时间：2023-09-14 17:45:13
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇机械创新设计的基本原理，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】产品设计 创新 想象力 功能 原理 结构
【中图分类号】G640 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)08-0185-02
1 引言
人类的一切文明都是设计的产物。工程产品设计就是利用科学研究得到的原理,发明现实世界里还没有的人造装置,以满足人类在生活和生产中的各种各样的需求,从而创造出更美好的新世界。文学家雨果曾说过“想象是伟大的潜水者。”[1,2]创作新的作品需要想象,同样科学技术研究也需要创新性的想象与想象力培养。中国的大学教育传统上以文学和政论为主,强调修身、齐家、治国平天下[3]。近代以来,西方的以分析精神为代表的现代科学教育进入中国,并且已成为理工农医科学教育的核心[4]。根据中国教育的长期教育历史和目前建设创新型国家的要求,当前有必要强调创新教育。前文从产品设计、想象与想象力和想象力培养三个方面着重讨论了想象力在产品创新设计中作用[5]。表1列出的是发明家所需具备的主要素质[6],由数据可见,想象力和坚持性是迈向成功的两个主要素质,因此,在科技人才的培养方面应注重这两方面能力的锻炼。只有不断地在学习和工作中,主动地学习想象的方法,积极想象新的功能、原理和结构,才能更好地设计新产品。
机械产品、机电产品的设计也需要培养设计者的想象力,可以说,没有想象,就没有创造,只会是骥尾之蝇,亦步亦趋的步人后尘。我国政府倡导建设创新型国家,在一些领域要与国际先进水平并驾齐驱,这需要科技工作者与技术工人的共同努力。在新产品的创造过程中,需要设计者创新性的构思新产品、技术工程师设计新产品和制造工艺以及技术工人加工新产品。工人从事产品制造加工,技术人员从事产品设计和加工工艺编制,科学技术工作者从事产品创新思路研究与产品原型研制。想象力与坚韧不拔是创新工作者应注重培养和训练的优秀素质。本文拟讨论从事机电产品创新所需要注意的几个问题。
2 功能设计的想象
产品是指生产出来的物品,对人类具有一定的功能。“顾客购买的不是产品本身,而是产品所具有的功能。”社会上流通的产品对其生产厂商是获得经济效益的产品,而对使用者来说,他人提供的产品就是自己的工具。西方的阿里士多德和培根曾对工具论作了阐述,与机械工业化革命相对应,工具论对机械工业革命、电气化工业革命、信息化工业革命和生物技术革命都产生了显著的作用。笛卡儿提出数学描述的方法论,后来牛顿、达尔文和哥白尼等分别提出了自然科学不同学科的基本原理。机械产品设计依据机械原理,1970年德国科学界提出的功能原理的产品设计,特别注重功能原理解。功能是产品购买者购买商品的原因,因此产品的设计就是实现某些产品功能。
在人类社会的前期发展过程中,工程科学一直沿用师傅带徒弟的方式传承手工技艺,有的的技艺还是家族传递下来,由于战争等灾难因素,其中有的技术已经失传。近代科学以伽利略为其开端的代表人物,将数学原理用于物理知识的表达和分析,开启了近代工程科学。另一方面,知识的传播也由学校完成,高等教育蓬勃发展,形成机械、电气、土木、化工、计算机、信息和生物组成的现代工程科学体系。机械工程的历史悠久,而且其原理知识渗透到各个工程技术领域,并没有随新型工程技术的发展而消亡,而是成为工程产品设计的基础。例:现代的航天工业、生命技术和核能工业都离不开机械工程知识的支持。机械产品与信息科学、生命科学的结合,出现了数控加工机床、机器人和靶向药物等一系列技术产品,人类的制造能力大幅度提高。近年来,随着数字化设计和协同设计技术的发展,人们设计新产品的能力也将得到显著提高,计算分析软件包的开发与使用,必将对产品设计的方式和方法产生巨大影响,新产品的设计周期将大大缩短。
要设计出新的产品,就是设计出新的功能或功能组合。要实现产品的创新设计就是要在设计初始阶段想象出新的功能或功能组合,向用户提供新的功能。一般常用的想象方式是通过市场调研或用户反馈的意见,提出产品功能的改进,新的产品功能很多是根据使用者需要而想象出来的。革命性的系列化产品都是依据新的科学原理,或变换原理或变换结构所想象出来的。例,从双卡收录机到卡式随身听,再到电子技术的MP4,前者使用相同的磁记录原理,但变换了结构与功能组合,获得了便携的功能。后者采用新的磁记录原理,利用巨磁阻效应设计出新的技术手段,实现播放声音和图像媒体的功能。
功能设计有分解和综合方法,原理设计有集成、转用和逆向等方法。产品的功能创新设计不一定是设计出前所未有的产品,随着各个领域知识的融合和技术革命,很多产品的设计采用新的知识原理来更换以前产品所采用的原理,获得更低的成本、更方便的制造或使用。
功能设计的创新过程中需要形象,例如人类想象出了飞机、电视机和收音机等,在设计这些产品前,人们就已经幻想象鸟一样飞行,千里眼和顺风耳,在古代的小说中就有这样的文学想象,后来的技术革命用技术手段实现了人们以前的想象。要实现对新功能产品的想象,就必须解决其依托的核心功能原理,例如流体力学原理、无线信号传递等原理。物理原理、化学原理和生物原理是设计新型产品的基础知识,近200年来,人们主动采用各种基本原理设计出许多种新产品,而且这一趋势仍将继续下去。
3 原理设计的想象
设计产品需要依据一定的功能原理,功能原理的创新就非常重要,机械原理知识仅仅是机械产品原理设计的基础。有时很复杂的机械产品,如果用电子控制技术来实现,其结构就非常简单。例上面所述的随身听。机械科学的原理并不多,常用的有杠杆、滑轮、啮合传动、摩擦传动、滚动支承、滑动支承、电磁支承、凸轮、连杆、螺旋等十几种。常用的电子原理有加、减、乘、除、微分、积分、反馈等。现在基本的机械元件和电子元件都已有基本的单元销售,已有专业化生产厂家生产这些标准化的元器件。复杂机电产品的设计并不是将机电单元简单的堆砌在一起,而是有机的组合、有目的的组合基本单元,来实现其使用功能。
产品的制造工艺原理也十分重要,它们决定了产品设计是否可以物化、是否可行。常用的机械产品的加工工艺有车、铣、磨、刨、镗、铸造、焊接、热处理,新的加工工艺有电子束焊接、激光表面处理、离子注入、化学气相沉积、物理气相沉积、腐蚀、键合等等,这些加工工艺都已在机械产品加工中得到广泛应用。利用新的物理、化学或生物原理来发明新的机械产品或电子产品的加工工艺,这是目前和今后发展的方向之一。在知识教学中,更应培养学生的触类旁通、获取知识的能力。
现代的机电产品,在构思整体设计时就要分析其功能原理形态矩阵,比较优化得到最优的技术原理方案,并且择善而从地详细分析最佳方案。设计原理的选择,不仅要考虑技术的先进性,还要分析其成本、环境的友好性和可持续发展的前景。对产品功能原理的优化软件在近20年时间内得到了很大发展,例:TRIZ等。但,产品的成本分析和环境友好性分析仍无相应的设计软件,这也是今后的发展方向之一。
随着数字化设计、虚拟加工和虚拟装配技术的发展,例:Unigraphics软件包,机械产品的设计和制造过程也发生了很大变化,运用虚拟软件设计来设计和制造产品的成本比试样产品的制造,成本大大降低。数字设计、数字制造和数字管理技术的发展,依托于信息技术,对机械工业已经产生了变革性的影响。协同设计、协同制造和协同管理技术在最近几年仍然会得到快速的发展。机电产品的原理设计有集成、转用和逆向等方法。例如汽车内燃机集成了连杆传动、轴承支承、凸轮传动等。冲压机和汽车发动机就是曲柄滑块机构的转用。鞋底防滑花纹的设计是摩擦学中理论应用的反问题。
4 结构设计的想象
要将设计原理实体化,获取设计者设计的产品功能,就必须进行产品的结构设计。常用的结构设计方法有放大、缩小、转用和变结构等。在机械系统的结构设计方面,俄罗斯的学者非常重视,而德国和日本的学者重视原理的设计和设计方法。我国的机械产品设计在1978年以前学习俄罗斯的结构设计,在80年代学习德国的功能设计理念、日本的二次设计方法。结构设计中常用的零件结构已经标准化。
从1960年来人们研究的仿生设计思路,为结构设计者提供了一条途径。基于流体力学的飞机结构设计,基于固体力学的齿轮和滚动轴承设计,基于动量守恒原理的喷气机设计,基于光学的鹰眼、蛙眼设计,基于红外原理的制导设计等等。在固体材料结构方面有仿生陶瓷、仿生的复合材料,多层涂层设计模仿竹、海螺壳等结构,今后在有机材料的设计方面人们更加依赖于对自然材料的仿生。
结构的标准化、新材料的开发与应用将对机械结构的设计产生重大影响。前人的石器时代、青铜时代、铁器时代和半导体时代以及今后的生物材料时代,都已经对产品的设计原理、设计方法产生了巨大影响,而且产品的结构也发生了很大变化。例:古代利用细绳作为锯子,今天利用合金材料和电力驱动的电锯,今后的激光切割等。新的原理、新的方法和新材料决定了那个时代的产品的技术含量和经济效益。
现代机电系统向复杂化和微纳化两个方向发展。复杂机电产品集成了机械原理、电路原理和控制原理等。例如,盾构机械和大飞机等,复杂机电产品的结构比简单机械要复杂100～10000倍,因此其设计制造是一个国家的机电产品设计制造能力的集中体现。复杂机电产品的设计过程中一般都采用数字化协同设计的组织方式,充分发挥各个设计单位的优势,团队的协作有助于缩短设计周期、提高设计效率和优化产品的性能。我国的机械工程教学中过分强调单元课程的学习,可喜的是近来组织机械设计大奖赛的竞赛,这有助于培养设计复杂机电产品的能力。
微纳机电产品,以微纳微型、微纳传感器和芯片等技术为代表,在近10年内取得了一系列突破。化学原理和生物原理也逐渐应用到这类微纳机械产品的设计,例如生物传感器和生物芯片等。未来的机械应该是生物机械,传统的机械原理、机械设计和机械制造技术都日臻成熟,21世纪的机械是生物机械,这一点上大多数人已有共识。我们现在大学里培养的人才,今后的21世纪的机电产品创新必定依靠现在的青年人,因此有必要开设系统论、生物原理等课程,这一点仍有欠缺,也未达成共识,作者认为应从未来机械发展的高度,布局现在的机电产品设计人才的知识结构,以利于他们今后更有创造性、更好地创造出新的产品。
关于微纳机电产品的设计,目前有两种技术路线。其一,是将以前的机构、机械结构和电子元器件缩小,在微米级加工微型齿轮、连杆和轴承等。另一种思路是抛弃传统的机械原理和机械零件设计,依据生物物理和生物化学的基本原理来构造微纳系统,例如仿葵花的转动机械等。作者认为第二种思路是更好的,因为机械原理和零件的设计应该随时俱进,不应保守的依据毫米级的机械原理和零件,而应该结合生物科学的发展,将生物物理和生物化学与机械科学结合起来,创造出更多更好的微纳机械系统。
5 结语
(1)功能、原理和结构的思路是德国科学家提出的别具一格的产品设计整体框架,本文从功能、原理和结构三方面再次讨论产品创新设计中“想象力”的作用。
(2)未来机电产品的发展向复杂化和微纳化两个方向发展,今天我们在本科教育阶段应该缩减单元知识的教学,增加系统论和生物原理的知识传授。
(3)对于研究生的创新能力培养,学生的课题研究不应竭泽而渔,而应结合研究生的论文主题,在讨论课上各抒己见,培养同学的提出问题、分析问题、解决问题和总结问题的能力。
参考文献
[1] 吴国盛.科学的历程[M](上册,下册).长沙:湖南科学技术出版社,1995.
