導語：如何才能寫好一篇機械創新設計，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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（1）綠色設計是技術先進、環境協調性好和經濟性好統一的設計方法。它具有：可拆卸可維修、節能環保、報廢后可以回收再利用、無毒無害、簡單便宜。

（2）創新設計就需要機械設計人員發揮創造性思維，融合最新的科技成果，結合現代的設計理念和方法，考慮產品的實用性、易用性等因素，設計出具有市場競爭力的機械產品。原創設計、變異設計和反求設計是機械產品創新設計的三種主要形式。機械產品的創新并不是單純的指產品本身，從產品概念到產品銷售整個過程是需要有創新思維。

（3）綠色機械產品創新設計很明顯就是綠色設計與創新設計相結合，生產出既節能環保，又充滿特色的產品?，F實中，很多產品雖然具有創新，但是并不環保，而有的考慮了環保特點，產品本身卻沒有什么新意。機械產品一定要充分兼顧綠色環保特點和創新特點，相互融合，構成一個完整的綠色機械產品。

2綠色創新設計原則

2.1安全可靠

安全可靠始終是一切產品的首要原則。對于機械產品而言，零件的機械強度、剛度、熱平衡性、穩定性和耐磨性都需要滿足要求。在設計上要保證科學合理，材料選取要正確，加工工藝和裝配都需要滿足安全可靠的原則。

2.2生態效益

我們產品的最大特色就是綠色環保，生態效益自然是不可或缺的原則。我們強調的綠色環保不單單是產品生產過程中環保，在今后的使用過程中也需要對周圍環境無污染。我們在零部件選擇的時候就要選取無毒、無害、無輻射的材料。還有盡可能減少對材料和能源的需要。材料的選取完成后，機械產品本身也需要考慮污染問題，期中噪聲是重要的因素。機械產品工作時發出的聲音是噪聲的一個很大的污染源。長期處在這樣的環境下，對人的健康有很大的危害。低噪聲設計成為了機械設計一個重要的原則。所有我們在機械產品設計上就要考慮生態平衡的需求，堅持綠色設計理念。

2.3人機工程學

現在的設計更注重“以人為本”的原則。我們在機械產品的設計中，要充分考慮人和機器的關系，使得人-機器-環境三者相互協調，人的工作能力與機器的作業需求相適應，營造出舒適、高效、安全的工作條件，最終提高整個系統的工作效率。除了這些之外，機械產品的外形、顏色也要與產品本身定位和環境協調好，比如冰箱應該用冷色的，給人清涼的感覺，醫療器械用淺色，給人安靜衛生感覺。產品外形也要比例合適，讓人看著大方，美觀。

2.4經濟效益

我們生產的畢竟是機械產品，目的還是要為企業帶來更多的利潤，所以經濟效益是我們不得不考慮的問題。機械產品既要滿足客戶的要求，還有盡可能成本低廉。為了達到經濟最佳性，產品的設計和制造都該考慮在內。

3綠色創新設計的特點

（1）能體現綠色環保的理念。機械產品設計者以綠色環保為前提，利用創造原理，發揮創新思維，充分尋找產品的創新點。綠色機械產品的創新重點放在在制造、使用到回收利用都要考慮其可能對環境造成污染和對資源的浪費的點。

（2）傳統的機械產品設計更看重的是產品的使用功能屬性，缺乏環保意識。綠色機械產品設計考慮的是產品的全周期。

（3）強調程序化思考和創造原理。機械產品創新不僅依賴創新性思維，還要應用創造原理。有時直覺思維、邏輯思維和抽象思維等不能滿足設計要求的時候，就需要建立設計方案形態學矩陣，讓創新變成程序化的思考過程，這樣克服了經驗總結設計的不足，更容易生產創造性的產品設計思路。

4綠色創新設計的方法

4.1 逆向設計法

逆向設計是相對正向設計而言，其基礎是應用逆向思維，利用事物的對立面。如對立、對立并存、對立綜合等，從原理逆向、大小逆向和屬性逆向等方面進行綠色創新設計。①簡化。簡化產品結構。如減少部件的數量，以便于裝備、拆卸、減少緊固件數量等；簡化拆卸過程。如結構設計時，采用易于拆卸的連接方式，減少緊固件數量等；簡化回收工藝：廢舊產品的回收工藝技術應簡單可行。②極小化。朝極小化方向思考：如產品的輕、薄、短、小化。③極大化。朝極大化方向思考：如采用新技術、新原理、新材料等構思功能極大化的結構簡單、材料少、體積小、重量輕、可靠性高、壽命長的產品。④廢舊產品的回收利用。利用新構思、新技術、回收利用廢舊產品。回收資源、減少環境污染，如對全塑汽車的回收利用。

4.2 移植法運用其它領域綠色設計和創新設計的理論、方法和技術，研究本領域綠色設計和創新設計中存在的問題，開發具有綠色特點的新產品

①原理移植。如將太陽能炊具的集熱原理移植到雨傘上，研制成雨天擋雨，晴天能燒水或做飯的新型多功能傘。

②結構移植。如將機床滑動摩擦導軌的摩擦面置于滾子間，則得到牽引力小，傳動效率高，系統簡單，維修方便的滾動摩擦導軌。這種新型導軌是平面滾動軸承結構方式的一種移植。

③材料移植。如將工業陶瓷用于發動機氣缸，可大幅度提高熱效率，降低燃料消耗，是材料的創造性移植。

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一、機械創新設計大賽的目的與內涵

（一）機械創新設計大賽的目的。全國大學生機械創新設計大賽的目的，在于引導高校在課堂教學過程中注重培養大學生的創新設計意識、綜合設計能力和團隊協作精神；鼓勵大學生走出課堂，積極參與課外拓展課程，加強自身動手能力和工程實踐訓練，通過機械設計和工藝制作等課外科技活動，提升自身的創新思維，成為對社會有用的創新型人才。（二）機械創新設計大賽的內涵。機械創新設計大賽有其深刻的內涵，主要表現在以下幾方面：重視人文關懷，陶冶創新精神、鍛煉實踐能力，結合生產實際、踐行開放辦學。2004年9月的第一屆大賽無固定主題，但從2006年10月的第二屆到2016年10月的第七屆均設定了相應的大賽主題，如第二屆以“健康與愛心”為主題，第三屆以“綠色與環境”為主題，第七屆以“服務社會—高效、便利、個性化”為主題。從這些大賽主題中可以看到機械創新設計大賽重視人文關懷的內涵。創新無處不在。創新通常分為兩種：一種是構成事物原有元素的重新組合；另一種就是在原有元素上加入新的元素。每屆參賽的作品都必須與大賽的主題和內容相符，而且要求作品在功能、設計、結構、工藝制作、性價比、實用性等多方面具有創新性。這就對當代大學生創新精神、實踐能力等方面提出了更高的要求，也體現了機械設計大賽這方面的內涵。結合生產實際、踐行開放式辦學，這是機械創新設計大賽的另一層內涵。設計是制作的依據，制作是設計的體現。每一個參賽作品，從構思、設計、出圖、工藝到制作，整個過程必須依托生產實際，設計出來的作品可能很美觀，可是如果沒有考慮加工工藝，就無法通過機械加工來完成制作，這就是理論脫離實際。機械創新設計大賽是一項體現綜合設計能力的科技活動，其要求加強校企合作，加強校內外實訓基地建設，踐行開放式辦學，給學生提供技能展示的平臺，讓學生更多地投入實踐訓練中去。

