導語：如何才能寫好一篇機械原理知識總結，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

【關鍵詞】：新技術、電渣壓力焊、直螺紋、靜力拉伸試驗。

中圖分類號：TU392.2 文獻標識碼：A

一、前言

近年來，隨著建筑新技術、新材料、新工藝的大量推廣應用，粗直徑鋼筋連接技術特到了迅猛發(fā)展，其中尤以鋼筋電渣壓力焊連接技術、直螺紋連接技術的應用最為普遍。以江蘇通州二建建設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，框架剪力墻結構， 抗震等級均為二級。該工程基礎底板鋼筋、框架梁縱筋均采用“直螺紋”機械連接，框架柱縱筋、電梯井筒和剪力墻內暗柱縱筋均采用“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、直螺紋連接技術在該工程的成功應用表明，新型鋼筋機械連接技術因其操作簡單，質量穩(wěn)定，結構受力合理，既保證了工程質量，又提高了勞動效率，因此具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，值得大力推廣。但也有個別工程在應用上述新型鋼筋機械連接技術的過程中，因技術要領控制不當，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。這樣既浪費了寶貴的施工時間，延緩了工程進度，又浪費了施工資源，可謂“得不償失”。本文將從工藝流程、技術要領的控制方面著手，研究分析上述兩種鋼筋機械連接施工時應注意的問題。

二、鋼筋直螺紋機械連接施工

（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擰緊，利用絲間機械的咬合形成整體。

鋼筋直螺紋連接示意圖

（二）、設備選用

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

（三）、材質要求

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

（四）、施工方法

1、現(xiàn)場準備、人員準備

為確保鋼筋螺紋絲頭的加工質量，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)技術培訓，經(jīng)考核合格后持證上崗。班組成員應相對固定；

根據(jù)現(xiàn)場特點，本工程鋼筋滾軋直螺紋等強連接的端頭螺紋均在場外預制，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應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，絲頭質檢、蓋保護帽及搬運2-3人。

2、工藝流程

鋼筋下料滾絲上塑料保護套擰連接套筒（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，可用砂輪切割機切斷。要求鋼筋切割端面垂直于鋼筋軸線，否則應調整機器，直至符合要求。鋼筋端頭不準撓曲，不得有馬蹄形。

鋼筋滾絲在GGZ-40型鋼筋直螺紋滾軋機上進行。鋼筋滾絲時必須使用水溶性切削冷卻液，不準使用油性切割液或機油液，不準不加液直接滾絲。每臺鋼筋直螺紋滾軋機每班可加工400-600個絲頭。鋼筋滾絲時，直螺紋滾軋機上的滾絲器應與鋼筋規(guī)格調整一致。標準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，應立即蓋上塑料保護帽或擰上連接套筒，防止裝卸鋼筋時損壞絲頭，影響連接質量。

滾軋直螺紋鋼筋機械連接技術現(xiàn)場質量控制的核心是絲頭的加工質量，因此必須認真、仔細地檢驗。絲頭檢驗的要素包括：a、外觀及外形質量檢驗，包括：鋼筋絲頭螺紋應飽滿，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)，當鋼筋絲頭插入時，鋼筋端面在環(huán)規(guī)缺口范圍內，即為合格。

加工的絲頭應逐個自檢，出現(xiàn)不合格絲時應切去重新加工；

自檢合格的絲頭，應由質檢員隨機抽樣進行檢驗，以一個工作班加工的絲頭為一個驗收批，隨機抽檢10%。當合格率小于95%時，應加倍抽檢，復檢合格率仍小于95%時，應對全部絲頭逐個檢驗。

連接前的準備：鋼筋連接之前，先回收絲頭上的塑料保護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。

標準型接頭的連接：把裝好連接套筒的鋼筋擰到被連接鋼筋上，然后用管形板手擰緊鋼筋，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。隨后畫上標志，便于質檢人員抽檢、記錄。

接頭檢驗：接頭連接完成后，由質檢人員分批檢驗。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)場連接接頭質量檢驗

按《鋼筋機械連接通用技術規(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的提供單位應向使用單位提供有效的型式檢驗報告。

在支模前，質檢員按規(guī)定的抽檢數(shù)量進行檢驗。要求鋼筋連接質量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，必須在工程結構中隨機截取3個試件進行試驗，并按要求做單向拉伸強度試驗。當每個試件單向拉伸強度試驗均符合要求時，該驗收批評為合格；如有一個試件的強度不合格，應再截取6個試件進行復檢，復檢中有一個試件試驗結果不合格，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)量可擴大到1000個。

（五）、標志、包裝、運輸、儲存要求

鋼筋直螺紋連接套筒應在保護塞上標明規(guī)格標志。

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

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

套筒在運輸過程中應妥善保管，避免雨淋、沾污、遭受機械損傷。

鋼筋絲頭檢驗合格后應套上塑料保護帽，按規(guī)格分類堆放整齊；

雨季或長期堆放情況下，應對鋼筋絲頭采取防銹措施；

鋼筋絲頭在運輸過程中應妥善保護，避免雨淋、沾污、遭受機械損傷。

（六）、安全技術措施

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

電纜、電線應防止負重拖拉、彎折和尖利物體的刻劃。

操作機械時嚴格按操作規(guī)程進行。

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范圍內的鐵銹、雜質刷凈，將待接長鋼筋安放在專用夾具鉗口內夾緊，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；四周焊包應均勻，凸出鋼筋表面的距離應大于等于4mm。

電渣壓力焊的焊接參數(shù)應符合標準規(guī)范的規(guī)定；

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

在焊接生產(chǎn)過程中，焊工應進行自檢，當發(fā)現(xiàn)偏心、彎折、燒傷等焊接缺陷時，應按下表查找原因和采取措施，及時清除并糾正：鋼筋焊接應注意的安全問題：鋼筋焊接必須注意安全，嚴格按安全技術要求操作。要對電源進行維護，嚴禁鋼筋接觸電源。焊機必須接地，焊接導線及鉗口接線處，都必須可靠絕緣。變壓器和焊機都不準超負荷使用。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，謹防觸電，并保護好眼睛。

（二）、鋼筋電渣壓力焊接頭的質量檢查與驗收

電渣壓力焊接頭應逐個進行外觀檢查。當進行力學性能試驗時，應從每批接頭中隨機切取3個試件做拉伸試驗，且應按下列規(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果應符合下列要求：

四周焊包凸出鋼筋表面的高度應大于等于4mm；

鋼筋與電極接觸處，應無燒傷缺陷；

接頭處的彎折角不得大于4度（即：自接頭處向上1m范圍內的偏差不應大于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切除重焊，或采取補強焊接措施（如幫條焊）。

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

當試驗結果中有一個試件的抗拉強度低于規(guī)定值，應再取6個試件進行復驗。復試結果，當仍有一個試件的抗拉強度低于規(guī)定值，確認該批接頭不合格！

四、技術經(jīng)濟分析

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)省了工程費用5.5萬元；采用直螺紋機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)省費用5.5萬元。而電渣壓力焊和直螺紋機械連接的接頭費用（材料費）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、新技術應用體會