[2] 维娜 艾莉著,刘民慧等译.知识的进化[M].珠海:珠海出版社,1998.
[3] 曲士培.中国大学教育发展史[M].北京:北京大学出版社,2006.
[4] 戴本博,张法琨.外国教育史[M].(上册,中册,下册).北京:人民教育出版社,1989.
[5] 汪久根.初论想象力在产品创新设计中的作用[A].机械设计2008教学研究[M].北京:机械工业出版社,2008,1-4.
[关键词] 机械原理 案例教学 机械创新设计能力 应用
一、引言
机械原理课程主要研究机械产品运动方案设计的基本设计理论与方法,是机械类专业课程体系中最能培养学生创新能力的一门课程。案例教学是以“案例分析”为核心的一种参与式教学模式,在经济学和管理学等课程中应用较多、效果也较好。深圳大学钟杏云进行的问卷调查表明,案例教学法与其他教学法相比对学生的作用最大,最受学生欢迎,也是学生最希望老师采用的方法。该方法对于激发学生的学习热情,培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力具有重要的作用。目前,案例教学而在机械学科应用不多,探索和实践的成果也不够明显。
机械原理课程的教学效果直接影响后续课程的学习和学生创新意识以及创新能力的培养。如何使学生掌握好课程内容,培养机械创新设计能力,是摆在任课教师面前的重要课题。结合工程实际和课程需要,各高校在机械原理课程教学中所举的应用例子较多,这些例子是将工程实际中复杂的问题简单化,使同学很容易理解课程有关章节所要说明的简单问题。而案例则不同,它只是一些较为全面和真实的材料,供进一步讨论和分析用,并非“最佳做法”,其目的是为了讨论课程中具有复杂逻辑联系的复杂决策问题。
二、案例教学在机械原理课程教学中的实施过程
1.教学案例的选择与设计
案例是实施案例教学的前提条件之一。案例选择要围绕课程教学目标和专业培养方向,并考虑学生的现状和特点。技术本科院校的学生文化素质差别较大,理论基础相对较弱,也无生产实际经验和工程背景,缺乏参与工程实际设计的体会。案例教学不仅要教授课程的理论知识,而且更重视培养学生的创造能力和解决实际问题的能力。选择案例时,教师首先要研究所授班级的专业培养方案和课程的教学目标,确定案例要传授给学生的知识点和培养学生哪些能力;其次,要选择来源于生产实际、有一定技术含量、最好是学生可以操作或能够接触到并易于接受和理解的、教师能够把握的有时代气息的案例。第三,案例要反映课程的重要知识点、核心能力和关键问题,体现对学生核心能力的培养。我校在教学中选择电动护理床作为案例。首先,护理床是真实的典型机电一体化产品,蕴涵着包括机构学理论在内的丰富的工程理论的思想。其机械结构包含课程中重要的连杆机构、齿轮机构和螺旋机构;其次,护理床是用于医院或家庭的助老助残产品,与人们的生活密切相关,是学生易于接受和理解的案例。我校又在该产品的研究方面有一定的技术积累和多台不同功能护理床的样机,同学既能观察到其动作原理和结构组成,又能实际操作和亲身体会。有利于学生分析出目前产品存在的问题。再经调研、分析和讨论交流等活动,可以培养学生求异的思维方式,发挥其主动性及创新潜力;第三,护理床的设计不仅需要机械学理论,还需要电学、控制学和人体工学理论。护理床的最佳方案的确定需要考虑诸多因素以及这些因素之间的复杂逻辑联系。设计具有最佳方案的护理床需要理论联系实际的思考、分析和研究以及全面细致的讨论,对于培养学生的综合决策能力具有重要的意义。第四,护理床案例包含课程的核心概念“机构创新设计”、核心能力“机械的分析能力”、“机械的设计能力”和“机械的创新能力”和机构设计的基本概念“极位夹角”、“死点”、“压力角”和“传动角”等。该案例的实施有助于学生掌握机械设计理论,并应用这些理论解决护理床的设计问题。选择并设计好案例教学是确保案例教学实施的重要条件,护理床案例包括:案例名称、案例来源及背景、产品功能描叙、案例素材发放时间、案例的调研分析要求、案例的讨论地点、形式、提纲和具体组织步骤、案例讨论过程中可能出现的问题及对策、案例教学效果分析等。
2.案例教学的实施
首先,将护理床案例布置给学生,有针对性的讲解解决问题的方法和思路。然后带领学生到实验室实地观察护理床的结构和动作原理,让学生在床上亲身体验护理床的各项功能,再分组(4人一组,学生选定1人为组长)谈体会、分析其结构及动作不合理之处,提出最佳方案护理床应具有的特征。每组同学提出要完成最佳方案护理床的设计应解决哪些问题,如何解决。每组同学合理分工,检索相关文献,查阅有关资料,调研护理床的销售公司和用户,掌握护理床产品及技术研究的现状和发展趋势。这个过程会促使学生不断学习,充实自己。学生在调研分析的基础上,会综合运用所学知识和经验去分析和解决问题。具体包括:解决现有产品问题的技术依据、新方案的动作原理和机械结构,机构的干涉检验和仿真分析以及控制原理和控制方案等。最后,形成本组的最佳方案,并形成汇报、讨论稿。由于每组同学需要独立完成,全班可能有多种完全不同的合理方案。第二,按规定时间和地点,每组选定1名同学在班级介绍本组的设计方案,充分发表本组同学的独到见解。完毕后,教师组织全班同学按确定的主题认真讨论,形成以学生为中心的发言、提问和解答,让全班学生充分展示自己的观察、沟通、决策和表达能力。在实施过程中,由于班级每名同学对护理床均有深刻的思考和研究,针对汇报者的设计方案,其他同学发言很主动,也有一定深度,这对汇报者设计方案的进一步完善具有一定的作用。教师和班级其他同学认真倾听。同组同学还要做好记录,共同回答其他同学的质疑。鼓励同学围绕主题互相争论。教师既是与同学平等的讨论参与者,还是讨论主题方向把握着,教师要及时进行点评并对讨论中出现的问题予以指导。待汇报和激烈的案例讨论结束后,教师要对课堂教学的全过程进行归纳、总结,并引导学生对本组在案例教学中所取得的成果经验进行总结,对其他组的研究成果进行分析。分析总结有利于学生进一步思考问题和完善设计方案。本次案例教学的成果有:(1)同学们亲身体会到机械产品新方案的形成过程,锻炼了学生综合运用各种理论知识和经验以及流行软件解决实际问题的能力,培养了学生的机械创新技能;(2)护理床连杆机构和齿轮机构的设计和应用是课程教学的重点和难点,机构的核心概念在护理床的方案设计中都得到了应用。案例教学的实施巩固了所学知识,加深了学生对课程基本原理和概念的理解,也活化了知识,并将知识转变为应用知识解决实际问题的能力;(3)培养了大学生的创新意识和机械创新设计能力。同学们完成了多种护理床的机械结构方案,并申请了四项国家专利;(4)案例教学以学生为主体,培养了学生自我学习能力,使学生由被动接受知识变为接受知识与运用知识解决实际问题并举,使案例教学实现了既“授之以鱼”,又“授之以渔”的教学目的;(5)案例教学教师是主导,但需要对学生提出的各种方案和讨论中的问题进行点评,这要求教师对案例有深入的研究,掌握案例相关知识和经验。为此,任课教师需要充分做好准备工作,有利于教师自身素质的提高。
为保证案例教学效果,在课堂讨论案例结束后,教师组织学生对各组完成的方案进行进一步完善。并安排学生写心得体会,对案例教学效果和案例本身的问题进行分析,指出教师工作和案例实施中的问题或不足,并对今后的案例教学提出意见或建议。
三、实施案例教学应注意的几个问题
1.案例教学法要与其他教学法密切结合
尽管案例教学法有明显的优点,但在实践中也发现它存在的一些缺陷,如单位时间传授知识效率不高;知识传授的系统性及完整性不易实现等。为此,在采用案例教学法的同时,还要结合其他理论授课方法,使案例教学与传统教学中的一些有益做法互为补充。传统的教师授课方式有利于知识传授的系统性、严谨性,有利于学生打下深厚的理论功底,培养抽象思维能力。案例教学重视实际问题的分析和解决,既可在教学内容和教学方法上弥补传统教学的不足,又可推动传统教学方法本身的不断改进。案例教学也需要学生有一定的理论基础,并掌握有关的基本概念和基本原理,否则,案例教学难以开展。因此,案例教学法一定要与其他理论教授方式密切结合。
2.教学案例要准确反映课程对学生核心能力的培养
案例教学要围绕课程的核心概念和核心能力开展。由于学生缺乏工程背景和专业知识,若案例涉及过于专业化的知识,学生将难以调研、分析和提出问题的解决方案;若案例太简单对学生来说缺少吸引力、没有新奇感,同样达不到案例预期教学目标。实施案例教学要因材施教,兼顾案例的实践性和理论性这两个方面,这样才能有效地提高案例教学质量。学生只有真正的理解和掌握课程的核心概念,才能够把理论与实际有机的结合起来,使实际问题迎刃而解。成功的教学案例一定要实现教学目标。
3.案例教学要注重课堂和课外相结合
案例教学的主体是学生,教师只起引导作用。对于同样知识点的课程内容,采用案例教学法所用时间较传统教学法多得多,所以,课程的案例教学不易多。机械原理课程我们选择两个案例实施案例教学,一个为护理床,另一个结合专业选择,对于机械设计制造及其自动化专业(数控技术方向)选择了四轴加工中心的机械结构系统。对于布置给学生的案例及要求,学生需要将自己置于产品设计师的位置,从产品的使用要求出发,在课外查阅资料、参观考察和小组讨论,分析案例产品存在的问题、产生原因和解决方法以及改进产品的设计内容和过程等,并在对比分析的基础上形成本组新的设计方案。由于这些内容需本组同学在课外通力合作、发挥集体智慧完成,所以案例的课外研究工作十分重要。课堂讨论由教师主持,按组发言、全班交流讨论,这是全班同学设计经验的共享过程,也使学生真正体会到他们才是案例教学的主体。课堂与课外相结合,才能完成案例教学目标,同时完成护理床的“最佳方案”。
4.案例教学需要师生双方的共同努力
案例教学要求学生和教师共同参与教学。教学是否成功既取决于教师,又取决于学生。选择和提炼案例需要教师熟悉案例内容并进行深入研究,准备好课堂讨论案例可能涉及到的有关知识。这样,既有利于案例的布置,又有利于解答课堂讨论学生提出的各种疑难问题。因此,教师需要通过科学研究、走进企业和进修学习,不断充实和更新自己的知识,拓宽知识面,提高自身综合素质。案例教学法强调学生主动学习、独立思考和工作,自主形成解决问题的最佳方案。在课堂讨论过程中,学生应积极思考、认真准备、踊跃发言,积极参与课堂案例讨论,配合教师完成案例教学任务。
5.案例教学要重视对学生机械创新能力的培养
案例教学缩短了教学场景与实际生活情景的差距,把抽象的原理、概念等具体化,促进从理论到实践的转移,有利于提高学生学习兴趣和能力,激发其探究意识。实践证明:案例教学对学生分析、解决问题和创新能力的培养,对知识的接受程度和保留的持久性等方面富有成效。我校机械原理课程的案例教学是“以培养学生机械装置原理方案设计能力为主线,以机构基本概念和原理的应用为重点,以培养学生创新能力为核心”组织教学的,通过案例教学与传统教学法的结合,使学生掌握了课程的基本概念和核心能力,提高了机械创新设计能力。
参考文献:
[1]张丽梅.案例教学法的研究与教学实践[J].黑龙江教育,2006,(3):51-52.
