機(jī)械原理知識總結(jié)范文

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篇1

【關(guān)鍵詞】：新技術(shù)、電渣壓力焊、直螺紋、靜力拉伸試驗。

中圖分類號：TU392.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、前言

近年來，隨著建筑新技術(shù)、新材料、新工藝的大量推廣應(yīng)用，粗直徑鋼筋連接技術(shù)特到了迅猛發(fā)展，其中尤以鋼筋電渣壓力焊連接技術(shù)、直螺紋連接技術(shù)的應(yīng)用最為普遍。以江蘇通州二建建設(shè)工程公司承建的北京萬科星園9號樓為例，該工程位于北京市朝陽區(qū)北五環(huán)，建筑面積1.8萬平方米，地上22層，地下2層，框架剪力墻結(jié)構(gòu)， 抗震等級均為二級。該工程基礎(chǔ)底板鋼筋、框架梁縱筋均采用“直螺紋”機(jī)械連接，框架柱縱筋、電梯井筒和剪力墻內(nèi)暗柱縱筋均采用“電渣壓力焊”法連接，其余鋼筋則采用綁扎搭接。

鋼筋電渣壓力焊連接技術(shù)、直螺紋連接技術(shù)在該工程的成功應(yīng)用表明，新型鋼筋機(jī)械連接技術(shù)因其操作簡單，質(zhì)量穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)受力合理，既保證了工程質(zhì)量，又提高了勞動效率，因此具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，值得大力推廣。但也有個別工程在應(yīng)用上述新型鋼筋機(jī)械連接技術(shù)的過程中，因技術(shù)要領(lǐng)控制不當(dāng)，造成鋼筋現(xiàn)場抽檢時靜力拉伸試驗不合格，從而造成返工。這樣既浪費(fèi)了寶貴的施工時間，延緩了工程進(jìn)度，又浪費(fèi)了施工資源，可謂“得不償失”。本文將從工藝流程、技術(shù)要領(lǐng)的控制方面著手，研究分析上述兩種鋼筋機(jī)械連接施工時應(yīng)注意的問題。

二、鋼筋直螺紋機(jī)械連接施工

（一）、直螺紋連接工作原理

將兩根待接鋼筋利用專用滾絲機(jī)滾絲，形成直螺紋絲頭，通過直螺紋連接套把兩根帶絲頭的鋼筋用扳手?jǐn)Q緊，利用絲間機(jī)械的咬合形成整體。

鋼筋直螺紋連接示意圖

（二）、設(shè)備選用

鋼筋“滾軋直螺紋”機(jī)械連接技術(shù)選用的設(shè)備為GGZ-40型鋼筋直螺紋滾軋機(jī)、管鉗板手及其它輔助工具等，其中鋼筋直螺紋滾軋機(jī)的額定電壓為380V。

（三）、材質(zhì)要求

鋼筋滾軋直螺紋連接套筒須有產(chǎn)品合格證、明顯的規(guī)格標(biāo)志及等級標(biāo)志。該工程所用連接套筒的規(guī)格主要有Φ22、Φ25、Φ28三種，力學(xué)性能均為A級，其接頭的抗拉強(qiáng)度須達(dá)到或超過鋼筋母材抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，并應(yīng)具備高延性及反復(fù)拉壓性能。

（四）、施工方法

1、現(xiàn)場準(zhǔn)備、人員準(zhǔn)備

為確保鋼筋螺紋絲頭的加工質(zhì)量，凡從事鋼筋滾軋直螺紋加工工作的人員必須經(jīng)過專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，經(jīng)考核合格后持證上崗。班組成員應(yīng)相對固定；

根據(jù)現(xiàn)場特點(diǎn)，本工程鋼筋滾軋直螺紋等強(qiáng)連接的端頭螺紋均在場外預(yù)制，現(xiàn)場連接安裝。所有鋼筋絲頭的加工均在鋼筋加工場地完成。

GGZ-40型鋼筋直螺紋滾軋機(jī)應(yīng)與放置在支架上待加工的鋼筋中心線保持在同一直線，且標(biāo)高一致。

人員配置情況：每臺·班配操作工人3-4人，其中滾軋直螺紋絲頭1人，絲頭質(zhì)檢、蓋保護(hù)帽及搬運(yùn)2-3人。

2、工藝流程

鋼筋下料滾絲上塑料保護(hù)套擰連接套筒（與下端鋼筋連接）擰緊連接套筒（與上根鋼筋連接）質(zhì)量檢驗綁扎鋼筋骨架。

鋼筋下料不得用電焊、氣割等加熱方法切斷，可用砂輪切割機(jī)切斷。要求鋼筋切割端面垂直于鋼筋軸線，否則應(yīng)調(diào)整機(jī)器，直至符合要求。鋼筋端頭不準(zhǔn)撓曲，不得有馬蹄形。

鋼筋滾絲在GGZ-40型鋼筋直螺紋滾軋機(jī)上進(jìn)行。鋼筋滾絲時必須使用水溶性切削冷卻液，不準(zhǔn)使用油性切割液或機(jī)油液，不準(zhǔn)不加液直接滾絲。每臺鋼筋直螺紋滾軋機(jī)每班可加工400-600個絲頭。鋼筋滾絲時，直螺紋滾軋機(jī)上的滾絲器應(yīng)與鋼筋規(guī)格調(diào)整一致。標(biāo)準(zhǔn)型鋼筋絲頭的螺紋加工長度為：鋼筋規(guī)格：Φ22、Φ25、Φ28，絲頭長度分別為31mm、33mm、36mm。

鋼筋絲頭加工完畢，應(yīng)立即蓋上塑料保護(hù)帽或擰上連接套筒，防止裝卸鋼筋時損壞絲頭，影響連接質(zhì)量。

滾軋直螺紋鋼筋機(jī)械連接技術(shù)現(xiàn)場質(zhì)量控制的核心是絲頭的加工質(zhì)量，因此必須認(rèn)真、仔細(xì)地檢驗。絲頭檢驗的要素包括：a、外觀及外形質(zhì)量檢驗，包括：鋼筋絲頭螺紋應(yīng)飽滿，螺紋大徑低于螺紋中徑的不完整扣，累計長度不得超過3個螺紋周長，鋼筋絲頭長度誤差為2P（P為螺距）；b、螺紋尺寸檢驗：用專用檢驗環(huán)規(guī)，當(dāng)鋼筋絲頭插入時，鋼筋端面在環(huán)規(guī)缺口范圍內(nèi)，即為合格。

加工的絲頭應(yīng)逐個自檢，出現(xiàn)不合格絲時應(yīng)切去重新加工；

自檢合格的絲頭，應(yīng)由質(zhì)檢員隨機(jī)抽樣進(jìn)行檢驗，以一個工作班加工的絲頭為一個驗收批，隨機(jī)抽檢10%。當(dāng)合格率小于95%時，應(yīng)加倍抽檢，復(fù)檢合格率仍小于95%時，應(yīng)對全部絲頭逐個檢驗。

連接前的準(zhǔn)備：鋼筋連接之前，先回收絲頭上的塑料保護(hù)帽和套管端頭的塑料密封蓋，并檢查鋼筋規(guī)格是否和連接套筒一致，檢查螺紋絲扣是否完好無損、清潔。如發(fā)現(xiàn)雜物或銹蝕要用鐵刷清理干凈。

標(biāo)準(zhǔn)型接頭的連接：把裝好連接套筒的鋼筋擰到被連接鋼筋上，然后用管形板手?jǐn)Q緊鋼筋，使兩根鋼筋對頂緊，套筒兩端外露的絲扣不超過兩個完整扣，連接即完成。隨后畫上標(biāo)志，便于質(zhì)檢人員抽檢、記錄。

接頭檢驗：接頭連接完成后，由質(zhì)檢人員分批檢驗。檢驗方式為：目測。接頭兩端外露螺紋長度相等，且不超過兩個完整絲扣。

3、施工現(xiàn)場連接接頭質(zhì)量檢驗

按《鋼筋機(jī)械連接通用技術(shù)規(guī)程》（JGJ107-96）的要求，在正式加工連接前，每種規(guī)格的鋼筋先做一組（3根）試件，待做靜力拉伸試驗合格后方可大量加工連接。

現(xiàn)場檢驗前，滾軋直螺紋鋼筋連接技術(shù)的提供單位應(yīng)向使用單位提供有效的型式檢驗報告。

在支模前，質(zhì)檢員按規(guī)定的抽檢數(shù)量進(jìn)行檢驗。要求鋼筋連接質(zhì)量100%合格。鋼筋接頭的絲扣外露部分不得超過兩個完整絲扣。

鋼筋連接接頭的現(xiàn)場檢驗按驗收批進(jìn)行。同一施工條件下采用同一批材料的同等級同型式同規(guī)格接頭，以500個為一個驗收批進(jìn)行檢驗和驗收，不足500個時也作為一個驗收批。對每一驗收批接頭，必須在工程結(jié)構(gòu)中隨機(jī)截取3個試件進(jìn)行試驗，并按要求做單向拉伸強(qiáng)度試驗。當(dāng)每個試件單向拉伸強(qiáng)度試驗均符合要求時，該驗收批評為合格；如有一個試件的強(qiáng)度不合格，應(yīng)再截取6個試件進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢中有一個試件試驗結(jié)果不合格，則該驗收批評為不合格。

施工現(xiàn)場連續(xù)檢驗10個驗收批，當(dāng)全部單向拉伸試件均一次性抽檢合格時，驗收批接頭數(shù)量可擴(kuò)大到1000個。

（五）、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸、儲存要求

鋼筋直螺紋連接套筒應(yīng)在保護(hù)塞上標(biāo)明規(guī)格標(biāo)志。

連接套筒出廠前應(yīng)成箱包裝，包裝箱外應(yīng)標(biāo)明產(chǎn)品名稱、規(guī)格、數(shù)量、生產(chǎn)廠家。

包裝箱內(nèi)必須附有產(chǎn)品合格證，其內(nèi)容包括：型號、適用鋼筋品種、檢驗日期、質(zhì)量合格簽章及廠名、廠址、聯(lián)系電話等。

套筒在運(yùn)輸過程中應(yīng)妥善保管，避免雨淋、沾污、遭受機(jī)械損傷。

鋼筋絲頭檢驗合格后應(yīng)套上塑料保護(hù)帽，按規(guī)格分類堆放整齊；

雨季或長期堆放情況下，應(yīng)對鋼筋絲頭采取防銹措施；

鋼筋絲頭在運(yùn)輸過程中應(yīng)妥善保護(hù)，避免雨淋、沾污、遭受機(jī)械損傷。

（六）、安全技術(shù)措施

如在高空進(jìn)行鋼筋機(jī)械連接作業(yè)，必須遵守國家現(xiàn)行《建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范》JGJ80的規(guī)定。

電纜、電線應(yīng)防止負(fù)重拖拉、彎折和尖利物體的刻劃。

操作機(jī)械時嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行。

三、鋼筋電渣壓力焊施工

鋼筋電渣壓力焊是利用電流通過渣池產(chǎn)生的電阻熱將鋼筋端部熔化，然后施加壓力使鋼筋焊合。該焊接方法比鋼筋電弧焊容易掌握、工效高、成本低、工作條件好！現(xiàn)場的部分框架柱和暗柱鋼筋采用此法接長。

該工程鋼筋電渣壓力焊采用電弧引燃法施工。

（一）、施工方法

鋼筋電渣壓力焊施焊前，先平整鋼筋端面，將鋼筋端部120mm范圍內(nèi)的鐵銹、雜質(zhì)刷凈，將待接長鋼筋安放在專用夾具鉗口內(nèi)夾緊，并使兩根鋼筋的軸線在同一直線上。鋼筋一經(jīng)夾緊，不得晃動。

引弧采用直接引弧法。

引弧后，先進(jìn)行電弧過程，然后加快上鋼筋下送速度，使鋼筋端面與液態(tài)渣池接觸，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娫^程，最后在斷電的同時，迅速下壓上鋼筋，擠出熔化金屬和熔渣。

接頭焊接完畢，應(yīng)停歇后方可回收焊劑和卸下焊接夾具，并敲去渣殼；四周焊包應(yīng)均勻，凸出鋼筋表面的距離應(yīng)大于等于4mm。

電渣壓力焊的焊接參數(shù)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定；

注：當(dāng)不同直徑鋼筋焊接時，應(yīng)按較小直徑鋼筋選擇參數(shù)，焊接通電時間可適當(dāng)延長。

在焊接生產(chǎn)過程中，焊工應(yīng)進(jìn)行自檢，當(dāng)發(fā)現(xiàn)偏心、彎折、燒傷等焊接缺陷時，應(yīng)按下表查找原因和采取措施，及時清除并糾正：鋼筋焊接應(yīng)注意的安全問題：鋼筋焊接必須注意安全，嚴(yán)格按安全技術(shù)要求操作。要對電源進(jìn)行維護(hù)，嚴(yán)禁鋼筋接觸電源。焊機(jī)必須接地，焊接導(dǎo)線及鉗口接線處，都必須可靠絕緣。變壓器和焊機(jī)都不準(zhǔn)超負(fù)荷使用。必須重視焊接現(xiàn)場的消防工作。要注意操作人員的勞動保護(hù)，謹(jǐn)防觸電，并保護(hù)好眼睛。

（二）、鋼筋電渣壓力焊接頭的質(zhì)量檢查與驗收

電渣壓力焊接頭應(yīng)逐個進(jìn)行外觀檢查。當(dāng)進(jìn)行力學(xué)性能試驗時，應(yīng)從每批接頭中隨機(jī)切取3個試件做拉伸試驗，且應(yīng)按下列規(guī)定抽取試件：在現(xiàn)澆鋼筋混凝土多層建筑中，應(yīng)以每一樓層或施工區(qū)段中300個同級別鋼筋接頭作為一批，不足300個接頭仍作為一批。

