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機械設(shè)計的基礎(chǔ)
17世紀和18世紀初葉是鐘表時代,18世紀末葉和19世紀是蒸汽機時代。機構(gòu)學(xué)的發(fā)展,出現(xiàn)了曲柄滑塊原理的內(nèi)燃機、汽輪機和水輪機等,實現(xiàn)了將柴油和汽油的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能;原煤的化學(xué)能經(jīng)熱能轉(zhuǎn)化為機械能;水的動能和勢能轉(zhuǎn)化為電能或機械能。這些技術(shù)發(fā)展進程中,誕生了機械設(shè)計課程。機械設(shè)計包括機械原理、機械零件和機械系統(tǒng)設(shè)計三部分內(nèi)容。機械原理討論機構(gòu)的設(shè)計、運動分析和動力學(xué)分析。機械零件部分討論機械零件的強度、剛度、振動穩(wěn)定性和耐磨性等設(shè)計方法,并且介紹機械的結(jié)構(gòu)設(shè)計。機械系統(tǒng)設(shè)計部分討論機械系統(tǒng)的動平衡、速度波動調(diào)節(jié)以及系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計等。機械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計以上述三部分內(nèi)容為基礎(chǔ),對產(chǎn)品設(shè)計進行改進或革新。
1.機械原理。機構(gòu)的設(shè)計與分析是機械原理的核心內(nèi)容。常用的機構(gòu)有:連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、蝸桿結(jié)構(gòu)、摩擦輪機構(gòu)、棘輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)等。機構(gòu)的演變或創(chuàng)新方法有:機構(gòu)的組合、機構(gòu)的演繹、機構(gòu)的逆向設(shè)計以及新原理的應(yīng)用等。機構(gòu)組合是常用的設(shè)計方法,通過不同類型機構(gòu)組合或者同類型機構(gòu)的組合,得到實現(xiàn)運動軌跡的新組合機構(gòu)。機構(gòu)的演繹是通過改變機構(gòu)的運動副、構(gòu)件幾何設(shè)計、機構(gòu)的變結(jié)構(gòu)等方法,獲得新的機構(gòu)設(shè)計。機構(gòu)的逆向設(shè)計,常用主動構(gòu)件和輸出構(gòu)件互換、增加或減少自由度數(shù)即原動件數(shù),來獲得新的機構(gòu)設(shè)計方案。機構(gòu)的運動分析和動力學(xué)分析,常用計算機輔助設(shè)計的方法來分析,以獲得運動軌跡、加速度和躍度的變化曲線。機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計是機械產(chǎn)品創(chuàng)新的基本內(nèi)容,也是對產(chǎn)品在較大程度上的革新。
2.機械零件。機械零件分為通用零件和專用零件。機械零件部分介紹的是各類通用零部件,包括連接零件、傳動零件、軸系零部件以及彈簧、機架和導(dǎo)軌等。連接零件有螺紋連接、銷、鍵和花鍵、過盈連接、膠接、焊接和鉚接等。傳動部分有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動、摩擦輪傳動等。軸系部分有軸承和軸的設(shè)計,其中軸承有滑動軸承、滾動軸承、空氣軸承、電磁軸承和靜電軸承等。機械零件的設(shè)計是針對零件的失效形式來進行的。首先由實踐確定機械零件的失效形式,然后選擇零件的材料和表面處理技術(shù),以抵抗其失效形式,再依據(jù)相應(yīng)的設(shè)計理論提出設(shè)計準則和設(shè)計公式,最后是設(shè)計零件的所有結(jié)構(gòu)尺寸。另一方面,機械零件是物化的產(chǎn)品,其結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝性設(shè)計也是關(guān)鍵方面。機械零件的創(chuàng)新設(shè)計方法有變結(jié)構(gòu)的設(shè)計、組合設(shè)計以及采用新原理的設(shè)計等。
3.機械系統(tǒng)設(shè)計。機械產(chǎn)品越來越復(fù)雜,組成機械產(chǎn)品的零件個數(shù)越來越多。機械系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容有動平衡、速度波動調(diào)節(jié)和分系統(tǒng)之間的匹配等。機械子系統(tǒng)的設(shè)計,包括動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的設(shè)計。在計算技術(shù)發(fā)展后,針對系統(tǒng)層面出現(xiàn)了系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、系統(tǒng)可靠性設(shè)計和系統(tǒng)摩擦學(xué)設(shè)計,并且在產(chǎn)品設(shè)計中得到應(yīng)用和推廣。隨著生態(tài)設(shè)計、全壽命周期設(shè)計、維修設(shè)計和自動化設(shè)計的發(fā)展,基于系統(tǒng)分析和計算仿真的設(shè)計軟件包日益增多。經(jīng)典的設(shè)計內(nèi)容都可以由軟件包來完成,然而對于新材料的機械零部件設(shè)計及其系統(tǒng)設(shè)計,仍需要理論和實驗的應(yīng)用基礎(chǔ)研究,以獲得設(shè)計準則和相應(yīng)的設(shè)計方法。
機械設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)
我國的機械工程高等教育是從20世紀初開始的,落后于歐洲的第一次產(chǎn)業(yè)革命200余年。因此,我國的機械工程科學(xué)與技術(shù)距世界先進水平有差距是有其歷史原因的。在改革開放后,國家的載人航天、高速鐵路和青藏鐵路等重大工程的建設(shè)推動了機械、電氣、信息和材料等學(xué)科技術(shù)的進步,同時也促進了不同學(xué)科的技術(shù)整合,以新的系統(tǒng)產(chǎn)品提供給消費者。然而,我國的工程教育歷史較短,仍有待借鑒國外先進的工程教育經(jīng)驗和教育方法。目前,機械設(shè)計教學(xué)與產(chǎn)品設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)有創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、系統(tǒng)性的思維觀、新的科學(xué)原理帶來的挑戰(zhàn)等。
1.新材料帶來的挑戰(zhàn)。人類的發(fā)展史從某種意義上說也是人類利用和制造材料的歷史。隨著人們對石頭、銅及其合金、鐵及其合金、半導(dǎo)體材料的制造和使用,人類社會經(jīng)歷了石器時代、青銅時代、鐵器時代和半導(dǎo)體時代。在上個世紀末,智能材料的發(fā)展非常迅速,例如壓電材料、磁致伸縮材料、光敏材料等,機敏材料正得到更多的應(yīng)用。在量子力學(xué)基礎(chǔ)上出現(xiàn)的新智能材料,將為機械產(chǎn)品設(shè)計提供更廣闊的空間。作為機械產(chǎn)品設(shè)計工程師,要時刻關(guān)注智能材料的進展及其制備技術(shù)。納米材料作為一種介觀尺度的材料,已在納米潤滑添加劑方面得到工程應(yīng)用。另一方面,材料的成本與市場供應(yīng)也是產(chǎn)品設(shè)計階段需要考慮的內(nèi)容。新材料的發(fā)展與研制,為機械產(chǎn)品設(shè)計提供了更多的設(shè)計選擇,也同時使得以前不可實現(xiàn)的產(chǎn)品功能得以實現(xiàn)。生物材料及其仿生技術(shù)是新材料的發(fā)展方向之一,設(shè)計師應(yīng)關(guān)注這一方面的新進展、新技術(shù)和制造過程,在較短時間內(nèi)將其應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計,為人們的安全、舒適的生活和健康提供新的產(chǎn)品。
2.信息科技帶來的挑戰(zhàn)。從信息論和控制論的誕生開始,人們就進入了信息社會。計算技術(shù)的軟件、硬件和系統(tǒng)技術(shù),作為20世紀的標志性進展,以此為階梯,人們開始了信息社會的生產(chǎn)與生活。信息技術(shù)使得地球變成了地球村,各地信息及時傳遞與互享共用,改變著人們的生活方式、生產(chǎn)方式和思維習(xí)慣等。毫無疑問,我們已經(jīng)生活在信息社會里,信息技術(shù)對機械系統(tǒng)中的控制單元設(shè)計進行了徹底的變革。產(chǎn)品的設(shè)計涉及功能、結(jié)構(gòu)、外部界面、用戶界面和成本五個方面。產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計方法很多,例如前蘇聯(lián)學(xué)者G.S.Altshuller提出了創(chuàng)新問題解決方法。無人車間、無人制造工廠不再是人們的向往,而是已經(jīng)成為現(xiàn)實。信息技術(shù)已經(jīng)提供了虛擬戰(zhàn)場、3D虛擬電影、虛擬產(chǎn)品模型、虛擬產(chǎn)品裝配等一系列產(chǎn)品和相關(guān)的技術(shù)。機械制造的核心,機床已經(jīng)是計算機控制的可編程設(shè)備,機械制造過程也已經(jīng)是柔性的可變制造系統(tǒng)的生產(chǎn)線。可以預(yù)見,信息技術(shù)不僅會為人們的生活提供手機和無線網(wǎng)絡(luò)等,也將提供虛擬的生活體驗,例如虛擬的蹦極、虛擬侏羅紀公園等。信息科技對機械設(shè)計和機械制造的變革不會比電氣化革命帶來的少,而且更加深刻、更加深遠。機械設(shè)計工程師要學(xué)習(xí)新的信息科學(xué)與信息技術(shù),用其革新機械產(chǎn)品的設(shè)計、機械制造過程和管理過程。
3.智能科學(xué)帶來的挑戰(zhàn)。21世紀是生命科學(xué)與技術(shù)的時代,生命的基本特征就是智能與生長。智能科學(xué)的發(fā)展與信息科學(xué)密切相關(guān),也可以說是以信息科技為基礎(chǔ)的。簡單智能產(chǎn)品,例如冰箱、空調(diào)等,已成為商用產(chǎn)品,而且新的更高智能程度產(chǎn)品也在日新月異的發(fā)展之中。基于信息技術(shù)的智能交通系統(tǒng)、公園導(dǎo)游系統(tǒng)、空中管制系統(tǒng)等產(chǎn)品已具雛形,隨著信息處理的高度智能化發(fā)展,這些 信息管理系統(tǒng)也需不斷地升級。1956年到1961年可以說是AI研究的形成時期,卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)、麻省理工學(xué)院和IBM公司開始了AI的早期研究。1961年到20世紀80年代是AI成長期,80年代是其快速發(fā)展期,80年代后人工智能技術(shù)步入實用化成熟期。取得了國際象棋、口語識別、機器視角和專家系統(tǒng)等研究成果。
4.生態(tài)環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)。隨著生產(chǎn)的規(guī)模擴大,對自然資源的消耗日益嚴重,伴隨出現(xiàn)的環(huán)境污染也日益突出。在今天的生產(chǎn)發(fā)展階段,保護自然生態(tài)環(huán)境的壓力更加突出。為了保護人類的生活環(huán)境,必須從產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品制造到產(chǎn)品回收循環(huán)利用的全周期,考慮產(chǎn)品的環(huán)境綠色性。產(chǎn)品供應(yīng)鏈的全球化、網(wǎng)絡(luò)化與節(jié)能設(shè)計,是新世紀機械產(chǎn)品設(shè)計需要考慮的新問題。機械產(chǎn)品的設(shè)計階段就很大程度上決定了產(chǎn)品的環(huán)境友好性。從材料選擇來說,應(yīng)采用材料種類更少的設(shè)計方案;從計算參數(shù)設(shè)計來看,應(yīng)提高功能參數(shù)與質(zhì)量之比,更大程度地發(fā)揮材料的性能;從結(jié)構(gòu)設(shè)計來說,應(yīng)盡可能地循環(huán)利用報廢機器的零件,或者通過最低成本的再制造,然后循環(huán)利用零部件;在功能設(shè)計來說,應(yīng)盡可能發(fā)揮產(chǎn)品的設(shè)計構(gòu)思,提供更多、更便捷、更低成本的功能實現(xiàn)方案。如此等等,在整個產(chǎn)品設(shè)計階段貫徹生態(tài)設(shè)計的理念,為保護自然環(huán)境和最大效能利用資源做出努力。
小結(jié)
機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計必需解決新發(fā)展的挑戰(zhàn),新材料、信息技術(shù)、智能科學(xué)與生態(tài)環(huán)境等帶來的將是長期面臨的新問題。機械設(shè)計的發(fā)展是個動態(tài)的吐故納新過程,只要我們睜開眼睛、敞開胸懷,以前期的機械機構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度和剛度設(shè)計、可靠性設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計和摩擦學(xué)設(shè)計等知識為基礎(chǔ),必將在新的世紀中創(chuàng)造出更多更好的新產(chǎn)品。
0引言
近些年來,我國科技水平不斷提高,與此同時對機械加工與設(shè)計的要求也相應(yīng)提高。為了在激烈的市場競爭中獲得一席之地,機械的加工與設(shè)計不僅需要提高其工作效率,也要在高效率工作下,嚴格保證其質(zhì)量。在這種情況下,機械加工與設(shè)計人員需要做好嚴格的生產(chǎn)與檢驗工作。在機械加工與設(shè)計之前做好詳細的考慮,保證機械生產(chǎn)與加工每個步驟有序完成。并采用現(xiàn)代技術(shù)降低損耗,高質(zhì)高量的完成生產(chǎn)。在工作中遇到問題,不要恐慌,積極應(yīng)對,在機械開展工作之前應(yīng)該做好備案,減少問題發(fā)生的概率,努力生產(chǎn)出最優(yōu)產(chǎn)品。
1中小型機械加工與設(shè)計中存在的問題
機械加工與設(shè)計中,總會出現(xiàn)各種各樣的問題?？赡苁遣僮魅藛T的操作問題,有可能是機器的磨損等問題。機械設(shè)計師應(yīng)該對問題進行總結(jié)分析,減少問題發(fā)生的概率。本文對中小型機械設(shè)計與加工中常出現(xiàn)的問題進行了總結(jié)。
1.1操作過程中易出現(xiàn)的問題
操作誤差:機械加工與設(shè)計的整個操作流程關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量,因此應(yīng)該引起關(guān)注。在機械加工與設(shè)計時不可避免的總會出現(xiàn)實際操作與標準操作之間的差距。這些問題的產(chǎn)生不是人為的原因,而是因為機械的老化或工藝系統(tǒng)受力情況等原因造成的。工作人員為了保證機械設(shè)計與加工正常操作,提高產(chǎn)品質(zhì)量,應(yīng)該在機械工作之前,做好預(yù)估,雖然這樣在實際工作之前,還是難免有誤差,但是在做好預(yù)案的前提下出現(xiàn)的誤差會降到最小,機械設(shè)計加工數(shù)據(jù)也會更準確。產(chǎn)品變形:在機械設(shè)計與加工時操作過程中還經(jīng)常出現(xiàn)的一個問題是產(chǎn)品變形的問題。產(chǎn)品的變形是因為機械大小、位置、性質(zhì)等原因發(fā)生的變化。關(guān)于產(chǎn)品的變形原因可歸結(jié)為以下三個方面:一是機械產(chǎn)品加工過程中,會有強大的內(nèi)力將其吸住進行加工,但是當工作完成之后,卡爪會放下加工后的產(chǎn)品,形成沖力,造成產(chǎn)品的變形;二是機械產(chǎn)品在進行熱處理后,因為其物理特性,很容易出現(xiàn)中間高、兩邊低的情況;三是機械在進行加工操作時,因為其本身的誤差造成的產(chǎn)品變形,但是工作人員可以通過提前預(yù)案,控制誤差,減少可能造成產(chǎn)品變形的因素,如使用高質(zhì)量的加工器材減少造成產(chǎn)品變形的可能性。
1.2產(chǎn)品質(zhì)量方面易出現(xiàn)的問題