（一）、滿足了結構設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，使得結構內部應力分布不均勻，影響結構安全。采用上述連接方法，所有接頭均是軸向對接，受力情況較好，質量穩(wěn)定可靠。抽檢表明，本工程直螺紋機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。

鋼筋直螺紋機械連接，可以預先完成一半作業(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)濟效益較好。

采用上述方法進行鋼筋連接，可以充分滿足結構設計要求，具有穩(wěn)定、可靠的施工質量，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

關鍵詞：機械設計 教學體系 創(chuàng)新

機械設計是機械類專業(yè)的一門重要技術基礎課程，能夠培養(yǎng)學生的工程設計能力。因此，應當加大機械設計教學體系的創(chuàng)新力度，培養(yǎng)學生具有分析、解決工程問題，設計、創(chuàng)造新的機械裝備的能力，為國家培養(yǎng)更多機械設計創(chuàng)新性人才。

一、目前機械設計教學體系存在問題

目前機械設計教學體系主要出在以下幾方面問題：①教學內容過于龐雜。目前，機械原理和機械設計是解析設計教學的課程內容，同時機械設計也包括材料、力學、熱處理、機械原理、公差與配合、機械零件、機械CAD等內容，所涉及到的知識面相對較廣，同時教學內容也相對零碎，且與其他課程存在較多交叉重復，例如機械設計教學中的螺紋聯(lián)接、鍵聯(lián)接等相關教學內容明顯與少而精的教學原則相悖。如減速器的類型、樣式和設計參數(shù)要求和機械制圖中的減速器設計相關知識存在著較高的重復率，既失去了機械設計的學科特點，同時又浪費了教學時間。②無法適應時代的快速發(fā)展。目前，很多院校的機械設計教材存在著內容龐雜、理念陳舊、脫離工程實踐、跟不上時展以及深度不足等問題。現(xiàn)代機械設計教學應當滿足工程性和技術性需求，同時也應當具備系統(tǒng)性。社會性以及經(jīng)濟性，并能夠隨著社會的發(fā)展，提出更多滿足實際生產(chǎn)需要的新設計理論和設計方法。目前，很多院校的機械設計教學對設備結構、設備的強度和運動學更新等相關技術內容較為注重，在一定程度上忽視了能源、環(huán)境方面知識在教學中的滲入以及安全、人機關系、美學等社會因素和價值工程、周期費用分析等經(jīng)濟因素，導致機械設計理論教學與實踐之間出現(xiàn)嚴重的脫節(jié)。③教學方式過于陳舊、落后。一些院校在教學過程中在機械設計教學中仍然采用教師將書本知識和相關原理一講到底，學生對知識死記硬背的傳統(tǒng)灌輸式教學方式，并未在實際教學中輔以相關知識或原理的掛圖來進行補充講解，以加深學生的相關知識或原理的理解，同時缺乏案例式教學、現(xiàn)場教學以及討論啟發(fā)式教學，也并未留給學生進行問題獨立分析和思考的時間，在一定程度上影響學生對課堂相關知識或原理的理解和掌握，同時在一定程度上還阻礙了學生運用所學知識解決實際工程問題能力的發(fā)展。因此，應當對機械設計教學體系進行創(chuàng)新。

二、創(chuàng)新機械設計教學體系措施

（一）調整教學內容

院校開展的機械設計各項教學內容都應當緊貼實際，注重整體性、實踐性以及創(chuàng)新性。目前，很多院校的機械設計新生缺乏機械方面相關基礎知識，因此，機械設計在教學中應當調整教學內容，堅持適度、夠用的教學原則，避繁就簡、突出重點、深入淺出。一方面，應當做到精簡，對機械設計教學的傳統(tǒng)性、敘述性內容進行壓縮，盡量減少機械設計教學中相關理論知識的重復，同時在相關教學環(huán)節(jié)中，如實驗、實習、課程設計、社會調查、畢業(yè)論文以及課外科技活動等教學環(huán)節(jié)，融入機械教學相關理論知識。另一方面注重知識的整合。在機械設計的實際教學中，可以將理論力學、材料力學與機械零件的相關知識點進行整合。此外，在機械設計的教學過程中還應當注重知識點的增設。在充分考慮知識點的系統(tǒng)性和完整性時，可以增設以電、液為動力的機構組合，結合實際的典型機械等新內容，使學生全面認識現(xiàn)代機械，以適當前生產(chǎn)實際需要，方便計算機輔助設計的應用和推廣。

（二）加強學生能力培養(yǎng)

機械設計是一門極具實踐性的課程，在進行過程中應當注重學生設計技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，以培養(yǎng)學生的技術應用能力為主要教學目的，同時注重學生工程意識、工程實踐能力、創(chuàng)新意識以及社會實踐能力的培養(yǎng)。在實際教學過程中，教師應當徹底摒棄傳統(tǒng)的灌輸式教學模式，在講解相關理論知識或原理時，注重培養(yǎng)學生總結結論的能力，同時在相關知識或原理的講解時融入其在實踐中的應用，堅持產(chǎn)、學、研相結合的方向，體現(xiàn)機械設計教學的基礎性、系統(tǒng)性、實踐性以及現(xiàn)代性。

（三）創(chuàng)新教學方法

目前，大多數(shù)院校都是面向全國招生，導致機械設計學生的相關實際機械知識參差不齊。因此，在機械設計的實際教學過程中，應當注重教學方法的創(chuàng)新。教學在教學過程中應當加強直觀教學，在學生學習相關理論知識或原理的同時，讓學生接觸各類種機械、機構、零件、部件、圖紙，提高學生相關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)代教學技術，并借助計算機和互聯(lián)網(wǎng)，利用虛擬現(xiàn)實技術和仿真軟件系統(tǒng)，來開展機械設計的現(xiàn)代化、立體式教學。此外，教師在機械設計的實際教學中，應當盡量減少相關知識或原理的理論推到，同時運用例證來講清思路，加深學生對相關理論知識或原理理解，提高課堂教學效率。

結束語

目前，我國機械設計教學體系仍然存在著教學內容過于龐雜、無法適應時代的快速發(fā)以及教學方式過于陳舊和落后等問題，因此，在機械設計實際教學過程中，應當調整教學內容，加強學生能力培養(yǎng)，同時不斷創(chuàng)新教學方法，為國家培養(yǎng)更多機械設計創(chuàng)新性人才。

參考文獻：

[1]韋林，陳勇棠，劉馳等.機械創(chuàng)新設計能力培養(yǎng)的探索與實踐[J].機械職業(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)的機械設計類課程教學體系改革與實踐[J].江西理工大學學報，2009，30（2）：61-63.