二、機械創新設計大賽存在的問題剖析

（一）競賽與日常教學活動難以兼顧。按照往屆大賽賽程，機械創新設計大賽每兩年舉辦一次，基本是偶數年5月份區賽，7月份國賽，但是高校教學計劃是以年為單位編制班級，所以不能保證每屆的學生都有機會參加競賽。特別是高職院校，很多高職院校是采用“2.5+0.5”的教學模式，奇數年份入校的學生，一年級時沒條件參賽，二年級時又不舉辦比賽，到三年級第二個學期又在校外進行頂崗實習。并且競賽沒有納入教學計劃，學生只能利用課余時間籌備比賽，作品從設計到制作易與教學計劃沖突，參賽作品參差不齊，難以保證質量，這就與大賽的宗旨背道而馳了。（二）學生自主創新的作品難以甄別。由于比賽時間的倉促，學生設計水平的局限，難免存在部分作品抄襲剽竊現象。從往屆的競賽作品來看，有些作品全部或部分技術已被他人申請專利保護，或市面上已有相同商品銷售。另有一些作品遠遠達不到現有應用的同類產品的技術水平。相當數量院校的作品設計比較簡陋，制作粗糙，難免有消極應賽之嫌。競賽的評委來自各院校或某些企業，他們只是某個領域的專家，對不同領域的科研狀況和科技水平往往不夠了解，他們在甄別作品的創新性、自主完成方面存在困難。（三）競賽未能做到公平與公正。機械創新設計大賽是教育主管部門和各高校關注的重要賽事，要保持其旺盛生命力，就必須做到公平、公正、公開。縱觀往屆大賽，仍存在一些不公平、不公正的方面，例如，競賽組委和評委組成結構的代表性不足，基本上集中在少數的重點工科院校，有些評委本人還是指導老師，指導一個或多個團隊的作品，評委之間賽前允許交流和討論，這樣的競賽難以保證公平與公正性。評委不應該是參賽代表隊的指導老師，也不能為參賽代表隊的領隊，只有對這些事項進行規范，競賽才會向良性發展。

三、改進機械創新設計大賽，促進高校創新教育發展

（一）把競賽納入教學計劃和教學大綱中，加強創新教育。知識只有創造性地運用才談得上有力量。創新教育在于激發學生的創造精神和創新能力，啟發學生創造性地學知識，并創造性地運用知識。只有引導學生在學習上發揮創造性，摒棄以往消極地存儲知識，被動地接受知識的觀念，才能達到德智體美全面發展的教育目標。學生要發揮創造性，除在課堂上學習理論知識外，還要加強課外的動手操作能力。機械創新設計大賽給學生提供了良好的課外實踐平臺，參加競賽的學生在老師的指導下能夠激發創造力，盡情發揮自己的才能。機械創新設計大賽的宗旨是“以賽促教，以賽促學”，所以，建議在保證學校的日常教學情況下，把競賽納入教學計劃和教學大綱中，加強對學生的創新教育。（二）結合競賽特點建立智創團隊，充分發揮學生創新潛能。團隊協作是歷屆機械創新設計大賽的特點，有一個良好的創新團隊才能創造出優秀的作品。根據筆者多次參加該項大賽的經驗，團隊成員必須具備勤學好問、肯鉆研、能吃苦、表達能力好、動手能力強等素質。所以，結合競賽特點建立智創團隊，建設智創工作室，以老帶新，養成團結協作、共同創造的良好習慣，顯得十分重要。智創團隊中的學生可以利用課余時間發揮潛能，進行一些創新性的設計制作，一方面增強對本學科知識點的學習興趣，另一方面通過競賽拓寬視野，為今后步入社會積累經驗。此外，為了充分發揮智創團隊的創造力，各高校還可以考慮建立智創團隊工作室。目前，不少高校仍缺乏適合創新人才培養的良好環境，很多學校的實訓基地參差不齊，對機械創新設計大賽不夠重視，有的可能連好一點的加工作品的工作場所都沒有。為了保證參賽作品的質量，高校可以考慮建立智創團隊工作室，讓學生課余時間能在工作室里設計與制作作品，充分發揮創新潛能。（三）規范競賽相關事項，促使學生樹立創新意識。只有對大賽的相關事項進行規范，嚴格做到公平、公正，才能真正調動學生的參賽積極性，促使學生樹立創新意識。首先，要杜絕大賽抄襲現象。據了解，在機械創新設計大賽中，有些院校為了完成比賽任務，隨意拿個作品或在網絡上抄襲一個作品充數參賽，這樣既占用了競賽名額，也占用了比賽場地，更不利于學生創新意識的樹立。對此，應嚴格對作品進行把關，杜絕大賽抄襲現象。要明確競賽主題，明確競賽主題就明確了競賽方向，參加競賽的學生作品就必須與主題相符，這樣能夠一定程度上杜絕學生對其他作品的抄襲。其次，要對大賽的評委進行嚴格甄選，即對評委進行綜合性考核，保證評委們所擅長專業涵蓋各領域，對不同領域的科研狀況和科技水平有足夠的了解，這樣才能很好地甄別作品的創新性以及是否為學生自主完成。此外，要避免裁判既是指導員又是裁判，只有這樣，才能建立公平、公正的評判機制。（四）完善參賽獎勵制度，鼓勵學生自主創新。每屆機械創新設計大賽都會涌現出不少的優秀作品，這些作品中有的還是受法律保護的專利作品，這充分說明在帶隊老師的指導下，學生的潛能是無限的，只要能提供良好的創作環境和競賽環境，學生是能設計和制作出優秀作品的。但是，再大的潛力也是需要激勵的，有了相應的激勵，學生才能將自身潛能最大限度地挖掘出來。當前，在參賽激勵方面，每個學校有所不同，有的學校獎勵力度很大，有的學校獎勵力度很小，這樣就難免出現消極備賽的情況。為鼓勵學生積極參賽，充分發揮自主創新潛能，各高校應完善參賽獎勵制度，鼓勵學生自主創新。例如，可以在物質上給予獎勵金等獎勵，也可以在精神上給予個人榮譽等獎勵。

總之，創新教育的核心在于創新能力的培養，而全國大學生機械創新設計大賽能夠從意識、思維、個性等方面培養學生的創新能力，是培養學生創新能力的有效途徑。因此，改進機械創新設計大賽，并將之與高校創新教育緊密結合起來，有利于促進高校創新教育的發展。

作者:江健 方小菊 單位:廣西職業技術學院

【參考文獻】

［1］王樹才．全國大學生機械創新設計大賽可持續性問題思考［J］．華中農業大學學報（社會科學版），2009（3）

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機械零部件設計的本質是創造和革新。現代機械機械零部件設計強調創新設計，要求在設計中更充分地發揮設計者的創造力，利用最新科技成果，在現代設計理論和方法的指導下，設計出更具有生命力的產品。

一、把握機械零部件設計的主要內容

機械零部件設計是機械設計的重要組成部分，機械運動方案中的機構和構件只有通過零部件設計才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖，同時它也是機械總體設計的基礎。機械零部件設計的主要內容包括：根據運動方案設計和總體設計的要求，明確零部件的工作要求、性能、參數等，選擇零部件的結構構形、材料、精度等，進行失效分析和工作能力計算，畫出零部件圖和部件裝配圖。機械產品整機應滿足的要求是由零部件設計所決定的，機械零部件設計應滿足的要求為：在工作能力上要求具體有強度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動穩定性及精度等；在工藝性上要求加工、裝配具有良好的工藝性及維修方便；在經濟性上的要求主要指生產成本要低。此外，還要滿足噪聲控制、防腐性能、不污染環境等環境保護要求和安全要求等。這些要求往往互相牽制，需全面綜合考慮。

二、嚴格計算機械零部件的失效形式

機械零部件由于各種原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有斷裂、表面壓碎、表面點蝕、塑性變形、過度彈性變形、共振、過熱及過度磨損等。為了保證零部件能正常工作，在設計零部件時應首先進行零部件的失效分析，預估失效的可能性，采取相應措施，其中包括理論計算，計算所依據的條件稱為計算準則，常用的計算準則有：一是強度準則。強度是機械零部件抵抗斷裂、表面疲勞破壞或過大塑性變形等失效的能力。強度要求是保證機械零部件能正常工作的基本要求。二是剛度準則。剛度是指零部件在載荷的作用下，抵抗彈性變形的能力。剛度準則要求零部件在載荷作用下的彈性變形在許用的極限值之內。三是振動穩定性準則。對于高速運動或剛度較小的機械，在工作時應避免發生共振。振動穩定性準則要求所設計的零部件的固有頻率與其工作時所受激振源的頻率錯開。四是耐熱性準則。機械零部件在高溫工作條件下，由于過度受熱，會引起油失效、氧化、膠合、熱變形、硬度降低等問題，使零部件失效或機械精度降低。因此，為了保證零部件在高溫下正常工作，應合理設計其結構及合理選擇材料，必要時須采用水冷或氣冷等降溫措施。五是耐磨性準則。耐磨性是指相互接觸并運動零部件的工作表面抵抗磨損的能力。當零部件過度磨損后，將改變其結構形狀和尺寸，削弱其強度，降低機械精度和效率，以致零部件失效報廢。因此，機械設計時應采取措施，力求提高零部件的耐磨性。