材料選擇上:機械設(shè)計與加工材料的選擇至關(guān)重要。材料選擇的好生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量才能過硬。如果材料選擇質(zhì)量較差,那么在機械設(shè)計與加工過程中出現(xiàn)問題的概率較大,影響整個加工生產(chǎn),影響產(chǎn)品的質(zhì)量。機械設(shè)計與加工的材料的選擇須注意兩個方面,一方面為材料的硬度,另外一方面是材料的耐加工性。如果材料的硬度不夠,那么生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不耐用,如果材料的耐加工性不強,那么在加工的過程中極容易造成產(chǎn)品的變形。如某加工廠在材料的選擇時,沒有充分考慮到材料的鑄造性能,結(jié)果材料在加工中,因為熔點較高,結(jié)晶溫度過大,造成產(chǎn)品難生產(chǎn),生產(chǎn)出來的產(chǎn)品不達標,給加工廠造成巨大損失。質(zhì)量監(jiān)管上:在機械加工與設(shè)計中,應(yīng)確保零件質(zhì)量的完好無損,若在機械設(shè)計加工之時,零件質(zhì)量不能保證,不能正常完成工作,那么生產(chǎn)出來的產(chǎn)品可能是無用的,甚至延誤整個工期,造成整體系統(tǒng)性能效率的降低,讓機械產(chǎn)品的使用年限大大的降低。在機械設(shè)計與加工時應(yīng)注意塑性的材料其產(chǎn)品很容易變形,因此造成切割質(zhì)量產(chǎn)品表面不夠光滑,而硬性材料因為其硬度過于大,因此在切割時容易出現(xiàn)細碎;在機械產(chǎn)品冷卻之后進行加工也可能出現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)變形的問題,導(dǎo)致生產(chǎn)出來的產(chǎn)品粗糙、不光滑。因此,在在機械加工時應(yīng)嚴守質(zhì)量問題,保證生產(chǎn)出來的產(chǎn)品是光滑的,壽命周期長的。
1.3新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用
市場經(jīng)濟體制下,要想在市場上獲得一席之地,就必須不斷提高勞動生產(chǎn)率。機械設(shè)計與加工市場同樣如此,也應(yīng)不斷提高其勞動生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,生產(chǎn)出價格低、質(zhì)量好的產(chǎn)品,這樣才能在激烈的市場競爭中脫穎而出。機械設(shè)計與加工應(yīng)不斷提高機械產(chǎn)品的質(zhì)量,扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式,加快產(chǎn)品生產(chǎn)速度,從而在市場中因為其獨特的優(yōu)勢而被認可。
2中小型機械設(shè)計與加工問題解決措施
雖然在中小型機械設(shè)計與加工中存在各種各樣的問題,但是問題的出現(xiàn)必有其原因,因此工作人員應(yīng)勤于在機械設(shè)計與加工之前做好預(yù)案,出現(xiàn)問題時做好總結(jié),以提高機械設(shè)計與加工出來的產(chǎn)品質(zhì)量的保證。
2.1機械設(shè)計與加工操作問題具體辦法
模擬實驗:在進行大批量產(chǎn)品生產(chǎn)之前,可進行試驗?zāi)M,觀看模擬中可能出現(xiàn)的問題,從而早做打算,提出解決方案。這樣在生產(chǎn)過程中才能減少問題發(fā)生的概率,提高生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量,降低損耗。新型的機械產(chǎn)品開發(fā)也能夠使用這樣的模擬實驗,強化新型機械的設(shè)計理念,提高機械產(chǎn)品的勞動生產(chǎn)率,從而生產(chǎn)出質(zhì)量更好的產(chǎn)品,通過模擬,找好問題的所在,提高勞動生產(chǎn)率,提高產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)置合理參數(shù):機械設(shè)計與加工中,需設(shè)置合理的參數(shù),合理的參數(shù)的設(shè)置能夠保證生產(chǎn)出來的產(chǎn)品表面光滑,時間耐用。參數(shù)的科學(xué)設(shè)置直接關(guān)系到機械工作中切削的深度、速度、時間等問題,因此在機械開展工作之前,應(yīng)首先確定好削割的時間、速度、深度等數(shù)值,從而保證機械的精細化作業(yè)。利用處理工具:機械加工設(shè)計中,需科學(xué)的使用處理工具,根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品與機械的工作選擇合適的處理工具,加快產(chǎn)品生產(chǎn)的進度與精度。如在機械加工不能觸及的地方,可選擇小刀等精細工具進行加工,從而保證生產(chǎn)的產(chǎn)品精細,精準。
2.2機械設(shè)計與加工產(chǎn)品質(zhì)量問題解決辦法
謹慎選擇材料:在機械設(shè)計與加工之前,應(yīng)做好材料的選擇,材料選擇得好能夠提高產(chǎn)品的質(zhì)量,降低生產(chǎn)的難度,降低生產(chǎn)的消耗,從而提高整個的勞動效率。在材料的選擇上應(yīng)主要從材料的加工性能、切削性能、熱處理性能幾個方面做重點考慮,并結(jié)合實際的生產(chǎn)需要選擇不同質(zhì)地的生產(chǎn)材料,為不同的機器選擇不同的材料,這樣在保證機械設(shè)計與加工正常工作的前提下,生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量是達標的。定期保養(yǎng)設(shè)備:機械設(shè)計與加工中所使用到的設(shè)備應(yīng)定期保養(yǎng),保證機械正常作業(yè)。如清理機械周圍的碎屑,使用中注意機器散熱、定期進行維護等。如有部分機械在使用一段時間之后,就會發(fā)出聲響,運轉(zhuǎn)不順暢,這種情況下,可使用潤滑劑加快機械的運轉(zhuǎn),保證機械產(chǎn)品的質(zhì)量,延長其壽命。例如有某工廠的機械設(shè)備應(yīng)使用時間過長,熱度極速上升,影響使用壽命,發(fā)現(xiàn)這種情況之后,其工作人員使用潤滑劑對設(shè)備進行了冷卻,從而延長了刀具使用的壽命,降低了生產(chǎn)中的損耗。
2.3機械設(shè)計與加工致力于提高新技術(shù)
著力于提高生產(chǎn)技術(shù):在整個機械設(shè)計與加工中,其勞動生產(chǎn)效率的提高是根本,因此廠家應(yīng)著力于跟上時代的步伐,不斷的開拓新的技術(shù)理念,加強機械生產(chǎn)效率的監(jiān)管,致力于在不降低產(chǎn)品質(zhì)量的情況下提高勞動生產(chǎn)效率,提升市場競爭力,提高市場占有率?？蓛?yōu)化整套機械設(shè)計與加工設(shè)備,大力弘揚機械設(shè)計加工工藝的推廣,讓整個的產(chǎn)品設(shè)計符合市場的需要,符合時代的要求。提高設(shè)計水平:機械設(shè)計與加工是一項高精準化作業(yè),也是一項復(fù)雜的勞動,不斷的提高其精準度,提高其勞動生產(chǎn)率,降低消耗,提高生產(chǎn)出來的產(chǎn)品是機械設(shè)計與加工的主要目標。不斷提高機械的設(shè)計水平從而讓機械根據(jù)已設(shè)定好的統(tǒng)一標準進行作業(yè),提高整個工程產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量。如在開展機械設(shè)計加工之前,有固定的組織機構(gòu)進行商討,制定出一整套的產(chǎn)品生產(chǎn)
計劃,并讓機械按照統(tǒng)一的計劃進行生產(chǎn),從而保證生產(chǎn)出來的質(zhì)量上乘。 3結(jié)論
綜上所述,可以看出,在中小型機械設(shè)計與加工過程中,首先認真對待材料的選擇,其次,致力于勞動生產(chǎn)技術(shù)的提高,使用新技術(shù)、新方法進行生產(chǎn);再次使用處理工具,處理機械處理不了的問題;設(shè)置參數(shù),確定切割深度、切割時間等;定期對設(shè)備保養(yǎng),保證設(shè)備的正常運轉(zhuǎn);進行模擬實驗,將可能發(fā)生的問題做好預(yù)案,減少問題發(fā)生的概率。采取以上措施,強化中小型機械設(shè)計與加工的精準度與工作效率,促進產(chǎn)品質(zhì)量的提升。
1.綠色設(shè)計的內(nèi)涵
在機械產(chǎn)品的設(shè)計階段,就應(yīng)充分考慮到產(chǎn)品在使用廢棄后的回收利用性以及可拆卸性。(2)綠色設(shè)計法提出了生產(chǎn)企業(yè)與產(chǎn)品設(shè)計者應(yīng)在節(jié)約資源和保護環(huán)境上主動承擔起一定的社會責任。尤其對于大型或大量的機械產(chǎn)品制造,企業(yè)在加工生產(chǎn)這些產(chǎn)品的同時,還應(yīng)在可能的范圍內(nèi),主動承擔產(chǎn)品的回收與再次利用的義務(wù)。(3)在人類資源日益枯竭,生存環(huán)境不斷惡化的新時期背景下,綠色設(shè)計法是對傳統(tǒng)設(shè)計理念和設(shè)計方法的創(chuàng)新與改良,體現(xiàn)了人們對環(huán)境及資源的重視,以及對整個機械產(chǎn)品設(shè)計學(xué)科認識的深化。
2.機械設(shè)計與制造中綠色設(shè)計的主要內(nèi)容
2.1綠色材料的選擇與管理
綠色材料即可回收、可再生,且對環(huán)境污染較小、低能耗的材料。因此在機械設(shè)計中應(yīng)首先選用環(huán)境兼容性好的材料與零部件,并盡量避免選用有輻射性、有毒或有害的材料。要求所用材料能夠有利于回收、再利用、再制造或易于降解,從而實現(xiàn)機械制造業(yè)在資源利用率方面的上升,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。同時,在機械設(shè)計與制造中,還應(yīng)當盡量減少所選用材料的種類,從而降低產(chǎn)品在廢棄后的回收成本。例如:模具材料的綠色程度對最終產(chǎn)品的綠色性能有著重要的影響,可通過舍棄過往對材料表面進行化學(xué)處理的方法,而改用物理方法實現(xiàn)防腐與脫模;選用對環(huán)境危害較小的鎳磷鍍代替電鍍鉻;用不銹鋼材料來加工防腐模具來代替電鍍的方式等等。
2.2拆卸性設(shè)計
在傳統(tǒng)的設(shè)計方法中多數(shù)只是考慮到產(chǎn)品的可裝配性,而較少考慮到產(chǎn)品的拆卸性。綠色設(shè)計中著重要求將拆卸性作為機械設(shè)計與制造中,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計評價的一個重要準則,從而使產(chǎn)品在報廢以后,能夠?qū)ζ淞悴考崿F(xiàn)高效且不加破壞的拆卸,以便有利于材料和零部件的重新利用與循環(huán)再生,進而達到保護環(huán)境和節(jié)省資源的目的。拆卸性設(shè)計的基本原則主要包括以下幾點:第一,應(yīng)實現(xiàn)產(chǎn)品零件的多功能性,從而降低應(yīng)拆卸零部件的數(shù)目以及拆卸時的工作量;第二,應(yīng)避免在設(shè)計時,對有相互影響的材料進行組合,盡量避免零部件的污損;第三,在機械設(shè)計與制造中,應(yīng)減少零件的多樣性,并努力向著零件的標準化、模塊化和系列化方向發(fā)展。
2.3可回收性設(shè)計
可回收性設(shè)計是指在設(shè)計中,充分考慮到產(chǎn)品各零件回收再利用的可能性,以及相應(yīng)的回收處理方法和回收費用等問題?？苫厥招栽O(shè)計一般包括兩種途徑,即零部件的再利用和原材料的再循環(huán),在當前鑒于材料再循環(huán)的困難與高昂的成本,因此較為合理的可回收性設(shè)計應(yīng)重點突出零部件的再利用?？苫厥招栽O(shè)計的主要措施包括了以下幾點:在機械設(shè)計與制造中,盡量使用可重新利用的材料;使用對環(huán)境影響較小的材料,例如可再生材料、易回收材料以及無毒無害材料等;對于已使用過的零部件進行再加工和翻新等措施。
2.4綠色產(chǎn)品的成本分析
在對機械制造業(yè)中綠色產(chǎn)品的成本分析,應(yīng)與傳統(tǒng)的成本分析有所區(qū)別,在綠色產(chǎn)品設(shè)計的初期,即綜合考慮到產(chǎn)品在回收、再利用上的性能。因此在作綠色產(chǎn)品的成本分析時,必須考慮到產(chǎn)品拆卸、污染物替代、特殊產(chǎn)品相應(yīng)的環(huán)境成本以及重復(fù)利用成本等等。綠色產(chǎn)品的成本分析應(yīng)在每一次設(shè)計選擇時進行,以便于設(shè)計出的產(chǎn)品更突出綠色環(huán)保性,且成本更低。
2.5綠色產(chǎn)品的設(shè)計數(shù)據(jù)庫
綠色產(chǎn)品的設(shè)計數(shù)據(jù)庫應(yīng)詳細包括了產(chǎn)品壽命周期中與經(jīng)濟性、環(huán)境性等相關(guān)的一切數(shù)據(jù),如材料成分、各類材料對環(huán)境的影響數(shù)值、材料的自然降解周期、人工費用以及機械制造中裝配、銷售和使用所產(chǎn)生的附加數(shù)量與環(huán)境的影響值等等。因此綠色產(chǎn)品的設(shè)計數(shù)據(jù)庫對了機械產(chǎn)品的設(shè)計與制造過程都有著舉足輕重的影響與作用。
2.6綠色產(chǎn)品的包裝設(shè)計
對綠色產(chǎn)品的包裝設(shè)計,應(yīng)重點突出以下幾方面原則:首先應(yīng)材料最省,即綠色產(chǎn)品的包裝在滿足銷售、保護以及提供充足信息功能的前提下,所適應(yīng)材料應(yīng)最少且文明適度的包裝;其次,應(yīng)盡量選用可回收或易于降解,且對人體無毒害性的包裝材料,例如使用EPS、聚乙烯產(chǎn)品等在大自然中易于自然分解且不會污染環(huán)境的材料;最后,所選用的包裝材料應(yīng)易于再循環(huán)和回收利用,通過再循環(huán)使用和重復(fù)使用的包裝,從而提高包裝物的生命周期,有效降低包裝廢棄物的出現(xiàn)。
3.總結(jié)
在我國加入WTO以及可利用資源日益枯竭的新時期背景下,機械設(shè)計與制造中的綠色設(shè)計應(yīng)重點從節(jié)約能源和保護環(huán)境的角度出發(fā),并充分體現(xiàn)以自然為本的設(shè)計思想,從而在保證產(chǎn)品應(yīng)有的功能、使用壽命和質(zhì)量等要求的基礎(chǔ)上,近可能的設(shè)計出更加簡潔、完美和長久的產(chǎn)品。
穩(wěn)健設(shè)計和模糊設(shè)計
這種設(shè)計主要是所設(shè)計出來的產(chǎn)品不管是在制造的時候,還是在使用的時候,當結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生變化的時候,或者是在預(yù)定的使用期限內(nèi)發(fā)生老化的時候,還能保證產(chǎn)品的性能穩(wěn)定。
穩(wěn)健設(shè)計的主要作用就是提高設(shè)計出來的產(chǎn)品的質(zhì)量,從而減少損失。伴隨著市場競爭越來越激烈,設(shè)計和制造出來質(zhì)量比較好,成本也比較低廉的產(chǎn)品逐漸受到設(shè)計人員的關(guān)注。穩(wěn)健設(shè)計已經(jīng)逐漸的成為提高產(chǎn)品質(zhì)量的一種很好的工程方法。在設(shè)計的時候要考慮到參數(shù)的隨機性能和其他先關(guān)性能,采用穩(wěn)健設(shè)計解決一些因素的不穩(wěn)定性,從而推理出相關(guān)運算方法。
并且利用一些能夠看得見的動態(tài)三維圖形等建立系統(tǒng),通過精確的數(shù)據(jù)運算,找出穩(wěn)健設(shè)計的最優(yōu)解。模糊設(shè)計主要是在設(shè)計中運用模糊數(shù)學(xué)的方法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,需要設(shè)計的機構(gòu)也在逐漸的變大,設(shè)計中出現(xiàn)的變量越來越多,空間關(guān)系也越來越復(fù)雜。這些變量中存在很大一部分的模糊現(xiàn)象,在很多時候我們并不能精確的描述設(shè)計師所設(shè)計出來的產(chǎn)品特點。
綠色設(shè)計
綠色設(shè)計主要是為了提高設(shè)計出來的產(chǎn)品的綠色程度,這是其主要的目標。設(shè)計出來的產(chǎn)品在滿足的環(huán)境目標的要求之后,還不能降低其使用性能以及使用壽命。綠色設(shè)計一般也可以叫做環(huán)境設(shè)計,還可以是生態(tài)設(shè)計。對于傳統(tǒng)的機械設(shè)計產(chǎn)品而言,設(shè)計者主要是根據(jù)設(shè)計出來的產(chǎn)品的性能,產(chǎn)品的質(zhì)量以及產(chǎn)品的成本等這些指標進行設(shè)計。
很少可以到這些產(chǎn)品后期的維護、拆卸以及回收等,在淘汰一些廢棄的產(chǎn)品的時候,要沒有顧及到這些產(chǎn)品對于環(huán)境方面的影響。這些產(chǎn)品在生產(chǎn)制造出來之后,尤其是利用完畢之后,沒有進行必要的合格的拆卸,也沒有挖掘其可以回收的性能,這樣就導(dǎo)致一些有害物質(zhì)侵蝕到生態(tài)環(huán)境中去,嚴重污染了環(huán)境,對周圍居民的生活質(zhì)量產(chǎn)生了影響,與此同時,還造成了資源的巨大浪費。而綠色設(shè)計就是針對上述情況所進行的產(chǎn)品設(shè)計,遵循保護生態(tài)環(huán)境的設(shè)計理念,從產(chǎn)品的制造到產(chǎn)品的使用,直到產(chǎn)品利用完畢,其中涉及產(chǎn)品的整個生命周期,其中還強調(diào)了產(chǎn)品的開發(fā)階段也依據(jù)生命周期的觀點進行分析。綠色設(shè)計的基礎(chǔ)是傳統(tǒng)設(shè)計,在傳統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上進行一定的補充和調(diào)整。
