室建設

中圖分類號：G48；G64文獻標識碼：A文章編號：1673-260X（2015）08-0215-02

在高校教學改革的背景之下，實驗室在整個教育教學活動的重要意義得到了進一步的凸顯.甚至可以說，高校各個專業實驗室的建設情況將直接決定著本專業的教學能力以及高校綜合教育實力.加強有關機械原理以及機械設計實驗室建設工作是逐步實現創新教育目標，培養高素質、復合型人才的重要內容，也是突出當前實驗教學工作全新要求與特點的重要手段.本文即圍繞機械原理、機械設計實驗室建設方面的關鍵問題進行分析與探討.

1 機械原理、機械設計實驗室建設背景及現狀

以前的機械設計課程實驗大多是驗證性的試驗，只偏重于一些幾何參數、運動參數、動力參數的測定和分析.這些實驗對學生掌握課堂中所學的基本概念，加深理解一些基本原理具有顯著的效果，但這些實驗作為課程教學的一部分，在培養學生初步具有擬定機械運動方案，分析和設計新機構的能力，以及培養學生的創新與動手能力方面還遠遠不夠.具體而言，當前機械原理、機械設計實驗室建設方面還存在以下幾個方面的問題：

1.1 實驗設備相對缺乏，無法開展系統性的實驗訓練

當前，高校所配備的機械專業實驗室與國際一流水平高校機械專業實驗室之間的差距仍然是非常大的.由于在實驗設備的配置上存在局限性，因此導致機械專業的學生喪失了部分動手訓練與實踐的機會.很多實驗都純粹以教學教材所涉及到的理論知識要求進行配置，實驗主要內容圍繞著課堂中所學的基本概念開展，屬于驗證性試驗，雖然能夠幫助學生認識相關概念與理論，但在提高學生分析思考能力，啟發創新、發散思維能力方面缺乏促進作用，不利于學生創造性思維的培養.

1.2 實驗類型過于單一，較少涉及到綜合性知識實踐

目前高校機械原理以及機械設計實驗室中雖然圍繞教學需求配置了一定數量的實驗裝置與設備，但設備配套比較局限，能夠開展的實驗內容以及類型過于單一，無法幫助學生靈活應用機械原理以及機械設計方面的相關知識.

2 機械原理、機械設計實驗室建設預期目標

在機械原理以及機械設計實驗室的建設創新過程當中，必須針對當前實驗室建設中存在的問題，采取一系列有針對性的創新建設策略與方法，克服機械專業實驗室中存在的缺點與局限性，使機械原理、機械設計課程理論知識能夠更好的與實驗實踐相結合，激發學生參與機械原理、機械設計相關知識學習的主動性，由被動的學習、實驗模式轉變為主動、創新的實驗實踐模式.

因此，在有關機械原理以及機械設計實驗室建設創新的過程當中，預期目標應當設置為：從實驗室操作環節入手，以機械專業基礎、經典理論為依托，促進實踐性知識的合理應用，展示本專業領域最新的設計方法，實現分析、綜合、轉化的數學模型與程序.從機械原理與機械設計課程教學內容的安排上來說，實驗室建設中的具體目標如下表所示（見表1）.

3 機械原理、機械設計實驗室建設水平的提高策略

高校機械原理以及機械設計實驗室需要同時負擔各個年級段本科生的實驗教學任務，同時也需要為學生畢業論文的研究提供基礎支持，當然也是高校教師進行科研活動的主要場所.因此，實驗室建設中，設備配置必須在滿足常規教學需求的基礎上，適當增加實驗臺臺數以及實驗設備的專業性，促進學生綜合實踐能力的提升.具體措施有：

3.1 構建分層機械原理、機械設計實驗室體系

根據高校在機械原理以及機械設計教學開展中的實際內容與實驗要求，構建三層實驗室體系，不同層次實驗室滿足不同實驗需求.

第一實驗室設置機械零件、機械原理和機械創新展示柜，每組展示柜至少需要配備10個或以上的單體陳列柜.展柜中的模型可實現點動或順序控制運動演示，并配有錄音講解及運動簡圖和文字說明，具有形象直觀的特點.組建該實驗室的目的是將部分基本教學內容利用實物模型進行教學.通過對該實驗室資源的應用，能夠為本專業學生提供認知依據，同時也是課外科技創新活動開展的知識基礎.

第二實驗室設置機構模型、齒輪范成儀、齒輪減速器和插齒機模型4種設備或器材，可完成機構運動簡圖的繪制、齒輪范成、減速器的裝拆3個基礎性必選實驗項目和為學員演示齒輪的插齒過程.本實驗室的主要功能是為本專業學生的實操作與理論驗證、分析提供支持，使學生能夠通過實驗加深對機構組成原理的認識，對機構運動特性有一個全面的把握.