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

篇3

[關鍵詞]實踐創(chuàng)新;機械原理;教學方法

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

機械原理是一門介紹機械中常用機構和一般工作條件下常用參數(shù)范圍內的通用零部件設計的基本知識、基本理論和基本方法的重要的專業(yè)基礎課，是機械類及相關工程類專業(yè)的必修課程。在機械原理這門課程中，學生要掌握“三大機構”和“三大分析”。“三大分析”即機構結構分析、機構的運動學分析和機構的動力學分析的基本知識;“三大機構”即連桿機構、凸輪機構和齒輪機構的設計與綜合。機械原理課程的培養(yǎng)目標是使學生具有創(chuàng)新機構運動方案的設計能力，即針對不同的設計任務，綜合運用多學科的相關知識，提出多種機構運動方案，并進行綜合評價確定最優(yōu)方案。因此，它又是一門多學科、實踐性很強的學科。[1]

一、機械原理教學中存在的問題

當今世界，科技發(fā)展日新月異，技術快速發(fā)展，而我們的教材一直是經(jīng)典教材，課程的內容跟不上科學研究的發(fā)展，也跟不上技術的實際應用，甚至存在有些知識點是實際應用中多年棄之不用的技術等問題。結合這幾年授課經(jīng)驗，筆者發(fā)現(xiàn)，機械原理教學中存在如下幾點不足：

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

第二，重理論知識系統(tǒng)性而輕工程應用背景的介紹。如連桿機構中轉動副（鉸鏈），學生從書本上見到的只是桿是直線和鉸鏈是圓組成的機構運動簡圖，對于現(xiàn)實生活的機械產(chǎn)品難有較好的感性認識。特別是在大四做畢業(yè)設計結構設計的時候，構件與構件之間的實際的鉸鏈的裝配關系容易出錯。

第三，缺少對機械設計新技術、新發(fā)展和新成果介紹，以及機構解析法設計的內容。

第四，與其他課程聯(lián)系少，往往是就機構分析而機構分析，可通過設立綜合性強的課題，將機械原理與工程力學、機械設計結合進行綜合性設計，或結合設計比賽進行串接。

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

以上問題的存在，使得本來是創(chuàng)新性強、思維發(fā)散靈活、創(chuàng)作激情澎湃的機械原理教學，有可能變成理論實際脫節(jié)、教學過程枯燥、學習目標盲目、學習激情減退、教學質量下降的灌輸式教學。[1]

二、要善于提出問題，引導學生主動思考

在教學過程中，需要將學生的地位至于教學的核心。讓學生參與到教學活動里，在進行教學之前可以設置多重問題，讓學生在問題的引導下層層深入，自主進行深入學習，提高學習的興趣和效率。

機構自由度計算是機械原理教學中的重點內容之一，教師要做到深入淺出地講授構件和運動副產(chǎn)生約束作用，由此自然給出平面機構自由度計算公式。不僅加入了理論知識，還使用一些簡短視頻和動態(tài)圖，讓學生了解各個運動副之間的關系，便于理解和識別復合鉸鏈、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構進行分析，或者對看起來復雜的機構進行簡化。引領學生在計算自由度的時候建立對機械原理的最初理解以及興趣。鼓勵學生將學到的機構進行應用。建立簡化機構和對機構原動件到從動件進行順序分析的解題思路。提出機構，讓學生自由分析和進行計算，再進行講解。培養(yǎng)學生分析和解決問題的能力。

齒輪機構在各種機器中應用廣泛，在講授這部分知識時，利用在實驗室不同類型齒輪機構的模型和視頻、聯(lián)系實際進行理論知識的講解，可以加強學生知識的理解。首先要建立對一般齒輪類型的認知。了解齒輪傳動在實際應用中的重要性，再提取最普通的直齒圓柱齒輪進行分析。可以讓學生自己探索分度圓，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。再通過實際嚙合狀態(tài)，提出嚙合相關的問題，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，讓學生類比齒輪的公式，進行公式的推斷，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，從設計到制造的順序，提出不同階段的問題，引領學生建立系統(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

我校教師帶領學生連續(xù)參加第四、五、六、七屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽（慧魚組）。2014年我校學子一舉斬獲一等獎，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，為學校贏得了榮譽。還帶領學生參加了江蘇省第五屆機械創(chuàng)新設計大賽暨第六屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽獲省二等獎，不僅要求學生設計出作品，并且要做出實物，進行現(xiàn)場模擬。據(jù)悉，全省獨立學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）全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽的主題為“服務社會――高效、便利、個性化”;內容為“錢幣的分類、清點、整理機械裝置;不同材質、形狀和尺寸商品的包裝機械裝置;商品載運及助力機械裝置”。我們選擇關于錢幣的分類、清點、整理機械裝置的設計。

在當今的社會生活中，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。這都預示著新型的多功能投幣機械將會被人們廣泛使用，其需求量將會越來越大。作品一設計的是新型公交車投幣箱。利用簡單的滑道及杠桿機構進行紙幣及硬幣的分離，再以簡單的滑道機置對不同面值的硬幣進行分類，如圖1所示。由兩個滑道構成主要結構，上面一個滑道兩點固定，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構，硬幣的質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，達到分離的目的。此結構簡單，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：1.沒有科幻元素，處處體現(xiàn)實用化。簡單的機械結構容易制造，并且出現(xiàn)故障容易修理。2.無須通電和供能，因此投幣機十分安全并且節(jié)能、受到的使用限制也會大大縮小。3.設計制造成本低，可批量生產(chǎn)，便于推廣。此設計不僅功能齊全、可靠性高，并且機械裝置簡單，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（需要人們一個一個投）設計了該產(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入不同的空間內。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置為21mm（先將一角錢分出），將第二個出口處的間距設置為23mm（再將五角錢分離），最后的出口的間距設置為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，在容器外表面標出刻度（不同的高度對應不同的數(shù)量，如：在一元容器外，每隔18.5mm，畫一刻度線，標出數(shù)字十;在五角容器外，每隔16.5mm，畫一刻度線，標出數(shù)字十;在一角容器外，每隔16.7mm，畫一刻度線，標出數(shù)字十）。主要創(chuàng)新點： 1.可進行硬幣的分類。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，結構簡單。5.系統(tǒng)還具備升級和擴展的潛能。本作品結構簡單，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)品設計的構思到最后整個作品的制作完成都充分發(fā)揮了學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)了學生綜合設計能力與團隊協(xié)作能力，提高了學生針對實際需求進行機械創(chuàng)新、設計、制作的實踐能力。[3]

四、總結

通過這次研究課題的實踐，不僅讓學生學到了許多了專業(yè)知識，而且培養(yǎng)了其解決問題的能力。其次，團隊管理也是很重要的，一個團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立討論小組，對問題進行研究，集眾人之力去解決問題。最后筆者認為，本次研究關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，這樣不斷進行反思總結，才能取得突破，取得最后的勝利。

[ 參 考 文 獻 ]

