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[關(guān)鍵詞]機械傳動系統(tǒng)；設(shè)計方案；評判

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

0 引言

在機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計研究過程中，設(shè)計一個能夠?qū)崿F(xiàn)特定運動以及動力要求的機械傳動系統(tǒng)時，可根據(jù)機械傳動裝置的設(shè)計原則及設(shè)計要求，通過不同傳動原理進行實現(xiàn)，初步從知識庫當(dāng)中選擇幾種不同的傳動方案。再根據(jù)這些設(shè)計方案，確定哪種方案可以滿足要求，從而對方案的優(yōu)劣進行適當(dāng)評價，確定最優(yōu)方案，這一過程對于整個機械系統(tǒng)設(shè)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(shè)計機械產(chǎn)品的經(jīng)濟性、合理性以及可靠性。由于一個機械傳動系統(tǒng)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(tǒng)的評價方法，免不了要進行大量復(fù)雜的計算分析過程，因為計算所產(chǎn)生的累積誤差，這就有可能導(dǎo)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(yōu)方案?；诖?，本文對支持向量機法、三級模糊綜合評判法、未確知測度模型以及基于熵權(quán)的模糊AHP法等方法進行介紹。

1 機械傳動系統(tǒng)概述

機械傳動系統(tǒng)就是指將發(fā)動機運動和動力傳輸至機械執(zhí)行構(gòu)件的一個中間環(huán)節(jié)，其不僅可以改變運動方式、運動大小及確保機械系統(tǒng)中的全部執(zhí)行構(gòu)件工作部分的協(xié)調(diào)性和配合性，另外，一定要將發(fā)動機功率和轉(zhuǎn)矩傳至相應(yīng)的執(zhí)行構(gòu)件，進而克服生產(chǎn)形成的阻力。

2 機械傳動系統(tǒng)設(shè)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(jù)統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論而發(fā)展起來的一種方法。若樣本有限，支持向量機法可以構(gòu)建一套規(guī)范完整的機器學(xué)習(xí)理論及方法，該設(shè)計可以有效克服隨意性等缺點，現(xiàn)如今，支持向量機方法已廣泛應(yīng)用于模式識別與函數(shù)逼近、概率密度估計以及降維等眾多領(lǐng)域，并且在這些領(lǐng)域中，支持向量機方法處理相關(guān)問題的能力也不斷提高。

機械傳動方案決策系統(tǒng)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(shè)給定屬于k類的m個訓(xùn)練樣本（x1，y1）， （x2，y2），…， （xi，yi），其中xi（i=1，2，…，m） 代表系統(tǒng)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(biāo)志，其中k=4。需要通過上述練樣本建立分類函數(shù)f，確保未知樣本x進行分類過程中錯誤率可以達(dá)到最小化。通常情況下，每一個樣集均有k（k-1）/2個學(xué)習(xí)機，學(xué)習(xí)過程要選擇“最大贏分”的模式。若此時學(xué)習(xí)機的訓(xùn)練結(jié)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?jǐn)?shù)要加1；否則便對第j類的滿意度分?jǐn)?shù)加上1，最后的結(jié)論要通過具有最大分?jǐn)?shù)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(shù)從而達(dá)到非線性分類的目的，而且可以平衡經(jīng)驗風(fēng)險和函數(shù)集容量間的關(guān)系，所以，支持向量機法可避免過擬合現(xiàn)象的發(fā)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(xùn)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(shù)，經(jīng)常使用的核函數(shù)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(xùn)練，訓(xùn)練流程圖見圖1。

2.2 三級模糊綜合評判法

機械傳動系統(tǒng)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(biāo)。機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)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(shù)因素還存在較為強烈的模糊性，為了能夠?qū)ο到y(tǒng)中事物間的優(yōu)劣次序進行比較，確定具有實際價值的評判結(jié)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(xiàn)單因素評判，其次將評判結(jié)果作為每一類的綜合評判，將確認(rèn)的結(jié)果再次進行類與類間的綜合評判。

機械傳動系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，與此同時，克服了因素的模糊性以及權(quán)分配的問題，所以，確保了對于因素的狀態(tài)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(quán)數(shù)，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(chǎn)生的影響，確保評判結(jié)果滿足準(zhǔn)確性的要求。機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計過程中，分析評價系統(tǒng)里存放三級模糊綜合評判模型，該評價模型能夠?qū)Σ煌蛩氐挠绊戇M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(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究成果，可以發(fā)現(xiàn)，有文獻(xiàn)涉及到了一種全新的評價方法，這種方法根據(jù)建立未確知測度模型，綜合評價多目標(biāo)機械設(shè)計方案，對于科學(xué)決策提供必要的理論依據(jù)。未確知測度模型主要包含了部分關(guān)鍵性問題，比如：單指標(biāo)測度和單指標(biāo)測度矩陣、多指標(biāo)綜合測度評價矩陣、指標(biāo)權(quán)重以及識別與排序等等。如何對上述這些關(guān)鍵性的問題進行處理，將直接影響到模型的準(zhǔn)確性與可靠性。

2.4 基于熵權(quán)的模糊AHP法

通過相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)：經(jīng)典AHP法可以解決多層次機械傳動方案評價架構(gòu)等相關(guān)問題，可以作為傳動系統(tǒng)方案評價的理論基礎(chǔ)。但是經(jīng)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(dǎo)致在實際操作過程中無法變通處理問題。不僅如此，經(jīng)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(jié)果；會體現(xiàn)出較多的人為因素，從而致使結(jié)論的誤差相對較大。而基于熵權(quán)的AHP法在對模糊數(shù)與熵權(quán)進行合理定義的基礎(chǔ)之上，通過分析比較具體性能指標(biāo)分值，選擇基于對稱三角模糊數(shù)從而實現(xiàn)判斷因素矩陣的尺度匹配，最后，選擇模糊區(qū)間運算對總的模糊判斷矩陣與熵權(quán)進行計算。

3 結(jié)束語

在建立機械傳動系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用也越來越廣泛。

參考文獻(xiàn)

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篇2

（1）設(shè)計題目、內(nèi)容不規(guī)范，要求不統(tǒng)一。

由于每屆或每班的指導(dǎo)教師不同，設(shè)計題目、內(nèi)容、要求、難易程度偏離太大。如有數(shù)控機床改造設(shè)計、伺服系統(tǒng)控制設(shè)計、交通燈控制設(shè)計等，要求、工作量也不相同。有的設(shè)計任務(wù)偏難，有的設(shè)計任務(wù)又太簡單。

（2）設(shè)計資料缺乏。

由于機電一體化是一門新興的技術(shù)和專業(yè)，這方面的知識內(nèi)容都在相關(guān)的雜志刊物登載，書籍相對少一些。要進行課程設(shè)計，收集這方面的資料較困難。沒有現(xiàn)成的資料匯編及設(shè)計手冊，學(xué)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(shè)計那樣的系統(tǒng)完整的課程設(shè)計指導(dǎo)書。在設(shè)計中盲目性較大。

（3）師資不足。

最早幾年機電專業(yè)方向只有一個班或兩個班，指導(dǎo)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(tǒng)課程的教師指導(dǎo)。近幾年隨著學(xué)生的擴招，機電專業(yè)擴展到4~5個班，指導(dǎo)教師需要8~10人，明顯不夠，因此有必要進行培養(yǎng)。