第三實驗室是具有現代化水平的實驗室，滑動軸承、皮帶傳動、螺栓連接、動平衡和波動調速5類實驗臺均安裝測試卡，可以對實驗數據進行自動記錄、實驗結果進行結算分析，在發展學生創新能力方面有重要價值.

3.2 具體建設策略

第一，滿足平面機構及其可視化實驗的創新建設：在有關平面機構及其可視化的實驗過程當中，實驗室需要配備4臺同型號的PC電腦，8套同等規格的實驗臺，每個實驗臺上需要配備1套完整的機構模型.以上配置標準下，可以通過設計與并接的方式使平面機構傳感系統實現不同類型以及不同方式的運動.同時，實驗臺在建設過程當中可以于主要構件中設置出安裝傳感器的對應位置，同時添加與之相對應的數據處理軟件以及數據監測系統.通過對以上模塊的綜合應用，分析在平面機構運動過程當中參數變化所對應的系列曲線，進而分析數據，掌握不同類別機構在特定條件下運動所產生的規律.依照上述方式所建設的實驗室還能夠通過分析加速度、位移，以及速度等基本要素的方式，掌握運動構件的主要特點，幫助學生更好的認識機械原理，掌握機械設計要點.

第二，有關運動方案組合實驗的創新建設：在有關運動方案的組合實驗過程當中，實驗室可以嘗試引入已經獲得國家專利的產品，如創新機構組合實驗臺等，至少配置2臺，實驗臺中包括低副桿組以及高副桿組，同時也包括組成以上桿組的各種機架、構件等.通過這些設置，能夠使曲柄滑塊機構與連桿機構、齒輪機構、凸輪機構、以及間歇運動機構等相互拼接，除此以外還能夠使由渦輪蝸桿、帶傳動、以及鏈傳動所形成的傳統平面有機、交叉組合，構成一個完整的機械傳動系統以及組織結構，在與齒輪齒條傳動箱結合的基礎之上，通過連接電機以及帶傳統的方式使拼接機構能夠有效、且及時的響應動作指令，執行可靠動作.在這種配置方案下，學生能夠更好清楚的掌握運動機構組成這一部分知識的了解程度，通過對實際的機構組成方案的觀察，進行學習與標識，同時通過實驗的方式培養學生在工程實訓方面的動手能力，促進學生設計思維的提高以及綜合實踐設計能力的提升.教師也可以按照以上操作方法完成拼接實驗，并對實驗臺整個運動機構的運動情況進行觀察，從而對運動機構方案的科學性以及可行性進行及時檢驗.

第三，針對軸系結構設計實驗的創新建設：在實驗室建設過程當中可以配置具有創意組合特點的軸系結構設計試驗箱，通過引入軸系結構設計試驗箱的方式，使學生能夠更加直觀與準確的掌握軸系方面的知識結構.一般來說，一套完整的軸系結構試驗箱包含八類，百余個零件.若能夠在實驗室建設過程當中滿足以上標準，則能夠使實驗室的配置完全滿足機械原理以及機械設計教學的具體要求.教師可以根據教學需求，利用不同類型的零件進行自由組合，形成多種軸系結構，利用這些軸系結構解決在教學過程當中存在的回轉零件軸向固定，受傷零件拆卸安裝，以及軸承軸向位置固定等內容，為學生機械原理以及機械創新設計相關知識的學習打好基礎.

4 結束語

有關研究中認為，機械原理以及機械設計專業覆蓋面占到了工科專業的4/5左右，在提高學生對機械技術工作適應能力方面發揮著非常重要的作用.機械設計課程實驗課是機械設計課中重要的實踐環節.針對當前機械專業實驗室在建設、應用過程中存在的各類問題，盡全力提高機械原理、機械設計實驗室建設水平，已成為本專業教研人員最為關注的問題之一.本文在認識機械專業實驗室建設現狀的基礎之上，對機械原理、機械設計實驗室建設的基本面進行分析，最后重點從滿足平面機構及其可視化實驗的創新建設、有關運動方案組合實驗的創新建設、對機械設計創新陳列實驗展示的建設、針對軸系結構設計實驗的創新建設、圍繞常用構件制作加工的實驗建設等方面入手，探討了提高機械原理、機械設計實驗室建設水平的主要策略.

參考文獻：

〔1〕李志尊,王克印,劉紅寧，等.虛擬實驗室在機械設計基礎教學中的應用[J].實驗室科學,2014,17(1):50-53.

