時間：2023-03-21 17:11:34
序論：在您撰寫機械創(chuàng)新設(shè)計論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
德國人發(fā)明的這一種變元法，是目前世界上最為科學(xué)易懂的變元方法，它能夠衍生出許多不同的方法，具有很大的可塑性。這種方法的內(nèi)涵主要有兩部分：它變化內(nèi)容多樣，包括材料、數(shù)量、位置、尺寸、形狀、連接、工藝七個方面；另一部分是上述七個方面的具體運用，運用的前提條件是機械基本結(jié)構(gòu)，這些元素在其基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行一定的變化，這樣就有不同的形式，新的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案就創(chuàng)造出來了，這樣就達到了優(yōu)化設(shè)計機械結(jié)構(gòu)的目的。接下來筆者將會重點介紹七種創(chuàng)新方案在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體運用，其最終目的還是滿足整個機械產(chǎn)品的生產(chǎn)的要求，這也是目前機械工作者普遍使用的方案。
1.1材料變元
現(xiàn)實生活中很多種材料都可以用來設(shè)計機械結(jié)構(gòu)，不一樣的材料要求的加工方法和手段不一樣、適用的結(jié)構(gòu)類別不一樣、零件需要的大小也不一樣。材料的變元可以變化出不一樣的結(jié)構(gòu)模式。比如說：在進行鋼材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，零件的截面面積越大，材料結(jié)構(gòu)強度就越大、越硬；在鐵材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了使結(jié)構(gòu)變強變硬，人們通常使用加強筋和隔板的方法；在塑料材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，塑料件的筋板和壁厚應(yīng)該無差而別且對稱均勻。
1.2數(shù)量變元
在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)當(dāng)中主要包括以下幾個方面，即零件以及輪廓面、線和加工、工作面共同構(gòu)成了產(chǎn)品本身，如果想要將機械的結(jié)構(gòu)目的進行改變，那么就可以通過調(diào)節(jié)上述結(jié)構(gòu)元素而實現(xiàn)。就好比在鑄件的過程中，是希望越簡單便捷越好的。能夠節(jié)省一些不必要的零件配置，又能在安裝的時候方便人們的使用，這在無形中就提高了工作效率，比如安裝一個螺絲釘?shù)臅r候，如果按照螺釘和墊圈以及彈簧墊圈才能結(jié)合在一起的模式去安裝，那么就需要最少三個步驟，但是如果把它們設(shè)計為一體的話，就可以大量地節(jié)省安裝的時間，提高了效率。
1.3位置變元
在實際操作過程中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的元素之間的位置是可以進行調(diào)換的，這樣可以無形中使結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計更加完善。比如，零件的焊縫位置應(yīng)該對應(yīng)中性軸或者至少需要靠近中性軸，這樣便于將收縮力減少或者能夠避免產(chǎn)品的變形。除此之外，零件的擺放問題也十分重要，如果雜亂無章則會大大阻礙操作速度。
1.4尺寸變元
零件的尺寸必須符合使用的標(biāo)準(zhǔn)才行，必須在各項標(biāo)準(zhǔn)合格之后才可以進行操作，比如：在冷沖壓彎這一工藝中，就需要零件按照既定的需求進行彎曲，如果零件在加工的過程中，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的彎度，那么就算是一個成品，不需要再度進行加工。如果不符合產(chǎn)品的需求那么還需要進一步的加工整形來達到產(chǎn)品的要求。
1.5形狀變元
機械整體的結(jié)構(gòu)目的可以通過調(diào)整零件的形狀或者改變其規(guī)格的大小而實現(xiàn)。比如在彈簧的生產(chǎn)過程中需要考慮多個問題，首先是彈簧的大小及其相對的螺絲墊圈的規(guī)格，能否讓彈簧和使用的螺旋面以及被需要壓緊的零件相吻合，就需要設(shè)計出不同規(guī)則的產(chǎn)品，無論零件的形狀面如何都需要相匹配的彈簧來配合才行，如果零件之間的距離過大，或者不能夠?qū)毫τ行诤希敲戳慵诎惭b過后就不算是合格，如果這一類零件銷售在市場中，很可能造成一系列事故，那么為了防止拉簧因為這些問題而失去使用效率，就勢必要將彈簧的設(shè)計空間放大，并且實現(xiàn)它的自身獨特性，即使它在單獨使用的過程中也可以實現(xiàn)跟其他零件的配合。
1.6分析連接變元
一是聯(lián)接方法，主要的模式有焊接、膠結(jié)以及螺紋聯(lián)接等方式。二是聯(lián)接的方式，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同而不同，因此為了豐富聯(lián)接方式以及尋找到最為契合的聯(lián)接方式，各個聯(lián)接的結(jié)構(gòu)以及聯(lián)接的方式都可以進行相對應(yīng)的合理調(diào)整。比如：針對一些需要拆卸的零件，如果在聯(lián)接的方式上不能選擇好，那么就會在聯(lián)接和拆卸方面造成一定的困難，此類的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所購買的一些產(chǎn)品，像是隨聲聽的后蓋，就可以任意拆卸下來安裝電池來維持繼續(xù)使用，這樣的結(jié)構(gòu)也方便用戶使用，從未為其提供便捷的操作模式。
1.7分析工藝變元
零件在產(chǎn)生之前，往往會有其自己的設(shè)計圖紙，而設(shè)計圖紙上面的結(jié)構(gòu)內(nèi)容直接決定了產(chǎn)品屬于何種工藝級別的零件，因為每一個設(shè)備的零件都不是完全相同的，所以零件的設(shè)計以及成本也千差萬別，如果設(shè)計工藝在產(chǎn)品出產(chǎn)之前沒有得到完善，那么勢必會影響到零件自身的質(zhì)量，一旦零件沒有合乎要求，那么產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)就會受到一定的影響。因此在零件鑄造之前對于零件圖紙的研究必須給予深度的重視，現(xiàn)在的加工技藝正呈現(xiàn)著不斷創(chuàng)新和完善的趨勢，但是問題也就隨之而來，這些加工工藝雖然具有創(chuàng)新性，但是還不夠成熟，并非達到了理想中的需求，因此還需要進一步的對此加大研究的力度。
2機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的嘗試及優(yōu)化測評
2.1機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新嘗試