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

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

篇4

關鍵詞：機械原理；系統(tǒng)化；多樣化創(chuàng)新性設計；實踐性

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

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

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

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

一、機械原理課程設計教學內容及存在的問題

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

根據(jù)近年來“機械原理”課程的理論教學，結合課程設計實踐環(huán)節(jié)指導經(jīng)驗，筆者發(fā)現(xiàn)學生在機械系統(tǒng)設計中，普遍存在如下問題：面對復雜的機械系統(tǒng)，學生在初始確定機械方案的工作中不能把握全局，沒有“整體規(guī)劃”的概念，竟不考慮機械系統(tǒng)各部分的運動協(xié)調性和機構運動實現(xiàn)的可行性，設計工作呈現(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“參考設計”并不利于學生真正掌握機械系統(tǒng)設計的精髓。另外，原有課程設計所選設計題目大都集中于傳統(tǒng)、經(jīng)典式的機床類設計，題目過于單一，創(chuàng)新設計性體現(xiàn)不強，導致學生缺乏設計興趣。

筆者認為在課程設計過程中應積極發(fā)揮學生的主觀能動性，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，這才是該課程設計所應達到的教學目的，針對以上培養(yǎng)目標和所述問題，本文分別對課程設計進行中的重要環(huán)節(jié)和應注意的問題加以探討和論述。

二、系統(tǒng)化、實踐性及創(chuàng)新性教學探索

1.總體規(guī)劃，把握正確設計方向

機械系統(tǒng)的正常工作是依靠各部分機構的協(xié)調運動來實現(xiàn)的，因此機械系統(tǒng)方案設計的最初工作階段應是“系統(tǒng)工程設計”，即應在滿足機器各執(zhí)行構件的協(xié)調運動關系和運動、動力要求下，高屋建瓴地進行整體規(guī)劃，該階段應包括上節(jié)所述設計步驟的前三步。“系統(tǒng)工程設計”階段將為之后各設計階段提供設計目標、依據(jù)和技術參數(shù)，其重要性正如房屋的架構或是汽車的運行，決定了機械系統(tǒng)方案設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)工程設計”工作正是學生在設計過程中遇到的最大困難，其不愿運用邏輯思維統(tǒng)籌分析各部分運動協(xié)調關系和機構運動的合理性，而是莽撞地從熟知的局部機構入手開始設計，如此毫無方向性的設計方法無異于盲人摸象，而后的工作無論進行得多細致也無法保證正確的設計結果，最終導致南轅北轍的失敗。

進行“系統(tǒng)工程設計”的關鍵步驟是繪制各執(zhí)行機構的運動工作循環(huán)圖。運動工作循環(huán)圖使各執(zhí)行部分協(xié)調運動關系明晰可見，更有助于設計者理清思路。最清楚的繪制方法是在直角坐標系中分別做出各執(zhí)行構件所對應原動件在一個工作循環(huán)內的運動位移曲線以及對應的阻力曲線，該曲線將為之后的機構設計、運動和受力分析提供必要的設計技術參數(shù)。

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

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

2.開展實踐調查研究，鍛煉自主研究能力

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

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

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)絡技術資源也能夠感受到一個豐富精彩的機械世界。通過實踐，再與所學理論知識相結合，學生再一次經(jīng)過了由感性上升到理性的認識過程，掌握了課本知識與實際機器的內在聯(lián)系，在設計時更易發(fā)揮其主觀能動性。在補充專業(yè)知識的過程中，領略前輩們的智慧和創(chuàng)新精神，想必也一定會激發(fā)學生自主設計的欲望與熱情。

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

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

筆者認為，針對初學的學生擬定機械系統(tǒng)題目不宜太過復雜，而在于有思考性和設計意義。只要有創(chuàng)新和分析價值，能激發(fā)起學生創(chuàng)新設計的欲望，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體系發(fā)展，多樣化、創(chuàng)新性設計題目應有所呈現(xiàn)，而這些題目能使學生充分利用所學之術，鍛煉分析判斷能力和解決實際問題的能力。

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

如讓學生進行汽車前車輪轉向系統(tǒng)的設計。首先向學生提出以下問題：兩前輪轉向時，兩車輪的轉角是否相等；然后分析問題：汽車高速行駛時首先要保證行駛的安全性，因此車輪轉向時應保證整車純滾動，否則將會出現(xiàn)打滑的危險。由此得到結論：前車輪兩軸線必然與后車輪軸線交于一點，由幾何分析得到兩車輪轉角具有一定的函數(shù)關系。該機構可由等腰梯形四連桿機構來實現(xiàn)，其設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行求解。

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

通過以上所舉實例可知，實際機械系統(tǒng)中有很多亟待解決和優(yōu)化的問題都依賴于機械系統(tǒng)方案設計。諸如此類具有一定不確定性的設計問題，讓學生真正感受和接觸到實際問題的存在，即使在設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。整個設計過程是伴隨著激情和設計靈感的創(chuàng)造性活動，而不再是一項繁瑣枯燥的事情，使機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計理念深入人心。

三、總結

綜上所述，通過創(chuàng)新性、實踐性的課程設計過程，使學生對機械系統(tǒng)的設計理念有所感悟，使學生更好地在創(chuàng)造實踐能力和分析思維方面得到大幅度的鍛煉，真正達“機械原理”課程設計實踐教學的目的。同時，也對學生今后進一步深入研究并確定其研究方向和領域大有裨益，起著導向作用。期待在今后的機械原理課程設計中將出現(xiàn)更多豐富的創(chuàng)新實踐性題目和先進的設計理念，培養(yǎng)出優(yōu)秀的應用型創(chuàng)新人才，以適應我國科學技術及工程創(chuàng)新的發(fā)展。

參考文獻：

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[5]張永安.機械原理課程設計指導[M].北京:高等教育出版社,

篇5

0 引言

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

本文認為，要進行機械創(chuàng)新設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)新設計思維并能激發(fā)創(chuàng)新思維的設計系統(tǒng)。設計過程充滿了矛盾，所獲取的知識應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計過程中，因此要統(tǒng)一研究知識獲取工具與設計系統(tǒng)。另外，人類的創(chuàng)新設計思維模式是在長期的成功設計經(jīng)驗中總結形成的，因此設計系統(tǒng)必需符合創(chuàng)新設計思維規(guī)律。創(chuàng)新設計思維規(guī)律應作為算機輔助創(chuàng)新設計系統(tǒng)的理論基礎。

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

1 機械創(chuàng)新設計思維規(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。本文提出兩個機械創(chuàng)新設計思維原則：

一是最短路徑原則。設計者得到產(chǎn)品的功能要求后，往往首先檢索出最佳設計實例，這樣可以最迅速接近目標，然后運用價值工程方法，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大研究對象范圍，最后得出最優(yōu)結果。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在聯(lián)系。

要用計算機系統(tǒng)來輔助設計師從自然界中發(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械產(chǎn)品實例中挖掘相似性，以促進機械創(chuàng)新設計。

