導語：如何才能寫好一篇機械原理設計方案，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：獨立學院；鞋靴設計；應用型；能力結構；研究

人才培養方案是高校人才培養的總體設計藍圖，是學校組織教育教學工作和學生制定學習規劃的指導性文件，獨立學院作為我國高等教育發展進入大眾化階段后出現的一種新型辦學模式，經過近些年來的發展，已經成為我國高等教育的一個重要組成部分。鞋靴設計專業作為工業化的應用型專業，是一門跨藝術和科學兩大門類的綜合學科，隨著我國制鞋產業現代化的快速發展，社會對該專業人才提出了更高的要求。而目前，一些高校鞋靴設計專業培養出的鞋靴設計人才與制鞋行業所需人才出現了一定的差距，特別是以應用型人才培養為主要目的本三批次獨立學院，一些畢業生的專業理論知識結構老化，綜合能力、實踐能力相對較差，就業時不能很快地找到適合的崗位，即使找到就業崗位也在較長時間內難以進入角色。[1]針對這種現狀，筆者結合在揚州大學廣陵學院從事十多年鞋靴設計專業教學的工作體會，就當前獨立學院鞋靴設計應用型人才培養的能力結構提出幾點思考，與大家共同探討。

1 在課程體系設置上，堅持夯實基礎、突出應用

培養具有創新精神和實踐能力的高素質鞋靴設計應用型人才，要使學生比較系統地掌握專業基礎理論和基本技能的同時，強化學生實踐應用能力、實際操作能力和非專業素質的培養。

一方面是夯實專業素質教育基礎，突出培養體系、課程體系和單個課程的應用性。專業理論知識以適用、夠用為原則，理論適度不求深，能力見長唯求用。注重專業基礎課程的實用性，強化解決實際問題的專業應用能力和操作能力培養。例如，在藝術設計基礎理論類課程（如《美學概論》《中外服飾史》）中加強美學美術基礎知識的傳授。鞋靴作為服飾的一個主要配件，裝飾功能是它的主要特征，要設計美觀的鞋靴產品，僅靠專業知識是不夠的，還需要不斷提高自己的藝術素養，從文學、戲劇、繪畫及雕塑等藝術中汲取營養，豐富創作思想。只有自身的審美和鑒賞能力提高了，才能更深入地認識美，創造美。[2]另外，在設計類基礎課程三大構成中融入鞋靴產品造型設計能力和色彩應用能力的訓練，也是不錯的做法。

另一方面是夯實非專業素質教育基礎。培養方案不單純是專業教學計劃，而是學生知識、能力和素質培養的整個培養體系。要第一課堂和第二課堂相互融通，課內育人和課外育人相互融通，教學工作和學生工作相互融通，突出體現應用型人才知識、能力和素質的協調發展，整體優化知識體系、課程體系、實踐體系、培養體系。要通過通識課、公選課、課外活動、社會實踐、素質拓展、文化熏陶等方式，培養學生必須具備的觀念、品格、能力、知識、方法等方面的非專業素質和能力（如學習能力、心理調適能力等）。在保持專業課程體系前提下，適當精簡專業課程，增加通修課程和綜合素質培養課程，在培養特定專業素養的同時，培養其通用職業素養，將課外教育活動和實踐創新活動納入畢業學分要求。

2 在能力結構培養上，堅持強化實踐、注重創新

應用型人才的培養過程應強調與一線生產實際的結合，其實踐教學應是以培養學生認識問題、分析問題和解決問題的能力為目標。根據教育部教高〔2012〕4號文《關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》文件精神，獨立學院更要理論教學和實踐應用相互融通，切實改變重理論輕實踐、重知識傳授輕能力培養的觀念，注重因材施教，以強化實踐教學有關要求為重點，以創新實踐育人方法途徑為基礎，形成實踐創新育人合力。