〔2〕李光雷.案例教學法在高職院?！稒C械設計基礎》課程的應用研究[J].南京工業職業技術學院學報,2014(4):85-87,90.

篇9

關鍵詞：幾何精度設計與檢測 工程實際 教學改革 教學成效

《幾何精度設計與檢測》是高等院校培養機械類專業人才的一門與生產實際聯系緊密、重要的技術基礎課，是培養學生機械綜合設計能力、創新能力以及工程意識的主要課程。實驗教學作為其理論教學的實踐環節，在實現課程教學目標方面發揮著關鍵作用，是學生學習本課程而展開工程實踐的重要途徑。新形勢下高校課程教學改革的主要方面是面向工程實際，強化實踐教學環節，以滿足創新人才培養需要。

1《幾何精度設計與檢測》實驗教學當前狀況

目前，《幾何精度設計與檢測》實驗教學過多依附于課堂理論教學，未能完全獨立，是理論教學的輔助。實驗教學設置主要目的促使學生加深理解理論知識以及驗證課堂所學的理論知識。多年來，我校為該課程所開設的工件內徑測量、導軌直線度誤差測量、零件表面粗糙度測量、齒輪徑向跳動（齒厚偏差/公法線長度/齒距偏差）測量等配套實驗項目都是驗證型實驗，僅僅針對本課程某一章節或某個知識點來設置，缺少綜合型、設計型實驗，知識面較窄，缺乏系統性，忽略了課程知識之間的內在邏輯關系，交互關聯性差，未構成完整的實驗體系。這種重理論、輕實踐的教學設計思想否定了實驗作為培養學生實踐能力的功能屬性。實驗活動的實施始終掌握在教師手中，教師成為了實驗課的主體，一群學生圍著聽完教師實驗講解后，只能按部就班地被動地在規定時間來完成規定學習內容。實驗被固化為統一模式，沒有因材施教，未能考慮學生個體差異，拘囿了學生自主思考及創造空間，既不能充分發揮學生的主觀能動性和創新性，又不能為學生自主學習提供寬廣的可選擇余地。這種實驗設置通常僅僅強調了實驗服務于課堂理論教學，而忽略了其重要價值。實驗教學的重要價值是服務于具有綜合素質與創新能力的人才培養，服務于學生個性發展。

2《幾何精度設計與檢測》實驗教學設計目標

綜上所述，目前的《幾何精度設計與檢測》實驗教學已經不能滿足具備綜合素質與創新能力的機械設計人才培養要求，必須改革傳統實驗教學，明確《幾何精度設計與檢測》實驗教學設計目標如下：

（1）立足于學生工程實踐和動手能力培養?！稁缀尉仍O計與檢測》是一門實踐性強的技術基礎課，而如今的大學生很是缺乏實際動手能力和工程實踐知識，雖然可以在課堂理論教學中安排模型、實物、錄像視頻，來增強學生感性認識與實踐知識，但有這些還遠遠不夠。在《幾何精度設計與檢測》實驗這個重要實踐環節中，加強學生對機械零部件精度設計的工程實踐知識與使用操作實驗儀器設備的實際動手能力的培養，是對理論課程教學有益完善和補充。

（2）立足于學生創新和綜合能力培養?，F代社會把創新能力作為一個人才的基本要求。學生創新及綜合設計能力培養是《幾何精度設計與檢測》課程教學改革根本目標，是教學改革核心，其貫穿于《幾何精度設計與檢測》課程教學各個環節。既要在理論教學課堂上培養學生創新意識和綜合運用有關知識進行機械零部件精度設計的意識，更要在實踐教學方面培養學生創新與綜合設計實際能力。

（3）立足于運用現代技術解決工程實驗問題能力培養。一定要把課程實驗看作為工程設計中重要環節之一，而不僅是為了驗證理論教學中的某個結論或公式，現代機械設計中通常要通過實驗來驗證某設計模型原理上的可行性，又往往需要通過實驗來測量評價所設計新產品性能好壞，實驗技術手段會不斷地隨著科技的發展而更新、完善，所以對于一個高素質的機械工程人員，必須具備運用現代技術來解決工程實際問題的能力。

（4）立足于學生開展工程實驗的基本技能培養。培養學生的工程實驗基本技能是實現其他實驗教學目的的基本條件與保證。學生應通過實驗，了解工程實驗基本原理、不同機械量的測量方法、實驗數據采集和處理過程，知曉各種不同實驗儀器裝備原理、使用和調試，掌握實驗系統構建的基本要求、方法。掌握這些基本技能，有利于學生運用現代技術解決工程實際問題能力的培養，有利于學生綜合素質與創新設計能力的提高，更為促進學生完成專業課程學習、實現專業人才培養目標奠定良好基礎。

