機械傳動方案設計范文

導語：如何才能寫好一篇機械傳動方案設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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[關鍵詞]機械傳動系統；設計方案；評判

中圖分類號：TH132 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）37-0043-01

0 引言

在機械傳動系統方案設計研究過程中，設計一個能夠實現特定運動以及動力要求的機械傳動系統時，可根據機械傳動裝置的設計原則及設計要求，通過不同傳動原理進行實現，初步從知識庫當中選擇幾種不同的傳動方案。再根據這些設計方案，確定哪種方案可以滿足要求，從而對方案的優劣進行適當評價，確定最優方案，這一過程對于整個機械系統設計過程來說，雖然相對比較困難，但是卻非常重要，過程的好壞直接影響到設計機械產品的經濟性、合理性以及可靠性。由于一個機械傳動系統是通過有限的傳動件組成，并且每個傳動件各不相同，都有各自不同的特征，若選擇傳統的評價方法，免不了要進行大量復雜的計算分析過程，因為計算所產生的累積誤差，這就有可能導致做出的評價和實際情況存在一定的差別，令最后確定的方案不是最優方案?；诖耍疚膶χС窒蛄繖C法、三級模糊綜合評判法、未確知測度模型以及基于熵權的模糊AHP法等方法進行介紹。

1 機械傳動系統概述

機械傳動系統就是指將發動機運動和動力傳輸至機械執行構件的一個中間環節，其不僅可以改變運動方式、運動大小及確保機械系統中的全部執行構件工作部分的協調性和配合性，另外，一定要將發動機功率和轉矩傳至相應的執行構件，進而克服生產形成的阻力。

2 機械傳動系統設計方案的評判方法

2.1 支持向量機法

支持向量機指的是根據統計學習理論而發展起來的一種方法。若樣本有限，支持向量機法可以構建一套規范完整的機器學習理論及方法，該設計可以有效克服隨意性等缺點，現如今，支持向量機方法已廣泛應用于模式識別與函數逼近、概率密度估計以及降維等眾多領域，并且在這些領域中，支持向量機方法處理相關問題的能力也不斷提高。

機械傳動方案決策系統在建模時，普遍采用支持向量機法的多類分類算法。如今選擇支持向量機法解決多類分類問題的基本方法包括“一對一”以及“一對其它”兩種方法。具體的問題舉例如下：假設給定屬于k類的m個訓練樣本（x1，y1）， （x2，y2），…， （xi，yi），其中xi（i=1，2，…，m） 代表系統的特征因素集，比如{μc1（u），μc2（u），μc3（u），μc4（u），μc5（u）}，yi？{1，2，…，k}代表分類標志，其中k=4。需要通過上述練樣本建立分類函數f，確保未知樣本x進行分類過程中錯誤率可以達到最小化。通常情況下，每一個樣集均有k（k-1）/2個學習機，學習過程要選擇“最大贏分”的模式。若此時學習機的訓練結論表示測試樣本x是屬于第i類的滿意度，那么對于第i類滿意度的分數要加1；否則便對第j類的滿意度分數加上1，最后的結論要通過具有最大分數類為x的滿意度進行決定。

因為支持向量機法是通過靈活地引入了核函數從而達到非線性分類的目的，而且可以平衡經驗風險和函數集容量間的關系，所以，支持向量機法可避免過擬合現象的發生，其推廣空間是巨大的。另外，支持向量機法僅僅需要少量的訓練樣本便可以獲取較低的檢測錯誤率。支持向量機法性能的好壞直接取決于核函數，經常使用的核函數有高斯核與多項式、核線性核與感知器核等等。以下是采用支持向量機方法對70組、5種特征因素、4種傳動形式的樣本集進行6個分類器的訓練，訓練流程圖見圖1。

2.2 三級模糊綜合評判法

機械傳動系統方案受到不同的屬性、不同的因素影響，評價過程中一定要進行充分的考慮。但是部分的因素模糊性較強，因此，評判過程中會涉及到模糊因素，此類的評判便稱作模糊綜合評判。所謂的模糊綜合評判指的是通過模糊變換原理綜合考量評價目標。機械傳動系統方案設計過程中，由于需要考慮的因素相對較多，并且不同因素之間還存在層次之分，大多數因素還存在較為強烈的模糊性，為了能夠對系統中事物間的優劣次序進行比較，確定具有實際價值的評判結果，所以，可選擇三級模糊綜合評判進行評價。該評價方法首先對一個因素的不同等級進行綜合評判，從而實現單因素評判，其次將評判結果作為每一類的綜合評判，將確認的結果再次進行類與類間的綜合評判。

機械傳動系統方案采用三級模糊綜合評判時，引入了因素子集、因素以及因素等級三層結構，與此同時，克服了因素的模糊性以及權分配的問題，所以，確保了對于因素的狀態以及重要程度的確定可以滿足客觀實際的要求。評判過程中涉及到了隸屬度與權數，所以，是離不開人的主觀因素，但是由于選擇三級模糊評判，一定程度上降低了人的主觀因素所產生的影響，確保評判結果滿足準確性的要求。機械傳動系統方案設計過程中，分析評價系統里存放三級模糊綜合評判模型，該評價模型能夠對不同因素的影響進行全面考慮，作出的評判與實際是相符的，對于提高專家水平是非常有意義的。

2.3 未確知測度模型法

根據國內外相關研究成果，可以發現，有文獻涉及到了一種全新的評價方法，這種方法根據建立未確知測度模型，綜合評價多目標機械設計方案，對于科學決策提供必要的理論依據。未確知測度模型主要包含了部分關鍵性問題，比如：單指標測度和單指標測度矩陣、多指標綜合測度評價矩陣、指標權重以及識別與排序等等。如何對上述這些關鍵性的問題進行處理，將直接影響到模型的準確性與可靠性。

2.4 基于熵權的模糊AHP法

通過相關文獻可以發現：經典AHP法可以解決多層次機械傳動方案評價架構等相關問題，可以作為傳動系統方案評價的理論基礎。但是經典AHP法也存在缺陷：解決模糊問題的過程中，對于尺度選擇過分確切，與此同時，在評價的過程中，決策者不可以對模糊問題的含義進行精確把握，導致在實際操作過程中無法變通處理問題。不僅如此，經典AHP法處理時，人為參與的程度較多，具體人的主觀差異較大，所以，確定結果；會體現出較多的人為因素，從而致使結論的誤差相對較大。而基于熵權的AHP法在對模糊數與熵權進行合理定義的基礎之上，通過分析比較具體性能指標分值，選擇基于對稱三角模糊數從而實現判斷因素矩陣的尺度匹配，最后，選擇模糊區間運算對總的模糊判斷矩陣與熵權進行計算。

3 結束語

在建立機械傳動系統評價模型時，上述四種方法各有各的特點。選擇模糊的綜合評價方法對于機械傳動方案進行評價，可以對全部主要的影響因素做出全面而定量的分析，能夠客觀有效的對較為合理與滿意的方案進行選擇，其不僅適用于機械傳動方案的選擇，也可以用于其余方案的選擇與評價，所以，模糊綜合評價法在機械傳動系統設計中的應用也越來越廣泛。

參考文獻

[1] 彭文生，李志明，黃華梁.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2] 謝慶生，羅延科，李屹.機械工程模糊優化方法[M].北京：機械工業出版社，2002.

[3] 黃華梁，趙小蓮，李小周.甘蔗壓榨機系統可靠性的失效模式影響模糊評估分析[J].中國機械工程，2002，19（10）：1669-1672.

[4] 陳 煒，林忠欽，楊繼昌，仲志剛.汽車覆蓋件拉延模型面設計質量模糊綜合評判[J].中國機械工程，2002，2（1）：175-177.

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（1）設計題目、內容不規范，要求不統一。

由于每屆或每班的指導教師不同，設計題目、內容、要求、難易程度偏離太大。如有數控機床改造設計、伺服系統控制設計、交通燈控制設計等，要求、工作量也不相同。有的設計任務偏難，有的設計任務又太簡單。

（2）設計資料缺乏。

由于機電一體化是一門新興的技術和專業，這方面的知識內容都在相關的雜志刊物登載，書籍相對少一些。要進行課程設計，收集這方面的資料較困難。沒有現成的資料匯編及設計手冊，學生要花費較多的時間找資料，往往是教師幫助尋找資料。而且沒有像機械零件設計那樣的系統完整的課程設計指導書。在設計中盲目性較大。

（3）師資不足。

最早幾年機電專業方向只有一個班或兩個班，指導教師有2~4人即可。一般由主講或熟悉機電一體化控制系統課程的教師指導。近幾年隨著學生的擴招，機電專業擴展到4~5個班，指導教師需要8~10人，明顯不夠，因此有必要進行培養。

2機電一體化課程設計改進措施

（1）編寫合適的機電一體化課程設計指導書，配齊設計資料。

到目前為止未見過公開出版的機電一體化課程設計指導書，所以有必要編寫合適的機電一體化課程設計指導書，并收集較全的資料進行匯編，與指導書匯編成冊。

（2）規范設計題目，統一要求。

規范設計題目不是整個設計都用同一個題目，而是在一個范圍內選擇題目，教師根據所選的題目按統一的要求下達任務書。設計題目一般以簡易數控機床設計、數控機床改造設計、機器人及控制設計較為合適。在市場上可見的機電產品多得很，不是所有的機電產品都適合做題目，因其難易程度是不同的。機電專業的課程設置是以機床設計、機器人設計控制為典型產品的，在機電一體化課程設計中要反映課程設置的內容。機電專業方向課程有機電一體化系統設計、計算機控制技術、機械制造裝備設計、機器人導論等課程。這些課程的內容在電的方面主要介紹了以計算機為核心的控制系統；機械方面介紹了機械運動、機械傳動、機械結構及相關的標準部件，如滾動導軌、滾珠絲杠等。在選題及設計中要反映上述的內容。因此規范化的題目主要為數控車床（或銑床、鉆床等）設計、車床（或銑床、鉆床等）數控化改造設計、或是工業機器人及控制設計。這些都具有一定的機械部分內容，如數控機床進給軸傳動部件，機器人的腰身、手臂運動部件及滾珠絲杠、導軌的應用等。電的方面包含數控系統電路設計，計算機控制系統設計及對機械部分的控制；從而實現了機電結合。對規范化的題目、要求及上述設計內容都已編入指導書中。