實踐教學是深化課堂教學的重要環節，是學生獲取和掌握知識的重要途徑。鞋靴設計專業作為藝術設計應用類專業，更應該結合專業特點和應用型人才培養要求，增加課程實踐教學比重。加強實踐教學方法改革，推行基于問題、基于案例的教學方法和學習方法，加強綜合性實訓項目設計和應用。這里專業實踐技能是指既要懂得鞋靴產品設計的各項專業知識，又要會鞋靴產品制作過程的各項專業技能，否則，你就是外行。具體講鞋靴設計專業實踐教學應強化以下幾個方面的內容：

首先，重視鞋靴主要材料特點介紹。鞋靴的最主要材料是天然皮革，我們一方面要求學生既要了解黃牛皮革、水牛皮革、牦牛皮革、山羊皮革、綿羊皮革和豬皮革等常用皮革材料的主要性能、特性；另一方面還要介紹當前日漸流行的鱷魚皮、蛇皮、鴕鳥皮和珍珠魚皮等特種皮革材料的特性。同時還要求學生掌握仿革材料、橡膠塑料材料、紡織材料、膠粘劑和金屬配件材料的基本性能，這樣才能在設計時把材料的特點發揮得淋漓盡致，賦予它以靈魂，使之散發藝術魅力。

其次，強化鞋靴產品結構設計和造型設計基本技能的培養。鞋靴產品是為人們日常生活所穿用，它需要符合人的腳型規律，所以，不光要求外形好看，還要穿著舒服。由于人的腳面是一個不規則的曲面，而鞋靴幫面材料一般是平面的，這就需要有很好的平面、曲面轉換取蹺設計的能力。[2]

再次，強化鞋靴產品制作工藝實踐訓練。任何設計的最終效果是以產品的形式出現。因此，作為設計師不僅要具備良好的藝術修養和造型基礎，同時也應懂得如何使自己的設計構思通過縫制和工藝手段，達到其設計思路的最佳效果。這就好像畫家不僅要有好的創造力和藝術修養，還要懂得使用筆墨的技巧，這樣設計思想才能夠完美地實現。[3]在這方面，獨立學院應結合自身的辦學條件，充分利用地方資源優勢，與企業共同構架鞋靴工藝課程的實踐教學平臺，使實踐內容多樣化、實踐方式多元化。

3 在培養目標上，堅持尊重個性、全面發展

獨立學院人才培養方案既要符合社會對人才全面發展的需要，又要突出個性化人才培養的要求。全面發展包括全體學生的發展和單個學生的全面發展，要尊重學生在基礎、興趣、愛好、特長、能力等方面存在的差異，充分利用課內與課外，校內與校外不同課堂，完善培養機制，在培養學生全面發展的同時，充分發揮他們的個性、興趣和特長。鞋靴設計專業既要鞋靴款式結構設計和制鞋工藝齊抓共管，也要加強學生計算機輔助設計能力、現代制鞋企業基本管理能力、創新能力和營銷貿易能力的培養。

4 結語

構建適合獨立學院鞋靴設計專業的應用型人才培養模式，應準確定位培養目標，堅持以能力為中心，以市場為導向，改變教學觀念，更新培養模式，改進教學方法，合理設置課程體系，注重學生實踐和實際崗位鍛煉，以此構筑該專業學生的應用能力培養體系，并在遵循教育基本規律的前提下，最終形成具備獨立學院自身特色的、生命力強的鞋靴設計應用型人才培養方案。

參考文獻：

[1] 王萍，陳長美.關于高校鞋靴設計專業人才培養模式改革的思考[J].紡織教育，2013（3）：121-122.

[2] 張建興，弓太生.懂專業、能創新、會表達[J].西部皮革，

2001（3）：34-36.