2機電一體化課程設(shè)計改進措施

（1）編寫合適的機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書，配齊設(shè)計資料。

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

（2）規(guī)范設(shè)計題目，統(tǒng)一要求。

規(guī)范設(shè)計題目不是整個設(shè)計都用同一個題目，而是在一個范圍內(nèi)選擇題目，教師根據(jù)所選的題目按統(tǒng)一的要求下達(dá)任務(wù)書。設(shè)計題目一般以簡易數(shù)控機床設(shè)計、數(shù)控機床改造設(shè)計、機器人及控制設(shè)計較為合適。在市場上可見的機電產(chǎn)品多得很，不是所有的機電產(chǎn)品都適合做題目，因其難易程度是不同的。機電專業(yè)的課程設(shè)置是以機床設(shè)計、機器人設(shè)計控制為典型產(chǎn)品的，在機電一體化課程設(shè)計中要反映課程設(shè)置的內(nèi)容。機電專業(yè)方向課程有機電一體化系統(tǒng)設(shè)計、計算機控制技術(shù)、機械制造裝備設(shè)計、機器人導(dǎo)論等課程。這些課程的內(nèi)容在電的方面主要介紹了以計算機為核心的控制系統(tǒng)；機械方面介紹了機械運動、機械傳動、機械結(jié)構(gòu)及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)部件，如滾動導(dǎo)軌、滾珠絲杠等。在選題及設(shè)計中要反映上述的內(nèi)容。因此規(guī)范化的題目主要為數(shù)控車床（或銑床、鉆床等）設(shè)計、車床（或銑床、鉆床等）數(shù)控化改造設(shè)計、或是工業(yè)機器人及控制設(shè)計。這些都具有一定的機械部分內(nèi)容，如數(shù)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(dǎo)軌的應(yīng)用等。電的方面包含數(shù)控系統(tǒng)電路設(shè)計，計算機控制系統(tǒng)設(shè)計及對機械部分的控制；從而實現(xiàn)了機電結(jié)合。對規(guī)范化的題目、要求及上述設(shè)計內(nèi)容都已編入指導(dǎo)書中。

（3）指導(dǎo)教師的培養(yǎng)。

首先被培訓(xùn)的教師可以跟班聽課，熟悉掌握相關(guān)的課程內(nèi)容，然后在機電一體化課程設(shè)計進行中跟班輔導(dǎo)，以培養(yǎng)出合格的指導(dǎo)教師。

（4）加強督察。

當(dāng)指導(dǎo)教師接到指導(dǎo)課程設(shè)計任務(wù)后，首先拿到機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書，根據(jù)要求寫出課程設(shè)計任務(wù)書；并由教研室主任或院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查，合格才可向?qū)W生下達(dá)任務(wù)。指導(dǎo)中，教師要填寫指導(dǎo)日志，隨時記錄指導(dǎo)中的難點、及出現(xiàn)的問題和解決方法，并進行小結(jié)，以便下一次指導(dǎo)時提高設(shè)計水平。

3機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書主要內(nèi)容

3.1設(shè)計題目確定及要求

3.2總體方案確定

（1）總體方案設(shè)計；

（2）繪制總體方案圖。

3.3伺服系統(tǒng)機械傳動部件設(shè)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(tǒng)傳動設(shè)計；

（4）步進電機當(dāng)量扭矩計算及選型；

（5）機械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計（繪制一個軸的機械裝配圖）。

3.4控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

（1）確定控制系統(tǒng)方案及繪制系統(tǒng)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(shè)計；

（5）接口電路設(shè)計；

（6）繪制控制系統(tǒng)硬件電路原理圖。

3.5基本的參考圖表匯編。

4近一屆學(xué)生機電一體化課程設(shè)計進行情況

4.1教師配備

近一屆機電專業(yè)學(xué)生，每屆有四個班進行機電一體化課程設(shè)計，共配備6名教師；其中有四名為獨立指導(dǎo)教師，兩名為輔導(dǎo)教師，為培養(yǎng)新的指導(dǎo)教師儲備力量。

4.2指導(dǎo)書的使用及設(shè)計過程

設(shè)計學(xué)生和指導(dǎo)教師每人一份機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書。教師按照要求寫出機電一體化課程設(shè)計任務(wù)書，并經(jīng)研究所長審查后發(fā)給學(xué)生。設(shè)計題目主要有CA6140普通車床數(shù)控化改造設(shè)計、C6132普通車床數(shù)控化改造設(shè)計。在同一個題目的學(xué)生中，要求設(shè)計進給軸部件時，一部分學(xué)生設(shè)計X軸進給部件，另一部分學(xué)生設(shè)計Z軸進給部件。整個過程根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的題目、要求和機電一體化課程設(shè)計指導(dǎo)書給出的設(shè)計步驟、方法，先進行總體方案設(shè)計，再進行機械傳動部件設(shè)計，最后進行CNC硬件電路設(shè)計。整個過程經(jīng)過了機械、電子兩方面的訓(xùn)練，實現(xiàn)了機電結(jié)合，達(dá)到預(yù)期效果。

4.3填寫指導(dǎo)日志

教師在指導(dǎo)設(shè)計的過程中，及時填寫指導(dǎo)日志，記錄設(shè)計中的難點、問題，并進行小結(jié)。

5本文總結(jié)

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關(guān)鍵詞：機電一體化；機械系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號：TH-39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

一、前言

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù),特別是微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展,使得傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)的設(shè)計受到了極大的沖擊，電一體化產(chǎn)品在機械系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。機電一體化技術(shù)是將機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息機電一體化機電一體化技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號變換技術(shù)等多種技術(shù)進行有機地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實際中去的綜合技術(shù)。機電一體化是一門獨立的綜合叉學(xué)科，現(xiàn)已發(fā)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(shù)已經(jīng)在的各個領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用，在機械系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域也發(fā)揮著越來越重要的作用。

二、機電一體化機械系統(tǒng)概述

機電一體化是在傳統(tǒng)的機械技術(shù)基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用機械技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、軟件編程技術(shù)等技術(shù),根據(jù)優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)和系統(tǒng)功能目標(biāo),以智力、結(jié)構(gòu)、運動、動力和感知組成等要素為基礎(chǔ),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(zhì)運動等進行研究,使整個系統(tǒng)進行結(jié)合與集成,并在系統(tǒng)控制程序的信息流控制下,形成物質(zhì)的和能量的有規(guī)則運動,在高質(zhì)量、高功能、高精度、高可靠性等方面實現(xiàn)最佳功能價值系統(tǒng)工程技術(shù)。機電一體化的產(chǎn)生和發(fā)展對機械系統(tǒng)也起了極大的推動和促進作用，它提高了機械系統(tǒng)的性能，完成傳統(tǒng)機械所不能完成的功能。一般來說，機械技術(shù)只能形成功能有限的純機械的產(chǎn)品，但與信息技術(shù)、微電子技術(shù)相結(jié)合后，就可以形成機電一體化產(chǎn)品。但并非任何的機械產(chǎn)品都能改造成機電一體化產(chǎn)品，必須要對其零部件也要進行適當(dāng)選擇或替換，再結(jié)合相關(guān)技術(shù)等才能形成機電一體化產(chǎn)品。

圖1 機電一體化系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖

機電一體化機械系統(tǒng)是通過計算機信息網(wǎng)絡(luò)進行協(xié)調(diào)與控制，主要是用來完成動力學(xué)任務(wù)的機械及其機電部件的系統(tǒng)。機電一體化機械系統(tǒng)核心是由計算機控制的，包括機械、電子、液壓等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。機電一體化機械系統(tǒng)的主要功能是在計算機協(xié)調(diào)和控制下，單獨由控制電動機、傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成一系列機械運動，完成其系統(tǒng)功能要求。機電一體化機械系統(tǒng)的設(shè)計要從系統(tǒng)的角度進行合理化和最優(yōu)化設(shè)計。機電一體化系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)主要包括執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)和支承部件。（1）執(zhí)行機構(gòu)是依據(jù)操作指令的要求在動力源的帶動下，完成操作任務(wù)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(tǒng)作為動力源的電動機已發(fā)展為具有動力、變速與執(zhí)行等多重功能的伺服電動機，從而簡化了傳動和執(zhí)行機構(gòu)。 (2)傳動機構(gòu)是伺服系統(tǒng)的一部分，要根據(jù)伺服控制的要求進行選擇設(shè)計。傳動機構(gòu)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(dǎo)向機構(gòu)一般指起支承和導(dǎo)向作用的導(dǎo)軌、軸承等，為機械系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計時，為獲得良好的伺服性能，必須考慮機械結(jié)構(gòu)因素與整個伺服系統(tǒng)的電氣參數(shù)、性能參數(shù)的匹配。