（3）指導教師的培養。

首先被培訓的教師可以跟班聽課，熟悉掌握相關的課程內容，然后在機電一體化課程設計進行中跟班輔導，以培養出合格的指導教師。

（4）加強督察。

當指導教師接到指導課程設計任務后，首先拿到機電一體化課程設計指導書，根據要求寫出課程設計任務書；并由教研室主任或院教學指導委員會審查，合格才可向學生下達任務。指導中，教師要填寫指導日志，隨時記錄指導中的難點、及出現的問題和解決方法，并進行小結，以便下一次指導時提高設計水平。

3機電一體化課程設計指導書主要內容

3.1設計題目確定及要求

3.2總體方案確定

（1）總體方案設計；

（2）繪制總體方案圖。

3.3伺服系統機械傳動部件設計

（1）切削力計算；

（2）滾動絲杠螺母副的計算與選型；

（3）伺服系統傳動設計；

（4）步進電機當量扭矩計算及選型；

（5）機械傳動結構設計（繪制一個軸的機械裝配圖）。

3.4控制系統硬件電路設計

（1）確定控制系統方案及繪制系統框圖；

（2）單片機的選用；

（3）存儲器的選用與擴展；

（4）譯碼電路設計；

（5）接口電路設計；

（6）繪制控制系統硬件電路原理圖。

3.5基本的參考圖表匯編。

4近一屆學生機電一體化課程設計進行情況

4.1教師配備

近一屆機電專業學生，每屆有四個班進行機電一體化課程設計，共配備6名教師；其中有四名為獨立指導教師，兩名為輔導教師，為培養新的指導教師儲備力量。

4.2指導書的使用及設計過程

設計學生和指導教師每人一份機電一體化課程設計指導書。教師按照要求寫出機電一體化課程設計任務書，并經研究所長審查后發給學生。設計題目主要有CA6140普通車床數控化改造設計、C6132普通車床數控化改造設計。在同一個題目的學生中，要求設計進給軸部件時，一部分學生設計X軸進給部件，另一部分學生設計Z軸進給部件。整個過程根據設計任務書的題目、要求和機電一體化課程設計指導書給出的設計步驟、方法，先進行總體方案設計，再進行機械傳動部件設計，最后進行CNC硬件電路設計。整個過程經過了機械、電子兩方面的訓練，實現了機電結合，達到預期效果。

4.3填寫指導日志

教師在指導設計的過程中，及時填寫指導日志，記錄設計中的難點、問題，并進行小結。

5本文總結

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關鍵詞：機電一體化；機械系統；設計

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：

一、前言

現代科學技術,特別是微電子技術和計算機技術的發展,使得傳統的機械系統的設計受到了極大的沖擊，電一體化產品在機械系統中發揮著越來越重要的作用。機電一體化技術是將機械技術、電工電子技術、微電子技術、信息機電一體化機電一體化技術、傳感器技術、接口技術、信號變換技術等多種技術進行有機地結合，并綜合應用到實際中去的綜合技術。機電一體化是一門獨立的綜合叉學科，現已發展到光機電一體化、機械智能化和微機械化階段。目前，機電一體化技術已經在的各個領域已得到廣泛的應用，在機械系統設計領域也發揮著越來越重要的作用。

二、機電一體化機械系統概述

機電一體化是在傳統的機械技術基礎上，綜合應用機械技術、信息技術、微電子技術、自動控制技術、軟件編程技術等技術,根據優化組織結構目標和系統功能目標,以智力、結構、運動、動力和感知組成等要素為基礎,進而對各個成要素和各要素之間的運動傳遞、信息處理、能量變換、接口耦合、物質運動等進行研究,使整個系統進行結合與集成,并在系統控制程序的信息流控制下,形成物質的和能量的有規則運動,在高質量、高功能、高精度、高可靠性等方面實現最佳功能價值系統工程技術。機電一體化的產生和發展對機械系統也起了極大的推動和促進作用，它提高了機械系統的性能，完成傳統機械所不能完成的功能。一般來說，機械技術只能形成功能有限的純機械的產品，但與信息技術、微電子技術相結合后，就可以形成機電一體化產品。但并非任何的機械產品都能改造成機電一體化產品，必須要對其零部件也要進行適當選擇或替換，再結合相關技術等才能形成機電一體化產品。

圖1 機電一體化系統組成結構示意圖

機電一體化機械系統是通過計算機信息網絡進行協調與控制，主要是用來完成動力學任務的機械及其機電部件的系統。機電一體化機械系統核心是由計算機控制的，包括機械、電子、液壓等技術的伺服系統。機電一體化機械系統的主要功能是在計算機協調和控制下，單獨由控制電動機、傳動機構和執行機構組成的子系統來完成一系列機械運動，完成其系統功能要求。機電一體化機械系統的設計要從系統的角度進行合理化和最優化設計。機電一體化系統的機械結構主要包括執行機構、傳動機構和支承部件。（1）執行機構是依據操作指令的要求在動力源的帶動下，完成操作任務的直接裝置。一般具有較高的靈敏度、精確度和可靠性等。由于計算機的越來與強大的性能，傳統作為動力源的電動機已發展為具有動力、變速與執行等多重功能的伺服電動機，從而簡化了傳動和執行機構。 (2)傳動機構是伺服系統的一部分，要根據伺服控制的要求進行選擇設計。傳動機構不但要滿足傳動精度的要求，還要滿足輕量、低噪聲和高可靠性的要求。（3）導向機構一般指起支承和導向作用的導軌、軸承等，為機械系統中各運動裝置完成其特定方向的運動提供保障。此外，在機械系統設計時，為獲得良好的伺服性能，必須考慮機械結構因素與整個伺服系統的電氣參數、性能參數的匹配。

與一般的機械系統相比，機電一體化系統的機械系統要求較高的制造精度、良好的動態響應特性和良好的穩定性。（1）高精度。精度的高低直接影響產品的質量，機電—體化機械系統的高精度是其最重要的要求。機電—體化機械系統其技術性能、工藝水平和功能有很大的提高，如機械系統的精度不能滿足要求，則無論機電—體化也無法完成其預定的機械操作。（2）快速響應。機電一體化系統的快速響應要求機械系統從接到指令到開始執行指令指定的任務之間的時間間隔應當短。只有這樣，能控制系統也才能及時根據機械系統的運行情況獲取相關信息，然后下達指令，從而精確地完成預定的任務要求。（3）良好的穩定性。機電一體化系統要求系統抵御外界環境的影響和抗干擾能力強，機械裝置在外界干擾的作用下依然能夠保證穩地進行工作。因此，在機電一體化系統的機械系統設計中，一般應當滿足無間隙、低摩擦、高諧振頻率等要求。此外，機械系統還要求具有高可靠性、壽命長、體積小、重量輕等特點。

三、機電一體化機械系統的設計

1.機械傳動設計

機械傳動系統的方案設計是機械設計工作中的一個重要組成部分，是最具創造性的設計環節。正確合理地設計機械傳動系統，對提高機械的性能和質量、降低機械的制造成本和使用費用等都是至關重要的。機械傳動是一種把動力機產生的運動和動力傳遞給執行機構的中間裝置,是一種扭矩和轉速的變換器,其目的是在動力機與負載之間使扭矩得到合理的匹配,并可通過機構變換實現對輸出的速度調節。機械傳動設計的任務，是將動力機產生的機械能傳輸到操作機械上,因而機電一體化系統中機械傳動系統的設計也就是伺服機械傳動系統設計。在機電一體化系統中, 在一定程度上伺服電動機的伺服變速功能替代了傳統機械傳動中的變速機構,只有在伺服電機的轉速范圍滿足不了系統要求的情況下,才會通過傳動裝置進行變速。由于機電一體化系統對快速響應指標要求一般都會很高，機械傳動裝置不僅要解決伺服電機與負載間的力矩匹配問題，還應當大力提高系統的伺服性能。因此，機電一體化系統要求機械傳動部件轉動應當滿足慣量小、摩擦小、阻尼合理、間隙小、輕量和高可靠性等要求。因此機電一體化機械傳動系統具有傳動鏈短、轉動慣量小、盡可能采用線性傳遞、無間隙傳遞等設計特點。

2.機械結構設計

機電一體化的機械結構仍屬于傳統機械技術的范疇,在滿足伺服系統對其穩、準、快要求的前提下,從整體上說應該是朝著高速化、精密化和輕量化的方向發展。因而在進行結構設計時，必須要對具體的零部件的設計提出了更高、更嚴的要求,應當綜合考慮到各個零部件的制造和安裝精度、結構剛度、穩定性等具體情況?？梢酝ㄟ^一些措施來改善機械結構零部件特性，如采用新材料和鋼板焊接結構來提高支承件的剛度、采用合理的截面形狀和尺寸、采用低摩擦系數的導軌提高運動的平穩性。近幾年在結構上也出現了并聯形式,如并聯機器人、并聯機床等,極大地簡化了機械結構,提高了產品的剛度重量比及精度。除了以上兩個方面以外,機電一體化機械系統設計還需工程技術人員在設計方法上大膽創新,充分利用已有的模塊,,并且在設計之初,就考慮到產品在制造、使用過程中對生態環境的影響。

四、結束語

由于機電一體化的迅速發展，機電一體化技術已逐步滲透到機械工業的每一個領域，幾乎不受行業的限制。機電一體化是機械設計理論的發展，設計好機電一體化機械系統是機電一體化產品的前提。面對日益發展信息時代,掌握機電一體化機械系統設計的思路,是開發機電一體化產品的關鍵所在。伴隨著機電一體化技術的不斷發展其機械部分的設計將會朝著結構更簡單，控制更容易，可靠性更好，性能價格比更高的方向不斷發展。

參考文獻

[1]黃杰波. 淺談機電一體化機械系統設計理論[J]. 科技資訊,2011,16:109.