電渣壓力焊接頭外觀檢查結(jié)果應(yīng)符合下列要求：

四周焊包凸出鋼筋表面的高度應(yīng)大于等于4mm；

鋼筋與電極接觸處，應(yīng)無燒傷缺陷；

接頭處的彎折角不得大于4度（即：自接頭處向上1m范圍內(nèi)的偏差不應(yīng)大于7mm）；

接頭處的軸線偏移不得大于鋼筋直徑的0.1倍，且不得大于2mm；

外觀檢查不合格的接頭應(yīng)切除重焊，或采取補(bǔ)強(qiáng)焊接措施（如幫條焊）。

電渣壓力焊接頭拉伸試驗結(jié)果，3個試件的抗拉強(qiáng)度均不得低于該級別的鋼筋規(guī)定的抗拉強(qiáng)度。

當(dāng)試驗結(jié)果中有一個試件的抗拉強(qiáng)度低于規(guī)定值，應(yīng)再取6個試件進(jìn)行復(fù)驗。復(fù)試結(jié)果，當(dāng)仍有一個試件的抗拉強(qiáng)度低于規(guī)定值，確認(rèn)該批接頭不合格！

四、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

該工程采用電渣壓力焊連接的鋼筋總量為260.1t，若改為傳統(tǒng)的綁扎搭接法連接，須增加鋼筋用量約18.5t，由此節(jié)省了工程費(fèi)用5.5萬元；采用直螺紋機(jī)械連接的鋼筋總量為258.1t，與采用綁扎搭接法相比，可節(jié)約鋼材18.5t，節(jié)省費(fèi)用5.5萬元。而電渣壓力焊和直螺紋機(jī)械連接的接頭費(fèi)用（材料費(fèi)）合計為6.3萬元，由此節(jié)約資金：5.5+5.5-6.3＝4.7萬元。

五、新技術(shù)應(yīng)用體會

（一）、滿足了結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用功能的要求。

按照常規(guī)綁扎或搭接焊的方法，鋼筋受力不在同一軸向，會產(chǎn)生小偏心受拉或者受壓，使得結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，影響結(jié)構(gòu)安全。采用上述連接方法，所有接頭均是軸向?qū)?，受力情況較好，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。抽檢表明，本工程直螺紋機(jī)械連接和電渣壓力焊連接接頭的合格率為100%。

（二）、提高了工效，便于施工操作。

鋼筋直螺紋機(jī)械連接，可以預(yù)先完成一半作業(yè)（加工、套絲），另一半作業(yè)（連接）在操作面上完成。這樣，便于流水施工，使得連接速度加快。而電渣壓力焊連接可直接在現(xiàn)場完成施焊作業(yè)。

（三）‘綜合經(jīng)濟(jì)效益較好。

采用上述方法進(jìn)行鋼筋連接，可以充分滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，具有穩(wěn)定、可靠的施工質(zhì)量，工期也有所縮短。與采用綁扎搭接法相比，上述連接方法共節(jié)省造價4.7萬元。

篇2

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計 教學(xué)體系 創(chuàng)新

機(jī)械設(shè)計是機(jī)械類專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，能夠培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力。因此，應(yīng)當(dāng)加大機(jī)械設(shè)計教學(xué)體系的創(chuàng)新力度，培養(yǎng)學(xué)生具有分析、解決工程問題，設(shè)計、創(chuàng)造新的機(jī)械裝備的能力，為國家培養(yǎng)更多機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新性人才。

一、目前機(jī)械設(shè)計教學(xué)體系存在問題

目前機(jī)械設(shè)計教學(xué)體系主要出在以下幾方面問題：①教學(xué)內(nèi)容過于龐雜。目前，機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計是解析設(shè)計教學(xué)的課程內(nèi)容，同時機(jī)械設(shè)計也包括材料、力學(xué)、熱處理、機(jī)械原理、公差與配合、機(jī)械零件、機(jī)械CAD等內(nèi)容，所涉及到的知識面相對較廣，同時教學(xué)內(nèi)容也相對零碎，且與其他課程存在較多交叉重復(fù)，例如機(jī)械設(shè)計教學(xué)中的螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接等相關(guān)教學(xué)內(nèi)容明顯與少而精的教學(xué)原則相悖。如減速器的類型、樣式和設(shè)計參數(shù)要求和機(jī)械制圖中的減速器設(shè)計相關(guān)知識存在著較高的重復(fù)率，既失去了機(jī)械設(shè)計的學(xué)科特點(diǎn)，同時又浪費(fèi)了教學(xué)時間。②無法適應(yīng)時代的快速發(fā)展。目前，很多院校的機(jī)械設(shè)計教材存在著內(nèi)容龐雜、理念陳舊、脫離工程實踐、跟不上時展以及深度不足等問題?，F(xiàn)代機(jī)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。社會性以及經(jīng)濟(jì)性，并能夠隨著社會的發(fā)展，提出更多滿足實際生產(chǎn)需要的新設(shè)計理論和設(shè)計方法。目前，很多院校的機(jī)械設(shè)計教學(xué)對設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)備的強(qiáng)度和運(yùn)動學(xué)更新等相關(guān)技術(shù)內(nèi)容較為注重，在一定程度上忽視了能源、環(huán)境方面知識在教學(xué)中的滲入以及安全、人機(jī)關(guān)系、美學(xué)等社會因素和價值工程、周期費(fèi)用分析等經(jīng)濟(jì)因素，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計理論教學(xué)與實踐之間出現(xiàn)嚴(yán)重的脫節(jié)。③教學(xué)方式過于陳舊、落后。一些院校在教學(xué)過程中在機(jī)械設(shè)計教學(xué)中仍然采用教師將書本知識和相關(guān)原理一講到底，學(xué)生對知識死記硬背的傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)方式，并未在實際教學(xué)中輔以相關(guān)知識或原理的掛圖來進(jìn)行補(bǔ)充講解，以加深學(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)，也并未留給學(xué)生進(jìn)行問題獨(dú)立分析和思考的時間，在一定程度上影響學(xué)生對課堂相關(guān)知識或原理的理解和掌握，同時在一定程度上還阻礙了學(xué)生運(yùn)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(jī)械設(shè)計教學(xué)體系進(jìn)行創(chuàng)新。

二、創(chuàng)新機(jī)械設(shè)計教學(xué)體系措施

（一）調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

院校開展的機(jī)械設(shè)計各項教學(xué)內(nèi)容都應(yīng)當(dāng)緊貼實際，注重整體性、實踐性以及創(chuàng)新性。目前，很多院校的機(jī)械設(shè)計新生缺乏機(jī)械方面相關(guān)基礎(chǔ)知識，因此，機(jī)械設(shè)計在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，堅持適度、夠用的教學(xué)原則，避繁就簡、突出重點(diǎn)、深入淺出。一方面，應(yīng)當(dāng)做到精簡，對機(jī)械設(shè)計教學(xué)的傳統(tǒng)性、敘述性內(nèi)容進(jìn)行壓縮，盡量減少機(jī)械設(shè)計教學(xué)中相關(guān)理論知識的重復(fù)，同時在相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)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教學(xué)環(huán)節(jié)，融入機(jī)械教學(xué)相關(guān)理論知識。另一方面注重知識的整合。在機(jī)械設(shè)計的實際教學(xué)中，可以將理論力學(xué)、材料力學(xué)與機(jī)械零件的相關(guān)知識點(diǎn)進(jìn)行整合。此外，在機(jī)械設(shè)計的教學(xué)過程中還應(yīng)當(dāng)注重知識點(diǎn)的增設(shè)。在充分考慮知識點(diǎn)的系統(tǒng)性和完整性時，可以增設(shè)以電、液為動力的機(jī)構(gòu)組合，結(jié)合實際的典型機(jī)械等新內(nèi)容，使學(xué)生全面認(rèn)識現(xiàn)代機(jī)械，以適當(dāng)前生產(chǎn)實際需要，方便計算機(jī)輔助設(shè)計的應(yīng)用和推廣。

（二）加強(qiáng)學(xué)生能力培養(yǎng)

機(jī)械設(shè)計是一門極具實踐性的課程，在進(jìn)行過程中應(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)生的技術(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)。在實際教學(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)合的方向，體現(xiàn)機(jī)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。

（三）創(chuàng)新教學(xué)方法

目前，大多數(shù)院校都是面向全國招生，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計學(xué)生的相關(guān)實際機(jī)械知識參差不齊。因此，在機(jī)械設(shè)計的實際教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)注重教學(xué)方法的創(chuàng)新。教學(xué)在教學(xué)過程中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)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(jī)械、機(jī)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)，并借助計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)和仿真軟件系統(tǒng)，來開展機(jī)械設(shè)計的現(xiàn)代化、立體式教學(xué)。此外，教師在機(jī)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到，同時運(yùn)用例證來講清思路，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。

結(jié)束語

目前，我國機(jī)械設(shè)計教學(xué)體系仍然存在著教學(xué)內(nèi)容過于龐雜、無法適應(yīng)時代的快速發(fā)以及教學(xué)方式過于陳舊和落后等問題，因此，在機(jī)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(qiáng)學(xué)生能力培養(yǎng)，同時不斷創(chuàng)新教學(xué)方法，為國家培養(yǎng)更多機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新性人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]韋林，陳勇棠，劉馳等.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計能力培養(yǎng)的探索與實踐[J].機(jī)械職業(yè)教育，2009，（10）：13-14，28.

[2]徐廣紅，劉靜，付群峰等.基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)械設(shè)計類課程教學(xué)體系改革與實踐[J].江西理工大學(xué)學(xué)報，2009，30（2）：61-63.

[3]付曉莉，張偉杰，車江寧等.機(jī)械設(shè)計實驗教學(xué)體系的創(chuàng)新與實踐[J].實驗室科學(xué)，2009，（4）：20-22.

篇3

[關(guān)鍵詞]實踐創(chuàng)新;機(jī)械原理;教學(xué)方法

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）11-0111-03

機(jī)械原理是一門介紹機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)和一般工作條件下常用參數(shù)范圍內(nèi)的通用零部件設(shè)計的基本知識、基本理論和基本方法的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是機(jī)械類及相關(guān)工程類專業(yè)的必修課程。在機(jī)械原理這門課程中，學(xué)生要掌握“三大機(jī)構(gòu)”和“三大分析”?！叭蠓治觥奔礄C(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析和機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析的基本知識;“三大機(jī)構(gòu)”即連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計與綜合。機(jī)械原理課程的培養(yǎng)目標(biāo)是使學(xué)生具有創(chuàng)新機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案的設(shè)計能力，即針對不同的設(shè)計任務(wù)，綜合運(yùn)用多學(xué)科的相關(guān)知識，提出多種機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案，并進(jìn)行綜合評價確定最優(yōu)方案。因此，它又是一門多學(xué)科、實踐性很強(qiáng)的學(xué)科。[1]

一、機(jī)械原理教學(xué)中存在的問題

當(dāng)今世界，科技發(fā)展日新月異，技術(shù)快速發(fā)展，而我們的教材一直是經(jīng)典教材，課程的內(nèi)容跟不上科學(xué)研究的發(fā)展，也跟不上技術(shù)的實際應(yīng)用，甚至存在有些知識點(diǎn)是實際應(yīng)用中多年棄之不用的技術(shù)等問題。結(jié)合這幾年授課經(jīng)驗，筆者發(fā)現(xiàn)，機(jī)械原理教學(xué)中存在如下幾點(diǎn)不足：

第一，缺少實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，缺少學(xué)生創(chuàng)造性思維能力和實際設(shè)計能力的培養(yǎng)。

第二，重理論知識系統(tǒng)性而輕工程應(yīng)用背景的介紹。如連桿機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)動副（鉸鏈），學(xué)生從書本上見到的只是桿是直線和鉸鏈?zhǔn)菆A組成的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，對于現(xiàn)實生活的機(jī)械產(chǎn)品難有較好的感性認(rèn)識。特別是在大四做畢業(yè)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，構(gòu)件與構(gòu)件之間的實際的鉸鏈的裝配關(guān)系容易出錯。

第三，缺少對機(jī)械設(shè)計新技術(shù)、新發(fā)展和新成果介紹，以及機(jī)構(gòu)解析法設(shè)計的內(nèi)容。

第四，與其他課程聯(lián)系少，往往是就機(jī)構(gòu)分析而機(jī)構(gòu)分析，可通過設(shè)立綜合性強(qiáng)的課題，將機(jī)械原理與工程力學(xué)、機(jī)械設(shè)計結(jié)合進(jìn)行綜合性設(shè)計，或結(jié)合設(shè)計比賽進(jìn)行串接。

第五，在實踐環(huán)節(jié)，每年都做同一個題目“減速器的課程設(shè)計”，只是每個學(xué)生的數(shù)據(jù)不同而已，沒有體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教育理念，使得該環(huán)節(jié)程序化，制約了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

以上問題的存在，使得本來是創(chuàng)新性強(qiáng)、思維發(fā)散靈活、創(chuàng)作激情澎湃的機(jī)械原理教學(xué)，有可能變成理論實際脫節(jié)、教學(xué)過程枯燥、學(xué)習(xí)目標(biāo)盲目、學(xué)習(xí)激情減退、教學(xué)質(zhì)量下降的灌輸式教學(xué)。[1]

二、要善于提出問題，引導(dǎo)學(xué)生主動思考

在教學(xué)過程中，需要將學(xué)生的地位至于教學(xué)的核心。讓學(xué)生參與到教學(xué)活動里，在進(jìn)行教學(xué)之前可以設(shè)置多重問題，讓學(xué)生在問題的引導(dǎo)下層層深入，自主進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的興趣和效率。

