機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計

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機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計范文第1篇

關(guān)鍵詞：機(jī)械；產(chǎn)品；方案設(shè)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(xiàn)標(biāo)識碼：文章編號:

1 系統(tǒng)化設(shè)計方法

系統(tǒng)化設(shè)計方法的主要特點是：將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。

我國許多設(shè)計學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計時還借鑒和引用了其他發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)化設(shè)計思想，其中具有代表性的是：①將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件設(shè)計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。②將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計過程劃分成功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。③將機(jī)械設(shè)計中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個基本問題：一是把要設(shè)計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分(單元)及其相互關(guān)系;二是將產(chǎn)品設(shè)計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計中各個方面的工作和各個不同的設(shè)計階段。

1.1設(shè)計元素法

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

1.2 圖形建模法

研制的“設(shè)計分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。

1.3 “構(gòu)思”―“設(shè)計”法

將產(chǎn)品的方案設(shè)計分成“構(gòu)思”和“設(shè)計”兩個階段。“構(gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解。“設(shè)計”階段的工作則是具體實現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。

將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖。方案的“設(shè)計”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。

1.4 矩陣設(shè)計法

在方案設(shè)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(guān)系，得到滿足要求的功能設(shè)計解集，形成不同的設(shè)計方案。再根據(jù)“要求―功能”邏輯樹建立“要求―功能”關(guān)聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復(fù)雜關(guān)系，表示出要求與功能間一一對應(yīng)的關(guān)系。將矩陣作為機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計的基礎(chǔ)，把機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計空間分解為功能子空間，每個子空間只表示方案設(shè)計的一個模塊，在抽象階段的高層，每個設(shè)計模塊用運動轉(zhuǎn)換矩陣和一個可進(jìn)行操作的約束矢量表示;在抽象階段的低層，每個設(shè)計模塊被表示為參數(shù)矩陣和一個運動方程。

1.5 鍵合圖法

將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設(shè)計方案的方法。

2 結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法

將描述設(shè)計任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層，(1)產(chǎn)品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計初期使用的工具軟件STRAT。 認(rèn)為專用機(jī)械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)，因此，在專用機(jī)械設(shè)計中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對于評價專用機(jī)械的設(shè)計、制造風(fēng)險十分有利。

提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計與組合設(shè)計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)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(shè)計為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計目錄。并在解集設(shè)計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設(shè)計工程師選擇解元素。根據(jù)機(jī)械零部件的聯(lián)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(diào)整性的部件;②結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件;③具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的聯(lián)接;④具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化元件的聯(lián)接。并采用準(zhǔn)符號表示典型元件和元件間的連接規(guī)則，由此實現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計中，用“功能建立”模塊對功能進(jìn)行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“粒化”程度是功能與機(jī)構(gòu)型式的一一對應(yīng)。“結(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對象以便于實現(xiàn)映射算法。

2.3 基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法

基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點是：用計算機(jī)能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應(yīng)的知識庫及推理機(jī)，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機(jī)制實現(xiàn)計算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機(jī)輔助設(shè)計，必須研究知識的自動獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者針對機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)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(jù)“運動轉(zhuǎn)換”功能(簡稱功能元)將機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類，并利用代碼描述功能元和機(jī)構(gòu)類別，由此建立起“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計專家系統(tǒng)”知識庫。在此基礎(chǔ)上，將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結(jié)合，建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機(jī)制，并用于四工位專用機(jī)床的方案設(shè)計中。

2.3.2 知識的混合型表達(dá)法

針對復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計，采用混合型的知識表達(dá)方式描述設(shè)計中的各類知識尤為適合。在研制復(fù)雜產(chǎn)品方案設(shè)計智能決策支持系統(tǒng)DMDSS中，將規(guī)則、框架、過程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等知識表示方法有機(jī)地結(jié)合在一起，以適應(yīng)設(shè)計中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達(dá)方法(規(guī)則、框架和過程)，按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，用框架的槽表示對象的屬性，用規(guī)則表示對象的動態(tài)特征，用過程表示知識的處理，組成一種混合型的知識表達(dá)型式，并成功地研制出“面向?qū)ο蟮臄?shù)控龍門銑床變速箱方案設(shè)計智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)GBSDES”。

2.3.3 利用基于知識的開發(fā)工具

在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中，利用基于知識的開發(fā)工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向?qū)ο蟮姆椒ǎ瑒?chuàng)建了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法數(shù)據(jù)庫，為設(shè)計者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了廣泛且可靠的設(shè)計方法譜。則利用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計中需要基于知識進(jìn)行設(shè)計的內(nèi)容，由此尋求出基于知識的解，并開發(fā)出直線導(dǎo)軌設(shè)計專家系統(tǒng)。

2.3.4 設(shè)計目錄法

構(gòu)造了“功能模塊”、“功能元解”和“機(jī)構(gòu)組”三級遞進(jìn)式設(shè)計目錄，并將這三級遞進(jìn)式設(shè)計目錄作為機(jī)械傳動原理方案智能設(shè)計系統(tǒng)的知識庫和開發(fā)設(shè)計的輔助工具。

2.3.5 基于實例的方法

在研制設(shè)計型專家系統(tǒng)的知識庫中，采用基本謂詞描述設(shè)計要求、設(shè)計條件和選取的方案，用框架結(jié)構(gòu)描述“工程實例”和各種“概念實體”，通過基于實例的推理技術(shù)產(chǎn)生候選解來配匹產(chǎn)品的設(shè)計要求。

