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时间:2023-12-25 17:54:02

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关键词:工程机械设计;创新;分析

创新是企业生存和发展的关键因素,也是一切工程设计的灵感和源泉。要想使工程设计更为出色,必须以丰富的理论知识和经验为基础,辅之以创新方法和精神。就工程设计这一领域而言,创新的作用显得尤为突出,是否拥有创新能力是衡量工程机械设计竞争力的重要标准。

1.工程机械设计中采用创新方法的必要性

创新设计的形成主要是通过设计人员在脑海中构思方案,并将方案呈现于纸上,将其中的过程细化并反复推敲,之后设计出机械结构和相应的系统模型,再将模型付诸于实际。因此,相关的设计人员在设计过程中发挥着不可比拟的重大作用,工程机械设计主要依靠设计人员的灵感和创造力。一方面,需要设计人员对现有的机械产品进行修改、完善,另一方面需要他们去设计出新型的产品来满足科技飞速发展的需要。工程机械的创新设计包含了许多方面,各种科学技术都有广泛涉猎,科技含量较高。同时,一些设计内容需要建立在丰富的专业知识和工作经验的基础上,并辅之以优秀的创新思维。此外,工程机械设计的过程中需要一丝不苟的工作态度,在一些问题上要进行反复的试验和探索研究。

工程机械设计的特殊性和复杂性要求相关的设计人员必须富有创新思维。创新思维意指附有创新的思维过程,要用于打破旧有的思维方式,将所掌握的知识和经验等内容重新构造、超序激活,从而产生新的思维内容和成果。创新思维不单单依靠推理过程,其更看重的是知识与经验的作用。创新思维具有创新性、开放性、多向性和综合性等特点,在此不再一一赘述。

对于工程机械设计而言,创新是必不可少的,其原因大体包括以下几个方面。首先,在设计过程中充分运用创新思维可以帮助研究人员开拓眼界,打破思维定式,帮助他们研发新的机械产品。其次,创新思维的合理运用也可以帮助机械专家朝着智能化的方向迈进,从而使专家系统名副其实,提升工程机械的设计水准。此外,富有创新性的工程机械在性能等方面都比其他工程机械优秀,因而在激烈的市场竞争中更加具有竞争力,一些拥有专利技术的机械产品往往可以获得较好的经济收益,为社会乃至国家的发展添砖加瓦。同时,创新方法的运用可以调动相关工作人员的思维,在日积月累中帮助相关的设计人员提升工作能力和设计水平,对全行业技术水平的提升有着重要贡献。

2.在工程机械设计中更好运用创新方法的建议

首先,工程机械的创新设计离不开一个良好的心态。相关的设计人员应具有坚韧不拔的品格,在枯燥、乏味的研究生活中不抛弃、不放弃,面临挑战和困难时要树立坚定的信心和决心。同时要求真务实,不断提升自己的知识储备和专业技能,同时在日常工作中注意工作经验的积累和总结,这对工程机械设计工作大有裨益。

其次,重视对创新思维方式的运用。如智力思维法,主要是针对设计灵感的涌现,可以召集一些相关的工作人员进行一个简短的会议讨论,针对某一个想法权衡利弊,鼓励大家自由发言,集思广益,通过集体讨论可以促使设计人员的沟通与交流,相互启发,迸发出思维的火花,取长补短、互通有无。并将讨论的结果进行综合比较、反复推敲,付诸于实际。

再次,要重视推理思维方法的作用。通过提出问题的方式来探讨现有产品的优缺点,对其可取之处予以保留和发扬,同时将更多的注意力集中于其缺点之上,探讨出现这种问题的原因、影响以及补救的措施,在对原产品进行完善的同时在以后的设计过程中也多加注意,尽量避免相同问题的二次出现。其次,也可以通过反面印证的方式,打破思维定式,对现有的方案进行否定之后,从其对立面来探讨目前存在的不足之处,力争对其进行创新设计。此外,也可以通过列举的方式来进行改进。在发现某一个产品的缺陷时,举一反三,充分考虑到其可能会出现的所有问题,并对这些列举出的问题积极探讨,作出创新设计。最后,也不能忽视对设计系统和设计方案的研究。通过对设计系统的深入研究,找出其缺陷之处并加以改进。

此外,联系类比也是进行创新设计的一个重要手段。一方面,可以类比具有相似性的物体,如动物的构造、人的生理机能等,将仿生学运用到工程机械设计之中,参考大自然鬼斧神工的设计水平,往往可以取得事半功倍的效果。另一方面,则是借鉴其他学科的优秀研究成果,如物理、化学等相关学科,目前比较成功的例子有激光切割机、电火花加工机床等等。

最后,也可以通过重组的方法达到创新设计的目标。首先是模块组合的方式,将一些机械设备的相似功用进行研究分析,探讨其相同和不同之处,并将它们设计为规范的、独特的部分。这样,在实际操作的过程中,用户并不需要大规模的购买机械设备,只需购买其需要的一些部分,对原有的设备进行改装重组即可满足需要,可以节省一些经济成本,同时也为资源节约做贡献。此外,还有形态矩阵的方式,着主要被大型工程机械所采纳,通过不同的目标和诉求来生成多种多样的设计方案供挑选。

3.结束语

综上所述,创新方法是工程机械设计的灵魂和动力,在工程机械设计之中发挥着至关重要的作用,拥有不可比拟的价值。因此,要十分重视创新方法的运用与研究,相关设计人员首先应具备良好的心态,拥有坚韧不拔的优秀品格,其次要注意创新思维方法的运用,如上文提到的智力思维法、推理思维法、类比法和重组法等等,也要重视同行之间的交流学习,不断提高自身的知识储备和专业技能,更好地为工程机械设计服务,努力的把创新方法运用到工程机械设计中去,使优秀的工程机械产品更好的服务于社会,为国家的经济发展做贡献。

参考文献:

[1]周会娜,李晓静.浅谈如何延长工程机械的使用寿命[J].科技信息.2009(06)

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关键词:机械 创造 设计方式 工作理念

引言

目前全球已进入到迅速发展的知识经济时期,对于经济的核心设计以及创造的发展动力和科技就在于“创造”。创造要靠思维动力支撑以及经济环境支撑,创造要靠创新性的考虑事物的方法为前提,创造要靠很多方式来完成,只要运用了新的科技方法才可以完全熟练地对当代的机械设计获取市场掌握权。