就我國目前的狀況來看,已經(jīng)開始實行綠色標志的認證這樣一個制度。要求設(shè)計出來的產(chǎn)品在不危害生態(tài)系統(tǒng)的前提下進行生產(chǎn)運作,這些綠色產(chǎn)品才能保證生態(tài)環(huán)境不會遭受到破壞,不斷減少廢棄物的排放數(shù)量。
一、前言
機械創(chuàng)新設(shè)計是指發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造力,結(jié)合現(xiàn)有科技成果,設(shè)計出具有創(chuàng)造性和使用性的機械產(chǎn)品的一種實踐活動,涉及到機械設(shè)計理論與方法、制造工藝、材料及處理、機械結(jié)構(gòu)、機械產(chǎn)品維護及管理等機械工程領(lǐng)域的多種創(chuàng)新。從目前來看我國大學(xué)生機械創(chuàng)新能力教育與國外相比還存在很大差距,這與歷來對于機械創(chuàng)新教學(xué)研究重視不夠有直接關(guān)系。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,社會對于大學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和工程實踐能力要求越來越高。因此,加強機械工程類大學(xué)生創(chuàng)新精神和能力已經(jīng)成為高等院校工科專業(yè)教學(xué)改革和學(xué)科建設(shè)的迫切而主要任務(wù)[1-7]。
二、存在問題探討與分析
在指導(dǎo)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計過程中總結(jié)出存在以下幾個方面的問題。
1.基礎(chǔ)理論知識相對薄弱,創(chuàng)新思維不足。該專業(yè)在二年級、三年級主修與機械創(chuàng)新設(shè)計相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識,包括機械制圖、工程力學(xué)、機械原理、機械設(shè)計、工程材料學(xué)、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機械控制工程基礎(chǔ)、液壓與氣壓傳動、機電一體化技術(shù)、自動控制原理等。扎實掌握并靈活運用這些基礎(chǔ)理論知識是大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計必備的基本條件。但是在實際教學(xué)過程中由于課時壓縮、實踐機會較少以及學(xué)生學(xué)習(xí)主動性較差等多種原因,造成學(xué)生掌握的基礎(chǔ)理論知識相對薄弱。多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)這些課程主要是應(yīng)付考試,對這些基礎(chǔ)理論進行深入思考并啟發(fā)自己的創(chuàng)新思維的較少。
2.過度依賴計算機輔助軟件,物理樣機設(shè)計經(jīng)驗欠缺。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,在機械創(chuàng)新設(shè)計方面,出現(xiàn)了一系列新技術(shù),主要表現(xiàn)在基于CAD軟件的創(chuàng)新設(shè)計、虛擬設(shè)計[8]。機制專業(yè)的學(xué)生主要掌握的CAD軟件有兩類:一類是二維設(shè)計軟件,如AutoCAD,另一類是以三維建模為基礎(chǔ)的大型CAD/CAM軟件主要有Pro/E,UG,Solidworks等。一般學(xué)生在二年級的時候通過自學(xué)和課堂學(xué)習(xí)等方式基本上掌握了這些軟件。但是大部分學(xué)生主要精力放在學(xué)習(xí)虛擬樣機相關(guān)繪圖和建模技巧上,以繪出漂亮的圖形為目的。由于對機械設(shè)計的理論掌握不夠加上沒有足夠的實踐機會去了解物理樣機設(shè)計過程,在開始接觸機械創(chuàng)新設(shè)計時,會過度依賴這些軟件進行三維建模,不能將虛擬設(shè)計與物理樣機設(shè)計有機結(jié)合起來。實際上機械創(chuàng)新設(shè)計的本質(zhì)還應(yīng)歸結(jié)到機械本身,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬樣機技術(shù)只是輔助設(shè)計的一個手段,不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的物理樣機機械設(shè)計。在創(chuàng)新設(shè)計中應(yīng)該堅持虛擬樣機與物理樣機并重的原則。
3.缺乏實際項目鍛煉。參與實際項目鍛煉,參加生產(chǎn)實習(xí)的核心在于通過某一產(chǎn)品設(shè)計、制造、檢測、封裝入庫完整等環(huán)節(jié)的實習(xí),使學(xué)生初步熟悉機械產(chǎn)品生產(chǎn)加工全過程所涉及的知識、技能、工裝[9],是學(xué)生全面、綜合掌握專業(yè)知識和技能的重要環(huán)節(jié),也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。但是現(xiàn)在由于課時壓縮等多種原因,本科生多以理論學(xué)習(xí)為主,其創(chuàng)新能力的鍛煉效果不盡如人意,這與創(chuàng)新設(shè)計所要求的能力差距還較大。由于沒有接觸實際的項目鍛煉,學(xué)生對于機械設(shè)計的流程、要求以及機械創(chuàng)新設(shè)計的具體需求了解不多,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)到的機械設(shè)計理論知識無法完全充分發(fā)揮出來,這也是制約機械創(chuàng)新能力發(fā)展的重要原因之一。
三、教學(xué)改革思考與實踐
針對上述問題分析,在教學(xué)工作中對創(chuàng)新設(shè)計教學(xué)改革進行深入思考,結(jié)合實際情況提出了幾點解決方案,并在教學(xué)實踐中逐步實施。
1.加強基礎(chǔ)理論知識培訓(xùn)激發(fā)創(chuàng)新思維。在基礎(chǔ)理論知識教學(xué)過程中把重點放在理論聯(lián)系實際方面的講授,結(jié)合機械創(chuàng)新設(shè)計案例、機械創(chuàng)新設(shè)計新思維、新方法和新成就等多種方式將理論知識與應(yīng)用技術(shù)結(jié)合起來,在吸引學(xué)生興趣的同時也加深了學(xué)生對基礎(chǔ)知識及其應(yīng)用的理解,并積極引導(dǎo)他們在此基礎(chǔ)上進行再思考再創(chuàng)新,為下一步機械創(chuàng)新設(shè)計打好堅實的基礎(chǔ)。另一方面,開設(shè)文獻查閱課程,培養(yǎng)學(xué)生文獻綜述能力,通過查閱專業(yè)書籍、學(xué)術(shù)期刊、專利、企業(yè)產(chǎn)品手冊和網(wǎng)絡(luò)查詢等多種方式,了解國內(nèi)外對相關(guān)技術(shù)的研究進展和市場需求。
2.虛擬樣機與物理樣機研究并重。虛擬樣機技術(shù)集成和綜合了可運行機械設(shè)計的環(huán)境:包括各種仿真工具、分析工具、控制工具、設(shè)備和組織協(xié)同工作的方法等[10],可以改善從產(chǎn)品的概念設(shè)計到動態(tài)仿真再到整機結(jié)構(gòu)優(yōu)化的各個階段。利用虛擬樣機技術(shù)可以建立零件的模型,進行虛擬裝配,并檢查零部件的裝配間隙和干涉,應(yīng)用分析軟件對樣機進行運動仿真并對關(guān)鍵部件進行校核、計算。及時發(fā)現(xiàn)錯誤,優(yōu)化結(jié)構(gòu),可以方便地更改模型,從而提高設(shè)計效率、優(yōu)化設(shè)計方案、縮短設(shè)計周期、降低生產(chǎn)成本。在教學(xué)過程中提倡以機械創(chuàng)新設(shè)計需求為主導(dǎo)進行技術(shù)學(xué)習(xí)的思想,虛擬樣機技術(shù)的學(xué)習(xí)應(yīng)該結(jié)合機械設(shè)計原理與機械設(shè)計的具體要求。課程注重對虛擬建模、虛擬裝備、運動仿真和優(yōu)化設(shè)計等各個階段進行綜合培訓(xùn),同時在課程的不同階段安排相應(yīng)的設(shè)計實習(xí)任務(wù),促使學(xué)生在學(xué)習(xí)這些操作技能的基礎(chǔ)上增加對其在機械創(chuàng)新設(shè)計中具體應(yīng)用的思考。在虛擬樣機優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上要同時加強學(xué)生對物理樣機創(chuàng)新設(shè)計能力的培訓(xùn),從加工圖紙繪制、非標件加工、標準件選購到樣機的裝配和調(diào)試都讓學(xué)生親自動手參與,并且根據(jù)所設(shè)計產(chǎn)品的技術(shù)要求和使用要求進行試驗。樣機試驗也是一門科學(xué),根據(jù)培養(yǎng)進度應(yīng)適時開設(shè)《試驗設(shè)計與統(tǒng)計分析》課程,詳細介紹機械設(shè)計中常用的正交試驗、單因素試驗、對比試驗等科學(xué)的試驗方法以及方差分 析、t檢驗等數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法和數(shù)據(jù)結(jié)果分析方法。通過合理的試驗和科學(xué)的數(shù)據(jù)分析可以進一步優(yōu)化參數(shù),修改樣機結(jié)構(gòu),對虛擬樣機的設(shè)計結(jié)果進行驗證和修正,直至產(chǎn)品定型。
3.指導(dǎo)學(xué)生申請或參與相關(guān)項目。在具備了基礎(chǔ)理論知識和基本的設(shè)計技能的基礎(chǔ)上,吸引部分優(yōu)秀學(xué)生參與到教師主持的相關(guān)科研項目,從基礎(chǔ)設(shè)計工作做起,逐步了解和熟悉項目的論證、設(shè)計和運行過程,以提高學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。在此基礎(chǔ)上再指導(dǎo)學(xué)生組成團隊申請校級、市級或者自治區(qū)級的大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計項目,從項目的可行性分析、立項、方案設(shè)計到具體的技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計和產(chǎn)品設(shè)計都由學(xué)生親自參與。在項目執(zhí)行過程中注重對學(xué)生綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng),首先,要通過市場調(diào)研和查閱文獻提出設(shè)計任務(wù)并通過可行性分析明確設(shè)計的功能目標;然后,進行團隊討論,根據(jù)成員的基礎(chǔ)理論知識并發(fā)揮創(chuàng)造思維確定總體設(shè)計方案;下面進行團隊分工,依據(jù)個人所掌握的不同的創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)和方法進行虛擬樣機創(chuàng)新設(shè)計,做出三維模型并進行仿真分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化,與此同時不斷對總體方案進行修正;接著,團隊合作完成物理樣機加工、裝配、調(diào)試和試驗改進工作;最后,完成整個機械創(chuàng)新過程。
4.校企聯(lián)合培養(yǎng)引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實際。經(jīng)過參與項目鍛煉后,學(xué)生對整個設(shè)計流程有了切身體會,同時對所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識也有了更加深刻的理解,具備了進行創(chuàng)新設(shè)計的基本能力和基本素質(zhì)。在此基礎(chǔ)上,教師應(yīng)積極聯(lián)系相關(guān)企事業(yè)單位為學(xué)生安排實習(xí)機會,進行校企聯(lián)合培養(yǎng),讓學(xué)生到工廠一線去了解企業(yè)和社會對創(chuàng)新設(shè)計知識和能力的實際需求,并進一步了解企業(yè)創(chuàng)新設(shè)計流程。這樣有利于引導(dǎo)學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中將理論與實際結(jié)合,也使得高校對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與社會需求接軌,有利于培養(yǎng)真正符合社會需求的具有創(chuàng)新能力的機械人才。
四、結(jié)語
培養(yǎng)大學(xué)生的機械創(chuàng)新能力是高等院校工科專業(yè)的主要任務(wù)之一。本文結(jié)合實際教學(xué)過程中對大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計過程存在的問題的探討和分析,通過對教學(xué)改革的思考提出了理論聯(lián)系實際、物理樣機與虛擬樣機并重等四點解決方案,還需要通過不斷地教學(xué)實踐對方案進行補充和驗證。期望通過這些行之有效的措施,能切實提高大學(xué)生的機械創(chuàng)新能力。
機械設(shè)計需要考慮的問題很多,是一個產(chǎn)品具有先進性、適應(yīng)性的依據(jù)和基礎(chǔ)。其材料的選擇也是在機械設(shè)計環(huán)節(jié)需要重點考慮的問題之一,本文重點分析了材料選擇的重要性,探討了材料具體選擇和應(yīng)用,提出了經(jīng)濟性、集約性與使用性能的兼顧統(tǒng)一的材料選擇建議。
關(guān)鍵詞:
機械設(shè)計;材料;經(jīng)濟;使用
1引言
機械設(shè)備作為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的重要標志,不斷改變著現(xiàn)代社會,實現(xiàn)人們生活、工作、學(xué)習(xí)的便利性,效率提升。機械設(shè)備的材料直接影響其工作的有效性,使用壽命等,是整個機械設(shè)計之初最為關(guān)鍵的問題,選擇恰當?shù)臋C械工程材料,可以實現(xiàn)機械的正常工作。目前,國內(nèi)標準件在生產(chǎn)和加工工藝上還是存在一定的問題,主要就是因為標準件的材料在熱處理等環(huán)節(jié)還存在一定的技術(shù)瓶頸,因此需要有國外的進口,由此可見材料在機械設(shè)備中的作用十分重要。在進行相關(guān)機械的設(shè)計時需要充分考慮一系列的綜合因素,實現(xiàn)材料選擇科學(xué)合理。
2材料選擇的重要性
隨著我國工業(yè)的發(fā)展,機械設(shè)備向著大型、微型的極限方向發(fā)展,其材料的重要性開始越發(fā)重要,由于國內(nèi)的加工工藝的限制,很多機械在向著大型和微型方向發(fā)展的時候,出現(xiàn)了很多的問題,這些問題直接影響了機械設(shè)備工作性能,當機械材料強度達不到使用要求的時候,一些機械設(shè)備的工作范圍將大大縮小。同時隨著這些人們環(huán)境保護意識的不斷增強,大家開始更多關(guān)注機械設(shè)備在使用過程中對環(huán)境的影響,一些機械材料在使用的過程中可能對周邊環(huán)境產(chǎn)出影響,因此在選擇機械材料的時候需要進一步構(gòu)建建材的環(huán)保性,降低機械材料對周邊操作人員的影響。
3材料具體選擇和應(yīng)用
3.1實用性考慮
在進行機械設(shè)計機械材料選擇的時候,第一步需要考慮的就是材料的實用性,是否滿足機械工作性能的要求,需要更加機械設(shè)備需要承受的工作性能進行相應(yīng)的材料處理,例如在材料的熱處理,加工切削,實現(xiàn)其內(nèi)應(yīng)力,硬度、韌性、表面粗糙度等方面的處理,以達到材料需要達到的基本要求。同一類零件在安裝在不同位置的時候,所承受的外向應(yīng)力是不同的,需要對其進行的處理也是不同的,在選擇相關(guān)的材料時需要充分考慮其實用的具體情況。
3.2載荷的考慮
在相關(guān)機械設(shè)計中,需要對其承受的載荷進行有效計算[1]。這種計算的主要目的就是選擇合適承載能力的材料進行加工裝配,因為承載能力過強,材料的加工成本較大,選擇這一材料所需要付出的成本較大,不利于機械的成本降低,提高設(shè)備的價格競爭優(yōu)勢,但是當選擇的承載能力相對較弱的時候,材料在機械設(shè)備中的使用將大大受到影響,其設(shè)備的使用壽命將大大降低,可能經(jīng)常性的出現(xiàn)一些機械事故,影響機械的正常使用。因此在進行材料載荷的考慮時,需要重點關(guān)注相關(guān)載荷的估算,選擇與估算結(jié)論相匹配的材料,這樣才能實現(xiàn)經(jīng)濟性和使用性的統(tǒng)一。