機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計范文第2篇

機(jī)械產(chǎn)品的總體設(shè)計對于產(chǎn)品從設(shè)計、制造到使用階段都有著至關(guān)重要的影響，都關(guān)系著機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、性能和安全可靠性。在這個階段產(chǎn)生的設(shè)計問題其影響是巨大的，是難以通過后續(xù)工作來彌補(bǔ)的。同樣，這一階段的設(shè)計也是創(chuàng)意設(shè)計的階段，也是提高產(chǎn)品市場競爭力的階段，如果設(shè)計人員能夠打開思維，開啟智慧，剔除繁瑣技術(shù)上的約束，那么將會設(shè)計出具有強(qiáng)大市場競爭力的產(chǎn)品。本文從機(jī)械產(chǎn)品總體設(shè)計的一般過程出發(fā)，分析了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的原則，并且結(jié)合當(dāng)前市場經(jīng)濟(jì)對產(chǎn)品總體設(shè)計的要求，將經(jīng)濟(jì)性、創(chuàng)新性和技術(shù)性貫穿于整個設(shè)計的始終。試圖通過本文的分析為當(dāng)前機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域的研究提供一定的理論借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品；設(shè)計；研究；發(fā)展趨勢

引 言

改革開放以來，我國的機(jī)械設(shè)計已經(jīng)不再是過去的單純提高生產(chǎn)力水平，提供工業(yè)機(jī)械，以及致力于工業(yè)化建設(shè)而發(fā)展了，而是將大量的機(jī)械產(chǎn)品投入市場，創(chuàng)造利潤，機(jī)械設(shè)計正式進(jìn)入了市場競爭的時代。目前，機(jī)械企業(yè)面臨的是來自于全球的競爭，所以產(chǎn)品設(shè)計的競爭能力、產(chǎn)品設(shè)計的周期、設(shè)計成本以及產(chǎn)品的質(zhì)量、舒適度和售后服務(wù)都至關(guān)重要。總體設(shè)計階段在產(chǎn)品具體設(shè)計、生產(chǎn)制造和銷售以及維護(hù)的前期，對于產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程有著重大的影響。這個階段是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的一個重要部分，也是最為關(guān)鍵的階段，設(shè)計質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定了產(chǎn)品的性能、成本及其在市場上的競爭力和企業(yè)的效益。

1、系統(tǒng)化設(shè)計方法

系統(tǒng)化設(shè)計方法的主要特點是：將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。

制定的機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計進(jìn)程模式，基本上沿用了德國標(biāo)準(zhǔn)VDI2221的設(shè)計方式。除此之外，我國許多設(shè)計學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計時還借鑒和引用了其他發(fā)達(dá)國家的系統(tǒng)化設(shè)計思想，其中具有代表性的是：

（1）將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件設(shè)計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。

（2）將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計過程劃分成功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

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

由于每個設(shè)計者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點不同，進(jìn)行方案設(shè)計時采用的具體研究方法亦存在差異。

2、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法

從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計任務(wù)時以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，引用已有的產(chǎn)品解（如通用零件部件等）描述設(shè)計任務(wù)，即分解任務(wù)時就考慮每個分任務(wù)是否存在對應(yīng)的產(chǎn)品解，這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計任務(wù)中可能存在的矛盾，早期預(yù)測生產(chǎn)能力、費用，以及開發(fā)設(shè)計過程中計劃的可調(diào)整性，由此提高設(shè)計效率和設(shè)計的可靠性，同時也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層，（1）產(chǎn)品（2）功能組成（3）主要功能組件（4）功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計初期使用的工具軟件STRAT。

認(rèn)為專用機(jī)械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)，因此，在專用機(jī)械設(shè)計中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對于評價專用機(jī)械的設(shè)計、制造風(fēng) 險十分有利。

提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口（聯(lián)接和配合部），并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計與組合設(shè)計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)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。

3、基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法

基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點是：用計算機(jī)能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應(yīng)的知識庫及推理機(jī)，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機(jī)制實現(xiàn)計算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。

機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機(jī)輔助設(shè)計，必須研究知識的自動獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者針對機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)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(jù)“運動轉(zhuǎn)換”功能（簡稱功能元）將機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類，并利用代碼描述功能元和機(jī)構(gòu)類別，由此建立起“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)方案設(shè)計專家系統(tǒng)”知識庫。在此基礎(chǔ)上，將二元邏輯推理與模糊綜合評判原理相結(jié)合，建立了該“專家系統(tǒng)”的推理機(jī)制，并用于四工位專用機(jī)床的方案設(shè)計中。

3.2 知識的混合型表達(dá)法

針對復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計，采用混合型的知識表達(dá)方式描述設(shè)計中的各類知識尤為適合，這一點已得到我國許多設(shè)計學(xué)者的共識。

在研制復(fù)雜產(chǎn)品方案設(shè)計智能決策支持系統(tǒng)DMDSS中，將規(guī)則、框架、過程和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等知識表示方法有機(jī)地結(jié)合在一起，以適應(yīng)設(shè)計中不同類型知識的描述。將多種單一的知識表達(dá)方法（規(guī)則、框架和過程），按面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，用框架的槽表示對象的屬性，用規(guī)則表示對象的動態(tài)特征，用過程表示知識的處理，組成一種混合型的知識表達(dá)型式，并成功地研制出“面向?qū)ο蟮臄?shù)控龍門銑床變速箱方案設(shè)計智能系統(tǒng)GBCDIS”和“變速箱結(jié)構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)GBSDES”。