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研制過程

我國坦克架橋車的研制始于60年代初。當時，研制單位借鑒捷克在T―34坦克上改制架橋車的經驗，設計了橋長為18m、機械傳動、機械架設的剪刀式橋，但由于種種原因沒有進行樣車試制。60年代中后期，隨著認識的深化，決定舍棄剪刀式橋的設計方案，采用類似前蘇聯МТУ裝甲架橋車的平推跳板式結構方案。60年代后期，完成了橋長18m的雙折疊桁架結構橋、液壓機械傳動、平推對接連橋方式的架橋車的方案設計，并進行了部件結構設計。其后由于“”的干擾，研制工作被迫中斷。

1970年，由多家科研生產單位共同組成聯合設計組，在對平推雙折疊結構方案進行分析的基礎上，又提出了雙層疊放平推式結構方案。方案設計完成后，于1971年9月試制出第一輛原理性樣車，1973年2月，試制出第二輛樣車。第二輛樣車的試制成功標志著原理性樣車研制階段的結束。

1979年12月，試制出1輛初樣車。1981年，對初樣車進行了全面摸底試驗，試驗結果證明，初樣車基本達到了戰術技術指標要求。1982年5月，試制出兩輛正樣車，并于6月通過了工廠鑒定試驗。1982年7月至1984年9月，兩輛正樣車在高寒、高溫潮濕、常溫三個環境地區進行了設計定型試驗，每輛車累計行駛6700km，架設橋梁320次，額定通載1050車次，通過了定型試驗。1984年12月，架橋車通過了裝甲兵軍工產品定型委員會的設計定型審查。1985年1月，裝甲兵軍工產品定型委員會正式批準設計定型，并命名為84式坦克架橋車。

總體布置

坦克架橋車主要由底盤、橋梁、作業液壓系統、電氣控制系統、架設機構等組成。架橋車采用79式中型坦克底盤，并進行了適應性改進。車體內部分為駕駛室(車體前左部)、乘員室(車體中部)、動力室(車體后部)。根據安裝架設機構和架、收橋梁的需要，車體上增設了安裝支座；駕駛室內安裝了電氣控制系統的操作控制盒、繼電器盒、傳動箱操縱裝置；乘員室內安裝了坦克電臺以及作業液壓系統的徑向柱塞油泵、液壓油箱及各類電磁電液閥。乘員3人（駕駛員、車長和勤務員），車長和勤務員在乘員室內，各有1個座椅和1具MK4觀察潛望鏡，從頂門出入。

乘員自衛武器為1挺7.62mm班用輕機槍（1500發槍彈）和20枚手榴彈。該車還配備有1支信號槍和6發信號彈。

動力裝置為1臺12150L―7BW型柴油機，功率580hp。傳動裝置從69式中型坦克的傳動裝置演變而來，其結構與79式中型坦克基本相同。主離合器操縱和轉向操縱增裝了液壓助力裝置，傳動箱是在73式中型坦克搶救牽引車的傳動箱基礎上改進而成，主要更換了向拖救絞盤輸出動力的錐齒輪副，并增加了結合、解脫撥叉機構，以利于架橋時操縱傳動箱。為便于操縱，還增加了作業液壓操縱裝置，該裝置的操縱盒和操縱手柄安裝在駕駛室內，有結合、解脫兩個操縱位置。操縱力不大于186N。操縱拉桿經過車底板與傳動箱撥叉機構相連。橋梁架、收作業的操縱通過電氣控制系統的操作控制盒進行。

車體采用鋼裝甲板焊接而成，各部位的裝甲板傾角及頂裝甲板、后裝甲板和底裝甲板的厚度與79式中型坦克的相同，車體前上、前下裝甲板和側裝甲板減薄了。減薄裝甲板的結構連接焊縫相應加強。

作業裝置

橋梁橋梁安裝在底盤上方，橋長18m，由兩個9m長的半橋組成。每半橋上分為兩個橋節，每橋節有主橋、副橋、橋面系、導輪導槽、凸或凹的連橋機構等。主、副橋采用箱式結構，由高強度低合金鋼焊接而成。兩橋節的連接為平推式對接，采用半柔性拉桿連接方式，橋寬可調整。平時兩個半橋上下疊放在底盤上，作業時通過架設機構、液壓驅動裝置、電控系統，由連橋機構將兩個半橋連成一個整橋。為使橋梁能從任意一端收起，除連橋機構外，兩個半橋采用了同樣的結構，因此，疊放時上下位置可以互換。

作業液壓系統橋梁的架設與撤收采用全液壓驅動方式，由發動機經傳動箱向前輸出動力，系統壓力為24.5MPa。由于采用了卸荷回路，較好地解決了作業過程中系統的油溫過高的問題。系統中除裝有液壓馬達和液壓柱塞泵、電磁溢流閥、三位四通電液換向閥和液壓油箱外，還增設了補油閥、平衡閥和背壓閥，從而保證了系統和各執行機構的工作可靠性和平衡性，提高了在特種地形上架、收橋的性能。

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根據國家機械設計制造及其自動化專業畢業培養標準中對畢業能力要求之4“具有設計機械系統、部件的能力”要求，整合現有教學內容，形成了基礎知識遞增和設計能力遞進的機械設計類課程教學環節結構。其中先修課程包括數學類、工程力學、機械制圖、公差與技術測量等基礎課和專業基礎課。為達到“具有設計機械系統、部件的能力”的畢業要求，設計了課程教學及課內實驗、基礎設計能力培養、創新設計能力培養三個能力遞進培養環節。

2機械設計類課程教學及課內實驗

課程教學及課內實驗教學環節分為機械原理和機械設計兩個部分，每部分。含課內實驗，課程內容及培養目標如下：機械原理課程是一門培養學生機械機構運動設計與分析的技術基礎課，主要研究機構的結構分析、運動分析和動力分析，常用機構設計的基本理論和方法，機械系統傳動方案的規劃與設計，其主要任務是培養學生：第一，理論聯系實際的學風，設計實踐能力和創新精神。第二，掌握機構運動方案設計的能力。第三，具有機械系統運動簡圖的繪制，計算機輔助機構分析和設計的能力。機械原理實驗教學是機械原理課程教學中的實踐環節。在實驗中通過安排部分課程基本理論的驗證性實驗，使學生進一步加深對課堂教學內容的理解。通過增設一些綜合性、設計性實驗，培養學生基本知識、基礎理論與實際項目需求的理論知識應用能力，同時培養學生創新意識和能力。通過設立較多的選修實驗，促進學生的個性發展。機械設計課程是一門培養學生機械設計能力的技術基礎課，在教學內容方面著重掌握機械設計的基本知識、基本理論、基本方法和創新思維，通過對本課程的學習，使學生掌握常用機構和機器中各種通用零件的基本理論和基本知識，初步具有機械結構方面的分析、設計能力，同時注意培養學生正確的設計思想和嚴謹的工作作風。機械設計實驗教學通過設立部分驗證性實驗，使學生進一步加深理解課堂教學的內容；通過設立一些綜合性、設計性實驗，培養學生理論聯系實際的能力及機械結構設計的創新意識和創新能力；通過強調學生參與實驗的全過程，培養學生的動手操作能力；通過設立較多的選做實驗，滿足學生的求知欲，促進學生的個性發展。

3基礎設計能力培養

機械設計課程設計是機械設計基礎類課程的重要實踐性環節，通過對機械傳動裝置和簡單機械的設計，使學生綜合運用機械設計課程和其他先修課程的理論和實際知識，熟悉機械設計的一般規律，掌握機械通用零部件及簡單機械的設計理論及設計方法。培養學生理論聯系實際的正確設計思想，樹立工程意識，培養獨立分析和解決工程實際問題的能力，為畢業設計和以后從事工程設計工作打下良好的基礎。課程的教學目的：第一，學習機械設計的一般方法、步驟，掌握機械設計的一般規律。第二，學會從機器的功能要求出發，合理選擇傳動機構的類型，制定傳動設計方案，正確計算零件的工作能力，確定它的結構、形狀、尺寸及材料，并考慮制造工藝、使用、維護、經濟和安全等問題，培養機械設計能力。第三，進行機械設計基本技能訓練，例如計算、繪圖，運用標準、規范、手冊、圖冊和設計資料，以及使用經驗數據和處理數據等。第四，通過編寫設計說明書，提高學生文字表達能力，掌握撰寫技術文件的有關要求；培養學生運用計算機撰寫論文的能力。第五，訓練學生用CAD繪圖的能力。機械綜合課程設計是形成機械裝備設計能力的重要實踐性教學環節。內容以車床或銑床的主傳動系統設計為主線，以所學過的機械制造裝備的基礎知識為支撐，完成主傳動系統設計、操縱裝置布置、工程分析計算等環節的訓練。其目的是在相關先修課程學習后，進行機械結構設計綜合訓練，使學生掌握機械系統分析和設計的基本步驟和方法，培養和鍛煉學生綜合運用所學知識解決實際工程問題的能力。

4創新設計能力培養

學生創新設計能力培養包括機械產品創新設計與仿真和機械創新設計與制作兩個環節：機械產品創新設計與仿真是學生以項目組的形式自主開展的為期一年的研發與制作項目，在學院的統一命題下完成一項任務。提高學生自主學習、問題求解、團隊協作、項目管理、綜合創新等方面的能力和素質。機械創新設計與制作是結合學生已有的知識儲備，充分發揮學生的創新設計思維，通過機構綜合模擬現實自然界生物的動作行為，并輔以相應的控制系統達到機構的協調運動。在教師的啟發和指導下，學生以組為單位自主地進行相關內容科技文獻檢索、方案設計、虛擬仿真、繪制加工圖紙、撰寫設計說明書并進行答辯，通過工程實踐培養學生靈活運用所學機械設計知識的能力。