機械設計過程是從功能要求到作用原理，再到物理結構的映射過程[1]。在CBR系統(tǒng)中，功能要求、作用原理與物理結構可作為實例索引，因此可統(tǒng)稱它們?yōu)樗饕椖俊Ｍ凰饕牟煌愃饕椖恐g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構具有相似性。

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

這兩項原則已被多種設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）分析了上百萬設計實例，確定功能要求與作用原理及物理載體的內在聯(lián)系，以及不同作用原理或物理載體的可替代關系，使設計師可根據(jù)功能要求找到適當?shù)淖饔迷砑拔锢磔d體，體現(xiàn)相似性聯(lián)想原則。

2 計算機輔助創(chuàng)新設計系統(tǒng)

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

2.1 實例檢索

利用基于實例推理（CBR）技術時首先要深入研究它的優(yōu)缺點。CBR是一種以實例為知識載體的知識供應方法。當前它仍有如下不足：首先，系統(tǒng)為了達到實用通常建立龐大的實例庫，這導致管理困難，系統(tǒng)運行效率低；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，實例調整嚴重依賴領域知識，難度大，所以很多CBR系統(tǒng)簡化為實例檢索系統(tǒng)[2]。導致這三項缺點的深層原因是實例是獨立的，不同實例所蘊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)品結構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)品結構樹功能實現(xiàn)。

2.2可視化的實例模型表達及矛盾分析

概念設計技術的發(fā)展方向為研究一種統(tǒng)一的設計方案表達方法[3]。文獻[4]對日本學者吉川弘之提出的FBS圖進行擴充，使用兩個框架分別描述一個設計方案的功能層次與結構層次，并存儲功能單元與結構單元的對應關系，使計算機理解產(chǎn)品的結構及其功能。這種方法的缺點是結構與功能的關系不夠直觀，因此本系統(tǒng)在功能層次圖與結構層次圖的基礎上增加功能關系圖，以語義網(wǎng)絡的方式描述結構及之間的作用關系，使結構與功能處于同一張圖中，設計者可直觀地理解產(chǎn)品原理，根據(jù)功能關系圖并運用價值工程方法分析實例存在的矛盾。

實現(xiàn)創(chuàng)新的關鍵是正確分析產(chǎn)品中所存在的矛盾[5]。產(chǎn)品設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)品功能質量目標；二是某些功能質量得到改善而某些功能質量卻惡化。

矛盾分析結果用于指導新作用原理、新物理結構的聯(lián)想，進而找出相似實例。

2.3基于WEB的創(chuàng)新設計知識庫

本系統(tǒng)的創(chuàng)新設計知識庫包括作用原理庫、物理結構庫與實例庫。當系統(tǒng)根據(jù)相似性搜索到新作用原理或物理結構后，相應的實例自動調出。

作用原理庫與物理結構庫的開發(fā)借鑒了TRIZ的成果，再針對機械領域補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構，形成物理結構庫。實例庫主要針對幾種常見的家電產(chǎn)品進行開發(fā)。

創(chuàng)新設計知識庫是創(chuàng)新設計系統(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)的機械知識XML標記處理，使知識庫建立在國際標準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的機械產(chǎn)品計算機輔助創(chuàng)新設計系統(tǒng)，滿足異地協(xié)同設計的需要。

2.4相似性的量化方法及改進的遺傳算法

每種產(chǎn)品的結構不同，需要不定相同的遺傳算法編碼。本系統(tǒng)為了提高運行效率，采用浮點數(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構的相似性作為篩選實例產(chǎn)生初始群體的依據(jù)。

實現(xiàn)該途徑的關鍵在于相似性的量化也即相似度的計算方法。相似度實質是實例的關聯(lián)知識，必須以一定的算法在實例集合中挖掘得到。縱向聯(lián)想的相似度實質是功能目標與實現(xiàn)手段的關系程度，橫向聯(lián)想的相似度實質是實現(xiàn)手段的可替代關系程度。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計經(jīng)歷，使初始群體的產(chǎn)生有合理的基礎，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，作用原理或物理結構元素集合為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。 設元素Gk到元素Fj的縱向聯(lián)想相似度為rkj，則：

rkj =

又設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，輔助設計師從相似度較高的方向進行聯(lián)想，并用于指導遺傳算法初始群體的產(chǎn)生，從而促進設計創(chuàng)新。

3 結論

本文研究創(chuàng)新設計思維規(guī)律并用于指導機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計系統(tǒng)的開發(fā)，系統(tǒng)的成功應用證明了關于創(chuàng)新設計思維規(guī)律論斷的正確性以及多種新技術的可行性。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、物理結構及實例以解決矛盾，完成概念設計階段的功能優(yōu)化與原理優(yōu)化，是實現(xiàn)機械廣義優(yōu)化設計方法的新成果。

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

篇6

【關鍵詞】產(chǎn)品設計 創(chuàng)新 想象力 功能 原理 結構

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

1 引言

人類的一切文明都是設計的產(chǎn)物。工程產(chǎn)品設計就是利用科學研究得到的原理,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,同樣科學技術研究也需要創(chuàng)新性的想象與想象力培養(yǎng)。中國的大學教育傳統(tǒng)上以文學和政論為主,強調修身、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)代科學教育進入中國,并且已成為理工農醫(yī)科學教育的核心[4]。根據(jù)中國教育的長期教育歷史和目前建設創(chuàng)新型國家的要求,當前有必要強調創(chuàng)新教育。前文從產(chǎn)品設計、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)新設計中作用[5]。表1列出的是發(fā)明家所需具備的主要素質[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,因此,在科技人才的培養(yǎng)方面應注重這兩方面能力的鍛煉。只有不斷地在學習和工作中,主動地學習想象的方法,積極想象新的功能、原理和結構,才能更好地設計新產(chǎn)品。

機械產(chǎn)品、機電產(chǎn)品的設計也需要培養(yǎng)設計者的想象力,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。我國政府倡導建設創(chuàng)新型國家,在一些領域要與國際先進水平并駕齊驅,這需要科技工作者與技術工人的共同努力。在新產(chǎn)品的創(chuàng)造過程中,需要設計者創(chuàng)新性的構思新產(chǎn)品、技術工程師設計新產(chǎn)品和制造工藝以及技術工人加工新產(chǎn)品。工人從事產(chǎn)品制造加工,技術人員從事產(chǎn)品設計和加工工藝編制,科學技術工作者從事產(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)新工作者應注重培養(yǎng)和訓練的優(yōu)秀素質。本文擬討論從事機電產(chǎn)品創(chuàng)新所需要注意的幾個問題。