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隨著社會經濟的不斷發展，我們機械制造技術發展也極為迅速，而且，機械制造是我國重大生產行業之一，對推動我國經濟發展有著極大的作用[1]。但是，我國作為一個機械制造大國，在機械結構設計上卻欠缺太多，很多機械制造都是模仿其他發達國家的機械設計工藝來進行生產的，雖然一些機械結構設計也發生了改變，而從本質上卻依然沒有太大的變動，缺乏自主創新設計，一直引用技術會造成我國的機械結構設計會隨著發達國家的后面走，無法將其真正的超越，而且，很多機械企業認為創建機械研發中心較為奢侈，這樣的思想很難為我國的經濟發展、科技發展帶來更大的推動作用。我國作為一個經濟大國、機械制造大國，不能僅將目光停留在機械的生產制造中，更應將目光放在機械結構設計的創新上，同時要保證機械設計創新不能過于死板，單純的按照其他機械設計進行修修改改的很難從實質進行改變，需要從機械結構、系統等全方位進行創新，同時，還要注重機械結構設計創新人才的培養，這才是機械結構設計創新發展的根本，而且，通過不斷的對機械結構設計的創新，對促進我國經濟發展、科技發展有著極大的作用，更有利于早日超過西方一些發達國家的機械科技水平，從而成為世界機械結構設計創新的“領跑人”。

2機械結構設計中的創新設計

機械結構設計中的創新設計，應切實的走上創新道路，按照科學理論的推理，對其進行科學的設想、勇敢去實踐，這樣才能實現對機械結構設計的創新目的。變元法是機械結構設計創新設計的重要方法之一，而且，變元法的應用范圍也極為廣泛，能夠給設計人員帶來一定的創新思路，主要是對產品的關鍵點進行考慮，再對各個關鍵點的設計進行論證和調整，從而實現對機械結構設計方案的調整，去除以往機械結構設計的老套方案，提升機械結構設計效果，達到對結構設計的創新目的，具體分析如下。

2.1尺寸的變元

機械結構設計中涉及到的零部件較多，而且，各項零部件結構的形狀有著很大的差異性，每個機械結構尺寸、形狀等參數都會根據機械使用的情況進行相應的設定，從而實現機械運行的相應功能[2]。利用變元法對機械結構各個零部件尺寸進行變元設計，實現對形狀、尺寸等參數進行優化的目的，不斷的提升機械的運行效果。另外，在尺寸變元的基礎上，可以對機械結構形態、尺寸等進行創新，主要結合機械市場的發展形勢、機械的使用趨勢等來實現對機械結構的創新目的。

2.2材料的變元

機械結構設計中應用到的材料種類極為繁多，各部分結構都會結合使用情況的不同采取不同的原材料制成，而且每個零部件材料加工的方式也有所不同，同樣材料在加工不同零件的情況下也可能出現不同的加工方式，而最終的目的是要通過合理的加工方式來將材料的最佳效能發揮出來，這樣才能有效的提高機械的使用效率[3]。變元法中所提到的材料變元，主要根據對材料的變元方式來實現對機械結構設計的創新和研究。例如，在對一種材料進行加工的過程中，如果想得到理想的剛性材料的作用，需要將這類剛性材料應用到相應的部件，也可以說，對機械結構的設計，需要根據材料的性能來進行相應的調整。因此說，在對機械結構設計創新的過程中，必須注重材料的性能發揮，這樣才能更好的完成機械結構的創新設計。

2.3工藝的變元

加工工藝技術對機械結構設計的創新有著極大的作用，機械的任何結構在完成理想設計之前，都必須有著可靠的加工工藝作為支持，這樣才能有效的提高機械結構創新的效果[4]。變元法中所提到的工藝變元主要是根據工藝技術選擇的不同，來實現對各個元器件產生相應的作用，從而實現對機械整個結構產生作用。工藝手段與結構尺寸、材料性能等變元有著很大的差異性，工藝手段選取和使用的合理性，直接影響到機械結構的質量和性能，因此，機械結構創新設計必須對工藝手段進行創新設計，利用新穎的工藝手段來確保機械結構設計的創新性。

3結語

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關鍵詞：機械制造，零部件設計，創新

 

傳統機械零部件的設計帶來了運用中出現的許多問題：零部件容易腐蝕損壞；零部件容易疲勞損壞，斷裂、表面剝落等；零部件容易摩擦損壞等等。這些問題的出現，都是機械零部件傳統的設計局限性所產生的。傳統設計在長期運用中得到不斷的完善和提高，目前在大多數情況下仍然是有效的設計方法，但是它有很多局限：在方案設計時憑借設計者有限的直接經驗或間接經驗，通過計算、類比分析等，以收斂思維方式，過早地確定方案。這種方案設計既不充分又不系統，不強調創新，因此很難得到最優方案；在機械零部件設計中，僅對重要的零部件根據簡化的力學模型或經驗公式進行靜態的或近似的設計計算，其他零部件只作類比設計，與實際工況有時相差較遠，難免造成失誤；傳統設計偏重于考慮產品自身的功能的實現，忽略人——機——環境之間關系的重要性；傳統設計采用手工計算、繪圖，設計的準確性差、工作周期長、效率低。所以，在現代機械部件設計中，很有必要用到創新思維的方法去設計。論文參考網。

1 創新機械零部件的設計思想

機械零部件設計的本質是創造和革新。現代機械機械零部件設計強調創新設計，要求在設計中更充分地發揮設計者的創造力，利用最新科技成果，在現代設計理論和方法的指導下，設計出更具有生命力的產品。

1.1 運用創造思維

設計者的創造力是多種能力、個性和心理特征的綜合表現，它包括觀察能力、記憶能力、想象能力、思維能力、表達能力、自控能力、文化修養、理想信念、意志性格、興趣愛好等因素。其中想象能力和思維能力是創造力的核心，它是將觀察、記憶所得信息有控制地進行加工變換，創造表達出新成果的整個創造活動的中心。創造力的開發可以從培養創新意識、提高創新能力和素質、加強創新實踐等方面著手。設計者不是把設計工作當成例行公事，而是時刻保持強烈的創新愿望和沖動，掌握必要創新方法，加強學習和鍛煉，自覺開發創造力，成為一個符合現代設計需要的創新人才。

1.2 運用發散思維

發散思維又稱輻射思維或求異思維等。它是以欲解決的問題為中心，思維者打破常規，從不同方向，多角度、多層次地考慮問題，求出多種答案的思維方式。例如，若提出“將兩零部件聯結在一起”的問題，常規的辦法有螺紋聯結、焊接、膠接、鉚接等，但運用發散思維思考，可以得到利用電磁力、摩擦力、壓差或真空、綁縛、冷凍等方法。發散思維是創造性思維的主要形式之一，在技術創新和方案設計中具有重要的意義。

1.3 運用創新思維

創造力的核心是創新思維。論文參考網。創新思維是一種最高層次的思維活動，它是建立在各類常規思維基礎上的。人腦在外界信息激勵下，將各種信息重新綜合集成，產生新的結果的思維活動過程就是創新思維。機械機械零部件設計的過程是創新的過程。設計者應打破常規思維的慣例，追求新的功能原理、新方案、新結構、新造型、新材料、新工藝等，在求異和突破中體現創新。