5結論

篇6

自動機械是指自動化程度較高的機械系統，其教學內容與“機械系統設計”類似。要培養創新能力，必須先具備堅實的基礎理論和設計方法，因此我們根據自動機械與一般的機械系統相比，有自動化程度高、結構復雜等特點，在教學內容上以自動機械的四大結構組成部分，即驅動系統、傳動系統、執行機構和控制系統為主要內容展開，著重共性問題，力求照顧到系統性和完整性，深入闡述了自動機械設計中普遍性的理論問題，重點分析自動機械中普遍應用的機構、裝置的設計原理和方法以及現代控制技術，注重機械設計與現代機械設計理論和方法相結合，同時列舉了大量實例，力求做到理論聯系實際，突出專業特色和現代科學技術發展水平。課程內容不僅體現傳統的機械及其設計方法，還體現了現代自動機械及其制造技術的新進展和現代設計方法的新應用，注重教學內容的更新。我們主要參考了崔久浩的“自動機械設計”一書，編輯出版了“自動機械設計”教材，在基本內容上比一般的“機械系統設計”教材更全面和豐富。在教學中，力求把發明創新意識貫穿于整個教學過程。教學過程中除了上述主要內容外，充分利用多媒體教學手段，通過大量的自動機械和機構的工作視頻和照片提高教學效率，創造視覺的新感受，增強感性認識，激發學生的學習興趣和熱情，同時有效提高了教學效果和學生的知識面。在教學過程中，注重自動機械各組成部份的基本工作原理、結構特點和設計方法，淡化理論模型和推導。利用啟發式、提問式、反問式等方法，激發學生的創造性和想象力，提高綜合應用所學知識進行機械設計、探索新知識、新技術、開發新的機械產品的能力和水平。推薦并組織學生觀看中央電視臺的“我愛發明”節目，提高發明創造的興趣，學習發明創造的一般思路和方法。支持鼓勵學生參與教師發明專利的申請工作。增加課堂討論環節，設計能激發學生發明創新意識的討論題。例如：原理方案設計時，每組提出至少3種機器，每種機器采用兩種以上的原理實現其功能?？傮w設計時，以小型代步工具為例，不限定條件，發揮學生的創造性，分組提出方案并討論其特點和可行性。在講述執行機構有關內容時，讓學生提出分解用機器代替手工操作的動作，并提出可能實現這些動作的機構或組合機構并加以比較。在講間歇機構和供料機構時，提示學生生活中可能應用的場合并讓學生注意觀察后，討論為什么在此場合會應用此機構，是否可用其他機構代替，如果能用其他機構代替，就有可能創新發明新的裝置或機器。另外，鼓勵學生參加山東省機電產品創新大賽等各類校、省、全國創新大賽，并可在討論課中做專題討論論證方案，指導學生充分發揮想象力和創造性開發新的機械產品。在歷年“山東省大學生機電產品創新設計競賽”中獲得了多個一等獎，在其他創新競賽中也屢創佳績。

二、考試考核方式的多樣化

考試考核目標是使學生在掌握基本理論、基本知識和基本技能的基礎上，增強職業素養與專業技能，提高分析問題及解決問題的能力，成為具有較強創新意識和實踐能力的高技能人才?？荚嚳己艘杂欣趯W生運用知識能力、實際工作能力和創新能力的培養，有利于學生學習方法的改變為指導思想，使教學工作的重點落實到學生創新能力的培養和自身素質的提高上。為了激勵學生學習興趣和創新性，筆者設計了以下考試考核方式。

1.大作業。分組整理討論課中的討論結果以及新的創新想法方案形成大作業，內容可是完整機械，也可是關鍵機構、部件；時間可從課程開始到最后筆試之前，期間還可通過郵件、QQ和微信以及校核心課程網等及時得到教師的指導。

2.答辯式。建立具有綜合性、適宜答辯的試題庫，成立答辯小組，答辯小組由至少3位教師組成，可包括助課研究生?？己藭r每個學生按順序先后隨機抽取題目，準備10分鐘。準備時可翻閱參考資料以及和同學討論，此時學生參與討論的積極性非常高，不僅有利于抽到考題的學生掌握該知識，也使參與討論的學生學習掌握了考題中的知識點，每個學生表面上是考核自己抽到的有限的考題，實際上在整個考核過程中，參與了幾乎全部學生的考題準備，從而將考試變成了學生積極主動的學習、交流、鞏固所學內容的過程，學生不再是應付考試，厭煩、害怕考試，同時也鍛煉了學生綜合利用所學知識、收集資料、口頭表達的能力以及答辯和應變能力等，有利于將來找工作時的面試，這使得學生的收益是全方位的。

3.筆試。筆試在課程結束后，時間由學校統一安排，主要考核基本概念和理論。創新發明必須在掌握扎實的機械設計基本概念和理論基礎上，因此，掌握這些概念非常重要。例如自動機械生產率的概念、評價工作性能的指標等。

三、緊密結合實際應用的課程設計

課程設計是自動機械設計課程的一個重要教學環節，是培養學生獨立運用所學知識、綜合分析和解決工程實際問題能力的重要教學步驟，為學生將來從事工程技術工作和畢業設計打下良好的基礎。在此教學環節中，學生可將所學的自動機械設計知識應用于設計中，這是有效的練兵和檢驗，同時還可以提高、鞏固教學效果的環節。因此，我們要緊密結合實際應用進一步加強培養學生的機械創新能力，使學生在課堂教學環節中的創新性想法得以進一步實現，距實際應用更進一步。注重培養大學生的創新設計能力、綜合設計能力與團隊協作精神。

1.課程設計內容。在自動機械的四大結構組成部分，即驅動系統、傳動系統、執行機構和控制系統中，驅動系統通常為選型設計，包括在總體設計的內容中，不單獨作為課程設計題目，控制系統涉及電氣電子液壓、計算機等相關的學科知識較深，在課程設計中我們將這部分作為選做內容。因此，課程設計的主要內容包括傳動系統、執行機構和總體設計三種。比較復雜的機械3個人一組，自由組合，每人主要負責一部分內容，其中總體設計的學生由小組成員推薦選舉產生并擔任組長，除了自己承擔的內容外還要負責協調3個人的方案應能滿足整機的任務書要求，完整一致。各種題目的具體內容如下是。（1）自動機械總體方案設計。①根據給定機械的工作要求，確定實現功能要求的原理方案。②根據原理方案確定工藝方案。③確定工作循環時間，擬定機械的工作循環圖。④確定采用的動力形式、總體布置、總體結構來設計機架。（2）執行機構設計。①參與原理方案和工藝過程的設計。分析確定工藝操作動作、順序、運動形式和運動規律。②擬定機構的選型與組合方案，提出多個方案分析并選擇最佳的。③機構的設計計算，主要構件的運動分析、仿真等。④機構的結構設計，畫機構簡圖，包括運動軌跡、極限位置圖。（3）自動機械傳動系統設計。①參與原理方案和工藝過程的設計。分析工藝操作動作、各機構運動形式和運動規律選擇動力機。②確定傳動機構方案和采用的傳動形式，分析傳動效率和傳動精度，提出多個方案并分析選擇最佳的。③傳動比分配、設計計算，主要零件的強度校核。④傳動系統結構設計，畫傳動系統結構圖。

2.課程設計題目。筆者精心設計了多于學生人數的課程設計題目和相應的任務書，制定了課程設計大綱和指導書。學生選題具有靈活性，可從給定的題目中選題，也鼓勵自選題目。學生自選題目要經過論證方可作為課程設計題目并有一定的加分，同時要與教師的科研以及各種創新競賽題目緊密結合，有效激發學生的學習興趣和參與的積極性、主動性。山東省大學生機電產品創新設計競賽每年暑期進行，而自動機械課程設計正好是每學年的第二學期，可以說這個學期是學生申請準備方案、進行結構設計的階段。采取提前選題的方法可以使學生在上課期間有目的的聽課，有充分的時間醞釀設計方案，使自動機械課程設計教學環節不局限于培養方案中設置的1周時間，有效地提高了課程設計的質量和效果，有些題目最后還申請了發明專利?！坝糜诖罅７N子的精密排種器”、“家用瓜子去皮機”、“頂尖可收集式仿形棉花打頂機”等項目就獲得了山東省大學生機電產品創新設計競賽的一等獎。

四、結語

篇7

質有利于學生形成良好的學習動機，有助于學生心智的健康成長。它是教師開展教學工作的感情基礎，它有助于師生之間情感與認知方面的溝通，學生在融洽的師生關系中，處于最佳學習狀態，更易于對所學知識產生興趣并消化吸收。而青年學生思想活躍，易于模仿教師的行為，所以教師的品質包括教師的思想品德、為人處世方法，教師對待工作的熱情、對待生活的執著等等，這些每時每刻都在影響著學生，并有利于學生形成積極的學習與生活態度。因此，高校教師的道德素質直接影響學校培養的學生素質。不斷提高自身的專業素質。“要想給學生一杯水，教師要有一桶水?！比缃?，我們正處在信息化時代，人類知識系統發生了兩個重要變化：一是知識更新的速度越來越快，數量越來越多；二是知識傳播途徑越來越多，傳播速度越來越快。這個時代需要培育的是具有高度創造性和個性化的人，需要培育的是一種能夠適應迅速變化、了解和適應未來的人。在這樣恢宏的社會背景下，作為一名機械設計老師，要不斷學習機械設計領域新知識、新理論、新方法、新應用，樹立終身學習觀念，不斷“自我充電”，不斷提高自己的知識層次和思維能力并將其運用到教學實踐中，變原來的“一桶水”為“長流水”。