機(jī)構(gòu)自由度計算是機(jī)械原理教學(xué)中的重點(diǎn)內(nèi)容之一，教師要做到深入淺出地講授構(gòu)件和運(yùn)動副產(chǎn)生約束作用，由此自然給出平面機(jī)構(gòu)自由度計算公式。不僅加入了理論知識，還使用一些簡短視頻和動態(tài)圖，讓學(xué)生了解各個運(yùn)動副之間的關(guān)系，便于理解和識別復(fù)合鉸鏈、虛約束等特殊情況。增加一些趣味性和實際生活中常見并且熟悉的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，或者對看起來復(fù)雜的機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡化。引領(lǐng)學(xué)生在計算自由度的時候建立對機(jī)械原理的最初理解以及興趣。鼓勵學(xué)生將學(xué)到的機(jī)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)用。建立簡化機(jī)構(gòu)和對機(jī)構(gòu)原動件到從動件進(jìn)行順序分析的解題思路。提出機(jī)構(gòu)，讓學(xué)生自由分析和進(jìn)行計算，再進(jìn)行講解。培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力。

齒輪機(jī)構(gòu)在各種機(jī)器中應(yīng)用廣泛，在講授這部分知識時，利用在實驗室不同類型齒輪機(jī)構(gòu)的模型和視頻、聯(lián)系實際進(jìn)行理論知識的講解，可以加強(qiáng)學(xué)生知識的理解。首先要建立對一般齒輪類型的認(rèn)知。了解齒輪傳動在實際應(yīng)用中的重要性，再提取最普通的直齒圓柱齒輪進(jìn)行分析?？梢宰寣W(xué)生自己探索分度圓，齒根圓，模數(shù)等的意義。通過對齒廓的研究了解漸開線各個參數(shù)的意義，了解為什么漸開線是最常用的齒廓，從而了解漸開線的優(yōu)點(diǎn)。再通過實際嚙合狀態(tài)，提出嚙合相關(guān)的問題，包括嚙合規(guī)律、傳動比、重合度等疑問。在研究斜齒輪、蝸輪蝸桿傳動時，讓學(xué)生類比齒輪的公式，進(jìn)行公式的推斷，從而了解其與漸開線直齒圓柱齒輪的異同。通過讓學(xué)生研究對不同齒輪加工方法的異同，了解齒輪的加工過程。按照從實際到理論，從設(shè)計到制造的順序，提出不同階段的問題，引領(lǐng)學(xué)生建立系統(tǒng)的齒輪方面的知識。了解不同階段不同的公式以及公式的來源。[2]

三、注重實踐創(chuàng)新

我校教師帶領(lǐng)學(xué)生連續(xù)參加第四、五、六、七屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽（慧魚組）。2014年我校學(xué)子一舉斬獲一等獎，不僅取得了我校在此項賽事中的最好成績，還實現(xiàn)了我校在該賽事一等獎獎項的零的突破，為學(xué)校贏得了榮譽(yù)。還帶領(lǐng)學(xué)生參加了江蘇省第五屆機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽暨第六屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽獲省二等獎，不僅要求學(xué)生設(shè)計出作品，并且要做出實物，進(jìn)行現(xiàn)場模擬。據(jù)悉，全省獨(dú)立學(xué)院獲得的最高獎項為二等獎，且只有三項，我校即占其中之一。今年我們爭取再接再厲取得好名次。

第七屆（2016年）全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計大賽的主題為“服務(wù)社會――高效、便利、個性化”;內(nèi)容為“錢幣的分類、清點(diǎn)、整理機(jī)械裝置;不同材質(zhì)、形狀和尺寸商品的包裝機(jī)械裝置;商品載運(yùn)及助力機(jī)械裝置”。我們選擇關(guān)于錢幣的分類、清點(diǎn)、整理機(jī)械裝置的設(shè)計。

在當(dāng)今的社會生活中，人們越發(fā)注重綠色出行，因此公交車出行越來越成為人們優(yōu)先選擇的公共交通設(shè)備。然而，現(xiàn)如今公交車上錢幣分類主要依靠人工或者簡易的投幣裝置，這樣的方式成本高并且效率低下。這都預(yù)示著新型的多功能投幣機(jī)械將會被人們廣泛使用，其需求量將會越來越大。作品一設(shè)計的是新型公交車投幣箱。利用簡單的滑道及杠桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行紙幣及硬幣的分離，再以簡單的滑道機(jī)置對不同面值的硬幣進(jìn)行分類，如圖1所示。由兩個滑道構(gòu)成主要結(jié)構(gòu)，上面一個滑道兩點(diǎn)固定，主要是給硬幣和紙幣一個下落的初速度，下面的滑道是一個杠桿結(jié)構(gòu)，硬幣的質(zhì)量完全可以壓下杠桿落入硬幣箱，人們把硬幣從投幣口投入，經(jīng)過一系列物理反應(yīng)，達(dá)到分離的目的。此結(jié)構(gòu)簡單，不需要能源輸入，只需要小小的改動就能更便利。主要創(chuàng)新點(diǎn)：1.沒有科幻元素，處處體現(xiàn)實用化。簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)容易制造，并且出現(xiàn)故障容易修理。2.無須通電和供能，因此投幣機(jī)十分安全并且節(jié)能、受到的使用限制也會大大縮小。3.設(shè)計制造成本低，可批量生產(chǎn)，便于推廣。此設(shè)計不僅功能齊全、可靠性高，并且機(jī)械裝置簡單，大大降低了公交公司的生產(chǎn)成本，價格的低廉也將會贏得廣泛的客戶群。由于成本低，可以批量生產(chǎn)，具有廣泛的市場性和實用性。

作品二是根據(jù)公交車上的投幣特點(diǎn)（需要人們一個一個投）設(shè)計了該產(chǎn)品，如圖2所示。我們根據(jù)硬幣的直徑不同，給它們在軌道上安排了不同的出幣口，使得不同面額的硬幣進(jìn)入不同的空間內(nèi)。由于目前我國新版人民幣有三種圓形硬幣，其直徑依次為：一元硬幣25mm、5角硬幣22.5mm、1角硬幣20.5mm。所以我們將第一個出口處的擋板與軌道的間距設(shè)置為21mm（先將一角錢分出），將第二個出口處的間距設(shè)置為23mm（再將五角錢分離），最后的出口的間距設(shè)置為26mm。這樣，不同的硬幣就會不同的出口處落出，原理如圖3所示。我們在每一個出幣口搭建了一個容器，使它的開口直徑不超過它所盛裝的硬幣的直徑（裝一元的容器直徑為40mm，五角的為40mm，一角的為30mm）的兩倍;我們又測量出每一種硬幣的厚度（一元為1.85mm，五角為1.65mm，一角為1.67mm），然后根據(jù)計算，在容器外表面標(biāo)出刻度（不同的高度對應(yīng)不同的數(shù)量，如：在一元容器外，每隔18.5mm，畫一刻度線，標(biāo)出數(shù)字十;在五角容器外，每隔16.5mm，畫一刻度線，標(biāo)出數(shù)字十;在一角容器外，每隔16.7mm，畫一刻度線，標(biāo)出數(shù)字十）。主要創(chuàng)新點(diǎn)： 1.可進(jìn)行硬幣的分類。2.可計數(shù)根據(jù)測量硬幣堆積的厚度，從而計算出硬幣的數(shù)量。3.將軌道分段銜接。4.原理簡單，結(jié)構(gòu)簡單。5.系統(tǒng)還具備升級和擴(kuò)展的潛能。本作品結(jié)構(gòu)簡單，可后續(xù)添加其他功能，較好地滿足了硬幣發(fā)展的需求。

作品制作歷時四個月，經(jīng)過多次改造。從剛開始產(chǎn)品設(shè)計的構(gòu)思到最后整個作品的制作完成都充分發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)了學(xué)生綜合設(shè)計能力與團(tuán)隊協(xié)作能力，提高了學(xué)生針對實際需求進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新、設(shè)計、制作的實踐能力。[3]

四、總結(jié)

通過這次研究課題的實踐，不僅讓學(xué)生學(xué)到了許多了專業(yè)知識，而且培養(yǎng)了其解決問題的能力。其次，團(tuán)隊管理也是很重要的，一個團(tuán)隊核心就是通過合作去開展工作，這樣才能發(fā)揮最大的效益。合作就需要良好的管理，對于不同的問題需要設(shè)立討論小組，對問題進(jìn)行研究，集眾人之力去解決問題。最后筆者認(rèn)為，本次研究關(guān)鍵就是不斷反思問題，從反思中取得突破。研究是個連續(xù)的過程，在每個階段發(fā)現(xiàn)問題才能確定接下來工作的方向，這樣不斷進(jìn)行反思總結(jié)，才能取得突破，取得最后的勝利。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 孫亮波.在機(jī)械原理教學(xué)中引入機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計項目的研究與實踐[J].機(jī)械，2010（12）：21-23，33.

[2] 殷勇輝，高志，章蘭珠.提高機(jī)械原理課程教學(xué)質(zhì)量的思考與實踐[J].中國大學(xué)教學(xué)，2014（6）：57-59.

篇4

關(guān)鍵詞：機(jī)械原理；系統(tǒng)化；多樣化創(chuàng)新性設(shè)計；實踐性

作者簡介：張莉潔（1976-），女，河南洛陽人，洛陽理工學(xué)院機(jī)械工程系，講師。（河南 洛陽 471023）

中圖分類號：G642.0     文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A     文章編號：1007-0079（2014）14-0120-02

機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計是機(jī)械設(shè)計中極其重要的一環(huán)，機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的正確合理性，對提高機(jī)械的性能和質(zhì)量，降低制造成本與維護(hù)費(fèi)用等影響很大，決定著機(jī)器性能的好壞。機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計是一項極富創(chuàng)造性的活動，要求設(shè)計者善于運(yùn)用和總結(jié)已有知識和實踐經(jīng)驗，深入理解，廣泛積累，收集相關(guān)技術(shù)資料，充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維和想象能力，靈活運(yùn)用各種設(shè)計方法和技巧，從而設(shè)計出新穎、靈巧、高效的機(jī)械系統(tǒng)。

作為“機(jī)械原理”課程的一個重要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，機(jī)械原理課程設(shè)計的內(nèi)容正是對機(jī)器進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計。它是學(xué)生將所學(xué)知識轉(zhuǎn)化為實際工作能力的橋梁，使其將所學(xué)知識系統(tǒng)化；使理論與工程實際相結(jié)合，提高分析解決工程實際問題的能力，樹立機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計的概念，樹立正確的工程設(shè)計觀點(diǎn)；通過創(chuàng)造意識的教育，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造、實踐能力。根據(jù)近年來對課程設(shè)計實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的深入探索及積累的經(jīng)驗，本著洛陽理工學(xué)院提出的培養(yǎng)工程應(yīng)用型創(chuàng)新人才的教育理念，筆者總結(jié)了學(xué)生在進(jìn)行課程設(shè)計時出現(xiàn)的普遍問題，針對機(jī)械原理課程設(shè)計的培養(yǎng)目標(biāo)，本文從機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計過程的系統(tǒng)化、實踐性及創(chuàng)新性這三個方面對原有教學(xué)模式存在的問題加以提出、探討和論述。

一、機(jī)械原理課程設(shè)計教學(xué)內(nèi)容及存在的問題

“機(jī)械原理”課程設(shè)計的核心內(nèi)容是對機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計。其一般設(shè)計步驟為：擬定機(jī)械工作原理，制訂總體功能，提出設(shè)計要求；執(zhí)行構(gòu)件和原動機(jī)的運(yùn)動設(shè)計，確定執(zhí)行構(gòu)件的數(shù)目、運(yùn)動形式、運(yùn)動參數(shù)及運(yùn)動協(xié)調(diào)配合關(guān)系；機(jī)構(gòu)選型，選擇滿足機(jī)械運(yùn)動、動力要求的機(jī)構(gòu)類型，確定機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，繪制系統(tǒng)示意圖；機(jī)構(gòu)的尺寸綜合，根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件和原動機(jī)的運(yùn)動參數(shù)，以及各執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動的協(xié)調(diào)配合要求，確定各構(gòu)件的運(yùn)動尺寸，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；方案分析，進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，對系統(tǒng)方案合理性進(jìn)行論證，驗證其能否滿足運(yùn)動要求。機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計工作是一項創(chuàng)造性勞動，設(shè)計過程通常不會一次性完成，經(jīng)常出現(xiàn)反復(fù)和交叉，通過不斷論證分析的過程才能達(dá)到最終的設(shè)計目的和最優(yōu)的設(shè)計要求。

根據(jù)近年來“機(jī)械原理”課程的理論教學(xué)，結(jié)合課程設(shè)計實踐環(huán)節(jié)指導(dǎo)經(jīng)驗，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計中，普遍存在如下問題：面對復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，學(xué)生在初始確定機(jī)械方案的工作中不能把握全局，沒有“整體規(guī)劃”的概念，竟不考慮機(jī)械系統(tǒng)各部分的運(yùn)動協(xié)調(diào)性和機(jī)構(gòu)運(yùn)動實現(xiàn)的可行性，設(shè)計工作呈現(xiàn)照貓畫虎的狀況，無法發(fā)揮自身主觀能動性和創(chuàng)造能力，如此“參考設(shè)計”并不利于學(xué)生真正掌握機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的精髓。另外，原有課程設(shè)計所選設(shè)計題目大都集中于傳統(tǒng)、經(jīng)典式的機(jī)床類設(shè)計，題目過于單一，創(chuàng)新設(shè)計性體現(xiàn)不強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏設(shè)計興趣。