2 科學的進行機械零部件設計

2.1 把握機械零部件設計的主要內容

機械零部件設計是機械設計的重要組成部分，機械運動方案中的機構和構件只有通過零部件設計才能得到用于加工的零部件工作圖和部件裝配圖，同時它也是機械總體設計的基礎。機械零部件設計的主要內容包括：根據運動方案設計和總體設計的要求，明確零部件的工作要求、性能、參數等，選擇零部件的結構構形、材料、精度等，進行失效分析和工作能力計算，畫出零部件圖和部件裝配圖。機械產品整機應滿足的要求是由零部件設計所決定的，機械零部件設計應滿足的要求為：在工作能力上要求具體有強度、剛度、壽命、耐磨性、耐熱性、振動穩定性及精度等；在工藝性上要求加工、裝配具有良好的工藝性及維修方便；在經濟性上的要求主要指生產成本要低。此外，還要滿足噪聲控制、防腐性能、不污染環境等環境保護要求和安全要求等。這些要求往往互相牽制，需全面綜合考慮。

2.2 嚴格計算機械零部件的失效形式

機械零部件由于各種原因不能正常工作而失效，其失效形式很多，主要有斷裂、表面壓碎、表面點蝕、塑性變形、過度彈性變形、共振、過熱及過度磨損等。為了保證零部件能正常工作，在設計零部件時應首先進行零部件的失效分析，預估失效的可能性，采取相應措施，其中包括理論計算，計算所依據的條件稱為計算準則，常用的計算準則有：一是強度準則。強度是機械零部件抵抗斷裂、表面疲勞破壞或過大塑性變形等失效的能力。強度要求是保證機械零部件能正常工作的基本要求。二是剛度準則。剛度是指零部件在載荷的作用下，抵抗彈性變形的能力。剛度準則要求零部件在載荷作用下的彈性變形在許用的極限值之內。三是振動穩定性準則。對于高速運動或剛度較小的機械，在工作時應避免發生共振。振動穩定性準則要求所設計的零部件的固有頻率與其工作時所受激振源的頻率錯開。四是耐熱性準則。機械零部件在高溫工作條件下，由于過度受熱，會引起油失效、氧化、膠合、熱變形、硬度降低等問題，使零部件失效或機械精度降低。因此，為了保證零部件在高溫下正常工作，應合理設計其結構及合理選擇材料，必要時須采用水冷或氣冷等降溫措施。五是耐磨性準則。耐磨性是指相互接觸并運動零部件的工作表面抵抗磨損的能力。當零部件過度磨損后，將改變其結構形狀和尺寸，削弱其強度，降低機械精度和效率，以致零部件失效報廢。因此，機械設計時應采取措施，力求提高零部件的耐磨性。

2.3 正確選擇機械零部件表面粗糙度

表面粗糙度是反映零部件表面微觀幾何形狀誤差的一個重要技術指標，是檢驗零部件表面質量的主要依據；它選擇的合理與否，直接關系到產品的質量、使用壽命和生產成本。機械零部件表面粗糙度的選擇方法有3種，即計算法、試驗法和類比法。在機械零部件設計工作中，應用普通的是類比法，此法簡便、迅速、有效。應用類比法需要有充足的參考資料，現有的各種機械設計手冊中都提供了較全面的資料和文獻。最常用的是與公差等級相適應的表面粗糙度。在通常情況下，機械零部件尺寸公差要求越小，機械零部件的表面粗糙度值也越小，但是它們之間又不存在固定的函數關系。

2.4 全面優化機械零部件設計方法

要充分運用機械學理論和方法，包括機構學、機械動力學、摩擦學、機械結構強度學、傳動機械學等及計算機輔助分析的不斷發展，對設計的關鍵技術問題能作出很好的處理，一系列新型的設計準則和方法正在形成。計算機輔助設計（CAD）是把計算機技術引入設計過程，利用計算機完成選型、計算、繪圖及其他作業的現代設計方法。CAD技術促成機械零部件設計發生巨大的變化，并成為現代機械設計的重要組成部分。論文參考網。目前，CAD技術向更深更廣的方向發展，主要表現為以下基于專家系統的智能CAD；CAD系統集成化，CAD與CAM（計算機輔助制造）的集成系統（CAD/CAM）；動態三維造型技術；基于并行工程，面向制造的設計技術（DFM）；分布式網絡CAD系統。

參考文獻

1．趙冬梅.機械設計基礎[M].西安:西安電子科技大學出版社,2004．

2．聞邦椿.機械設計手冊[M].北京:機械工業出版社,2009 .

3．王建平.工科院校機械專業機械創新設計教學的探索[J].常熟理工學院學報,2005(06).

4．陳天河.淺談機械零部件的創新設計[J].大眾科技,2006(05).

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關鍵詞：創新設計；機械結構設計；設計技術；

創新是行業發展的靈魂，是實現企業競爭力的源泉，有利于企業獲得更大的上升空間，以滿足社會的發展需求?，F階段，市場需求開始呈多元化趨勢，傳統的設計理念使企業的發展受到了限制，無法發揮其實際作用。對此，應強化創新設計理念，對機械結構進行優化，從而實現最優設計效果。

1創新設計對機械結構設計的重要性

現階段，我國社會經濟發展較快，人們的思想意識發生了轉變，開始向多元化方向發展，要求機械結構滿足多元化的發展需求，使其具備良好的功能和性能，以保障工作效率。在此背景下，傳統設計理念的劣勢尤為凸顯，其結構單一、應用范圍有限，使其行業價值受到了影響。對此，要求設計人員提高創新意識，采用新材料、新工藝、新結構等設計方式，以打破常規設計理念的限制，對機械結構的本質進行創新，從而提高機械制造領域的生命力，保證其安全、穩定的發展。

2創新設計在機械結構設計中的應用

變元法這一理念最早由德國提出并使用的，對創新機械結構設計有十分重要的意義。在采用這種設計理念時，需要對產品的結構設計理念進行分析，合理確定機械結構的特點和要求，并根據實際情況來創新設計，能有效保障機械結構的質量，從而實現變元法的設計效果?，F階段，變元法主要是對機械結構的材料、尺寸、位置、形狀等其各方面進行創新，能保障結構設計效果。

2.1材料設計

當進行機械結構設計時，需要合理確定設計材料，每種材料的性質、特點等不同，在進行設計與施工時，會產生不同的效果。因此，應根據材料的實際情況來優化結構設計，從而保障設計質量。例如，當機械結構的主體設計材料為鋼材時，應充分發揮鋼材的優勢，使其結構具備良好的硬度和強度。對此，可采用增加鋼結構截面尺寸的方法，能有效提高其性能。相比于鋼材來說，鑄鐵材料的硬度和強度要差一些，傳統的設計理念使其性能受到了影響，無法保障產品的質量和使用壽命。而在鑄鐵上增加隔板或強筋，也能有效提高機械結構的性能。這種變元法，可對材料結構中的變量進行設計，從而保障設計效果[1]。

2.2數量設計

在對機械結構進行設計時，需要對其內部元素的數量進行調整，使其滿足不同行業的需要。通常情況下，在進行創新設計時，只需要改變結構內部元素的數量即可，能有效改變結構的性能，實現其設計價值。雖然這種設計方法比較簡單，但能有效保障設計效果。例如，在進行螺絲設計時，傳統的設計方式為墊片、螺桿、螺帽等，其零件數量比較多，給機械結構的安裝及拆卸工作帶來了很大的難度。對此，在進行創新設計時，可將其設計成多功能一體化螺絲，以降低零件的使用數量，從而保障工作效率。

2.3形狀設計

形狀是機械結構設計中的重點內容，通過改變機械結構的表面形狀或整體形狀，能改變各個零件的規格，從而優化機械結構的性能。例如，在對彈簧進行設計時，需要利用其彈力來壓緊零件。而采用創新設計理論，不僅可以選擇彈簧的的種類，還可對壓緊零件的形狀進行改變，比如，有平面、球面等，以滿足結構設計的實際需求。但在設計時還需要注意彈簧與零件之間的距離，合理控制壓緊力，防止影響結構質量。