與一般的機械系統(tǒng)相比，機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)要求較高的制造精度、良好的動態(tài)響應(yīng)特性和良好的穩(wěn)定性。（1）高精度。精度的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，機電—體化機械系統(tǒng)的高精度是其最重要的要求。機電—體化機械系統(tǒng)其技術(shù)性能、工藝水平和功能有很大的提高，如機械系統(tǒng)的精度不能滿足要求，則無論機電—體化也無法完成其預(yù)定的機械操作。（2）快速響應(yīng)。機電一體化系統(tǒng)的快速響應(yīng)要求機械系統(tǒng)從接到指令到開始執(zhí)行指令指定的任務(wù)之間的時間間隔應(yīng)當(dāng)短。只有這樣，能控制系統(tǒng)也才能及時根據(jù)機械系統(tǒng)的運行情況獲取相關(guān)信息，然后下達(dá)指令，從而精確地完成預(yù)定的任務(wù)要求。（3）良好的穩(wěn)定性。機電一體化系統(tǒng)要求系統(tǒng)抵御外界環(huán)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(wěn)地進行工作。因此，在機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)設(shè)計中，一般應(yīng)當(dāng)滿足無間隙、低摩擦、高諧振頻率等要求。此外，機械系統(tǒng)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(tǒng)的設(shè)計

1.機械傳動設(shè)計

機械傳動系統(tǒng)的方案設(shè)計是機械設(shè)計工作中的一個重要組成部分，是最具創(chuàng)造性的設(shè)計環(huán)節(jié)。正確合理地設(shè)計機械傳動系統(tǒng)，對提高機械的性能和質(zhì)量、降低機械的制造成本和使用費用等都是至關(guān)重要的。機械傳動是一種把動力機產(chǎn)生的運動和動力傳遞給執(zhí)行機構(gòu)的中間裝置,是一種扭矩和轉(zhuǎn)速的變換器,其目的是在動力機與負(fù)載之間使扭矩得到合理的匹配,并可通過機構(gòu)變換實現(xiàn)對輸出的速度調(diào)節(jié)。機械傳動設(shè)計的任務(wù)，是將動力機產(chǎn)生的機械能傳輸?shù)讲僮鳈C械上,因而機電一體化系統(tǒng)中機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計也就是伺服機械傳動系統(tǒng)設(shè)計。在機電一體化系統(tǒng)中, 在一定程度上伺服電動機的伺服變速功能替代了傳統(tǒng)機械傳動中的變速機構(gòu),只有在伺服電機的轉(zhuǎn)速范圍滿足不了系統(tǒng)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(tǒng)對快速響應(yīng)指標(biāo)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(fù)載間的力矩匹配問題，還應(yīng)當(dāng)大力提高系統(tǒng)的伺服性能。因此，機電一體化系統(tǒng)要求機械傳動部件轉(zhuǎn)動應(yīng)當(dāng)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(tǒng)具有傳動鏈短、轉(zhuǎn)動慣量小、盡可能采用線性傳遞、無間隙傳遞等設(shè)計特點。

2.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

機電一體化的機械結(jié)構(gòu)仍屬于傳統(tǒng)機械技術(shù)的范疇,在滿足伺服系統(tǒng)對其穩(wěn)、準(zhǔn)、快要求的前提下,從整體上說應(yīng)該是朝著高速化、精密化和輕量化的方向發(fā)展。因而在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須要對具體的零部件的設(shè)計提出了更高、更嚴(yán)的要求,應(yīng)當(dāng)綜合考慮到各個零部件的制造和安裝精度、結(jié)構(gòu)剛度、穩(wěn)定性等具體情況?？梢酝ㄟ^一些措施來改善機械結(jié)構(gòu)零部件特性，如采用新材料和鋼板焊接結(jié)構(gòu)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(shù)的導(dǎo)軌提高運動的平穩(wěn)性。近幾年在結(jié)構(gòu)上也出現(xiàn)了并聯(lián)形式,如并聯(lián)機器人、并聯(lián)機床等,極大地簡化了機械結(jié)構(gòu),提高了產(chǎn)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(tǒng)設(shè)計還需工程技術(shù)人員在設(shè)計方法上大膽創(chuàng)新,充分利用已有的模塊,,并且在設(shè)計之初,就考慮到產(chǎn)品在制造、使用過程中對生態(tài)環(huán)境的影響。

四、結(jié)束語

由于機電一體化的迅速發(fā)展，機電一體化技術(shù)已逐步滲透到機械工業(yè)的每一個領(lǐng)域，幾乎不受行業(yè)的限制。機電一體化是機械設(shè)計理論的發(fā)展，設(shè)計好機電一體化機械系統(tǒng)是機電一體化產(chǎn)品的前提。面對日益發(fā)展信息時代,掌握機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計的思路,是開發(fā)機電一體化產(chǎn)品的關(guān)鍵所在。伴隨著機電一體化技術(shù)的不斷發(fā)展其機械部分的設(shè)計將會朝著結(jié)構(gòu)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(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]黃杰波. 淺談機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)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(dāng)時，研制單位借鑒捷克在T―34坦克上改制架橋車的經(jīng)驗，設(shè)計了橋長為18m、機械傳動、機械架設(shè)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(rèn)識的深化，決定舍棄剪刀式橋的設(shè)計方案，采用類似前蘇聯(lián)МТУ裝甲架橋車的平推跳板式結(jié)構(gòu)方案。60年代后期，完成了橋長18m的雙折疊桁架結(jié)構(gòu)橋、液壓機械傳動、平推對接連橋方式的架橋車的方案設(shè)計，并進行了部件結(jié)構(gòu)設(shè)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(chǎn)單位共同組成聯(lián)合設(shè)計組，在對平推雙折疊結(jié)構(gòu)方案進行分析的基礎(chǔ)上，又提出了雙層疊放平推式結(jié)構(gòu)方案。方案設(shè)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(biāo)志著原理性樣車研制階段的結(jié)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(jié)果證明，初樣車基本達(dá)到了戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)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(huán)境地區(qū)進行了設(shè)計定型試驗，每輛車?yán)塾嬓旭?700km，架設(shè)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(chǎn)品定型委員會的設(shè)計定型審查。1985年1月，裝甲兵軍工產(chǎn)品定型委員會正式批準(zhǔn)設(shè)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(yè)液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、架設(shè)機構(gòu)等組成。架橋車采用79式中型坦克底盤，并進行了適應(yīng)性改進。車體內(nèi)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(jù)安裝架設(shè)機構(gòu)和架、收橋梁的需要，車體上增設(shè)了安裝支座；駕駛室內(nèi)安裝了電氣控制系統(tǒng)的操作控制盒、繼電器盒、傳動箱操縱裝置；乘員室內(nèi)安裝了坦克電臺以及作業(yè)液壓系統(tǒng)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(wù)員），車長和勤務(wù)員在乘員室內(nèi)，各有1個座椅和1具MK4觀察潛望鏡，從頂門出入。

乘員自衛(wèi)武器為1挺7.62mm班用輕機槍（1500發(fā)槍彈）和20枚手榴彈。該車還配備有1支信號槍和6發(fā)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(jié)構(gòu)與79式中型坦克基本相同。主離合器操縱和轉(zhuǎn)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(chǔ)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(jié)合、解脫撥叉機構(gòu)，以利于架橋時操縱傳動箱。為便于操縱，還增加了作業(yè)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(nèi)，有結(jié)合、解脫兩個操縱位置。操縱力不大于186N。操縱拉桿經(jīng)過車底板與傳動箱撥叉機構(gòu)相連。橋梁架、收作業(yè)的操縱通過電氣控制系統(tǒng)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(cè)裝甲板減薄了。減薄裝甲板的結(jié)構(gòu)連接焊縫相應(yīng)加強。

作業(yè)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(jié)，每橋節(jié)有主橋、副橋、橋面系、導(dǎo)輪導(dǎo)槽、凸或凹的連橋機構(gòu)等。主、副橋采用箱式結(jié)構(gòu)，由高強度低合金鋼焊接而成。兩橋節(jié)的連接為平推式對接，采用半柔性拉桿連接方式，橋?qū)捒烧{(diào)整。平時兩個半橋上下疊放在底盤上，作業(yè)時通過架設(shè)機構(gòu)、液壓驅(qū)動裝置、電控系統(tǒng)，由連橋機構(gòu)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(gòu)外，兩個半橋采用了同樣的結(jié)構(gòu)，因此，疊放時上下位置可以互換。

作業(yè)液壓系統(tǒng)橋梁的架設(shè)與撤收采用全液壓驅(qū)動方式，由發(fā)動機經(jīng)傳動箱向前輸出動力，系統(tǒng)壓力為24.5MPa。由于采用了卸荷回路，較好地解決了作業(yè)過程中系統(tǒng)的油溫過高的問題。系統(tǒng)中除裝有液壓馬達(dá)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(shè)了補油閥、平衡閥和背壓閥，從而保證了系統(tǒng)和各執(zhí)行機構(gòu)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。