防腐劑在石油以及一些石化設(shè)備中具有十分重要的作用，下文以其為例，闡述變元法在其中重要的作用。石油和石化設(shè)備必須進行防腐蝕性的設(shè)計，這樣一來，在設(shè)計的最初就應(yīng)該考慮到防腐蝕性的大小和影響因素，從而采取必要的保護和防治措施，主要有以下幾個方面。首先，在總體的設(shè)計上面，對停車間給予了嚴格的要求，不能堆放雜亂，不能潮濕，不能含有其他不利于防腐的物質(zhì)存在。其次，設(shè)備的使用年限與設(shè)備本身一些極為細小的間隙區(qū)有著十分重大的聯(lián)系，這些縫隙極有可能在人眼看不到的地方發(fā)生腐蝕問題，或者這些縫隙人是無法憑借手工去進行操作控制的，就像是一些產(chǎn)品的焊接點，這些產(chǎn)品貌似看起來已經(jīng)不存在腐蝕的可能，但是難免會有看不到的縫隙存在，應(yīng)該進行必要的封存和填補，或者干脆將縫隙擴大，這樣便于對其進行維修補救和防護。再次，溫度較高以及質(zhì)量較高的濃度階梯，局部勢差問題往往在這種情況和產(chǎn)品中產(chǎn)生，一旦發(fā)生了腐蝕則不可控制。此外，每一種金屬都有著自己獨特的屬性，產(chǎn)品在構(gòu)建的過程中不一定是一種金屬構(gòu)建而成，多半是幾種金屬共同組合而成，但是不同的金屬勢必會產(chǎn)生接觸面的腐蝕，應(yīng)該對此進行絕緣處理。最后，面積越小腐蝕的點也就越小，因此要針對產(chǎn)品的不同設(shè)計縮小表面積從而減少腐蝕。
2.2對機械結(jié)構(gòu)變元創(chuàng)新設(shè)計的優(yōu)化評測
機械結(jié)構(gòu)在完成變元創(chuàng)新實踐之后。要根據(jù)目前的性能以及使用效果進行一個綜合的測評，首先要進行模糊測評，運用理論研究和一些理想化的模型設(shè)計一種測評模式，但是這種測評模式并不是實際操作中的模型，而是通過一定的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)先進的設(shè)計理念和規(guī)劃，對其進行變化創(chuàng)新設(shè)計的檢測。在測試的過程中測試者憑借自己多年的使用經(jīng)驗和研究理念進行對其綜合評價的過程，并根據(jù)現(xiàn)有的先進思維對其進行構(gòu)建，在測試的過程中還需要考慮到社會實際問題，產(chǎn)品在經(jīng)過變元之后，使用方面是否安全，便捷，可維修性是否達到了指標(biāo)，并且要將邏輯推理的思維運用到其中，選擇出使用其整體變元的方案，最后針對已經(jīng)選擇好了的方案，進行進一步地修改和完善，從而作用于產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu)構(gòu)建當(dāng)中，服務(wù)于產(chǎn)品的整體功能。
3結(jié)束語
一般情況下，創(chuàng)新設(shè)計先后經(jīng)過抽象思維、邏輯思維、全面分析和最后決策四個環(huán)節(jié)。抽象思維主要是是通過設(shè)計人員充分發(fā)揮創(chuàng)新思維和智慧，提出新穎的有可能實施的想法，是創(chuàng)新設(shè)計必備過程。有了抽象思維過后再將想法具體化，考察其邏輯性和可行性，結(jié)合有關(guān)的科學(xué)理論知識、原理進行進一步的新穎的、可行的、具體化的機械設(shè)計。而全面分析則包含了創(chuàng)新設(shè)計過程中所涉及的所有可能性，綜合考慮技術(shù)的可行性、成本與性價比，最后設(shè)計出新的可以滿足人們生活和生產(chǎn)需要的機器或者其他產(chǎn)品。
1.1我國機械創(chuàng)新設(shè)計過程
機械創(chuàng)新設(shè)計的目的在于改善機械本身的功能、性能或者以更低的經(jīng)濟成本制造滿足生產(chǎn)生活需求的機械。目前，我國技術(shù)專家認可的機械創(chuàng)新設(shè)計過程一般可分為四個部分，一是根據(jù)具體需求確定機械設(shè)計的基本原理，二是機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和改進，三是機械尺寸設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化，四是機械運動性能及動力參數(shù)優(yōu)化。機械創(chuàng)新設(shè)計與普通的機械設(shè)計并沒有實質(zhì)性的差異，主要的區(qū)別在于機械創(chuàng)新性設(shè)計注重發(fā)揮人的主觀能動性和創(chuàng)新能力的突破，在充分的調(diào)動人的積極性的同時創(chuàng)造出更加符合使用者需求的機械工具。
1.2我國機械創(chuàng)新設(shè)計的特點
機械創(chuàng)新設(shè)計主要包括四個特點：一是多學(xué)科知識交叉運用，互相融合，互相滲透；二是機械創(chuàng)新設(shè)計中，數(shù)字并非主要思考因素，而是應(yīng)該充分結(jié)合過往經(jīng)驗和相關(guān)的理論知識，合理判斷和提出可行的新的設(shè)計方案；三是機械創(chuàng)新設(shè)計不僅需要理論知識和經(jīng)驗，同時也十分注重靈感、想象力、創(chuàng)造力的作用，因此應(yīng)該最大程度發(fā)揮四者的作用；四是凡是設(shè)計創(chuàng)造類等實踐活動都需要不斷重復(fù)、嘗試，從中吸取經(jīng)驗，多級選擇最佳方案。在機械創(chuàng)新設(shè)計過程中，只有完全領(lǐng)略和充分展現(xiàn)以上四個特點，才能做出優(yōu)秀的創(chuàng)新設(shè)計。
2.我國機械創(chuàng)新設(shè)計思維
機械創(chuàng)新設(shè)計思維對于機械創(chuàng)新設(shè)計來說意義重大，只有通過不斷的改革創(chuàng)新和開拓進取，勇于突破現(xiàn)有的固定模式和局限，采取新的方法、體制、設(shè)計才能使自身在飛速發(fā)展的時代中保持領(lǐng)先，走在時代的前沿。
2.1機械創(chuàng)新設(shè)計思維的涵義
創(chuàng)新設(shè)計思維就是指在原有的科學(xué)理論知識、原理以及過往的設(shè)計和經(jīng)驗中設(shè)想出新穎的、更能滿足審美或者實用需求的設(shè)計方案。而對于機械設(shè)計人員來說，創(chuàng)新無疑是自身最核心的競爭力，通過提高產(chǎn)品的性能、降低產(chǎn)品的成本以及縮短生產(chǎn)時間來提高機械設(shè)計的性價比。在機械創(chuàng)新設(shè)計過程中，首先應(yīng)該有創(chuàng)造性思維，在前人的基礎(chǔ)上提出更加優(yōu)化的觀念，并將這些優(yōu)化的觀念付諸實踐，從而創(chuàng)造出新的不一樣的機械設(shè)計。創(chuàng)造性思維具有多維多向性的特點，強調(diào)聯(lián)想、靈感和感覺，并不是依靠固定的邏輯思維推理出來的，而是激發(fā)于機械創(chuàng)新設(shè)計人員的大腦。
2.2機械創(chuàng)造性思維的三大特征
2.2.1自由性
機械創(chuàng)造性思維最大的特征在于自由，創(chuàng)新是自由的，思想是自由的。機械創(chuàng)新設(shè)計人員可以在結(jié)合有關(guān)客觀科學(xué)理論的基礎(chǔ)上完全自由憑借自己的想象、靈感、直覺設(shè)計出新的機械，而不必有太多的思想束縛。在當(dāng)今變化趕不上計劃的經(jīng)濟時代，思維的自由符合現(xiàn)代社會發(fā)展的需要。而在機械設(shè)計工作中，要不斷地有新的進步的成果，就必須突破原有的事物，消除固定思維的束縛，自由地翱翔在創(chuàng)新設(shè)計的天空中，只有不斷突破和創(chuàng)新才能設(shè)計出更令人滿意的成果。