3.3環(huán)保性的考慮
實現(xiàn)機械設(shè)備的環(huán)保性是實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備具有長期發(fā)展的決定因素,因為現(xiàn)代社會對環(huán)境保護的重視程度不斷提高,國家也加大對工業(yè)企業(yè)環(huán)保工作的管理力度,因為機械材料的熱處理等環(huán)節(jié)可能對周邊的環(huán)境產(chǎn)生影響,需要在進行機械設(shè)計的時候,刪去一些不必要的熱處理,這樣可以降低企業(yè)在進行熱處理過程中產(chǎn)生的環(huán)境影響,降低企業(yè)能耗,這些都是需要在進行機械設(shè)計的時候重點關(guān)注機械設(shè)備在材料上不必要的一些工藝流程,這樣可以達到環(huán)保性的考慮。
3.4低毒性的考慮
一些機械材料在使用的過程中可能產(chǎn)生一些對人體有害的物質(zhì),這樣直接影響機械設(shè)備操作者的身體健康。因此在進行機械設(shè)計的時候需要重點關(guān)注選擇材料的低毒性,例如鎳元素就是一種工業(yè)中有毒的金屬材料,在選擇的過程中需要避免這種金屬材料的選擇和應(yīng)用,就算是必須使用這種有毒的金屬材料,需要在與人體產(chǎn)生接觸的區(qū)域進行有效表面處理,降低有毒金屬材料對操作人員的人生傷害。
3.5回收性的考慮
隨著現(xiàn)代集約化社會的發(fā)展,人們開始更加注重材料的可循環(huán)使用[2]。金屬材料在國內(nèi)儲量相對是有限的,需要我們進行可循環(huán)的使用,然而不同金屬材料進行混合之后,再進行回收將出現(xiàn)一定的難度,由于現(xiàn)代材料學(xué)的研究發(fā)現(xiàn),不同金屬元素的混合將出現(xiàn)不同硬度、韌性、耐磨性等特征,所以有更多的材料選擇的不同金屬元素的混合,以增強其使用性能。這樣也給材料的可循環(huán)使用帶來的麻煩,因此需要在進行材料選擇的時候,在沒有必須選擇混合金屬材料的時候,就需要單一金屬材料,這樣可以保證其今后的回收性。
4材料選擇和應(yīng)用的建議
(1)兼顧經(jīng)濟與使用性能的統(tǒng)一。機械設(shè)計的過程中,需要對設(shè)計的設(shè)備進行有效的估算,對其需要承受的載荷進行充分的推算,這些推算的結(jié)論為選擇材料的科學(xué)性、合理性提供必要的依據(jù)。因為材料性能遠遠超出使用上限的時候,將大大延長機械的使用壽命,造成材料選擇的浪費,企業(yè)在生產(chǎn)這種材料的時候成本將大大提高,需要考慮其材料的經(jīng)濟性與使用性能的統(tǒng)一,只要滿足機械使用要求的材料性能即可,這樣可以大大降低材料的經(jīng)濟成本,提高產(chǎn)品的市場競爭力。
(2)兼顧集約性與使用性能的統(tǒng)一?，F(xiàn)代社會的集約化發(fā)展趨勢不斷明顯,需要企業(yè)也實現(xiàn)粗放型發(fā)展戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)變,實現(xiàn)集約化的發(fā)展方式,其中的一個重要表現(xiàn)就是材料選擇需要體現(xiàn)集約化的要求,不選擇那些沒有實際應(yīng)用性的性能,因為這些用不著的性能只能增加材料的加工、處理的成本,這樣就需要不斷在集約化發(fā)展的道路上考慮材料的使用性能保證。只要可以實現(xiàn)材料使用性能的有效保證,可以大大降低材料的加工、處理的集約化發(fā)展。省去、兼并多余的加工工藝。
5結(jié)語
機械設(shè)備已經(jīng)成為現(xiàn)代社會中不可缺少的重要產(chǎn)品,提高了工作效率,降低了工作強度[3]。在設(shè)計環(huán)節(jié)中,機械材料的選擇是其實現(xiàn)其功能的基礎(chǔ),因此在設(shè)計的過程中需要兼顧經(jīng)濟性、集約性與使用性能的兼顧統(tǒng)一,實現(xiàn)材料選擇和應(yīng)用的科學(xué)性、合理性。
1、現(xiàn)代設(shè)計方法
1.1計算機輔助設(shè)計。計算機輔助設(shè)計簡稱cai,利用計算機運算速度快、存儲量大、運算準確、邏輯判斷功能強等優(yōu)點,通過人機交互進行的處理,完成設(shè)計工作。主要有以下特點:(1)由于可以存儲大量的設(shè)計信息和設(shè)計經(jīng)驗?？梢詭椭狈υO(shè)計經(jīng)驗的新手順利完成工作。(2)計算機輔助設(shè)計與計算機輔助制造(cam)、計算機自動化管理結(jié)合起來形成計算機集成制造系統(tǒng),進行產(chǎn)品設(shè)計、市場預(yù)測、生產(chǎn)、制造和銷售等一系列工作。以企業(yè)的最高效益為目標,綜合對人力、物力和時間各種資源進行最有效的利用。(3)還可以大大提高設(shè)計的效率,加快產(chǎn)品的更新速度,縮短設(shè)計周期,增強市場競爭力。(4)設(shè)計人員不僅能在很短時間里給出多種設(shè)計方案,分析比較后獲得最佳設(shè)計方案:還可以從繁重的重復(fù)性工作中得到解脫,有更多的時間和精力進行創(chuàng)造性工作。
1.2模塊化設(shè)計。模塊化設(shè)計就是在對一定范圍內(nèi)的不同規(guī)格產(chǎn)品或相同功能不同性能的產(chǎn)品進行分析后,劃分并設(shè)計出一系列的功能模塊。然后通過對模塊進行組合就可以組成不同產(chǎn)品來滿足市場需求。其目的主要是以盡可能少的模塊種類和數(shù)量構(gòu)成盡可能多規(guī)格的產(chǎn)品。模塊化設(shè)計不僅有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代,還有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量,降低成本,加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度。
1.3并行設(shè)計。并行設(shè)計工程叉叫同步工程或集成工程,主要并行的設(shè)計產(chǎn)品以及各種制造和支持過程的系統(tǒng)化方法。機械產(chǎn)品的設(shè)計采用串行設(shè)計的缺點主要在于在產(chǎn)品設(shè)計過程中,必須要等到上一環(huán)節(jié)結(jié)束后才能進行后一環(huán)節(jié),設(shè)計不僅改動量大,而且產(chǎn)品的開發(fā)周期長,成本高。采用并行設(shè)計的核心在于要打破內(nèi)部各個單元界限,建立以人際關(guān)系為基礎(chǔ)的協(xié)同工作模式。進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品上市時間等。
1.4機械系統(tǒng)設(shè)計。機械系統(tǒng)設(shè)計就是一種利用系統(tǒng)的觀點進行產(chǎn)品的一系列設(shè)計的方法。設(shè)計過程包括計劃、外部系統(tǒng)設(shè)計、內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計以及制造銷售階段。傳統(tǒng)設(shè)計注重內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)計,其重點主要在于改善零件或轉(zhuǎn)自一些子系統(tǒng)的特性,但是很少考慮對于個零件之間或內(nèi)部與外部之間的相互影響而系統(tǒng)設(shè)計要根據(jù)系統(tǒng)原則,綜合研究內(nèi)部外部和各個子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系,協(xié)調(diào)各予系統(tǒng)之問的相互作用,使整個系統(tǒng)的功能表現(xiàn)為最佳狀態(tài)。
1.5機械優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計是把設(shè)計的實際工程問題的模型轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模型,然后運用最優(yōu)化設(shè)計理論,選擇合適的優(yōu)化方法,借助計算機進行求解。從而得到最佳設(shè)計方法。近年來,優(yōu)化設(shè)計常結(jié)合一些其他方法。形成新的優(yōu)化設(shè)計方法。如和模糊化設(shè)計結(jié)合,形成模糊優(yōu)化設(shè)計:和可靠性設(shè)計結(jié)合起來形成可靠性優(yōu)化設(shè)計。除此之外,還有可靠性設(shè)計、機械動態(tài)設(shè)計、疲勞設(shè)計、反求工程、摩擦學(xué)設(shè)計以及創(chuàng)造性設(shè)計等。隨著技術(shù)的飛速發(fā)展,現(xiàn)代設(shè)計方法也在不斷改善。
2、現(xiàn)代設(shè)計方法翻新研究
2.1創(chuàng)新設(shè)計原則。生態(tài)效益最好原則要在設(shè)計過程中盡量選擇污染較低的材料。避免使用有毒有害以及有輻射的材料。這是由于在產(chǎn)品制造和使用過程中,都要求產(chǎn)品對周圍環(huán)境要滿足“零污染”原則。安全可靠性原則機械產(chǎn)品品質(zhì)的保證要通過產(chǎn)品的安全可靠性來體現(xiàn)。產(chǎn)品在強度,剛度、穩(wěn)定性、以及耐磨性均要滿足設(shè)計要求,對于一些重型機械,要保證有一定的自鎖和保險裝置,確保操作人員的人身安全。
2.2經(jīng)濟效益最好原則。經(jīng)濟最佳性要從設(shè)計以及制造兩方面考慮,設(shè)計上要選用正確的材料,保證合理的原理方案:制造上要保證零件的加工工藝和裝配工藝。設(shè)計的產(chǎn)品不僅要滿足客戶的功能要求,還要保證成本低廉。
3、機械創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)
機械創(chuàng)新設(shè)計是指充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造性思維,利用人類已有的科學(xué)技術(shù)成果,設(shè)計出具有新穎性、實用性以及創(chuàng)造性的機械裝置。機械創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)和機械系統(tǒng)設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、計算機輔助設(shè)計、有限元設(shè)計等構(gòu)成現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)庫,吸收了鄰近學(xué)科有利的設(shè)計思想與設(shè)計方法,是有待開發(fā)的一門新的設(shè)計技術(shù)方法。隨著人工智能、專家系統(tǒng)、認識科學(xué)、思維科學(xué)以及人腦研究的發(fā)展,機械創(chuàng)新設(shè)計日益受到人們的重視。一方面,人工智能、專家系統(tǒng)、認識科學(xué)、思維科學(xué)、設(shè)計方法學(xué)等已經(jīng)為創(chuàng)新設(shè)計提供了一定的理論基礎(chǔ):另一方面。創(chuàng)新設(shè)計的研究及發(fā)展有助于解釋人類的創(chuàng)造思維機理,還可以促進一系列科學(xué)的發(fā)展。實現(xiàn)專家系統(tǒng)及智能工程創(chuàng)新設(shè)計要求能為發(fā)明創(chuàng)造機械和改善現(xiàn)有機械性能提供有效的理論和方法。創(chuàng)新設(shè)計包括兩方面的內(nèi)容,一是要改善生產(chǎn)生活中現(xiàn)有機械產(chǎn)品的性能,包括技術(shù)性、可靠性、適用性以及經(jīng)濟型;二是要創(chuàng)造設(shè)計出新的產(chǎn)品,以滿足生產(chǎn)生活的新需要。創(chuàng)新設(shè)計的核心內(nèi)容就是要探索機械產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)明的機理、模式及方法,將機械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計過程程式化、定量化。
4、結(jié)語
總之,企業(yè)競爭力的關(guān)鍵在于適應(yīng)市場的需求,需要企業(yè)不斷推出新產(chǎn)品,這就需要大力加強創(chuàng)新設(shè)計方法的學(xué)習(xí)和研究,使機械工業(yè)快速發(fā)展,國家興旺發(fā)達。
隨著科學(xué)技術(shù)的進步,機械系統(tǒng)引入的新材料、新工藝、新方法越來越多,實現(xiàn)同一種技術(shù)功能所具有的功能載體和技術(shù)手段也很多,因此,現(xiàn)代機械系統(tǒng)設(shè)計工作者若使自己設(shè)計出的產(chǎn)品能立足市場,除要求機械系統(tǒng)能實現(xiàn)預(yù)期的功能外,還應(yīng)使設(shè)計出的機械系統(tǒng)滿足物美價廉、運行可靠、操作方便、對環(huán)境污染小等一系列要求。設(shè)計者只有通曉機、電、液等各種綜合技術(shù),才能設(shè)計出性能價格比優(yōu)良的機械系統(tǒng)。
1機械設(shè)計
機械設(shè)計(machinedesign),根據(jù)使用要求對機械的工作原理,結(jié)構(gòu)、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、潤滑方法等進行構(gòu)思、分析和計算并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程。
2現(xiàn)代機械設(shè)計的特點
現(xiàn)代機械種類很多,結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。但從實現(xiàn)系統(tǒng)功能的角度上看,它主要包括動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、操縱及控制系統(tǒng)等,每個系統(tǒng)叉可根據(jù)需要繼續(xù)分解為更小的子系統(tǒng)?，F(xiàn)代機械設(shè)計有其鮮明的特點,即不但要求設(shè)計對機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運動方式、力和能量的傳遞方式,物流技術(shù)、各零部件的材料、形狀、尺寸、潤滑方法等進行構(gòu)思、分析、計算,而且還需融通多門科學(xué)知識,如創(chuàng)造性工程、美學(xué),仿生學(xué)、控制論、機械電子學(xué)、價值工程等,使設(shè)計出的產(chǎn)品在市場中具有競爭力。
3計算機輔助機械設(shè)計方法
計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign,簡稱cAD)技術(shù)是電子信息技術(shù)的一個重要組成部分。這一新興學(xué)科能充分運用計算機高速運算和快速繪圖的強大功能為工程設(shè)計及產(chǎn)品設(shè)計服務(wù),徹底改變了傳統(tǒng)的手工設(shè)計繪圖方式,極大地提高了產(chǎn)品開發(fā)的速度和精度,使得科技人員的{慧和能力得到了延伸。CAD系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分。硬件系統(tǒng)是計算機輔助設(shè)計技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ);軟件系統(tǒng)是計算機輔助設(shè)計技術(shù)的核心,它決定了系統(tǒng)所具有的功能。硬件和軟件的組合形成了CAD系統(tǒng)。汁算機輔助機械設(shè)計的一般過程包括:
1)建立數(shù)學(xué)模型:一般機械零件基本都有現(xiàn)成的數(shù)學(xué)模型,但對沒有數(shù)學(xué)模型的則首先要建立正確的數(shù)學(xué)模型;
2)設(shè)計程序框圖:程序框圖根據(jù)手工計算的步驟來沒計;
3)用高級語言編制程序:根據(jù)程序框圖來編程;
4)程序調(diào)試:程序編好后,先仔細檢查源程序,然后將其輸入汁算機進行試算,再對程序適用范圍的邊界、轉(zhuǎn)折點進行試算,要求與手算結(jié)果完全吻合。
4系統(tǒng)化機械設(shè)計方法