2 功能設計的想象

產(chǎn)品是指生產(chǎn)出來的物品,對人類具有一定的功能。“顧客購買的不是產(chǎn)品本身,而是產(chǎn)品所具有的功能。”社會上流通的產(chǎn)品對其生產(chǎn)廠商是獲得經(jīng)濟效益的產(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,與機械工業(yè)化革命相對應,工具論對機械工業(yè)革命、電氣化工業(yè)革命、信息化工業(yè)革命和生物技術革命都產(chǎn)生了顯著的作用。笛卡兒提出數(shù)學描述的方法論,后來牛頓、達爾文和哥白尼等分別提出了自然科學不同學科的基本原理。機械產(chǎn)品設計依據(jù)機械原理,1970年德國科學界提出的功能原理的產(chǎn)品設計,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)爭等災難因素,其中有的技術已經(jīng)失傳。近代科學以伽利略為其開端的代表人物,將數(shù)學原理用于物理知識的表達和分析,開啟了近代工程科學。另一方面,知識的傳播也由學校完成,高等教育蓬勃發(fā)展,形成機械、電氣、土木、化工、計算機、信息和生物組成的現(xiàn)代工程科學體系。機械工程的歷史悠久,而且其原理知識滲透到各個工程技術領域,并沒有隨新型工程技術的發(fā)展而消亡,而是成為工程產(chǎn)品設計的基礎。例:現(xiàn)代的航天工業(yè)、生命技術和核能工業(yè)都離不開機械工程知識的支持。機械產(chǎn)品與信息科學、生命科學的結合,出現(xiàn)了數(shù)控加工機床、機器人和靶向藥物等一系列技術產(chǎn)品,人類的制造能力大幅度提高。近年來,隨著數(shù)字化設計和協(xié)同設計技術的發(fā)展,人們設計新產(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)品設計的方式和方法產(chǎn)生巨大影響,新產(chǎn)品的設計周期將大大縮短。

要設計出新的產(chǎn)品,就是設計出新的功能或功能組合。要實現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新設計就是要在設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研或用戶反饋的意見,提出產(chǎn)品功能的改進,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)新的科學原理,或變換原理或變換結構所想象出來的。例,從雙卡收錄機到卡式隨身聽,再到電子技術的MP4,前者使用相同的磁記錄原理,但變換了結構與功能組合,獲得了便攜的功能。后者采用新的磁記錄原理,利用巨磁阻效應設計出新的技術手段,實現(xiàn)播放聲音和圖像媒體的功能。

功能設計有分解和綜合方法,原理設計有集成、轉用和逆向等方法。產(chǎn)品的功能創(chuàng)新設計不一定是設計出前所未有的產(chǎn)品,隨著各個領域知識的融合和技術革命,很多產(chǎn)品的設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。

功能設計的創(chuàng)新過程中需要形象,例如人類想象出了飛機、電視機和收音機等,在設計這些產(chǎn)品前,人們就已經(jīng)幻想象鳥一樣飛行,千里眼和順風耳,在古代的小說中就有這樣的文學想象,后來的技術革命用技術手段實現(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,例如流體力學原理、無線信號傳遞等原理。物理原理、化學原理和生物原理是設計新型產(chǎn)品的基礎知識,近200年來,人們主動采用各種基本原理設計出許多種新產(chǎn)品,而且這一趨勢仍將繼續(xù)下去。

3 原理設計的想象

設計產(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,機械原理知識僅僅是機械產(chǎn)品原理設計的基礎。有時很復雜的機械產(chǎn)品,如果用電子控制技術來實現(xiàn),其結構就非常簡單。例上面所述的隨身聽。機械科學的原理并不多,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。現(xiàn)在基本的機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)這些標準化的元器件。復雜機電產(chǎn)品的設計并不是將機電單元簡單的堆砌在一起,而是有機的組合、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)品設計是否可以物化、是否可行。常用的機械產(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械產(chǎn)品加工中得到廣泛應用。利用新的物理、化學或生物原理來發(fā)明新的機械產(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。在知識教學中,更應培養(yǎng)學生的觸類旁通、獲取知識的能力。

現(xiàn)代的機電產(chǎn)品,在構思整體設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)的技術原理方案,并且擇善而從地詳細分析最佳方案。設計原理的選擇,不僅要考慮技術的先進性,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的設計軟件,這也是今后的發(fā)展方向之一。

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

4 結構設計的想象

要將設計原理實體化,獲取設計者設計的產(chǎn)品功能,就必須進行產(chǎn)品的結構設計。常用的結構設計方法有放大、縮小、轉用和變結構等。在機械系統(tǒng)的結構設計方面,俄羅斯的學者非常重視,而德國和日本的學者重視原理的設計和設計方法。我國的機械產(chǎn)品設計在1978年以前學習俄羅斯的結構設計,在80年代學習德國的功能設計理念、日本的二次設計方法。結構設計中常用的零件結構已經(jīng)標準化。

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

結構的標準化、新材料的開發(fā)與應用將對機械結構的設計產(chǎn)生重大影響。前人的石器時代、青銅時代、鐵器時代和半導體時代以及今后的生物材料時代,都已經(jīng)對產(chǎn)品的設計原理、設計方法產(chǎn)生了巨大影響,而且產(chǎn)品的結構也發(fā)生了很大變化。例:古代利用細繩作為鋸子,今天利用合金材料和電力驅動的電鋸,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)品的技術含量和經(jīng)濟效益。

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

微納機電產(chǎn)品,以微納微型、微納傳感器和芯片等技術為代表,在近10年內取得了一系列突破。化學原理和生物原理也逐漸應用到這類微納機械產(chǎn)品的設計,例如生物傳感器和生物芯片等。未來的機械應該是生物機械,傳統(tǒng)的機械原理、機械設計和機械制造技術都日臻成熟,21世紀的機械是生物機械,這一點上大多數(shù)人已有共識。我們現(xiàn)在大學里培養(yǎng)的人才,今后的21世紀的機電產(chǎn)品創(chuàng)新必定依靠現(xiàn)在的青年人,因此有必要開設系統(tǒng)論、生物原理等課程,這一點仍有欠缺,也未達成共識,作者認為應從未來機械發(fā)展的高度,布局現(xiàn)在的機電產(chǎn)品設計人才的知識結構,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。

關于微納機電產(chǎn)品的設計,目前有兩種技術路線。其一,是將以前的機構、機械結構和電子元器件縮小,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)的機械原理和機械零件設計,依據(jù)生物物理和生物化學的基本原理來構造微納系統(tǒng),例如仿葵花的轉動機械等。作者認為第二種思路是更好的,因為機械原理和零件的設計應該隨時俱進,不應保守的依據(jù)毫米級的機械原理和零件,而應該結合生物科學的發(fā)展,將生物物理和生物化學與機械科學結合起來,創(chuàng)造出更多更好的微納機械系統(tǒng)。

5 結語

(1)功能、原理和結構的思路是德國科學家提出的別具一格的產(chǎn)品設計整體框架,本文從功能、原理和結構三方面再次討論產(chǎn)品創(chuàng)新設計中“想象力”的作用。

(2)未來機電產(chǎn)品的發(fā)展向復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該縮減單元知識的教學,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),學生的課題研究不應竭澤而漁,而應結合研究生的論文主題,在討論課上各抒己見,培養(yǎng)同學的提出問題、分析問題、解決問題和總結問題的能力。