[2]钟杏云.充分利用案例教学法以提高学生的吸引力[J].技术经济与管理研究,2005,(1):122-123.
1 编写机械零部件性能试验教学大纲，合理设置实验项目及内容
根据机械原理、机械设计课程内容及以往的实验设置情况，我们主要开设1个认知实验、3个大实验项目。每一大项中再设置验证性、综合性、设计性、创新性的实验内容，以达到巩固专业基础知识的目的，从而进一步培养学生综合设计及工程实践能力，同时也激发学生的创新意识。
1.1 机械认知
这个实验主要是让学生参观机械原理、机械设计、机械创新设计陈列柜，通过观察分析各类机构、零部件及创新方法等，使学生对所学课程有更进一步的感性认知，同时激发对所学专业的学习兴趣。
1.2 机构分析实验及创意设计
实验主要内容为：（1）机构运动简图的测绘与分析： 要求学生分析机构，画出机构运动简图并计算自由度。主要目的是使学生掌握正确绘制机构运动简图的方法及机构自由度的计算方法，理解机构自由度的概念。（2）机构创新设计及模拟：要求学生自行设计机构运动方案，并进行机构组装、调试、运行及改进，最终确定方案。目的在于通过实验使学生灵活运用机构组合、机构演化与变异，创造性地设计、拼接机构。同时也提高了学生的实际动手能力，通过对方案进行结构分析、运动分析、动力分析及实际测定，检验设计的方案是否满足工作要求，培养学生对各种常见机构的综合运用能力及创新设计能力。通过机构的方案设计、机构的组装调试及模拟运行等使学生实际动手能力、团结协调能力得到较好培养，同时也培养了学生的创新意识和创新能力，激发和调动了学生的学习积极性和自主性，以及参加各类机械创新设计大赛的热情。
1.3 机械传动性能测试分析及创新组合
实验主要内容为：（1）各种典型机械传动装置并测试参数曲线及分析比较：要求学生分别组装带传动、链传动、万向节传动、蜗杆传动、齿轮传动等测试装置，并测试在传递运动与动力过程中的参数曲线，分析比较运动特点及优缺点。目的是使学生通过组装各种典型机械传动装置，并测试在传递运动与动力过程中的参数曲线，进一步分析比较各类传动的运动特点、优缺点及使用场合。（2）优化创新设计组合传动系统：要求学生创新设计组合传动系统，进行组装调试并测试各类参数，分析比较各类组合的优缺点，最终确定最佳组合传动系统。主要目的在于通过优化创新设计组合传动系统，进一步加强学生对传动系统的合理布置及优化、传动效率的提高等的创新设计意识，巩固学生的机械设计能力与工程实践能力。
1.4 机械零部件性能试验
实验主要内容为：（1）减速器拆装及轴系结构分析：要求学生正确拆装各类减速器，画出轴系结构图；了解减速器整体结构以及零部件结构特点和作用；测定减速器主要参数，如中心距、齿轮齿数、传动比、传动方式、判定输入、输出轴；确定斜齿轮或蜗杆的旋向及轴向力；观察轴承代号及安装方式；等等。目的在于通过对减速器的拆装、结构分析和对轴系结构测绘的过程，全面细致地观察齿轮减速器的整体结构以及零部件的结构特点，并了解它们是如何综合考虑满足功能要求、强度刚度要求、加工工艺要求、装配调整定位要求、密封要求以及经济性要求的，以达到理论联系实际，加深关于结构方面的感性认识，为能设计出较为合理的减速器打下良好基础。（2）渐开线齿轮范成及齿轮参数测定：要求学生用范成法原理加工变位齿轮与标准齿轮；用游标卡尺测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数。通过实验使学生掌握用范成法制造渐开线齿轮的基本原理；了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法；巩固并熟悉齿轮的各部分尺寸与参数的关系和渐开线的性质。（3）刚性回转件的动平衡测试：要求对刚性转子进行动平衡测试。通过实验使学生巩固动平衡知识，熟悉刚性转子动平衡的方法。（4）滑动轴承性能测试与分析：要求学生测试动轴承的特性曲线、径向油膜压力分布曲线与承载量曲线等。目的在于使学生了解滑动轴承的动压油膜形成过程与现象；了解滚动轴承、滑动轴承的特性、使用场合及各自的优缺点。（5）轴系结构创新设计：要求学生设计一轴系结构并组装，分析轴系结构设计是否合理，若发现错误或是不合理之处，应修改轴系结构设计方案，并重新组装轴系结构；绘制轴系结构装配图。目的在于使学生熟悉和掌握轴的结构与其设计，弄懂轴及轴上零件的结构形状及功能、工艺要求和装配关系；掌握轴及轴上零件的定位与固定方法；掌握轴系结构设计的要求与常用轴系结构；了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，以及和密封方式等。
2 充足的实验课时，促使学生能深入到每个实验中去
传统的课程实验都是依附于课程的，实验学时往往都很少。如机械原理、机械设计课程实验总学时为14学时，分两个学期完成。由于课时少，只能安排一些最基础的验证性、综合性的实验。在实验中多以教师讲解为主，学生按照教师的指导完成实验，给学生思考摸索的机会很少。现在的机械零部件性能试验课程有48学时，一学年内完成。在设置上增加了一些创新性、设计性的实验。学生对每个实验都能充分投入，对实验仪器、实验原理等都能充分地熟悉了解，实际动手能力得到提高。在设计性、创新性实验上也给予充分的思考时间，以激发学生的创新思维。
3 采取以学生为主体、教师启发指导的实验教学形式，并以多媒体辅助教学
实验教学方法采用以学生为主体、教师启发指导的实验教学形式。要求学生做好实验预习，对实验中一些零部件的作用以及较为复杂零部件搭接方法采用多媒体进行讲解演示，使学生快速了解零部件功能，同时增加了学生设计方案的时间。每个实验都要求学生 自己设计实验方案，经教师检查认可后确定方案的可行性和安全性。在实验中教师给予学生最大的自由度，放开手脚，使学生成为实验的主人。当学生遇到困难时，教师给以帮助或提示，并引导学生主动查找相关资料，从多角度、多渠道去观察和思考问题，不断进行探索和创新。
4 教学实践效果
两年机械零部件性能试验实验课程教学，已取得了良好的效果：
4.1 充分提高学生学习的积极性和自主性，同时也深化对本专业的感情
传统实验以教师讲解为主，学生多是在教师的指导下完成实验，造成许多知识点学生未能完全理解。通过机械零部件性能试验实验课程，学生在实验室的时间大大增加，能充分将理论知识与实际相结合，理论知识得到了巩固，并促使学生进一步思考与探索。同时对所学专业有了更深的了解，提高了对本专业的学习兴趣。
4.2 提高学生综合运用所学理论知识分析和解决实际问题的能力，同时也激发了学生的创新意识
实验的设置由简单到设计性、创新性的过渡，促使每个学生都能投入到实验中去。通过方案选择设计、传动系统优化设计、综合性能测试等，使学生将多门课程（机械原理、机械设计、控制理论、计算机语言等）的知识或多项单独开设的实验合成一项综合实验，所学理论知识得到全面系统的复习，同时提高了学生综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力。通过对所设计的方案进行创新优化，能较好激发学生的创新设计意识，充分调动学生的学习创造性。
4.3 大大提高了实验设备的利用率及实验室的使用率
实验学时和实验项目的增加，让以前闲置的实验设备都得到充分利用。同时实验室也为学生提供了良好的创新实践活动条件，促使学生积极报名参加各类工程技术创新大赛，并充分利用实验室的资源进行方案的模拟运行。
4.4 培养学生认真、严谨、科学的工作作风和团队协作精神
由于大部分实验的实验条件和方法都由学生自己拟订，实验过程中往往会出现理论上可行，但实际做起来困难的情况，有的学生会出现急躁、心灰意冷的状态，指导教师应给予正确的引导和鼓励，使其及时调整心态，正确对待挫折，并积极思考。同时也要求学生能分工明确、互相协作，达到事半功倍的效果。通过实验学生的综合素质得到提高。
5 结束语
机械零部件性能试验课程实验已取得了一定的效果，但也存在着一些问题和困难，如教师的工作量加大、实验设备的维护与保养等问题。今后我们将不断进行探索和改革，进一步完善实验学时设置及教学方法的改革。
参考文献
[1] 胡宏佳，王世刚.机械原理与机械设计实验教学改革的探索与实践[J].实验室研究与探索，2010，7（29）：233-234.
[2] 吕宏，刘大力，杨春梅.谈“机械设计基础”实践教学中学生创新能力的培养[J].森林工程，2012，1（28）：87-88.
[3] 郭淑芳，吴健，刘红俊，尹中伟，徐斌.机械原理及机械设计实验教学中心开放实验教学实践[J].中国现代教学装备，2009（13）：84-85.