2.4位置設計

當對機械結構進行創新設計時，可通過改變零件的位置來調整結構的性能，從而實現其創新效果。通常情況下，當設計焊接縫的位置時，一般可將其布置在中軸線及其附近，能避免機械結構發生形變等問題，能有效保障結構的安全性與穩定性，從而推動企業快速發展。

2.5工藝設計

工藝設計是機械結構設計的核心環節，對保證機械質量有十分重要的意義。由于每個機械結構的性質需求不同，在進行設計時需要進行相應的改變，以發揮其實際價值。因此，在實際工作中，要求設計人員正確分析各個機械結構的工藝需求，對其內部零件的構成進行研究，從而不斷提高圖紙設計水平。同時，還需要在圖紙中明確標明各個零件的施工方法及參數信息，避免理論效果與實際效果存在較大的差距。另外，還需要對影響機械結構質量、成本等因素劃分出來，并做好解決預案，能有效提高機械結構的設計質量[2]。

3創新設計理念的應用優勢及需要注意的問題

現階段，在科學技術的發展下，我國的工業化進程不斷加快，但與發達國家相比，還存在一定的差距。在此背景下，會使我國機械制造業缺少國際競爭力，使其行業發展受到了影響。在新時期下，市場越來越看重創新的優勢性和重要性，能有效提高社會生產力，實現其經濟效益。同時，創新機械結構設計有利于優化設計質量，使其向多功能一體化方向發展，能有效提高資源利用率，實現其社會效益。另外，創新設計理念的發展，使各企業看到了自身的發展機遇與挑戰，有利于創造和諧的競爭環境，推動企業快速發展，實現其市場競爭力。

當對機械結構進行創新設計時，應注意幾個問題，一是，優化設計方案。當進行設計工作時，需要采用科學的方法來進行評價，有利于保證機械結構的質量。同時，還應從經濟效益和社會效益兩個指標來進行考慮，對重點結構部分建立模型，并通過數據進行對比和分析，不斷優化設計方案，以提高設計質量。二是，加強防腐設計。防腐設計是比較重要的內容，對機械結構的質量和使用壽命會造成嚴重的影響。因此，在進行設計時，應對內部構件、焊接縫隙、構件表面等進行防腐設計，從而保障設計效果。

篇7

機械方案設計是一個創造性很強的活動，其思維過程是形象思維和抽象思維綜合作用的結果。目前計算機輔助設計（CAD）主要解決了在計算和繪圖等設計后續階段對設計者的支持。而對于極富創造性的早期方案設計階段的計算機支持至今沒有取得實質性的進展。即使是智能CAD系統，所采用的方法的理論基礎仍是基于傳統的人工智能的知識表示與推理方法，即邏輯思維為基礎，其中多以知識工程和專家系統的方法實現。這種CAD與AI的簡單組合，沒有也不可能從真正意義上實現方案設計自動化。創造性如何在方案設計過程中體現一直是困擾設計理論研究工作者的棘手問題，也一直沒有很好地解決，本文將就這一問題作一探討。

1機械方案設計的一般過程

一般認為，方案設計階段主要有兩個任務：首先是建立技術系統的功能結構。然后通過選擇相應于功能結構中的每個功能的功能載體，并組合這些被選擇的功能載體形成整個技術系統的設計方案。

通用設計理論認為，方案設計過程可表述為兩個映射過程（圖1）：即用戶需求域到功能域的映射以及功能域到結構域的映射。由需求域到功能域的映射過程最能體現設計者的創造能力，這一過程涉及到對設計思維規律以及創造性機理認識水平，涉及到自然語言到專業技術語言的轉化。盡管有些學者提出通過對設計要求進行層次分解來建立功能結構圖的討論，但一般還要通過人工干預進行。從功能到結構的映射，實際上是功能結構圖中的每一個分功能與能實現該分功能的結構進行匹配，一般情況下，總體功能往往包含著許多分功能。而每一功能可以由不同的結構來實現，因此存在組合、協調和評價篩選的問題。具體的機械方案設計過程如圖2所示。

圖2所示的機械方案設計過程還可通過數學形式進行描述。設總體功能為U，它可分解為一些子功能，分解過程可形式化為：

U＝（U1，U2，…Um）（1）

即總體功能是有m個子功能UI（I＝1，2，…m）組成的。

任何一個子功能UI（I＝1，2，…，m）對應著能夠完成該分功能的子結構的集合TI，即

TI＝（tI1，tI2，…，tin）（I＝1，2，…，m）（2）

式中tij（j＝1，2，…，n）對應于能完成子功能UI的所有子結構，n為完成該子功能的子結構總數。如果用UI定義行，tij為元素構成矩陣，即得到功能與結構相聯系的“功能—結構技術矩陣”：

（3）

當然能夠實現各子功能的子結構數并不相等，可以將能夠實現某一子功能的最多子結構數定為n，少于這個數的子功能元素項用零表示。圖2所描述的機械方設計的一般過程，看起來很簡單，但計算機實現有許多問題需要解決。如總功能如何分解為子功能、功能如何表達（因為從不同的角度提出的功能表達詞匯是不相同的）以及如何有效根據功能索引子結構等問題有待進一步探討和研究。

2基于機構結構類型變異綜合方法

自60年代圖論理論首次被應用于機構設計以來，它在機構分析與綜合方面的應用得到深入的研究。在圖論中，封閉的圖代表機構，頂點代表連桿，邊代表運動副。圖可以用矩陣（如鄰接矩陣和關聯矩陣）表示、分析和計算。1979年，Freudenstein和Maki提出“功能與結構分離”的方法用于機構綜合，隨后許多學者對這一方法進行研究和深化。該方法包括如下幾個環節：

2．1根據用戶的需求，提出機構創新設計任務與技術要求：

（1）拓撲結構要求

如運動性質（平面運動或空間運動）、基本回路數（或獨立環數目）、運動副類型及數目、構件類型及數目、主動副類型及其位置以及機架的構件類型及其位置；

（2）功能性要求

如輸出構件數目及其位置、每一輸出構件的任務（如軌跡生成、函數生成、導引以及其它要求、滿足對預定的速度及加速度要求、滿足對機構整體的動力學性能要求；

（3）約束條件

如運動精度、結構緊湊性、剛度、機械效益、軸銷作用反力以及制造、裝配、成本等方面的約束。

2．2結構類型綜合

通過結構類型綜合列出滿足設計任務要求的全部結構類型并以適當形式表示。

2．3優選結構類型

根據功能要求和約束條件，篩選出好的結構類型。

該方法目前研究局限在平面連桿機構的結構類型綜合，且一般集中在運動鏈同構識別、自由度識別方法以及平面運動鏈自動生成等理論方法研究階段。盡管有一些應用的研究報道，但都是針對簡單機構（如變沖程發動機活塞機構、車門開啟機構等）通過人工方式實現。計算機實現還有一些關鍵技術沒有很有效的方法，如運動鏈同構識別問題，主動副位置確定、機架位置的確定、桿組的自動劃分以及對運動鏈進行評價篩選等問題。

3集成功能推理及結構推理的方案創新設計過程模型

如果用人工智能語言描述，在上述第1小節中討論的機械方案設計的一般過程是基于功能推理方式，而第2小節中所討論的機構結構類型變異綜合方法是基于結構推理方式。這兩種方式有其內在的聯系，如何將這兩種方式有機地聯系在一起對于機械方案創新設計是一件很有意義的工作。功能推理主要解決功能到結構之間的映射，通過結構部件組合途徑形成機械方案。而結構推理是從結構部件的拓撲結構上通過機構演繹（機架變換，主動件位置變換以及運動副類型變換）途徑對機構進行變異創新，盡管目前結構推理局限在平面連桿機構結構類型綜合，但通過本文的研究，該方法可以擴展到一般剛體機械方案創新設計。有鑒于此，作者提出如圖3所示的集成功能推理和結構推理的機械方案創新設計過程模型。