2.2.2多向性
每個人的思維方式都不一樣，具有多向性的特點。而在機械創(chuàng)造性思維中，同樣具有多向性的特點，設(shè)計人員可以從不同角度去觀察和判斷問題，并且設(shè)想出完全不同視角的方案。設(shè)計的美妙恰巧在于它的多樣性和多向性，沒有固定的設(shè)想方向，任意一個方向都可以是設(shè)計者們延伸的目標(biāo)。多向性思維與創(chuàng)造力是相輔相成、密不可分的，一個機械產(chǎn)品的設(shè)計過程中一定有過多向性的設(shè)想，從中擇優(yōu)進行實踐得出最后產(chǎn)品。因此，多向性思維是機械設(shè)計中十分重要的一點。
2.2.3獨創(chuàng)性
獨創(chuàng)性即設(shè)計出跟別人不一樣的產(chǎn)品，提出不一樣的理念，突破原有的固定模式，創(chuàng)造出新穎的進步的成果。獨創(chuàng)性是機械創(chuàng)新設(shè)計的目標(biāo)，創(chuàng)新的目的在于獨創(chuàng)，擁有別人沒有的想法和成果。因此，在機械創(chuàng)新設(shè)計過程中，要學(xué)會從新的切入點思考問題，掌握不同的設(shè)計方法，敢于向原有的觀點提出新的看法，從而設(shè)計出具有獨創(chuàng)性、新穎的機械產(chǎn)品，更好滿足生活和生產(chǎn)的需求。
機械結(jié)構(gòu)的防腐蝕設(shè)計對于機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新及優(yōu)化而言具有至關(guān)重要的意義，為了更好地完成機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，各機械設(shè)計企業(yè)在進行機械設(shè)計的過程中理應(yīng)注意如下防腐蝕細節(jié)：
①必須確保設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)于停車期間完全空干，以防止因介質(zhì)殘留淤積而造成的腐蝕。
②防止間隙結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，以杜絕腐蝕介質(zhì)的入侵。
③高溫及高質(zhì)量濃度將導(dǎo)致沉淀物及冷凝物的出現(xiàn)，進而增加腐蝕幾率，因此設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須避免此類現(xiàn)象的出現(xiàn)。
④異類金屬接觸可能導(dǎo)致接觸性腐蝕出現(xiàn)，因此設(shè)計人員在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時理應(yīng)盡可能地將異類金屬有效地隔絕開來。
⑤避免高速流體接觸流道壁面，以降低侵蝕腐蝕。
⑥遵守最小化表面積原則，也就是說在容積一樣的情況下讓結(jié)構(gòu)被腐蝕的表面積最少，比方說球體結(jié)構(gòu)最好，其次便為圓柱體。
2機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計與變元法應(yīng)用
我們在對某一結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案展開評價時，理應(yīng)對其將帶來的經(jīng)濟效益、所具有的工藝性、技術(shù)可行性等相關(guān)指標(biāo)進行綜合的考量，隨后從諸多備選結(jié)構(gòu)方案中選出最佳的結(jié)構(gòu)方案。在機械結(jié)構(gòu)方案已然確定的情形下，也可對重要結(jié)構(gòu)或零件展開不同變元的研究，甚至于變元間展開綜合的聯(lián)合修改，已實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計的目的。此外，也可選用某些數(shù)學(xué)模型，之所以建議大家選擇數(shù)學(xué)模型，主要是由于數(shù)學(xué)模型能夠較好地介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計中的尺寸及數(shù)量變元，同時還能夠?qū)Σ牧献冊归_間接的介紹。以機械設(shè)備的不同要求及特征為依據(jù)，綜合使用不同變元，使用設(shè)計人員掌握的經(jīng)驗和知識，借助創(chuàng)造性思維的方法，設(shè)計出不一樣的機械結(jié)構(gòu)。比方說如下轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)。在以上三大結(jié)構(gòu)圖里，假如把結(jié)構(gòu)設(shè)計方案1里的錐齒輪間與主軸承二者之間的位置進行調(diào)整，且借助調(diào)整位置變元，接著再改變水平軸位置的左軸承形狀，即借助更改形狀變元后得到結(jié)構(gòu)設(shè)計方案2。假如更改方案1里的主軸承及齒輪的尺寸、大小與數(shù)量，且借助調(diào)整二者的數(shù)量變元與尺寸變元，隨后再調(diào)整齒輪構(gòu)件及軸承零件的位置，再改變位置變元，即能夠得到設(shè)計方案3。從以上盤結(jié)構(gòu)方案都可采用變元法較好的實現(xiàn)。如果進一步運用變元法，同樣可以獲得更多類型各異的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。借助對比以上三大結(jié)構(gòu)方案，綜合研究社會效益可行性與制造工藝等諸多內(nèi)容，我們可以得出這樣的結(jié)論：方案2系三大方案中最佳結(jié)構(gòu)組合。某一機械結(jié)構(gòu)方案的綜合評估，理應(yīng)以實際使用效果充當(dāng)最后評估的事實依據(jù)。如果對轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)里的齒輪構(gòu)件展開進一步的可行性分析與優(yōu)化設(shè)計，同時對滾動軸承和齒輪工作展開彈性流體壓研究，接著實施精密計算，均能夠為改善轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)設(shè)計提供諸多參考數(shù)據(jù)。
3結(jié)語
德國人發(fā)明的這一種變元法，是目前世界上最為科學(xué)易懂的變元方法，它能夠衍生出許多不同的方法，具有很大的可塑性。這種方法的內(nèi)涵主要有兩部分：它變化內(nèi)容多樣，包括材料、數(shù)量、位置、尺寸、形狀、連接、工藝七個方面；另一部分是上述七個方面的具體運用，運用的前提條件是機械基本結(jié)構(gòu)，這些元素在其基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行一定的變化，這樣就有不同的形式，新的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案就創(chuàng)造出來了，這樣就達到了優(yōu)化設(shè)計機械結(jié)構(gòu)的目的。接下來筆者將會重點介紹七種創(chuàng)新方案在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體運用，其最終目的還是滿足整個機械產(chǎn)品的生產(chǎn)的要求，這也是目前機械工作者普遍使用的方案。