篇5

根據(jù)國家機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)中對畢業(yè)能力要求之4“具有設(shè)計機械系統(tǒng)、部件的能力”要求，整合現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容，形成了基礎(chǔ)知識遞增和設(shè)計能力遞進的機械設(shè)計類課程教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)。其中先修課程包括數(shù)學(xué)類、工程力學(xué)、機械制圖、公差與技術(shù)測量等基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課。為達(dá)到“具有設(shè)計機械系統(tǒng)、部件的能力”的畢業(yè)要求，設(shè)計了課程教學(xué)及課內(nèi)實驗、基礎(chǔ)設(shè)計能力培養(yǎng)、創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)三個能力遞進培養(yǎng)環(huán)節(jié)。

2機械設(shè)計類課程教學(xué)及課內(nèi)實驗

課程教學(xué)及課內(nèi)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)分為機械原理和機械設(shè)計兩個部分，每部分。含課內(nèi)實驗，課程內(nèi)容及培養(yǎng)目標(biāo)如下：機械原理課程是一門培養(yǎng)學(xué)生機械機構(gòu)運動設(shè)計與分析的技術(shù)基礎(chǔ)課，主要研究機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運動分析和動力分析，常用機構(gòu)設(shè)計的基本理論和方法，機械系統(tǒng)傳動方案的規(guī)劃與設(shè)計，其主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生：第一，理論聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng)，設(shè)計實踐能力和創(chuàng)新精神。第二，掌握機構(gòu)運動方案設(shè)計的能力。第三，具有機械系統(tǒng)運動簡圖的繪制，計算機輔助機構(gòu)分析和設(shè)計的能力。機械原理實驗教學(xué)是機械原理課程教學(xué)中的實踐環(huán)節(jié)。在實驗中通過安排部分課程基本理論的驗證性實驗，使學(xué)生進一步加深對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解。通過增設(shè)一些綜合性、設(shè)計性實驗，培養(yǎng)學(xué)生基本知識、基礎(chǔ)理論與實際項目需求的理論知識應(yīng)用能力，同時培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力。通過設(shè)立較多的選修實驗，促進學(xué)生的個性發(fā)展。機械設(shè)計課程是一門培養(yǎng)學(xué)生機械設(shè)計能力的技術(shù)基礎(chǔ)課，在教學(xué)內(nèi)容方面著重掌握機械設(shè)計的基本知識、基本理論、基本方法和創(chuàng)新思維，通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常用機構(gòu)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(jié)構(gòu)方面的分析、設(shè)計能力，同時注意培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。機械設(shè)計實驗教學(xué)通過設(shè)立部分驗證性實驗，使學(xué)生進一步加深理解課堂教學(xué)的內(nèi)容；通過設(shè)立一些綜合性、設(shè)計性實驗，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力及機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力；通過強調(diào)學(xué)生參與實驗的全過程，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力；通過設(shè)立較多的選做實驗，滿足學(xué)生的求知欲，促進學(xué)生的個性發(fā)展。

3基礎(chǔ)設(shè)計能力培養(yǎng)

機械設(shè)計課程設(shè)計是機械設(shè)計基礎(chǔ)類課程的重要實踐性環(huán)節(jié)，通過對機械傳動裝置和簡單機械的設(shè)計，使學(xué)生綜合運用機械設(shè)計課程和其他先修課程的理論和實際知識，熟悉機械設(shè)計的一般規(guī)律，掌握機械通用零部件及簡單機械的設(shè)計理論及設(shè)計方法。培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的正確設(shè)計思想，樹立工程意識，培養(yǎng)獨立分析和解決工程實際問題的能力，為畢業(yè)設(shè)計和以后從事工程設(shè)計工作打下良好的基礎(chǔ)。課程的教學(xué)目的：第一，學(xué)習(xí)機械設(shè)計的一般方法、步驟，掌握機械設(shè)計的一般規(guī)律。第二，學(xué)會從機器的功能要求出發(fā)，合理選擇傳動機構(gòu)的類型，制定傳動設(shè)計方案，正確計算零件的工作能力，確定它的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸及材料，并考慮制造工藝、使用、維護、經(jīng)濟和安全等問題，培養(yǎng)機械設(shè)計能力。第三，進行機械設(shè)計基本技能訓(xùn)練，例如計算、繪圖，運用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和設(shè)計資料，以及使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)等。第四，通過編寫設(shè)計說明書，提高學(xué)生文字表達(dá)能力，掌握撰寫技術(shù)文件的有關(guān)要求；培養(yǎng)學(xué)生運用計算機撰寫論文的能力。第五，訓(xùn)練學(xué)生用CAD繪圖的能力。機械綜合課程設(shè)計是形成機械裝備設(shè)計能力的重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。內(nèi)容以車床或銑床的主傳動系統(tǒng)設(shè)計為主線，以所學(xué)過的機械制造裝備的基礎(chǔ)知識為支撐，完成主傳動系統(tǒng)設(shè)計、操縱裝置布置、工程分析計算等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。其目的是在相關(guān)先修課程學(xué)習(xí)后，進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計綜合訓(xùn)練，使學(xué)生掌握機械系統(tǒng)分析和設(shè)計的基本步驟和方法，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際工程問題的能力。

4創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)

學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)包括機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計與仿真和機械創(chuàng)新設(shè)計與制作兩個環(huán)節(jié)：機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計與仿真是學(xué)生以項目組的形式自主開展的為期一年的研發(fā)與制作項目，在學(xué)院的統(tǒng)一命題下完成一項任務(wù)。提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、問題求解、團隊協(xié)作、項目管理、綜合創(chuàng)新等方面的能力和素質(zhì)。機械創(chuàng)新設(shè)計與制作是結(jié)合學(xué)生已有的知識儲備，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計思維，通過機構(gòu)綜合模擬現(xiàn)實自然界生物的動作行為，并輔以相應(yīng)的控制系統(tǒng)達(dá)到機構(gòu)的協(xié)調(diào)運動。在教師的啟發(fā)和指導(dǎo)下，學(xué)生以組為單位自主地進行相關(guān)內(nèi)容科技文獻(xiàn)檢索、方案設(shè)計、虛擬仿真、繪制加工圖紙、撰寫設(shè)計說明書并進行答辯，通過工程實踐培養(yǎng)學(xué)生靈活運用所學(xué)機械設(shè)計知識的能力。

5結(jié)論

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

二、考試考核方式的多樣化

考試考核目標(biāo)是使學(xué)生在掌握基本理論、基本知識和基本技能的基礎(chǔ)上，增強職業(yè)素養(yǎng)與專業(yè)技能，提高分析問題及解決問題的能力，成為具有較強創(chuàng)新意識和實踐能力的高技能人才。考試考核以有利于學(xué)生運用知識能力、實際工作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)方法的改變?yōu)橹笇?dǎo)思想，使教學(xué)工作的重點落實到學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和自身素質(zhì)的提高上。為了激勵學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新性，筆者設(shè)計了以下考試考核方式。

1.大作業(yè)。分組整理討論課中的討論結(jié)果以及新的創(chuàng)新想法方案形成大作業(yè)，內(nèi)容可是完整機械，也可是關(guān)鍵機構(gòu)、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(wǎng)等及時得到教師的指導(dǎo)。

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。考核時每個學(xué)生按順序先后隨機抽取題目，準(zhǔn)備10分鐘。準(zhǔn)備時可翻閱參考資料以及和同學(xué)討論，此時學(xué)生參與討論的積極性非常高，不僅有利于抽到考題的學(xué)生掌握該知識，也使參與討論的學(xué)生學(xué)習(xí)掌握了考題中的知識點，每個學(xué)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(xué)生的考題準(zhǔn)備，從而將考試變成了學(xué)生積極主動的學(xué)習(xí)、交流、鞏固所學(xué)內(nèi)容的過程，學(xué)生不再是應(yīng)付考試，厭煩、害怕考試，同時也鍛煉了學(xué)生綜合利用所學(xué)知識、收集資料、口頭表達(dá)的能力以及答辯和應(yīng)變能力等，有利于將來找工作時的面試，這使得學(xué)生的收益是全方位的。