1课程教学的现状及存在的主要问题
机械设计基础课程是机械类专业学生的一门重要的技术基础课，目前该系列课程的设置主要由以下几大模块组成：
(1)公差与配合
研究机械设计中是怎样正确合理的确定各种零部件的几何精度及相互间的配合关系，研究测量工具和仪器的测量原理及正确使用方法，掌握一定的测量技术。
(2)理论力学
研究质点、刚体的静力学、运动学及动力学。静力学研究物体在力作用下处于平衡的规律;运动学研究物体运动的几何性质;动力学研究物体在力作用下的运动规律。
(3)材料力学
研究杆件材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度以及导致各种材料变形与破坏的规律;为受力构件提供强度，刚度和稳定性计算的理论基础条件;解决结构设计安全可靠与经济合理的矛盾。
(4)机械原理
研究机械中机构的结构组成、运动、以及机器结构的受力和设计。
(5)机械设计
研究通用机械零件能量的传递方式、材料、形状尺寸、方法的选择与设计。
这些课程设置的目的是为了使学生具有机械设计的初步能力和为专业课程的学习起到铺垫的作用。但是这些课程理论性强、概念抽象，涉及的基础理论和知识面广、系统性强、学时多，如果在教学过程中过分强调知识的系统性和理论的完整性，这种教学模式不能适应高职高专教育对应用型人才培养目标的要求。如果按照课程设置的方式，以教为中心，以知识的传授为主要目的，可能会出现如下情况：忽视了学生创新意识、创造能力和创造个性的培养，往往学生理论考试成绩较高，但实际设计和应用能力不强，这与企业需求脱节;课堂教学与实践教学环节脱节;重视学习者知识的接受与理解，不重视知识建构和发现的方法;没有充分发挥先进的实验技术和网络在支持个别化学习、发现学习、合作学习以及教学管理方面的巨大优势。
2课程教学模式探索
2.1学生学习兴趣的激发
兴趣是学生对学习活动或学习对象的一种积极认识或意识倾向，当一个学生对某门学科发生兴趣时，他总是愉快地学习，积极主动获取知识。但在课堂上学生的注意力的集中时间是有限的，长时间集中注意力会引起他们思维疲劳，甚至厌烦。
针对本课程可从以下来展开学习兴趣的激发：
在学生刚刚接触该课程的时候，首先让学生明白这门课程设立的目的;对后面其他的专业课程的学习有什么作用;对今后工作中可以用来解决那些技术上的问题。这样以来学生就会意识到这门专业基础课程的重要性，从而在学生心目中树立起该课程在专业知识体系中的重要地位。通过动态的多媒体电子课件，利用现代教育媒体的表现力，给学生一种具有新意的刺激，使学生从原来抑制状态转化为兴奋状态，从而提高学生学习的积极性;将书本知识还原于生活实践，能够激发学生参与探索的欲望，通过观察生活中的各种常见机械、机电设备中的动作、工作原理，让学生找到其存在和应用了那些平面机构，进一步增强学生的学习兴趣;通过实例来提出问题，让学生思考，讨论，最后教师进行归纳总结。例如，在讲解间歇运动机构时，向学生提问：为什么大家在看电影的时候，总感觉画面有停顿感?学生开始各种各样的思考和讨论，多数同学的意见是不完全正确的，这时老师再给予正确的引导式归纳总结：为了适应人们的视觉暂留现象，要求影片作间歇运动，所以放映机采用四槽槽轮机构，当传动轴带动圆销每旋转一周，槽轮相应地转过90，因此能使影片的画面作短暂的停留，这样以来使学生听了以后兴趣盎然。采用这些方法不仅能提高了学生的学习兴趣和学习积极性，而且还拓展了学生的思路。
2.2创新能力的培养
创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力，而高等学校是培养创新人才的基地和摇篮，因此，在学习专业课程的过程中应不时地培养学生的创新能力。就机械设计基础而言，以培养学生综合设计能力为最终目标，以学生能应用所学知识来解决工程中的实际问题为目的，以必须、够用为度，以讲清概念、强化应用为重点的原则来确定本课程的主要内容和体系结构;通过引入现代设计理论和设计方法，以基本知识、原理部分作为基础，发展平台，注重设计与制造有机结合、机电液有机结合、理论与实践有机结合，大胆创新。
在教学及实践教学过程中，不断地培养学生的创新意识。通过变传统的、被动的、低效的实物模型来实现机构及装置设计为先进的、主动的、高效的可视化CAD三维参数化建模来实现装置乃至产品的创新设计;带动学生一起分析如何实现机构及零部件的优化设计，从一些实际的问题入手，来考虑那些部件的结构可以实现优化设计，创新设计，分析新的设计会带来机械装置实现其功能方面具有哪些好处;改变传统的考核模式促进学生创新能力的培养，在学生做课程设计时，让学生利用所学基本原理对日常生活中的机器、装置的原理进行分析，通过文献查阅，加以改进，或者提出自己的想法，并把自己的构思用论文或专利的形式加以表达，发挥学生的自主性和创新能力;在实验课的讲授方式上，着重培养学生的工程实践能力，让学生知道某种结构为什么是这样，动力是否可以通过其他的传动方式实现。这样既有助于学生认识事物的本质规律，又使学生的实际能力得到锻炼;通过开展创新设计实践活动来提高学生的创新能力，例如，在讲授挠性传动时，给学生提出问题，大家都知道自行车采用了链传动的方式来驱动车轮前进。链传动具有瞬时的传动比不稳定、工作时有噪声、易脱链等缺点，带传动有承载能力不大、弹性滑动和打滑现象的缺点。而它们的各自的缺点都是对方的优点，那么能不能设计出一种挠性传动方式使得它们的特点得以均衡呢?因此就以此为作业任务让学生自己去按所学的知识和创新的理念给出它们的设计方案来。教学效果表明，就出现了带式链条比较好的创新方案。于此同时可以结合本课程的教学内容开展机械设计竞赛、鼓励并指导学生参加全国的创新设计大赛。这样以来学生的创新意识和创新能力将在很大程度上得到加强。
2.3理论联系实践的教学方法
从机械设计基础的课程设置模块来看，公差与配合、理论力学及材料力学、机械原理这些内容大多为理论性较强的知识内容，而机械设计则是研究机械零件能量的传递方式、材料、形状尺寸、方法的选择与设计。机械设计部分的特点在于各章内容看似相互没有关联，如联接中的键、销、螺栓、联轴器;带传动、链传动;齿轮传动、轴、轴承等各类零件，但运用机械原理方法、理论及材料力学知识以及公差配合规则将这些零件汇合才能设计出一个完整的机械装备。如果在给学生讲解理论知识的时候，能将其对应的机械零部件的设计、机器设备中标准件的选择和应用，让学生自己通过实践来完成，真正实现理论用于实践、实践巩固理论，这样效果将会更好。
以培养学生机械系统方案创新设计能力为目标，以设计为主线，建立理论教学和实践教学为主体的新教学模式。
该教学模式注重理论与实践、理论讲授与实验操作相结合，合理地确定课堂和实践重点，着眼于学生综合素质的培养。该教学模式提倡学生带着问题学习的理念，突出以学生为主体的教育模式，以工程设计实例为载体，贯穿教学过程始终，体现学习-设计-再学习-再设计的循环渐进的学习过程。在机械设计基础课程教学中只有密切联系工程实际，不断加强对机构及机器的研究和分析能力，才能更有效地激发出学生的学习兴趣，培养和提高学生的设计与创新能力。在教授的过程中通过更新教材内容、增加实践环节，使理论教学的第一课堂与实践教学的第二课堂有机结合，相互协调，从而营造理论学习-设计实践-实验三维一体的学习氛围，以培养综合素质高、专业面宽广、创新设计能力强的实用性、技能型机械工程专业复合型人才。
1工业工程专业“211”人才培养方案基本框架的设计
1．1“211”人才培养方案的课程设置原则与依据具体说来，本方案的课程体系结构有四部分组成：（1）通识教育领域课程。该领域课程培养学生扎实的自然科学基础、较好的人文、社会科学基础，使之具备较高的英语水平和计算机应用能力，掌握文献检索、资料查询的基本方法。这些课程包括军事理论与技术技能训练、思想道德修养与法律基础、基本原理概论、大学体育、大学英语以及计算机课程等。（2）学科基础教育领域课程。该专业领域课程着重培养学生的专业技术理论与基础知识；学生分析、解决生产企业尤其是制造企业的生产系统组织与管理问题的能力。这些课程包括高等数学、线性代数A、概率论和数理统计A、大学物理、工程实训A、画法几何与机械制图、机械原理、机械制造技术、机械设计、理论力学、材料力学、电子电工技术基础等。（3）专业核心领域课程。该领域课程让学生了解机械制造学科的基本知识与基本技能，使之具有初步的科学研究、技术开发、技术经济分析与生产组织管理的能力。该课程包括计算机绘图、管理学原理、基础工业工程、运筹学、运筹学课程设计、质量工程、人因工程、生产计划与控制、物流设施与规划、物流设施与规划课程设计、系统工程、生产系统建模与仿真、生产系统综合实验、毕业论文（设计）等。（4）专业选修及实践实习领域课程。该课程包括工业工程专业英语、机械产品三维造型与创新设计、机械CAD／CAM技术、数控技术、现代制造技术、管理信息系统、java语言程序设计、经济学原理、工程经济学、市场营销学、供应链管理、项目管理、现代物流学和专业社会实践等，这些课程旨在培养既具备坚实的机械工程技术基础、又具备现代企业管理的理论，能为当地经济建设服务的跨学科应用型人才。
1．2“211”人才培养方案中的素质与专业、课内与课外的关系为了培养学生的认知能力、创造能力和实践能力，本方案规定学生毕业前除完成规定的课程学分外，学生还必须修读非本院、本学科开设的通识教育选修课程，完成8学分，其中必须选修体育专项课程等，学生必须修满课外实践与创新活动5学分，思政类课程的实践学分5学分纳入自主修习课程考核。其次，“211”人才培养方案重视学生共性的提高与个性的发展。创新是以思想的自由为前提的，个性是学生独立精神和自由思考能力的表征；如果说通识领域课程和学科基础教育领域课程是为了实现学生综合素质的提高，那么专业核心领域课程和专业选修课程则是为了培养学生的个性。
2校企合作背景下的“211”人才培养方案实践教学要求
为落实“211”人才培养方案，保证工业工程专业取得良好的教学效果，工业工程专业积极联系校外企业，与之对接合作，采取课程实训和组织学生到企业实习的措施。
2．1明确实训大纲，规范实践教学过程为了使工业工程专业的实践教学取得效果，“211”人才培养方案采取以下几种措施：（1）所有的实训课程都有实训教材或指导书，这些实训教材或指导书由本专业的老师集体编写和修订，并贯彻实践教学的各个环节。（2）实训课前，教师和实训工作人员必须认真备课，检查实训设备、设施的性能和实训材料的有效性，以保证实训的正常运行。（3）实训教师需严格管理学生，向学生讲明实训规章、规程和安全注意事项，认真批改实训报告。对那些违反实训章程，操作不规范的学生，应该明令其停止实训；对于不符合要求的实训报告，教师应该要求学生重做。（4）实训结束后，教师应该严格要求学生撰写实训报告，并认真批阅报告，按“优”、“良”、“中”、“及格”、“不及格”5个等级评定成绩，将其记入实训成绩档案。
2．2构建实习管理体系，促进实习效果的提高实践实习重要性不言而喻，它是促进工业工程专业深化教学改革、提高人才培养质量的重要保证，而且对推进工学结合、校企合作具有重要的借鉴意义。为全面提高实践教学质量，确保实践实习取得良好效果，湖北文理学院工业工程专业按照本专业的实践性特点，制定了实习前、实习中、实习后的一系列管理规章制度，编制了与实习各环节管理相对应的《自主联系实习单位申请表》、《变更实习单位申请表》、《实践实习进度表》，以及一系列能够反馈实习效果的《实践教学工作评价调查表》、《实习单位意见调查表》和《实习生对实习单位的意见表》等，这些实践实习跟踪管理文件对提高教学质量起到了很好的引领与监督作用。