3面向工程實際的《幾何精度設計與檢測》實驗教學開展

（1）整合傳統實驗項目。毋庸置疑，傳統驗證型實驗對學生綜合素質形成來說具有一定的前提性和必要性，促進學生對基本原理、定理、定律的掌握發揮著重要作用。為了較好地解決“學生人數較多”與“實驗儀器設備臺套數不足”之間的矛盾，合理利用教學設備資源，可將目前所開設的工件內徑測量、導軌直線度誤差測量、零件表面粗糙度測量、齒輪徑向跳動（齒厚偏差/公法線長度/齒距偏差）測量等實驗項目遵照內容的近似性整合成幾個大組，再根據儀器設備臺套數分成若干小團隊，各個團隊的實驗任務彼此獨立，每個小團隊4～5人，確保每位學生親自動手做實驗。實驗任務確定后，各團隊分工協作，各司其職，人人參與其中。

（2）增設綜合型、設計型實驗項目。綜合型、設計型實驗是對學生實驗技能與實驗方法的綜合訓練，是為了鍛煉學生綜合運用所學知識與分析解決復雜問題的能力，其是當前實驗教學的趨勢，也是《幾何精度設計與檢測》實驗教學設計的一個重點。可以設置“齒輪軸綜合測量”實驗，所提供的齒輪軸零件圖紙上標注有尺寸公差、幾何公差、表面粗糙度輪廓等幾何量參數、技術要求以及軸齒輪參數表，讓學生設計實驗過程，通過測量諸多項目來判斷該齒輪軸合格性。學生完成該復雜的齒輪軸綜合測量后，能較好地掌握諸多公差技術概念，極大地鍛煉學生綜合能力。

（3）賦予學生更多自。要充分肯定學生在實驗過程中的主體作用，發揮他們開展實驗主觀能動性，從而能積極、主動地實施實驗學習與科學探索活動，提高實驗教學成效，促進學生豐富的個性發展和全面的能力提高。為此，可以籌措資金在實驗室添置一些微型精密機床，為學生提供科技制作場所，完成從機械產品設計到加工全過程，更好地培養學生創新、設計與工程實踐能力。要建立比較科學的關于學生實驗結果的評價制度，加強實驗過程考核，不能以實驗報告作為評定學生實驗成績的唯一根據，要采取報告與答辯相結合的多元化方式進行評價，注重考核學生的實驗態度與實驗技能。指導教師要詳細記錄學生每個單項實驗中的實驗預習、實驗實施、實驗方案、實驗報告等情況，綜合考慮來確定學生實驗總成績。

4結束語

與傳統實驗模式相比，開展面向工程實際的《幾何精度設計與檢測》實驗教學會對教師、學生、儀器裝備、管理制度均提出了新要求，會極大增加實驗教學組織者工作量。通過科學設置實驗項目，合理安排實驗教學，將在全面培養學生的實驗技能、綜合分析和解決問題能力，促使學生具備創新精神和實踐能力等方面產生積極作用。

參考文獻：

[1]楊善國.《幾何精度設計與檢測》課程交互式教學探析.中國校外教育，2013，（1）：105.

[2]楊善國.提高《幾何精度設計與檢測》課程教學實效之我見.中國科教創新導刊，2013，（7）：108，110.

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關鍵詞：機電系統 概念設計 應用特點

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0041-01

機械電子學自從20世紀70年代誕生至今，歷經了差不多40個年頭，在科學水平的不斷發展的同時，人們對于機電產品的需求也隨之逐漸增加。在需要企業具有快速創新研發新產品能力的時代大環境下，概念設計技術的應用越來越普遍，不但在汽車等高檔奢侈品上得以應用，在機電系統上的概念設計也越來越受到大家的青睞。因此，不僅要清醒地認識到機電系統概念設計技術研究的背景，還要深刻理解機電系統和概念設計技術的具體內容，同時，對機電系統概念設計技術的應用特點進行一定的探析。