現(xiàn)代機械設(shè)計已突破傳統(tǒng)的機械設(shè)計只注重機械產(chǎn)品單純能實現(xiàn)預(yù)期功能的要求,使機械設(shè)計向自系統(tǒng)化、信息化,柔性化和智能化的方向發(fā)展。從系統(tǒng)的觀點出發(fā),機械系統(tǒng)設(shè)計及其控制技術(shù)把原有機械產(chǎn)品的眭能、功能以及制造技術(shù)提高到一個嶄新的水平,甚至使原有的機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益是巨大的。所以機構(gòu)產(chǎn)品的系統(tǒng)化設(shè)計及其控制技術(shù)是機械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢,也是用新興技術(shù)改造傳統(tǒng)機械][業(yè)的有力措施?？茖W(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:響,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)計卻遠遠不能滿足設(shè)計的需要。系統(tǒng)化設(shè)計方法將沒計任務(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)。系統(tǒng)化設(shè)計方法的主要特點是:籽設(shè)計看成由若干個設(shè)汁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)沒汁系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。在系統(tǒng)化機械設(shè)計過程中,為使設(shè)計工作更為科學(xué)合理,常把一個機械系統(tǒng)分解為若干個相聯(lián)系的比較簡單的子系統(tǒng),可使設(shè)計和分析比較簡便。根據(jù)需要和可能,各予系統(tǒng)還可再分解為更小的子系統(tǒng),依次分解,直至能進行適宜的毆計和分析。系統(tǒng)分解時就注意以下幾點:
分解數(shù)和層次應(yīng)適宜。分解數(shù)太少,子系統(tǒng)仍很復(fù)雜,不便于模型化和優(yōu)化工作,分解數(shù)和層次太多又會給總體系統(tǒng)的綜合造成困難;2避免過于復(fù)雜的分界面。應(yīng)盡可能選擇在要素間結(jié)合枝數(shù)(聯(lián)系數(shù))較少和作用較弱的地方;保持能量流、物料流和信息流的合理流動途徑。通常機械系統(tǒng)工作時都存在著能量、物料和信息3種轉(zhuǎn)換,它們從系統(tǒng)輸入到系統(tǒng)輸出的過程中,按一定的方向和途徑流動,既不可中斷,也不可紊流,即使分解成各個子系統(tǒng),它們的流動途徑仍應(yīng)明確和暢通;了解分系統(tǒng)分解與功能分解的關(guān)系與不同。系統(tǒng)分解時,每個系統(tǒng)仍是一個系統(tǒng),它把具有比較密切結(jié)合關(guān)系的要素結(jié)合在一起,其結(jié)構(gòu)組成雖稍微簡單,但其功能往往還有多項。而功能分解時,是按功能體系進行逐級另懈,直至不能再分解的單元功能。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展,異地協(xié)同設(shè)計與制造,以及從用戶對產(chǎn)品的功能需求、設(shè)計、加工、裝配、成品這一并行工程的實現(xiàn)成為可能。但是,達到這些目標的重要前提條件之一,就是實現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計效果的三維可視化。為此,不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件愈來愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計中,虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案沒汁中初露鋒芒。
目前,機械產(chǎn)品的方案設(shè)計正朝著計算機輔助實現(xiàn)、智能化設(shè)計和滿足異地協(xié)同設(shè)計制造需求的方向邁進,由于產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)方法的研究起步較晚,目前還沒有成熟的、能夠達到上述目標的方案設(shè)計工具軟件。因此,機械設(shè)計方法的發(fā)展趨勢是綜合運用系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計算機軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識,以產(chǎn)品方案沒計為方向。
我校以前的機械設(shè)計課程設(shè)計的題目主要是齒輪減速器的設(shè)計,在教學(xué)上以傳統(tǒng)的經(jīng)驗型手工設(shè)計為目標,老師逐步講解,學(xué)生機械僵硬地模仿,課程設(shè)計被誤解為僅僅是翻手冊、套公式,甚至有的學(xué)生一味參看其他的減速器設(shè)計,采用的方法主要是圖解法。設(shè)計說明書照葫蘆畫瓢,對自己所設(shè)計的東西具體由哪些零部件組成,這些零部件的參數(shù)和形狀如何,這些零部件之間的裝配關(guān)系、運動關(guān)系如何等了解很少,知其然而不知其所以然[3]。同時,在課程設(shè)計期間,往往是很多班級同時或相繼展開,造成設(shè)計教室、手冊緊張,不僅嚴重影響了設(shè)計進程,而且影響了設(shè)計效果,甚至有的學(xué)生為趕進度,胡編設(shè)計數(shù)據(jù)。這些現(xiàn)狀與當今的科學(xué)技術(shù)發(fā)展很不適應(yīng),與當前市場需求也不相適應(yīng)。知識要更新,設(shè)計手段要先進,因此,機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計的傳統(tǒng)教學(xué)模式已不能適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要,機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計的改革勢在必行。
課程體系綜合設(shè)計研究
將機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計內(nèi)容進行整合,探索機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計中如何培養(yǎng)學(xué)生的機械運動方案設(shè)計、機械創(chuàng)新設(shè)計和解決工程實際問題的能力,提出適合創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標的機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計實施方案,并完成2008級機制班機械基礎(chǔ)課程綜合設(shè)計教學(xué)實踐。同時,考慮機制、模具、汽車、機電方向的不同,選擇適合不同方向的綜合設(shè)計題目,以設(shè)計對象為主線,嘗試在綜合課程設(shè)計中引入機構(gòu)運動演示,要求學(xué)生用計算機仿真驗證機構(gòu)運動設(shè)計的合理性[4],嘗試在綜合課程設(shè)計中引入機械方案創(chuàng)意設(shè)計模擬實驗,要求學(xué)生利用運動方案進行模型拼裝創(chuàng)新實驗,驗證機構(gòu)運動設(shè)計的科學(xué)性、合理性。通過機械基礎(chǔ)設(shè)計課程改革,加強學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。把機械原理、機械設(shè)計課程設(shè)計時間由原來的分開設(shè)計整合為一,機械原理、機械設(shè)計兩門課程的課程設(shè)計題目選擇范圍加大,同時增加設(shè)計時間,激勵學(xué)生對這類題目產(chǎn)生較大的興趣,每一位學(xué)生都積極思考,差不多每人都提出一到幾種運動方案,然后通過小組討論,挑出最佳方案后,由各組確定自己的最終機械系統(tǒng)運動方案。通過這些創(chuàng)意設(shè)計活動,可大提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計能力,改革課程體系綜合設(shè)計手段,加強CAD、CAM、CAE等技術(shù)應(yīng)用[5]。運用虛擬樣機技術(shù),可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,因而受到了制造廠商、科研機構(gòu)、大學(xué)、公司的極大重視。其中ADAMS是美國MDI開發(fā)的非常著名的虛擬樣機分析軟件。嘗試以ADAMS為工具,讓學(xué)生對自己設(shè)計出的機構(gòu)進行建模與仿真,真實地仿真機構(gòu)的運動過程。改革設(shè)計手段,將給課程設(shè)計賦予新的活力。
課程體系綜合設(shè)計的實踐及應(yīng)用
1改革設(shè)計題目,注重學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)
機械CAD能力、綜合應(yīng)用與設(shè)計能力和創(chuàng)新設(shè)計能力是新世紀高素質(zhì)機械工程技術(shù)人才的重要素質(zhì)。因此,機械基礎(chǔ)課程綜合設(shè)計訓(xùn)練主線則是以典型機械系統(tǒng)設(shè)計為內(nèi)容,并將機械原理和機械設(shè)計的兩課程設(shè)計貫通,由根據(jù)設(shè)計要求到機械運動方案及其運動與動力設(shè)計(即機械運動簡圖設(shè)計),再到機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力設(shè)計(即裝配圖及零件工程圖的設(shè)計),從而形成一條加強機械系統(tǒng)設(shè)計和綜合設(shè)計能力訓(xùn)練的設(shè)計訓(xùn)練主線[6]。使學(xué)生經(jīng)過原理方案的設(shè)計、執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計、傳動方案的設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計等過程,加深對機械系統(tǒng)的整體認識,加強設(shè)計中的工程意識,培養(yǎng)綜合創(chuàng)新設(shè)計的能力。目前各高校都在進行課程設(shè)計改革實踐,但兩門課程設(shè)計合在一起的課程設(shè)計指導(dǎo)書還很少見[7]。因此,根據(jù)我校實際情況,編寫了適合于本科機械類的機械基礎(chǔ)課程綜合設(shè)計指導(dǎo)書,指導(dǎo)老師可根據(jù)不同方向教學(xué)班次選用設(shè)計題目。
2機械傳動方案設(shè)計,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力
機械傳動方案設(shè)計是一個重要的環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中應(yīng)充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體,以教師為主導(dǎo)的指導(dǎo)思想。教師在指導(dǎo)時,應(yīng)因材施教、因人施教,對不同層次的同學(xué)要有所區(qū)別。在選題方面,提倡設(shè)計能力較強的同學(xué)選擇指導(dǎo)書以外的題目。在指導(dǎo)方面,對這些同學(xué)應(yīng)適當增加設(shè)計的難度和深度。方案設(shè)計時重點是要把握創(chuàng)新點[8]。在方案分析過程中,為了實現(xiàn)一個確定的設(shè)計目標,要求學(xué)生至少提出3種可行的方案,并對方案進行分析、比較,總結(jié)出其優(yōu)點與不足。然后確定出設(shè)計者認為最優(yōu)方案作為本次課程設(shè)計方案。最后對此方案進行詳細設(shè)計,包括其運動過程和運動尺寸的確定,進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度設(shè)計直至計算。
3引入虛擬樣機技術(shù)進行機構(gòu)分析
虛擬樣機技術(shù)又稱為機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù),是國際上20世紀80年代隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程技術(shù)。運用虛擬樣機技術(shù),可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,受到了制造廠商、科研機構(gòu)、大學(xué)、公司的極大重視。其中ADAMS是美國MDI開發(fā)的非常著名的虛擬樣機分析軟件?；谪瀼貙嵤┡囵B(yǎng)卓越工程師思想,在機械基礎(chǔ)課程綜合設(shè)計中引入ADAMS軟件對插床導(dǎo)桿機構(gòu)、沖壓機構(gòu)、擺動式運輸機機構(gòu)、牛頭刨床擺動導(dǎo)桿機構(gòu)等進行運動學(xué)和動力學(xué)分析,自動繪制刀具的位移、速度、加速度曲線,自動繪制曲柄受到的平衡力矩曲線圖等,能通過后期處理繪制最大動態(tài)剩余功曲線圖,使曲線結(jié)果清晰、精確。導(dǎo)桿機構(gòu)動態(tài)仿真時,觀察在各位置時所對應(yīng)曲線含義,加深對課本關(guān)于機構(gòu)有關(guān)運動學(xué)、動力學(xué)相關(guān)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計的理解。ADAMS軟件還能對機構(gòu)采取參數(shù)化建模,學(xué)生可以通過輸入機構(gòu)不同原始參數(shù),進一步比較不同結(jié)果。與過去用圖解法或自編程序法進行機械原理課程設(shè)計相比,利用計算機對機械進行輔助設(shè)計,實現(xiàn)了教學(xué)創(chuàng)新,學(xué)生普遍反映用ADAMS軟件進行課程設(shè)計快捷、方便、直觀,課程設(shè)計能達到滿意效果。
4理論聯(lián)系實際,修改設(shè)計對象
在實際工程應(yīng)用領(lǐng)域中,推薦采用的大多數(shù)齒輪減速器都是采用硬齒面。隨著工業(yè)的發(fā)展,新技術(shù)新工藝不斷涌現(xiàn),在齒輪行業(yè),特別是隨著硬齒面齒輪加工技術(shù)的成熟,加工設(shè)備的完善,硬齒面齒輪減速器已經(jīng)成為齒輪減速裝置的主流,得到了廣泛的實際工程應(yīng)用,而軟齒面齒輪減速裝置有被逐步淘汰的趨勢。因此,應(yīng)結(jié)合實際,采用硬齒面齒輪減速器設(shè)計的題目來進行實踐環(huán)節(jié)的訓(xùn)練。由于硬齒面齒輪減速器的設(shè) 計與實際結(jié)合緊密,學(xué)生的自覺性與積極性得到了很大提高[9]。與此同時,有關(guān)硬齒面齒輪設(shè)計的資料無法從現(xiàn)有資料中直接利用,這迫使學(xué)生主動查找相關(guān)資料,詢問老師,學(xué)生的實際設(shè)計能力得到了更大的提高。從改用硬齒面齒輪減速器設(shè)計結(jié)果來看,整機的重量減輕、體積縮小,使用材料大幅減少,相應(yīng)的造價也隨之下降。這使學(xué)生認識到科技的進步給生產(chǎn)實際應(yīng)用帶來的巨大影響。
5學(xué)生的模仿型設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)樗伎夹驮O(shè)計
以往的課程設(shè)計以教授傳統(tǒng)的經(jīng)驗型設(shè)計為目的,學(xué)生總習(xí)慣于照搬指導(dǎo)書,一般是教師逐步講解,學(xué)生機械模仿,知其然而不知其所以然?，F(xiàn)在的設(shè)計中,教師應(yīng)只給學(xué)生以必要的提示,并列出參考書目,鼓勵學(xué)生去查資料、翻手冊,培養(yǎng)他們對信息及數(shù)據(jù)的歸納和整理能力。在課程設(shè)計中,草圖設(shè)計和裝配圖設(shè)計即機構(gòu)設(shè)計階段是重點,也是學(xué)生感到困難,失誤較多的階段。在《機械設(shè)計》課堂上重點講解的都是基礎(chǔ)理論,很少涉及結(jié)構(gòu)方面的知識,而影響結(jié)構(gòu)的因素很多。所以在此階段,指導(dǎo)教師應(yīng)悉心指導(dǎo),多進行正確和錯誤結(jié)構(gòu)的分析比較,另外要引導(dǎo)學(xué)生抓重點,培養(yǎng)學(xué)生樹立整體設(shè)計的概念。
論文關(guān)鍵詞：創(chuàng)新教育 創(chuàng)新教學(xué)模式 接受 體驗 發(fā)現(xiàn) 研究 創(chuàng)造
論文摘要：高職院校是培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的搖籃，創(chuàng)新教學(xué)模式的建立與發(fā)展關(guān)系到人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，接受、體驗、發(fā)現(xiàn)、研究和創(chuàng)新相結(jié)合的五步創(chuàng)新教學(xué)模式是適應(yīng)高職教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才較好的創(chuàng)新教學(xué)模式。