1.现代机械设计方法的基本特点

以自动化设计取代人工设计。充分利用先进的计算机硬件及软件平台,极力提高人机结合的设计系统的自动化水平,以提高产品的设计质量,这是现代机械设计方法的基本特征。以动态建模取代静态模型。典型的如以机器结构动力学计算取代静力学计算,以实时在线测试数据作为评价依据等。以定量计算取代定性判断。如以有限元计算非规则零件的尺寸和刚度,取代传统设计的经验类比法确定箱体各部分壁厚等。以变量取代常量如最优化设计中用随机变量取代传统设计方法中通常以经验常量校核的粗略数据处理方法。以优化设计取代可行性。设计用设计变量恰当地建立设计目标的数学模型,从众多的可行性解决方案中求其最优解。强调从设计阶段就并行地综合考虑产品整个生命周期中各方面的要求与相互关系,避免串行设计中可能发生的干涉与返工。

2.现代机械设计创新要树立创新观念

想要对过去传统机械设计模式进行创新,要求机械设计的人员必须要有一个大胆地创新理念,并且要将创新理念很好的应用到实践之中去,创新就代表将过去传统思维方式进行突破,对现代超前设计的理念来对机械设计进行思考。对于一个国家以及一个民族来说,创新是必不可少的必需品,对于一个机械设计的人员来说,如果没有一定的创新能力,设计人员自身设计的机械产品就不能够被人们肯定。

创新自身具有一定的独创性,所谓的创新就是指勇于对过去传统的理念进行突破,将常规思想打破,寻找一个合理的新功能、新机构以及新源里,独创性能够很好的使机械设计的方案在创新理念方面脱颖而出,设计人员不断对更高层次创新工作进行追求。创新还具有一定的实用性,所谓的实用性主要体现在对于市场的可生产性以及市场的适应性这两个方面。创新具有一定突破性,突破性要求机械设计人员必须要勇于突破惯性思维,从自身定向思维之中解脱出来,善于从新技术领域之中对有用事物进行接受,进而提出一个全新的原理,最终为机械设计工作自身打开一个全新局面。

3. 现代机械创新设计的研究对象

目前所说的机械创造设计是表示完全发挥出了设计者的创新能力,使用人类已经应用的有关的科技成果(这里包括概论、方式、科学技术的方法等)开始创造思考 完成拥有崭新的、科技性以及使用性的机械和机械商品的一种实践,这里包括了两个内容:

3.1改善生产以及日常生活中以及拥有的机械商品的科技能力、可依靠性、适用性、可操作性等 。

3.2创新设计出新仪器、新商品、能够用来完成新时代的需求。机械创造设计是完全基于目前已经拥有的设计学想法基上,获取科技哲学,了解技术,思考方式,设计方式学,创造学,创新学等有关的学科有利的部分,通过相对于比较复杂的交充满而变成的一个设计科技以及方式。因为机械创造设计当中聚合了人类的创作性思维方式,所以其商品一定应是科技和艺术相结合的产物,不仅仅为拥有商品的科技性能、安全性、实用性以及适用性外,还可以了解到和谐的科技的艺术,比如说造型的美感,拥有完全的艺术欣赏价值。

机械创新能够分成方案构造、运动还有三个时期进行发展,其中,结构设计基本上都是就是创新性为主的,所以也就异常的困难,一般的方案是在给出一定的构造或给出某些构造经行细小变化的环境下改变的,其基本的内容是开始对尺寸设计以及动力设计进行更改,这些都是比较易于操作的,但是对于传统设计来说,创造设计比较看重的是人在设计形成过程中,尤其是在构造时期中的重要性以及创新性的能力。这种的发明大多都为构造方案的经行创造的,是属于创造设计范围之内的。

4.现代机械设计创新要实施优化设计

现代机械优化设计主要将数学规划作为理论以及基础,将电子计算机作为机械设计的工具。在对各种各样约束因素进行综合考虑的前提之下,寻找对某些预定目标最好方案设计进行满足的方式方法。优化设计已经成为了现代机械设计创新的方式方法里面比较先进的方法,主要建立在现代计算机技术基础以及最优化数学理论基础之上的,将计算机以及数学函数进行充分运用,进而计算出一种最有效率以及最优秀设计的一种方案,现代机械设计的核心理念对当前时展要求进行了满足。在我国现代的机械优化设计研究领域中,我国已经有了一定的突破,开发一些十分先进的机械优化设计的程序,并且在机械设计行业以及领域中起到了一定的反响,但是,在应用方面对设计方法进行优化还没有在每一个领域中进行普及,对于机械设计专业以及领域来说,在机械设计创新过程中实施优化设计已经成为了一个前进的方向。

5.现代机械设计创新要实施变型设计

在机械设计过程中实施变型设计就是指在原产品前提以及基础之上来实施全新的开发,使得机械的零件规格更加标准,机械部件实现通用化,机械的产品实现系列化,进而能够很好对广大使用人员需求的机械设计方式方法进行满足。机械产品的结构、原理以及功能都大致相同,但是,机械性能参数以及机械尺寸存在一定的不同,这一种机械设计成为纵系列设计的变型。要求在基础型的产品基础之上来讲功能设计进行开展,这就是所谓的横系列产品设计的变型。由此,我们可以看出,机械设计变型设计能够从本质上保证机械设计产品固有的原理以及基本功能不变这一情况以及前提之下,随时随地按照使用者需求,对机械设计其他参数进行调整,进而设计出更加完美以及完善的机械产品。机械设计一直都是一门十分精深以及具有博大知识的学科,机械设计包括多个方面,因此,机械设计自身的方式方法具有很多种,作为这一种机械设计方法之中的一种设计方法,变型设计的理念具有科学性以及先进性,能够使机械设计将过去传统设计的模式进行突破,进而走上一条理想、精确以及成熟的路线。

结束语

当前的设计工作是不能够脱离创新而独自存在,设计工作者要具有创新思想,要切实的体现出自身的创造能力,而且要熟悉当前的分析设备,进而设计出品质更高,更加能够符合使用者规定的设备,上述内容是存在于设计发展的整个阶段的必然规定。

参考文献

[1]吴红.论机械设计中的绿色思维[J].芜湖学报,2007(1).

[2]袁祖强,倪受东,齐新丹.“机械设计”、“机械设计基础”课程设计标准体系的研究[J].中国科技信息,2007(13).