1.1材料變元
現(xiàn)實生活中很多種材料都可以用來設(shè)計機械結(jié)構(gòu)，不一樣的材料要求的加工方法和手段不一樣、適用的結(jié)構(gòu)類別不一樣、零件需要的大小也不一樣。材料的變元可以變化出不一樣的結(jié)構(gòu)模式。比如說：在進行鋼材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，零件的截面面積越大，材料結(jié)構(gòu)強度就越大、越硬；在鐵材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為了使結(jié)構(gòu)變強變硬，人們通常使用加強筋和隔板的方法；在塑料材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，塑料件的筋板和壁厚應(yīng)該無差而別且對稱均勻。
1.2數(shù)量變元
在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)當(dāng)中主要包括以下幾個方面，即零件以及輪廓面、線和加工、工作面共同構(gòu)成了產(chǎn)品本身，如果想要將機械的結(jié)構(gòu)目的進行改變，那么就可以通過調(diào)節(jié)上述結(jié)構(gòu)元素而實現(xiàn)。就好比在鑄件的過程中，是希望越簡單便捷越好的。能夠節(jié)省一些不必要的零件配置，又能在安裝的時候方便人們的使用，這在無形中就提高了工作效率，比如安裝一個螺絲釘?shù)臅r候，如果按照螺釘和墊圈以及彈簧墊圈才能結(jié)合在一起的模式去安裝，那么就需要最少三個步驟，但是如果把它們設(shè)計為一體的話，就可以大量地節(jié)省安裝的時間，提高了效率。
1.3位置變元
在實際操作過程中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的元素之間的位置是可以進行調(diào)換的，這樣可以無形中使結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計更加完善。比如，零件的焊縫位置應(yīng)該對應(yīng)中性軸或者至少需要靠近中性軸，這樣便于將收縮力減少或者能夠避免產(chǎn)品的變形。除此之外，零件的擺放問題也十分重要，如果雜亂無章則會大大阻礙操作速度。
1.4尺寸變元
零件的尺寸必須符合使用的標(biāo)準(zhǔn)才行，必須在各項標(biāo)準(zhǔn)合格之后才可以進行操作，比如：在冷沖壓彎這一工藝中，就需要零件按照既定的需求進行彎曲，如果零件在加工的過程中，實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的彎度，那么就算是一個成品，不需要再度進行加工。如果不符合產(chǎn)品的需求那么還需要進一步的加工整形來達到產(chǎn)品的要求。
1.5形狀變元
機械整體的結(jié)構(gòu)目的可以通過調(diào)整零件的形狀或者改變其規(guī)格的大小而實現(xiàn)。比如在彈簧的生產(chǎn)過程中需要考慮多個問題，首先是彈簧的大小及其相對的螺絲墊圈的規(guī)格，能否讓彈簧和使用的螺旋面以及被需要壓緊的零件相吻合，就需要設(shè)計出不同規(guī)則的產(chǎn)品，無論零件的形狀面如何都需要相匹配的彈簧來配合才行，如果零件之間的距離過大，或者不能夠?qū)毫τ行诤?，那么零件在安裝過后就不算是合格，如果這一類零件銷售在市場中，很可能造成一系列事故，那么為了防止拉簧因為這些問題而失去使用效率，就勢必要將彈簧的設(shè)計空間放大，并且實現(xiàn)它的自身獨特性，即使它在單獨使用的過程中也可以實現(xiàn)跟其他零件的配合。
1.6分析連接變元
一是聯(lián)接方法，主要的模式有焊接、膠結(jié)以及螺紋聯(lián)接等方式。二是聯(lián)接的方式，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同而不同，因此為了豐富聯(lián)接方式以及尋找到最為契合的聯(lián)接方式，各個聯(lián)接的結(jié)構(gòu)以及聯(lián)接的方式都可以進行相對應(yīng)的合理調(diào)整。比如：針對一些需要拆卸的零件，如果在聯(lián)接的方式上不能選擇好，那么就會在聯(lián)接和拆卸方面造成一定的困難，此類的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所購買的一些產(chǎn)品，像是隨聲聽的后蓋，就可以任意拆卸下來安裝電池來維持繼續(xù)使用，這樣的結(jié)構(gòu)也方便用戶使用，從未為其提供便捷的操作模式。
1.7分析工藝變元
零件在產(chǎn)生之前，往往會有其自己的設(shè)計圖紙，而設(shè)計圖紙上面的結(jié)構(gòu)內(nèi)容直接決定了產(chǎn)品屬于何種工藝級別的零件，因為每一個設(shè)備的零件都不是完全相同的，所以零件的設(shè)計以及成本也千差萬別，如果設(shè)計工藝在產(chǎn)品出產(chǎn)之前沒有得到完善，那么勢必會影響到零件自身的質(zhì)量，一旦零件沒有合乎要求，那么產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)就會受到一定的影響。因此在零件鑄造之前對于零件圖紙的研究必須給予深度的重視，現(xiàn)在的加工技藝正呈現(xiàn)著不斷創(chuàng)新和完善的趨勢，但是問題也就隨之而來，這些加工工藝雖然具有創(chuàng)新性，但是還不夠成熟，并非達到了理想中的需求，因此還需要進一步的對此加大研究的力度。
2機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的嘗試及優(yōu)化測評
2.1機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新嘗試
防腐劑在石油以及一些石化設(shè)備中具有十分重要的作用，下文以其為例，闡述變元法在其中重要的作用。石油和石化設(shè)備必須進行防腐蝕性的設(shè)計，這樣一來，在設(shè)計的最初就應(yīng)該考慮到防腐蝕性的大小和影響因素，從而采取必要的保護和防治措施，主要有以下幾個方面。首先，在總體的設(shè)計上面，對停車間給予了嚴格的要求，不能堆放雜亂，不能潮濕，不能含有其他不利于防腐的物質(zhì)存在。其次，設(shè)備的使用年限與設(shè)備本身一些極為細小的間隙區(qū)有著十分重大的聯(lián)系，這些縫隙極有可能在人眼看不到的地方發(fā)生腐蝕問題，或者這些縫隙人是無法憑借手工去進行操作控制的，就像是一些產(chǎn)品的焊接點，這些產(chǎn)品貌似看起來已經(jīng)不存在腐蝕的可能，但是難免會有看不到的縫隙存在，應(yīng)該進行必要的封存和填補，或者干脆將縫隙擴大，這樣便于對其進行維修補救和防護。再次，溫度較高以及質(zhì)量較高的濃度階梯，局部勢差問題往往在這種情況和產(chǎn)品中產(chǎn)生，一旦發(fā)生了腐蝕則不可控制。此外，每一種金屬都有著自己獨特的屬性，產(chǎn)品在構(gòu)建的過程中不一定是一種金屬構(gòu)建而成，多半是幾種金屬共同組合而成，但是不同的金屬勢必會產(chǎn)生接觸面的腐蝕，應(yīng)該對此進行絕緣處理。最后，面積越小腐蝕的點也就越小，因此要針對產(chǎn)品的不同設(shè)計縮小表面積從而減少腐蝕。