3.筆試。筆試在課程結(jié)束后，時間由學(xué)校統(tǒng)一安排，主要考核基本概念和理論。創(chuàng)新發(fā)明必須在掌握扎實的機械設(shè)計基本概念和理論基礎(chǔ)上，因此，掌握這些概念非常重要。例如自動機械生產(chǎn)率的概念、評價工作性能的指標(biāo)等。

三、緊密結(jié)合實際應(yīng)用的課程設(shè)計

課程設(shè)計是自動機械設(shè)計課程的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生獨立運用所學(xué)知識、綜合分析和解決工程實際問題能力的重要教學(xué)步驟，為學(xué)生將來從事工程技術(shù)工作和畢業(yè)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。在此教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生可將所學(xué)的自動機械設(shè)計知識應(yīng)用于設(shè)計中，這是有效的練兵和檢驗，同時還可以提高、鞏固教學(xué)效果的環(huán)節(jié)。因此，我們要緊密結(jié)合實際應(yīng)用進一步加強培養(yǎng)學(xué)生的機械創(chuàng)新能力，使學(xué)生在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中的創(chuàng)新性想法得以進一步實現(xiàn)，距實際應(yīng)用更進一步。注重培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力、綜合設(shè)計能力與團隊協(xié)作精神。

1.課程設(shè)計內(nèi)容。在自動機械的四大結(jié)構(gòu)組成部分，即驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)中，驅(qū)動系統(tǒng)通常為選型設(shè)計，包括在總體設(shè)計的內(nèi)容中，不單獨作為課程設(shè)計題目，控制系統(tǒng)涉及電氣電子液壓、計算機等相關(guān)的學(xué)科知識較深，在課程設(shè)計中我們將這部分作為選做內(nèi)容。因此，課程設(shè)計的主要內(nèi)容包括傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和總體設(shè)計三種。比較復(fù)雜的機械3個人一組，自由組合，每人主要負(fù)責(zé)一部分內(nèi)容，其中總體設(shè)計的學(xué)生由小組成員推薦選舉產(chǎn)生并擔(dān)任組長，除了自己承擔(dān)的內(nèi)容外還要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)3個人的方案應(yīng)能滿足整機的任務(wù)書要求，完整一致。各種題目的具體內(nèi)容如下是。（1）自動機械總體方案設(shè)計。①根據(jù)給定機械的工作要求，確定實現(xiàn)功能要求的原理方案。②根據(jù)原理方案確定工藝方案。③確定工作循環(huán)時間，擬定機械的工作循環(huán)圖。④確定采用的動力形式、總體布置、總體結(jié)構(gòu)來設(shè)計機架。（2）執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計。①參與原理方案和工藝過程的設(shè)計。分析確定工藝操作動作、順序、運動形式和運動規(guī)律。②擬定機構(gòu)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(gòu)的設(shè)計計算，主要構(gòu)件的運動分析、仿真等。④機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，畫機構(gòu)簡圖，包括運動軌跡、極限位置圖。（3）自動機械傳動系統(tǒng)設(shè)計。①參與原理方案和工藝過程的設(shè)計。分析工藝操作動作、各機構(gòu)運動形式和運動規(guī)律選擇動力機。②確定傳動機構(gòu)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(shè)計計算，主要零件的強度校核。④傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，畫傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

2.課程設(shè)計題目。筆者精心設(shè)計了多于學(xué)生人數(shù)的課程設(shè)計題目和相應(yīng)的任務(wù)書，制定了課程設(shè)計大綱和指導(dǎo)書。學(xué)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(xué)生自選題目要經(jīng)過論證方可作為課程設(shè)計題目并有一定的加分，同時要與教師的科研以及各種創(chuàng)新競賽題目緊密結(jié)合，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與的積極性、主動性。山東省大學(xué)生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計競賽每年暑期進行，而自動機械課程設(shè)計正好是每學(xué)年的第二學(xué)期，可以說這個學(xué)期是學(xué)生申請準(zhǔn)備方案、進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的階段。采取提前選題的方法可以使學(xué)生在上課期間有目的的聽課，有充分的時間醞釀設(shè)計方案，使自動機械課程設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)不局限于培養(yǎng)方案中設(shè)置的1周時間，有效地提高了課程設(shè)計的質(zhì)量和效果，有些題目最后還申請了發(fā)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(xué)生機電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計競賽的一等獎。

四、結(jié)語

篇7

質(zhì)有利于學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)動機，有助于學(xué)生心智的健康成長。它是教師開展教學(xué)工作的感情基礎(chǔ)，它有助于師生之間情感與認(rèn)知方面的溝通，學(xué)生在融洽的師生關(guān)系中，處于最佳學(xué)習(xí)狀態(tài)，更易于對所學(xué)知識產(chǎn)生興趣并消化吸收。而青年學(xué)生思想活躍，易于模仿教師的行為，所以教師的品質(zhì)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(zhí)著等等，這些每時每刻都在影響著學(xué)生，并有利于學(xué)生形成積極的學(xué)習(xí)與生活態(tài)度。因此，高校教師的道德素質(zhì)直接影響學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生素質(zhì)。不斷提高自身的專業(yè)素質(zhì)?！耙虢o學(xué)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(tǒng)發(fā)生了兩個重要變化：一是知識更新的速度越來越快，數(shù)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(chuàng)造性和個性化的人，需要培育的是一種能夠適應(yīng)迅速變化、了解和適應(yīng)未來的人。在這樣恢宏的社會背景下，作為一名機械設(shè)計老師，要不斷學(xué)習(xí)機械設(shè)計領(lǐng)域新知識、新理論、新方法、新應(yīng)用，樹立終身學(xué)習(xí)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(xué)實踐中，變原來的“一桶水”為“長流水”。

同時，通過系統(tǒng)地研究當(dāng)代大學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律，不斷提高對學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的認(rèn)識水平，把這種“長流水”升華為適合學(xué)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(zhì)。教育學(xué)家蘇霍姆林斯基曾說過：“教師的語言素質(zhì)在極大程度上決定著學(xué)生在課堂上的腦力勞動效率。”多年的教學(xué)實踐證明，教師在教學(xué)中語言表達(dá)能力的水平直接制約著課堂教學(xué)質(zhì)量的高低。機械設(shè)計教師只有不斷地追求課堂教學(xué)的語言藝術(shù)，提高自身的語言修養(yǎng)和語言素質(zhì)，才能把機械設(shè)計教得有聲有色。要把語言的準(zhǔn)確性和通俗性統(tǒng)一起來，機械設(shè)計課有很多概念，對概念的描述語言要準(zhǔn)確，同時講課主要用口語化的語言，要和書面語言區(qū)別開來，只有把語言的通俗性和準(zhǔn)確性統(tǒng)一起來，講課才能既嚴(yán)謹(jǐn)又生動。要把語言的精練性和內(nèi)容的豐富性統(tǒng)一起來，機械設(shè)計教師要不斷凝練語言，用精練的語言把機械設(shè)計的思想、方法、原理講述清楚，同時又要把內(nèi)容講得有血有肉。要充分利用啟發(fā)性的語言，啟迪學(xué)生的思維。語言要有張有弛，充滿激情，處處扣人心弦，這樣學(xué)生才能更用心地聽課。機械設(shè)計教師只有不斷探索提高自身的語言素質(zhì)，掌握語言藝術(shù)，才能不斷提高機械設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量。不斷提高自身的科研素質(zhì)。中國科學(xué)院院士、教育家楊叔子指出：大學(xué)教師還得治學(xué)，治學(xué)術(shù)，做學(xué)問，搞研究；否則，就提不高，既不能在學(xué)問上、在研究上做出貢獻(xiàn)，也不能提高教學(xué)水平，提高教學(xué)質(zhì)量，從而嚴(yán)重妨礙育人，特別是嚴(yán)重危害培育拔尖創(chuàng)新人才。機械設(shè)計課作為一門基礎(chǔ)課，設(shè)計的內(nèi)容廣泛，機械設(shè)計的方法、原理也在產(chǎn)生日新月異的發(fā)展變化，教師只有通過做科研，才能把握學(xué)科發(fā)展的最前沿。教師通過做科研，不斷創(chuàng)新，才能對創(chuàng)新有更深刻的認(rèn)識，講的課才能更有深度。機械設(shè)計教師只有不斷提高自身的科研素質(zhì)，才能教出富有創(chuàng)新精神的新時代大學(xué)生。