同時，通過系統地研究當代大學生的身心發展規律，不斷提高對學生認知規律的認識水平，把這種“長流水”升華為適合學生需要的“甘甜水”。唯有這樣，才能不誤人子弟，才能始終與時俱進，做合格的教師。不斷提高自身的語言素質。教育學家蘇霍姆林斯基曾說過：“教師的語言素質在極大程度上決定著學生在課堂上的腦力勞動效率?！倍嗄甑慕虒W實踐證明，教師在教學中語言表達能力的水平直接制約著課堂教學質量的高低。機械設計教師只有不斷地追求課堂教學的語言藝術，提高自身的語言修養和語言素質，才能把機械設計教得有聲有色。要把語言的準確性和通俗性統一起來，機械設計課有很多概念，對概念的描述語言要準確，同時講課主要用口語化的語言，要和書面語言區別開來，只有把語言的通俗性和準確性統一起來，講課才能既嚴謹又生動。要把語言的精練性和內容的豐富性統一起來，機械設計教師要不斷凝練語言，用精練的語言把機械設計的思想、方法、原理講述清楚，同時又要把內容講得有血有肉。要充分利用啟發性的語言，啟迪學生的思維。語言要有張有弛，充滿激情，處處扣人心弦，這樣學生才能更用心地聽課。機械設計教師只有不斷探索提高自身的語言素質，掌握語言藝術，才能不斷提高機械設計的教學質量。不斷提高自身的科研素質。中國科學院院士、教育家楊叔子指出：大學教師還得治學，治學術，做學問，搞研究；否則，就提不高，既不能在學問上、在研究上做出貢獻，也不能提高教學水平，提高教學質量，從而嚴重妨礙育人，特別是嚴重危害培育拔尖創新人才。機械設計課作為一門基礎課，設計的內容廣泛，機械設計的方法、原理也在產生日新月異的發展變化，教師只有通過做科研，才能把握學科發展的最前沿。教師通過做科研，不斷創新，才能對創新有更深刻的認識，講的課才能更有深度。機械設計教師只有不斷提高自身的科研素質，才能教出富有創新精神的新時代大學生。

二、教學模式、教學方法、教學手段與機械設計教學內容深度融合

根據機械設計課程各章節內容的特點，采用合適的教學模式、教學方法和教學手段，學生掌握課堂內容的同時，不斷提高自學能力、想象能力、創新能力等能力，全面提高學生的素質。采用適合于教學內容的教學模式。對于學生比較熟悉的教學內容如“帶傳動、鏈傳動”可以采用自學———輔導式的教學模式，培養學生的自學能力?！皠撔略O計章節”可以多采用范例教學模式，特別是采用與大學生密切相關的一些范例，如“全國大學生機械創新設計大賽”獲獎作品，采用這些范例可以拉近教學內容與學生的距離，引起學生的興趣，調動學生的學習積極性。對于機械零件常見的失效形式采用現象分析模式，通過實際觀察零件的失效形式，使學生產生直觀的印象，更容易理解和把握所學知識。方法是十分重要的。機械設計教師要深入鉆研適合機械設計教學內容的方法。根據機械設計課程的特點，在教學方法上多采用探究式、討論式、啟發式教學方法以及基于現場的情境學習教學方法，激發學生的學習興趣。啟發式教學方法的應用，比如機械，可以通過舉出大家常見的汽車、自行車，啟發學生理解機械的概念，進一步啟發學生購買這些機械時的要求就是設計這些機械的要求，如何設計這些機械滿足上述要求，就是機械設計講的內容，通過啟發，學生就可以知道“機械設計”這門課要講什么內容，就掌握了這門課的主線。

探究式教學方法的應用，例如，在軸的結構設計中，引導學生運用發散性思維分析多種零件布置方案，比較各種方案的優劣，從而找到最佳的方案，強調學生的主動參與。情境學習教學方法的應用，如，在講授機構運動簡圖、具有確定運動的條件、自由度計算以及減速器箱體的結構設計時，可以將課堂設置在擺好實物的實驗室“，百聞不如一見”，通過讓學生親自動手裝拆不同形式的實物和模型，激發學生的學習熱情，增加學生學習的成就感，學生的學習效果會起到事半功倍的作用。充分利用多媒體教學、黑板教學、網絡教學等多種教學手段。要將多媒體課件與黑板教學相結合。課堂教學要充分發揮多媒體教學和黑板教學各自的優點。對于關鍵的理論推導、重要例題，教師可以在黑板上進行重點講解，而對于大量的圖形，使用多媒體課件就可以節省很多時間，多媒體課件還可以通過圖像的三維動畫效果，以及大量的視聽效果，沖擊學生的思維興奮點，激發學生的學習興趣。同時，在教學中，教師應當充分利用實物、模型等多種直觀教具，使學生從感性認識上更準確、深刻地掌握所學內容。充分利用現代化教學手段中的網絡教學手段進行課外輔導答疑，學生可以通過網絡課件和網絡習題隨時鞏固課上學過的知識，也可以提前預習下節課要講解的內容，不明白的問題學生可以在網上論壇切磋，網絡教學極大地提高了學生學習的實時性。

三、通過實踐環節提高機械設計課程教學效果

機械設計課程是一門與實踐緊密相連的課程，因此，在課堂教學之外，還適當安排學生參觀往年“全國大學生機械創新設計大賽”獲獎作品、機械產品和工程現場等，對機電產品的傳動系統、結構特點、設計方法等進行現場講解，加深學生對教材內容應用的理解，擴大了知識面，提高了學生的工程意識。機械設計課程與實踐緊密相連，機械設計實驗對提高學生對本門課程的把握起到了重要的作用，特別是綜合性、設計性、動手操作性的實驗。為此，我們增加了機械傳動系統創意組合綜合性實驗，學生自行設計傳動方案，選擇各種零部件、采用合適工具進行裝配。這是一次非常逼真的工程實踐訓練，綜合應用了機械設計課程中所學多種零部件，了解了各種傳動方案的優缺點，體會了機械傳動系統方案設計的重要性，體驗了工程設計、裝配中要注意的一些問題。增加了實驗的開放性，學生可以根據自己的需要與實驗室老師約定實驗時間和實驗內容。機械設計課程設計是機類學生學完機械制圖、幾何量公差、機械原理、機械設計等課程后一次綜合實踐性教學環節，對學生機械設計綜合能力的提高起到了重要的作用。在設計題目的選擇上，改變傳統的以帶式運輸機的傳動裝置為題目的方式，鼓勵學生調研相關工程需要，自主選擇課程設計題目。目前學生采用的題目有機械原理課程設計題目、機械類創新項目的題目或者根據工程實際需要提煉的題目。通過自主選題，鍛煉學生的創新思維和創新能力，使學生得到系統性設計訓練。在設計過程中，鼓勵并創造條件讓學生實地考察、拆裝相關機械產品，提高感性認識；通過網絡等途徑查閱相應資料，了解相關零部件價格，培養學生成本設計思想；鼓勵學生通過查找資料、規范和標準解決課程設計中碰到的相應問題，提高學生的自學能力和使用標準、規范的能力。實踐證明，這種選題的方式以及設計過程的要求，增強了學生課程設計的興趣和積極性，鞏固了學生機械設計理論知識，提高了學生學習能力、查閱資料的能力、動手能力以及工程實踐能力，取得了良好的效果。

四、結語

篇8

關鍵詞：機械產品；方案設計方法；發展趨勢

引言

科學技術的飛速發展，產品功能要求的日益增多，復雜性增加，壽命期縮短，更新換代速度加快。然而，產品的設計，尤其是機械產品方案的設計手段，則顯得力不從心，跟不上時展的需要。目前，計算機輔助產品的設計繪圖、設計計算、加工制造、生產規劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效，而產品開發初期方案的計算機輔助設計卻遠遠不能滿足設計的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻的基礎上，概括總結了國內外設計學者進行方案設計時采用的方法，并討論了各種方法之間的有機聯系和機械產品方案設計計算機實現的發展趨勢。

根據目前國內外設計學者進行機械產品方案設計所用方法的主要特征，可以將方案的現代設計方法概括為下述四大類型。

1、系統化設計方法

系統化設計方法的主要特點是：將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯系，并具有層次性，所有的設計要素結合后，即可實現設計系統所需完成的任務。

系統化設計思想于70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統理論為基礎，制訂了設計的一般模式，倡導設計工作應具備條理性。德國工程師協會在這一設計思想的基礎上，制訂出標準VDI2221“技術系統和產品的開發設計方法。

制定的機械產品方案設計進程模式，基本上沿用了德國標準VDI2221的設計方式。除此之外，我國許多設計學者在進行產品方案設計時還借鑒和引用了其他發達國家的系統化設計思想，其中具有代表性的是：

(1)將用戶需求作為產品功能特征構思、結構設計和零件設計、工藝規劃、作業控制等的基礎，從產品開發的宏觀過程出發，利用質量功能布置方法，系統地將用戶需求信息合理而有效地轉換為產品開發各階段的技術目標和作業控制規程的方法。

(2)將產品看作有機體層次上的生命系統，并借助于生命系統理論，把產品的設計過程劃分成功能需求層次、實現功能要求的概念層次和產品的具體設計層次。同時采用了生命系統圖符抽象地表達產品的功能要求，形成產品功能系統結構。

(3)將機械設計中系統科學的應用歸納為兩個基本問題：一是把要設計的產品作為一個系統處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關系；二是將產品設計過程看成一個系統，根據設計目標，正確、合理地確定設計中各個方面的工作和各個不同的設計階段。

由于每個設計者研究問題的角度以及考慮問題的側重點不同，進行方案設計時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統化設計方法。

1.1設計元素法

用五個設計元素(功能、效應、效應載體、形狀元素和表面參數)描述“產品解”，認為一個產品的五個設計元素值確定之后，產品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設計學者采用了類似方法描述產品的原理解。

1.2圖形建模法

研制的“設計分析和引導系統”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產品的功能結構及其相關的抽象信息，實現了系統結構、功能關系的圖形化建模，以及功能層之間的聯接。

將設計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內容豐富的語義模型結構、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實現關系間的任意結合等特點，將設計方法解與信息技術進行集成，實現了設計過程中不同抽象層間信息關系的圖形化建模。

文獻［11］將語義設計網作為設計工具，在其開發的活性語義設計網ASK中，采用結點和線條組成的網絡描述設計，結點表示元件化的單元(如設計任務、功能、構件或加工設備等)，線條用以調整和定義結點間不同的語義關系，由此為設計過程中的所有活動和結果預先建立模型，使早期設計要求的定義到每一個結構的具體描述均可由關系間的定義表達，實現了計算機輔助設計過程由抽象到具體的飛躍。