作者：贾利梅单位：湖北文理学院机械与汽车工程学院湖北文理学院省级协同创新中心
关键词：机械原理课程设计；机械系统运动方案设计；机构尺度综合；机构仿真
《机械原理》是高等工科院校机械专业必修的一门重要的专业技术基础课[1，2]，《机械原理课程设计》则是使学生较全面系统地掌握及深化机械原理课程的基本原理和方法，培养学生综合运用所学知识，提高分析和解决工程实际问题的能力的重要实践环节。
一、问题的提出
我校《机械原理课程设计》所选用的设计题目以往多为针对不同类型的连杆机构进行运动分析及动态静力分析。机构的类型机构及尺寸由教师指定，一般为平面六杆机构。班级各学生所需分析的机构类型或机构的尺寸不同。
随着科技的进步与发展，对高等教育的要求也在不断提高。培养具有创新精神和实践能力的人才，提高工科学生的综合能力已成为机械工程教育工作者的共识。在此大环境下，对《机械原理课程设计》进行改革，将以分析为主的《机械原理课程设计》改变为“机械系统运动方案设计[3，4]——型综合——尺度综合——运动动力分析”的设计型《机械原理课程设计》，势在必行。
二、设计型《机械原理课程设计》
课题组首次在大三詹天佑班及车辆专业部分学生中试点，进行了设计型《机械原理课程设计》的探索与实践。
课题组在充分调研查阅的基础上，选用文献[5]作为主要参考教材，并自编了与之配套的任务书等教学资料。
1.设计的目的及任务。设计型《机械原理课程设计》的目的在于：使学生巩固理论知识，并使其对于机械的组成结构、运动学以及动力学的分析与设计建立较完整的概念；掌握机械运动方案设计的内容、方法和步骤，培养机构选型与组合和确定运动方案的能力；培养学生表达、归纳、总结和独立思考与分析的能力。其任务为：针对某种简单机器（它的工艺动作过程比较简单）进行机械运动简图设计，包括机械系统运动方案的设计与评定，机构尺度综合等。
2.设计题目。本次《机械原理课程设计》选择了“圆盘型自动包本机进本系统”、“水稻插秧机”等六种机械系统作为设计与分析的对象。各个机械系统由多个能够完成具体工作的机构组成，其各组成机构必须动作协调，方能实现预期要求的功能。教师根据各机械系统所包含的具体工作机构的数目，将学生分为2～4人一组，每位学生在完成所要求的整体机械系统运动方案设计的前提下，还须独立完成该机械系统中的指定工作机构的型综合、尺度综合及其运动分析（动力分析部分为选作）。因此，任意一名学生的工作均需各自完成，不可能“拷贝”他人成果。
3.设计内容及要求。设计型《机械原理课程设计》要求学生根据教师下达的任务书完成：①全组讨论及提出两个以上系统设计方案；②经比较、选优，确定系统最终方案；③每个学生设计分析总体系统中的一个机构；④每个学生对自己设计的机构运用解析法完成机构运动分析；运用解析法选作机构受力分析；⑤每个学生运用软件选作机构的仿真与验证；⑥完成设计说明书。
三、《机械原理课程设计》指导方法的改革
1.《机械原理课程设计》前期工作。《机械原理课程设计》为期两周，为使学生能够有充分的时间消化理解《机械原理课程设计》的内容，做好先期准备工作，我们提前一周半进行《机械原理课程设计》授课。许多学生听课后即开始查阅资料，重温课程设计中所用到的相关先修课程的知识，讨论方案，主动找老师答疑等，教师也插空到班级辅导，收到良好的效果。
2.集思广益，确定机械系统运动方案。各组学生拟定出两个以上机械系统运动设计方案。所有参加设计型《机械原理课程设计》的六十多名学生一起进行讨论，集思广益，优选机械系统运动方案。具体做法为：每组选派一名学生主讲，其他学生补充，借助PPT介绍本组初定的几种设计方案，指出各方案的优缺点及筛选原因，其他学生提出问题及建议。通过讨论，学生对许多概念、基本理论有了新的认识和理解，巩固了课堂教学中学到的知识，并且各组学生取长补短，相互学习，开阔了思路，对本组原有的设计方案又有了许多新的设想。
3.理论联系实际，完成机构设计。由于所承担的任务不同，每个学生必须独立完成总体系统中一个机构的设计，难度较大。指导教师与实验室老师一道，带领学生参观各类机构模型，演示各类机构动画，讲解各类机构的优缺点及适用场合，一一解答学生的各种问题。指导学生运用solidworks软件对自己设计的机构进行仿真与验证。
4.综合运用知识，对机构进行运动分析和力分析。教师对运用解析法对机构进行运动分析和动态静力分析进行了较为详细的讲解，对运用solidworks软件和ADAMS软件进行机构的运动分析和力分析的方法及常见问题的解决进行了辅导，使得学生在求解机构的运动过程中即“知其然”又“知其所以然”。
5.在课程设计的各环节中强化学生综合素质的培养。教师在课程设计整个过程中注重对学生查阅文献、基础理论知识的掌握、各科知识的融会贯通、理论联系实际、独立思考、综合运用所学知识解决实际问题、动手能力、克服困难、创新意识、团队协作精神等多方面的能力进行培养，并在对每位学生单独进行答辩的过程中加以考核。强化了对学生综合素质的培养，效果较为理想。许多学生感慨，这次课设虽经历了许多困难，但收获了知识，获得了成功的喜悦。
四、结束语
开展“设计型《机械原理课程设计》”，收效明显：
1.使学生进一步巩固和加深了对理论知识的理解，并逐步掌握了工科学生应具备的理论联系实际的学习方法。
2.调动了学生学习的主动性和积极性，使学生动手实践能力、创新设计能力、团结协作精神和综合素质得到了提高。
3.促进了师资的培养，教师自身的业务水平得到提高，队伍得到了锻炼。
参考文献：
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一、创新机械设计课程体系
在以往的机械设计教学中，一些教师只是对理论知识进行详细的解读，忽视实践练习和对学生创新能力的培养。整个课堂是教师的“一言堂”，教师处于主导地位，一味地向学生灌输知识。学生作为弱势群体，只能被动地接受教师的观点和言论，在课堂上无法发表个人的意见。长此以往，学生的言行中处处有着教师的影子，经常模仿教师的思维方式，使学生的思维被牢牢桎梏，创新能力很难形成。同时，学生对单调、乏味的理论知识往往无法提起兴趣，课堂上经常溜号，理论知识掌握不牢，实践训练时经常会出现错误操作，创新思维无法形成。针对上述情况，教师应转变教学观念，更新教学理论，将培养学生实践能力和创新能力作为教学工作的重点，设计完善的教学组织计划，对机械设计的相关知识进行系统的归纳和总结，将其以模块的形式展示给学生，以便学生更好地理解。一般来说，机械设计的理论知识涵盖产品规划、技术选择、方案设计、施工组织等几方面，每个模块都可以增加一些创新性的内容，以启发学生的思路，拓展学生的视野，使其更好地领悟创新的实际内涵。教师要重视知识之间的融合应用，让学生独立设计机械部件、机械结构乃至机械系统，通过大量的实践练习提高学生运用知识的熟练度，为学生创新能力的培养奠定坚实的基础。
二、调整课堂教学结构
1.使用多媒体技术辅助教学。多媒体技术能将晦涩难懂的知识变得清晰、直观，适用于无法用语言描述以及构造复杂的零件和系统。通过观看多媒体课件，学生会对机械的设计原理和运行机制有清晰的把握，声、形、像的完美结合会给予学生震撼的视听享受，使其沉浸在教学课件营造的意境之中，对激发学生的学习兴趣、提高学生的学习热情有着重要作用，机械设计的教学效果会更显著。教师要在机械设计课上加大对多媒体技术的有效运用，制作优良的教学课件，充分地利用课堂时间，让学生在有限的课堂时间内学习到更多的知识。教学课件的质量在一定程度上会决定教学的效果，教师应该增强教学课件的趣味性，吸引学生的课堂注意力，重视课件的学术价值。2.讨论与答疑方式启发学生。创新是在充分感知的基础上形成的，需要学生理性认识所学知识，学生对知识的理解比较深入、透彻，才能衍生出新的见解，最终形成创新型思维。教师要经常组织讨论活动，先由教师抛砖引玉提出问题，然后学生讨论得出答案，最后教师进行总结和深化，以提高学生对知识的理解度。对比较困难的问题，教师不宜直接告诉学生解题过程，而是要为学生提供解决的思路，与以往学过的知识关联起来，让学生学会用已学知识解决未知问题，使学生形成系统的知识网络。教师可以先告知学生最终的结果，让学生反向逆推解题步骤，训练学生的逆向思维。在讨论与答疑并举的训练模式下，久而久之学生会养成乐于动脑、善于动脑的习惯，遇到问题会很快地找到解决的切入点，学生分析问题和解决问题的能力增强的同时，会树立良好的创新意识。
三、建设开放式的实验基地
百闻不如一看，百看不如一试。这里的“试”强调动手实践。学生亲自动手，能在实践中发现问题、分析问题、解决问题。传统的机械设计教学实验局限于课程基本原理演示、理论验证及实验操作技术的掌握，而且是随课程开设的，缺乏对学生实验思路、实验设计、观察能力、分析与表达力和创新能力的综合训练与培养，特别是缺乏动手实践能力的培养。在这种教学条件下，学生的观察能力和动手实践能力普遍较差，由于实际动手少，自然发现新问题就少，难以调动他们的创造力。学生对独立分析和解决的问题记忆会非常深刻。学生在学习过程中经常会遇到无法独立解决的问题，对这类情况教师要加强引导和启发，通过实践操作培养学生的观察能力，增强学生的记忆力。学校可以建设开放式的试验基地，打造综合性实验平台，为学生提供大量动手实践的机会，让学生能够随时随地进行实验，这样可以快速提高学生的实践操作水平。同时，在实验过程中，学生会总结出适宜自己的学习方法，进而快速消化所学知识，在脑海中形成完善的知识脉络图，学生的实验思路会更为清晰，设计能力会愈发成熟。教师可以设计分层次的实验教学体系，如基础实验、综合实验和创新实验，将学生的实验成绩纳入期末考核，提高学生对实验的重视度，激发学生的创作灵感和创作热情。为了培养学生的创新能力，教师要尽量带学生接触实际，扩大学生眼界，积累和丰富创新设计知识与经验。
综上所述，创新性教学没有固定模式，教师要营造轻松和谐的教学氛围，采用多种教学方法，积极调动学生学习的积极性和创造性。同时，拓宽学生的知识面，使学生形成合理的知识结构，将课堂教学与社会实践、科研及各类创新大赛有机地结合起来，以培养学生积极进取的精神和创新能力。
作者:涂春莲 单位:长沙职业技术学院
参考文献：
［关键词］机电类专业CDIO卓越工程师教育课程体系培养模式
［中图分类号］G640［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2013）08-0046-03
一、卓越工程师教育与CDIO的关系
“卓越工程师教育培养计划”是国家宏观的培养目标要求，其工作思路是借鉴世界先进国家高等工程教育的成功经验，创建具有中国特色工程教育模式，通过教育和行业、高校和企业的密切合作，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，培养造就一大批创新能力强、适应企业发展需要的多种类型优秀工程师。CDIO工程教育理念和培养模式注重培养学生系统的工程技术能力，尤其是项目组织、设计、开发和实施能力，以及较强的沟通和协调能力，体现了当今工程教育的国际共识。可见，CDIO人才培养模式和理念与卓越工程师教育培养计划的教育理念是高度一致的，而且CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，应该作为实现卓越工程师教育培养计划的重要途径，也是加入卓越工程师教育培养计划的基础。