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篇7

關鍵詞：新課程；機械；制作；教學

1.培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維素質

機械課程是一門技術基礎課，針對這門課程的重點、教學目標的定位，要體現(xiàn)學生為主體的教學原則，著眼于調動學生主動參于學習的積極性，合理設計授課計劃和教學內容，做到既注重知識的系統(tǒng)性，又不受大綱的限制，重視教學目標的導向功能，要重點培養(yǎng)學生的創(chuàng)造思維素質。在課堂的實驗教學中，不僅要讓學生學會實驗的具體做法，掌握一些基本的實驗技能，還要引導學生學會研究機械問題的實驗方法，為培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力打下良好的基礎。

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

另外，可以把某些學生實驗和演示實驗設計為探索性實驗，使之達到不同層次的創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標。探索性實驗教學較課堂教學有更廣闊的活動空間和思維空間，可以激發(fā)和滿足不同層次學生的探索與創(chuàng)新欲望。學生在自己"探索"生命規(guī)律的實驗過程中可以把動手和動腦結合起來，鍛煉和培養(yǎng)自己的創(chuàng)新能力。教師應讓學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、實驗結論的得出等一系列環(huán)節(jié)中，及時對學生進行指導，使學生在相對獨立的實驗活動中體會創(chuàng)新的艱辛與愉悅，如實驗設計思想，機構學方法，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，做好學生的發(fā)動組織工作是完成小制作的前提，專業(yè)理論是制作的技術基礎，制作應在專業(yè)課程結課或進行到一定階段后開展，如機械制作至少要安排在機械基礎第五章凸輪以后來做，這樣做起來素材就很豐富，各種機構、傳動裝置基本學完，學生能夠言之有物，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)學生，就讓學生自己做，學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)動學生，調動起他們的積極性。例如：學完《機械基礎》之后，我們可以說："我們已經(jīng)學完《機械基礎》了，在書中有好多機構，如鉸鏈四桿、凸輪機構、棘輪機構等等，我們能不能利用這些機構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用了這些機構，如縫紉機的踏板機構應用了曲柄搖桿機構，汽車翻斗裝置應用了雙搖桿，修鞋的縫紉機應用了凸輪機構，也可以用麻花鋼做出鋼釬子，既要用到鉗工知識，又要進行熱處理的操作。其實專業(yè)本來就是來源于生活，反過來服務于生活和生產(chǎn)。指導教師可以把原來自己做好的制作向學生演示，說明所用材料、制作方法、制作過程、表達的原理等等。通過教師的拋磚引玉，使學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，讓全班同學比一比，看哪組做得更好，并把學生的評分結果作為專業(yè)成績考核的一個主要依據(jù)。這樣可以充分調動起他們的積極性。

3.開拓思路正確引導

正確引導學生去創(chuàng)作是學生完成制作并做出精品的關鍵。教師對學生制作的指導不同于上專業(yè)課的教條，也不同于實習的嚴格，重要的是引導學生去創(chuàng)作，去發(fā)揮。例如：《機械基礎》上有許多機構和零件，如四桿機構、槽輪機構、傳動機構等，如果照教具搬下來也很容易，結構尺寸都不變。但創(chuàng)意不應照搬，而應把專業(yè)知識前后聯(lián)系起來，不同機構聯(lián)系起來，相關專業(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)揮學生的聰明才智，做出有水平的作品。如把液壓和制動機構結合起來，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用的裝置。學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。這個過程就是學生的專業(yè)理論從了解到掌握再到升華，直至運用的過程。在整個刨意過程中，教師應該不失時機的給學生加以正確引導。

4.認真準備精心指導

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構也要花費很多時間。

材料的準備。學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液壓管道，用注射器充當液壓缸，用三合板做吊車，用易拉罐做彈簧片等，既經(jīng)濟又實用。

制作過程。先把機構所用到的零件準備或制作完成，然后進行組裝，這是完成制作的難點。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，適時指出錯誤和不足，鼓勵學生積極改進，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。無論學生的作品好壞，做的過程就是學生的進步過程。教師除了做好技術指導外，還需要更好的運用表揚鼓勵等方法給學生以心理支持。

5.及時總結改進不足

作品完成后，及時總結是指導學生制作的最后一步，也是很必要的一步。總結包括作品從設計到制作的優(yōu)劣，制作的精密程度，說明的原理等。最后按照評分標準評出較好的作品進行展覽、評獎，激發(fā)學生找出自己作品的不足，不斷改進，更好地完成下一個制作。在學生制作的過程中，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，學生會有許多創(chuàng)新產(chǎn)品出現(xiàn)。因此，指導學生制做制作大大提高了學生學習本專業(yè)知識的興趣，加深他們對專業(yè)理論的理解，進而提高了動手操作能力、創(chuàng)新能力，也培養(yǎng)了他們團結協(xié)作的精神。

篇8

一、精簡教學內容，創(chuàng)新學生思維

《機械基礎》課程是機械類專業(yè)的必修的一門專業(yè)基礎課，要求學生在“了解常用金屬材料的性能，熟悉常見機構和通用機械零件的主要參數(shù)和工作原理”層面上學會機械零件的設計。教師在確定教學內容時，應根據(jù)學生今后從事的就業(yè)崗位，按照實用性原則確定課程的教學內容，以“用得上、學得進”為原則，盡量做到“收縮面，加強點”。如：增加實用性較強的金屬材料部分，保持常用機構與機械零件部分基本不變；根據(jù)學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)實際的知識進行講授；刪除機械基礎的工程力學部分及機械零件中與其相關的計算等學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)在的機械基礎課程中的“常用金屬材料”和“常見機構與機械零件”等兩部分內容不是簡單組合，而是“融為一體”，其內容更貼切地符合當前高職教學的要求，有利于提高教學效率和教學效果，有助于創(chuàng)新學生的思維。

二、靈活運用，創(chuàng)新教學方法

《機械基礎》對于學生來說是一門實用性、實踐性和應用性很強的課程，由于學生缺乏對實際生產(chǎn)的認知，因此教師在教學時，要注意啟發(fā)學生積極思維，創(chuàng)新教學方法。

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

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

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

三、采取多媒體教學手段，激發(fā)學生的學習熱情

由于機械基礎課程的理論知識比較深奧和抽象，學生對機械構造的奇妙世界充滿了好奇，但由于對機械的感性認識較少，如果單靠黑板講解，學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)代化的教學手段和一些機械模型、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，進一步地激發(fā)學生的求知欲望，提高學生的學習熱情。例如教師在講解曲柄搖桿機構中曲柄和連桿的兩次共線運動情況時，教師可以通過多媒體動畫演示，證明曲柄存在的條件、死點位置、急回特性等問題，使學生感受非常直觀。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，使學生能夠仔細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)學生的積極思維，激發(fā)學生的學習熱情。