該設計過程模型由以下主要步驟組成：

Step1：功能結構圖的建立。根據設計要求，建立功能結構圖。

Step2：根據建立的功能結構圖，尋找滿足各子功能要求的功能載體并組合成為原始機械方案。

Step3：將原始機械方案進行抽象化為表達機械方案連接信息的運動鏈表示。并記錄原始方案一些約束信息，如自由度數、桿數、原動件必須是幾副桿、輸出構件是否必須與機架相連等等。

Step4：運動鏈發散。列舉所有與抽象化表示的運動鏈具有相同自由度、桿副類型以及桿數的非同構運動鏈，并進行篩選。

Step5：機械方案元型集的生成。對篩選的運動鏈進行機架識別、原動件識別、桿組識別，形成用連桿和轉動副表達的機械方案元型。

Step6：候選方案集的生成。將以上生成的機械方案元型通過類型替代，形成候選方案集。

Step7：方案的評價決策。得到最優方案。

Step8：方案的尺度綜合。

4機械方案創新設計智能支持系統

根據以上的過程模型，我們開發了機械方案創新設計智能支持系統MCIDISS。系統的結構如圖4所示。該系統由五大模塊組成：

（1）基于實例功能推理的原始機械方案生成模塊：該模塊采用兩級實例推理的模型，完成從設計任務到功能結構圖的建立以及裝置提取與組合協調設計生成原始機械方案的

任務。

（2）基于結構推理的方案設計創新模塊：該模塊在上面模塊產生的原始機械方案的基礎上，通過抽象化表示，將原始機械方案表達為一般化運動鏈，從機械方案拓撲聯接上進行變異創新。

（3）評價決策模塊：該模塊主要任務是對各階段的設計解進行評價決策。系統主要采用模糊綜合評價決策方法。

（4）機構尺度綜合模塊：該模塊主要任務是對組成機械方案的機構參數進行綜合，以便從尺度上論證方案的可行性。

（5）運動分析及仿真模塊：該模塊是在完成機構尺度綜合后，對其進行運動分析和仿真，以便使設計者對所設計的方案有一個清晰直觀的認識。

篇8

關鍵詞：機械；機構；創新；同構；運動鏈

中圖分類號：G301 文獻標識碼：A 收稿日期：2015-11-10

在機構綜合設計中，對于給定桿數和自由度的機構通過采用運動鏈確定非同構運動鏈，是機械創新設計過程中的一個重要環節。但此時將面臨如何檢測出所列出的多個運動鏈中可能存在的同構運動鏈的問題。因此研究一種判別運動鏈同構的新方法成了該研究的熱點。

一、機構創新設計的研究現狀

20世紀50年代以前，機械設計人員主要憑經驗進行機械設計，要求機械設計人員具有很強的專業素質。50年代以后，機構創新設計的研究成了熱點，機構創新方法的研究取得了很大成功。

基于原型的創新設計是根據已存在的機構，歸納其特性，運用綜合方法對機構的運動鏈型進行綜合，最后確定可行的鏈型，完成方案設計，從而為以后對機械的尺度、運動學和動力學分析提供基礎。

二、同構判斷

機構結構類型綜合研究采用運動鏈同構進行分析具有重要意義：如果將非同構運動鏈錯誤地看成是同構，則會導致新的運動鏈會丟失；如果將同構的運動鏈看作是非同構，這樣使機構結構的類型會產生重復。對于單鉸運動鏈的算法如下：將兩拓撲圖的點、邊編號，再將一拓撲圖鄰接矩陣的行進行對調，相應列亦對調：若該變換能使其鄰接矩陣變為與另一拓撲圖的鄰接矩陣相同，則兩拓撲圖同構；否則，兩拓撲圖不同構。但該同構判定方法的計算量會很大。同構運動鏈表示各元素桿之間的聯接支鏈完全相同，理論上只要尋找出運動鏈構件、運動副及各回路的裝配關系，就能簡化辨識運動鏈的同構。

三、運動鏈的全回路拓撲特性矩陣

可利用運動鏈回路矩陣來識別運動鏈同構，但是對于一條運動鏈來說，分析其獨立回路十分困難，尋找最短回路更加困難；對于構件多、回路多的運動鏈，區分起來更加困難。在回路的長度相等的情況下，可利用獨立最短回路矩陣來識別同構。一條運動鏈很容易得到廣義拓撲圖，而且能清晰看到運動鏈的回路和數量，多元素構件和各支鏈鏈接也很清楚。為了避免出現問題，現采用全回路拓撲特性矩陣來識別運動鏈的同構，定義回路的向量：Li（X1X2…Xk）。

式中：Li是第i回路的回路向量；Li+1是拓撲圖外環路的向量；Xk由廣義拓撲圖中的頂點的支鏈組成，代表第i回路第k頂點或支鏈類型?，F定義運動鏈的全回路拓撲特性矩陣：SL+1=[L1L2…LL+1] 。

當某回路的向量坐標值數量小于k時，就在后面補0代替，得到了一個（L+1）×k階全回路拓撲特性矩陣。

四、全回路拓撲特性矩陣的構建

為保證矩陣SL+1的唯一性，對其構建方法作如下規定。

（1）建立運動鏈廣義拓撲圖，驗證運動鏈的獨立回路數量，盡量以最大度的頂點選擇回路，標好序號。

（2）寫出各回路的向量Li。

（3）按照式（2）構建全回路拓撲特性矩陣，但坐標值沒達到最大值k時，列中采用0表示。

五、全回路拓撲特性矩陣辨識運動鏈同構

運動鏈的全回路特性矩陣是具有支鏈信息和運動鏈的多元素桿，如果通過交換一條運動鏈矩陣的行，可得到另一運動鏈的全回路拓撲特性矩陣，則說明兩運動鏈同構，否則不同構。

六、總結

本論文主要分析了機構創新設計的研究現狀，主要從包括機構原型的創新設計以及基于功能分解和重組的創新設計方法出發，詳細介紹其相關的研究進展現狀和趨勢，對同構判斷進行了具體分析，然后對運動鏈的全回路拓撲特性矩陣進行了研究，重點介紹了全回路拓撲特性矩陣的構建。

參考文獻：

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一、數字化機械創新設計能力培養教學改革的作用

1.適應社會和就業的需要

從對上海的企業調研和畢業生反饋的信息看，當前大部分機械制造業的企業基本上實現了三維數字化設計和制造，其中國內大中型企業和研究院已全部實現三維設計，機械工程技術人員普遍采用三維數字化設計技術來完成工程設計已成為一種必然趨勢。因此，轉變教學觀念，注重知識及應用的與時俱進，已成為培養機械行業人才要求。把數字化設計引入到機械設計能力培養當中，使學生掌握更現代的設計方法，為學生專業課程的學習和就業打下堅實的基礎。

2.促進機械設計能力的提高

在我校學生在大學一年級主要學習《機械制圖》和《計算機繪圖》等課程，重在培養學生的二維繪圖和識圖能力；而在高年級的專業課程中，直接講授三維數字化設計軟件的工程應用，難度大、效果差。在大二期間，將數字化設計結合《機械設計》《現代機械設計》課程教學，不但可以為學生后面專業課程的學習打基礎，降低專業課程的學習難度，而且能對機械設計能力的提升起到促進作用。數字化設計改變了傳統課程設計作圖多、任務重的缺點，設計結果具有較強的直觀性，容易引起學生的興趣。

3.利于學生工程實踐和創新能力的培養

隨著各高校對卓越工程師培養計劃的重視，培養學生的工程實踐和創新能力，已經成為高等學校一項非常重要的教學改革內容。機械創新設計作為一項“卓越計劃”培養機械類專業學生工程實踐和創新能力的重要一環，必須更新教育理念、探索新的課程教學模式、加強課程內容與社會實踐的聯系、積極探索以素質教育和能力培養為特征的新型課程模式。將數字化設計引入到機械創新設計培養當中，對學生工程實踐和創新能力的培養可以起到積極的推動作用，因為數字化設計優勢十分有利于學生空間想象能力、設計能力和自主學習能力的培養，學生可以借助數字化設計軟件把自己的工程設計想法通過三維實體設計表達出來，激發學生不斷探索、實踐和創新的欲望，進而促進其工程實踐和創新能力的提高。