3.3 利用基于知識的開發(fā)工具

在聯(lián)軸器的CAD系統(tǒng)中，利用基于知識的開發(fā)工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向?qū)ο蟮姆椒ǎ瑒?chuàng)建了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法數(shù)據(jù)庫，為設(shè)計者進(jìn)行聯(lián)軸器的方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了廣泛且可靠的設(shè)計方法譜。則利用NEXPERT描述直線導(dǎo)軌設(shè)計中需要基于知識進(jìn)行設(shè)計的內(nèi)容，由此尋求出基于知識的解，并開發(fā)出直線導(dǎo)軌設(shè)計專家系統(tǒng)。

4、各類設(shè)計方法評述及發(fā)展趨勢

綜上所述，系統(tǒng)化設(shè)計方法將設(shè)計任務(wù)由抽象到具體（由設(shè)計的任務(wù)要求到實現(xiàn)該任務(wù)的方案或結(jié)構(gòu)）進(jìn)行層次劃分，擬定出每一層欲實現(xiàn)的目標(biāo)和方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機(jī)地聯(lián)系在一起，使整個設(shè)計過程系統(tǒng)化，使設(shè)計有規(guī)律可循，有方法可依，易于設(shè)計過程的計算機(jī)輔助實現(xiàn)。

機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計通常無法采用純數(shù)學(xué)演算的方法進(jìn)行，也難以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行完整的描述，而需根據(jù)產(chǎn)品特征進(jìn)行形式化的描述，借助于設(shè)計專家的知識和經(jīng)驗進(jìn)行推理和決策。因此，欲實現(xiàn)計算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計，必須解決計算機(jī)存儲和運用產(chǎn)品設(shè)計知識和專家設(shè)計決策等有關(guān)方面的問題，由此形成基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法。

機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計正朝著計算機(jī)輔助實現(xiàn)、智能化設(shè)計和滿足異地協(xié)同設(shè)計制造需求的方向邁進(jìn)，由于產(chǎn)品方案設(shè)計計算機(jī)實現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè)計工具軟件。作者認(rèn)為，綜合運用文中四種類型設(shè)計方法是達(dá)到這一目標(biāo)有效途徑。雖然這些方法的綜合運用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機(jī)械設(shè)計的領(lǐng)域知識有關(guān)，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計算機(jī)軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計必須努力的方向。國外在這方面的研究已初見成效，我國設(shè)計學(xué)者也已意識到CAD技術(shù)與國際交流合作的重要性，及其應(yīng)當(dāng)采取的措施。

參考文獻(xiàn)

機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計范文第3篇

關(guān)鍵詞機(jī)械人;機(jī)械系統(tǒng);并行設(shè)計

1.前言

對于機(jī)械人而言，柔性設(shè)計個剛性設(shè)計都是在設(shè)計過程中的重點，因此是整個機(jī)電一體化產(chǎn)品中不可缺少的一部分，同時作為機(jī)械學(xué)科和電子學(xué)科的交叉學(xué)科在整個設(shè)計過程中有著復(fù)雜化的特點。

2.機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計特點

機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)一般包括機(jī)身、行走系統(tǒng)、操作臂、末端執(zhí)行器及周邊設(shè)備，這是機(jī)器人的重要組成部分，是機(jī)器人系統(tǒng)在工作中實現(xiàn)機(jī)器人各種功能運動和操作任務(wù)的被控對象。它與機(jī)器人控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)等構(gòu)成一個緊密聯(lián)系的整體。機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的性能優(yōu)劣直接影響到機(jī)器人計算機(jī)控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、感知系統(tǒng)及其相關(guān)軟、硬件的復(fù)雜程度。另一方面，就其機(jī)械系統(tǒng)本身而言，由于機(jī)器人要求具有高度的能動性和靈活性，能在復(fù)雜條件下滿足各種各樣的工作要求和作業(yè)任務(wù)，而這些是傳統(tǒng)機(jī)械裝置不能達(dá)到的。因此，機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計和傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計有著本質(zhì)的差別。其機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計具有如下特點：

（1）復(fù)雜性機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)總的來看是相當(dāng)于一系列懸臂桿件通過關(guān)節(jié)串連起來的開式鏈。但由于誤差和變形的累積，使得在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一方面要保證開鏈結(jié)構(gòu)的能動性和靈活性，另一方面又要處理這種結(jié)構(gòu)帶來的運動傳遞、誤差補(bǔ)償和消除等問題，使機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計變得較為復(fù)雜。

（2）依賴性由于機(jī)械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)等構(gòu)成機(jī)器人的一個緊密體，因此機(jī)械系統(tǒng)的總體方案、結(jié)構(gòu)方案依賴于控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)的方式、方法及手段的確立。

（3）協(xié)調(diào)性機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的形式、實現(xiàn)手段等將直接影響到控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及復(fù)雜程度，以及其它系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)、安裝、調(diào)控等，因此，機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計必須與其它系統(tǒng)進(jìn)行不斷的協(xié)調(diào)才能進(jìn)行。

3.常見的機(jī)械并行模式

3.1機(jī)器人設(shè)計的一般模式

機(jī)器人的設(shè)計主要分為3個過程：一是概念設(shè)計，即根據(jù)定義的任務(wù)來確定機(jī)器人的執(zhí)行要求，包括負(fù)荷、操作對象、精度、速度等，并進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計;二是初步設(shè)計，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析、傳感器與控制策略的確定、伺服系統(tǒng)設(shè)計與模塊化;三是詳細(xì)設(shè)計，包括詳細(xì)機(jī)械設(shè)計、詳細(xì)電子設(shè)計和系統(tǒng)綜合。