2.2對機械結(jié)構(gòu)變元創(chuàng)新設(shè)計的優(yōu)化評測
機械結(jié)構(gòu)在完成變元創(chuàng)新實踐之后。要根據(jù)目前的性能以及使用效果進行一個綜合的測評，首先要進行模糊測評，運用理論研究和一些理想化的模型設(shè)計一種測評模式，但是這種測評模式并不是實際操作中的模型，而是通過一定的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)先進的設(shè)計理念和規(guī)劃，對其進行變化創(chuàng)新設(shè)計的檢測。在測試的過程中測試者憑借自己多年的使用經(jīng)驗和研究理念進行對其綜合評價的過程，并根據(jù)現(xiàn)有的先進思維對其進行構(gòu)建，在測試的過程中還需要考慮到社會實際問題，產(chǎn)品在經(jīng)過變元之后，使用方面是否安全，便捷，可維修性是否達到了指標(biāo)，并且要將邏輯推理的思維運用到其中，選擇出使用其整體變元的方案，最后針對已經(jīng)選擇好了的方案，進行進一步地修改和完善，從而作用于產(chǎn)品的機械結(jié)構(gòu)構(gòu)建當(dāng)中，服務(wù)于產(chǎn)品的整體功能。
3結(jié)束語
機械方案設(shè)計是一個創(chuàng)造性很強的活動，其思維過程是形象思維和抽象思維綜合作用的結(jié)果。目前計算機輔助設(shè)計（CAD）主要解決了在計算和繪圖等設(shè)計后續(xù)階段對設(shè)計者的支持。而對于極富創(chuàng)造性的早期方案設(shè)計階段的計算機支持至今沒有取得實質(zhì)性的進展。即使是智能CAD系統(tǒng)，所采用的方法的理論基礎(chǔ)仍是基于傳統(tǒng)的人工智能的知識表示與推理方法，即邏輯思維為基礎(chǔ)，其中多以知識工程和專家系統(tǒng)的方法實現(xiàn)。這種CAD與AI的簡單組合，沒有也不可能從真正意義上實現(xiàn)方案設(shè)計自動化。創(chuàng)造性如何在方案設(shè)計過程中體現(xiàn)一直是困擾設(shè)計理論研究工作者的棘手問題，也一直沒有很好地解決，本文將就這一問題作一探討。
1機械方案設(shè)計的一般過程
一般認為，方案設(shè)計階段主要有兩個任務(wù)：首先是建立技術(shù)系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)。然后通過選擇相應(yīng)于功能結(jié)構(gòu)中的每個功能的功能載體，并組合這些被選擇的功能載體形成整個技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計方案。
通用設(shè)計理論認為，方案設(shè)計過程可表述為兩個映射過程（圖1）：即用戶需求域到功能域的映射以及功能域到結(jié)構(gòu)域的映射。由需求域到功能域的映射過程最能體現(xiàn)設(shè)計者的創(chuàng)造能力，這一過程涉及到對設(shè)計思維規(guī)律以及創(chuàng)造性機理認識水平，涉及到自然語言到專業(yè)技術(shù)語言的轉(zhuǎn)化。盡管有些學(xué)者提出通過對設(shè)計要求進行層次分解來建立功能結(jié)構(gòu)圖的討論，但一般還要通過人工干預(yù)進行。從功能到結(jié)構(gòu)的映射，實際上是功能結(jié)構(gòu)圖中的每一個分功能與能實現(xiàn)該分功能的結(jié)構(gòu)進行匹配，一般情況下，總體功能往往包含著許多分功能。而每一功能可以由不同的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，因此存在組合、協(xié)調(diào)和評價篩選的問題。具體的機械方案設(shè)計過程如圖2所示。
圖2所示的機械方案設(shè)計過程還可通過數(shù)學(xué)形式進行描述。設(shè)總體功能為U，它可分解為一些子功能，分解過程可形式化為：
U＝（U1，U2，…Um）（1）
即總體功能是有m個子功能UI（I＝1，2，…m）組成的。
任何一個子功能UI（I＝1，2，…，m）對應(yīng)著能夠完成該分功能的子結(jié)構(gòu)的集合TI，即
TI＝（tI1，tI2，…，tin）（I＝1，2，…，m）（2）
式中tij（j＝1，2，…，n）對應(yīng)于能完成子功能UI的所有子結(jié)構(gòu)，n為完成該子功能的子結(jié)構(gòu)總數(shù)。如果用UI定義行，tij為元素構(gòu)成矩陣，即得到功能與結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的“功能—結(jié)構(gòu)技術(shù)矩陣”：
（3）
當(dāng)然能夠?qū)崿F(xiàn)各子功能的子結(jié)構(gòu)數(shù)并不相等，可以將能夠?qū)崿F(xiàn)某一子功能的最多子結(jié)構(gòu)數(shù)定為n，少于這個數(shù)的子功能元素項用零表示。圖2所描述的機械方設(shè)計的一般過程，看起來很簡單，但計算機實現(xiàn)有許多問題需要解決。如總功能如何分解為子功能、功能如何表達（因為從不同的角度提出的功能表達詞匯是不相同的）以及如何有效根據(jù)功能索引子結(jié)構(gòu)等問題有待進一步探討和研究。
2基于機構(gòu)結(jié)構(gòu)類型變異綜合方法
自60年代圖論理論首次被應(yīng)用于機構(gòu)設(shè)計以來，它在機構(gòu)分析與綜合方面的應(yīng)用得到深入的研究。在圖論中，封閉的圖代表機構(gòu)，頂點代表連桿，邊代表運動副。圖可以用矩陣（如鄰接矩陣和關(guān)聯(lián)矩陣）表示、分析和計算。1979年，F(xiàn)reudenstein和Maki提出“功能與結(jié)構(gòu)分離”的方法用于機構(gòu)綜合，隨后許多學(xué)者對這一方法進行研究和深化。該方法包括如下幾個環(huán)節(jié)：
2．1根據(jù)用戶的需求，提出機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計任務(wù)與技術(shù)要求：
（1）拓撲結(jié)構(gòu)要求
如運動性質(zhì)（平面運動或空間運動）、基本回路數(shù)（或獨立環(huán)數(shù)目）、運動副類型及數(shù)目、構(gòu)件類型及數(shù)目、主動副類型及其位置以及機架的構(gòu)件類型及其位置；
（2）功能性要求
如輸出構(gòu)件數(shù)目及其位置、每一輸出構(gòu)件的任務(wù)（如軌跡生成、函數(shù)生成、導(dǎo)引以及其它要求、滿足對預(yù)定的速度及加速度要求、滿足對機構(gòu)整體的動力學(xué)性能要求；
（3）約束條件
如運動精度、結(jié)構(gòu)緊湊性、剛度、機械效益、軸銷作用反力以及制造、裝配、成本等方面的約束。
2．2結(jié)構(gòu)類型綜合
通過結(jié)構(gòu)類型綜合列出滿足設(shè)計任務(wù)要求的全部結(jié)構(gòu)類型并以適當(dāng)形式表示。
2．3優(yōu)選結(jié)構(gòu)類型
根據(jù)功能要求和約束條件，篩選出好的結(jié)構(gòu)類型。