創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達的不竭動力…1。培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識與能力的一流人才，是一個龐大的系統(tǒng)工程。高校的創(chuàng)新教育是其中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。作為直接為生產(chǎn)一線培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的高等職業(yè)教育工作者，更應(yīng)在教學(xué)中注重對學(xué)生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。《機械設(shè)計基礎(chǔ)》是一門與實踐結(jié)合較為緊密的技術(shù)基礎(chǔ)課，在教學(xué)中開展創(chuàng)新教育，是應(yīng)該的也是必須的。對高職院校而言，僅僅做幾個實驗和一次課程設(shè)計是遠遠不夠的。2006年在對機制0507／08班的《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)中試探性的進行了創(chuàng)新教學(xué)改革，現(xiàn)將取得的經(jīng)驗總結(jié)如下。
1五步創(chuàng)新教學(xué)模式的建立
傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要以接受教學(xué)為主，教師講學(xué)生聽，重視書本知識的“灌輸”，忽視了對學(xué)生知識運用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而要改變這一方式，就必須加強理論與實踐的聯(lián)系，倡導(dǎo)接受、體驗、發(fā)現(xiàn)、研究和創(chuàng)新這一環(huán)環(huán)相扣，與實踐結(jié)合極為緊密的五步創(chuàng)新教學(xué)模式。
1．1接受
接受就是指在處理基本理論教學(xué)時，要明確學(xué)生應(yīng)接受哪些知識的問題。學(xué)生對基礎(chǔ)知識的接受程度和對其初步的感性認知是五步創(chuàng)新教學(xué)模式的基礎(chǔ)。接受也就是老師應(yīng)重點講解什么內(nèi)容的問題。傳統(tǒng)的重點在于因而不在于果，重視每一個公式、每一個論點的推導(dǎo)，而不重視知識的實際運用。創(chuàng)新教學(xué)要加大實踐教學(xué)，就必然不能再一成不變的逐點講解了。應(yīng)只講其結(jié)果而不講其原因，以節(jié)省課時，然后盡可能多地進行實例分析，講清機構(gòu)的運動、特點和應(yīng)用。
在對機制0507／08班試探性教學(xué)中，盡可能多的帶現(xiàn)有模型和教具，在課堂上分析其運動和特點，并引入與之相應(yīng)的實用簡單機械，分析說明再此處利用該機構(gòu)的優(yōu)點，并盡可能多的帶領(lǐng)學(xué)生到實驗室進行現(xiàn)場教學(xué)。
1．2體驗
體驗是指要引導(dǎo)學(xué)生、要求學(xué)生從實際生產(chǎn)和生活中體驗所學(xué)機構(gòu)是如何應(yīng)用的。也就是從實踐出發(fā)，通過對各種簡易機械進行機構(gòu)分析，加深學(xué)生對各種常用機構(gòu)的類型、特點與應(yīng)用取得更深的認識。在接受教學(xué)的基礎(chǔ)上，以作業(yè)的形式，要求學(xué)生對所學(xué)的機構(gòu)按下面的表格進行分析：
該表要求學(xué)生獨立完成，實例分析中若有N名學(xué)生的結(jié)果完全相同，則這些學(xué)生作業(yè)成績X=100—30×N。實例分析要求畫出機構(gòu)運動簡圖，并分析該機構(gòu)用在此處的優(yōu)點，能否用其它機構(gòu)代替等。
1．3發(fā)現(xiàn)
發(fā)現(xiàn)是指學(xué)生在體驗中通過對簡易機構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)其中設(shè)計不當或有待改進的地方?；蛲ㄟ^對生活和生產(chǎn)的觀察與思考，發(fā)現(xiàn)一些需要解決的問題。在教學(xué)中，要求學(xué)生完成兩到三份通過觀察、分析和思考而發(fā)現(xiàn)的一些需要改進或解決問題的分析報告，從而促使學(xué)生養(yǎng)成喜歡觀察的好習(xí)慣，提高學(xué)生分析和思考問題的能力，這是一切創(chuàng)造和革新的前提。
1．4研究
研究是指學(xué)生對發(fā)現(xiàn)的問題再深一步研究討論，提出改進或設(shè)計方案。在實施中，首先組織學(xué)生對提出的需要改進或解決問題的分析報告進行集體討論，找出其中適合學(xué)生進行改進和設(shè)計的方案，然后以自愿的形式自行分組，在老師的指導(dǎo)和幫助下進行分析和研究，并提出改進或設(shè)計方案。為了保證教學(xué)質(zhì)量，要求每位同學(xué)最少參加一個小組。設(shè)計方案不僅僅是純機械的，大多數(shù)是機、光、電一體化，甚至純電子的設(shè)計，應(yīng)鼓勵學(xué)生盡可能地利用所學(xué)、所知、或通過查閱資料所得的知識。這樣，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和查閱資料的能力，使本課程的教學(xué)效果，上升到一個新的高度。
1．5創(chuàng)新
創(chuàng)新是指對學(xué)生提出的比較好的、可行性高的設(shè)計方案進行初步設(shè)計和模型制作2。組織討論、評比學(xué)生研究后提出的設(shè)計方案的可行性，從討論結(jié)果中選出幾個經(jīng)過討論、改進、可行性最大的設(shè)計方案，以小組成員為主干，全班學(xué)生為成員，在老師的指導(dǎo)下完成這些方案的初步設(shè)計和模型制作。
2選擇性實施后發(fā)現(xiàn)的問題和改進設(shè)想
2．1改進評分標準。提高學(xué)生積極配合教師教學(xué)的程度
高職院校學(xué)生的知識基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)的積極性較差，好多學(xué)生在初期還能積極配合老師的教學(xué)，但當需要花費比較大的精力或遇到一點困難時，就不能即時完成老師布置的課外作業(yè)。因老師督促學(xué)生的手段較少，導(dǎo)致能按要求完成的學(xué)生僅有十幾名。分數(shù)是評價學(xué)生學(xué)習(xí)成績最直接、最重要的指標，也是老師約束學(xué)生最有力的手段。依據(jù)我院制定的考試成績占70％，平時成績占30％的評分標準，就算平時成績?yōu)榱惴?，學(xué)生也能及格。從而導(dǎo)致了一些學(xué)生的惰性心理。為了提高老師對學(xué)生的約束力，提議如圖1對我院制定的評分標準加以改進。增強課外作業(yè)成績，消除惰性因素，促使學(xué)生積極配合老師的教學(xué)工作。
2．2應(yīng)加強實驗和現(xiàn)場教學(xué)的管理
學(xué)生對實踐興趣極高，管理不好就無法進行教學(xué)。因而要充分發(fā)揮班干部的作用，并積極尋求其他老師和師傅的幫助，才能取得較好教學(xué)效果。
3教學(xué)效果分析
表2反映課程結(jié)束后，本班與未實施創(chuàng)新教學(xué)模式的機制0505／6班的教學(xué)效果對比：
從上表可以看出，雖然因自己能力和精力的問題，沒有完全按照上述的教學(xué)步驟完成試點教學(xué)，但教學(xué)效果有較為突出的體現(xiàn)。
4未來展望
高職院校是高素質(zhì)應(yīng)用型人才的搖籃。產(chǎn)教研的進一步結(jié)合，是高職院校發(fā)展的必然趨勢。這一創(chuàng)新教學(xué)模式可以在興趣小組的基礎(chǔ)上，保持與每一位成員的聯(lián)系合作，不管其位于何地，從事怎樣的職業(yè)，擔任什么樣的職務(wù)，都要以老師為主線，保持暢通的聯(lián)系與合作。這樣，隨著時間的流逝，興趣小組所研究課題的科技含量會越來越高，也會越來越貼近實際，必能吸取更多的老師、學(xué)生和企業(yè)的參與。此時，在學(xué)院的幫助與支持下，可以創(chuàng)建與之相適應(yīng)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)，從而實現(xiàn)招生、教學(xué)、研究、制造、銷售、就業(yè)相輔相成的良性循環(huán)，促使高職院校發(fā)展到一個新的層次。
摘要：基里隆一級電站是柬埔寨最大水電站，1968年建成，在正常發(fā)電20個月后損壞于戰(zhàn)亂。根據(jù)中柬雙方達成的協(xié)議，中電技以投資、修復(fù)、經(jīng)營方式，對基里隆一級水電站進行修復(fù)。本文對基里隆一級電站修復(fù)工程水力機械設(shè)計進行了回顧，對主要機組設(shè)備、輔助設(shè)備的選擇及布置作了簡要介紹。
關(guān)鍵詞：機電設(shè)計 水力機械 水力發(fā)電設(shè)備 輔助設(shè)備 水力監(jiān)測系統(tǒng) 柬埔寨 湄公河
1概述
基里隆一級電站位于柬埔寨王國西南部，湄公河盆地邊緣，距離首都金邊約120km，距離柬重要港口城市磅遜（西哈努克城）約110km，其廠房及升壓站緊鄰4號公路。
基里隆一級電站原為南斯拉夫在1968年提供資金和技術(shù)建成，水庫最大庫容980萬m3，裝機容量2×5．0MW。該電站在正常發(fā)電20個月后損壞于戰(zhàn)亂。此后近30年里，雖幾經(jīng)努力但一直未能實施修復(fù)。目前大壩基本完好，引水鋼管局部遭嚴重破壞，廠房和機電設(shè)備完全損壞，廠壩公路年久失修，到金邊的110kV輸電線路僅存少許塔架。
中國電力技術(shù)進出口公司（CETIC）組織專家對基里隆一級電站樞紐工程和輸電線路進行了多次實地考察和充分論證。歷經(jīng)近1年的合同談判，CETIC與柬埔寨工業(yè)礦產(chǎn)能源部（MIME）和柬埔寨國家電力公司（EDC）于2000年7月28日在金邊正式簽署了《實施協(xié)議》和《購電協(xié)議》。根據(jù)協(xié)議，CETIC以投資、修復(fù)、經(jīng)營（BOT，Build，Operate，Trans／fer）方式，對基里隆一級電站進行融資、修復(fù)、建設(shè)、擁有、運營和維護，在電站特許經(jīng)營期（自電廠商業(yè)運營日起30年）結(jié)束后，將該電站無償移交柬埔寨政府。
電站原廠房和機電設(shè)備已完全損壞，主廠房里的水輪發(fā)電機組、調(diào)速器、進水閥裝置、橋機以及輔助設(shè)備已無修復(fù)價值。經(jīng)研究決定，主廠房在原廠址新建，所有水力發(fā)電設(shè)備，包括水輪發(fā)電機組、調(diào)速器、進水閥裝置、橋機以及輔助系統(tǒng)的所有設(shè)備，都進行重新設(shè)計配置。電站主要參數(shù)為：裝機容量2×6MW，額定水頭363．00m，保證出力3．812MW，年發(fā)電量0．6419億kW·h，年利用小時數(shù)5349h。
2機組設(shè)備簡介
2．1水輪機
水輪機選用CJA734－W－136／2×12．5型雙噴嘴沖擊式水輪機，主要參數(shù)為：額定水頭363．00m，額定流量1．95m3／s，額定出力6220kW，額定效率89．78％，額定轉(zhuǎn)速600r／min，飛逸轉(zhuǎn)速1080r／min。水輪機為臥軸沖擊式，主要特點如下：
1）水輪機轉(zhuǎn)輪裝于發(fā)電機軸上，依靠摩擦傳遞扭矩，順時針旋轉(zhuǎn)（從發(fā)電機向水輪機看）。兩個直流噴管分別由機殼和機殼小蓋支承，噴管前裝有Φ450直管并通過Φ650／Φ450分流管與Φ650伸縮節(jié)及球閥相連。
2）噴管噴嘴口處裝有偏流折向器，通過連桿機構(gòu)與折向器接力器相連，接力器與調(diào)速器油壓系統(tǒng)相連。偏流折向器與噴針的位置沒有協(xié)聯(lián)關(guān)系，在正常運行時不與射流接觸，也不參與水輪機小波動調(diào)節(jié)，始終保持在全開位置，只在事故停機時投入，切斷水流。
3）機組正常運行時，各工況的調(diào)節(jié)是依靠噴針運動來實現(xiàn)的，噴針的調(diào)節(jié)作用是由噴針接力器油壓操作實現(xiàn)的，噴針接力器操作油管與調(diào)速器油壓系統(tǒng)相連。噴針的開度指示由噴針反饋系統(tǒng)完成，從噴管內(nèi)引出的恢復(fù)桿通過鋼絲繩及連桿與調(diào)速器電反饋裝置相連，電反饋裝置向調(diào)速器發(fā)送位置信號。
4）在機殼上與噴管射流相反方向裝設(shè)反向制動噴嘴，制動噴嘴由DN80液壓操作閥控制，停機時作機組制動用，液壓操作閥油源引自調(diào)速器油壓系統(tǒng)。
2．2水輪發(fā)電機
水輪發(fā)電機為SFW6000－10／2130型3相凸級同步發(fā)電機，采用臥式、密閉自循環(huán)空氣冷卻結(jié)構(gòu)，主要參數(shù)為：額定功率6MW，額定容量7．5MVA，額定電壓6．3kV，額定電流687．32A，額定轉(zhuǎn)速600r／min，飛逸轉(zhuǎn)速1080r／min。
發(fā)電機由定子、轉(zhuǎn)子、主軸、導(dǎo)軸承、飛輪、空氣冷卻裝置、油水管路等部分組成。定子機座為整體臥式結(jié)構(gòu)，發(fā)電機軸為轉(zhuǎn)子磁軛與主軸鍛造為一體的實心軸結(jié)構(gòu)。水輪發(fā)電機組為兩支點結(jié)構(gòu)，兩個導(dǎo)軸承分別位于定子兩側(cè)，軸承瓦為筒式巴氏合金軸瓦。軸承潤滑采用外循環(huán)方式，在主廠房內(nèi)每臺發(fā)電機組上游側(cè)布置有外循環(huán)供油裝置?？諝饫鋮s器兩個，布置在發(fā)電機下面機坑中，冷卻水管為T2銅管穿片結(jié)構(gòu)。
2．3調(diào)速器
調(diào)速器選用武漢三聯(lián)水電控制設(shè)備公司生產(chǎn)的CJWT2／1－4．0型微機調(diào)速器，額定工作油壓4．0MPa。
CJWT型調(diào)速器是專為多噴嘴沖擊式水輪機設(shè)計的，其主要特點如下：
1）在總體結(jié)構(gòu)上，調(diào)速器為電氣柜、機械柜、油壓裝置三位一體組合式，結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝布置及運行維護。
2）從控制原理上看，每個噴針接力器和折向器接力器各采用一套全數(shù)字式機械液壓系統(tǒng)獨立控制，取消了傳統(tǒng)的機械協(xié)聯(lián)、凸輪及復(fù)雜的連桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)大幅簡化。
3）機械液壓系統(tǒng)采用全數(shù)字液壓技術(shù)，以電磁球閥作為電液轉(zhuǎn)換元件，靜態(tài)無油耗，抗油污能力強。
4）油壓裝置設(shè)自動補氣閥組，提高了整機自動化水平。
5）電氣部分以可靠性極高的可編程控制器（PLC）為控制核心，所有PLC本體的平均無故障運行時間≥30萬h。
6）采用交直流雙路電源供電，互為備用，無擾切換。
7）具有電手動調(diào)節(jié)功能及自動容錯功能。
2．4進水閥
為保證水輪機安全可靠運行、機組檢修時切斷水流及機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)失靈時保護機組，每臺水輪機前裝設(shè)有進水閥。進水閥為雙面止水臥式球閥，采用接力器油壓操作，球閥型號為QF500－WY－65，公稱直徑Φ650mm，設(shè)計壓力5．0MPa。球閥上、下游側(cè)分別設(shè)有檢修密封和工作密封，活動密封環(huán)采用鋼管的壓力水操作。2套進水閥共用一套HYZ－1．0－4．0油壓裝置，額定油壓為4．0MPa。
3輔助設(shè)備
3．1技術(shù)供水系統(tǒng)
技術(shù)供水系統(tǒng)主要用戶是發(fā)電機空氣冷卻器和導(dǎo)軸承油冷卻器。供水系統(tǒng)采用水泵集中供水方式，水源取自下游尾水，在主廠房右端水機副廠房下游側(cè)設(shè)有取水池，通過聯(lián)通管與尾水渠相連。設(shè)置KQL100－160型供水泵3臺，其中1臺備用，布置在供水設(shè)備室內(nèi)。水泵出口設(shè)有自動濾水器，濾水器有自動排污功能，經(jīng)過濾后的水由供水總管引至各用戶。水泵采用輪換工作制，每臺水泵配置1臺軟啟動器，整個系統(tǒng)采用PLC控制。3．2高壓氣系統(tǒng)高壓氣系統(tǒng)主要供調(diào)速器油壓裝置和球閥油壓裝置用氣，供氣壓力4．5MPa。設(shè)有2臺SF－0．5／45型空壓機和1只1m3、4．5MPa儲氣罐，空壓機出口設(shè)有氣水分離器。儲氣罐出氣管上設(shè)有壓力控制器，自動控制空壓機的啟停，整個系統(tǒng)采用PLC控制。
3．3透平油系統(tǒng)
透平油系統(tǒng)主要供機組軸承、調(diào)速系統(tǒng)和球閥操作系統(tǒng)用油。設(shè)有2只5m3透平油桶、1臺KCB－55型齒輪油泵、1臺LY－50型壓力濾油機和1臺ZJCQ－2型透平油過濾機。系統(tǒng)運行為手動操作。
由于本電站機組為小型臥式水輪發(fā)電機組，設(shè)備用油量較小，同時主廠房僅有一層，油管布置會影響廠房內(nèi)的交通及美觀，因此，主廠房內(nèi)不設(shè)供排油管路。在油處理室設(shè)有活接頭，機組設(shè)備供排油時，用軟管與用油設(shè)備相連接。
3．4水力監(jiān)測系統(tǒng)