對每一過程的評價若不通過，則都將返回到該過程的初始點或上一過程中去再設(shè)計。這種自上而下的串行設(shè)計方式不利于機(jī)器人系統(tǒng)的整體優(yōu)化，同時將使設(shè)計過程變得漫長。

3.2機(jī)械系統(tǒng)并行設(shè)計的模式

所謂并行設(shè)計就是指在產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計階段即考慮產(chǎn)品生命周期中工藝規(guī)劃、制造、裝配、測試、維護(hù)等其它環(huán)節(jié)的影響，通過各環(huán)節(jié)的并行集成，以縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間，提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本。

對于機(jī)電一體化產(chǎn)品的機(jī)器人來說，其本身就是機(jī)械、控制、電子和計算機(jī)等高技術(shù)的集成，因此，機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計需要機(jī)械運動與傳動、控制理論與方法、電子電氣和計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等學(xué)科相互交叉和滲透的技術(shù)支持。針對機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計要求和特點，運用并行設(shè)計的思想。

3.3模式分析

機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)的并行設(shè)計模式主要由方案設(shè)計、領(lǐng)域技術(shù)分析、綜合與評價以及機(jī)械系統(tǒng)具體設(shè)計等部分構(gòu)成。不難看出，方案設(shè)計與領(lǐng)域技術(shù)分析對應(yīng)于一般意義上的機(jī)械設(shè)計的概念設(shè)計過程，綜合評價與系統(tǒng)設(shè)計對應(yīng)于具體設(shè)計過程。由于機(jī)器人的運動和傳動方案設(shè)計涉及到機(jī)器人的機(jī)構(gòu)、軌跡規(guī)劃、誤差的檢測辨識與軟硬件補(bǔ)償技術(shù)、動力學(xué)參數(shù)辨識、振動與防治、關(guān)節(jié)柔性等方面的內(nèi)容，因此需要機(jī)構(gòu)運動、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)（包括傳感、檢測）、電子系統(tǒng)和制造工藝及裝配等方面的技術(shù)支撐，同時，機(jī)器人的運動與傳動形式也一定程度上決定了上述支撐技術(shù)系統(tǒng)的方式和方法。所以，運動方案和傳動裝置方案的設(shè)計與各支撐系統(tǒng)的分析設(shè)計是一種并行設(shè)計的協(xié)作關(guān)系。這樣才能達(dá)到機(jī)械系統(tǒng)方案與其它系統(tǒng)方案的協(xié)調(diào)、有效、可靠與快捷設(shè)計的實現(xiàn)。系統(tǒng)的綜合是對機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)各組成部分的總體協(xié)調(diào)，同時對設(shè)計方案進(jìn)行評價。它力求避免方案中各支撐技術(shù)方案的沖突，引導(dǎo)并處理各支撐技術(shù)方案的完善統(tǒng)一，并對機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計方案組織具體實施。

4.兩輪移動式倒立擺機(jī)器人的運動模型

二級倒立擺系統(tǒng)是一個快速響應(yīng)系統(tǒng)，要求執(zhí)行器能根據(jù)控制量變化快速做出動作系統(tǒng)主要由車輪車廂擺桿防震輪組成，2個車輪的軸線在同一直線上，分別由2臺直流力矩電機(jī)直接驅(qū)動，在車廂的內(nèi)部安裝有蓄電池左右直流力矩電機(jī)編碼器傾角傳感器陀螺儀無線傳輸模塊等，控制小車的自平衡，測量左右車輪的旋轉(zhuǎn)角度。系統(tǒng)采用的傳感器包括傾角傳感器陀螺儀編碼器，通過它們可以測量和計算出小車的狀態(tài)參數(shù)，其中，車體傾角速度分別由傾角傳感器陀螺儀直接測量，左右車輪旋轉(zhuǎn)角度可由編碼器測量，通過微分可以計算左右車輪的角速度，進(jìn)而推算出左右車輪的行駛速度，車體的前進(jìn)速度，小車在地面的旋轉(zhuǎn)角速度。

輪式機(jī)器人因其具有良好的移動性能一直備受關(guān)注，國內(nèi)外許多學(xué)者從理論方面研究了它的運動規(guī)劃軌跡跟蹤控制方法，并取得了很多成果。

兩輪式機(jī)器人，同時也是一個倒立擺系統(tǒng)，對它的運動進(jìn)行控制時需要保持系統(tǒng)的平衡狀態(tài)機(jī)器人跟蹤目標(biāo)，首先要由視覺部分作為機(jī)器人的眼睛，完成識別目標(biāo)的位置速度方向等信息的任務(wù)，這些信息是做出正確決策的基礎(chǔ)視覺系統(tǒng)需要圖像采集設(shè)備，包括攝像頭和采集卡等兩輪式移動倒立擺機(jī)器人還沒有裝備視覺系統(tǒng)，為了檢測倒立擺機(jī)器人跟蹤能力，模擬了一個虛擬的跟蹤目標(biāo)，PC機(jī)通過無線模塊不斷將目標(biāo)位置發(fā)送給機(jī)器人，供機(jī)器人決策倒立擺機(jī)器人的位置可以通過自身的傳感器獲取。

5.結(jié)束語

綜上所述，在進(jìn)行機(jī)械并行系統(tǒng)的設(shè)計過程中要根據(jù)設(shè)計的需求進(jìn)行針對性的設(shè)計，防止，由于設(shè)計過程中的背不當(dāng)導(dǎo)致了后期機(jī)械人在施工過程中帶來的諸多問題，發(fā)揮設(shè)計者的作用。

參考文獻(xiàn)：

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機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計范文第4篇