篇2

關鍵詞：機械原理課程設計；虛擬樣機技術；ADAMS；教學研究

作者簡介：黃小龍（1977-），男，廣西梧州人，北京信息科技大學機電工程學院，高級實驗師。（北京 100192）

基金項目：本文系北京信息科技大學2010年度高教研究課題資助項目（項目編號：2010GJZD02）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）04-0102-02

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》明確指出：高等教育須提高人才培養質量，其措施之一就是強化實踐教學環節。在工程技術人才的培養中，實踐教學的意義是不言而喻的。“機械原理課程設計”是機械原理課程教學的一個重要實踐環節。而“機械原理”課程是高等學校工科機械工程類本科生必修的“機械設計系列課程”之一，是一門主干技術基礎課程，在學生的知識、能力和素質培養體系中占有十分重要的地位。[1]因此，為了提高機械類人才培養的質量，充分調動學生學習積極性和主動性，十分有必要對“機械原理課程設計”這一實踐教學環節進行建設。

一、教學現狀分析

“機械原理課程設計”的任務是使學生更好地理解和掌握“機械原理”課程的基本理論和方法，進一步提高學生查閱技術資料、繪制工程圖和應用計算機等能力，特別是加強培養學生創新意識和分析問題、解決問題的能力。課程設計實施基本要求是按照一個簡單機械系統的功能要求，綜合運用所學知識，擬定機械系統的運動方案，并對其中某些機構進行分析和設計。[1]

目前，北京信息科技大學（以下簡稱“我校”）在“機械原理課程設計”教學過程中遇到了以下幾個問題：

1.設計題目單一

課程設計的選題主要是插床或牛頭刨床導桿機構的運動分析與動態靜力分析，這也是很多高校在“機械原理課程設計”中的選題。設計方案及參數往往已給定，課程設計過程中學生只是按照設計說明書上的設計步驟對擬定好的執行機構進行運動和動力分析設計，沒有機械系統的方案設計和機構的選型設計。從知識層面上說，學生缺乏進行系統設計創新的機會和能力鍛煉的機會，也導致了學生處于被動的學習狀態。課程設計中，讓學生自主設計和發揮主觀能動性的內容少，無法激發學生的創造力，不利于創新思維和工程實踐能力的培養和訓練。

2.設計方法陳舊

目前學生課程設計所采用的方法主要是圖解法，少數學生還應用了解析法。不管是圖解法還是解析法均是傳統“機械原理課程設計”通常采用的設計方法。圖解法形象直觀、清晰，便于學生理解與分析檢查，但作圖復雜、工作量大、準確性差、效率低，[2]一張圖只能反映一個位置的情況，當全班或半個班同學同做一個題目，只是機構的運動參數有所區別時，一部分同學存在依賴或抄襲他人的情況，這樣導致了這些學生只是按照設計說明書走過場的情況。解析法可以獲得精確的計算結果，且可以獲取任意點位置的情況，但建立數學模型以及編制計算程序較為煩瑣復雜，[3]計算結果不便于分析，同時學生往往不具備獨立完成編程求解的能力，他們幾乎不得不把全部精力都放在提高計算機編程能力上，這樣使“機械原理課程設計”變成了計算機語言課的訓練，[4]偏離了課程設計的目的。而若指導教師將已編好的計算程序交給學生，由學生上機輸入并調試程序，進行計算，將計算結果與圖解法所得結果相比較，它只是起到對圖解法的結果進行檢驗的作用，[2]學生應用計算機解決實際問題的能力沒有得到有效的鍛煉。若想進一步對機構方案進行對比分析或深入探討，以上兩種方法很難實現，這在很大程度上影響到課程設計的教學效果，不利于培養學生的工程應用能力以及創新能力，也不易調動學生的學習積極性。

3.學時相對較少

《機械原理課程教學基本要求（機械類專業適用）》中要求“機械原理課程設計”時間不應少于1.5周。[1]我校目前設置的課程設計時間為1周，并且根據教學計劃“機械原理課程設計”安排在學期末最后1周，若除去設計準備和答辯的時間等，實際工作日不到四天，并且學生此時心思往往不在學校，急于回家，從時間跨度來說學生主動思考和解決問題的機會較少，完全處于被動的地位，他們很少有機會進一步優化設計或方案，與教學指導委員會制定的基本要求有一定的距離。學生課程設計的成果僅僅是一份圖紙和書面報告，體會不到學習的樂趣，更不能提高創新能力。