二、教學(xué)模式、教學(xué)方法、教學(xué)手段與機械設(shè)計教學(xué)內(nèi)容深度融合

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

探究式教學(xué)方法的應(yīng)用，例如，在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，引導(dǎo)學(xué)生運用發(fā)散性思維分析多種零件布置方案，比較各種方案的優(yōu)劣，從而找到最佳的方案，強調(diào)學(xué)生的主動參與。情境學(xué)習(xí)教學(xué)方法的應(yīng)用，如，在講授機構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計時，可以將課堂設(shè)置在擺好實物的實驗室“，百聞不如一見”，通過讓學(xué)生親自動手裝拆不同形式的實物和模型，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的成就感，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果會起到事半功倍的作用。充分利用多媒體教學(xué)、黑板教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等多種教學(xué)手段。要將多媒體課件與黑板教學(xué)相結(jié)合。課堂教學(xué)要充分發(fā)揮多媒體教學(xué)和黑板教學(xué)各自的優(yōu)點。對于關(guān)鍵的理論推導(dǎo)、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(jié)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(xué)生的思維興奮點，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時，在教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)充分利用實物、模型等多種直觀教具，使學(xué)生從感性認(rèn)識上更準(zhǔn)確、深刻地掌握所學(xué)內(nèi)容。充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段中的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段進行課外輔導(dǎo)答疑，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)課件和網(wǎng)絡(luò)習(xí)題隨時鞏固課上學(xué)過的知識，也可以提前預(yù)習(xí)下節(jié)課要講解的內(nèi)容，不明白的問題學(xué)生可以在網(wǎng)上論壇切磋，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的實時性。

三、通過實踐環(huán)節(jié)提高機械設(shè)計課程教學(xué)效果

機械設(shè)計課程是一門與實踐緊密相連的課程，因此，在課堂教學(xué)之外，還適當(dāng)安排學(xué)生參觀往年“全國大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽”獲獎作品、機械產(chǎn)品和工程現(xiàn)場等，對機電產(chǎn)品的傳動系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)特點、設(shè)計方法等進行現(xiàn)場講解，加深學(xué)生對教材內(nèi)容應(yīng)用的理解，擴大了知識面，提高了學(xué)生的工程意識。機械設(shè)計課程與實踐緊密相連，機械設(shè)計實驗對提高學(xué)生對本門課程的把握起到了重要的作用，特別是綜合性、設(shè)計性、動手操作性的實驗。為此，我們增加了機械傳動系統(tǒng)創(chuàng)意組合綜合性實驗，學(xué)生自行設(shè)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(xùn)練，綜合應(yīng)用了機械設(shè)計課程中所學(xué)多種零部件，了解了各種傳動方案的優(yōu)缺點，體會了機械傳動系統(tǒng)方案設(shè)計的重要性，體驗了工程設(shè)計、裝配中要注意的一些問題。增加了實驗的開放性，學(xué)生可以根據(jù)自己的需要與實驗室老師約定實驗時間和實驗內(nèi)容。機械設(shè)計課程設(shè)計是機類學(xué)生學(xué)完機械制圖、幾何量公差、機械原理、機械設(shè)計等課程后一次綜合實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，對學(xué)生機械設(shè)計綜合能力的提高起到了重要的作用。在設(shè)計題目的選擇上，改變傳統(tǒng)的以帶式運輸機的傳動裝置為題目的方式，鼓勵學(xué)生調(diào)研相關(guān)工程需要，自主選擇課程設(shè)計題目。目前學(xué)生采用的題目有機械原理課程設(shè)計題目、機械類創(chuàng)新項目的題目或者根據(jù)工程實際需要提煉的題目。通過自主選題，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，使學(xué)生得到系統(tǒng)性設(shè)計訓(xùn)練。在設(shè)計過程中，鼓勵并創(chuàng)造條件讓學(xué)生實地考察、拆裝相關(guān)機械產(chǎn)品，提高感性認(rèn)識；通過網(wǎng)絡(luò)等途徑查閱相應(yīng)資料，了解相關(guān)零部件價格，培養(yǎng)學(xué)生成本設(shè)計思想；鼓勵學(xué)生通過查找資料、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)解決課程設(shè)計中碰到的相應(yīng)問題，提高學(xué)生的自學(xué)能力和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的能力。實踐證明，這種選題的方式以及設(shè)計過程的要求，增強了學(xué)生課程設(shè)計的興趣和積極性，鞏固了學(xué)生機械設(shè)計理論知識，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)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(jié)語

篇8

關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品；方案設(shè)計方法；發(fā)展趨勢

引言

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，復(fù)雜性增加，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設(shè)計，尤其是機械產(chǎn)品方案的設(shè)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(chǎn)品的設(shè)計繪圖、設(shè)計計算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效，而產(chǎn)品開發(fā)初期方案的計算機輔助設(shè)計卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足設(shè)計的需要。為此，作者在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，概括總結(jié)了國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進行方案設(shè)計時采用的方法，并討論了各種方法之間的有機聯(lián)系和機械產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)的發(fā)展趨勢。

根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進行機械產(chǎn)品方案設(shè)計所用方法的主要特征，可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計方法概括為下述四大類型。

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)。

系統(tǒng)化設(shè)計思想于70年代由德國學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計工作應(yīng)具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221“技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計方法。

制定的機械產(chǎn)品方案設(shè)計進程模式，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，進行方案設(shè)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(tǒng)化設(shè)計方法。

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。

將設(shè)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(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點，將設(shè)計方法解與信息技術(shù)進行集成，實現(xiàn)了設(shè)計過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。

文獻(xiàn)［11］將語義設(shè)計網(wǎng)作為設(shè)計工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計，結(jié)點表示元件化的單元(如設(shè)計任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計過程中的所有活動和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計要求的定義到每一個結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá)，實現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計過程由抽象到具體的飛躍。

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?！皹?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(機械運動簡圖)。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。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡圖，把設(shè)計專家憑直覺設(shè)計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計”階段。

從設(shè)計方法學(xué)的觀點出發(fā)，將明確了設(shè)計任務(wù)后的設(shè)計工作分為三步：1)獲取功能和功能結(jié)構(gòu)(簡稱為“功能”)；2)尋找效應(yīng)(簡稱為“效應(yīng)”)；3)尋找結(jié)構(gòu)(簡稱為“構(gòu)形規(guī)則”)。并用下述四種策略描述機械產(chǎn)品構(gòu)思階段的工作流程：策略1：分別考慮“功能”、“效應(yīng)”和“構(gòu)形規(guī)則”。因此，可以在各個工作步驟中分別創(chuàng)建變型方案，由此產(chǎn)生廣泛的原理解譜。策略2：“效應(yīng)”與“構(gòu)形規(guī)則”(包括設(shè)計者創(chuàng)建的規(guī)則)關(guān)聯(lián)，單獨考慮功能(通常與設(shè)計任務(wù)相關(guān))。此時，辨別典型的構(gòu)形規(guī)則及其所屬效應(yīng)需要有豐富的經(jīng)驗，產(chǎn)生的方案譜遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于策略1的方案譜。策略3：“功能”、“效應(yīng)”、“構(gòu)形規(guī)則”三者密切相關(guān)。適用于功能、效應(yīng)和構(gòu)形規(guī)則間沒有選擇余地、具有特殊要求的領(lǐng)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(shè)計要求進行結(jié)構(gòu)化求解。該策略從已有的零件出發(fā)，通過零件間不同的排序和連接，獲得預(yù)期功能。

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。

Kotaetal將矩陣作為機械系統(tǒng)方案設(shè)計的基礎(chǔ)，把機械系統(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

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械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計的解元素進行完整的、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。

在進行機械系統(tǒng)的方案設(shè)計中，用“功能建立”模塊對功能進行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機構(gòu)型式的一一對應(yīng)?！敖Y(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。

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，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。

機械系統(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)驗進行推量和決策，完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設(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)將機構(gòu)進行分類，并利用代碼描述功能元和機構(gòu)類別，由此建立起“機構(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)”的推理機制，并用于四工位專用機床的方案設(shè)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(gòu)方案設(shè)計中，運用網(wǎng)絡(luò)圖論方法將機構(gòu)的結(jié)構(gòu)表達(dá)為拓?fù)鋱D，再通過編碼技術(shù)，把機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能轉(zhuǎn)化為個體染色體的二進制數(shù)串，并根據(jù)設(shè)計要求編制適應(yīng)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(yīng)值低的不適應(yīng)個體，以極快的進化過程得到適應(yīng)性最優(yōu)的個體，即最符合設(shè)計要求的機構(gòu)方案。