水力監(jiān)測系統(tǒng)包括全電站監(jiān)測和機組段監(jiān)測兩部分。全電站監(jiān)測項目有水庫水位、攔污柵后水位、攔污柵前后壓差及電站引用流量。根據(jù)購電協(xié)議要求，水庫水位測量設(shè)有2套2311LT型投入式液位變送器，其中1套為主用，1套為備用（冷備）。攔污柵后水位測量設(shè)有1套2311LT型投入式液位變送器。在首部值班室設(shè)置1臺SXJ水位監(jiān)視儀，水位信號通過串行口通信方式傳至電站中控室。電站引用流量監(jiān)測采用UF－911型超聲波流量計。機組段監(jiān)測項目包括分流管進口壓力、噴管壓力、尾水位、冷卻水壓力和示流、水輪機和發(fā)電機振動、擺度等。水力監(jiān)測系統(tǒng)中的主要量測項目均同時設(shè)有變送器，并與電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)相連。
3．5起重機
電站最重起吊件發(fā)電機轉(zhuǎn)子重24．2t，起吊梁重3．5t。主廠房內(nèi)設(shè)1臺起重量32／5t，跨度14m電動雙鉤橋式起重機供機組安裝、檢修使用。由于電站主廠房在原廠址新建，利用原電站叉管及支管，機組間距已定。本電站機組為臥式水輪發(fā)電機組，容量由原來的5MW增加至6MW，機組設(shè)備尺寸加大，機組間距明顯偏小，發(fā)電機轉(zhuǎn)子抽芯極為困難。為控制大車運行速度和主鉤起升速度，確保發(fā)電機安裝檢修的安全，起重機的大車運行機構(gòu)和主起升機構(gòu)采用變頻調(diào)速方式，變頻器采用三菱原裝進口設(shè)備。
4廠房布置
電站主廠房為地面式，在原廠址新建，利用原電站叉管及支管，機組間距維持10．29m不變。主廠房凈長32．85m，凈寬14m（機組中心距上游柱邊9．05m，距上游柱邊4．95m）。電站最高尾水位高程?92．00m，據(jù)此確定主機間高程?95．00m，機組安裝高程（機組中心線）?95．84m。主機間內(nèi)上游側(cè)布置有調(diào)速器、球閥裝置和油壓裝置，下游側(cè)布置機旁盤。左側(cè)為安裝場，長約10．4m，主要考慮機組大修時布置發(fā)電機轉(zhuǎn)子、定子、水輪機轉(zhuǎn)輪、機殼等。
主廠房右側(cè)水機副廠房內(nèi)布置有透平油罐室、空壓機室、技術(shù)供水設(shè)備室。電氣副廠房布置在主廠房左側(cè)和下游側(cè)，左側(cè)副廠房內(nèi)布置有中控室、繼電保護盤室、通信室、電氣試驗室、低壓配電室等，下游側(cè)副廠房內(nèi)布置有6kV中壓配電盤、勵磁變壓器、廠用變壓器及柴油機室等。
5結(jié)束語
基里隆一級電站修復(fù)工程是我國第一個B0T項目，2001年4月2日正式開工建設(shè)，2002年5月完工并投產(chǎn)發(fā)電?；锫∫患夒娬镜男迯?fù)對促進柬埔寨戰(zhàn)后經(jīng)濟發(fā)展，增進中柬雙方友誼，以及對我國全方位對外貿(mào)易格局的形成，都具有重要意義。
論文關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；CAD技術(shù)
論文摘要：在機械設(shè)計中引入CAD技術(shù),可以解決機械企業(yè)中重復(fù)性設(shè)計多、信息資源利用率低的難題,縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,具有巨大的經(jīng)濟效益和應(yīng)用前景。
1 CAD技術(shù)的發(fā)展
CAD(Computer Aided Design)是計算機輔助設(shè)計的英文縮寫，是利用計算機強大的圖形處理能力和數(shù)值計算能力，輔助工程技術(shù)人員進行工程或產(chǎn)品的設(shè)計與分析，達到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。自1950年計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)誕生以來，已廣泛地應(yīng)用于機械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領(lǐng)域，產(chǎn)品的設(shè)計效率飛速地提高?，F(xiàn)已將計算機輔助制造技術(shù)（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（Product Data Management，PDM）及計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一體。
產(chǎn)品設(shè)計是決定產(chǎn)品命運的研究，也是最重要的環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的設(shè)計工作決定著產(chǎn)品75%的成本。目前，CAD系統(tǒng)已由最初的僅具數(shù)值計算和圖形處理功能的CAD系統(tǒng)發(fā)展成為結(jié)合人工智能技術(shù)的智能CAD系統(tǒng)（ICAD）(Intelligent CAD)。21世紀，ICAD技術(shù)將具備新的特征和發(fā)展方向，以提高新時代制造業(yè)對市場變化和小批量、多品種要求的迅速響應(yīng)能力。
以智能CAD（ICAD）為代表的現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、智能活動是由設(shè)計專家系統(tǒng)完成。這種系統(tǒng)能夠模擬某一領(lǐng)域內(nèi)專家設(shè)計的過程，采用單一知識領(lǐng)域的符號推理技術(shù)，解決單一領(lǐng)域內(nèi)的特定問題。該系統(tǒng)把人工智能技術(shù)和優(yōu)化、有限元、計算機繪圖等技術(shù)結(jié)合起來，盡可能多地使計算機參與方案決策、性能分析等常規(guī)設(shè)計過程，借助計算機的支持，設(shè)計效率有了大大地提高。
2 三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的優(yōu)點
通過實際應(yīng)用三維CAD系統(tǒng)軟件,筆者體會到三維CAD系統(tǒng)軟件比二維CAD在機械設(shè)計過程中具有更大的優(yōu)勢,具體表現(xiàn)在以下幾點:
2.1 零件設(shè)計更加方便
使用三維CAD系統(tǒng),可以裝配環(huán)境中設(shè)計新零件,也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設(shè)計新零件,既方便又快捷,避免了單獨設(shè)計零件導(dǎo)致裝配的失敗。資源查找器中的零件回放還可以把零件造型的過程通過動畫演示出來,使人一目了然。
2.2 裝配零件更加直觀
在裝配過程中,資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關(guān)系,若裝配不正確即予以顯示,另外,零件還可以隱藏,在隱藏了外部零件的時候,可清楚地看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。整個機器裝配模型完成后還能進行運動演示,對于有一定運動行程要求的,可檢驗行程是否達到要求,及時對設(shè)計進行更改,避免了產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)需要修改甚至報廢。
2.3 縮短了機械設(shè)計周期
采用三維CAD技術(shù),機械設(shè)計時間縮短了近1/3,大幅度地提高了設(shè)計和生產(chǎn)效率。在用三維CAD系統(tǒng)進行新機械的開發(fā)設(shè)計時,只需對其中部分零部件進行重新設(shè)計和制造,而大部分零部件的設(shè)計都將繼承以往的信息,使機械設(shè)計的效率提高了3~5倍。同時,三維CAD系統(tǒng)具有高度變型設(shè)計能力,能夠通過快速重構(gòu),得到一種全新的機械產(chǎn)品。
2.4 提高機械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量
由于機械產(chǎn)品與信息技術(shù)相融合,同時采用CAD CIMS組織生產(chǎn),機械產(chǎn)品設(shè)計有了新發(fā)展。三維CAD技術(shù)采用先進的設(shè)計方法,如優(yōu)化、有限元受力分析、產(chǎn)品的虛擬設(shè)計、運動方針和優(yōu)化設(shè)計等,保證了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。同時,大型企業(yè)數(shù)控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM進行機械零件加工,一致性很好,保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
3 CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用
3.1 零件與裝配圖的實體生成
3.1.1 零件的實體建模。CAD的三維建模方法有三種,即線框模型、表面模型和實體模型。在許多具有實體建模功能的CAD軟件中,都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實體造型模塊中,系統(tǒng)提供了六種基本體系,即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體。對簡單的零件,可通過對其進行結(jié)構(gòu)分析,將其分解成若干基本體,對基本體進行三維實體造型,之后再對其進行交、并、差等布爾運算,便可得出零件的三維實體模型。
對于有些復(fù)雜的零件,往往難以分解成若干個基本體,使組合或分解后產(chǎn)生的基本體過多,導(dǎo)致成型困難。所以,僅有基本體系還不能完全滿足機器零件三維實體造型的要求。為此,可在二維幾何元素構(gòu)造中先定義零件的截面輪廓,然后在三維實體造型中通過拉伸或旋轉(zhuǎn)得到新的“基本體”,進而通過交、并、差等得到所需要零件的三維實體造型。
3.1.2 實體裝配圖的生成。在零件實體構(gòu)造完成后,利用機器運動分析過程中的資料,在運動的某一位置,按各零件所在的坐標進行“裝配”,這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實現(xiàn)。
3.2 模具CAD/CAM的集成制造
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,制造行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)不斷提高,從普通機床到數(shù)控機床和加工中心,從人工設(shè)計和制圖到CAD/CAM/CAE,制造業(yè)正向數(shù)字化和計算機化方向發(fā)展。同時,模具CAD/CAM技術(shù)、模具激光快速成型技術(shù)(RPM)等,幾乎覆蓋了整個現(xiàn)代制造技術(shù)。
一個完整的CAD/CAM軟件系統(tǒng)是由多個功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數(shù)控加工、有限元分析、動態(tài)顯示等。這些模塊應(yīng)以工程數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),進行統(tǒng)一管理,而實體造型是工程數(shù)據(jù)的主要來源之一。
3.3 機械CAE軟件的應(yīng)用
機械CAE系統(tǒng)的主要功能是:工程數(shù)值分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、強度設(shè)計評價與壽命預(yù)估、動力學(xué)/運動學(xué)仿真等。CAD技術(shù)在解決造型問題后,才能由CAE解決設(shè)計的合理性、強度、剛度、壽命、材料、結(jié)構(gòu)合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態(tài)特性等。
4 CAD前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢
4.1 圖形交互技術(shù)
CAD軟件是產(chǎn)品創(chuàng)新的工具,務(wù)求易學(xué)好用,得心應(yīng)手。一個友好的、智能化的工作環(huán)境可以開拓設(shè)計師的思路，解放大腦，讓他把精力集中到創(chuàng)造性的工作中。因此,智能化圖標菜單、“拖放式”造型、動態(tài)導(dǎo)航器等一系列人性化的功能，為設(shè)計師提供了方便。此外，筆輸入法草圖識別、語言識別和特征手勢建模等新技術(shù)也正在研究之中。
4.2 智能CAD技術(shù)
CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用逐步深入,逐漸提出智能化需求.設(shè)計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動。智能CAD/CAM是發(fā)展的必然方向。智能設(shè)計在運用知識化、信息化的基礎(chǔ)上，建立基于知識的設(shè)計倉庫,及時準確地向設(shè)計師提供產(chǎn)品開發(fā)所需的知識和幫助,智能地支持設(shè)計人員，同時捕獲和理解設(shè)計人員意圖、自動檢測失誤，回答問題、提出建議方案等。并具有推理功能,使設(shè)計新手也能做出好的設(shè)計來,現(xiàn)代設(shè)計的核心是創(chuàng)新設(shè)計,人們正試圖把創(chuàng)新技法和人工智能技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用到CAD技術(shù)中,用智能設(shè)計、智能制造系統(tǒng)去創(chuàng)造性指導(dǎo)解決新產(chǎn)品、新工程和新系統(tǒng)的設(shè)計制造,這樣才能使我們的產(chǎn)品、工程和系統(tǒng)有創(chuàng)造性。
4.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)在CAD中已開始應(yīng)用,設(shè)計人員在虛擬世界中創(chuàng)造新產(chǎn)品,可以從人機工程學(xué)角度檢查設(shè)計效果,可直接操作模擬對象,檢驗操作是否舒適、方便,及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間布局中的干涉和運動機構(gòu)的碰撞等問題,及早看到新產(chǎn)品的外形,從多方面評價所設(shè)計的產(chǎn)品.虛擬產(chǎn)品建模就是指建立產(chǎn)品虛擬原理或虛擬樣機的過程.虛擬制造用虛擬原型取代物理原型進行加工、測試、仿真和分析,以評價其性能,可制造性、可裝配性、可維護性和成本、外觀等,基于虛擬樣機的試驗仿真分析,可以在真實產(chǎn)品制造之前發(fā)現(xiàn)并解決問題,從而降低產(chǎn)品成本.虛擬制造、虛擬工廠、動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟將成為CAD技術(shù)在電子商務(wù)時代繼續(xù)發(fā)展的一個重要方向.另外,隨著協(xié)同技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、概念設(shè)計面向產(chǎn)品的整個生命周期設(shè)計理論和技術(shù)的成熟和發(fā)展,利用基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技術(shù),實現(xiàn)真正的全數(shù)字化設(shè)計和制造,已成為機械設(shè)計制造業(yè)的發(fā)展趨勢。
論文摘要：多媒體因其聲像并茂，對提高教學(xué)效果有很大作用，在課堂教學(xué)中越來越普遍，也越來越展示出其強大的生命力。但從目前大學(xué)院校多媒體教學(xué)環(huán)境來看，多媒體機械設(shè)計專業(yè)教學(xué)開展還存在一些問題。本文就相關(guān)情況進行了研究，并提出相應(yīng)的對策。
論文關(guān)鍵詞：多媒體教學(xué) 專業(yè)課 機械設(shè)計 對策
對大學(xué)院校而言，培養(yǎng)的機械設(shè)計與制造的專門人才，就要著眼于培養(yǎng)具備機械設(shè)計制造基礎(chǔ)知識與應(yīng)用能力，能在工業(yè)生產(chǎn)第一線從事機械制造領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計制造、科技開發(fā)、應(yīng)用研究、運行管理和經(jīng)營銷售等方面工作的高級工程技術(shù)人才。
隨著信息化建設(shè)的不斷進步，多媒體教學(xué)已完全在各種教學(xué)中展開。機械設(shè)計教學(xué)更多注重的是空間、理性、科學(xué)和前沿，多媒體在教學(xué)中所起的作用已不僅僅是一個輔助工具，傳統(tǒng)的教學(xué)方法已經(jīng)不能很好地適應(yīng)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)節(jié)奏的需要。以考試成績來衡量學(xué)生水平的終結(jié)性評價，不受學(xué)生的歡迎，評價機制有待完善。所以我們有必要加強多媒體技術(shù)與機械設(shè)計課程的整合，使學(xué)生從傳統(tǒng)教學(xué)方法中的視覺單一模式互動向視覺、觸覺、聽覺等多模態(tài)發(fā)展，轉(zhuǎn)變?yōu)榭臻g概念。真正形成以學(xué)生為中心，發(fā)揮學(xué)生的主體作用，使學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中，朝著個性化和自主學(xué)習(xí)的方向發(fā)展，真正成為學(xué)習(xí)的豐人。