二、机自专业卓越工程师教育培养要求
机械设计制造及其自动化专业是典型的工科机电类专业，培养卓越工程师正是这类专业教育教学所追求的理想目标。根据近年来专业进行CDIO工程教育改革实践取得的经验，开展卓越工程师教育培养模式的探索具有更积极的意义，而且卓越工程师教育对学生的知识、能力和素质的培养要有具体的要求。
1.接受通用知识的基础教育，具有扎实的数学、物理、化学等自然科学基础知识，较强的外语和计算机应用能力，较好的人文、艺术和社会科学基础，初步的经济管理知识。
2.接受专业基础教育，较系统地掌握机械制图、力学、机械设计、电学、机械工程专业基础领域的基本知识和技能。
3.接受专业基本技能训练，掌握本专业必须的零件测绘、力学分析计算、实验、测试、数据分析、文献检索和基本工艺操作等方面的基本实践技能。
4.接受专业知识教育与专业技能训练，具有本专业领域或方向所必需的专业知识，了解专业领域技术标准，相关行业的政策、法律和法规，了解本专业及相关学科前沿及发展趋势。
5.接受工程意识与创新意识的培养与训练，具有综合运用所学理论、分析解决工程实际问题的能力，能够参与生产、并具有基本的运行和维护能力，具有进行产品开发和设计、技术改造与创新的初步能力。
6.获得综合素质的教育与培养，具有较强的交流沟通、环境适应和团队合作的能力，具有较好的组织管理能力，具有良好的质量、环境、职业健康、安全和服务意识，具有应对危机与突发事件的初步能力，以及较高的综合素质和职业道德修养。
三、课程体系改革规划与实践
课程体系改革始终是贯彻CDIO工程教育改革理念，落实人才培养方案的具体保证。
（一）调整两课开设学期，优化课程布局
两课是标示中国特色高等教育的重要课程，共有356学时，16个必修学分，一般集中开设在大学一、二年级，在限制每学期计划学时的要求下，一些基础性课程被迫后延，对学生的工程意识和创新能力培养和训练非常不利。本专业在CDIO工程教育改革实践过程中，多方考察、学习，并与学校主管领导和教务处领导多次研究，做出了调整两课开设学期的重大决定。将两年完成的两课主要教学任务调整为四年完成，即每学年开设一门政治哲学类课程，保证两课四年不断线：大一第一学期开设 “思想道德修养与法律基础”，大二第一学期开设“中国近代史纲要”，大三第一学期开设“基本原理”，大四第一学期开设“思想和中国特色社会主义理论体系概论”。在两课教学过程中，可以通过课程内容的改革，重点教育和培养学生的职业道德和社会责任感。在大三、大四学年开设政治课更有利于准备考研的学生学习和复习，大二调整两课余出的学时由技术基础课来递进填补，优化了课程布局，为学生开展创新训练提供了专业基础，更有利于专业培养目标的实现。
（二）公共基础课程体现工程应用意识
英语课分层次教学，入学即可参加大学四、六级考试，通过者可以进入专业实验室接受工程意识和创新能力训练。
数学课教学内容与方式改革，在讲述数学知识的过程中，启迪学生的数学思维方式，教会应用数学理论进行工程建模的方法，数学中的实例应该以机械工程的具体对象为目标，使学生体会到学以致用的感觉，激发其学习兴趣。
大学物理课教学内容与方式改革，在讲授物理知识的基础上，传授和训练进行物理实验的基本方法、基本技能，训练观察现象与数据分析的能力，为工程实验奠定基础。
（三）技术基础课程培养工程意识
在大一第二学期新增开设机械工程导论课程，介绍机自专业的培养目标、教学计划、学科发展、工程案例，为学生提供一个开发产品、装备和系统的理论知识与工程实践的基本思维框架；勾勒出一个工程师的任务和职责，以及如何应用科学知识来完成这些任务的思维方法；并有意识地引导学生培养必要的个人能力和人际交往能力；进行学为所用的工程意识的启蒙教育。
改革机械制图课程体系，增加三维图形教学内容，将独立开设的零件测绘教学环节融入机械制图理论课的进程中，理论与实践应用综合在一起，同步进行，初步培养学为所用的工程意识。
机械原理和机械设计课程体系改革，将独立开设的机械原理课程设计和机械零件课程设计教学环节调整到对应的理论课学期，将课程设计内容与理论课内容综合在一起，同步进行。在机械原理或机械设计理论课开始之初，将课程设计的任务布置给听课学生，并要求理论课程结束时完成课程设计任务。教师讲授理论课时始终关注课程设计内容，督促和指导学生完成所讲相关内容的课程设计任务，使学生边学、边练、边用，理论紧密联系实际，不断建立学为所用的工程意识。机械原理与机械设计课程与原培养计划比较，分别提前1个学期开课，以便为后续专业基础课提供前期知识。
（四）专业课程增强实践能力训练
专业课程的改革方式是减少专业课的理论授课学时，大幅度增加实验、实践训练学时，尽量将CDIO理念贯穿于课程教学中。根据培养目标、对主要课程及学时比例进行了综合调整，构成如表1所示，其中单片机原理及应用、井下作业设备与工具和海洋石油装备概论为新增课程，目的是增强机电基础和突出石油特色；合计增加100个实验学时、88个理论学时。取消了独立的专业英语课程，设置两门以上的专业课程采用双语教学，从而保证学生专业外语应用水平；专业英语（64学时）和思想和中国特色社会主义理论体系概论（96学时）后置余出的160个必修课程学时基本平衡了增加的专业课理论和实验学时。
表1课程改革新增实验学时课程列表
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（五）课程设计实施CDIO模式
“机构分析创新设计”和“机电一体化系统创新设计”是东北石油大学机械设计制造及其自动化专业参加教育部CDIO工程教育改革试点，实现“卓越工程师教育培养计划”的目标，为培养本专业学生的个人、人际交往和团队合作能力，产品、过程和系统的设计、建造和控制能力，而分别在大二和大三短学期新增设的2个理论与实践相结合的教学环节。目的是为学生逐步获得优良的工程素质和综合能力（学会求知、学会做人、学会做事、善于合作）奠定基础。
每个班分成6~7个设计小组，每个小组独立承担一个设计题目，由4~5人组成，自选组长，组长负责设计小组任务分配、组织管理和工作协调。每个小组提交一份设计报告和每个小组成员的个人工作过程记录（手写），并进行ppt汇报答辩。机构分析创新设计提交的设计报告包括：设计分析说明书、CAD 设计图纸；机电一体化系统创新设计提交的设计报告包括：设计分析说明书、CAD 设计图纸、控制原理图、电气回路图、程序设计图。
课程设计的考核方式进行了如下探索：
1.组长给定本设计小组成员的个人贡献或成绩排序。设计小组组长根据小组同学的个人贡献、合作表现，按分差不小于2分给出小组成员个人成绩，或给出小组成员成绩排序。
2.指导教师组成的答辩组评定设计小组成绩。答辩组根据每个小组设计总结报告撰写的质量（结构层次、语言表达、分析计算、撰写规范）；设计图纸的质量（图纸完整、表达正确、符合规范）；答辩过程表现（汇报讲述、回答问题、PPT质量）等项目按百分制综合给出该组设计的综合成绩。小组的答辩综合成绩为小组成员的个人成绩中间值偏上。
3.指导教师还可以根据设计小组每个同学的平时表现（出勤情况、工作态度、提问情况）调整个别同学的个人成绩，更好地维护公平性。
4.学生自评与团队成员互评可以调整小组组长给出的成绩排序偏差。小组成员自评主要考核学生的诚实性；团队成员互评主要考核学生的公正性和团结互助精神。
（六）毕业设计实施CDIO模式
大四第二学期全部进行毕业设计，将毕业设计从13周延长至18周，有利于完整系统地实施CDIO工程教育模式。
在毕业设计的准备、进行和总结的全过程中，对各个环节都进行严格把关。首先在选题上，采取指导教师申报题目，然后由教研室从中优选确定，保证工程实际设计题目占到80%的比例。将确定好的设计题目下发给学生，使学生有很大的选择权利，在个别严重冲突的题目上，由教研室做适当调整。这样做，能够激发学生的兴趣，提高学生对毕业设计的积极性。
学生在毕业设计过程中，把几年中所学的理论知识综合应用于工程实际，不仅锻炼了他们分析研究问题的能力，而且增强了他们的工作责任感，从而使他们投入更多的精力；遇到疑难问题，指导教师能及时地给予启发，并与之研究、讨论，激发他们的创新意识。对于常出现的问题事先讲给学生，使其自检、互检，有问题及时修改，争取交出一份质量较高的毕业设计答卷。
在毕业设计的最后阶段，教师根据毕业设计的任务书对设计图纸严格审查，杜绝在答辩时出现“设备无法安装、机构不能转动、机件互相碰撞、工件不能加工”等原则性问题。随着毕业设计的完成，多数学生基本掌握了进行工程设计和解决工程实际问题的方式和方法，并培养了创新意识，已具备直接服务于生产与工程建设的能力。在教师严格要求、认真把关下，学生完成较好的毕业设计可以直接转化为生产力，经过近两年的统计，学生的毕业设计经修改后直接应用于工程实际生产的占18%左右。
四、CDIO实践总结
2010年机械设计制造及其自动化专业代表东北石油大学成为教育部CDIO工程教育模式第二批试点院校。经过多年的实践探索，机自专业基于CDIO教育理念的人才培养模式已经逐步形成，对专业培养目标、培养方向、教学计划、课程教学大纲、实践环节教学大纲、课程教学体系等进行了卓有成效的改革与建设。
东北石油大学机械设计制造及其自动化专业已经分别在机自07级、08级、09级的部分课程和环节逐步开展了CDIO工程教育模式的探索性实践，完成了机电一体化原理及应用、数控加工技术、电气控制技术、液压与气动、机械控制工程、石油钻采机械等课程为载体的CDIO三级项目实施试点工作，都取得了预期的效果，并获得了良好的经验；机自2010级、2011级的人才培养方案已经融入了CDIO理念，并根据调整后的课程体系有序地进行全面实践和总结；机自2012级、2013级的人才培养方案在CDIO实践基础上又加入了卓越工程师培养计划的新要求，正在进行着初步的实践探索。
CDIO工程教育模式的广泛实践有效促进了本专业大学生创新创业训练计划和科技创新活动的开展。在创新实践活动中，学生明确自己的发展目标，积极性、主动性非常高， 2010~2013年本专业学生承担或完成 “国家大学生创新创业训练计划项目”15项，发表科技论文10篇，获得以“挑战杯”为主的科技竞赛奖励30余项。
五、结束语
东北石油大学机械设计制造及其自动化专业在CDIO工程教育改革实践过程中不断探索和总结，逐渐积累了一些工程教育改革的经验，基本建立起CDIO工程教育的实施环境，为培养一批工程意识好，实际工作能力强的优秀学生奠定了良好的基础。同时，我们也在实践中渐进性地理解卓越工程师教育培养计划的内涵，并逐步明确：CDIO工程教育与卓越工程师教育培养计划的理念是一致的，卓越工程师教育培养计划是宏观指导方针，CDIO是具体实施模式和重要基础。
［参考文献］
［1］顾佩华,包能胜,康全礼,等.CDIO在中国（上）［J］.高等工程教育研究，2012,（3）.