1.3“構思”—“設計”法

將產品的方案設計分成“構思”和“設計”兩個階段?！皹嬎肌彪A段的任務是尋求、選擇和組合滿足設計任務要求的原理解?！霸O計”階段的工作則是具體實現構思階段的原理解。

將方案的“構思”具體描述為：根據合適的功能結構，尋求滿足設計任務要求的原理解。即功能結構中的分功能由“結構元素”實現，并將“結構元素”間的物理聯接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結構元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機械運動簡圖)。方案的“設計”是根據功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結構元素”，再定量地描述所有“結構元素”和聯接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結構示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設計單元(GE)”、“結構元素(KE)”、“功能結構元素(FKE)”、“聯接結構元素(VKE)”、“結構零件(KT)”、“結構元素零件(KET)”等概念，以及描述結構元素尺寸、位置和傳動參數間相互關系的若干種簡圖，把設計專家憑直覺設計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應用現有知識的方法，并將其應用于“構思”和“設計”階段。

從設計方法學的觀點出發，將明確了設計任務后的設計工作分為三步：1)獲取功能和功能結構(簡稱為“功能”)；2)尋找效應(簡稱為“效應”)；3)尋找結構(簡稱為“構形規則”)。并用下述四種策略描述機械產品構思階段的工作流程：策略1：分別考慮“功能”、“效應”和“構形規則”。因此，可以在各個工作步驟中分別創建變型方案，由此產生廣泛的原理解譜。策略2：“效應”與“構形規則”(包括設計者創建的規則)關聯，單獨考慮功能(通常與設計任務相關)。此時，辨別典型的構形規則及其所屬效應需要有豐富的經驗，產生的方案譜遠遠少于策略1的方案譜。策略3：“功能”、“效應”、“構形規則”三者密切相關。適用于功能、效應和構形規則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領域，如超小型機械、特大型機械、價值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：針對設計要求進行結構化求解。該策略從已有的零件出發，通過零件間不同的排序和連接，獲得預期功能。

1.4矩陣設計法

在方案設計過程中采用“要求—功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關系，得到滿足要求的功能設計解集，形成不同的設計方案。再根據“要求—功能”邏輯樹建立“要求—功能”關聯矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復雜關系，表示出要求與功能間一一對應的關系。

Kotaetal將矩陣作為機械系統方案設計的基礎，把機械系統的設計空間分解為功能子空間，每個子空間只表示方案設計的一個模塊，在抽象階段的高層，每個設計模塊用運動轉換矩陣和一個可進行操作的約束矢量表示；在抽象階段的低層，每個設計模塊被表示為參數矩陣和一個運動方程。

1.5鍵合圖法

將組成系統元件的功能分成產生能量、消耗能量、轉變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結合，實現功能結構的自動生成和功能結構與鍵合圖之間的自動轉換，尋求由鍵合圖產生多個設計方案的方法。

2、結構模塊化設計方法

從規劃產品的角度提出：定義設計任務時以功能化的產品結構為基礎，引用已有的產品解(如通用零件部件等)描述設計任務，即分解任務時就考慮每個分任務是否

存在對應的產品解，這樣，能夠在產品規劃階段就消除設計任務中可能存在的矛盾，早期預測生產能力、費用，以及開發設計過程中計劃的可調整性，由此提高設計效率和設計的可靠性，同時也降低新產品的成本。Feldmann將描述設計任務的功能化產品結構分為四層，(1)產品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應用的結構化特征目錄，對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產品開發早期和設計初期使用的工具軟件STRAT。

認為專用機械中多數功能可以采用已有的產品解，而具有新型解的專用功能只是少數，因此，在專用機械設計中采用功能化的產品結構，對于評價專用機械的設計、制造風險十分有利。

提倡在產品功能分析的基礎上，將產品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結構，通過選擇和組合這些模塊化基本結構組建成不同的產品。這些基本結構可以是零件、部件，甚至是一個系統。理想的模塊化基本結構應該具有標準化的接口(聯接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結合軟件構件技術和CAD技術，將變形設計與組合設計相結合，根據分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術將它們組合成不同品種、不同規格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

以設計為目錄作為選擇變異機械結構的工具，提出將設計的解元素進行完整的、結構化的編排，形成解集設計目錄。并在解集設計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設計工程師選擇解元素。

根據機械零部件的聯接特征，將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位，并具有自調整性的部件；2)結構上具有共性的組合件；3)具有嵌套式結構及嵌套式元件的聯接；4)具有模塊化結構和模塊化元件的聯接。并采用準符號表示典型元件和元件間的連接規則，由此實現元件間聯接的算法化和概念的可視化。

在進行機械系統的方案設計中，用“功能建立”模塊對功能進行分解，并規定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機構型式的一一對應。“結構建立”模塊則作為功能解的選擇對象以便于實現映射算法。

3、基于產品特征知識的設計方法

基于產品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產品的特征及其設計領域專家的知識和經驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現計算機輔助產品的方案設計。

機械系統的方案設計主要是依據產品所具有的特征，以及設計領域專家的知識和經驗進行推量和決策，完成機構的型、數綜合。欲實現這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協調、管理和使用。為此，國內外設計學者針對機械系統方案設計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。

3.1編碼法

根據“運動轉換”功能(簡稱功能元)將機構進行分類，并利用代碼描述功能元和機構類別，由此建立起“機構系統方案設計專家系統”知識庫。在此基礎上，將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結合，建立了該“專家系統”的推理機制，并用于四工位專用機床的方案設計中。

利用生物進化理論，通過自然選擇和有性繁殖使生物體得以演化的原理，在機構方案設計中，運用網絡圖論方法將機構的結構表達為拓撲圖，再通過編碼技術，把機構的結構和性能轉化為個體染色體的二進制數串，并根據設計要求編制適應值，運用生物進化理論控制繁殖機制，通過選擇、交叉、突然變異等手段，淘汰適應值低的不適應個體，以極快的進化過程得到適應性最優的個體，即最符合設計要求的機構方案。

3.2知識的混合型表達法

針對復雜機械系統的方案設計，采用混合型的知識表達方式描述設計中的各類知識尤為適合，這一點已得到我國許多設計學者的共識。

在研制復雜產品方案設計智能決策支持系統DMDSS中，將規則、框架、過程和神經網絡等知識表示方法有機地結合在一起，以適應設計中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達方法(規則、框架和過程)，按面向對象的編程原則，用框架的槽表示對象的屬性，用規則表示對象的動態特征，用過程表示知識的處理，組成一種混合型的知識表達型式，并成功地研制出“面向對象的數控龍門銑床變速箱方案設計智能系統GBCDIS”和“變速箱結構設計專家系統GBSDES”。

3.3利用基于知識的開發工具

在聯軸器的CAD系統中，利用基于知識的開發工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向對象的方法，創建了面向對象的設計方法數據庫，為設計者進行聯軸器的方案設計和結構設計提供了廣泛且可靠的設計方法譜。則利用NEXPERT描述直線導軌設計中需要基于知識進行設計的內容，由此尋求出基于知識的解，并開發出直線導軌設計專家系統。

3.4設計目錄法

構造了“功能模塊”、“功能元解”和“機構組”三級遞進式設計目錄，并將這三級遞進式設計目錄作為機械傳動原理方案智能設計系統的知識庫和開發設計的輔助工具。

3.5基于實例的方法

在研制設計型專家系統的知識庫中，采用基本謂詞描述設計要求、設計條件和選取的方案，用框架結構描述“工程實例”和各種“概念實體”，通過基于實例的推理技術產生候選解來配匹產品的設計要求。

4、智能化設計方法

智能化設計方法的主要特點是：根據設計方法學理論，借助于三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現實技術，以及多媒體、超媒體工具進行產品的開發設計、表達產品的構思、描述產品的結構。

在利用數學系統理論的同時，考慮了系統工程理論、產品設計技術和系統開發方法學VDI2221，研制出適合于產品設計初期使用的多媒體開發系統軟件MUSE。

在進行自動取款機設計時，把產品的整個開發過程概括為“產品規劃”、“開發”和“生產規劃”三個階段，并且充分利用了現有的CAD尖端技術——虛擬現實技術。1)產品規劃—構思產品。其任務是確定產品的外部特性，如色彩、形狀、表面質量、人機工程等等，并將最初的設想用CAD立體模型表示出，建立能夠體現整個產品外形的簡單模型，該模型可以在虛擬環境中建立，借助于數據帽和三維鼠標，用戶還可在一定程度上參與到這一環境中，并且能夠迅速地生成不同的造型和色彩。立體模型是檢測外部形狀效果的依據，也是幾何圖形顯示設計變量的依據，同時還是開發過程中各類分析的基礎。2)開發—設計產品。該階段主要根據“系統合成”原理，在立體模型上配置和集成解元素，解元素根據設計目標的不同有不同的含義：可以是基本元素，如螺栓、軸或輪轂聯接等；也可以是復合元素，如機、電、電子部件、控制技術或軟件組成的傳動系統；還可以是要求、特性、形狀等等。將實現功能的關鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對產品的配置(設計模型中解元素間的關系)進行分析，產品配置分析是綜合“產品規劃”和“開發”結果的重要手段。3)生產規劃—加工和裝配產品。在這一階段中，主要論述了裝配過程中CAD技術的應用，提出用計算機圖像顯示解元素在相應位置的裝配過程，即通過虛擬裝配模型揭示造形和裝配間的關系，由此發現難點和問題，并找出解決問題的方法，并認為將CAD技術綜合應用于產品開發的三個階段，可以使設計過程的綜合與分析在“產品規劃”、“開發”和“生產規劃”中連續地交替進行。因此，可以較早地發現各個階段中存在的問題，使產品在開發進程中不斷地細化和完善。

我國利用虛擬現實技術進行設計還處于剛剛起步階段。利用面向

對象的技術，重點研究了按時序合成的機構組合方案設計專家系統，并借助于具有高性能圖形和交換處理能力的OpenGL技術，在三維環境中從各個角度對專家系統設計出的方案進行觀察，如運動中機構間的銜接狀況是否產生沖突等等。