二、機械創新設計能力培養教學改革的思路

數字化設計應當是根據數字化設計本身的特點及其在機械創新設計的應用特點來進行，不能簡單地增加設計軟件使用操作教學內容，或在原來的課程體系中再增加幾章獨立的、自成體系的數字化設計教學內容。而應結合數字化設計和機械設計能力培養的特點，對整個課程內容體系進行必要的改革。

（1）以工程素質教育和實際能力培養為目標，構建數字化機械設計課程內容體系。主要包含數字化設計基礎，數字化設計理念、流程及特點，數字化設計工具簡介，數字化設計實務訓練等類型的課程內容。同時探尋建立數字化設計與傳統設計教學內容之間，以及與其它數字化設計課程之間有機的聯系。

（2）機械設計中傳統設計教學內容應做相應的改革，使數字化設計的思想和方法真正融合到機械設計的教學與實踐當中，最理想的方式是能夠讓學生在課程的學習中熟悉和掌握數字化設計工具，這樣機械設計能力的培養的才能夠適應數字化時代的要求。

三、機械創新設計能力培養的教學設計

1.課程教學內容改革

在授課時，應淡化對理論公式的推導，加強對工程應用的講解，如齒輪的強度計算，螺紋連接強度計算等；對一些非重點章節，如鏈傳動、進行引導性的講解；對難度相對簡單的章節，如聯軸器、離合器與制動器、彈簧等，可以采用教師簡單概述，讓學生課下與結合思考題自學方式。這樣可將機械原理機械設計理論教學壓縮到96學時左右，留出大約20學時對數字化設計進行講授。在數字化設計教學當中，不追求難度和深度，以使學生能夠完成課程設計為目標，注重學生學習能力的培養，如教授學生如何利用軟件自帶的幫助文件和用戶手冊，獨立進行軟件功能的自主學習。在課程的安排上，采用每兩周2學時的上機課堂教學模式，讓學生模仿課堂的例子，并安排一定量的課外習題。這樣使學生長期不斷地學習，便于學生提高實際設計能力。

2.課程設計環節的數字化設計應用

對于機械設計能力培養中重要實踐環節――課程設計，將三維數字化設計代替傳統的二維作圖是改革的一個重點。目前，我校課程設計題目一般采用通用機械傳動裝置設計，以齒輪減速器設計為主。學生在兩周的設計時間內完成設計任務的設計方案的分析和計算、零件設計裝配圖和零件圖的繪制、設計說明書的編寫等任務。在設計過程中需要學生查閱大量的資料，進行反復設計。由于課程設計時間較緊，大部分同學在進行零件強度設計后，直接進行零件圖和裝配圖手工繪制，往往忽略設計的整體性，草草地畫完所有圖紙，直接影響教學效果。將數字化設計引入到課程設計后，學生可以應用設計軟件參數化功能，對原零件圖和裝配圖進行特征修改，使零件結構的變化直接在三維視圖中展現。然后，利用三維轉二維圖紙的功能生成工程圖，并進行必要的視圖表達修改和標注。這樣就大大節省傳統二維作圖的時間，使學生有更多的時間去考慮“設計”，從而可以提高課程設計質量。

3.機械創新設計研討課的開設

機械創新設計能力包含應具有良好的學習能力和創新理念、敏銳的創新思維、基本的創新技能和優秀的創新人格。研討課有效地探索了研究型、合作式、自的課堂教學模式，體現了“學思結合、因材施教、分類培養”的教育思想，促進了在教育思想觀念方面的深刻變革。目前，我校已開設“產品開發與現代設計”研討課，和機械設計類課程中創新設計研討課，教學效果顯著。

4.問題驅動啟動式教學方法

針對機械設計和數字化設計實踐性均較強的特點，強化理論課和實踐課案例教學，注重問題啟發教學內容的精選和問題的設計，著重講清工程設計案例問題是什么、工程設計案例問題的背景是什么、工程設計案例問題的性質是什么、工程設計案例問題的解決方法是什么等內容。使所學的知識更加具體，并給學生留有一定的思維空間，活躍學生的創新思想。

四、數字化機械創新設計能力培養教學實踐的注意事項

1.不斷加強數字化設計基礎課程的教學

數字化設計基礎課主要是根據機械類專業的實際情況，為學生講授有關數字化設計的軟件、圖形圖像理論、設計與造型方法，設計特點等共性的知識，使學生形成一個清晰的數字化設計框架，能夠在大腦中實現數字化模型的構造。

2.強化“設計”理念

機械設計的最終目的是要實現產品化，其設計應當是為產品及其生產而設計。在課程教學改革時，需要不斷強調的就是設計。機械類專業數字化設計的核心是設計，而不是繪圖。教改應該始終按機械設計基本能力教學為主、數字化設計學習為輔的教學思路進行，使學生掌握基本的數字化設計方法，并能獨立進行簡單數字化設計。對于機械類專業學生而言，最需要的是在數字化設計工具的幫助下，獲得對整個產品從概念設計、結構設計、生產加工到市場推廣的全面控制能力。這種設計能力的培養就能夠與CAD、CAE、CAM乃至虛擬設計與虛擬制造系統相銜接。所以，在機械設計課程中強化設計的理念，要讓學生清楚地認識到數字化機械設計不僅可以用計算機技術來繪制各種各樣的裝配＼＼零件設計圖，尤為重要的是它可以輔助進行動力學和運動學仿真、有限元分析、裝配檢查等功能分析；可以有效地將機械設計各個設計過程有機地結合起來，使各個階段的設計成果為其后的設計制造過程直接使用，從而大大提高了設計效率和質量。

3.在教學實踐中，由于數字化機械設計相對降低了機械設計的理論難度，學生對相關數字化設計軟件學習興趣將會大幅提高，甚至有些同學會主動“開快車”，在數字化設計軟件學習上花掉太多精力，忽略了對機械設計理論知識學習。所以，任課教師要積極引導學生正確對待數字化設計軟件和機械設計理論學習之間的關系，做好協調工作。

4.隨著數字化設計教學質量的不斷提高，教師還可以適當擴展講解運動仿真和CAE的相關知識，使學生對機械設計技術的發展有進一步的認識，提高學生的學習熱情。

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Abstract: It is an effective way for enhancing the university student scientific innovation ability ,through developing the race about machinery innovative design .This article discusses the necessity to develop the race about machinery innovative design in vocational colleges. Then, aimed some difficulties in poor area, it proposed the machinery innovation's accurate localization. Finally, through some effective organization and practice, it achieved the goal to trainthe students’ innovative ideology and team cooperation ability, to enhance the teachers’ and students’ scientific innovation ability.

關鍵詞:高職院校;機械創新;定位;競賽

Key words: vocational college;machinery innovation;localization;race

中圖分類號:G71文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)26-0167-02

0引言

近年來,我國高等職業教育蓬勃發展,為現代化建設培養了大量高素質技能型專門人才, “以服務為宗旨,以就業為導向,走產學結合發展道路”是高職教育的辦學特色。然而,某些高職院校只注意學生職業技能的培訓,削弱了文化知識的灌輸,缺乏創新能力和可持續發展能力的培養,只是“為就業而就業”,這樣培養出來的人才很難適應當今社會知識不斷更新、崗位不斷變換的需求。

“創新是一個民族進步的靈魂,是國家興旺發達不竭的動力”,只有創新型人才,才能在社會發展中立于不敗之地。高等職業教育作為高等教育發展中的一個類型,肩負著培養面向生產、建設、服務和管理第一線需要的高技能人才的使命。因此,在高職院校機械類專業中開展機械創新設計大賽是十分必要的。

1研究的意義

1.1 基本宗旨本項目的研究與實踐擬在解決高職院校如何培養機械創新人才和學生的創新意識,進而將創新作品轉化為企業的產品,構建新型的校企合作模式,推動地方經濟的快速發展,為地方經濟服務。