筆者認(rèn)為在課程設(shè)計過程中應(yīng)積極發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，能夠通過思考自行提出解決方案，培養(yǎng)創(chuàng)新和實踐能力，這才是該課程設(shè)計所應(yīng)達(dá)到的教學(xué)目的，針對以上培養(yǎng)目標(biāo)和所述問題，本文分別對課程設(shè)計進(jìn)行中的重要環(huán)節(jié)和應(yīng)注意的問題加以探討和論述。

二、系統(tǒng)化、實踐性及創(chuàng)新性教學(xué)探索

1.總體規(guī)劃，把握正確設(shè)計方向

機(jī)械系統(tǒng)的正常工作是依靠各部分機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)運(yùn)動來實現(xiàn)的，因此機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計的最初工作階段應(yīng)是“系統(tǒng)工程設(shè)計”，即應(yīng)在滿足機(jī)器各執(zhí)行構(gòu)件的協(xié)調(diào)運(yùn)動關(guān)系和運(yùn)動、動力要求下，高屋建瓴地進(jìn)行整體規(guī)劃，該階段應(yīng)包括上節(jié)所述設(shè)計步驟的前三步。“系統(tǒng)工程設(shè)計”階段將為之后各設(shè)計階段提供設(shè)計目標(biāo)、依據(jù)和技術(shù)參數(shù)，其重要性正如房屋的架構(gòu)或是汽車的運(yùn)行，決定了機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計工作成功與否及方案的可實現(xiàn)性與合理性。

然而，“系統(tǒng)工程設(shè)計”工作正是學(xué)生在設(shè)計過程中遇到的最大困難，其不愿運(yùn)用邏輯思維統(tǒng)籌分析各部分運(yùn)動協(xié)調(diào)關(guān)系和機(jī)構(gòu)運(yùn)動的合理性，而是莽撞地從熟知的局部機(jī)構(gòu)入手開始設(shè)計，如此毫無方向性的設(shè)計方法無異于盲人摸象，而后的工作無論進(jìn)行得多細(xì)致也無法保證正確的設(shè)計結(jié)果，最終導(dǎo)致南轅北轍的失敗。

進(jìn)行“系統(tǒng)工程設(shè)計”的關(guān)鍵步驟是繪制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動工作循環(huán)圖。運(yùn)動工作循環(huán)圖使各執(zhí)行部分協(xié)調(diào)運(yùn)動關(guān)系明晰可見，更有助于設(shè)計者理清思路。最清楚的繪制方法是在直角坐標(biāo)系中分別做出各執(zhí)行構(gòu)件所對應(yīng)原動件在一個工作循環(huán)內(nèi)的運(yùn)動位移曲線以及對應(yīng)的阻力曲線，該曲線將為之后的機(jī)構(gòu)設(shè)計、運(yùn)動和受力分析提供必要的設(shè)計技術(shù)參數(shù)。

以牛頭刨床機(jī)構(gòu)舉例分析，該機(jī)器有兩個相互協(xié)調(diào)的執(zhí)行端運(yùn)動，其一為刨頭的往復(fù)直線運(yùn)動，通過電機(jī)、減速裝置及轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的組合執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)；另一個運(yùn)動是工作臺的橫向進(jìn)給運(yùn)動，該運(yùn)動由主運(yùn)動通過傳動系統(tǒng)，而后通過曲柄連桿、棘輪機(jī)構(gòu)及絲杠螺母組成的螺旋運(yùn)動來實現(xiàn)，兩者的運(yùn)動協(xié)調(diào)關(guān)系為工作臺的橫向進(jìn)給運(yùn)動必須在刨頭非切削時間內(nèi)進(jìn)行，否則被加工工件將被損壞。繪制運(yùn)動循環(huán)圖時應(yīng)分別畫出刨頭、工作臺對應(yīng)于原動件曲柄轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動一周的位移曲線圖。另外，其工作中切削阻力曲線也應(yīng)相應(yīng)繪出，為之后在任意位置進(jìn)行受力分析時提供相應(yīng)數(shù)據(jù)。

運(yùn)動循環(huán)圖將對之后各階段提出一系列設(shè)計要求，如工作臺進(jìn)給的間歇運(yùn)動是最終通過棘輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的。若通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)主動曲柄和棘輪的運(yùn)動傳遞，則應(yīng)考慮如何設(shè)計曲柄連桿機(jī)構(gòu)，才能保證棘輪的工作行程（撥齒使工作臺進(jìn)給）位于刨頭主運(yùn)動的回程段，且工作周期一致。以上運(yùn)動協(xié)調(diào)性為之后進(jìn)行機(jī)構(gòu)尺寸綜合提出了設(shè)計要求，通過分析可將其轉(zhuǎn)化為機(jī)構(gòu)設(shè)計的三大類基本問題來解決。

2.開展實踐調(diào)查研究，鍛煉自主研究能力

由于理論學(xué)習(xí)占授課的主要部分，許多學(xué)生對實際機(jī)器缺乏感性認(rèn)識，只會按既定方案進(jìn)行教條設(shè)計，如此閉門造車的設(shè)計狀態(tài)使學(xué)生缺乏設(shè)計興趣，且設(shè)計出來的方案也是紙上談兵，不符合實際。

優(yōu)秀的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計工作依賴于設(shè)計者的豐富經(jīng)驗，針對專業(yè)知識匱乏，實踐少的問題，在進(jìn)行課程設(shè)計前的準(zhǔn)備工作中應(yīng)提出以下要求：開展實踐調(diào)查研究，鍛煉學(xué)生自主收集獲取相關(guān)技術(shù)資料及深入自主研究的能力。鼓勵學(xué)生廣泛閱讀，擴(kuò)展知識面，了解最先進(jìn)的機(jī)械構(gòu)造和設(shè)計技術(shù)，對機(jī)械系統(tǒng)的豐富性能窺得一斑。生活中先進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)實例舉不勝舉，如汽車構(gòu)造中實現(xiàn)前車輪轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu)、四連桿獨(dú)立懸架直線機(jī)構(gòu)等等，都是極具創(chuàng)意且包含先進(jìn)設(shè)計思想理念的設(shè)計實例。

獲得實踐的方式很多，如實地參觀考察，聽現(xiàn)場工人師傅講解；圖書館、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)資源也能夠感受到一個豐富精彩的機(jī)械世界。通過實踐，再與所學(xué)理論知識相結(jié)合，學(xué)生再一次經(jīng)過了由感性上升到理性的認(rèn)識過程，掌握了課本知識與實際機(jī)器的內(nèi)在聯(lián)系，在設(shè)計時更易發(fā)揮其主觀能動性。在補(bǔ)充專業(yè)知識的過程中，領(lǐng)略前輩們的智慧和創(chuàng)新精神，想必也一定會激發(fā)學(xué)生自主設(shè)計的欲望與熱情。

3.擬定多樣化、創(chuàng)新型設(shè)計題目，啟發(fā)創(chuàng)新思維

目前現(xiàn)有傳統(tǒng)的經(jīng)典式機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計題目通常是一些僅要求滿足急回特性和一定協(xié)調(diào)運(yùn)動的機(jī)床類設(shè)計，這類設(shè)計題目多數(shù)較為成熟，設(shè)計難度不小，而類型過于單一，創(chuàng)意思考空間并不大，無法體現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)的豐富性。而實際機(jī)械系統(tǒng)的功能和設(shè)計要求是極其多樣化的，學(xué)生在進(jìn)行課程設(shè)計中卻始終沒有機(jī)會接觸到這些，無法感受到機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計的豐富多樣性和創(chuàng)新趣味性，更無法為學(xué)生帶來創(chuàng)新設(shè)計成功后的成就感和喜悅感，更甚者學(xué)生直接照搬照抄，比葫蘆畫瓢。

筆者認(rèn)為，針對初學(xué)的學(xué)生擬定機(jī)械系統(tǒng)題目不宜太過復(fù)雜，而在于有思考性和設(shè)計意義。只要有創(chuàng)新和分析價值，能激發(fā)起學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的欲望，這樣的題目即可獲得事半功倍的效果。隨著不斷完善的教學(xué)體系發(fā)展，多樣化、創(chuàng)新性設(shè)計題目應(yīng)有所呈現(xiàn)，而這些題目能使學(xué)生充分利用所學(xué)之術(shù)，鍛煉分析判斷能力和解決實際問題的能力。

舉例來說，機(jī)械系統(tǒng)中執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常是由一些簡單而極富創(chuàng)意設(shè)計的四連桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的，如從這方面選題，就應(yīng)要求學(xué)生在完成設(shè)計的過程中要使設(shè)計既不過分復(fù)雜，同時又能讓人感受到機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計理念。在此舉出以下實例加以說明。

如讓學(xué)生進(jìn)行汽車前車輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計。首先向?qū)W生提出以下問題：兩前輪轉(zhuǎn)向時，兩車輪的轉(zhuǎn)角是否相等；然后分析問題：汽車高速行駛時首先要保證行駛的安全性，因此車輪轉(zhuǎn)向時應(yīng)保證整車純滾動，否則將會出現(xiàn)打滑的危險。由此得到結(jié)論：前車輪兩軸線必然與后車輪軸線交于一點(diǎn)，由幾何分析得到兩車輪轉(zhuǎn)角具有一定的函數(shù)關(guān)系。該機(jī)構(gòu)可由等腰梯形四連桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，其設(shè)計問題可歸納為給定兩連架桿位置的函數(shù)生成問題。該問題可分別采用圖解法和解析法來進(jìn)行求解。

再有，鶴式起重機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，其末端利用連桿的運(yùn)動來實現(xiàn)重物的移動。問題看似簡單，但其設(shè)計卻有一定的特殊功能要求。為保證起重機(jī)在左右移動時不上下起伏，避免不必要的做功浪費(fèi)，應(yīng)保證連桿末端軌跡為直線，該問題正歸納為連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的難點(diǎn)――軌跡生成問題。設(shè)計時可首先讓學(xué)生了解經(jīng)典的直線軌跡機(jī)構(gòu)，可采用圖解法先進(jìn)行幾何特征分析，然后再利用優(yōu)化設(shè)計來建立數(shù)學(xué)模型，以與直線軌跡誤差最小作為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行針對性設(shè)計。

通過以上所舉實例可知，實際機(jī)械系統(tǒng)中有很多亟待解決和優(yōu)化的問題都依賴于機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計。諸如此類具有一定不確定性的設(shè)計問題，讓學(xué)生真正感受和接觸到實際問題的存在，即使在設(shè)計過程中的思考和思維過程很艱難，解決問題時會感到困苦，但收獲成果的喜悅是無法替代的。整個設(shè)計過程是伴隨著激情和設(shè)計靈感的創(chuàng)造性活動，而不再是一項繁瑣枯燥的事情，使機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計理念深入人心。

三、總結(jié)

綜上所述，通過創(chuàng)新性、實踐性的課程設(shè)計過程，使學(xué)生對機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計理念有所感悟，使學(xué)生更好地在創(chuàng)造實踐能力和分析思維方面得到大幅度的鍛煉，真正達(dá)“機(jī)械原理”課程設(shè)計實踐教學(xué)的目的。同時，也對學(xué)生今后進(jìn)一步深入研究并確定其研究方向和領(lǐng)域大有裨益，起著導(dǎo)向作用。期待在今后的機(jī)械原理課程設(shè)計中將出現(xiàn)更多豐富的創(chuàng)新實踐性題目和先進(jìn)的設(shè)計理念，培養(yǎng)出優(yōu)秀的應(yīng)用型創(chuàng)新人才，以適應(yīng)我國科學(xué)技術(shù)及工程創(chuàng)新的發(fā)展。

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篇5

0 引言

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計是一個極其重要而又困難的實踐性較強(qiáng)的研究課題。目前創(chuàng)新設(shè)計方法研究雖然已取得一些成果，但創(chuàng)新學(xué)還處于發(fā)展初期，各種不同理論及工具不斷涌現(xiàn)，遠(yuǎn)沒有形成普遍可以接受的統(tǒng)一的理論體系。

本文認(rèn)為，要進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計要有兩個必要條件：一是充分獲取適用的知識；二是要使用符合創(chuàng)新設(shè)計思維并能激發(fā)創(chuàng)新思維的設(shè)計系統(tǒng)。設(shè)計過程充滿了矛盾，所獲取的知識應(yīng)有助于矛盾的迅速解決，這就要求知識獲取工具緊密集成到設(shè)計過程中，因此要統(tǒng)一研究知識獲取工具與設(shè)計系統(tǒng)。另外，人類的創(chuàng)新設(shè)計思維模式是在長期的成功設(shè)計經(jīng)驗中總結(jié)形成的，因此設(shè)計系統(tǒng)必需符合創(chuàng)新設(shè)計思維規(guī)律。創(chuàng)新設(shè)計思維規(guī)律應(yīng)作為算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。

基于上述考慮，本文從創(chuàng)新設(shè)計思維的研究出發(fā)，融合知識獲取方法，研究創(chuàng)新設(shè)計理論，進(jìn)而開發(fā)機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)。

1 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計思維規(guī)律

我們常把思維的過程稱為“思路”，是因為可用路徑問題來說明人類思維過程。本文提出兩個機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計思維原則：

一是最短路徑原則。設(shè)計者得到產(chǎn)品的功能要求后，往往首先檢索出最佳設(shè)計實例，這樣可以最迅速接近目標(biāo)，然后運(yùn)用價值工程方法，找出價值較低的極少數(shù)組件作為研究對象，再分析所得對象存在的矛盾，嘗試作最小變動以解決矛盾，如矛盾沒有解決則擬作更大變動或擴(kuò)大研究對象范圍，最后得出最優(yōu)結(jié)果。通過這樣途徑所消耗的能量最少，體現(xiàn)了最短路徑原則。