二、虛擬樣機技術

虛擬樣機技術是隨著當代科學的飛速發展在設計領域新興的一種計算機輔助工程技術，是一種用來代替真實的物理樣機設計、基于產品的計算機仿真模型的數字化設計方法。虛擬樣機技術涉及機械、電子、計算機圖形學、協同仿真技術、系統建模技術、虛擬現實技術等多個領域、多項技術，其本質是以計算機支持的仿真技術和生命周期建模技術為前提，以多體系統運動學、動力學和控制理論為核心，借助計算機圖形技術、交互式用戶界面技術、并行工程技術、信息技術、集成技術等，從外觀、功能和空間關系上模擬真實產品，模擬在真實環境下系統的運動學和動力學特性并根據仿真結構優化系統，為物理樣機的設計和制造提供參數依據。[5]虛擬樣機技術改變了傳統的設計思想。

借助于虛擬樣機技術，設計工程師可以在計算機上建立機械系統的模型，伴之以三維可視化處理，模擬在現實環境下系統的運動學和動力學特性，并根據仿真結果對整個系統進行不斷改進，直到獲得最優設計方案。這極大地縮短產品的開發周期，節約產品的開發成本。目前，國外虛擬樣機相關技術軟件的商業化過程已經完成。其中美國MSC公司的軟件產品ADAMS就是虛擬樣機技術平臺的杰出代表，該軟件可以對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析，并且方便快捷地可視化輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線等。隨著虛擬樣機技術在機械工程領域的應用和發展，ADAMS已成功應用于航空航天、汽車工程、鐵路車輛、工業機械、工程機械等領域。

三、將虛擬樣機技術引入“機械原理課程設計”教學

1.必要性

教育部高等學校機械基礎課程教學指導分委員會2009年制定了“關于深化機械原理課程實踐教學改革的意見”，其中明確指出目前機械原理課程實踐教學改革應當重點關注的問題之一是商業軟件（如ADAMS、Pro/E等），在實踐教學中應用的相關問題，比如是否有必要對學生提出在軟件應用方面的要求等。[6]面對新形勢下“機械原理課程設計”教學出現的問題，有必要探索一種可激發學生學習興趣、提高實踐能力的新教學方法。

ADAMS軟件具有快捷的、形象的動畫展示等功能，采用ADAMS軟件可快速方便地創建完全參數化的機構模型，快速對各種設計方案進行仿真分析，結果以曲線圖和動畫顯示的方式形象展示，使機構運動學、動力學問題的分析變得簡單、直觀和精確，可彌補學生實踐經驗的不足，使學生有更充足的時間進行方案設計，方便學生對各種設計方案進行對比分析以及參數優化等，有利于激發學生的好奇心，提高學生自主學習的積極性，培養學生進行創新設計的能力，以及營造支持學生獨立思考、自由探索的良好環境。在近幾年，國內已有多所高校將ADAMS軟件應用到“機械原理課程設計”中。[2-4，7-9]

2.實施過程

將ADAMS軟件引入“機械原理課程設計”教學中，將會改變傳統的教學模式，為了能增強教學實踐效果、真正提高課程設計質量，筆者進行了以下的工作：

（1）課堂引導。根據教學計劃，課程設計安排在第二學年，此時了解ADAMS軟件的學生相對較少，基本上沒有學生使用過，其原因一方面是由于該軟件被引入國內的時間比較晚，另一方面是由于該軟件的專業性強。學習和掌握ADAMS軟件是關系到“機械原理課程設計”改革實踐的關鍵，因此筆者在“機械原理”課程理論教學課堂中有意識地引導學生關注該軟件，并在一些教學案例中演示如何應用ADAMS軟件解決問題，使學生自主學習的目標得以明確。