該方法目前研究局限在平面連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型綜合，且一般集中在運動鏈同構(gòu)識別、自由度識別方法以及平面運動鏈自動生成等理論方法研究階段。盡管有一些應(yīng)用的研究報道，但都是針對簡單機構(gòu)（如變沖程發(fā)動機活塞機構(gòu)、車門開啟機構(gòu)等）通過人工方式實現(xiàn)。計算機實現(xiàn)還有一些關(guān)鍵技術(shù)沒有很有效的方法，如運動鏈同構(gòu)識別問題，主動副位置確定、機架位置的確定、桿組的自動劃分以及對運動鏈進行評價篩選等問題。
3集成功能推理及結(jié)構(gòu)推理的方案創(chuàng)新設(shè)計過程模型
如果用人工智能語言描述，在上述第1小節(jié)中討論的機械方案設(shè)計的一般過程是基于功能推理方式，而第2小節(jié)中所討論的機構(gòu)結(jié)構(gòu)類型變異綜合方法是基于結(jié)構(gòu)推理方式。這兩種方式有其內(nèi)在的聯(lián)系，如何將這兩種方式有機地聯(lián)系在一起對于機械方案創(chuàng)新設(shè)計是一件很有意義的工作。功能推理主要解決功能到結(jié)構(gòu)之間的映射，通過結(jié)構(gòu)部件組合途徑形成機械方案。而結(jié)構(gòu)推理是從結(jié)構(gòu)部件的拓撲結(jié)構(gòu)上通過機構(gòu)演繹（機架變換，主動件位置變換以及運動副類型變換）途徑對機構(gòu)進行變異創(chuàng)新，盡管目前結(jié)構(gòu)推理局限在平面連桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)類型綜合，但通過本文的研究，該方法可以擴展到一般剛體機械方案創(chuàng)新設(shè)計。有鑒于此，作者提出如圖3所示的集成功能推理和結(jié)構(gòu)推理的機械方案創(chuàng)新設(shè)計過程模型。
該設(shè)計過程模型由以下主要步驟組成：
Step1：功能結(jié)構(gòu)圖的建立。根據(jù)設(shè)計要求，建立功能結(jié)構(gòu)圖。
Step2：根據(jù)建立的功能結(jié)構(gòu)圖，尋找滿足各子功能要求的功能載體并組合成為原始機械方案。
Step3：將原始機械方案進行抽象化為表達機械方案連接信息的運動鏈表示。并記錄原始方案一些約束信息，如自由度數(shù)、桿數(shù)、原動件必須是幾副桿、輸出構(gòu)件是否必須與機架相連等等。
Step4：運動鏈發(fā)散。列舉所有與抽象化表示的運動鏈具有相同自由度、桿副類型以及桿數(shù)的非同構(gòu)運動鏈，并進行篩選。
Step5：機械方案元型集的生成。對篩選的運動鏈進行機架識別、原動件識別、桿組識別，形成用連桿和轉(zhuǎn)動副表達的機械方案元型。
Step6：候選方案集的生成。將以上生成的機械方案元型通過類型替代，形成候選方案集。
Step7：方案的評價決策。得到最優(yōu)方案。
Step8：方案的尺度綜合。
4機械方案創(chuàng)新設(shè)計智能支持系統(tǒng)
根據(jù)以上的過程模型，我們開發(fā)了機械方案創(chuàng)新設(shè)計智能支持系統(tǒng)MCIDISS。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。該系統(tǒng)由五大模塊組成：
（1）基于實例功能推理的原始機械方案生成模塊：該模塊采用兩級實例推理的模型，完成從設(shè)計任務(wù)到功能結(jié)構(gòu)圖的建立以及裝置提取與組合協(xié)調(diào)設(shè)計生成原始機械方案的
任務(wù)。
（2）基于結(jié)構(gòu)推理的方案設(shè)計創(chuàng)新模塊：該模塊在上面模塊產(chǎn)生的原始機械方案的基礎(chǔ)上，通過抽象化表示，將原始機械方案表達為一般化運動鏈，從機械方案拓撲聯(lián)接上進行變異創(chuàng)新。
（3）評價決策模塊：該模塊主要任務(wù)是對各階段的設(shè)計解進行評價決策。系統(tǒng)主要采用模糊綜合評價決策方法。
（4）機構(gòu)尺度綜合模塊：該模塊主要任務(wù)是對組成機械方案的機構(gòu)參數(shù)進行綜合，以便從尺度上論證方案的可行性。
（5）運動分析及仿真模塊：該模塊是在完成機構(gòu)尺度綜合后，對其進行運動分析和仿真，以便使設(shè)計者對所設(shè)計的方案有一個清晰直觀的認識。
首先，設(shè)計時間一般為集中1-2周，對于一些基礎(chǔ)較差，平時又未受過相關(guān)訓(xùn)練的學(xué)生而言，就不一定能收到預(yù)想的效果。其次，設(shè)計題目一般由老師給定，學(xué)生只要按要求完成設(shè)計圖紙和設(shè)計說明書即可，基本上沒有自由發(fā)揮的余地，因此制約了學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)揮，不利于學(xué)生個性的發(fā)展。第三，受設(shè)計題目模式以及教師所掌握資料的限制，設(shè)計過程經(jīng)常是簡單的模仿和重復(fù)，扼殺了學(xué)生強烈的興趣和積極的投入，不利于激發(fā)學(xué)生興趣。第四，對設(shè)計結(jié)果考核形式有固定模式，使得學(xué)生只能按固定的思維模式去機械的完成設(shè)計要求，不敢也不能大膽創(chuàng)新，因而限制了學(xué)生創(chuàng)新思維，不利于日新月的當(dāng)今社會對多層次，創(chuàng)造性人才的需求。因此，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)的大前提下，機械原理課程設(shè)計從形式到內(nèi)容以及設(shè)計結(jié)果等全過程的改進和更新勢在必行。
2.教學(xué)改革措施
2.1設(shè)計時間及設(shè)計過程的開放
課堂設(shè)計時間不應(yīng)拘泥于預(yù)先設(shè)定的固定不變的程式。預(yù)設(shè)的設(shè)計時間不應(yīng)該成為課堂設(shè)計的“緊箍咒”。在機械原理課程開始課程設(shè)計即宣布開始，課堂設(shè)計貫穿于理論教學(xué)全過程。設(shè)計過程隨著教學(xué)過程由淺入深。先以單元小題目的形式給出設(shè)計題目，然后再綜合各部分小題目給出適合實際要求的綜合性題目，是設(shè)計過程貫穿始終。具體做法：首先，改變以往學(xué)習(xí)過程中，單純的掌握課程內(nèi)容，并會做課上例題和課后習(xí)題的態(tài)度。而是要求對學(xué)過的知識會靈活運用，對課后習(xí)題的完成不拘泥于做出答案，而是能提出自己的見解或?qū)δ承╊}目提出應(yīng)用價值和創(chuàng)新思路，進行大膽的修改和試驗，提出個人見解，為機構(gòu)的設(shè)計與創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。其次，學(xué)會觀察生活，在生活中尋找與機械和機構(gòu)有關(guān)的實物，提出與所學(xué)內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)，并在日常學(xué)習(xí)中有意識地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。例如：機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析部分，要求學(xué)生對生活中常見的如折疊雨傘、健身器材等機構(gòu)在穩(wěn)定性、安全性，或趣味性、實用性等進行分析，發(fā)現(xiàn)其存在的問題，并提出改進意見，給出新機構(gòu)運動簡圖，并要求對所設(shè)計機構(gòu)作出簡單的模型。學(xué)生通過此次練習(xí)，找到了學(xué)習(xí)的樂趣，明確了學(xué)習(xí)本課程的方向，提高了創(chuàng)新意識，同時對本單元課程內(nèi)容有了較深入的理解，可謂一舉多得。最后，根據(jù)各部分內(nèi)容的大量積累，提出能體現(xiàn)本課程主要知識點，并綜合運用基本理論、基礎(chǔ)知識和基本技能的課程設(shè)計題目意向，并完成基本設(shè)計內(nèi)容。理論課結(jié)束時課程設(shè)計的主要設(shè)計已完成，最后集中1周時間完成必要的圖紙和說明書，或取消集中設(shè)計時間，而是將設(shè)計時間分散于教學(xué)過程中。