二是相似性聯(lián)想。湯川秀樹的定同理論認(rèn)為，聯(lián)想能力就是找出事物彼此相似性的創(chuàng)造力，相似性是指事物間的內(nèi)在聯(lián)系。

要用計算機(jī)系統(tǒng)來輔助設(shè)計師從自然界中發(fā)現(xiàn)形態(tài)各異的事物的相似性是很困難的，因此本文只研究從機(jī)械產(chǎn)品實例中挖掘相似性，以促進(jìn)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計。

機(jī)械設(shè)計過程是從功能要求到作用原理，再到物理結(jié)構(gòu)的映射過程[1]。在CBR系統(tǒng)中，功能要求、作用原理與物理結(jié)構(gòu)可作為實例索引，因此可統(tǒng)稱它們?yōu)樗饕椖?。同一索引的不同類索引項目之間的聯(lián)想可稱為縱向聯(lián)想，而不同索引的同類索引的聯(lián)想可稱為橫向聯(lián)想。

判斷聯(lián)想是否合理的依據(jù)是相似性，相似性由已有產(chǎn)品實例確定。比如，“超聲波研磨機(jī)產(chǎn)品實例”使“超聲波振動”作用原理與“研磨”功能要求縱向地產(chǎn)生了內(nèi)在聯(lián)系；又如，多種產(chǎn)品實例可滿足同一功能要求，那么它們用于實現(xiàn)該功能的作用原理及物理結(jié)構(gòu)具有相似性。

功能要求是聯(lián)想的起點(diǎn)，經(jīng)驗豐富的設(shè)計師通常記憶有大量的設(shè)計實例，因而掌握縱向及橫向相似性，所以能迅速地進(jìn)行橫向及縱向的聯(lián)想，能觸類旁通，得出具有相似作用原理及物理結(jié)構(gòu)的實例（簡稱相似實例）并進(jìn)行組合優(yōu)化，最后得到最優(yōu)解。

這兩項原則已被多種設(shè)計方法不自覺地采用了，基于實例推理不但能迅速接近最優(yōu)解，體現(xiàn)最短路徑原則；物場分析法（簡稱TRIZ）分析了上百萬設(shè)計實例，確定功能要求與作用原理及物理載體的內(nèi)在聯(lián)系，以及不同作用原理或物理載體的可替代關(guān)系，使設(shè)計師可根據(jù)功能要求找到適當(dāng)?shù)淖饔迷砑拔锢磔d體，體現(xiàn)相似性聯(lián)想原則。

2 計算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)

兩項創(chuàng)新設(shè)計思維原則充分體現(xiàn)在計算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)計中，系統(tǒng)還利用了多種創(chuàng)新設(shè)計方法及人工智能技術(shù)。計算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)的流程如圖1所示，它包含如下關(guān)鍵技術(shù)：

2.1 實例檢索

利用基于實例推理（CBR）技術(shù)時首先要深入研究它的優(yōu)缺點(diǎn)。CBR是一種以實例為知識載體的知識供應(yīng)方法。當(dāng)前它仍有如下不足：首先，系統(tǒng)為了達(dá)到實用通常建立龐大的實例庫，這導(dǎo)致管理困難，系統(tǒng)運(yùn)行效率低；其次，通過檢索得到的只是一個或很少實例，而其它不符合檢索要求但含有適用知識的實例沒有利用，支持創(chuàng)新的力度不夠；最后，實例調(diào)整嚴(yán)重依賴領(lǐng)域知識，難度大，所以很多CBR系統(tǒng)簡化為實例檢索系統(tǒng)[2]。導(dǎo)致這三項缺點(diǎn)的深層原因是實例是獨(dú)立的，不同實例所蘊(yùn)含的知識難以組合利用。為了克服這個矛盾本文提出通過相似性聯(lián)想找出相似實例，并利用遺傳算法進(jìn)行組合優(yōu)化，實現(xiàn)實例知識的重用。

本系統(tǒng)的實例檢索功能用商品化PDM系統(tǒng)IMAN中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理功能及搜索功能來實現(xiàn)，實例的可視化表示與管理依靠IMAN的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹功能實現(xiàn)。

2.2可視化的實例模型表達(dá)及矛盾分析

概念設(shè)計技術(shù)的發(fā)展方向為研究一種統(tǒng)一的設(shè)計方案表達(dá)方法[3]。文獻(xiàn)[4]對日本學(xué)者吉川弘之提出的FBS圖進(jìn)行擴(kuò)充，使用兩個框架分別描述一個設(shè)計方案的功能層次與結(jié)構(gòu)層次，并存儲功能單元與結(jié)構(gòu)單元的對應(yīng)關(guān)系，使計算機(jī)理解產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及其功能。這種方法的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系不夠直觀，因此本系統(tǒng)在功能層次圖與結(jié)構(gòu)層次圖的基礎(chǔ)上增加功能關(guān)系圖，以語義網(wǎng)絡(luò)的方式描述結(jié)構(gòu)及之間的作用關(guān)系，使結(jié)構(gòu)與功能處于同一張圖中，設(shè)計者可直觀地理解產(chǎn)品原理，根據(jù)功能關(guān)系圖并運(yùn)用價值工程方法分析實例存在的矛盾。

實現(xiàn)創(chuàng)新的關(guān)鍵是正確分析產(chǎn)品中所存在的矛盾[5]。產(chǎn)品設(shè)計中的基本矛盾是產(chǎn)品功能成本比不能滿足用戶要求，它有兩種表現(xiàn)形式，一是未能實現(xiàn)某些產(chǎn)品功能質(zhì)量目標(biāo)；二是某些功能質(zhì)量得到改善而某些功能質(zhì)量卻惡化。

矛盾分析結(jié)果用于指導(dǎo)新作用原理、新物理結(jié)構(gòu)的聯(lián)想，進(jìn)而找出相似實例。

2.3基于WEB的創(chuàng)新設(shè)計知識庫

本系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計知識庫包括作用原理庫、物理結(jié)構(gòu)庫與實例庫。當(dāng)系統(tǒng)根據(jù)相似性搜索到新作用原理或物理結(jié)構(gòu)后，相應(yīng)的實例自動調(diào)出。

作用原理庫與物理結(jié)構(gòu)庫的開發(fā)借鑒了TRIZ的成果，再針對機(jī)械領(lǐng)域補(bǔ)充整理出二百四十余種作用原理（其中包括五十余種基本措施）。在每種作用原理下分別存儲多種物理結(jié)構(gòu)，形成物理結(jié)構(gòu)庫。實例庫主要針對幾種常見的家電產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。

創(chuàng)新設(shè)計知識庫是創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)的核心部件，它是一種WEB文本知識庫，文本經(jīng)過筆者開發(fā)的機(jī)械知識XML標(biāo)記處理，使知識庫建立在國際標(biāo)準(zhǔn)XML文本之上，因此可實現(xiàn)知識資源的異地共享，并且在此知識庫之上可建立基于WEB的機(jī)械產(chǎn)品計算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)，滿足異地協(xié)同設(shè)計的需要。

2.4相似性的量化方法及改進(jìn)的遺傳算法

每種產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不同，需要不定相同的遺傳算法編碼。本系統(tǒng)為了提高運(yùn)行效率，采用浮點(diǎn)數(shù)編碼方式。

在傳統(tǒng)的遺傳算法中，初始群體是通過用隨機(jī)的方法來產(chǎn)生的[6]，這具有一定的盲目性。因此本文提出利用實例的作用原理或物理結(jié)構(gòu)的相似性作為篩選實例產(chǎn)生初始群體的依據(jù)。

實現(xiàn)該途徑的關(guān)鍵在于相似性的量化也即相似度的計算方法。相似度實質(zhì)是實例的關(guān)聯(lián)知識，必須以一定的算法在實例集合中挖掘得到?？v向聯(lián)想的相似度實質(zhì)是功能目標(biāo)與實現(xiàn)手段的關(guān)系程度，橫向聯(lián)想的相似度實質(zhì)是實現(xiàn)手段的可替代關(guān)系程度。相似度越高意味著得到已有產(chǎn)品實例的更多支持。根據(jù)相似度來篩選初始群體就等于利用以前的設(shè)計經(jīng)歷，使初始群體的產(chǎn)生有合理的基礎(chǔ)，因此能加快遺傳算法的收斂。本文根據(jù)相似性聯(lián)想原理提出如下縱向及橫向聯(lián)想的相似度計算方法。

設(shè)產(chǎn)品實例集合為C，功能元素集合為F，作用原理或物理結(jié)構(gòu)元素集合為G。分別記為：C={Ci|i=1，2，…，n}; F={Fj|j=1，2，…，m}; G={Gk|k=1，2，…，q}。實例集合中的實例Ci以不同的隸屬度uij及uik分別隸屬于Fj及Gk。 設(shè)元素Gk到元素Fj的縱向聯(lián)想相似度為rkj，則：

rkj =

又設(shè)G空間中有元素Gk和Gm。實例Cji分別以隸屬度uik和uim隸屬于元素Gk和Gm，設(shè)從Gk到Gm的橫向聯(lián)想相似度為rkm，則：

rkm =

隸屬度作為實例對象的一項屬性來存儲。系統(tǒng)根據(jù)以上算法從實例集合中挖掘相似度知識，輔助設(shè)計師從相似度較高的方向進(jìn)行聯(lián)想，并用于指導(dǎo)遺傳算法初始群體的產(chǎn)生，從而促進(jìn)設(shè)計創(chuàng)新。

3 結(jié)論

本文研究創(chuàng)新設(shè)計思維規(guī)律并用于指導(dǎo)機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)，系統(tǒng)的成功應(yīng)用證明了關(guān)于創(chuàng)新設(shè)計思維規(guī)律論斷的正確性以及多種新技術(shù)的可行性。系統(tǒng)可通過矛盾分析與聯(lián)想，搜索到適用的作用原理、措施、物理結(jié)構(gòu)及實例以解決矛盾，完成概念設(shè)計階段的功能優(yōu)化與原理優(yōu)化，是實現(xiàn)機(jī)械廣義優(yōu)化設(shè)計方法的新成果。

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Research on application of Web-based computer-aided mechanical creative design system

篇6

【關(guān)鍵詞】產(chǎn)品設(shè)計 創(chuàng)新 想象力 功能 原理 結(jié)構(gòu)

【中圖分類號】G640 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1009-9646(2008)08-0185-02

1 引言

人類的一切文明都是設(shè)計的產(chǎn)物。工程產(chǎn)品設(shè)計就是利用科學(xué)研究得到的原理,發(fā)明現(xiàn)實世界里還沒有的人造裝置,以滿足人類在生活和生產(chǎn)中的各種各樣的需求,從而創(chuàng)造出更美好的新世界。文學(xué)家雨果曾說過“想象是偉大的潛水者。”[1,2]創(chuàng)作新的作品需要想象,同樣科學(xué)技術(shù)研究也需要創(chuàng)新性的想象與想象力培養(yǎng)。中國的大學(xué)教育傳統(tǒng)上以文學(xué)和政論為主,強(qiáng)調(diào)修身、齊家、治國平天下[3]。近代以來,西方的以分析精神為代表的現(xiàn)代科學(xué)教育進(jìn)入中國,并且已成為理工農(nóng)醫(yī)科學(xué)教育的核心[4]。根據(jù)中國教育的長期教育歷史和目前建設(shè)創(chuàng)新型國家的要求,當(dāng)前有必要強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新教育。前文從產(chǎn)品設(shè)計、想象與想象力和想象力培養(yǎng)三個方面著重討論了想象力在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中作用[5]。表1列出的是發(fā)明家所需具備的主要素質(zhì)[6],由數(shù)據(jù)可見,想象力和堅持性是邁向成功的兩個主要素質(zhì),因此,在科技人才的培養(yǎng)方面應(yīng)注重這兩方面能力的鍛煉。只有不斷地在學(xué)習(xí)和工作中,主動地學(xué)習(xí)想象的方法,積極想象新的功能、原理和結(jié)構(gòu),才能更好地設(shè)計新產(chǎn)品。

機(jī)械產(chǎn)品、機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計也需要培養(yǎng)設(shè)計者的想象力,可以說,沒有想象,就沒有創(chuàng)造,只會是驥尾之蠅,亦步亦趨的步人后塵。我國政府倡導(dǎo)建設(shè)創(chuàng)新型國家,在一些領(lǐng)域要與國際先進(jìn)水平并駕齊驅(qū),這需要科技工作者與技術(shù)工人的共同努力。在新產(chǎn)品的創(chuàng)造過程中,需要設(shè)計者創(chuàng)新性的構(gòu)思新產(chǎn)品、技術(shù)工程師設(shè)計新產(chǎn)品和制造工藝以及技術(shù)工人加工新產(chǎn)品。工人從事產(chǎn)品制造加工,技術(shù)人員從事產(chǎn)品設(shè)計和加工工藝編制,科學(xué)技術(shù)工作者從事產(chǎn)品創(chuàng)新思路研究與產(chǎn)品原型研制。想象力與堅韌不拔是創(chuàng)新工作者應(yīng)注重培養(yǎng)和訓(xùn)練的優(yōu)秀素質(zhì)。本文擬討論從事機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新所需要注意的幾個問題。

2 功能設(shè)計的想象

產(chǎn)品是指生產(chǎn)出來的物品,對人類具有一定的功能?！邦櫩唾徺I的不是產(chǎn)品本身,而是產(chǎn)品所具有的功能?！鄙鐣狭魍ǖ漠a(chǎn)品對其生產(chǎn)廠商是獲得經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)品,而對使用者來說,他人提供的產(chǎn)品就是自己的工具。西方的阿里士多德和培根曾對工具論作了闡述,與機(jī)械工業(yè)化革命相對應(yīng),工具論對機(jī)械工業(yè)革命、電氣化工業(yè)革命、信息化工業(yè)革命和生物技術(shù)革命都產(chǎn)生了顯著的作用。笛卡兒提出數(shù)學(xué)描述的方法論,后來牛頓、達(dá)爾文和哥白尼等分別提出了自然科學(xué)不同學(xué)科的基本原理。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計依據(jù)機(jī)械原理,1970年德國科學(xué)界提出的功能原理的產(chǎn)品設(shè)計,特別注重功能原理解。功能是產(chǎn)品購買者購買商品的原因,因此產(chǎn)品的設(shè)計就是實現(xiàn)某些產(chǎn)品功能。