將構造標準模塊、產品整體構造及其制造工藝和使用說明的擬訂(見圖1)稱之為快速成型技術。建議在產品開發過程中將快速成型技術、多媒體技術以及虛擬表達與神經網絡(應用于各個階段求解過程需要的場合)結合應用。指出隨著計算機軟、硬件的不斷完善，應盡可能地將多媒體圖形處理技術應用于產品開發中，例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設計聯接件時所需的立體結構想象力等等。

利用智能型CAD系統SIGRAPH-DESIGN作為開發平臺，將產品的開發過程分為概念設計、裝配設計和零件設計，并以變量設計技術為基礎，建立了膠印機凸輪連桿機構的概念模型。從文獻介紹的研究工作看，其概念模型是在確定了機構型、數綜合的基礎上，借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設計功能，使原理圖隨著機構的結構參數變化而變化，并將概念模型的參數傳遞給下一級的裝配模型、零件設計。

5、各類設計方法評述及發展趨勢

綜上所述，系統化設計方法將設計任務由抽象到具體(由設計的任務要求到實現該任務的方案或結構)進行層次劃分，擬定出每一層欲實現的目標和方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機地聯系在一起，使整個設計過程系統化，使設計有規律可循，有方法可依，易于設計過程的計算機輔助實現。

結構模塊化設計方法視具有某種功能的實現為一個結構模塊，通過結構模塊的組合，實現產品的方案設計。對于特定種類的機械產品，由于其組成部分的功能較為明確且相對穩定，結構模塊的劃分比較容易，因此，采用結構模塊化方法進行方案設計較為合適。由于實體與功能之間并非是一一對應的關系，一個實體通?？梢詫崿F若干種功能，一個功能往往又可通過若干種實體予以實現。因此，若將結構模塊化設計方法用于一般意義的產品方案設計，結構模塊的劃分和選用都比較困難，而且要求設計人員具有相當豐富的設計經驗和廣博的多學科領域知識。

機械產品的方案設計通常無法采用純數學演算的方法進行，也難以用數學模型進行完整的描述，而需根據產品特征進行形式化的描述，借助于設計專家的知識和經驗進行推理和決策。因此，欲實現計算機輔助產品的方案設計，必須解決計算機存儲和運用產品設計知識和專家設計決策等有關方面的問題，由此形成基于產品特征知識的設計方法。

目前，智能化設計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現實技術進行設計，直觀性較好，開發初期用戶可以在一定程度上直接參與到設計中，但系統性較差，且零部件的結構、形狀、尺寸、位置的合理確定，要求軟件具有較高的智能化程度，或者有豐富經驗的設計者參與。

值得一提的是：上述各種方法并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯系，如結構模塊化設計方法中，劃分結構模塊時就蘊含有系統化思想，建立產品特征及設計方法知識庫和推理機時，通常也需運用系統化和結構模塊化方法，此外，基于產品特征知識的設計同時又是方案智能化設計的基礎之一。在機械產品方案設計中，視能夠實現特定功能的通用零件、部件或常用機構為結構模塊，并將其應用到系統化設計有關層次的具體設計中，即將結構模塊化方法融于系統化設計方法中，不僅可以保證設計的規范化，而且可以簡化設計過程，提高設計效率和質量，降低設計成本。

篇9

關鍵詞：機械；產品；方案設計；

Abstract: According to the current domestic and foreign scholars mainly thinking design features of mechanical product design, product design method of the program are summarized as systematic, modular structure, product features four types based on the knowledge and intelligence. Points out that the organic connection between the features of the four methods and the interaction between them, the direction of product design computer.

Keywords: mechanical; products; design

中圖分類號：F407.4 文獻標識碼：文章編號:

1 系統化設計方法

系統化設計方法的主要特點是：將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯系，并具有層次性，所有的設計要素結合后，即可實現設計系統所需完成的任務。

我國許多設計學者在進行產品方案設計時還借鑒和引用了其他發達國家的系統化設計思想，其中具有代表性的是：①將用戶需求作為產品功能特征構思、結構設計和零件設計、工藝規劃、作業控制等的基礎，從產品開發的宏觀過程出發，利用質量功能布置方法，系統地將用戶需求信息合理而有效地轉換為產品開發各階段的技術目標和作業控制規程的方法。②將產品看作有機體層次上的生命系統，并借助于生命系統理論，把產品的設計過程劃分成功能需求層次、實現功能要求的概念層次和產品的具體設計層次。同時采用了生命系統圖符抽象地表達產品的功能要求，形成產品功能系統結構。③將機械設計中系統科學的應用歸納為兩個基本問題：一是把要設計的產品作為一個系統處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關系;二是將產品設計過程看成一個系統，根據設計目標，正確、合理地確定設計中各個方面的工作和各個不同的設計階段。

1.1設計元素法

用五個設計元素(功能、效應、效應載體、形狀元素和表面參數)描述“產品解”，認為一個產品的五個設計元素值確定之后，產品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設計學者采用了類似方法描述產品的原理解。

1.2 圖形建模法

研制的“設計分析和引導系統”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產品的功能結構及其相關的抽象信息，實現了系統結構、功能關系的圖形化建模，以及功能層之間的聯接。

1.3 “構思”―“設計”法

將產品的方案設計分成“構思”和“設計”兩個階段。“構思”階段的任務是尋求、選擇和組合滿足設計任務要求的原理解?！霸O計”階段的工作則是具體實現構思階段的原理解。

將方案的“構思”具體描述為：根據合適的功能結構，尋求滿足設計任務要求的原理解。即功能結構中的分功能由“結構元素”實現，并將“結構元素”間的物理聯接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結構元素”間的相互作用又形成了功能示意圖。方案的“設計”是根據功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結構元素”，再定量地描述所有“結構元素”和聯接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結構示意圖。

1.4 矩陣設計法

在方案設計過程中采用“要求―功能”邏輯樹(“與或”樹)描述要求、功能之間的相互關系，得到滿足要求的功能設計解集，形成不同的設計方案。再根據“要求―功能”邏輯樹建立“要求―功能”關聯矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復雜關系，表示出要求與功能間一一對應的關系。將矩陣作為機械系統方案設計的基礎，把機械系統的設計空間分解為功能子空間，每個子空間只表示方案設計的一個模塊，在抽象階段的高層，每個設計模塊用運動轉換矩陣和一個可進行操作的約束矢量表示;在抽象階段的低層，每個設計模塊被表示為參數矩陣和一個運動方程。

1.5 鍵合圖法

將組成系統元件的功能分成產生能量、消耗能量、轉變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結合，實現功能結構的自動生成和功能結構與鍵合圖之間的自動轉換，尋求由鍵合圖產生多個設計方案的方法。

2 結構模塊化設計方法

將描述設計任務的功能化產品結構分為四層，(1)產品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應用的結構化特征目錄，對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產品開發早期和設計初期使用的工具軟件STRAT。 認為專用機械中多數功能可以采用已有的產品解，而具有新型解的專用功能只是少數，因此，在專用機械設計中采用功能化的產品結構，對于評價專用機械的設計、制造風險十分有利。

提倡在產品功能分析的基礎上，將產品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結構，通過選擇和組合這些模塊化基本結構組建成不同的產品。這些基本結構可以是零件、部件，甚至是一個系統。理想的模塊化基本結構應該具有標準化的接口(聯接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結合軟件構件技術和CAD技術，將變形設計與組合設計相結合，根據分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術將它們組合成不同品種、不同規格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

以設計為目錄作為選擇變異機械結構的工具，提出將設計的解元素進行完整的、結構化的編排，形成解集設計目錄。并在解集設計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設計工程師選擇解元素。根據機械零部件的聯接特征，將其歸納成四種類型：①元件間直接定位，并具有自調整性的部件;②結構上具有共性的組合件;③具有嵌套式結構及嵌套式元件的聯接;④具有模塊化結構和模塊化元件的聯接。并采用準符號表示典型元件和元件間的連接規則，由此實現元件間聯接的算法化和概念的可視化。在進行機械系統的方案設計中，用“功能建立”模塊對功能進行分解，并規定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機構型式的一一對應?！敖Y構建立”模塊則作為功能解的選擇對象以便于實現映射算法。

2.3 基于產品特征知識的設計方法

基于產品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產品的特征及其設計領域專家的知識和經驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現計算機輔助產品的方案設計。機械系統的方案設計主要是依據產品所具有的特征，以及設計領域專家的知識和經驗進行推量和決策，完成機構的型、數綜合。欲實現這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協調、管理和使用。為此，國內外設計學者針對機械系統方案設計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。

2.3.1 編碼法

根據“運動轉換”功能(簡稱功能元)將機構進行分類，并利用代碼描述功能元和機構類別，由此建立起“機構系統方案設計專家系統”知識庫。在此基礎上，將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結合，建立了該“專家系統”的推理機制，并用于四工位專用機床的方案設計中。

2.3.2 知識的混合型表達法

針對復雜機械系統的方案設計，采用混合型的知識表達方式描述設計中的各類知識尤為適合。在研制復雜產品方案設計智能決策支持系統DMDSS中，將規則、框架、過程和神經網絡等知識表示方法有機地結合在一起，以適應設計中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達方法(規則、框架和過程)，按面向對象的編程原則，用框架的槽表示對象的屬性，用規則表示對象的動態特征，用過程表示知識的處理，組成一種混合型的知識表達型式，并成功地研制出“面向對象的數控龍門銑床變速箱方案設計智能系統GBCDIS”和“變速箱結構設計專家系統GBSDES”。

2.3.3 利用基于知識的開發工具

在聯軸器的CAD系統中，利用基于知識的開發工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向對象的方法，創建了面向對象的設計方法數據庫，為設計者進行聯軸器的方案設計和結構設計提供了廣泛且可靠的設計方法譜。則利用NEXPERT描述直線導軌設計中需要基于知識進行設計的內容，由此尋求出基于知識的解，并開發出直線導軌設計專家系統。