3.2知識的混合型表達(dá)法

針對復(fù)雜機械系統(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)。

3.4設(shè)計目錄法

構(gòu)造了“功能模塊”、“功能元解”和“機構(gòu)組”三級遞進式設(shè)計目錄，并將這三級遞進式設(shè)計目錄作為機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。

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。

4、智能化設(shè)計方法

智能化設(shè)計方法的主要特點是：根據(jù)設(shè)計方法學(xué)理論，借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，以及多媒體、超媒體工具進行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計、表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

在利用數(shù)學(xué)系統(tǒng)理論的同時，考慮了系統(tǒng)工程理論、產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學(xué)VDI2221，研制出適合于產(chǎn)品設(shè)計初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。

在進行自動取款機設(shè)計時，把產(chǎn)品的整個開發(fā)過程概括為“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”三個階段，并且充分利用了現(xiàn)有的CAD尖端技術(shù)——虛擬現(xiàn)實技術(shù)。1)產(chǎn)品規(guī)劃—構(gòu)思產(chǎn)品。其任務(wù)是確定產(chǎn)品的外部特性，如色彩、形狀、表面質(zhì)量、人機工程等等，并將最初的設(shè)想用CAD立體模型表示出，建立能夠體現(xiàn)整個產(chǎn)品外形的簡單模型，該模型可以在虛擬環(huán)境中建立，借助于數(shù)據(jù)帽和三維鼠標(biāo)，用戶還可在一定程度上參與到這一環(huán)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(jù)，也是幾何圖形顯示設(shè)計變量的依據(jù)，同時還是開發(fā)過程中各類分析的基礎(chǔ)。2)開發(fā)—設(shè)計產(chǎn)品。該階段主要根據(jù)“系統(tǒng)合成”原理，在立體模型上配置和集成解元素，解元素根據(jù)設(shè)計目標(biāo)的不同有不同的含義：可以是基本元素，如螺栓、軸或輪轂聯(lián)接等；也可以是復(fù)合元素，如機、電、電子部件、控制技術(shù)或軟件組成的傳動系統(tǒng)；還可以是要求、特性、形狀等等。將實現(xiàn)功能的關(guān)鍵性解元素配置到立體模型上之后，即可對產(chǎn)品的配置(設(shè)計模型中解元素間的關(guān)系)進行分析，產(chǎn)品配置分析是綜合“產(chǎn)品規(guī)劃”和“開發(fā)”結(jié)果的重要手段。3)生產(chǎn)規(guī)劃—加工和裝配產(chǎn)品。在這一階段中，主要論述了裝配過程中CAD技術(shù)的應(yīng)用，提出用計算機圖像顯示解元素在相應(yīng)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(guān)系，由此發(fā)現(xiàn)難點和問題，并找出解決問題的方法，并認(rèn)為將CAD技術(shù)綜合應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的三個階段，可以使設(shè)計過程的綜合與分析在“產(chǎn)品規(guī)劃”、“開發(fā)”和“生產(chǎn)規(guī)劃”中連續(xù)地交替進行。因此，可以較早地發(fā)現(xiàn)各個階段中存在的問題，使產(chǎn)品在開發(fā)進程中不斷地細(xì)化和完善。

我國利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行設(shè)計還處于剛剛起步階段。利用面向

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

將構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)模塊、產(chǎn)品整體構(gòu)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(shù)。建議在產(chǎn)品開發(fā)過程中將快速成型技術(shù)、多媒體技術(shù)以及虛擬表達(dá)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(應(yīng)用于各個階段求解過程需要的場合)結(jié)合應(yīng)用。指出隨著計算機軟、硬件的不斷完善，應(yīng)盡可能地將多媒體圖形處理技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)中，例如三維圖形(立體模型)代替裝配、拆卸和設(shè)計聯(lián)接件時所需的立體結(jié)構(gòu)想象力等等。

利用智能型CAD系統(tǒng)SIGRAPH-DESIGN作為開發(fā)平臺，將產(chǎn)品的開發(fā)過程分為概念設(shè)計、裝配設(shè)計和零件設(shè)計，并以變量設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)，建立了膠印機凸輪連桿機構(gòu)的概念模型。從文獻(xiàn)介紹的研究工作看，其概念模型是在確定了機構(gòu)型、數(shù)綜合的基礎(chǔ)上，借助于軟件SIGRAPH-DESIGN提供的變量設(shè)計功能，使原理圖隨著機構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化而變化，并將概念模型的參數(shù)傳遞給下一級的裝配模型、零件設(shè)計。

5、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)計過程的計算機輔助實現(xiàn)。

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

機械產(chǎn)品的方案設(shè)計通常無法采用純數(shù)學(xué)演算的方法進行，也難以用數(shù)學(xué)模型進行完整的描述，而需根據(jù)產(chǎn)品特征進行形式化的描述，借助于設(shè)計專家的知識和經(jīng)驗進行推理和決策。因此，欲實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計，必須解決計算機存儲和運用產(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。

目前，智能化設(shè)計方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行設(shè)計，直觀性較好，開發(fā)初期用戶可以在一定程度上直接參與到設(shè)計中，但系統(tǒng)性較差，且零部件的結(jié)構(gòu)、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(jīng)驗的設(shè)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(lián)系，如結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法中，劃分結(jié)構(gòu)模塊時就蘊含有系統(tǒng)化思想，建立產(chǎn)品特征及設(shè)計方法知識庫和推理機時，通常也需運用系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)模塊化方法，此外，基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計同時又是方案智能化設(shè)計的基礎(chǔ)之一。在機械產(chǎn)品方案設(shè)計中，視能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的通用零件、部件或常用機構(gòu)為結(jié)構(gòu)模塊，并將其應(yīng)用到系統(tǒng)化設(shè)計有關(guān)層次的具體設(shè)計中，即將結(jié)構(gòu)模塊化方法融于系統(tǒng)化設(shè)計方法中，不僅可以保證設(shè)計的規(guī)范化，而且可以簡化設(shè)計過程，提高設(shè)計效率和質(zhì)量，降低設(shè)計成本。

篇9

關(guān)鍵詞：機械；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?！霸O(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。將矩陣作為機械系統(tǒng)方案設(shè)計的基礎(chǔ)，把機械系統(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械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計的解元素進行完整的、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。在進行機械系統(tǒng)的方案設(shè)計中，用“功能建立”模塊對功能進行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“?；背潭仁枪δ芘c機構(gòu)型式的一一對應(yīng)?！敖Y(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，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。機械系統(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)驗進行推量和決策，完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設(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)將機構(gòu)進行分類，并利用代碼描述功能元和機構(gòu)類別，由此建立起“機構(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)”的推理機制，并用于四工位專用機床的方案設(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?，?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“機構(gòu)組”三級遞進式設(shè)計目錄，并將這三級遞進式設(shè)計目錄作為機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。

篇10

為了培養(yǎng)高水平應(yīng)用型人才，對機械設(shè)計課程體系從教學(xué)方法、實踐教學(xué)、課程設(shè)計、師資隊伍建設(shè)等方面進行了改革和探索。教學(xué)成果表明，這種教學(xué)模式不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和提高應(yīng)用能力，而且也提高了教師的教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞：

機械設(shè)計；教學(xué)方法；教學(xué)手段；雙能型教師

《機械設(shè)計》是機械類專業(yè)非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,是機械類學(xué)生學(xué)習(xí)必不可少的重要教學(xué)環(huán)節(jié)之一。該課程主要是培養(yǎng)學(xué)生具有綜合機械設(shè)計的能力，對我校在應(yīng)用性和創(chuàng)新性人才培養(yǎng)方面起著非常重要的作用，尤其是對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)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(jié)合的設(shè)計性課程。該課程的理論性較強，知識面廣，學(xué)生普遍反映該課程難學(xué)，知識點分散，理解起來困難，聽不懂學(xué)不會[1]。在實踐教學(xué)過程中缺乏創(chuàng)新設(shè)計，不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，使學(xué)生失去了學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致不能很好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在教學(xué)過程中,怎樣提激發(fā)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,提高課堂聽課效率，培養(yǎng)出應(yīng)用型創(chuàng)新性人才,是《機械設(shè)計》課程教學(xué)過程中必須思考的問題[2]。為了解決上述問題，適應(yīng)學(xué)校應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目標(biāo)，針對教學(xué)中出現(xiàn)的各種問題，在教學(xué)方法、實踐教學(xué)、課程設(shè)計、師資隊伍建設(shè)等方面進行了改革探究。