在人類社會的前期發(fā)展過程中,工程科學(xué)一直沿用師傅帶徒弟的方式傳承手工技藝,有的的技藝還是家族傳遞下來,由于戰(zhàn)爭等災(zāi)難因素,其中有的技術(shù)已經(jīng)失傳。近代科學(xué)以伽利略為其開端的代表人物,將數(shù)學(xué)原理用于物理知識的表達(dá)和分析,開啟了近代工程科學(xué)。另一方面,知識的傳播也由學(xué)校完成,高等教育蓬勃發(fā)展,形成機(jī)械、電氣、土木、化工、計算機(jī)、信息和生物組成的現(xiàn)代工程科學(xué)體系。機(jī)械工程的歷史悠久,而且其原理知識滲透到各個工程技術(shù)領(lǐng)域,并沒有隨新型工程技術(shù)的發(fā)展而消亡,而是成為工程產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)。例:現(xiàn)代的航天工業(yè)、生命技術(shù)和核能工業(yè)都離不開機(jī)械工程知識的支持。機(jī)械產(chǎn)品與信息科學(xué)、生命科學(xué)的結(jié)合,出現(xiàn)了數(shù)控加工機(jī)床、機(jī)器人和靶向藥物等一系列技術(shù)產(chǎn)品,人類的制造能力大幅度提高。近年來,隨著數(shù)字化設(shè)計和協(xié)同設(shè)計技術(shù)的發(fā)展,人們設(shè)計新產(chǎn)品的能力也將得到顯著提高,計算分析軟件包的開發(fā)與使用,必將對產(chǎn)品設(shè)計的方式和方法產(chǎn)生巨大影響,新產(chǎn)品的設(shè)計周期將大大縮短。

要設(shè)計出新的產(chǎn)品,就是設(shè)計出新的功能或功能組合。要實現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計就是要在設(shè)計初始階段想象出新的功能或功能組合,向用戶提供新的功能。一般常用的想象方式是通過市場調(diào)研或用戶反饋的意見,提出產(chǎn)品功能的改進(jìn),新的產(chǎn)品功能很多是根據(jù)使用者需要而想象出來的。革命性的系列化產(chǎn)品都是依據(jù)新的科學(xué)原理,或變換原理或變換結(jié)構(gòu)所想象出來的。例,從雙卡收錄機(jī)到卡式隨身聽,再到電子技術(shù)的MP4,前者使用相同的磁記錄原理,但變換了結(jié)構(gòu)與功能組合,獲得了便攜的功能。后者采用新的磁記錄原理,利用巨磁阻效應(yīng)設(shè)計出新的技術(shù)手段,實現(xiàn)播放聲音和圖像媒體的功能。

功能設(shè)計有分解和綜合方法,原理設(shè)計有集成、轉(zhuǎn)用和逆向等方法。產(chǎn)品的功能創(chuàng)新設(shè)計不一定是設(shè)計出前所未有的產(chǎn)品,隨著各個領(lǐng)域知識的融合和技術(shù)革命,很多產(chǎn)品的設(shè)計采用新的知識原理來更換以前產(chǎn)品所采用的原理,獲得更低的成本、更方便的制造或使用。

功能設(shè)計的創(chuàng)新過程中需要形象,例如人類想象出了飛機(jī)、電視機(jī)和收音機(jī)等,在設(shè)計這些產(chǎn)品前,人們就已經(jīng)幻想象鳥一樣飛行,千里眼和順風(fēng)耳,在古代的小說中就有這樣的文學(xué)想象,后來的技術(shù)革命用技術(shù)手段實現(xiàn)了人們以前的想象。要實現(xiàn)對新功能產(chǎn)品的想象,就必須解決其依托的核心功能原理,例如流體力學(xué)原理、無線信號傳遞等原理。物理原理、化學(xué)原理和生物原理是設(shè)計新型產(chǎn)品的基礎(chǔ)知識,近200年來,人們主動采用各種基本原理設(shè)計出許多種新產(chǎn)品,而且這一趨勢仍將繼續(xù)下去。

3 原理設(shè)計的想象

設(shè)計產(chǎn)品需要依據(jù)一定的功能原理,功能原理的創(chuàng)新就非常重要,機(jī)械原理知識僅僅是機(jī)械產(chǎn)品原理設(shè)計的基礎(chǔ)。有時很復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品,如果用電子控制技術(shù)來實現(xiàn),其結(jié)構(gòu)就非常簡單。例上面所述的隨身聽。機(jī)械科學(xué)的原理并不多,常用的有杠桿、滑輪、嚙合傳動、摩擦傳動、滾動支承、滑動支承、電磁支承、凸輪、連桿、螺旋等十幾種。常用的電子原理有加、減、乘、除、微分、積分、反饋等?，F(xiàn)在基本的機(jī)械元件和電子元件都已有基本的單元銷售,已有專業(yè)化生產(chǎn)廠家生產(chǎn)這些標(biāo)準(zhǔn)化的元器件。復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計并不是將機(jī)電單元簡單的堆砌在一起,而是有機(jī)的組合、有目的的組合基本單元,來實現(xiàn)其使用功能。

產(chǎn)品的制造工藝原理也十分重要,它們決定了產(chǎn)品設(shè)計是否可以物化、是否可行。常用的機(jī)械產(chǎn)品的加工工藝有車、銑、磨、刨、鏜、鑄造、焊接、熱處理,新的加工工藝有電子束焊接、激光表面處理、離子注入、化學(xué)氣相沉積、物理氣相沉積、腐蝕、鍵合等等,這些加工工藝都已在機(jī)械產(chǎn)品加工中得到廣泛應(yīng)用。利用新的物理、化學(xué)或生物原理來發(fā)明新的機(jī)械產(chǎn)品或電子產(chǎn)品的加工工藝,這是目前和今后發(fā)展的方向之一。在知識教學(xué)中,更應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生的觸類旁通、獲取知識的能力。

現(xiàn)代的機(jī)電產(chǎn)品,在構(gòu)思整體設(shè)計時就要分析其功能原理形態(tài)矩陣,比較優(yōu)化得到最優(yōu)的技術(shù)原理方案,并且擇善而從地詳細(xì)分析最佳方案。設(shè)計原理的選擇,不僅要考慮技術(shù)的先進(jìn)性,還要分析其成本、環(huán)境的友好性和可持續(xù)發(fā)展的前景。對產(chǎn)品功能原理的優(yōu)化軟件在近20年時間內(nèi)得到了很大發(fā)展,例:TRIZ等。但,產(chǎn)品的成本分析和環(huán)境友好性分析仍無相應(yīng)的設(shè)計軟件,這也是今后的發(fā)展方向之一。

隨著數(shù)字化設(shè)計、虛擬加工和虛擬裝配技術(shù)的發(fā)展,例:Unigraphics軟件包,機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計和制造過程也發(fā)生了很大變化,運(yùn)用虛擬軟件設(shè)計來設(shè)計和制造產(chǎn)品的成本比試樣產(chǎn)品的制造,成本大大降低。數(shù)字設(shè)計、數(shù)字制造和數(shù)字管理技術(shù)的發(fā)展,依托于信息技術(shù),對機(jī)械工業(yè)已經(jīng)產(chǎn)生了變革性的影響。協(xié)同設(shè)計、協(xié)同制造和協(xié)同管理技術(shù)在最近幾年仍然會得到快速的發(fā)展。機(jī)電產(chǎn)品的原理設(shè)計有集成、轉(zhuǎn)用和逆向等方法。例如汽車內(nèi)燃機(jī)集成了連桿傳動、軸承支承、凸輪傳動等。沖壓機(jī)和汽車發(fā)動機(jī)就是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)用。鞋底防滑花紋的設(shè)計是摩擦學(xué)中理論應(yīng)用的反問題。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計的想象

要將設(shè)計原理實體化,獲取設(shè)計者設(shè)計的產(chǎn)品功能,就必須進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計。常用的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法有放大、縮小、轉(zhuǎn)用和變結(jié)構(gòu)等。在機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,俄羅斯的學(xué)者非常重視,而德國和日本的學(xué)者重視原理的設(shè)計和設(shè)計方法。我國的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計在1978年以前學(xué)習(xí)俄羅斯的結(jié)構(gòu)設(shè)計,在80年代學(xué)習(xí)德國的功能設(shè)計理念、日本的二次設(shè)計方法。結(jié)構(gòu)設(shè)計中常用的零件結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。

從1960年來人們研究的仿生設(shè)計思路,為結(jié)構(gòu)設(shè)計者提供了一條途徑。基于流體力學(xué)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計,基于固體力學(xué)的齒輪和滾動軸承設(shè)計,基于動量守恒原理的噴氣機(jī)設(shè)計,基于光學(xué)的鷹眼、蛙眼設(shè)計,基于紅外原理的制導(dǎo)設(shè)計等等。在固體材料結(jié)構(gòu)方面有仿生陶瓷、仿生的復(fù)合材料,多層涂層設(shè)計模仿竹、海螺殼等結(jié)構(gòu),今后在有機(jī)材料的設(shè)計方面人們更加依賴于對自然材料的仿生。

結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化、新材料的開發(fā)與應(yīng)用將對機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計產(chǎn)生重大影響。前人的石器時代、青銅時代、鐵器時代和半導(dǎo)體時代以及今后的生物材料時代,都已經(jīng)對產(chǎn)品的設(shè)計原理、設(shè)計方法產(chǎn)生了巨大影響,而且產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大變化。例:古代利用細(xì)繩作為鋸子,今天利用合金材料和電力驅(qū)動的電鋸,今后的激光切割等。新的原理、新的方法和新材料決定了那個時代的產(chǎn)品的技術(shù)含量和經(jīng)濟(jì)效益。

現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)向復(fù)雜化和微納化兩個方向發(fā)展。復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品集成了機(jī)械原理、電路原理和控制原理等。例如,盾構(gòu)機(jī)械和大飛機(jī)等,復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)比簡單機(jī)械要復(fù)雜100～10000倍,因此其設(shè)計制造是一個國家的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計制造能力的集中體現(xiàn)。復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計過程中一般都采用數(shù)字化協(xié)同設(shè)計的組織方式,充分發(fā)揮各個設(shè)計單位的優(yōu)勢,團(tuán)隊的協(xié)作有助于縮短設(shè)計周期、提高設(shè)計效率和優(yōu)化產(chǎn)品的性能。我國的機(jī)械工程教學(xué)中過分強(qiáng)調(diào)單元課程的學(xué)習(xí),可喜的是近來組織機(jī)械設(shè)計大獎賽的競賽,這有助于培養(yǎng)設(shè)計復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品的能力。

微納機(jī)電產(chǎn)品,以微納微型、微納傳感器和芯片等技術(shù)為代表,在近10年內(nèi)取得了一系列突破?；瘜W(xué)原理和生物原理也逐漸應(yīng)用到這類微納機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計,例如生物傳感器和生物芯片等。未來的機(jī)械應(yīng)該是生物機(jī)械,傳統(tǒng)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計和機(jī)械制造技術(shù)都日臻成熟,21世紀(jì)的機(jī)械是生物機(jī)械,這一點(diǎn)上大多數(shù)人已有共識。我們現(xiàn)在大學(xué)里培養(yǎng)的人才,今后的21世紀(jì)的機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新必定依靠現(xiàn)在的青年人,因此有必要開設(shè)系統(tǒng)論、生物原理等課程,這一點(diǎn)仍有欠缺,也未達(dá)成共識,作者認(rèn)為應(yīng)從未來機(jī)械發(fā)展的高度,布局現(xiàn)在的機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計人才的知識結(jié)構(gòu),以利于他們今后更有創(chuàng)造性、更好地創(chuàng)造出新的產(chǎn)品。

關(guān)于微納機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計,目前有兩種技術(shù)路線。其一,是將以前的機(jī)構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子元器件縮小,在微米級加工微型齒輪、連桿和軸承等。另一種思路是拋棄傳統(tǒng)的機(jī)械原理和機(jī)械零件設(shè)計,依據(jù)生物物理和生物化學(xué)的基本原理來構(gòu)造微納系統(tǒng),例如仿葵花的轉(zhuǎn)動機(jī)械等。作者認(rèn)為第二種思路是更好的,因為機(jī)械原理和零件的設(shè)計應(yīng)該隨時俱進(jìn),不應(yīng)保守的依據(jù)毫米級的機(jī)械原理和零件,而應(yīng)該結(jié)合生物科學(xué)的發(fā)展,將生物物理和生物化學(xué)與機(jī)械科學(xué)結(jié)合起來,創(chuàng)造出更多更好的微納機(jī)械系統(tǒng)。

5 結(jié)語

(1)功能、原理和結(jié)構(gòu)的思路是德國科學(xué)家提出的別具一格的產(chǎn)品設(shè)計整體框架,本文從功能、原理和結(jié)構(gòu)三方面再次討論產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計中“想象力”的作用。

(2)未來機(jī)電產(chǎn)品的發(fā)展向復(fù)雜化和微納化兩個方向發(fā)展,今天我們在本科教育階段應(yīng)該縮減單元知識的教學(xué),增加系統(tǒng)論和生物原理的知識傳授。