2.3.4 設計目錄法

構造了“功能模塊”、“功能元解”和“機構組”三級遞進式設計目錄，并將這三級遞進式設計目錄作為機械傳動原理方案智能設計系統的知識庫和開發設計的輔助工具。

2.3.5 基于實例的方法

在研制設計型專家系統的知識庫中，采用基本謂詞描述設計要求、設計條件和選取的方案，用框架結構描述“工程實例”和各種“概念實體”，通過基于實例的推理技術產生候選解來配匹產品的設計要求。

篇10

為了培養高水平應用型人才，對機械設計課程體系從教學方法、實踐教學、課程設計、師資隊伍建設等方面進行了改革和探索。教學成果表明，這種教學模式不僅能夠培養學生的創新能力和提高應用能力，而且也提高了教師的教學水平。

關鍵詞：

機械設計；教學方法；教學手段；雙能型教師

《機械設計》是機械類專業非常重要的專業基礎課,是機械類學生學習必不可少的重要教學環節之一。該課程主要是培養學生具有綜合機械設計的能力，對我校在應用性和創新性人才培養方面起著非常重要的作用，尤其是對培養學生的創新能力起著決定性作用，同時該課程又是從理論課程與工程實際相結合的設計性課程。該課程的理論性較強，知識面廣，學生普遍反映該課程難學，知識點分散，理解起來困難，聽不懂學不會[1]。在實踐教學過程中缺乏創新設計，不能培養學生的創新意識，使學生失去了學習興趣，導致不能很好的培養學生的創新能力。在教學過程中,怎樣提激發生的學習興趣、提高學生學習的主動性,培養學生的創新能力,提高課堂聽課效率，培養出應用型創新性人才,是《機械設計》課程教學過程中必須思考的問題[2]。為了解決上述問題，適應學校應用型本科人才的培養目標，針對教學中出現的各種問題，在教學方法、實踐教學、課程設計、師資隊伍建設等方面進行了改革探究。

1多種教學手段靈活應用，重點培養學生學習的能動性

《機械設計》課程是實踐性和理論性相結合的一門綜合性課程，教學過程中涉及到許多的機械傳動過程、機器的工作原理、機械零件結構分析等相關內容，在講授的過程中，教師很難僅靠粉筆和語言講授清楚，例如吃齒輪傳動，軸的結構設計，尤其是一些想象力差的同學，根本就無法理解其工作原理。同時在教學過程中基本沒有實物圖，大部分學生都是初次接觸機械類專業知識，對課程了解不深，缺乏感性認識，因而即使教師備課充分，授課十分認真，仍然有很多學生聽不懂，感覺這門課程很難，久而久之就對這門課失去了學習興趣，最終導致學生產生厭學的狀況。因此，我們教師在每堂課的教學過程中要多種教學手段和教學方法方法靈活并用，引起學生的興趣。

（1）多媒體教學可使教學直觀、形象、生動，傳遞的信息量大，對于動畫易引起學生的興趣，更容易于被學生接受，同時教學時可將工程應用的實例插入到多媒體中，使學生對所學知識有深刻的理解，同時學生對工程應用也有了解。但是教師在授課時不能將板書教學忽略，應將板書教學模式和多媒體教學相結合,授課時靈活應用。一方面能夠增強教學的直觀性,提高學生的自主學習能動性,增強學生的創新意識;另一方面又可以充分發揮板書的過程性強、靈活方便、與學生互動性效果好等優點[3,4]。不僅提高了學生課堂聽課效率,而且也提高教師的教學水平。

（2）教師要合理的利用視頻教學，對于某些加工工藝及機器的工作原理，我們在備課時就需要準備相關的視頻，例如軸系結構設計、聯軸器和離合器等章節的內容安排相關的視頻，通過播放視頻與教師的講解，學生能夠深入了解其加工生產過程，聽過視頻播放能加深印象，容易引起學生的興趣。對于某些章節內容也可以采用翻轉課堂教學[5]，這種教學手段不僅可以使學生養成獨立思考的習慣，又能鍛煉學生查資料的能力，通過查資料能夠擴展學生自己的視野，便于學生對前沿信息知識的了解和掌握，增強學生對自己專業的熱愛，為學生將來繼續深造奠定基礎。此外，慕課也是教師授課的重要教學手段，對于重要的章節，教師可以采用慕課的形式來激發學生的興趣，并且結合多媒體所呈現的及教師的重點講解，使學生對重點難點有深入的了解并達到掌握。同時教師可以將慕課視頻拷貝給學生，讓學生在課下也可以自己獨立的學習。教師需要結合教學的內容與知識點的難易程度合理的利用并結合多種教學手段，使學生對《機械設計》產生興趣，提高教學效率。

（3）教學過程中適當的將分析軟件與教學相結合，在《機械設計》教材中有很多的傳動裝置，比如帶傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動?？梢岳萌S建模軟件UG建立這些傳動機構的模型，然后運用ADAMS或ABAQUS軟件模擬運動學仿真分析和有限元仿真分析。或者直接利用仿真軟件建立相關模型，施加約束和邊界條件，進行仿真分析，最終查看各個部分的速度、位移和曲線，或者應力應變、變形云圖。通過建模仿真分析的過程，學生可以加強對課本講的知識點的進一步理解，同時讓學生學習仿真軟件的應用。

（4）習題講解是《機械設計》教學過程中必不可缺少重要的環節之一?！稒C械設計》課程課后習題的難度較大，篇幅長，涉及其他學科的知識點多，例如高等數學、機械原理、材料力學，理論力學等，其題目分析計算難度大，如果學生僅僅依靠上課的時間聽課，很難把作業完成的很好，也很難掌握重點和難點知識。因而，在一些重點難點知識點講解結束后，進行相關的習題講解。主要講解講解課本中的經典例題和難度較大的作業題，同時也安排講解經典考研習題［6］，使學生深入理解教材中的知識點。

2加強實踐教學和課程設計教學，培養學生的創新意識

《機械設計》課程設計是每個機械類學生必須要做的任務，在課程設計之前，教師通過選擇有生產背景的實踐課題為依據，給出需要設計的題目，并給出學生相關的提示，并列出需要查詢的才能考書及相關的參考文獻，鼓勵學生自己動手去查資料，重點培養學生對材料及數據的整理能力。每一個題目由3個學生來完成，3個學生一起探討原理方案設計、傳動方案設計、執行機構設計，最終確定設計方案，然后老師給每個學生不同的設計參數，學生再進行強度分析計算，根據學生自己所計算的數據，進行手工繪制運動方案圖、零件圖和總體裝配圖，鍛煉手工繪圖能力，同時要求學生的設計圖紙必須用CAD軟件繪制相關的圖紙，然后在使用CAD軟件進行電腦繪圖，最終完成該產品的設計。通過這樣的設計過程，使學生對設計有了更深刻的認識，同時可以把CAD知識加以鞏固，提高CAD畫圖能力。完成設計內容之后，鼓勵學生采用相關分析軟件，對所設計的零部件建立模型進行優化設計，例如采用ANSYS有限元軟件、ADAMS等軟件建立模型。通過查看各個部分的仿真結果，然后合理修改設計參數進行優化設計。這不僅增強了學生對學習機械設計的興趣，而且使學生的自身能力和創新意識得到全面的提高。學?；蛘邔W院出資舉辦一些機械類比賽，例如車輛技能大賽、機械產品設計大賽、大學生創新大賽、機械制圖大賽等。鼓勵學生積極參加這些競賽，主要是為了提高學生的自己動手能力和創新能力。學生都會的精心準備競賽的內容，設計出自己的產品。完成設計之后，學院會組織老師對所有參賽的的作品進行評比驗收，同時還需要進行參賽組進行答辯，講解自己所設計的作品的設計思路及功能，最后由老師評出優秀的作品，參加省級、國家級的大型比賽。如筆者鼓勵學生參加大學生創新課題，學生自己查資料，然后寫申請書，找到創新點，最后由學院學校的專家及外校專家進行審批，通過審批后，學生自己用三維軟件進行畫圖設計。學生通過這種競賽的形式，可以把所學的理論知識與實踐結合起來，增強學生創新意識和提高解決實際問題的能力。

3建立雙能型教師隊伍

在地方性、應用型高水平大學建設的過程中，培養雙能型教師至關重要，要求教師具有扎實的理論教學素質，也要有豐富的實踐教學素質。應用型大學主要以培養服務于地方經濟發展的人才為目標?！稒C械設計》課程的雙能型教師要求教師必須具備相關的機械類理論知識，同時具有實踐的經驗，這就要求青年教師利用假期去企業實踐鍛煉，學習企業的技術[7]，管理模式，及機器的工作原理及設計思路，提高教師的實踐能力，擴展教師的知識面，還可以對典型機械產品拍照，為以后的教學提供工程實例。積極鼓勵教師帶領學生參加各種競賽和課題，可以培養學生的創新意識，同時也可以增強教師的實踐能力和科研水平。同時學?？梢越M織講課比賽，通過講課比賽，來提高教師的講課技能，將實踐和理論結合起來培養出雙能型教師。

4結束語

為了建設地方性、應用型、高水平大學，近幾年以來講課教師在教學方法、實踐教學、課程設計、教師隊伍建設等多個方面不斷的進行了探索與研究。將機械設計的理論教學與實踐結合起來，讓學生了解整個產品的設計過程，培養學生的創新思維。教師通過自身理論知識的學習和外出鍛煉不斷提高教師水平，以達到雙能型教師的要求，從而達到教學相長的目的。

作者：曹波 高尚 姚智華 陳洪軍 陳豐 單位：安徽科技學院

參考文獻：

[1]姚智華,易勇,陳豐,等.《機械原理》課程教學改革與實踐[J].安徽科技學院學報,2013,27(5):74-76.

[2]師素娟.《機械設計》課程教學方法改革與探索[J].華北水利水電學報，2006,22(1):55-57.

[3]田靜云,張國海,賈吉林,等.機械設計課程的教學改革與建設[J].中國科技信息,2009(9):252-253.

[4]師素娟《機械設計》課程教學方法改革與探索[J].華北水利水電學報，2006,22(1):55-57

[5]李聚波,賈新杰,邱明.《機械優化設計》課程教學研究與實踐[J].機械管理開發,2009,24(2):148-149.