[3]宋乐永.寻找创新的“云梯”[J].计算机世界・技术与应用,2006.

[4]田梦.数据库技术创新推动行业创新[J].计算机世界,2009.

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关键词:机械产品TRIZ理论创新方法CAI

中图分类号:TU85文献标识码: A

现在社会经济发展出现不确定因素,产品日新月异的竞争就是技术的竞争。产品设计的最终目的就是创新产品,满足市场需要和取得在市场一定的地位,因此,重视创新设计是增加机械产品竞争力的主要方法。传统的创新设计方法是利用头脑风暴法或者是试错法,这些创新方法的成败主要取决于设计者的经验和灵感,当技术体统中的问题超出了一个人的经验和技术领域时,头脑风暴法或者是试错法就显得无能为力了。起源于前苏联的发明问题解决理论—TRIZ理论是指导创新方法的重要工具之一,它可以帮助设计者在方案设计阶段迅速找到一个具有创造性的新概念,实现产品的快速创新。

1. TRIZ理论

TRIZ是俄文“发明问题解决理论”的俄文简称。阿奇舒勒及其领导的一批研究人员,在分析研究世界各国250万件专利的基础上,提炼出的一套解决复杂技术问题的系统方法。主要目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。TRIZ理论是基于知识、面向人的发明问题解决系统化方法学,且适用于各行业。

1.1 TRIZ理论的主要内容

TRIZ理论是由解决技术问题和实现创新开发的各种方法、创新原理理论体系,其主要内容包括:技术系统“S”形进化法则、40个发明原理、39项通用参数、矛盾矩阵、物质一场分析、76个标准解、发明问题解决算法(ARIZ)以及工程效应知识库等。在产品设计过程中,上述各内容都能从不同方面对设计人员提供创新方案的指导。应用TRIZ理论求解产品设计的创新解是一项系统的工程。下面仅以矛盾原理为例,介绍TRIZ理论在产品设计中的应用。

1.2 冲突解决原理

(1)矛盾的定义

在技术系统中,当想要改善技术系统中的某一特性、某一参数时,常常会引起技术系统中另一特性或参数的恶化,于是矛盾就产生了,TRIZ理论认为,产品创新的矛盾分为技术矛盾和物理矛盾。

(2)技术矛盾及其发明原理

技术矛盾:当改善技术系统中某一特性、某一参数时,常常会引起系统中另一个特性或参数的恶化。

既然工程中存在大量的技术矛盾,那么就要一种针对技术矛盾的解决原理。阿奇舒勒在研究专利的基础上,最终得出40个发明原理。

(3)物理矛盾及其解决原理

物理矛盾:针对技术系统中同一个参数产生两种完全相反要求而产生的矛盾。

解决原理:空间分离、时间分离、条件分离、系统级别分离。

(4)矛盾分析解题模式

2. 计算机辅助创新软件(CAI)

计算机辅助创新(CAI)软件,能帮助不同工程领域的设计人员在产品概念设计阶段解决产品开发中的关键问题,提出可行的创新设计方案,产生有竞争力的工作原理,提高企业产品创新的进程。该软件包括发明原理、效应、技术系统进化法则、知识库,可以将TRIZ理论中的概念、原理、工具与知识库紧密结合。预测技术进化规律,设计未来的产品;解决设计中存在的冲突,避免折中设计;扩展用户的知识领域,提供各种功能解决方案。

3. 机械产品创新方法设计实例

机械产品的某一特性或参数的改变会引起其他特性或参数的恶化,运用计算机辅助创新软件(CAI)可以解决技术矛盾。下面以提高煤矿山开采排水多级泵效率具体实例来阐述这个问题:

3.1、将普通的耐磨多级离心泵两端短圆柱滚子轴承支撑改为滑动轴承支撑,滑动轴承材料采用F102高分子复合材料,采用泵自身供水对滑动轴承进行、冷却,保证滑动轴承运行可靠性。1-轴承、2-泵轴、6-进水管路组件、11-轴承体、12-填料、13-填料座、14-填料压盖、15-出水管路组件。

若有效组织液体的泄露,就要将轴承体两端填料密封的盘根数量增加,提高了多级泵的容积效率,但泵轴与填料的机械损失增加了,这样容积效率与机械损失是一对技术矛盾,同时,液体中的杂质在填料在泵轴之间,加速了填料的磨损,液体介质压力过高等都会出现液体的泄露。新的设计必须克服目前设计中的该缺点,现利用计算机辅助创新软件(CAI)来解决该问题。

3.2、将这些问题在计算机辅助创新软件(CAI)描述,通过三轴分析并结合39个通用参数,利用矛盾矩阵:得出创新原理,3、19、35、5

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关键词:机械制造 零部件设计 创新

一、机械零部件传统的设计局限传统机械零部件的设计带来了运用中出现的许多问题:零部件容易腐蚀损坏;零部件容易疲劳损坏,断裂、表面剥落等;零部件容易摩擦损坏等等。这些问题的出现,都是机械零部件传统的设计局限性所产生的。目前在大多数情况下仍然是有效的设计方法,但是它有很多局限:在方案设计时凭借设计者有限的直接经验或间接经验,通过计算、类比分析等,以收敛思维方式,过早地确定方案。这种方案设计既不充分又不系统,不强调创新,因此很难得到最优方案;在机械零部件设计中,仅对重要的零部件根据简化的力学模型或经验公式进行静态的或近似的设计计算,其他零部件只作类比设计,与实际工况有时相差较远,难免造成失误;传统设计偏重于考虑产品自身的功能的实现,忽略人机环境之间关系的重要性;传统设计采用手工计算、绘图,设计的准确性差、工作周期长、效率低。二、创新思维机械零部件的设计思想机械零部件设计的本质是创造和革新。现代机械机械零部件设计强调创新设计,要求在设计中更充分地发挥设计者的创造力,利用最新科技成果,在现代设计理论和方法的指导下,设计出更具有生命力的产品。1、运用创造思维设计者的创造力是多种能力、个性和心理特征的综合表现,它包括观察能力、记忆能力、想象能力、思维能力、表达能力、自控能力、文化修养、理想信念、意志性格、兴趣爱好等因素。其中想象能力和思维能力是创造力的核心,它是将观察、记忆所得信息有控制地进行加工变换,创造表达出新成果的整个创造活动的中心。