2.2設(shè)計題目及設(shè)計結(jié)果的改革
設(shè)計題目不再由教師統(tǒng)一給定，要盡可能啟發(fā)學(xué)生自己選題，誘發(fā)更多的創(chuàng)新和創(chuàng)造靈感，發(fā)現(xiàn)更多更好的選題。首先，根據(jù)教學(xué)過程學(xué)生對各部分內(nèi)容提出的問題、改進意見或創(chuàng)新思路，要求每人或分小組討論決定設(shè)計題目初稿。選題時，學(xué)生應(yīng)量力而行，從小處做起，盡可能來自實際，貼近生活；然后，將設(shè)計題目初稿交課程設(shè)計指導(dǎo)老師，教師引導(dǎo)學(xué)生擴展思路，注意對選題的把關(guān)；另外，選題還應(yīng)循序漸進，處理好繼承和創(chuàng)新的關(guān)系，由學(xué)生自己選擇，師生共同探討，最后確定。設(shè)計結(jié)果應(yīng)打破固定模式，不再只是要求做出圖紙和說明書，而是可以以多種形式提交。如：設(shè)計論文，模型，分析報告等。對學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計結(jié)果，期望值不宜過高，要允許失敗和反復(fù)，不能求全責(zé)備。
2.3考核方式的改革
考核是指評價學(xué)習(xí)成就、學(xué)習(xí)效果的測驗，即對學(xué)生達到教育目標(biāo)程度的測驗。因此對學(xué)生課程設(shè)計的考核方式只是通過圖紙和說明書以及答辯情況進行評價，則被動地跟隨教師、循規(guī)蹈矩的學(xué)生可望獲得優(yōu)秀，而來自畢業(yè)生工作單位的信息表明，學(xué)校里的尖子生未必全是實際工作中的佼佼者。為給學(xué)生充足的自由和空間，成績不僅包括必要的設(shè)計結(jié)果，還要從以下幾個方面考慮：（1）設(shè)計題目選擇的實用性，綜合性；根據(jù)選題的難易程度，應(yīng)用型指標(biāo)，給出設(shè)計基本分，總分60分；（2）在設(shè)計過程中對不同問題的理解、綜合、應(yīng)用能力；根據(jù)設(shè)計過程的各項能力綜合，給出相應(yīng)的加分，總分20分；（3）能否有自己的見解或提出應(yīng)用價值和創(chuàng)新思路。根據(jù)設(shè)計論點給出創(chuàng)新加分，總分10分；（4）根據(jù)完成結(jié)果給出綜合分，總分10分。最后綜合前邊各項分值，給出總評成績。例如：某學(xué)生設(shè)計題目選擇一般，給出基本分40分；設(shè)計過程理解、綜合能力較強，加18分；有創(chuàng)新點8分；完成設(shè)計內(nèi)容結(jié)果但創(chuàng)新設(shè)計結(jié)果有不足，8分；則總分74分。若設(shè)計題目難度較高，給55分，其它相同，則總分89分。若難度較高而無創(chuàng)新點則創(chuàng)新項會扣掉8分，則總分81分。綜合考慮，在課程設(shè)計中評“優(yōu)秀”者，有自己獨到的見解和創(chuàng)新點是必要條件，而創(chuàng)新過程允許出現(xiàn)不足。
3.結(jié)語
機械設(shè)計具有自身的程序，圖1為設(shè)計的基本程序。圖1機械設(shè)計的基本程序目前，機械設(shè)計教學(xué)中主要存在以下問題。
1.1教學(xué)內(nèi)容過于防范
目前，機械設(shè)計這門課程包含的內(nèi)容較多，有機械原理和機械設(shè)計。機械設(shè)計包括材料、力學(xué)、熱處理、機械原理、公差與配合、機械零件、機械CAD等內(nèi)容，所涉及的知識層面較廣，教學(xué)內(nèi)容較散，且與其他課程有著很多重復(fù)，如機械設(shè)計學(xué)科中有一項螺紋連接的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容?？梢?，教學(xué)范圍與機械設(shè)計這門學(xué)科的學(xué)習(xí)原則不相符合。又如，減速器的類型、樣式和設(shè)計參數(shù)要求，和機械制圖中的減速器設(shè)計相關(guān)知識存在較高重復(fù)率，不僅在學(xué)科的學(xué)習(xí)層次上造成混亂，還浪費了學(xué)生的學(xué)習(xí)精力。
1.2與時俱進能力不強
機械設(shè)計這門學(xué)科的實用性較強，同時其教學(xué)內(nèi)容隨著科技的不斷發(fā)展而不斷變化。所以，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容如果不進行更新，很難滿足現(xiàn)代社會的需求。現(xiàn)代機械設(shè)計教學(xué)應(yīng)當(dāng)滿足工程性和技術(shù)性需求，同時也應(yīng)當(dāng)具備系統(tǒng)性。因此，現(xiàn)代機械設(shè)計學(xué)科緊隨時代的變化而改變，將傳統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)進行時代元素的融入。如今，很多相關(guān)院校對機械設(shè)計教學(xué)中的設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備強度和運動學(xué)等技術(shù)的教學(xué)比較注重，教學(xué)力度也較大，使能源問題、環(huán)境問題的教學(xué)很少涉及。尤其是安全、人機關(guān)系、美學(xué)等社會因素和價值工程、周期費用分析等經(jīng)濟因素，導(dǎo)致機械設(shè)計教學(xué)無法滿足現(xiàn)代人們的生產(chǎn)需求。
1.3教學(xué)方式落后
很多相關(guān)院校對機械設(shè)計的教學(xué)仍然采用講學(xué)通用的原則，對于教學(xué)中的重點知識，讓學(xué)生采取理論知識記憶的灌輸性傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法，而對這門學(xué)科的實際應(yīng)用教學(xué)涉及較少，僅僅加深了學(xué)生的相關(guān)知識或原理的理解。同時，缺乏案例式教學(xué)、現(xiàn)場教學(xué)以及討論啟發(fā)式教學(xué)，在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中沒有充足的時間進行自主探索，嚴重阻礙學(xué)生對知識的理解與掌握，同時一定程度上阻礙了學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際工程問題能力的發(fā)展。因此，應(yīng)當(dāng)對機械設(shè)計教學(xué)體系進行創(chuàng)新。