四、整合機械創(chuàng)新設計，提高學生的工程設計能力

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當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，理論優(yōu)勢明顯的高素質人才需求日益增多。高職教育《機械設計基礎》課程教學質量直接影響到我國機械制造類的人才質量，機械設計基礎主要包括機械設計、機械原理、工程力學三個模塊，其中機械設計和機械原理是機械類學生的必備基礎課程，甚至包括本科院校都需要分別單獨開設兩門課程，但是工程力學作為一門機械類學生的工具教材，被引入到高職《機械設計基礎》課程當中反應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。如何將工程力學課程與機械類課程有機結合起來，那一部分對學生在生產(chǎn)實踐當中更加有利？筆者通過不斷的思索、不斷教學實踐總結出一點經(jīng)驗供同仁參考[2]。

2 大學生綜合素質提高與創(chuàng)新

2.1 精心設計教學實例，讓有效課堂時間變的更高效。例如，在工程力學中求齒輪軸的圓軸扭轉切應力，扭矩。并校核給定材料的強度。

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題目實例，不僅可以從扭矩方面進行設計題目，同時可以設計求解截面扭轉切應力，和扭轉強度校核。

這時同學們會按照工程力學相關公式以及參考設計手冊來完成這道題目。但是僅僅在力學課上解決題目，一旦到了機械類課堂就會感覺這是獨立的兩種學科領域，尤其是面對專用周、做實驗，學生變的盲目，手腳放不開，沒有一點思路，這就需要多學科穿插教學。

工程力學包括對軸，梁剪切，扭轉，彎曲，拉壓應力和強度校核。在工程當中應用相當廣泛，尤其在受力分析時，扭矩與功率轉換，應力與載荷加載方式的關系，都是當代工科大學生所要掌握的基本知識點。不僅僅培養(yǎng)力學發(fā)散思維，更要針對其相關主干課進行套用，達到有所依有所據(jù)，針對機械類大學生在進行機械設計時無可避免要涉及到材料選用，許用應力強度校核。達到裝備設計要求就必須要結合實際相關實例，這是對高職課堂教學的基本要求，機械類大學生不僅僅要掌握工程力學，同理理論力學，材料力學，電氣控制數(shù)控制造工藝等相關基礎理論教程都應該按照類似方法進行學習。

2.2 營造氣氛由表及里，在實際工程實踐當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生必備基本功。如果只有知識基礎理論一旦遇見實際問題，并不能系統(tǒng)歸納到所學理論模型或公式，那就是高職教育的失敗，也是工科專業(yè)的短板。健康良好的質疑才能引導學生進入最佳學習模式，循序漸進巧妙進行學科綜合引導。

繼續(xù)拿上一道題舉例說明，延伸一下引導可以求出電機功率，轉速和各個輸出功率，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科，學科之間不是孤立，要抓住關聯(lián)的重要部分[1]。

根據(jù)心理學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。根據(jù)這一智力特征，職業(yè)教育的教學應以情境教學為主[3]。

建設具有高等職業(yè)教育特色的高職機械類專業(yè)的教學資源，不斷提升專業(yè)人才培養(yǎng)質量和社會服務能力；為全國高職在校生實現(xiàn)自主學習、為先進制造業(yè)領域在崗人員機電設備使用與維護技能的提高和機電一體化技術應用知識的更新、為畢業(yè)生在崗接受繼續(xù)教育等個性化學習提供專業(yè)化的優(yōu)質服務；為學生、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)的教學模式和教學方法改革過程中不斷調整更新，逐步完善，培養(yǎng)出適應現(xiàn)代社會發(fā)展需要的機制類人才。

3 課后總結歸納，及時引導答疑

在結束每一堂課后，進行及時的歸納和總結，對于學習態(tài)度不積極的學生進行及時陽光化的引導。千萬不可讓學生產(chǎn)生厭學情緒，對易混淆，概念模糊的模塊讓同學們提前預習分析。經(jīng)過反復實踐，這種教學方法適用于高職院校機械類學生，讓其受到一定益處[4]。

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【關鍵詞】機械基礎；教學方法；創(chuàng)新思路；探析

機械基礎是許多院校開展的一門基礎課程，對于學校的學生而言，這門課程具有較高的難度，需要花費很大的氣力才能學好，老師在教學方法和學生在學習方法上，都要有一定的方法創(chuàng)新，共同協(xié)作，才能使學生掌握這門課程。機械基礎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)結構，需要學生在理解的基礎上強化記憶；第二，學生對機械類的知識比較缺乏，在認識上比較欠缺，對于機械結構圖，他們很難看明白。基于這些問題，教授這門課的老師不應該固守于傳統(tǒng)的教學方法，而應該試圖去發(fā)掘新的教學思路，樹立創(chuàng)新的意識和觀念，讓課堂變?yōu)閷W生主動參與的課堂，而非灌輸式的課堂，以此提高教學的效率。

一、突出教學的主體，開放式課堂凸顯創(chuàng)新

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

比如，在講解軸的結構時，可以由老師規(guī)定條件然后由學生自己設計一種類型的軸，充分發(fā)揮學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.要求設計的零件要符合現(xiàn)實條件，通過現(xiàn)有技術可以加工出來，并且應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。讓學生知曉這三個條件后，就要鼓勵學生根據(jù)要求自行設計，然后將學生們的設計作品進行評價和分析，只要設計的軸與以上的三個要求相符，那么學生的設計作品就被評價為合格；通過分析設計的作品，使學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合理的。這樣，通過這個問題，學生的積極性得以調動，將所學的理論知識應用于實踐之中，對機械基礎課程所教授的內容有了深入了解；同時使學生們的思維得到了鍛煉，肯定了學生們的設計成果，學生們也受到很大的鼓舞，對這門學科有了學習的動力。

二、通過新科技，創(chuàng)新教學方法

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

借助多媒體教學手段，然后通過適當?shù)攸c撥，學生的智力和思維活動都能得到有效地開發(fā)，同時也能降低學習難度，提高教師的教學效率，在規(guī)定的時間內完成教學任務。例如，學習機構的工作原理時，學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”，而通過多媒體設備，就可以對機構的工作原理進行生動地演示，學生的理解難度系數(shù)就降低了；在觀看演示的過程中，學生會全神貫注地進行思考，通過自己已有的知識儲備和積極地動腦，掌握某個機構的機械原理。

三、開展實訓教學，提高學生的實踐動手能力

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

四、總結

以上分析了機械基礎教學方法創(chuàng)新的思路，有值得借鑒之處，也有需要進一步完善的地方，希望熱心的讀者能從中得到一定的啟示，在教學方法上不斷探索，不斷加強創(chuàng)新，將有效的教學方法運用于具體的教學實踐中去。因此，這門課程的教學理應以理論和實踐相結合的形式進行，還要結合具體教學過程中發(fā)現(xiàn)的新問題，在此基礎上不斷創(chuàng)新。