［2］吴恭兴，刘文白，张宝吉，等.基于CDIO模式的卓越工程师培养方案的探索与实践研究［J］.大学教育，2013,（9）.
[关键词]机械结构；设计方法；设计原理；智能化
中图分类号：TH111 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0175-01
一、引言
从18世纪以来，机器逐步代替人力劳动，用于做功或转换能量。做功的机器不仅大大提高了劳动生产率，而且很好地保证和提高了产品的质量。由于机器实现的能量转换，人们发明了多种多样的工作机械，提高了人类的生产水平，改善了自己的生活条件。机器的设计是由具体的机构物化为实体的产品，以提供用户所要求的使用功能。因此，机械的结构设计是产品设计的重要一环，在机械设计课程中，机械结构设计也是非常重要的教学内容。在机械结构的设计中，应“勤于学习、善于思考、勇于探索、敏于创新”，以伟大的接纳之胸怀学习前人成果，并以开拓的精神实现伟大的创造。机械结构的设计不是具体案例的机械堆砌，而是有其内在的知识基础、设计的方法和物理原理。本文拟从机械结构的设计方法和设计原理两个方面，讨论机械结构设计的内在知识和结构创新的基本途径，但本文不讨论机械制造工艺性对机械结构的要求。
二、机械结构设计的方法
1.经验设计。从现代科学诞生以来，机械科学与技术已有300年的历史。机械的连接结构、传动结构和支撑结构等已经积淀有汗牛充栋的实践案例，但如何掌握这些案例的基本原理和设计方法，而不是记忆这些案例的具体结构设计，这是经验设计中的关键。具体的产品设计，例如车床，其结构设计可以参考前人的设计图纸，这对于提高设计效率，汲取前人经验、避免犯前人的错误具有实际意义。通过借鉴前人的经验，可以吸收他人的结构创新方法，同时也拓宽了自己的设计思路。随着机械结构数据库的出现和搜索方式的更新，对他人的相关结构设计的学习将更加方便。经验知识是结构设计的宝贵财富，也是公司的知识资产。通过对国内外同类型专利知识的学习，也是一条提升自己结构设计能力的途径。另一方面，要注意避免侵犯他人的知识产权。“古人传下来的学问，就是装在船里的货物。现在的新潮流、新趋势，就是行船的风。”在学习他人的结构设计创新点的基础上，设计者应有自己的革新与发明、自己的创造。
2.理论设计。机械结构设计的理论方法，讨论的是机械结构设计的理性方法，具体的有：模块化和组合化设计、复合化设计、分级结构设计、载荷均布性设计和变结构设计。随着结构优化、结构可靠性和概率设计等方面的发展和具体应用，机械结构的理性设计方法也在不断的推陈出新。
模块化和组合化设计。一台机器总体是由提供不同功能的结构单元有机的组合而成，因此模块化的以及模块之间的组合化就是早期的方法之一。在复杂的机电系统和设备中，模块化和组合化的设计理念是有效的结构设计方法，同时也是机械制造的方法之一。例如，组合航空母舰的设计概念；我国的组合化机床的设计在上世纪70年代就已经取得了很大的成功。模块化和组合化，一般是按功能单元、结构单元来划分模块，然后组合起来成为一台机器。
复合化设计。复合化的基本特点就是将两个或两个以上的功能零件组合成一个部件或构件来设计，其功能可以是运动功能、承载功能等。例如，组合凸轮结构的设计就是将两个凸轮设计成一个零件；一根连杆在组合结构中同时作为两个或两个以上机构的结构件。复合化方法可以降低机械的制造成本、减轻机器的重量、缩小机器的尺寸和降低产品的成本。
分级结构设计（层次化设计）。复杂的制造设备是由分级的机械结构组成，大功能层次的结构是由若干个分功能结构组成。层次化不仅是功能树结构的要求，而且也是制造工艺对结构设计的要求。例如，床头箱由多个轮系组成，而每个轮系又由次一层次的系统组成。复杂机电产品的设计，例如组合挖掘机的设计，集推土机和挖掘机的功能在一起，而共用一个动力系统，在执行系统处分开。层次化结构设计方法在构想分级结构阶段，能够帮助设计者厘清思路，从而找出结构设计的关键点，集中解决结构设计中的难点问题。
载荷均布性设计。由于机械结构设计的特点，希望载荷分布均匀，充分发挥材料的机械力学性能或者取得降低最大载荷的目的。例如，修形齿轮的设计、对数滚子的设计，为了取得接触应力的均布，从而修形零件，实现结构的优化设计。行星齿轮减速器的设计也体现了载荷均布性的设计理念，从机构运动学来看只需一只行星齿轮；然而从受力平衡、承载能力和提高齿面的抗磨损来说，三只行星齿轮的结构设计更好。
变结构设计。机械结构的创新常常采用变结构的方法，变结构可以改变机械结构的功能，例如，非圆连接形式的成形连接、曲柄滑块结构设计变为转动导杆结构设计。变结构可以改变实现功能的形式，例如径向柱塞泵和轴向柱塞泵的设计。变结构也可以降低机器的设计成本，例如利用死点的桌面支承设计。
3. 模型试验设计。相似模型试验设计。基于机器物理模型的相似，运用相似科学理论，对于大型的机器设备进行模型试验设计。通过模型结构设计和试验分析，获取机械结构的可靠性、并预测机器的工作性能。模型相似的设计方法已在工程领域有广泛的运用，例如大型水轮机组的结构设计。通过制造大型水轮机组的模型，测试试验模型的工作性能以及其可靠性等指标，优化水轮机组的结构设计和工作能力。机械结构的设计方法不是一成不变的，而是随着人们的发明和新的科学原理的发现，在日新月异地发展，不断出现新的机械结构设计方法，同时对前人的机械结构设计进行革新。
三、机械结构设计的原理
机械结构的设计必然要依据技术科学的原理，例如：理论力学原理、材料力学原理、弹性力学原理、疲劳力学原理、流体力学原理、热力学原理、摩擦学原理、声学原理、智能原理和一切可能的新物理原理。这里讨论以上各种原理在机械结构设计中的应用，以期总结机械结构设计的常用原理，讨论机械结构设计的原理在今后结构创新设计中的可能性。
理论力学原理。理论力学是机构设计的基础理论，对于机器的运动学和动力学分析，得到的结构必然反映到机械结构的设计中来。例如，轴承转子系统动力学的设计，其动力学及其稳定性的设计，要求修改轴承的设计和轴的钢度设计。
材料力学原理。机械零件的强度和钢度设计是基于材料力学理论的，强度或钢度不足时，就需要修改零件的结构设计。例如，齿轮轮齿接触强度和齿根弯曲疲劳强度的设计，当齿面接触强度不足时就要求增大小齿轮的分度圆直径；当齿根弯曲强度不够时就要求增大齿轮的模数。
弹性力学原理。弹性力学分析是零件应力应变计算的基础，例如滚动轴承中滚子修形的设计，基于弹性力学的接触分析，确定滚子的修形曲线和修形量。在机械零件的结构优化设计中，常常用到弹性力学理论。
本文从机械结构的设计方法和设计原理出发，分析了机械结构设计的基本知识和设计准则。毋庸置疑，机械结构的制造工艺性对机械结构设计有重要的决定性。笔者认为，今后的机械结构创新中仿生设计和智能化是发展的重要方向。
参考文献
1.1工业设计的发展历程。
工业设计伴随工业革命而得到迅速发展，按照工业革命的发展程度，一般可分为三个阶段，一是蒸汽革命阶段。十八世纪末蒸汽机发明促进了第一次产业革命的到来，进而产生社会分工，有力促进了传统手工艺转向工业设计方向发展。二是电气革命阶段。该阶段更系统地发展了工业设计理论，而且，与日俱增的人对工业设计加深了解，使工业设计的传播更为广泛。三是电气革命后，各国对科技都非常重视，先进设计制造技术的发展更为迅速。工业设计紧密结合了先进技术，相得益彰，设计生产的工业产品具有较强的外观性、人文性、环保性、功能性、创新性等，这些因素对于消费者产生积极的影响。各国企业也逐渐提高面向产品的工业设计，不断增加人财物的投入力度，工业设计水平不断提高，市场竞争力不断增强。
1.2国内工业设计的发展。
因受历史发展等影响，国内工业设计的发展相对与国外较晚且发展不快。一般可归纳为以下三个发展阶段，一是“拿来主义”，也就是引进国外先进经验并进行复制，几乎不存在设计元素。二是“鹦鹉学舌”，也就是引进国外先进经验并进行模仿，尽管很多地方存在引进国外的影子，但也具有一些独特之处。三是“创新设计”，也就是将引进的国外先进经验进行学习分析并再次创新，企业重视利用创新设计使产品核心竞争力不断提高。随着近年来我国外贸出口逐年增加，面临的经济纠纷也日益增多，引发企业高管日益关注工业设计，并相继投入资金用于工业设计的发展。国内很多大学也相继举办工业设计专业，培养高水平工业设计人才。
1.3工业设计特点。
工业设计的特点比较突出，一是在学科知识方面具有综合性。工业设计一般被认为是从事外形设计，并将其与重复的机械劳动、嘈杂脏兮的环境等相联系。但是工业设计不只是工业产品设计，还能解决“人－机－环境”之间的各类问题，具有较强的综合性、有机结合技术与艺术的一门学科，涉及的学科涵盖机械、物理、化学、市场学、美学、社会学及心理学等多个不同领域。二是学科知识的实践性与应用性都很强。利用设计创造，为人民群众生活提供具有合理性的生存方式，使生活具有人性化、便捷、个性化等特点。三是学科的时代性很强。不同时代的要求不尽相同，目前工业设计需要符合绿色环保、健康节能等设计要求。
2机械设计制造技术
机械工程中机械设计与制造技术是十分重要的内容，是其机械性能的最重要决定因素。随着信息技术的发展，新的机械设计制造方法不断出现，诸如基于数学规划理论与计算机程序而建立，利用数值计算优化设计方案，使期望指标实现最优化的方法；利用结构离散化，采用有限个相互连接并进行分析的单元节点，依据变形协调条件对有限元进行综合求解的设计方法；在规定条件及时间内，规定功能可完成的可靠设计方法；利用虚拟现实与仿真技术，对产品设计、制造等全过程进行模拟，并预测评估技术数据与性能指标的虚拟制造技术；采用目前主流智能制造、绿色制造、纳米制造、个性制造等技术，随着新的设计制造技术的广泛研究应用，将会对世界经济发展起到重要促进作用。
3工业设计与机械设计制造技术之间的关系
3.1机械设计制造技术的作用。
工业设计学科具有综合性，涵盖科技、艺术等多个领域知识。工业设计的先决条件就是科技，产品生产应与科技要求相符，违背客观规律的任何设计都无法实现。很多工业设计具有完善的功能，美观的外形，备受人们喜爱，只是与设计制造客观规律相违背为略有遗憾，难以在力学、结构及制造等方面实现。因此机械设计制造技术作为关键的工业设计技术，应基于对机械工程基础知识的深入理解而开展工业设计，确保产品遵循客观规律与基本原理，工业设计人员充分利用自身专业优势，在结构、色彩及外形等方面易于用户广泛接受。
3.2工业设计的重要作用。