2、运用发散思维发散思维又称辐射思维或求异思维等。它是以欲解决的问题为中心,思维者打破常规,从不同方向,多角度、多层次地考虑问题,求出多种答案的思维方式。例如,若提出“将两零部件联结在一起”的问题,常规的办法有螺纹联结、焊接、胶接、铆接等,但运用发散思维思考,可以得到利用电磁力、摩擦力、压差或真空、绑缚、冷冻等方法。发散思维是创造性思维的主要形式之一,在技术创新和方案设计中具有重要的意义。3、运用创新思维创造力的核心是创新思维。创新思维是一种最高层次的思维活动,它是建立在各类常规思维基础上的。人脑在外界信息激励下,将各种信息重新综合集成,产生新的结果的思维活动过程就是创新思维。机械机械零部件设计的过程是创新的过程。设计者应打破常规思维的惯例,追求新的功能原理、新方案、新结构、新造型、新材料、新工艺等,在求异和突破中体现创新。三、科学的进行机械零部件设计1、把握机械零部件设计的主要内容机械零部件设计是机械设计的重要组成部分,机械运动方案中的机构和构件只有通过零部件设计才能得到用于加工的零部件工作图和部件装配图,同时它也是机械总体设计的基础。

2、严格计算机械零部件的失效形式机械零部件由于各种原因不能正常工作而失效,其失效形式很多,主要有断裂、表面压碎、表面点蚀、塑性变形、过度弹性变形、共振、过热及过度磨损等。

3、正确选择机械零部件表面粗糙度 表面粗糙度是反映零部件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标,是检验零部件表面质量的主要依据;它选择的合理与否,直接关系到产品的质量、使用寿命和生产成本。机械零部件表面粗糙度的选择方法有3种,即计算法、试验法和类比法。在机械零部件设计工作中,应用最普通的是类比法,此法简便、迅速、有效。应用类比法需要有充足的参考资料,现有的各种机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。

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知识经济是以知识创新为动力的经济。谁在知识创新中领先,谁就能在经济竞争中占据优势。新的时代给我们教育发展带来了新的挑战,对人才素质提出了新的要求。在中职机械专业教学中,教师要不断培养学生创新意识,提高创新设计能力,积极促进学生的全面发展。

一、培养机械专业创新思维是现实所需

培养中职学校机械专业学生的创新思维对于学生的全面发展具有重要意义。首先,机械专业创新思维有利于增强学生的开拓精神。调动学生学习专业的积极性,学生可以提高对学习的兴趣,自我表现的欲望也会更强。其次,机械专业创新思维有利于提高学生的自我认识。在此过程中,学生能逐渐认识到机械专业的学习是自己的职业兴趣。再次,机械专业创新思维有利于学生的人格完善。培养学生创新思维有助于培养学生健康积极向上的心理状态,合理充分地安排各种科技创新教育活动,使学生积极参加课余文化活动。最后,培养机械专业创新思维能促进学生职业技能的提高。

在培养机械专业的创新过程中,可以帮助学生建立扎实专业或者学科基础知识,培养创新设计能力、综合设计能力与协作精神;加强学生动手能力的培养和工程实践的训练,提高机械创新、设计、制作的实践工作能力,吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动,为培养优秀人才创造条件。然而,考虑到机械专业学生的创新意识不强,长期以来在机械专业实习教学过程中,教师只注重学生专业技能的训练,在很大程度上忽略了对学生创新意识的培养。受传统教学观念的影响,教师在具体教学时,往往习惯于从教师的角度出发,学生的技能训练几乎都是按照教师制定的操作要领、工艺方案进行的,没有充分发挥学生的主体作用。过分重视学习成绩的优劣,评判学生的操作方法和工艺方案,设定统一的标准答案,严重扼杀了学生与生俱来的好奇心、想象力和创造意识。同时,很多学生因循守旧地一味服从、模仿,形成一种机械式解决问题的方式,不利于学生创造性的培养。

二、加强中职生机械专业创新思维培养的措施

1.完善专门课程设立

设立机械创新设计类专门课程可相对系统地介绍创新设计的知识和方法,提高创新意识,开发创造力。目前,不少学校在机械设计系列课程中增设了“机械创新设计”,通过系统地介绍机械创新设计的基础知识、机械创新设计的理论及方法、机械创新设计的实例等内容,使学生了解新机构、新机器创造发明的普遍规律及实用方法的应用,培养学生的工程意识,拓宽学生的知识面,开阔他们的技术视野,同时通过课程的实践性环节和创新成果的技术分析,帮助学生积累一些机械创新经验和新机构、新机器实用性创新结构方面的技术资料。

2.注重提高创新能力

机械专业系列课程具有独特的内容和地位,在其中渗透创新能力的培养有利于提高学生机械创新设计能力。首先,机械基础系列课程中包含着很多创新内容,要善于开发。“机械设计”中集成化设计与创新、模块化设计等,这些都是最新的设计理念。如轴、齿轮、轴承、法兰盘的集成化设计实例。其次,通过更新内容与体系,更新教学方法与手段对机械设计基础系列课程进行创新教学,着力培养学生的构思与表达能力、设计与创新能力、分析与综合能力,从而提高学生的创新设计能力。在“机械设计”教学中,精简内容,补充创新方案设计、商品化设计、价值工程设计等现代设计方法,同时结合教学内容,介绍国内外先进机械产品,激发学生的创新意识。

3.优化教学设计方案

培养创新思维,首先要从教师做起,教师要研究教学规律与学习规律。课堂教学中,采用多种现代化的教学手段,提高学生对课程内容的理解和掌握,更多地使用“启发式”“讨论式”等创新教学模式,引导学生参与课堂教学活动。另外,积极进行实验教学改革是提高学生机械创新能力的有效途径。根据机械学科注重实践与工程应用的特点,将实验教学改革的重点放在加强学生的动手能力、独立解决问题的能力和创新精神的培养上。

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【关键词】机械创新,设计,研究

中图分类号:F407文献标识码: A

一、前言

近年来,我国在机械创新设计虽然取得了飞速发展,但依然存在一些问题和不足需要改进,在建设创新型社会的新时期,加强对机械创新设计及其研究,对确保机械创新设计水平的提高有着重要意义。