1多種教學(xué)手段靈活應(yīng)用，重點培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性

《機械設(shè)計》課程是實踐性和理論性相結(jié)合的一門綜合性課程，教學(xué)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(jié)構(gòu)分析等相關(guān)內(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計，尤其是一些想象力差的同學(xué)，根本就無法理解其工作原理。同時在教學(xué)過程中基本沒有實物圖，大部分學(xué)生都是初次接觸機械類專業(yè)知識，對課程了解不深，缺乏感性認(rèn)識，因而即使教師備課充分，授課十分認(rèn)真，仍然有很多學(xué)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(xué)習(xí)興趣，最終導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)的狀況。因此，我們教師在每堂課的教學(xué)過程中要多種教學(xué)手段和教學(xué)方法方法靈活并用，引起學(xué)生的興趣。

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

（2）教師要合理的利用視頻教學(xué)，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(zhǔn)備相關(guān)的視頻，例如軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計、聯(lián)軸器和離合器等章節(jié)的內(nèi)容安排相關(guān)的視頻，通過播放視頻與教師的講解，學(xué)生能夠深入了解其加工生產(chǎn)過程，聽過視頻播放能加深印象，容易引起學(xué)生的興趣。對于某些章節(jié)內(nèi)容也可以采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)[5]，這種教學(xué)手段不僅可以使學(xué)生養(yǎng)成獨立思考的習(xí)慣，又能鍛煉學(xué)生查資料的能力，通過查資料能夠擴展學(xué)生自己的視野，便于學(xué)生對前沿信息知識的了解和掌握，增強學(xué)生對自己專業(yè)的熱愛，為學(xué)生將來繼續(xù)深造奠定基礎(chǔ)。此外，慕課也是教師授課的重要教學(xué)手段，對于重要的章節(jié)，教師可以采用慕課的形式來激發(fā)學(xué)生的興趣，并且結(jié)合多媒體所呈現(xiàn)的及教師的重點講解，使學(xué)生對重點難點有深入的了解并達(dá)到掌握。同時教師可以將慕課視頻拷貝給學(xué)生，讓學(xué)生在課下也可以自己獨立的學(xué)習(xí)。教師需要結(jié)合教學(xué)的內(nèi)容與知識點的難易程度合理的利用并結(jié)合多種教學(xué)手段，使學(xué)生對《機械設(shè)計》產(chǎn)生興趣，提高教學(xué)效率。

（3）教學(xué)過程中適當(dāng)?shù)膶⒎治鲕浖c教學(xué)相結(jié)合，在《機械設(shè)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。可以利用三維建模軟件UG建立這些傳動機構(gòu)的模型，然后運用ADAMS或ABAQUS軟件模擬運動學(xué)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(guān)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(yīng)力應(yīng)變、變形云圖。通過建模仿真分析的過程，學(xué)生可以加強對課本講的知識點的進一步理解，同時讓學(xué)生學(xué)習(xí)仿真軟件的應(yīng)用。

（4）習(xí)題講解是《機械設(shè)計》教學(xué)過程中必不可缺少重要的環(huán)節(jié)之一。《機械設(shè)計》課程課后習(xí)題的難度較大，篇幅長，涉及其他學(xué)科的知識點多，例如高等數(shù)學(xué)、機械原理、材料力學(xué)，理論力學(xué)等，其題目分析計算難度大，如果學(xué)生僅僅依靠上課的時間聽課，很難把作業(yè)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(jié)束后，進行相關(guān)的習(xí)題講解。主要講解講解課本中的經(jīng)典例題和難度較大的作業(yè)題，同時也安排講解經(jīng)典考研習(xí)題［6］，使學(xué)生深入理解教材中的知識點。

2加強實踐教學(xué)和課程設(shè)計教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識

《機械設(shè)計》課程設(shè)計是每個機械類學(xué)生必須要做的任務(wù)，在課程設(shè)計之前，教師通過選擇有生產(chǎn)背景的實踐課題為依據(jù)，給出需要設(shè)計的題目，并給出學(xué)生相關(guān)的提示，并列出需要查詢的才能考書及相關(guān)的參考文獻(xiàn)，鼓勵學(xué)生自己動手去查資料，重點培養(yǎng)學(xué)生對材料及數(shù)據(jù)的整理能力。每一個題目由3個學(xué)生來完成，3個學(xué)生一起探討原理方案設(shè)計、傳動方案設(shè)計、執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計，最終確定設(shè)計方案，然后老師給每個學(xué)生不同的設(shè)計參數(shù)，學(xué)生再進行強度分析計算，根據(jù)學(xué)生自己所計算的數(shù)據(jù)，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(xué)生的設(shè)計圖紙必須用CAD軟件繪制相關(guān)的圖紙，然后在使用CAD軟件進行電腦繪圖，最終完成該產(chǎn)品的設(shè)計。通過這樣的設(shè)計過程，使學(xué)生對設(shè)計有了更深刻的認(rèn)識，同時可以把CAD知識加以鞏固，提高CAD畫圖能力。完成設(shè)計內(nèi)容之后，鼓勵學(xué)生采用相關(guān)分析軟件，對所設(shè)計的零部件建立模型進行優(yōu)化設(shè)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(jié)果，然后合理修改設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。這不僅增強了學(xué)生對學(xué)習(xí)機械設(shè)計的興趣，而且使學(xué)生的自身能力和創(chuàng)新意識得到全面的提高。學(xué)?；蛘邔W(xué)院出資舉辦一些機械類比賽，例如車輛技能大賽、機械產(chǎn)品設(shè)計大賽、大學(xué)生創(chuàng)新大賽、機械制圖大賽等。鼓勵學(xué)生積極參加這些競賽，主要是為了提高學(xué)生的自己動手能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生都會的精心準(zhǔn)備競賽的內(nèi)容，設(shè)計出自己的產(chǎn)品。完成設(shè)計之后，學(xué)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(shè)計的作品的設(shè)計思路及功能，最后由老師評出優(yōu)秀的作品，參加省級、國家級的大型比賽。如筆者鼓勵學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新課題，學(xué)生自己查資料，然后寫申請書，找到創(chuàng)新點，最后由學(xué)院學(xué)校的專家及外校專家進行審批，通過審批后，學(xué)生自己用三維軟件進行畫圖設(shè)計。學(xué)生通過這種競賽的形式，可以把所學(xué)的理論知識與實踐結(jié)合起來，增強學(xué)生創(chuàng)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(yīng)用型高水平大學(xué)建設(shè)的過程中，培養(yǎng)雙能型教師至關(guān)重要，要求教師具有扎實的理論教學(xué)素質(zhì)，也要有豐富的實踐教學(xué)素質(zhì)。應(yīng)用型大學(xué)主要以培養(yǎng)服務(wù)于地方經(jīng)濟發(fā)展的人才為目標(biāo)?！稒C械設(shè)計》課程的雙能型教師要求教師必須具備相關(guān)的機械類理論知識，同時具有實踐的經(jīng)驗，這就要求青年教師利用假期去企業(yè)實踐鍛煉，學(xué)習(xí)企業(yè)的技術(shù)[7]，管理模式，及機器的工作原理及設(shè)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(chǎn)品拍照，為以后的教學(xué)提供工程實例。積極鼓勵教師帶領(lǐng)學(xué)生參加各種競賽和課題，可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)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(xué)?？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(jié)合起來培養(yǎng)出雙能型教師。

4結(jié)束語

為了建設(shè)地方性、應(yīng)用型、高水平大學(xué)，近幾年以來講課教師在教學(xué)方法、實踐教學(xué)、課程設(shè)計、教師隊伍建設(shè)等多個方面不斷的進行了探索與研究。將機械設(shè)計的理論教學(xué)與實踐結(jié)合起來，讓學(xué)生了解整個產(chǎn)品的設(shè)計過程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。教師通過自身理論知識的學(xué)習(xí)和外出鍛煉不斷提高教師水平，以達(dá)到雙能型教師的要求，從而達(dá)到教學(xué)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(xué)院

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