1 機電系統概念設計技術與應用的研究背景

就機電系統概念設計技術與應用的研究背景而言，包括技術支持和機電產品需求兩個方面。具體來說，一方面，鑒于機械電子技術、傳感技術，以及計算機信息技術的持續發展，為機電系統的探索和應用提供了技術方面的大力支持。另外，人們對機電產品的需求和種類日益增多，然而，整個社會對機電產品的實際需求的變化速度無法與其產品的設計速度相適應。因此，機電系統的設計是機電產品的研發進程中的重要環節之一，而機電系統的概念設計更加是極具創造性的重要階段之一。另一方面，由于當今世界，科學技術日新月異，新產品更新換代的速度明顯加快，現代市場的產品競爭日趨激烈，對于機電系統的設計的要求將更加嚴格，對于機電系統的設計師而言，除了以往常用的適應性設計及變形設計，機電系統的創新性設計的任務已經迫在眉睫。面對嚴峻的挑戰，應當明白機電系統產品創新的關鍵所在，清晰地認識到機電系統概念設計技術的重要性。

2 機電系統以及概念設計的內涵

2.1 機電系統的內涵

機電系統，也是機電一體化系統，它一般是指幾厘米以下，甚至更加小尺寸的小型裝置，主要由傳感順、執行器，以及微能源等組成，實際上是一個相對獨立的智能系統，在電子和機械等各個領域有著非常廣泛的應用。對于機電系統的具體內涵，其實有很多不同版本的理解，有的認為，機電系統是一種將機械設備、電子裝置和各種軟件等有機結合而組成的應用系統；有的認為，機電系統是一種主要由計算機信息網絡協調并控制的，以此來實現機械力、運動和能量流等多動力學任務，同時，將機械和機電的各個部件相聯系的系統；有的認為，機電系統是一種將多種不同技術，比如，機械電工、電子光學等組合而成的系統。而在我國普遍將機電系統定義為是機電一體化技術（包括精密機械技術、伺服傳動技術、傳感檢測技術、信息處理技術、自動控制技術，以及系統總體技術）與機電一體化產品的合稱。

2.2 概念設計的內涵

眾所周知，產品設計是一項非常復雜的工作，就其具體的過程而言，雖然國際上有諸多論述，眾說紛紜，但是無論是哪一種說法，得出的總結就是產品設計涉及到兩個重要的設計階段，也就是概念設計與詳細設計。而概念設計的內涵主要包括這樣幾個方面：首先，功能創新；其次，功能分析和功能結構圖設計；再者，工作原理解的搜索和確定；最后，功能載體方案構思和決策。因此，概念設計在產品設計的整個過程中占據著重要地位，發揮著不可替代的作用，如果概念設計做好了，產品設計的整體水平才能達到一定的高度。此外，機電系統的概念設計運用到多個學科范疇的知識，其體現了設計的高度藝術性、創新性，以及綜合性。

3 機電系統概念設計技術的應用特點

3.1 創新性

我國一直致力于建設創新型國家，培養創新型高新技術人才，對于“創新”一詞的高度重視是當今社會的必然要求，而對于機電系統概念設計技術而言，創新性更是機電系統概念設計技術的精髓和靈魂，如果要適應時展的要求，滿足用戶對機電產品的日益增長的要求，就要很好地體現機電系統概念設計技術的創新性特點，只有不斷地對機電系統進行創新的概念設計，才能夠打造出能夠讓機電產品的用戶感到滿意并且適用的新產品。因為機電系統本身就是一個相對比較繁雜的綜合性系統，所以，機電系統概念設計技術上所體現出來的創新可以是不同層面的，比如，機電系統的結構的完善和更換等等。無論是哪個方面的創新，都直接對機電系統的整體的創新有很大的影響。因此，機電系統概念設計技術的創新性特點是不可忽視的。

3.2 多樣性

除了創新性的特點以外，機電系統概念設計的另一個比較重要的特點就是它所體現出來的多樣性。無論是機電系統概念設計的手段的多種多樣，還是機電系統概念設計的設計方案的豐富多樣，都在一定程度上反映了機電系統概念設計在市場需求、工作原理，以及產品形態等多個方面的多樣化。不但布局不同會體現多樣化，而且設計思路不同也會加強多樣化的顯現。

4 結語

總而言之，從長遠的角度來看，機電系統的快速發展和更新換代都離不開概念設計技術的應用。就目前的情形而言，機電系統概念設計技術的使用早就已經在世界范疇內得到了大家的普遍認可和推崇，作為產品設計的重要環節，概念設計是整個產品設計的過程中最不可或缺的一個階段。在某種程度來說，概念設計階段在產品的生命周期里發揮著決定性的作用，產品特征多半通過概念設計階段的內容來決定，同時，概念設計也是市場及企業間的角逐競爭的關鍵因素。上述內容通過對機電系統概念設計技術與應用的研究背景的分析，在深入理解相關概念的基礎上，對其應用特點等進行探析對該領域的發展具有一定的參考價值。

參考文獻

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