二、机械创新设计的概述

1.机械创新设计的研究对象

所谓机械创新设计(MechanicalCreativeDesign,MCD)是指充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科学技术成果(含理论、方法、技术原理等),进行创新构思,设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动。它包含两个部分:一是改进完善生产或生活中现有机械产品的技术性能、可靠性、经济性、适用性等;二是创造设计出新机器、新产品,以满足新的生产或生活的需要。由于MCD过程凝结了人们的创造性智慧,因而其产品无疑应是科学技术与艺术结晶的产物,具有完满的美学性。

2.MCD与常规设计及发明创造的关系

(一)、MCD与常规设计

机械设计一般可分为方案结构设计、运动设计及动力设计三个阶段,其中,方案结构设计最需要创造性,设计难度也最大。常规设计一般是在给定机械结构或只对某些结构作微小改动的情况下进行的,其主要内容是进行尺度设计及动力设计。工厂生产中的非标准件设计已含有较多的创新设计成分。而相对传统设计而言,MCD特别强调了人在设计过程中,特别是在方案结构设计阶段中的主导性及创造性作用。

(二) 、MCD与机械的创造发明

机械的创造发明大多属于机械结构方案的创新设计。创造发明过程及方法的专著已有问世,但大多是作宏观概括的论述,缺少具体的可操作性。MCD要完成的一个核心内容就是要探索机械产品创新发明的机理、模式及方法,要具体描述机械产品创新设计的过程,并将之程

3.机械创新设计技术

机械创新设计技术(MCD)是一门有待开创发展的新的设计技术和方法,它和机械系统设计(SD)、计算机辅助设计(CAD)、优化设计(OD)、可靠性设计(RD)、摩擦学设计(FD)、有限元设计(FED)等一起构成现代机械设计方法学库,并吸收邻近学科有益的设计思想与方法。人们对后面六种设计理论和方法的研究较为深入且都已有专著问世,但随着认识科学、思维科学、人工智能、专家系统及人脑研究的发展,MCD正在日益受到专家学者的重视。一方面,认识科学、思维科学、人工智能、设计方法学、科学技术哲学等已为MCD提供了一定的理论基础及方法;另一方面,MCD的深入研究及发展有助于揭示人类的思维过程、创造机理等前沿课题,反过来促进上述科学的发展,实现真正的机械专家系统(MES)及智能工程(IE)。因此,MCD是MES、IE等学科深入研究发展进程中必须解决的一个分支,它要求能真正为发明创造新机械和改进现有机械性能提供正确有效的理论和方法。

三、机械创新设计研究的意义

开展MCD研究不仅具有重要的理论学术价值,而且具有较大的经济效益和社会效益。MCD的深入研究将为人们发明创造新机器、新机械提供有效的理论和方法。MCD研究必然要涉及人的思维过程、创造机理及过程等研究内容,因此MCD研究能加速机械专家智能化,实现真正的“专家”系统,在加速机械设计水平向自动化、智能化、最优化、集成化实现过程中可以作出自己的贡献。

创新设计的机械产品,必定在其原理确定阶段经过反复的综合选择,结构上或尺度设计上必定蕴含了较高的创造性,也即必定含有较高的关键技术附加值,因此产品不仅具有优越的使用性能,而且具有较完美的造型性能,这包括科学技术原理与艺术性的完美结合、人机系统的良好协调性以及良好的经济性等。这样无疑提高了产品在同类产品中的竞争力,特别是当专利产品技术形成产业化的时候,可以创造出较高的经济效益及社会效益。在MCD的实践中培养了设计人员的创造性思维,增强了其创新能力,提高了人们进行创新设计的自觉性及技术上的可操作性,使MCD成为一种工具或手段,这样,就促进了新产品(含专利产品)的繁荣与更新,为社会创造了财富。

四、机械创新设计发展方向

1.设计过程的数字化

不仅要完善工程对象中确定性变量的数学描述和数学建模,而且更要研究非确定性变量,包括随机变量、随机过程、模糊变量(人的智能、经验、创造力、语言及政治、经济、人文等社会科学因素)等的数学描述和数学建模。

2.设计过程的自动化和智能化研究

健全、研究、发展各种类型的数据库、方法库和知识库,及自动编程、自学习、自适应等高级商品化软件的研制,如研究设计知识、数据、信息的获取与处理技术、智能CAD人工神经网络专家系统的模型和应用软件等。

3.虚拟设计和仿真虚拟试验及快速成形技术的深入研究

是一种以计算机仿真为基础,集计算机图形学、智能技术、并行工程、人机工程、材料、成形工艺、光电传感技术和多媒体技术为一体的综合学科研究。

4.机械创新设计技术

(一)、智力激励法

人的创造性思维特别是直觉思维在受激况下能得到较好地发挥。一批人集合在一起,针对某个问题进行讨论时,由于各人知识、经验不同,观察问题的角度和分析问题的方法各异,提出的各种主意能互相启发,填补知识空隙,启发诱导出更多创造性思想,通过激励、智慧交流和集智达到创新的目的。

(二)、提问追溯法

提问追溯法是有针对性地、系统地提出问题,在回答问题过程中,便可能产生各种解决问题的设想,使设计所需要的信息更充分,解法更完善。提问追溯法有奥斯本体温法、阿诺尔特提问法、希望点列举法、缺点列举法。

(三)、联想类推法

通过由此及彼的联想和异中求同,同中求异的类比,寻求各种创新解法。利用联想进行发明创新是一种常用而且十分有效的办法。许多发明者都善于联想,许多发明创新也得益于联想的妙用。类比联想由一事物或现象联想到与其有类似特点的其他事物或现象,从而找出创新解法。

(四)、返向探求法

将人们通常思考问题的思路反转过来,从背逆常规的途径探寻新的解法,因此返向探求法亦称逆向思维法。例如声音既是振动,那么振动为什么不能复现原声呢?通过这样的反问,发明了留声机。

(五)、系统分析法

对于技术系统,根据其组成所有影响其性能的全部参量,系统地依次分析搜索,以探索更多和解决问题的途径。

(六)、组合创新法

组合创新法是将现有技术和产品通过功能、原理、结构等方面的组合变化形成新的技术思想和新产品。组合法应用的技术单元一般是已经成熟和比较成熟的技术,不需要从头开始,因而可以最大限度地节约人力、物力和财力。组合创新的类型很多,常用的有性能组合、原理组合、功能组合、结构重组、模块组合等。

5.系统化设计方法

(一)、设计元素法

用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”,认为一个产品的五个设计元素值确定之后,产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采(二)、图形建模法

研制的“设计分析和引导系统”KALEIT,用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息,实现了系统结构、功能关系的图形化建模,以及功能层之间的联接 。

(三)、“构思”—“设计”法

将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。

五、结束语

通过对新时期下,机械创新设计及其研究的分析,进一步明确了机械创新设计的方向,为机械创新设计的优化完善奠定了坚实基础,有助于提高机械创新设计的水平。

参考文献

[1]张春林,《机械创新设计》,北京:机械工业出版社,2010.