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計；軸系結(jié)構(gòu)；功能元

中圖分類號：TH133 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）15-0024-02

軸系的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計和機(jī)器的整體質(zhì)量息息相關(guān)，一旦發(fā)生軸失效，將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。軸系的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計和一般零部件的設(shè)計存在很大的差異，不僅包括強(qiáng)度設(shè)計，還包括結(jié)構(gòu)設(shè)計。

1 基于功能元的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計分析

機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計內(nèi)容主要包括下列三個部分：功能抽象化、功能分解、功能結(jié)構(gòu)圖設(shè)計。機(jī)器可被視作一個大系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，各種零件按照某種關(guān)系組合在一起，以滿足客戶的特定需求，其基本功能要素如下：（1）軸承集——支撐功能的功能元；（2）齒輪副集——傳遞運動的功能元；（3）螺栓集——緊固功能元。在每一類功能元中，又可根據(jù)功能特性的差異而做進(jìn)一步的細(xì)分。以圖1所示的單級減速器為例，扭矩通過軸、鍵、齒輪、軸承、軸承座進(jìn)行傳遞，力的傳遞過程可以用圖2表示。

2 軸系主要功能元的特征屬性分析

2.1 軸的屬性

軸發(fā)揮著支撐以及傳遞轉(zhuǎn)矩的功能，其決定性能的因素主要有兩個：一是剛度，二是強(qiáng)度。在軸的設(shè)計過程中，不僅要以工作能力準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，而且要兼顧如下要求：（1）軸向定位方法的運用；（2）周向固定軸上的各類零件，使其符合轉(zhuǎn)矩傳遞的要求；（3）軸和其他部分存在相對滑動的表面要具有良好的耐磨性；（4）符合實際工藝生產(chǎn)要求。

2.2 傳動類結(jié)構(gòu)功能元

兩軸間的運動通常依靠齒輪傳動來完成。齒輪傳動不僅效率高，而且持續(xù)穩(wěn)定，因而具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。齒輪副有以下分類：（1）平面齒輪——直齒/斜齒圓柱齒輪傳動；（2）空間齒輪——傳遞相交軸/交錯軸運動。結(jié)合齒輪的特點及使用條件，采用功能元劃分的方法將齒輪副的十大特征總結(jié)如下：（1）傳動比；（2）傳動平穩(wěn)性；（3）傳動效率；（4）耐磨性；（5）結(jié)構(gòu)緊湊性；（6）軸向力；（7）承載能力；（8）轉(zhuǎn)速要求；（9）兩軸線方向；（10）制造成本。

2.3 支撐類結(jié)構(gòu)功能元

在機(jī)器中，軸承裝置是一種應(yīng)用廣泛且相當(dāng)關(guān)鍵的部件，其設(shè)計質(zhì)量關(guān)系著機(jī)器是否能夠正常運轉(zhuǎn)。軸承裝置的設(shè)計涉及多種知識與技術(shù)，表現(xiàn)出了一定的復(fù)雜性和靈活性。設(shè)計師應(yīng)在充分滿足用戶需求的基礎(chǔ)上，對軸承的規(guī)格、型號、安裝等進(jìn)行科學(xué)確定。對于軸承裝置設(shè)計而言，建立知識庫是前提條件。以滾動軸承為例，可總結(jié)出十二個特征：（1）高速性能；（2）噪聲性能；（3）旋轉(zhuǎn)精度；（4）使用壽命；（5）剛性；（6）摩擦性能；（7）聯(lián)合載荷；（8）軸向載荷；（9）徑向載荷；（10）耐沖擊性；（11）徑向尺寸；（12）內(nèi)外圈可分離性。

3 軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 擬定軸上零件的裝配方案

擬定軸上零件的裝配方案，其重點在于確定軸上關(guān)鍵零件的裝配方向、順序以及彼此關(guān)系。它決定了軸的基本形式，是軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，擬定軸上零件裝配方案的過程中，通常需要設(shè)計多個不同方案，然后展開分析對比，確定最佳方案。

3.2 軸上零件的定位

軸上零件在受力條件下，有可能沿軸向或者周向發(fā)生位移，為避免這一問題，兩種特殊情況（有游動要求或者空轉(zhuǎn)要求）除外，其他軸上零件需要做好軸向和周向的有效定位，從而確保軸上零件工作位置的準(zhǔn)確性。

3.2.1 零件在軸上的軸向定位。零件在軸上的軸向定位通常依靠以下部件實現(xiàn)：軸肩、套筒、圓螺母、軸端擋圈、軸承蓋。至于定位方面，則需要根據(jù)軸向力的大小確定。除此之外，還需要考慮軸的制造難度、零件裝拆難度以及工作穩(wěn)定性等各類因素。

3.2.2 零件在軸上的周向定位。周向定位是為了避免零件和軸之間出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動。主要的周向定位零件包括以下幾種：鍵、花鍵、銷、緊定螺釘、過盈配合。其中緊定螺釘僅適用于傳力不大的部分。

3.3 各軸段直徑和長度的確定

當(dāng)零件定位方案與裝拆方案被確定之后，軸的基本形狀也便基本被確定了。各軸段直接取決于軸上載荷的大小，一般根據(jù)軸所承受的扭矩對軸直徑進(jìn)行初步估算。將初步估算的直徑視作軸段的最小直徑編，并根據(jù)零件裝配方案以及相關(guān)定位要求，對各段軸的直徑進(jìn)行逐一確定，同時注意以下四點：（1）對于那些存在配合要求的軸段，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)直徑；（2）便于裝拆，同時降低配合表面擦傷幾率，在配合軸段前一般采用相對較小的直徑；（3）確定各軸段長度時，主要依據(jù)軸上配合零件的有關(guān)參數(shù)，如毅孔長度、位置、軸承寬度以及軸承端蓋的厚度等；（4）應(yīng)盡量保證結(jié)構(gòu)的緊湊，還要兼顧零件裝配空間或者調(diào)整空間的留置問題。