在机械设计制造技术中，工业设计在人机工程学具有重要作用。设计理念基于人的自身，综合各方面因素而进行科学判断。结合人机工程学特点有机结合消费者、产品及其使用者开展相关研究，不只是关注个别要素。目前应用的各类成功产品，都具有人机工程学设计理念。
3.3工业设计与机械设计制造技术相结合的应用。
工业设计与机械设计制造技术各有优势，将其有机进行结合才能使企业产生更显著的经济效益，进而使其综合竞争力得到提高。目前很多国内中小企业，因财力、时间等因素所限，其工业产品设计方法与制造技术还相对较为落后，政府资金投入不足，激励措施有待于进一步完善，使工业设计的发展处境艰难。因此要采用必要的行政手段调节市场经济，利用政府干预促进工业设计健康发展，从而转变设计理念，积极拓展综合性合计人才的培养方式，成立专业研发中心，培养更多的高层次工业设计专业人才。
4结语
“机械原理”是工科院校机械类专业的一门重要的技术基础课，它在整个专业教学计划中起着承前启后的作用。它既有丰富的基础理论，又有一定的工程知识，而且包括着应用基础理论知识解决工程实际问题的一系列独特方法。它不仅提供了分析机械的基本原理与方法，而且还可以利用这些原理和方法来创造、设计新的机器。但它既不能代替专业课来讲述一部完整的机器设计过程，也不能像理论基础课那样强调其理论严密性、完整性与抽象性。机械原理研究的问题本身都是工程实际问题，它直接为生产实践服务。在“机械原理”课程教学中只有密切联系实际，才能激发学生的学习兴趣，增强其对机构及机器的研究与分析能力，最终提高学生设计与开拓创新的能力，以达到提高学生的整体素质的目的。
二、创新思维与教育培养
创新思维与一般思维的不同点主要在于它具有新颖性、独创性及突破性。创新思维是一种很复杂的思维活动，它具有两个特征：它是逻辑思维与非逻辑思维（形象思维、直觉、顿悟、灵感）的统一；是扩散思维和集中思维的统一。创新是通过抽象和概括反映事物的本质与规律的思维活动，然而伴随着这种思维往往有强烈的探索动机，经历存疑、假设、推理、顿悟和验证的各个阶段，最后达到对事物的进一步认识，而解决以前没有解决的问题或获得以前没有的某种新事物，因而表现出创新性。
创新是选择，突破与重新构思三个过程的结合，创新不是无中生有，而是有其生长点，或是从现有机构中进行研究、摸索、通过分析、类比选择出基本雏形，或是以设计者的创新构思作为创新生长点，进行突破与重新构思，实现创新设计。由于创新比较接近推展、衍生的，是建立在从前现存成果上的，因而对于高等教育者，培养学生的创新思维则具有较好可操作性。
现代教育存在的问题之一是，教育者往往将教授的内容讲解得详细而贴切，但学生仍是遇事问而不思，最终导致课堂“填鸭”的大部分知识将会在很短的时间内被遗忘。实际上，引导学生进行主动的创新思维过程，就是使学生扎实掌握事物的本质和基本规律的过程。如果现代教育者能够重视这一过程，那么学生所学到的知识将不再是僵化而机械的。他们将很快能够领会、掌握事物的实质，进而在这一知识领域举一反三，游刃有余。
三、课程教学与创新思维培养
要想培养与训练学生的创新能力，首先，教育者要抛弃把所有的知识都要在课堂上灌输给学生的想法，“授人以鱼，不如授人以渔”。机械学的有关知识越来越多，越来越新，教育者要想把所有的知识都教给学生，这是非常不现实的，只有通过启发、诱导和提示，激发学生的兴趣和热情，培养学生主动独立思考的意识和能力，这样才能够教给他们真正的知识和技能。第二，一定要避免孤立的讲解各章节的内容，教育可通过归纳、比较各部分内容使知识成为一个有机整体，更易于掌握巩固。第三，向学生介绍一些创新思维方法，并结合课程的有关内容，训练学生的创新思维，鼓励学生减少思维“约束”，增大思维“自由度”，把传授知识与培养优良的思维品质结合起来。第四，教育者要紧跟现代机械的发展方向，随时注意发展前沿的新热点，不断充实和丰富教学内容，寻找激发学生兴趣的新观念、新事物、开发学生的机械创新思路。在教学实践中，这些尝试都取得了较好的效果。
四、采用多维一体教学手段，激发学生创造性思维，开阔学生思路
在教学手段方面，运用实物、模型、录像、参观工厂、CAI课件、网络课堂等多维一体的教学平台，调动学生的学习兴趣，营造积极向上的学习氛围。同时，还应建立机械原理课程的多媒体专用教室，配置机械模型系列陈列专柜。这样学生课堂上认真听讲，课下自己动手操作，使学生有现场操作的体验，增加了课堂教学的信息量，提高了教学质量，激发了学生创造性的思维。
在所有机构讲授完后，通过对各种机构进行综合性的比较、总结、并且诱导学生进行机构的组合设计。如在讲到串联组合方式时，前置子机构若为连杆机构，引导学生思考后置机构有哪些，学生自然想到学过的连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、槽轮机构、棘轮机构。在课堂上拆卸一些玩具，让学生看到其原理，使学生恍然大悟，原来认为“深不可测”的玩具，居然都是用机构原理中一些简单机构组合成的。如由凸轮机构组成的小熊打鼓，曲柄摇杆机构组成的蜻蜓扑动翅膀，曲柄摇杆组成的电动飞马等，开阔学生的思维。
五、加强实践环节，注重学生综合能力的培养
1.加强实验课环节
机械原理实验课是重要的实践环节。总的课时虽然减少了，但实验课不应削弱。通过学生亲自做实验，不但加强了学生对机械的感性知识，加深了对基础概念的理解，体验到用理论联系实际的学生方法，而且培养了学生运用实验方法研究机械的能力，提高了学生动手和解决问题的能力。
2.加强习题讨论课环节，注意引导学生掌握正确的学习方法
机械原理课是工科学生掌握机械类工程学科学习方法的“开山石”，其学习内容，方法和要求均与基础课不同，死记硬背和套用公式的习惯性方法已完全不适用。习题讨论课是结合典型题目以讨论为主来进行做题。所谓讨论，就是教师根据学生在学习该章节时暴露出来的问题，加以归纳、整理以提问的方式让学生来回答，而且大量的问题由学生之间相互进行讨论。教师要结合题目准备好问题，启发学生自觉发言从中抓住症结所在进行分析讨论。通过习题讨论课可引导学生积极思维、主动分析、开发思维，以培养学生举一反三、触类旁通的能力。
3.加强课程设计环节
课程设计是本课程教学的最后一个环节，也是最重要的一个环节。通过做课程设计学生除了加深巩固和综合应用所学的理论知识外，还能使学生受到确定运动方案的初步训练，进一步提高使用技术资料、运算、绘图及应用计算机的能力。课程设计应以开发学生智能为主，强调机械系统的运动方案确定，机械运动方案的设计是整个设计过程中培养学生创造性设计能力和独立工作能力的关键性环节，它把课堂教学中学到的各自成章、彼此孤立的各种机构根据其不同点和应用场合有机地综合运用于具体设计中去，从根本上培养锻炼了学生从全局的观点综合考虑设计问题的能力。
六、结束语
【关键词】工作过程；机械设计基础；教学改革
机械设计基础是机械类专业学生的专业基础课之一，该课程将机械原理与机械零件两门课的内容有机地结合在一起，其任务是使学生掌握常用机构和通用零件的基本原理和基础知识，使学生具有初步分析、设计和应用的能力，培养学生解决一般工程问题的能力，为培养高素质技能型人才奠定基础。
1.课程传统教学中存在的问题
在机械设计基础教学的过程中发现，由于该课的教学特点与学生之前接触到的课程有较大的差异，所以学生学习起来比较困难，且学生在该门课程的学习过程中学习的目的性及学习兴趣不强，教学效果不佳。主要原因是传统的教学模式中，该课程的教学活动与学生所学专业特点没有结合起来，使学生感觉这门课程与今后所学专业没有太大关系。即使教师不断提醒学生课程重要性，但学生因为对本专业的机器缺乏感性认识，所学的知识又不能在他们以往的生活和生产经验中得到印证，因此学生学习的兴趣不高，学习的积极性和主动性不够。针对于这种现象，在教学过程中改变传统的、单纯的、章节式的教学模式，而以能力的培养为主线来设计教学内容，采用典型的工作过程来设计教学，并将工作过程进行任务分解，以任务驱动来完成教学，达到教学的目标与要求。
2.教学改革的内容
本次教学改革主要针对于我院数控技术专业，因是初次改革，为便于比较，所以只选了数控技术专业3个班中的其中一个班为教改对象。
整个教学围绕着设计一个带式运输机的工作过程来进行（因带式输送机的工作过程涉及到机械设计基础课程中绝大多数的基本知识），然后将这一典型的工作过程分解成7个模块，每1个模块以机构或零件的设计为载体，完成1个独立的子任务，而这些任务教学的重点、难点及教学目标与机械设计基础各个章节的教学目标相吻合。在开课之初，对学生进行分组，每3个学生分成一组，将任务布置给学生，每组学生每学完1个教学模块，就要完成带式运输机的设计中的1个部分， 这样学生在任务的驱动下带着问题学习，明确了学习目的，也变被动为主动，使教师的教学内容上重点突出，教起来有的放矢。
3.教学改革的成效
本次教学改革得到了机电系相关领导及教师的支持，但因本次教学改革属初次，所以只针对于个别班级进行，并没有在整个数控专业展开。但从改革的效果来看，还是比较显著，主要表现在以下两个方面：
（1）与未实施教学改革的班级相比，实施教学改革班级学生机械设计基础课程的学习成绩普遍提高。因为学生在学习的过程中目标明确，学习的主动性和积极性普遍提高，课下找老师答疑的同学明显增多。由于课堂学到的理论马上用到了课程设计的实践中，提高了机械设计基础课程的教学效果。期末考试，在题目相同的情况下，实施教学改革学生成绩普遍提高，不及格率大大下降。
（2）学生对所学知识的综合运用能力得到提高。教师在教学中不仅讲解零件的强度设计，还结合课程设计介绍零件的材料选择、精度要求、图纸表达等内容。使学生在设计这些零件时不再一头雾水。通过设计典型的零件，如轴和齿轮等，使学生的综合分析能力、选用公差和绘图能力等都得到了提高。
4.结束语
教学实践表明，本次在机械设计基础课程中采用具体的工作过程的教学模式改革是提高教学质量一种有效的措施。但因初次改革，时间比较仓促，所以并没有脱离原教学的目标和任务，而是在保证原教学目标和任务的基础上，通过将具体的工作过程进行任务分解，以任务驱动式教学，提高学生学习的积极性，保证教学质量。而且，本次教学改革只是实验性的针对于个别班级进行的，并没有在整个年级或者在该门课程的教学中展开，虽然改革取得了一定的成效，但从授课的过程来看，学生完成每个任务所需的时间比较长，单纯依靠课上时间远远满足不了要求，需要占用大量的课余时间。基于此，对于该门课程从教学的目标和任务、教学内容、学时的安排、教学方法以及涉及到教学的各个环节等方面还都需要优化。
【参考文献】
[1]翁蓉，陈进武，曹轶杰.高职高专机械设计课程教学改革研究.科技信息，2010，（23）：307-308.