(3)對于研究生的創(chuàng)新能力培養(yǎng),學(xué)生的課題研究不應(yīng)竭澤而漁,而應(yīng)結(jié)合研究生的論文主題,在討論課上各抒己見,培養(yǎng)同學(xué)的提出問題、分析問題、解決問題和總結(jié)問題的能力。

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篇7

關(guān)鍵詞：新課程；機(jī)械；制作；教學(xué)

1.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維素質(zhì)

機(jī)械課程是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，針對這門課程的重點(diǎn)、教學(xué)目標(biāo)的定位，要體現(xiàn)學(xué)生為主體的教學(xué)原則，著眼于調(diào)動學(xué)生主動參于學(xué)習(xí)的積極性，合理設(shè)計授課計劃和教學(xué)內(nèi)容，做到既注重知識的系統(tǒng)性，又不受大綱的限制，重視教學(xué)目標(biāo)的導(dǎo)向功能，要重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維素質(zhì)。在課堂的實驗教學(xué)中，不僅要讓學(xué)生學(xué)會實驗的具體做法，掌握一些基本的實驗技能，還要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會研究機(jī)械問題的實驗方法，為培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力打下良好的基礎(chǔ)。

例如，在講"鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型"時，如果學(xué)校沒有相關(guān)模型，而該機(jī)構(gòu)又比較簡單，可以考慮讓學(xué)生自己動手用四根鋸條制作了一個鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，邊制作邊講解。隨著機(jī)構(gòu)的演示，學(xué)生的積極也被調(diào)動起來，也在實踐中學(xué)到了知識。

另外，可以把某些學(xué)生實驗和演示實驗設(shè)計為探索性實驗，使之達(dá)到不同層次的創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)。探索性實驗教學(xué)較課堂教學(xué)有更廣闊的活動空間和思維空間，可以激發(fā)和滿足不同層次學(xué)生的探索與創(chuàng)新欲望。學(xué)生在自己"探索"生命規(guī)律的實驗過程中可以把動手和動腦結(jié)合起來，鍛煉和培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力。教師應(yīng)讓學(xué)生明確探索性實驗的基本環(huán)節(jié)，并在實驗儀器的選取與操作、實驗現(xiàn)象的觀察、實驗數(shù)據(jù)的處理、實驗結(jié)論的得出等一系列環(huán)節(jié)中，及時對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，使學(xué)生在相對獨(dú)立的實驗活動中體會創(chuàng)新的艱辛與愉悅，如實驗設(shè)計思想，機(jī)構(gòu)學(xué)方法，實驗技巧等。

2.充分發(fā)動適時組織

首先是合理選擇制作的制作時機(jī)，做好學(xué)生的發(fā)動組織工作是完成小制作的前提，專業(yè)理論是制作的技術(shù)基礎(chǔ)，制作應(yīng)在專業(yè)課程結(jié)課或進(jìn)行到一定階段后開展，如機(jī)械制作至少要安排在機(jī)械基礎(chǔ)第五章凸輪以后來做，這樣做起來素材就很豐富，各種機(jī)構(gòu)、傳動裝置基本學(xué)完，學(xué)生能夠言之有物，做之有律。但說者容易做者難，如果教師不充分發(fā)動、啟發(fā)學(xué)生，就讓學(xué)生自己做，學(xué)生一定會摸不著頭腦。所以在做制作之前，教師必須充分發(fā)動學(xué)生，調(diào)動起他們的積極性。例如：學(xué)完《機(jī)械基礎(chǔ)》之后，我們可以說："我們已經(jīng)學(xué)完《機(jī)械基礎(chǔ)》了，在書中有好多機(jī)構(gòu)，如鉸鏈四桿、凸輪機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)等等，我們能不能利用這些機(jī)構(gòu)的原理做一些小制作呢?"其實我們的日常生活中有許多方面應(yīng)用了這些機(jī)構(gòu)，如縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)應(yīng)用了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，汽車翻斗裝置應(yīng)用了雙搖桿，修鞋的縫紉機(jī)應(yīng)用了凸輪機(jī)構(gòu)，也可以用麻花鋼做出鋼釬子，既要用到鉗工知識，又要進(jìn)行熱處理的操作。其實專業(yè)本來就是來源于生活，反過來服務(wù)于生活和生產(chǎn)。指導(dǎo)教師可以把原來自己做好的制作向?qū)W生演示，說明所用材料、制作方法、制作過程、表達(dá)的原理等等。通過教師的拋磚引玉，使學(xué)生覺得做制作并不是特別難，自己便有了試一試的欲望。教師可以將全班同學(xué)分為幾個組(每組三、四個人)，并制訂出制作的評分方法，讓全班同學(xué)比一比，看哪組做得更好，并把學(xué)生的評分結(jié)果作為專業(yè)成績考核的一個主要依據(jù)。這樣可以充分調(diào)動起他們的積極性。

3.開拓思路正確引導(dǎo)

正確引導(dǎo)學(xué)生去創(chuàng)作是學(xué)生完成制作并做出精品的關(guān)鍵。教師對學(xué)生制作的指導(dǎo)不同于上專業(yè)課的教條，也不同于實習(xí)的嚴(yán)格，重要的是引導(dǎo)學(xué)生去創(chuàng)作，去發(fā)揮。例如：《機(jī)械基礎(chǔ)》上有許多機(jī)構(gòu)和零件，如四桿機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)等，如果照教具搬下來也很容易，結(jié)構(gòu)尺寸都不變。但創(chuàng)意不應(yīng)照搬，而應(yīng)把專業(yè)知識前后聯(lián)系起來，不同機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來，相關(guān)專業(yè)聯(lián)系起來，專業(yè)知識同日常生活和生產(chǎn)實際聯(lián)系起來。只有沿這個思路走，才能充分發(fā)揮學(xué)生的聰明才智，做出有水平的作品。如把液壓和制動機(jī)構(gòu)結(jié)合起來，便組成了液動剎車裝置，再安裝一個尾燈，便可形成剎車燈，由簡單的原理組合便成了一個實際中應(yīng)用的裝置。學(xué)生的制作過程往往要經(jīng)過一個由模仿到創(chuàng)新改造的過程。這個過程就是學(xué)生的專業(yè)理論從了解到掌握再到升華，直至運(yùn)用的過程。在整個刨意過程中，教師應(yīng)該不失時機(jī)的給學(xué)生加以正確引導(dǎo)。

4.認(rèn)真準(zhǔn)備精心指導(dǎo)

要把自己的創(chuàng)意變成實物，并不是一件容易的事情，即使一個很簡單的機(jī)構(gòu)也要花費(fèi)很多時間。

材料的準(zhǔn)備。學(xué)生的制作多是演示原理，可以選擇一些生活中易找到的廢料來作為制作的材料，如可以用輸液管充當(dāng)液壓管道，用注射器充當(dāng)液壓缸，用三合板做吊車，用易拉罐做彈簧片等，既經(jīng)濟(jì)又實用。

制作過程。先把機(jī)構(gòu)所用到的零件準(zhǔn)備或制作完成，然后進(jìn)行組裝，這是完成制作的難點(diǎn)。因為在組裝過程中，一定會遇到這樣那樣的問題，教師這時一定耐心指導(dǎo)，適時指出錯誤和不足，鼓勵學(xué)生積極改進(jìn)，不能遇到挫折就半途而廢，要對自己的作品始終充滿信心和希望，堅信自己一定能夠完成。無論學(xué)生的作品好壞，做的過程就是學(xué)生的進(jìn)步過程。教師除了做好技術(shù)指導(dǎo)外，還需要更好的運(yùn)用表揚(yáng)鼓勵等方法給學(xué)生以心理支持。

5.及時總結(jié)改進(jìn)不足

作品完成后，及時總結(jié)是指導(dǎo)學(xué)生制作的最后一步，也是很必要的一步?？偨Y(jié)包括作品從設(shè)計到制作的優(yōu)劣，制作的精密程度，說明的原理等。最后按照評分標(biāo)準(zhǔn)評出較好的作品進(jìn)行展覽、評獎，激發(fā)學(xué)生找出自己作品的不足，不斷改進(jìn)，更好地完成下一個制作。在學(xué)生制作的過程中，出現(xiàn)了許多優(yōu)秀作品，如"液壓千斤頂原理演示板"、"汽車液壓翻斗車"、"自動按摩椅"、"起針鉗"等，不僅創(chuàng)意新，而且做工細(xì)致。

制作本身就是利用實物演示形象地說明專業(yè)理論，如果發(fā)動得當(dāng)，學(xué)生會有許多創(chuàng)新產(chǎn)品出現(xiàn)。因此，指導(dǎo)學(xué)生制做制作大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)本專業(yè)知識的興趣，加深他們對專業(yè)理論的理解，進(jìn)而提高了動手操作能力、創(chuàng)新能力，也培養(yǎng)了他們團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。

篇8

一、精簡教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新學(xué)生思維

《機(jī)械基礎(chǔ)》課程是機(jī)械類專業(yè)的必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，要求學(xué)生在“了解常用金屬材料的性能，熟悉常見機(jī)構(gòu)和通用機(jī)械零件的主要參數(shù)和工作原理”層面上學(xué)會機(jī)械零件的設(shè)計。教師在確定教學(xué)內(nèi)容時，應(yīng)根據(jù)學(xué)生今后從事的就業(yè)崗位，按照實用性原則確定課程的教學(xué)內(nèi)容，以“用得上、學(xué)得進(jìn)”為原則，盡量做到“收縮面，加強(qiáng)點(diǎn)”。如：增加實用性較強(qiáng)的金屬材料部分，保持常用機(jī)構(gòu)與機(jī)械零件部分基本不變；根據(jù)學(xué)生掌握知識的實際情況，堅持“夠用為度”的原則，盡量選擇難易適中符合生產(chǎn)實際的知識進(jìn)行講授；刪除機(jī)械基礎(chǔ)的工程力學(xué)部分及機(jī)械零件中與其相關(guān)的計算等學(xué)生普遍感到抽象難懂的部分。這樣，經(jīng)過教師的不斷精簡，現(xiàn)在的機(jī)械基礎(chǔ)課程中的“常用金屬材料”和“常見機(jī)構(gòu)與機(jī)械零件”等兩部分內(nèi)容不是簡單組合，而是“融為一體”，其內(nèi)容更貼切地符合當(dāng)前高職教學(xué)的要求，有利于提高教學(xué)效率和教學(xué)效果，有助于創(chuàng)新學(xué)生的思維。

二、靈活運(yùn)用，創(chuàng)新教學(xué)方法

《機(jī)械基礎(chǔ)》對于學(xué)生來說是一門實用性、實踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程，由于學(xué)生缺乏對實際生產(chǎn)的認(rèn)知，因此教師在教學(xué)時，要注意啟發(fā)學(xué)生積極思維，創(chuàng)新教學(xué)方法。

1.采用講授——現(xiàn)場參觀——總結(jié)實踐。教師在講授新課前在課堂上對課題的主要內(nèi)容及所涉及實物進(jìn)行“課題簡述”，教師應(yīng)設(shè)計一些富于啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新學(xué)生思維的問題，讓學(xué)生帶著問題到相關(guān)企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場參觀，通過觀察機(jī)器零部件的構(gòu)造、外形，使學(xué)生形成感性的印象和初步的認(rèn)知。同時，教師或聘請企業(yè)的技術(shù)人員再結(jié)合現(xiàn)場實例，利用多媒體課件或相關(guān)掛圖對該零部件的工作原理進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)的講解和總結(jié)，這樣學(xué)生就通過實踐——認(rèn)知——講授等循環(huán)反復(fù)地認(rèn)知過程，使學(xué)生對機(jī)械基礎(chǔ)的一些抽象枯燥的理論知識融會貫通，取得良好的教學(xué)效果。例如,在液壓傳動、齒輪傳動等教學(xué)中,若以看不到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的實物進(jìn)行教學(xué),學(xué)生不易理解。而到現(xiàn)場利用拆開實物進(jìn)行示教講解,學(xué)生可直接觀察設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和零部件動作過程，從而很容易掌握液壓、齒輪的構(gòu)造及工作原理。

2.巧用類比教學(xué)策略，幫助學(xué)生理解概念，掌握規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。對于一些新舊知識相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，教師可以以通俗的語言對后面所學(xué)的知識與前面所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行類比學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生對新知識的理解能力。如學(xué)完直齒圓柱齒輪傳動以后，教師引導(dǎo)學(xué)生用類比法學(xué)習(xí)斜齒圓柱齒輪，學(xué)生通過對比學(xué)習(xí)，達(dá)到舉一反三的目的，極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3.充分發(fā)揮師生雙方的主觀能動作用，創(chuàng)設(shè)情境，創(chuàng)新學(xué)生思維。在教學(xué)過程中，充分利用頭腦風(fēng)暴法、卡片法、小組工作法、項目教學(xué)法等形式多樣的教學(xué)方式，有針對性地重點(diǎn)施教、因材施教，從而有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高分析問題和解決問題的能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程奠定扎實的基礎(chǔ)。

三、采取多媒體教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情

由于機(jī)械基礎(chǔ)課程的理論知識比較深奧和抽象，學(xué)生對機(jī)械構(gòu)造的奇妙世界充滿了好奇，但由于對機(jī)械的感性認(rèn)識較少，如果單靠黑板講解，學(xué)生往往難以理解和掌握，因此教師在上課時可以充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段和一些機(jī)械模型、教具掛圖以及制作生動有趣的多媒體課件，通過直觀、形象、生動鮮活的方式展示出來，進(jìn)一步地激發(fā)學(xué)生的求知欲望，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。例如教師在講解曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄和連桿的兩次共線運(yùn)動情況時，教師可以通過多媒體動畫演示，證明曲柄存在的條件、死點(diǎn)位置、急回特性等問題，使學(xué)生感受非常直觀。在講解齒輪泵的工作原理時，利用多媒體課件的動畫效果可將齒輪泵工作過程清晰地表現(xiàn)出來，使學(xué)生能夠仔細(xì)觀察到齒輪泵密封容積的形成及密封容積的變化。通過多媒體課件演示可以形象生動地啟發(fā)學(xué)生的積極思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