3.4 提高軸強(qiáng)度的措施

軸上零件（包括結(jié)構(gòu)、工藝、安裝等各個因素）將會對軸的強(qiáng)度產(chǎn)生極大的影響。為了進(jìn)一步加強(qiáng)軸的承載力，同時減輕機(jī)器重量，減小軸尺寸，降低綜合制造成本，應(yīng)認(rèn)真研究以下四點：（1）做好軸上零件的科學(xué)布置，從而有效減小軸的載荷；（2）做好軸上零件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，從而有效減小軸的載荷；（3）做好軸結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，從而降低應(yīng)力集中的不利影響；（4）做好軸表面質(zhì)量的改進(jìn)，從而提高軸的抗疲勞強(qiáng)度。

4 軸系結(jié)構(gòu)方案設(shè)計實例

本文以鏈?zhǔn)竭\輸機(jī)為例，對基于結(jié)構(gòu)功能元的軸系結(jié)構(gòu)方案設(shè)計進(jìn)行說明。該鏈?zhǔn)竭\輸機(jī)的設(shè)計需求如下：（1）中等沖擊環(huán)境；（2）以電動機(jī)驅(qū)動；（3）功率為2.2kW；（4）轉(zhuǎn)速為640r/min；（5）鏈輪轉(zhuǎn)速為94r/min。通過相關(guān)分析與計算，得出其可使用的運動方案如表1

所示：

結(jié)合空間布局的實際需要以及各個裝配方案的反復(fù)對比，最后決定選擇方案1中給出的帶傳動方案。鏈傳動過程中將會受到一定強(qiáng)度的沖擊力，運動存在不均勻的問題，同時考慮到摩擦傳動在承載力方面相對有限，所以，選擇低速級。除此之外，還要綜合考慮電動機(jī)的各項參數(shù)，如功率、外形尺寸、滿載轉(zhuǎn)速以及最大轉(zhuǎn)矩等等，最終選擇齒輪嚙合的單級傳動，帶和齒輪的傳輸比分別是2和5，電動機(jī)軸轉(zhuǎn)速、高速軸轉(zhuǎn)速、低速軸轉(zhuǎn)速以及工作機(jī)軸轉(zhuǎn)速分別是940r/min、470r/min、94r/min、94r/min。

5 結(jié)語

本文結(jié)合了筆者多年的實踐工作經(jīng)驗，從理論的角度出發(fā)，對機(jī)械設(shè)計中軸系的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計進(jìn)行了深入的分析與研究。實踐證明，本文所給出的方法在實踐環(huán)節(jié)具有非常不錯的實用價值。隨著研究的進(jìn)一步深入，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在通用性方面還存在一定的不足，另外，系統(tǒng)的智能化方向?qū)⒊蔀槿蘸蠊ぷ鞯囊粋€重點。

參考文獻(xiàn)

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機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計范文第5篇

關(guān)鍵詞:機(jī)械工程;創(chuàng)新設(shè)計;教學(xué)改革

在現(xiàn)有國內(nèi)高職學(xué)校的機(jī)械專業(yè)中,很少有關(guān)于機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新的課程,致使很多從該專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生盡管具備相關(guān)的基礎(chǔ)知識卻難以從事創(chuàng)新的設(shè)計。在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天,中國要想由“制造大國”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皠?chuàng)造強(qiáng)國”,職業(yè)教育應(yīng)走在教育的前列。因此在《機(jī)械工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)中加強(qiáng)對學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng),是機(jī)械專業(yè)教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)。為了適應(yīng)形勢的發(fā)展,給學(xué)生創(chuàng)造良好的創(chuàng)新才能發(fā)揮環(huán)境,由教育部負(fù)責(zé)組織的全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽,以大賽為載體,在引導(dǎo)學(xué)生課外科技活動,促進(jìn)學(xué)生“教中學(xué)、學(xué)中做、做中學(xué)”方面起到了積極的推動作用。筆者結(jié)合教學(xué)與指導(dǎo)學(xué)生參加比賽經(jīng)驗,談?wù)勗凇稒C(jī)械工程基礎(chǔ)》教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

一、以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為主線設(shè)置課程內(nèi)容

眾所周知,一個產(chǎn)品的優(yōu)劣關(guān)鍵在于設(shè)計,而設(shè)計的本質(zhì)在于創(chuàng)新。但是,傳統(tǒng)《機(jī)械工程基礎(chǔ)》課程只注重向?qū)W生傳授基礎(chǔ)理論知識,而忽略了工程意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),致使許多學(xué)生學(xué)完了課程,仍然對機(jī)械沒有一個完整的認(rèn)識。因此教學(xué)課程的內(nèi)容設(shè)置要保證學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),必須把能力培養(yǎng)放在首位,以新的思維方式創(chuàng)造性地解決問題,提高未來職業(yè)變化的應(yīng)變能力。為此,我們對《機(jī)械工程基礎(chǔ)》課程進(jìn)行改革,新增機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)內(nèi)容,建立以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新設(shè)計能力為主的新體系。