2創(chuàng)新機械設(shè)計教學(xué)體系措施
2.1調(diào)整教學(xué)內(nèi)容
機械設(shè)計的學(xué)科教學(xué)內(nèi)容應(yīng)從實際出發(fā)，注重教學(xué)的整體性、實踐性以及創(chuàng)新性。如今，很多學(xué)生對于機械設(shè)計的基礎(chǔ)知識掌握不明確。所以，機械設(shè)計教學(xué)中應(yīng)當(dāng)遵循適度夠用的理論知識學(xué)習(xí)原則，可采取重點學(xué)習(xí)、部分理解等方式。首先，教學(xué)內(nèi)容要清晰精簡，要精簡機械設(shè)計這門課程的教學(xué)內(nèi)容，避免學(xué)生在相關(guān)知識的學(xué)習(xí)中產(chǎn)生知識重復(fù)。同時，在學(xué)生的實際應(yīng)用教學(xué)中，如實驗、實習(xí)、課程設(shè)計、社會調(diào)查、畢業(yè)論文以及課外科技活動等注重實踐運用的教學(xué)環(huán)節(jié)，不但要適度融入相關(guān)基礎(chǔ)知識，還要增加其課程。其次，要注重知識的整合。在機械設(shè)計的實際教學(xué)中，將其中關(guān)聯(lián)性與聯(lián)系性較大的知識急性整合學(xué)習(xí)。最后，在機械設(shè)計的教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)注重知識點的增設(shè)。不僅要注重知識的重點性，還要考慮知識的完整性，可以增設(shè)以電、液為動力的機構(gòu)組合，結(jié)合實際的典型機械等新內(nèi)容，使學(xué)生全面認識現(xiàn)代機械，以適當(dāng)前生產(chǎn)實際需要，方便計算機輔助設(shè)計的應(yīng)用和推廣。
2.2加強學(xué)生能力培養(yǎng)
機械設(shè)計是一門極具實踐性的課程，過程中應(yīng)當(dāng)注重學(xué)生設(shè)計技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以培養(yǎng)學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力為主要教學(xué)目的，同時注重學(xué)生工程意識、工程實踐能力、創(chuàng)新意識以及社會實踐能力的培養(yǎng)。實際教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)徹底摒棄傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)模式，在講解相關(guān)理論知識或原理時，注重培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)結(jié)論的能力。同時，在相關(guān)知識或原理的講解時，融入其在實踐中的應(yīng)用，堅持產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，體現(xiàn)機械設(shè)計教學(xué)的基礎(chǔ)性、系統(tǒng)性、實踐性以及現(xiàn)代性。
2.3創(chuàng)新教學(xué)方法
目前，相關(guān)院校的招生多是面向全國，導(dǎo)致各種學(xué)生的機械設(shè)計學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不一。因此，要不斷創(chuàng)新如今的機械設(shè)計教學(xué)。教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)加強直觀教學(xué)，在學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)理論知識或原理的同時，讓學(xué)生接觸各類種機械、機構(gòu)、零件、部件、圖紙，提高學(xué)生相關(guān)知識或原理的實踐性。同時，教師也可以利用多媒體、電子教案、CAI課件以及錄像等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)，借助計算機和互聯(lián)網(wǎng)，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)和仿真軟件系統(tǒng)，開展機械設(shè)計的現(xiàn)代化、立體式教學(xué)。此外，教師在機械設(shè)計的實際教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)盡量減少相關(guān)知識或原理的理論推導(dǎo)，運用例證講清思路，加深學(xué)生對相關(guān)理論知識或原理理解，提高課堂教學(xué)效率。
2.4增加教學(xué)實踐
機械設(shè)計是一門較注重實踐運用的學(xué)科，教學(xué)時教師不能僅僅注重學(xué)生的知識學(xué)習(xí)，要更加重視學(xué)生的知識運用，如繪制機構(gòu)運動簡圖。圖2為機構(gòu)簡圖的繪制步驟。以四桿機構(gòu)為例，結(jié)合日常見到的篩東西、磨豆腐等，布置設(shè)計任務(wù)。在四桿機構(gòu)的講解過程中，不斷提醒雙曲柄機構(gòu)、曲柄搖桿、雙搖桿機構(gòu)分別有什么運動特性，能轉(zhuǎn)化為什么樣的運動形式，現(xiàn)實生活中有哪些物品用到了這些機構(gòu)，不斷啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生思考設(shè)計任務(wù)。一個機器少不了動力，因此課程中增加電動機的選用環(huán)節(jié)。學(xué)生設(shè)定自己運動機構(gòu)的各種參數(shù)后，按部就班選用電動機，由此掌握效率等概念，并對整體的機器建立一個大概的認識。電動機選好后，考慮減速的問題。這時，可以引進齒輪機構(gòu)（包括蝸輪蝸桿）、帶傳動、鏈傳動。齒輪機構(gòu)重點講傳動比的分配、計算及選用，對于漸開線的形成等和現(xiàn)場應(yīng)用聯(lián)系不密切的內(nèi)容可忽略不講。帶傳動、鏈傳動重點講傳動特點和應(yīng)用。此外，學(xué)習(xí)過程中要加入查手冊選材料環(huán)節(jié)，把時間用到應(yīng)用實踐上。
3結(jié)語
目前，我國機械設(shè)計教學(xué)體系仍然存在教學(xué)內(nèi)容過于龐雜、無法適應(yīng)時代的快速發(fā)展以及教學(xué)方式過于陳舊和落后等問題。因此，在機械設(shè)計實際教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，加強學(xué)生能力培養(yǎng)，同時不斷創(chuàng)新教學(xué)方法，以期為國家培養(yǎng)更多機械設(shè)計創(chuàng)新性人才。
作者:李愛軍 徐紅芹 王紅梅 單位:山東理工大學(xué)機械學(xué)院
參考文獻
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