四、整合機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計，提高學(xué)生的工程設(shè)計能力

篇9

當(dāng)代高職教育的核心是打造高技能，高水平，高實踐綜合性人才，企事業(yè)單位對這種操作性強(qiáng)，理論優(yōu)勢明顯的高素質(zhì)人才需求日益增多。高職教育《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程教學(xué)質(zhì)量直接影響到我國機(jī)械制造類的人才質(zhì)量，機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)主要包括機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理、工程力學(xué)三個模塊，其中機(jī)械設(shè)計和機(jī)械原理是機(jī)械類學(xué)生的必備基礎(chǔ)課程，甚至包括本科院校都需要分別單獨(dú)開設(shè)兩門課程，但是工程力學(xué)作為一門機(jī)械類學(xué)生的工具教材，被引入到高職《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程當(dāng)中反應(yīng)了社會對高職人才的需求度越來越大，與實際操作實踐越來越密切。如何將工程力學(xué)課程與機(jī)械類課程有機(jī)結(jié)合起來，那一部分對學(xué)生在生產(chǎn)實踐當(dāng)中更加有利？筆者通過不斷的思索、不斷教學(xué)實踐總結(jié)出一點(diǎn)經(jīng)驗供同仁參考[2]。

2 大學(xué)生綜合素質(zhì)提高與創(chuàng)新

2.1 精心設(shè)計教學(xué)實例，讓有效課堂時間變的更高效。例如，在工程力學(xué)中求齒輪軸的圓軸扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，扭矩。并校核給定材料的強(qiáng)度。

從上圖所示，我們可以看出輸入功率為A截面，輸出功率為B、C、D截面，這是一個齒輪軸圓軸扭轉(zhuǎn)題目實例，不僅可以從扭矩方面進(jìn)行設(shè)計題目，同時可以設(shè)計求解截面扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核。

這時同學(xué)們會按照工程力學(xué)相關(guān)公式以及參考設(shè)計手冊來完成這道題目。但是僅僅在力學(xué)課上解決題目，一旦到了機(jī)械類課堂就會感覺這是獨(dú)立的兩種學(xué)科領(lǐng)域，尤其是面對專用周、做實驗，學(xué)生變的盲目，手腳放不開，沒有一點(diǎn)思路，這就需要多學(xué)科穿插教學(xué)。

工程力學(xué)包括對軸，梁剪切，扭轉(zhuǎn)，彎曲，拉壓應(yīng)力和強(qiáng)度校核。在工程當(dāng)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，尤其在受力分析時，扭矩與功率轉(zhuǎn)換，應(yīng)力與載荷加載方式的關(guān)系，都是當(dāng)代工科大學(xué)生所要掌握的基本知識點(diǎn)。不僅僅培養(yǎng)力學(xué)發(fā)散思維，更要針對其相關(guān)主干課進(jìn)行套用，達(dá)到有所依有所據(jù)，針對機(jī)械類大學(xué)生在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計時無可避免要涉及到材料選用，許用應(yīng)力強(qiáng)度校核。達(dá)到裝備設(shè)計要求就必須要結(jié)合實際相關(guān)實例，這是對高職課堂教學(xué)的基本要求，機(jī)械類大學(xué)生不僅僅要掌握工程力學(xué)，同理理論力學(xué)，材料力學(xué)，電氣控制數(shù)控制造工藝等相關(guān)基礎(chǔ)理論教程都應(yīng)該按照類似方法進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2.2 營造氣氛由表及里，在實際工程實踐當(dāng)中并沒有理想化的模型可以用公式直接解決方案。簡化模型以及近似建立模型是大學(xué)生必備基本功。如果只有知識基礎(chǔ)理論一旦遇見實際問題，并不能系統(tǒng)歸納到所學(xué)理論模型或公式，那就是高職教育的失敗，也是工科專業(yè)的短板。健康良好的質(zhì)疑才能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入最佳學(xué)習(xí)模式，循序漸進(jìn)巧妙進(jìn)行學(xué)科綜合引導(dǎo)。

繼續(xù)拿上一道題舉例說明，延伸一下引導(dǎo)可以求出電機(jī)功率，轉(zhuǎn)速和各個輸出功率，如果繼續(xù)深入探索可以解決齒輪材料、齒面強(qiáng)度等一系列工程問題。舉一反三，這里代表的不是某一道題或某一門學(xué)科，學(xué)科之間不是孤立，要抓住關(guān)聯(lián)的重要部分[1]。

根據(jù)心理學(xué)家加德納教授的多元智能理論，職業(yè)教育對象的智力類型具有形象思維特征。它對知識的選擇有明確指向性，善于獲取經(jīng)驗和策略，而這類知識的獲得更是與具體情境緊密相關(guān)。根據(jù)這一智力特征，職業(yè)教育的教學(xué)應(yīng)以情境教學(xué)為主[3]。

建設(shè)具有高等職業(yè)教育特色的高職機(jī)械類專業(yè)的教學(xué)資源，不斷提升專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量和社會服務(wù)能力；為全國高職在校生實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、為先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域在崗人員機(jī)電設(shè)備使用與維護(hù)技能的提高和機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用知識的更新、為畢業(yè)生在崗接受繼續(xù)教育等個性化學(xué)習(xí)提供專業(yè)化的優(yōu)質(zhì)服務(wù)；為學(xué)生、教師、企業(yè)人員搭建交流平臺。在帶動全國高職院校同類專業(yè)的教學(xué)模式和教學(xué)方法改革過程中不斷調(diào)整更新，逐步完善，培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展需要的機(jī)制類人才。

3 課后總結(jié)歸納，及時引導(dǎo)答疑

在結(jié)束每一堂課后，進(jìn)行及時的歸納和總結(jié)，對于學(xué)習(xí)態(tài)度不積極的學(xué)生進(jìn)行及時陽光化的引導(dǎo)。千萬不可讓學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒，對易混淆，概念模糊的模塊讓同學(xué)們提前預(yù)習(xí)分析。經(jīng)過反復(fù)實踐，這種教學(xué)方法適用于高職院校機(jī)械類學(xué)生，讓其受到一定益處[4]。

篇10

【關(guān)鍵詞】機(jī)械基礎(chǔ)；教學(xué)方法；創(chuàng)新思路；探析

機(jī)械基礎(chǔ)是許多院校開展的一門基礎(chǔ)課程，對于學(xué)校的學(xué)生而言，這門課程具有較高的難度，需要花費(fèi)很大的氣力才能學(xué)好，老師在教學(xué)方法和學(xué)生在學(xué)習(xí)方法上，都要有一定的方法創(chuàng)新，共同協(xié)作，才能使學(xué)生掌握這門課程。機(jī)械基礎(chǔ)這門課程有很大的難度，首先體現(xiàn)在課程本身具有龐雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，需要學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上強(qiáng)化記憶；第二，學(xué)生對機(jī)械類的知識比較缺乏，在認(rèn)識上比較欠缺，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，他們很難看明白?；谶@些問題，教授這門課的老師不應(yīng)該固守于傳統(tǒng)的教學(xué)方法，而應(yīng)該試圖去發(fā)掘新的教學(xué)思路，樹立創(chuàng)新的意識和觀念，讓課堂變?yōu)閷W(xué)生主動參與的課堂，而非灌輸式的課堂，以此提高教學(xué)的效率。

一、突出教學(xué)的主體，開放式課堂凸顯創(chuàng)新

在傳統(tǒng)的機(jī)械基礎(chǔ)課堂上，老師和學(xué)生都顯得比較“規(guī)矩”甚至是“保守”，教師按照教學(xué)大綱一字不差地將知識傳授給學(xué)生，學(xué)生完全服從教師的指示，吸收相關(guān)知識。這樣，學(xué)生被老師“牽著鼻子走”，老師被教學(xué)大綱“牽著鼻子走”的局面形成，學(xué)生只知道背誦記憶知識，而沒有鍛煉相關(guān)的思維能力，教學(xué)的質(zhì)量和效果都不明顯。因此，要創(chuàng)新教學(xué)思路，首先應(yīng)該重新審視教學(xué)的主體，在倡導(dǎo)“生本”教育理念的今天，學(xué)生是課堂教學(xué)的主體，一切的教學(xué)設(shè)計都要圍繞這個主體進(jìn)行。在具體教學(xué)過程中，教師可以設(shè)置一系列的開放式問題，讓學(xué)生充分地活躍思維，體現(xiàn)學(xué)生解答問題的獨(dú)創(chuàng)性，展現(xiàn)思維的個性。使學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械基礎(chǔ)這門課程中，能夠從本質(zhì)上把握學(xué)科的脈絡(luò)體系和特點(diǎn)，領(lǐng)會機(jī)械基礎(chǔ)這門課程的精髓。

比如，在講解軸的結(jié)構(gòu)時，可以由老師規(guī)定條件然后由學(xué)生自己設(shè)計一種類型的軸，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和動手實踐能力。根據(jù)軸的工作原理，老師可提出三個要求：1.要求軸上所需的不同零件要相互配合良好，零件之間能很好嵌入；2.要求設(shè)計的零件要符合現(xiàn)實條件，通過現(xiàn)有技術(shù)可以加工出來，并且應(yīng)力集中要盡可能地得到減少；3.要求軸上所需的零件，在裝和拆的過程中以便利性為主，裝配要簡單。讓學(xué)生知曉這三個條件后，就要鼓勵學(xué)生根據(jù)要求自行設(shè)計，然后將學(xué)生們的設(shè)計作品進(jìn)行評價和分析，只要設(shè)計的軸與以上的三個要求相符，那么學(xué)生的設(shè)計作品就被評價為合格；通過分析設(shè)計的作品，使學(xué)生對自己作品性能有一個明確的了解，也能夠評價出誰的作品是最科學(xué)合理的。這樣，通過這個問題，學(xué)生的積極性得以調(diào)動，將所學(xué)的理論知識應(yīng)用于實踐之中，對機(jī)械基礎(chǔ)課程所教授的內(nèi)容有了深入了解；同時使學(xué)生們的思維得到了鍛煉，肯定了學(xué)生們的設(shè)計成果，學(xué)生們也受到很大的鼓舞，對這門學(xué)科有了學(xué)習(xí)的動力。

二、通過新科技，創(chuàng)新教學(xué)方法

隨著技術(shù)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，在教育領(lǐng)域，越來越多地使用新的媒體進(jìn)行教學(xué)，因此出現(xiàn)了許多新的教學(xué)方法和教學(xué)手段，綜合起來說，就是多媒體教學(xué)手段的運(yùn)用。在機(jī)械基礎(chǔ)課程中，新媒體參與的教學(xué)能夠大大提高學(xué)生的興趣，使課堂不再枯燥無味，而是豐富多彩起來。比如，在講解導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)時，單純依靠文字的描述很難使學(xué)生理解，這時，可以利用多媒體教學(xué)設(shè)備制作一個動畫視頻，讓學(xué)生弄清楚其工作的原理，動畫上可以配上適當(dāng)?shù)闹v解，學(xué)生的注意力會被完全吸引，同時興趣大增，學(xué)習(xí)效率切實得到提高。

借助多媒體教學(xué)手段，然后通過適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)撥，學(xué)生的智力和思維活動都能得到有效地開發(fā)，同時也能降低學(xué)習(xí)難度，提高教師的教學(xué)效率，在規(guī)定的時間內(nèi)完成教學(xué)任務(wù)。例如，學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)的工作原理時，學(xué)生要看懂其工作原理圖，是非常困難的，老師講解也不知如何“下口”，而通過多媒體設(shè)備，就可以對機(jī)構(gòu)的工作原理進(jìn)行生動地演示，學(xué)生的理解難度系數(shù)就降低了；在觀看演示的過程中，學(xué)生會全神貫注地進(jìn)行思考，通過自己已有的知識儲備和積極地動腦，掌握某個機(jī)構(gòu)的機(jī)械原理。

三、開展實訓(xùn)教學(xué)，提高學(xué)生的實踐動手能力

機(jī)械基礎(chǔ)這門課程，學(xué)生僅從書面角度了解具體的機(jī)械構(gòu)造和工作原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因為學(xué)習(xí)的這些知識最終是要應(yīng)用于實踐當(dāng)中的。因此，開展實訓(xùn)教學(xué)是非常必要的，而且也是提高教學(xué)水平的有效手段。實訓(xùn)教學(xué)是以理論教學(xué)為前提的，但是通過實訓(xùn)教學(xué)，學(xué)生的理論水平也可以得到很大的提升，通過學(xué)生自己主動動手實踐，學(xué)生對不同的機(jī)械零件的使用功能會有更深刻的認(rèn)識，并且熟諳了具體的機(jī)械操作原理，使學(xué)生的認(rèn)識和動手能力都有大范圍的提高，對機(jī)械基礎(chǔ)這門課程的精髓有了很好的把握。

四、總結(jié)

以上分析了機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)方法創(chuàng)新的思路，有值得借鑒之處，也有需要進(jìn)一步完善的地方，希望熱心的讀者能從中得到一定的啟示，在教學(xué)方法上不斷探索，不斷加強(qiáng)創(chuàng)新，將有效的教學(xué)方法運(yùn)用于具體的教學(xué)實踐中去。因此，這門課程的教學(xué)理應(yīng)以理論和實踐相結(jié)合的形式進(jìn)行，還要結(jié)合具體教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的新問題，在此基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新。