按照高職機(jī)械類大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目標(biāo)以及歷次創(chuàng)新大賽的比賽要求,我們把課程分為理論授課和實踐操作兩部分。理論部分的內(nèi)容主要介紹機(jī)械學(xué)科發(fā)展的新方向、新內(nèi)容,講解創(chuàng)新設(shè)計的方法,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力,向?qū)W生提供創(chuàng)新思維方法,通過大量實際機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的示例分析,開闊學(xué)生的思路,拓寬學(xué)生的知識面和視野,激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望,調(diào)動學(xué)生的積極性,提高學(xué)生的獨立工作和解決實際問題的能力。為達(dá)到上述要求,新增機(jī)械創(chuàng)新課程的內(nèi)容包括:①機(jī)械創(chuàng)新方法與大學(xué)生創(chuàng)新能力體系結(jié)構(gòu);②創(chuàng)新產(chǎn)品的市場調(diào)研與開發(fā);③創(chuàng)新產(chǎn)品的方案設(shè)計;④CAD軟件在創(chuàng)新設(shè)計中的應(yīng)用;⑤機(jī)械產(chǎn)品機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的實現(xiàn);⑥創(chuàng)新產(chǎn)品的制造。學(xué)生通過《機(jī)械工程基礎(chǔ)》創(chuàng)新設(shè)計課程的學(xué)習(xí),不僅要掌握這些階段所需的基本理論知識,還應(yīng)掌握其現(xiàn)代設(shè)計的基本方法,創(chuàng)新設(shè)計的基本思路。因此需要明確課程在培養(yǎng)學(xué)生工程意識和綜合創(chuàng)新設(shè)計能力方面的任務(wù)。如機(jī)械原理課程由傳統(tǒng)的以機(jī)構(gòu)分析為主轉(zhuǎn)向以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為主,突出機(jī)構(gòu)設(shè)計的思想,加強(qiáng)機(jī)械運動方案設(shè)計的內(nèi)容,強(qiáng)化機(jī)電一體化思路,介紹氣、液、電驅(qū)動的機(jī)構(gòu)和機(jī)電一體化的執(zhí)行機(jī)構(gòu),以開闊學(xué)生的思路。

實踐操作部分是讓學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計的初步訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力、產(chǎn)品開發(fā)和制作能力。比如軟件知識、電腦仿真技術(shù)、動畫模擬、產(chǎn)品的市場調(diào)研和前景分析、制作產(chǎn)品的先進(jìn)加工方法、與人溝通和演講技巧、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神等。讓學(xué)生有動手訓(xùn)練機(jī)會,學(xué)生以組為單位在教師指導(dǎo)下,親自參與到產(chǎn)品的設(shè)計制作與過程中,使他們在實踐中學(xué)習(xí),在學(xué)習(xí)中再實踐,將“教中學(xué)、學(xué)中做、做中學(xué)”落實到實處,有效彌補(bǔ)了學(xué)生在知識應(yīng)用及動手能力上的不足,極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。

二、發(fā)揮教師主導(dǎo)與學(xué)生主體作用,營造培養(yǎng)創(chuàng)新能力的環(huán)境

教師應(yīng)該激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的積極性,激發(fā)學(xué)生主動參與課堂教學(xué),成為課堂的主人,變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”,讓學(xué)生積極主動地參與教學(xué)的全過程。教師對每堂課的教學(xué)過程,從頭到尾要精心設(shè)計,別出心裁,努力嘗試將問題教學(xué)法、情景教學(xué)法、范例教學(xué)法、探索教學(xué)法等多種教學(xué)方法引入課堂,向?qū)W生講授創(chuàng)造性思維、創(chuàng)造原理、常用創(chuàng)新技法、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計方法及創(chuàng)新設(shè)計典型實例分析等內(nèi)容;讓學(xué)生了解機(jī)械領(lǐng)域發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢,找出有創(chuàng)意的機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行分析,讓學(xué)生感到新奇獨特;激發(fā)學(xué)生對周圍所熟悉的問題或物品進(jìn)行分析、探索,使學(xué)生打破思維定勢,提出改進(jìn)的思路。比如,機(jī)械設(shè)計課程改革了過去僅羅列常用零部件的繁雜內(nèi)容,建立以機(jī)械傳動方案設(shè)計、機(jī)械零部件的工作性能設(shè)計、類比設(shè)計、改造設(shè)計和創(chuàng)新設(shè)計的授課內(nèi)容,學(xué)生在老師的引導(dǎo)下,應(yīng)用先進(jìn)的計算機(jī)輔助設(shè)計軟件,進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)的運動分析、動力分析的仿真與方案比較,以及零部件的三維造型設(shè)計,不僅可以大大節(jié)省分析計算和方案比較時間,而且直觀、形象、準(zhǔn)確,還可以提高學(xué)生的空間想象力,這樣激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的興趣。在導(dǎo)學(xué)上下工夫,注重學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo),教會學(xué)生思維方法,對典型的有創(chuàng)意的產(chǎn)品進(jìn)行拆裝實驗,分析其創(chuàng)新點,總結(jié)創(chuàng)新的思路和方法,完成小論文、研究報告、創(chuàng)新作品。學(xué)生對這些問題充滿好奇和求知欲,因此會積極地去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題。學(xué)生在這種環(huán)境中充分發(fā)揮自己的想象力,激發(fā)創(chuàng)新設(shè)計的興趣和欲望,提高了創(chuàng)新設(shè)計的能力。