1多媒體機械設(shè)計教學(xué)的主要問題
目前，教育在我國無論從數(shù)量還是從規(guī)模上來講，都達到了空前。然而，教學(xué)質(zhì)量的高低，直接關(guān)系培養(yǎng)人才的質(zhì)量。客觀地講，當前大學(xué)院校機械設(shè)計教學(xué)其中最突出的教學(xué)矛盾就是教學(xué)模式、教學(xué)方法不夠靈活。具體地講還在在以下問題。
1 1被動接受新技術(shù)的應(yīng)用
因為種種原因，個別老師對多媒體教學(xué)缺乏深刻認識，甚至認為多媒體教學(xué)費時費力費工不討好，是花架子，好看不管用，心里不同程度存在排斥心理，導(dǎo)致對多媒體教學(xué)模式不愿意做出更多的學(xué)習(xí)和沒有興趣，不愿意嘗試，更不說付出努力和付出辛苦。這種心態(tài)，直接導(dǎo)致了多媒體教學(xué)質(zhì)量不高。
1．2變“人灌”為“電灌”
個別授課老師錯誤地認為：多媒體教學(xué)，就是把以前的“黑板加粉筆”變成“電腦加屏幕”，在教學(xué)方法上看起來全用了多媒體教學(xué)，但在教學(xué)手段上仍然沿用了舊的教學(xué)模式，沒有起到把多媒體手段引入機械設(shè)計教學(xué)課堂的初衷。這種盲目、機械地多媒體教學(xué)手段，不但不能真正起到有效的教學(xué)效果，克服傳統(tǒng)教學(xué)的不足，還會給多媒體教學(xué)的發(fā)展帶來負面的影響，反而影響到教學(xué)效果。其實這種現(xiàn)象的根源，在于老師對教學(xué)效果的認識不足，是一種“形而上學(xué)”的教學(xué)。
2實現(xiàn)機械設(shè)計課堂多媒體教學(xué)的可能性
根據(jù)目前我國教育的實際情況，進一步深化機械設(shè)計教學(xué)改革，推廣實施多媒體教學(xué)模式，并通過改革全面提高機械設(shè)計制造教學(xué)水平和廣大學(xué)生的機械設(shè)計實際綜合應(yīng)用能力的條件基本具備，而且也具有實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的可能。
(1)對機械設(shè)計制造教學(xué)的重要性各方已達成思想共識。廣大院校領(lǐng)導(dǎo)和老師對推進機械設(shè)計教學(xué)改革的重要性都有深刻的認識和體會，并已嘗到甜頭，干勁更足。同時，學(xué)生普遍要求和接受機械設(shè)計課堂更多采用多媒體教學(xué)。這些因素，為我們機械設(shè)計的多媒體教學(xué)改革奠定了良好的思想基礎(chǔ)。
(2)隨著教育投資的增加，教學(xué)信息化設(shè)備的硬件設(shè)施越來越完善。這些年，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，國家加大了教學(xué)信息化建設(shè)，硬件設(shè)備得到了普遍加強，有些甚至達到了全球領(lǐng)先水平。大學(xué)院校普遍都建設(shè)有校園網(wǎng)，多媒體教室等，為計算機和校園網(wǎng)上學(xué)習(xí)機械設(shè)計課程提供了硬件技術(shù)條件。
(3)基于計算機和網(wǎng)絡(luò)的機械設(shè)計制造教學(xué)軟件已逐步配套。經(jīng)過多年的發(fā)展，社會各方投入了相當?shù)木图夹g(shù)設(shè)計了機械設(shè)計課堂教學(xué)軟件和個人自學(xué)輔助軟件，為推動以機械設(shè)計的多媒體教學(xué)改革提供了豐富的軟件支持。
3積極應(yīng)對機械設(shè)計多媒體教學(xué)的對策
多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)，并不是矛盾的，而是互促互長的統(tǒng)一體。對教學(xué)來講，最重要的就是整合。整合是網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與機械設(shè)計課程整合研究的核心問題，整合后網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)將成為整個課程系統(tǒng)的一個有機組成部分，而不是可有可無的輔助工具。對認識上的誤區(qū)和操作層面的一些問題，必須正確認識并在實踐中注意解決。對教學(xué)中是否應(yīng)用，如何合理科學(xué)地應(yīng)用多媒體教學(xué)技術(shù)，確保教學(xué)效果的落實才是最根本。
(1)根據(jù)機械設(shè)計教學(xué)的需要，決定是否使用多媒體。把多媒體教學(xué)引入機械設(shè)計課堂，從手段上來講，是為了“活化教材”，創(chuàng)造較為真實的教學(xué)環(huán)境，如果過多使用甚至?xí)鸬较喾吹男Ч＝虒W(xué)效果如何，并不是說多媒體手段越多效果越好。多媒體教學(xué)，從某個層面來講，是體現(xiàn)的人機。對話，然而，人與人之間的對話，是最好的溝通手段。如果在教學(xué)環(huán)節(jié)中，授講老師過多應(yīng)用多媒體，就會使課堂教學(xué)成為老師對電腦的操作和學(xué)生觀看演示的過程，這樣的話，多媒體輔助教學(xué)的初衷就會受到了扭曲，這也違背了教學(xué)的規(guī)律。
(2)適度取材，注重多媒體課堂的“人文關(guān)懷”。多媒體本身是作為一種教學(xué)輔助工具引入機械設(shè)計教學(xué)的，其本身不帶任何的感情色彩，要使課堂教學(xué)生動起來，就需要更多的人文關(guān)懷。作為教學(xué)的主導(dǎo)方，教師在應(yīng)用多媒體進行機械設(shè)計教學(xué)時，面對海量的信息，必須結(jié)合各方實際快速作了抉擇，通過其他手段表現(xiàn)出更多的親和力和學(xué)生的可接受性，這樣才能起到事半功倍的效果。
(3)多媒體模式與傳統(tǒng)模式充分交融。多媒體教學(xué)是利用現(xiàn)代信息技術(shù)帶動教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段的全面改革，然而，多媒體教學(xué)只是一種在效的教學(xué)輔助手段，并不能完成取代傳統(tǒng)的教學(xué)模式。因此，在機械設(shè)計教學(xué)中，我們不能完全依賴多媒體技術(shù)，只能是充分利用并與傳統(tǒng)教學(xué)模式有機結(jié)合，只有這樣，才能使做到張弛有度，互促互長，取得更好的教學(xué)效果。
4結(jié)語
機械設(shè)計教學(xué)模式的改革是機械設(shè)計制造教學(xué)改革的重點，機械設(shè)計制造教學(xué)模式的改革應(yīng)使機械設(shè)計制造朝著個性化學(xué)習(xí)、主動式學(xué)習(xí)方向發(fā)展，應(yīng)體現(xiàn)機械設(shè)計教學(xué)的實用性、趣味性，在技術(shù)上應(yīng)是可操練，可實現(xiàn)和易操作的，應(yīng)充分強調(diào)和發(fā)揮教師和學(xué)生兩方面的積極性。改革的突破口是由以教師為中心的傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主的多媒體教學(xué)模式。
在多媒體環(huán)境下，我們要實事求是，正確對待，結(jié)合教學(xué)需要，保留吸收傳統(tǒng)教學(xué)模式中的優(yōu)良部分，充分發(fā)揮新舊兩種機型模式的優(yōu)勢，確保教學(xué)質(zhì)量穩(wěn)定提高，這才是根本。多種教學(xué)模式的綜合應(yīng)用不僅是可行的，而且成效十分顯著。
論文關(guān)鍵詞：創(chuàng)新教育 創(chuàng)新教學(xué)模式 接受 體驗 發(fā)現(xiàn) 研究 創(chuàng)造
論文摘要：高職院校是培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的搖籃，創(chuàng)新教學(xué)模式的建立與發(fā)展關(guān)系到人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，接受、體驗、發(fā)現(xiàn)、研究和創(chuàng)新相結(jié)合的五步創(chuàng)新教學(xué)模式是適應(yīng)高職教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才較好的創(chuàng)新教學(xué)模式。
創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達的不竭動力…1。培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識與能力的一流人才，是一個龐大的系統(tǒng)工程。高校的創(chuàng)新教育是其中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。作為直接為生產(chǎn)一線培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才的高等職業(yè)教育工作者，更應(yīng)在教學(xué)中注重對學(xué)生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)?！稒C械設(shè)計基礎(chǔ)》是一門與實踐結(jié)合較為緊密的技術(shù)基礎(chǔ)課，在教學(xué)中開展創(chuàng)新教育，是應(yīng)該的也是必須的。對高職院校而言，僅僅做幾個實驗和一次課程設(shè)計是遠遠不夠的。2006年在對機制0507／08班的《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)中試探性的進行了創(chuàng)新教學(xué)改革，現(xiàn)將取得的經(jīng)驗總結(jié)如下。
1五步創(chuàng)新教學(xué)模式的建立
傳統(tǒng)的教學(xué)方式主要以接受教學(xué)為主，教師講學(xué)生聽，重視書本知識的“灌輸”，忽視了對學(xué)生知識運用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而要改變這一方式，就必須加強理論與實踐的聯(lián)系，倡導(dǎo)接受、體驗、發(fā)現(xiàn)、研究和創(chuàng)新這一環(huán)環(huán)相扣，與實踐結(jié)合極為緊密的五步創(chuàng)新教學(xué)模式。
1．1接受
接受就是指在處理基本理論教學(xué)時，要明確學(xué)生應(yīng)接受哪些知識的問題。學(xué)生對基礎(chǔ)知識的接受程度和對其初步的感性認知是五步創(chuàng)新教學(xué)模式的基礎(chǔ)。接受也就是老師應(yīng)重點講解什么內(nèi)容的問題。傳統(tǒng)的重點在于因而不在于果，重視每一個公式、每一個論點的推導(dǎo)，而不重視知識的實際運用。創(chuàng)新教學(xué)要加大實踐教學(xué)，就必然不能再一成不變的逐點講解了。應(yīng)只講其結(jié)果而不講其原因，以節(jié)省課時，然后盡可能多地進行實例分析，講清機構(gòu)的運動、特點和應(yīng)用。
在對機制0507／08班試探性教學(xué)中，盡可能多的帶現(xiàn)有模型和教具，在課堂上分析其運動和特點，并引入與之相應(yīng)的實用簡單機械，分析說明再此處利用該機構(gòu)的優(yōu)點，并盡可能多的帶領(lǐng)學(xué)生到實驗室進行現(xiàn)場教學(xué)。
1．2體驗
體驗是指要引導(dǎo)學(xué)生、要求學(xué)生從實際生產(chǎn)和生活中體驗所學(xué)機構(gòu)是如何應(yīng)用的。也就是從實踐出發(fā)，通過對各種簡易機械進行機構(gòu)分析，加深學(xué)生對各種常用機構(gòu)的類型、特點與應(yīng)用取得更深的認識。在接受教學(xué)的基礎(chǔ)上，以作業(yè)的形式，要求學(xué)生對所學(xué)的機構(gòu)按下面的表格進行分析：
該表要求學(xué)生獨立完成，實例分析中若有N名學(xué)生的結(jié)果完全相同，則這些學(xué)生作業(yè)成績X=100—30×N。實例分析要求畫出機構(gòu)運動簡圖，并分析該機構(gòu)用在此處的優(yōu)點，能否用其它機構(gòu)代替等。
1．3發(fā)現(xiàn)
發(fā)現(xiàn)是指學(xué)生在體驗中通過對簡易機構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn)其中設(shè)計不當或有待改進的地方?；蛲ㄟ^對生活和生產(chǎn)的觀察與思考，發(fā)現(xiàn)一些需要解決的問題。在教學(xué)中，要求學(xué)生完成兩到三份通過觀察、分析和思考而發(fā)現(xiàn)的一些需要改進或解決問題的分析報告，從而促使學(xué)生養(yǎng)成喜歡觀察的好習(xí)慣，提高學(xué)生分析和思考問題的能力，這是一切創(chuàng)造和革新的前提。
1．4研究
研究是指學(xué)生對發(fā)現(xiàn)的問題再深一步研究討論，提出改進或設(shè)計方案。在實施中，首先組織學(xué)生對提出的需要改進或解決問題的分析報告進行集體討論，找出其中適合學(xué)生進行改進和設(shè)計的方案，然后以自愿的形式自行分組，在老師的指導(dǎo)和幫助下進行分析和研究，并提出改進或設(shè)計方案。為了保證教學(xué)質(zhì)量，要求每位同學(xué)最少參加一個小組。設(shè)計方案不僅僅是純機械的，大多數(shù)是機、光、電一體化，甚至純電子的設(shè)計，應(yīng)鼓勵學(xué)生盡可能地利用所學(xué)、所知、或通過查閱資料所得的知識。這樣，可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和查閱資料的能力，使本課程的教學(xué)效果，上升到一個新的高度。
1．5創(chuàng)新
創(chuàng)新是指對學(xué)生提出的比較好的、可行性高的設(shè)計方案進行初步設(shè)計和模型制作2。組織討論、評比學(xué)生研究后提出的設(shè)計方案的可行性，從討論結(jié)果中選出幾個經(jīng)過討論、改進、可行性最大的設(shè)計方案，以小組成員為主干，全班學(xué)生為成員，在老師的指導(dǎo)下完成這些方案的初步設(shè)計和模型制作。
2選擇性實施后發(fā)現(xiàn)的問題和改進設(shè)想
2．1改進評分標準。提高學(xué)生積極配合教師教學(xué)的程度
高職院校學(xué)生的知識基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)的積極性較差，好多學(xué)生在初期還能積極配合老師的教學(xué)，但當需要花費比較大的精力或遇到一點困難時，就不能即時完成老師布置的課外作業(yè)。因老師督促學(xué)生的手段較少，導(dǎo)致能按要求完成的學(xué)生僅有十幾名。分數(shù)是評價學(xué)生學(xué)習(xí)成績最直接、最重要的指標，也是老師約束學(xué)生最有力的手段。依據(jù)我院制定的考試成績占70％，平時成績占30％的評分標準，就算平時成績?yōu)榱惴郑瑢W(xué)生也能及格。從而導(dǎo)致了一些學(xué)生的惰性心理。為了提高老師對學(xué)生的約束力，提議如圖1對我院制定的評分標準加以改進。增強課外作業(yè)成績，消除惰性因素，促使學(xué)生積極配合老師的教學(xué)工作。
2．2應(yīng)加強實驗和現(xiàn)場教學(xué)的管理
學(xué)生對實踐興趣極高，管理不好就無法進行教學(xué)。因而要充分發(fā)揮班干部的作用，并積極尋求其他老師和師傅的幫助，才能取得較好教學(xué)效果。
3教學(xué)效果分析
表2反映課程結(jié)束后，本班與未實施創(chuàng)新教學(xué)模式的機制0505／6班的教學(xué)效果對比：
從上表可以看出，雖然因自己能力和精力的問題，沒有完全按照上述的教學(xué)步驟完成試點教學(xué)，但教學(xué)效果有較為突出的體現(xiàn)。
4未來展望
高職院校是高素質(zhì)應(yīng)用型人才的搖籃。產(chǎn)教研的進一步結(jié)合，是高職院校發(fā)展的必然趨勢。這一創(chuàng)新教學(xué)模式可以在興趣小組的基礎(chǔ)上，保持與每一位成員的聯(lián)系合作，不管其位于何地，從事怎樣的職業(yè)，擔任什么樣的職務(wù)，都要以老師為主線，保持暢通的聯(lián)系與合作。這樣，隨著時間的流逝，興趣小組所研究課題的科技含量會越來越高，也會越來越貼近實際，必能吸取更多的老師、學(xué)生和企業(yè)的參與。此時，在學(xué)院的幫助與支持下，可以創(chuàng)建與之相適應(yīng)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)，從而實現(xiàn)招生、教學(xué)、研究、制造、銷售、就業(yè)相輔相成的良性循環(huán)，促使高職院校發(fā)展到一個新的層次。