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Abstract: With the progress of society and rapid economic development, automation technology is also developing, the position of automation technology in the mechanical field is very important and its function can not be ignored. Therefore, the author believes that mechanical design should be research combining with automation technology; this article discusses the application of automation technology in mechanical design.

关键词:自动化技术;机械设计;应用;浅谈

Key words: automation technology; mechanical design; applications; discussion

中图分类号:TP29 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2011)12-0275-01

0 引言

社会的不断进步和变革为机械制造工业带来了很好的发展机会,在处处机械化的今天,机械制造工业得到了很好的发展,机械自动化,主要指在机械制造业中应用自动化技术,实现加工对象的连续自动生产,实现优化有效的自动生产过程,加快生产投入物的加工变换和流动速度。机械自动化技术的应用与发展,是机械制造业技术改造、技术进步的主要手段和技术发展的主要方向。机械自动化的技术水准,不仅影响整个机械制造业的发展,而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响。在机械制造行业中,机械设计是机械制造的关键环节,将机械设计与自动化技术结合起来研究,可以更好的为机械制造服务。所以,笔者就自动化技术在机械设计中的应用进行浅谈。

1 自动化技术在机械设计中的应用

提高产品的创新设计能力,是关系到企业乃至国家生存与发展的战略性问题。美国工程设计委员会在制定2005~2030年工程设计优先资助领域时,将创新设计作为三个重点资助方向之一,并认为创新设计是关系到未来美国企业核心竞争能力、增加就业机会的战略性间题。另一方面,个性化发展趋势和快速多变的市场.要求企业能够准确地把握市场脉搏,有能力在第一时间内开发出能够满足市场需求的产品,从而赢得丰厚的利润。因此,产品开发的快速创新能力是决定未来企业生存的关键,而创新性和快速性将是21世纪工程设计学科的重要发展前沿方向。产品的概念设计阶段,即产品的原理方案设计阶段,是决定产品创新性的主要环节。为了得到具有新颖性的设计,必须从不同的思维角度出发.得到同一问题的一系列解,组成解空问。通过分析比较,在解空间中选取那些新颖性和创新性突出的设计方案。只有适应市场需求,具有竟争力的设计方案才具有价值.才能成为特定市场需求和特定生产条件下最具有创新性的、可行的设计方案。因此,产品的创新设计不单纯追求问题的一个解,而是在于获得现有物质条件下的最其有创新性、新颖性、最具有竞争能力的产品。

产品的概念设计涉及到人脑的创新思维问题,是形象思维和抽象思维综合运用的结果。受人类专家知识和创新思维的局限性.人类专家的创新具有随机性,不能保证在特定的时间内给出具有创新性的设计方案。因此,要人类专家在第一时间快速地拿出能够满足市场需求的产品是困难的和不现实的。因此,基于计算机化的产品创新设计技术是实现产品快速创新的唯一可行的方法。

从广义机构学角度来讲,任何含机、电、液、控制等的机电一体化系统,都可以视为山机、电、液、控制组成的广义传动机构与广义传动机构载体两部分组成。机电一体化系统的方案创新,关键在于广义机构的创新。为此,本文提出了一种基于二维平台的复杂机械系统创新设计及其自动化方法,重点解决两个关键问题:概念设计方案的创新性与概念设计方案虚拟样机自动表达。

2 机械设计与自动化体系

基于三维平台的复杂机械系统创新设计及其自动化系统的组成。主要包括:两种具有较强的获得创新性设计方案的能力的、适合于复杂机械系统方案创新设计的计算机化方法;直接支持产品设计方案的三维虚拟样机装配与仿真的自动化建模过程,能自动化地对创成的复杂机械系统符号方案进行建模、装配、仿真。方案设计的创新性和产品开发过程的快速性是该体系的两个显著特点。

在概念设计阶段,系统提供了两种计算机辅助创新设计方法:基于设计规则的创新设计方法和改良的功能分解与重组创新设计方法。由这两种方法产生的设计方案最后都以符号方案的形式给出。对于概念设计阶段产生的用符号表达的设计方案,将被自动化地分解为基本机构及其连接关系。对于识别出的基本机构,可以采用基于基本机构的运动分析方法,得到基本机构内部各构件的平面运动分析数据。为了提高产品开发的速度,在基本机构的结构设计时,采用了面向对象的技术。通过对三维平台的二次开发,采用特征控制参数、数据库驱动等措施,实现了用少量特征控制参数驱动整体基木机构的三维造型设计过程.解决了基本机构的快速虚拟建模问题。

为了提高产品的运动刚度和适应工业美学设计的要求,根据基本机构占据的空问,以及基本机构之问的连接关系,通过最优布局算法,确定每一基本机构在空间的位置.使复杂机械系统在空间所占的总体空间最小。根据基本机构的布局结果与运动分析数据,借助于"后台预置"装配方法,将基本机构的三维虚拟模型放置到特定的布局空间。连续变换驭动构件的位置,便可以得到概念设计符号方案对应的复杂机械系统的只维虚拟样机。

流程概念设计阶段得到的符号方案将自动化生成与其对应的二维虚拟样机并进行虚拟仿真。这样,就可以将产品方案的评价由概念设计阶段的价值评价,推进到虚拟样机阶段的定量行为评价,使在三维虚拟样机层面上从众多的设计方案中快速地遴选出具有创新性、性能优良的设计方案成为可能。因此,利用复杂机械系统创新设计及其自动化体系,不仅提高了产品的开发速度,而且也提高了产品的创新性与新颖性。

总之,我国机械制造业发展应用自动化技术,不但要起点高,瞄准世界先进水准,而且必须包括各种灵活的低成本、见效快的自动化技术,坚持提高与普及相结合的方针,我国的机械自动化技术发展应用才能健康地走上高速度、高质量和高效益之路。

参考文献:

[1]汪建华.机械设计制造及自动化专业生产实习改革与实践[J].长江大学学报:社会科学版,2008(12).