通過機械創新設計大賽將大賽中暴露出的問題反饋到創新人才培養的課程體系,改進我們的教學方法和轉變培養模式,促進教師教學水平和創新能力的提高,為學生營造良好的創新氛圍,培養學生的創新意識。在舉行機械創新設計大賽時,在社會上大力宣傳,并邀請企業專家共同參與,讓大賽中優秀、成熟的作品轉化為企業的產品,推動地方經濟的快速發展,逐步將高職高專院校轉變為地方企業的技術服務中心。

1.2 具體目標通過幾年持續的機械創新設計大賽,主要達到如下目標。

①提高高職院校學生的創新意識和創新設計能力,使學生能夠為解決實際問題而主動去學習知識,變被動接受知識為主動索取知識,讓學生早日將所學的理論知識用來解決實際問題,早日與社會接軌。②穩定和鍛煉指導教師隊伍,使更多教師熱衷于指導大學生機械創新設計工作,形成學生、教師和教學、科研相互輻射的互動效應。③將比賽中反映出的創新能力所需的理論知識、專業技能反饋到教學的各環節,從源頭提高大學生創新的潛能,改革“機械創新設計”相應的教學內容,改善學生機械創新設計活動的實施條件,提高學生的實際動手能力。④將比賽優秀、成熟的作品通過當地企業轉換為產品,推動地方經濟的快速發展,構建新型的校企合作模式,為地方培養高技能創新人才。⑤通過選拔,推薦部分產品參加省級或省級以上層次的機械創新設計大賽,提高學院知名度。

1.3 研究價值本項目研究和實踐的價值在于提高課堂教學知識的應用實效,促進基本知識和基本技能在實際運用中能更好的相結合,培養學生的創新意識和創新設計能力,使學生能夠為解決實際問題而主動去學習知識,變被動接受知識為主動索取知識,讓學生早日將所學的理論知識用來解決實際問題。同時,在本項目的研究和實踐過程中,教師的參與指導以及和創新小組成員的之間的相互交流,相互探討,共同發展,共同進步,使更多教師熱衷于指導大學生機械創新設計工作,形成學生、教師和教學、科研相互輻射的互動效應,大力提升教師教育理論水平和研究技能,不斷鑄造成一支科研型的教師團隊,促使學校成為一所科學發展、特色發展、可持續發展的學校。

2研究中存在的困難

2.1 學院及周邊環境的制約廣西現代職業技術學院地處河池市,該地區為革命老區、山區,屬于少數民族聚集地,經濟欠發達、工業基礎尤其是機械工業相對薄弱,機械類產品市場很不完善。

該學院機電類專業近年基礎設備投資較大,大部分設施可應用于職業技能培訓,然而可以用于機械創新的高科技含量的設備明顯不足。客觀環境造成在該學院開展機械創新設計大賽有一定的實際困難。

2.2 科研力量相對薄弱要在學生中充分開展機械創新設計大賽,就要求專業教師必須具備相當的科技創新能力。由于地域的原因,近年來雖然該學院機電類專業引進了一批專業教師,但大部分教師科研能力不足,而且這些教師出去交流的機會相對較少,其科研能力的開發基本依靠自學;許多教師忙于教學任務,根本無暇進行科技創新?？萍紕撔码x不開校企交流,而該地區機械類企業現代化程度相對較低,通過校企交流提高教師的科研能力也很難達到目標。

2.3 學生自身存在的不足由于客觀原因,該學院機電類專業所招收的學生絕大部分文化基礎非常薄弱,理解能力和學習能力相對較差,缺乏刻苦鉆研精神,科技創新素質較低,動力不足。具體表現為:①缺乏系統的科學理論,基礎知識不夠扎實,好高騖遠而能力不足;②缺乏拼搏的精神和頑強的毅力,沒有掌握精深的專業技能,虎頭蛇尾,甚至是是半途而廢。③沒有高超的學習技能和創造性的思維方式,缺乏敏銳的觀察力和強烈的好奇心,缺乏豐富的想象力和敢與冒險的勇氣,立項沒有創意。④缺乏博大的胸懷,高尚的人格和團隊協作精神,單打獨斗,無功而返。

2.4 科研創新激勵機制不夠健全,經濟基礎不夠雄厚科技創新離不開經濟的支持,目前,該學院的機械創新設計大賽剛剛開始,相關的政策還不十分明確,這在一定程度上也制約了該項目的順利實施。

3機械創新設計大賽的組織與實施

3.1 活動的宣傳與發動首先,組織各相關專業教師和學生輔導員召開機械創新設計大賽宣傳動員會,制定詳細的活動計劃;通過教研室督促,輔導員宣傳,使每個學生了解此次活動的意義及相關日程安排。其次,為了保證機械創新設計的質量,選拔數名專業課教師精心準備相關的科技創新講座。通過系列講座,培養學生的創新思維,使學生了解基本的創新方法和技巧;重點了解機械傳動、液壓與氣動、電氣控制在日常生活和創新設計中的運用,并使學生了解科技論文寫作的基本格式和寫作技巧,培養其科研能力。

3.2 機械創新組織機構的組建,激勵機制的確立為了保證機械創新設計大賽的成功,我們成立了三個專門機構。

①在系部成立機械創新設計大賽領導小組,由系主任親自掛帥,以機械教研室為依托,相關專業教師為小組成員。②根據學生參加活動的報名情況,在各個參賽班級成立機械創新小組,并為每個小組配備1-2名專業教師作為指導教師,全稱指導學生的機械創新設計活動。③ 在原有的機械協會的基礎上,成立機械創新協會,具體負責活動的協調工作。

為了充分調動學生參與機械創新的熱情,我們提出了幾項鼓勵措施:①活動期間,實習實訓場所全方位開放,為學生創作提供設備、刀具、量具及部分耗材,并委托實習指導教師對學生的制作加工予以必要的指導。②所有參賽作品耗材由學院統一報銷,免除學生的經濟顧慮。③ 獲獎作品除頒發榮譽證書外,并給予參賽學生和指導教師一定的物質鼓勵。④推薦部分作品參加第四屆全國大學生機械創新設計大賽廣西區競賽。⑤此次參賽作品的設計說明書可以作為畢業設計。

3.3 活動的定位此次機械創新設計大賽,適逢“第四屆全國大學生機械創新設計大賽廣西區競賽”,其主題為“珍愛生命,奉獻社會”;內容為“在突發災難中,用于救援、破障、逃生、避難的機械產品的設計與制作”。根據我院的實際情況,我們把參賽作品定位在“方便實用、節能環保,有一定的創新性”,避免過大的投入,不追求過高的科技含量。目的是通過這次大賽,提高廣大師生的科技創新素質,養成團結合作、合理分工的團隊意識,加強師生交流,強化系部凝聚力,提高學院知名度。

3.4 活動效果與評價經過長期的宣傳組織,機電工程系機械創新設計大賽如期舉行,此次比賽共收到參賽作品19件,經過層層選拔,遴選出3件作品參加“第四屆全國大學生機械創新設計大賽”廣西區競賽,經過評比,由韋建軍等老師指導、傅俊淇等同學創作的作品“離心式摩擦緩降器”以其“節能環保、方便實用”的特點深受專家好評,并奪得大賽一等獎,另外兩件作品也分別獲得二、三等獎。

通過這次活動,培養了同學們的團隊合作精神和創新意識,增強了廣大同學積極學習專業知識的興趣,同時也提高了廣大教師的科技創新能力。賽后,許多同學紛紛表示,此次活動很有意義,大家在創作過程中主動學習,解決了以前在課堂學習中未曾解決的難題,充分理解了專業知識的有用性。同學們建議,希望以后經常舉行這類活動讓更多的同學參與進來。

4結束語

實踐證明,在貧困地區高職院校開展大學生機械創新設計大賽是十分必要的,通過這項活動,能夠培養學生學習專業知識的興趣,提高其團隊意識和創新能力,有助于提高學生的綜合素質,同時有助于教師科研素質的提高,并有利于促進學院科研氛圍的形成。

參考文獻:

[1]劉忠偉.高職機械類專業創新人才培養的研究與實踐[J].天津職業大學學報,2007,(12):14-17.