三、課程教學(xué)特點

1.課程采取理論與實踐相結(jié)合的方式,突出綜合應(yīng)用能力訓(xùn)練

學(xué)生既要學(xué)習(xí)理論知識,又要主動去動腦筋想方案,更要親自動手,全方位鍛煉自己的能力。如為培養(yǎng)學(xué)生機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的能力,我們開設(shè)了“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)綜合實驗”。學(xué)生可將自己創(chuàng)新設(shè)計的執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的方案,通過搭接組裝,使創(chuàng)新設(shè)計的方案模型化、實體化,并可驗證方案的可行性。再如,為提高學(xué)生對機(jī)械系統(tǒng)的總體認(rèn)識,我們開設(shè)了“機(jī)械系統(tǒng)方案綜合實驗”。學(xué)生自行設(shè)計、自己動手完成包括原動機(jī)、傳動裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的簡單機(jī)械系統(tǒng)的組裝,形成一個完整的機(jī)械系統(tǒng)的概念。學(xué)院數(shù)控加工教學(xué)中心承擔(dān)了機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽的大部分作品制作工作,制作中的簡單零件,由學(xué)生在教學(xué)中心的鉗工車間依靠有經(jīng)驗的師傅輔助完成,較復(fù)雜的零件,自己首先編寫好數(shù)控加工程序,在具體操作師傅的監(jiān)督下,在數(shù)控車床、數(shù)控銑床上完成加工。同時,加工師傅協(xié)助學(xué)生完成加工零件的工序設(shè)計、檢測方法設(shè)計和裝配的調(diào)整等工作。作品的制作鍛煉了學(xué)生的動手能力和對工藝知識的理解。

2.改進(jìn)作業(yè)內(nèi)容與考核方式

針對過去側(cè)重典型零部件分析的機(jī)械設(shè)計作業(yè),我們改為以設(shè)計為主的簡單機(jī)械設(shè)計訓(xùn)練。學(xué)生通過調(diào)查、查閱資料,設(shè)計出了多種具有實際價值的作品,如汽車用千斤頂、單一螺旋千斤頂、手動剝殼器、腳踏式拖把擰干器、滅火拖把等。通過各種方案的設(shè)計比較,學(xué)生不僅掌握了傳動方案的設(shè)計方法,開闊了眼界,同時培養(yǎng)了創(chuàng)新設(shè)計的能力。課程結(jié)業(yè)時,最后提交的作業(yè)是小組集體創(chuàng)作的完整的方案設(shè)計書或作品,由教師進(jìn)行評比和打分。評選方式與國家組織的機(jī)械創(chuàng)新大賽相同,要求有:書面的設(shè)計計劃書,內(nèi)容涵蓋作品的創(chuàng)新點、設(shè)計計算說明書、產(chǎn)品市場定位、開發(fā)產(chǎn)品的市場前景等;電腦制作的產(chǎn)品仿真動畫圖、CAD制作裝配圖、三分鐘視頻講解;小組答辯,接受教師和專家的提問等等。最后評出一、二、三等獎,再給出創(chuàng)新學(xué)分。不對學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)的書面考試,而是采取讓學(xué)生以組為單位交一份“作業(yè)”,內(nèi)容是學(xué)生自主設(shè)計或制作一件作品,既讓學(xué)生在輕松的氣氛中學(xué)習(xí),又啟發(fā)和調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性,鍛煉他們的動手能力,提高他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

3.訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊合作精神

我們強(qiáng)調(diào)要團(tuán)結(jié)協(xié)作,要求學(xué)生分組學(xué)習(xí),組成4～5人的團(tuán)隊,小組成員不受班級的限制,男女搭配,但必須是相同的專業(yè),分工協(xié)作。各團(tuán)隊在隊長的領(lǐng)導(dǎo)下,開展與設(shè)計有關(guān)的各項工作,如設(shè)計方案討論分析、方案的工藝計算、設(shè)計結(jié)構(gòu)的討論等等,這樣可以讓學(xué)生在設(shè)計中得到充分交流。因為每一名學(xué)生都不可能很完美,但也不可能是一無是處,只要運用好每個人的長處,精誠團(tuán)結(jié),飽含創(chuàng)新的熱情,擁有那份自信,團(tuán)員之間相互溝通協(xié)作,那么這個團(tuán)隊的工作效率就是最高的,完成項目過程的可操作性強(qiáng)的概率就大,同時學(xué)生能力在團(tuán)隊中得到盡情施展。團(tuán)隊合作的基礎(chǔ)之一就是建立信任,要建設(shè)一個具有凝聚力并且高效的團(tuán)隊,第一個且最為重要的一個步驟,就是建立信任。團(tuán)隊的精神是平時一點一滴積累的,團(tuán)隊精神就是團(tuán)結(jié)、協(xié)調(diào)。只有擁有團(tuán)隊精神,一個團(tuán)隊才能集思廣益,凝聚一起,那么作任何事都會事半功倍。隊長要懂得如何分工協(xié)調(diào),他不僅要求自己進(jìn)步,還要做到整個團(tuán)隊所有成員共同進(jìn)步。為了這個目標(biāo),團(tuán)隊所有成員必須營造一個有利于學(xué)習(xí)討論的和諧環(huán)境,在一次次討論后同學(xué)們的思路越來越清晰,方案越來越完善,大家心往一處想,勁往一處使,相互鼓勵,那么在這個團(tuán)隊面前就沒有克服不了的困難。

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的途徑還有很多,教師在教學(xué)中要根據(jù)不同的課程、不同的知識點靈活運用、合理選擇。當(dāng)然,任何一種方法都不是萬能的,但只要教師轉(zhuǎn)變教育觀念,用創(chuàng)新培養(yǎng)創(chuàng)新,用創(chuàng)新激發(fā)創(chuàng)新,及時捕捉和誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的靈感,一切從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維出發(fā),學(xué)生的創(chuàng)造能力就一定能得到提高。

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