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一、有限开放管理模式

有限开放是指在满足课程课时要求条件下,结合选修了机械创新设计课程的学生情况,在有限的时间段范围内,以增强学生机械创新设计实践能力为宗旨,以保质高效地完成课程任务为目标,面向学生团队开放的管理模式。

(一)有限开放时间段的确定

传统实践教学是每周1次课,每次课2学时,对于机械创新设计实验来讲,这样的排课方式不够科学。首先,机械创新设计实验课程是24学时,每周1次课,这样就需要12周的时间才能完成教学任务。实践中发现,多数同学在刚开始几周的积极性很高,到后来,基本上对该课程没有什么兴趣,完全就是为了完成教学任务或者为了拿到学分来上课。究其原因是机械创新设计课程是学生发挥自己的想象力,自己动手搭建模型来验证想法的合理性和可行性,课程持续的时间长,每次课的收获不大,导致思路不连贯,加之其它课程任务的影响,学生的精力分散,导致最终效果不理想。其次,机械创新设计实验硬件台套数有限,学生多,每学期约有200人参与该课程学习,按照传统的开课方式,每天有可能接待几个不同的班级或批次的学生,前一批次学生还未完成的模型被下一批学生拆掉,因此前一批次学生在下次课程时,又要重新开始搭建模型,其中进行了大量重复劳动,部分学生在课程结束时,还没有搭建一个完整的模型,也就达不到课程开设和学生创新的目的。再则,在机械创新实践教学过程中,发现有部分同学对该课程具有浓厚的兴趣,但由于每周课时的原因,常常为无法持续搭建模型感到遗憾。针对上述问题,本文提出了有限开放原则来弥补机械创新设计实验课程的不足。有限开放原则的核心内容就是在固定时间段内,把实验室面向选修了该课程的全体学生开放。具体做法是,不同日期向不同的专业班级开放。比如,周一面向机械08级1班学生开放,依次类推。这样就把24学时的、12周才能完成的教学任务压缩到6周或4周内来完成。由于现在各院校都采用交叉选课,同一班级同学的课程和上课时间可能不一致,开放实验也就避免了与其它课程在上课时间上的冲突,学生在规定的一天时间段均可参与该课程。如果少数学生在规定的当日有其它的教学任务,则这部分学生可在次日参与该课程的学习。

(二)创新实践学生团队的形成

在机械创新设计实验课程运行的前期,采用一人一套设备,让每个学生自由发挥,根据自己创意,去搭建机械模型。待课程任务结束后,考核发现结果普遍不理想。主要体现在多数作品是仿造模型指导书而来,少数作品在非核心机构有所变化,但是整个作品的机构或基本原理是以模型指导书上的模型为基础,即作品没有值得关注的创新点,同学们的创新意识没有体现出来,因而开设这门课程的目的也没有达到。在保证了实验台套数和开放时间条件下,作品普遍没有太多亮点,这个问题一直困惑着我们。通过深入挖掘,发现其关键问题在于个体思维受到限制。找出原因之后,改用分组的方式,让几个同学一组共同参与创新设计,发挥其团队作用。但以团队方式参与创新实验,需要解决的问题是团队成员的组成上,一个团队需要几个成员合适?是自己组合还是教师指定?在什么阶段组队合适?经过多次调整和试行,得出:团队中成员数量需要一定的灵活性,规定团队成员的上限不超过4人,成员在开课两周后由学生自己组合,且自行分工。采用这种方式后,效果明显,作品雷同少且质量提高,创新点增多。

二、机械创新设计实践考核

完成一门课程的教学任务,成绩的评定需要一种合理的考核方式,机械创新设计实验也不例外。以实践为主要教学实践课程,大多采用实验报告方式进行考核,主要依据实验报告上的实验目的、实验意义撰写是否正确、实验步骤是否准确、实验数据是否客观以及实验结论是否合理等方面进行综合评定。但机械创新设计实验这类课程,同学们提交的作品差异很大,无法按照传统的模式对团队的综合成绩进行评定,为保证作品考核的客观性,经过多年的试行和修订,本室设计了一套适用于机械创新设计实验的考核体系,采用结构评分方法:考勤(10%)、作品(60%)和试验报告(30%)。对于作品的考核,主要根据作品的创新点、模型的复杂程度以及模型的实用性进行量化考核。对于实验报告,根据设计的试验报告模板,内容点和分值分布见表1。

三、创新设计实验器材管理

西南科技大学于2003年新建的机械创新设计实验室,2008年经过调整和补充,购置的是上海广茂达公司的AS创新套件,其主要由三部分组成,分别是机器人本体、工程创新模块套件和计算机。机器人是一个控制系统,除了自身可以运动外,还可通过扩展功能卡实现外部信号的输入与输出,也是机械创新设计实验中频繁的功能,在设计中,通过扩展功能卡输出控制马达来驱动搭建的模型运动。一套工程创新模块套件的零部件有60余类,总计约有717只之多,况且这些大多都是塑料制件,容易损坏,因此如何来管理这些零部件,尤其是在开放环境下的实验设备的管理工作就显得尤为重要。为此,本室专门开发了一套软件系统,对零部件和作品进行综合管理,每个团队在实践之前,根据设计的方案,估计需要的零部件种类及其数量,应先向实验室负责教师作出借调申请,教师从系统中拨出申请的零部件并做好记录,归还时再进行入库,对已经损坏的零件,做出报废处理,更新相应的库存数目,并及时购置补充。

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[关键词]现代机械设计;传统机械设计;特点;创新

中图分类号:TN671 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)19-0336-01

我国现代化的发展与计算机的使用密切相关,计算机在我国已经得到了普及,在各个领域中,都开始将计算机融入到管理和设计中,现代机械设计也不例外。计算机的使用,为我国现代化机械设计的发展提供了基础,而要想使得技术的要求与社会的现代化发展相适应,就需要对现代化机械设计的特点和创新进行研究和分析,从而使得现代化机械设计与时代的发展相适应。传统的机械设计中有着明显的缺陷,这些缺陷使得我国的机械设计的发展受到了阻碍,而要想使得我国的现代化事业得到大发展,就需要加强创新意识,不断加强对现代化机械设计的创新力度。

1 特点比较

1.1 传统机械设计特点

社会在不断的进步,机械设计也在不断的创新,在社会发展的几百年时间里,机械设计进行了不断的完善,发展至今,我国的机械设计已经较为成熟,而且已经形成了自己的一套较为完善的设计体系,在目前社会中的各个领域,机械设计发挥了越来越重要的作用,其应用的范围也在不断的扩大。我国传统的机械设计受社会发展速度以及经济发展水平的影响,在对机械设计进行发展的过程中,指能够依据长期的经验来推动机械设计的发展,也正是因为这样,我国传统机械设计的发展速度相对比较缓慢。而在机械设计发展的过程中,为了想要保障机械设计的质量,却只是依据相关工作人员的设计经验来对机械设计进行改进,而这一种状况的存在,也使得机械设计没有任何的创新性,这样就严重阻碍了机械设计的发展。在传统的机械设计中,存在很多问题,而这些问题的存在使得机械设计在正式的投产过程中,所能够收到的汇报却很少,甚至达到了入不敷出的水平。而且在传统机械设计中,工程的施工效率被严重降低,在机械的操作上也相对较为复杂,机械操作的过程也相对繁琐,需要消耗大量的人力、物力和时间,这在一定程度上会使得工作人员的工作困难度增加,在施工上会给施工人员带来难度。

1.2 分析现代机械以及现代化机械设计的特点

1.2.1 现代机械的特点介绍

首先,现代机械具有较高的性能,在设计结构上也相对简单。一般而言,传统机械多采用装置与设备进行改变的方法来对机械的功能进行改变,这种方法相对来说比较单一,而且其中也存在诸多的问题,并不适宜现代社会的发展需求。而现代机械在这一方面做出了创新,很多的机械设备在功能的改变上相对比较灵活,通过综合技术的使用,使得机械设备的功能得到增加,同时也可以通过在其他方面的创新来对机械功能进行改进。就现代机械来说,其在结构上能够有效满足科学化的特点,使得现代机械的应用范围更加广泛。

其次,现代机械的工作效率高,而设计成本相对较低。传统机械在操作上具有复杂性,因此所需的工作时间也相对较长,而与传统机械相比,现代机械在操作上相对比较简单,这样就使得机械工作的效率得到有效的提升,而且现代机械的工作成果能够直接看到,不需要通过任何途径就可以对工作的成果进行了解,同时现代机械所产出的产品在质量上也有保障,所产出的产品质量都符合国家规定的标准。

最后,相比较传统机械来说,现代机械功能多,柔性高。现代机械发展前景十分广阔,涉及对象也较为广泛,且机械方式也较为多元,例如在进行机械操作的过程中,合理应用电子通讯技术就可以有效弥补传统操作过程中所表现出来的不足。

1.2.2 现代机械设计的特点介绍

对比以往的机械设计而言,现代机械设计的思路与理念都较为新颖独特,由于现代机械设计具有多元化的特点,其本身所涉及到的学科也非常多,并且关系到许多的行业,涵盖了很多领域的研究成果,如思维科学、智能科学、哲学以及心理学等,不只局限于机械专业的技术和理论知识。现代物理学与应用数学等基础科学的重要理论都包含于现代机械设计之中,另外机械电子学与检测技术等相关技术在自动化领域的研究成果中也发挥了至关重要的作用,为现代机械设计提供了有利依据。而对于现代机械设计创新而言,更加富有特色,这是传统机械设计所无法相比的。

2 机械设计创新思维的特点介绍

“新”是创新思维最能体现出主体的一个字,其含义是要求人'fr]富有创造力并保持活跃的思想。社会生产的各个环节都离不开创新思维,它被人们广泛的接受并且得到了人们的广泛推崇。创新思维亦是思维的创新,其特点在于其本身具有一定的推理性以及创造性等特性,将传统的陈旧模式改变,使其自身具有创造性的价值。可是在创新过程中有一点必须注意,创新不是光靠想象力就可以完成的,它要求设计人员必须掌握许多的知识以及工作经验,在进行实际操作时,机械设计人员必须利用已有的工作经验以及设计理论,对现有的资源进行合理地调整,最后应用到创新中去,并且在创新的过程中,要求工作人员应该多角度全方位的来进行思考,最终构造出合理的机械设计理念,设计出全面的设计方案。

3 以创新思维完成机械设计的意义

在进行机械设计的过程中,创新思维有多种工作的手段。如果将这些手段与方法合理应用在现实的生产当中,则会收到巨大的回报。对于机械的创新设计而言,能够有效地提高设计人员的设计水平,最终能够快速确定自己的设计目标,向着自己的目标前进。此外,在进行机械设计的过程中,不断地进行创新与探索,能够有效拓展设计人员的创新思维,提高其设计的能力,树立正确的技术创新理念,提高自己的创新意识。

4 完成现代化机械设计的措施

4.1 对数据库进行认真管理

当前,管理数据库的软件种类非常多,并且做好数据库管理的工作对机械设计来说具有重要的意义。针对眼前的设计形式,需要一个能够储存大量数据并且管理方便的数据库管理系统,所以对数据库的管理进行不断创新显得极其重要,在建立数据库的过程中,应该按照机械设计的实际需求来进行设计,最终创建出理想的数据库管理系统。

4.2 合理运用CAD软件

在进行机械设计的过程中,合理应用计算机技术是当前的首要任务。因为在设计的过程中,其中多数步骤都需要由计算机的制图软件来完成。CAD软件具有很多种功能,它能够较为快捷的完成计算、设计以及画图等方面的内容。在使用软件的过程中,合理的应用CDA软件会有效提高机械设计的精准度与设计的效率,最终设计出理想的作品。

5 结语

随着新时期的到来,在这种新形势下加强现代机械设计的创新与特点研究显得至关重要,不仅影响着企业的自身发展,还关系到社会的发展,在很大程度上决定着社会经济的繁荣。对于创新而言,它是现代化机械中不可替代的重要组成部分,合理的创新能够有效地提高机械性能。所以我们必须着眼于现在与未来的发展,找到当前机械设计的不足,加以创新与完善,拓展工作人员的思维,最终提高了机械设计的发展速度,促进了我国社会经济的快速发展。

参考文献

[1] 魏玉新.现代机械设计的创新方法研究[J].装备制造,2009,5(01).

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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.