（2）設置開放實驗。在學生學習“機械原理”課程過程中，同時設置“典型機構運動仿真分析與驗證”開放實驗，實驗內容為應用ADAMS軟件建立一些簡單、典型的連桿機構、凸輪機構以及齒輪機構模型，進行仿真分析，得到相關參數值，并以曲線圖和動畫等方式顯示仿真結果。開放實驗為選修實驗，由學生自愿報名參加。在開放實驗中，指導教師講授并演示ADAMS軟件基本操作以及連桿機構、凸輪機構、齒輪機構建模與仿真分析的內容和操作步驟，分3次講授，每次3課時。每次相關內容講授完畢后，由學生自主完成實驗指導書提供的典型機構，同時開放機房，學生可利用課余時間學習。通過開放實驗的鍛煉，學生掌握ADAMS軟件的基本操作，并對此產生濃厚的興趣，同時為學生應用ADAMS軟件進行“機械原理課程設計”打下基礎。

（3）實際指導。編制一本應用ADAMS軟件進行“機械原理課程設計”的指導書，明確課程設計的內容與要求。在課程設計周指導學生上機操作，與學生討論、分析問題，引導學生與應用圖解法的同學相互討論、檢驗結果，從而體現學生主體、教師主導的教學思想。

3.應用實例

筆者連續兩年在2009級、2010級機械設計制造及其自動化專業和車輛工程專業進行了“機械原理課程設計”試點教學。

2011年，首次將虛擬樣機技術引入“機械原理課程設計”教學，在設置“典型機構運動仿真分析與驗證”開放實驗時，面向2009級機械設計制造及其自動化、車輛工程專業共8個班，采取學生自愿報名的方式。考慮到第一次進行嘗試，為保證實驗質量及效果，開課之前通知學生每班限額5名，但實際報名情況超出預想，達到了74人，擇優選擇52名同學。在開放實驗過程中，學生學習了ADAMS軟件基本操作以及連桿機構、凸輪機構、齒輪機構建模與仿真分析的內容和操作步驟，為下一步進行機械原理課程設計打下了良好的基礎。在機械原理課程設計周，筆者指導其中一個班，在該班參加過開放實驗的同學中選擇了部分有意向的同學進行試點，要求這些同學除了完成圖解法的課程設計內容之外，還須運用ADAMS進行機構建模、仿真分析，并驗證圖解法的結果等。試點的結果是僅有少數同學能達到要求，即利用圖解法進行課程設計之外，還能運用ADAMS軟件，經調查獲知原因是時間緊、工作量大。試點后同學對運用ADAMS軟件進行課程設計產生了興趣，有自主學習的積極性。

2012年，結合2011年經歷并為保證教學效果，僅從2010級機械設計制造及其自動化專業其中2個班選擇31名同學參加開放實驗。由于人數得到控制，指導教師有更多的時間與精力輔導學生，因此學生對ADAMS軟件的掌握更為熟練。在機械原理課程設計周，筆者同樣是指導其中一個班并選擇了有意向的同學進行試點。根據2011年經驗，這次允許學生不使用圖解法，而是直接運用了ADAMS進行機構建模、仿真分析，但須對設計方案進行比較分析，并優化各個設計參數。這樣，學生有更多的時間相互討論并設計各種方案，對計算結果分析得更為透徹，能獨立思考問題，真正鍛煉分析問題、解決問題的能力，變學生被動學習變為主動學習。

四、結束語

將虛擬樣機技術引入課堂使教學效果有了明顯的提高，真正體現了學生主體、教師主導的教學思想，學習的興趣較濃。經過課程設計鍛煉后，學生普遍認為收獲較大，實踐能力得到了提高，隨之積極參加、開展各種課外科技活動。實踐中也發現了一些新的問題，如指導教師工作量大大增加、知識面不足等，這樣就對指導教師提出了更為嚴格的要求。如何解決這些新問題以及如何將試點普及到整個專業所有同學，使更多的同學受益，需進一步研究與探索。

參考文獻：

[1]教育部高等學校機械基礎教學指導分委員會.高等學校機械基礎系列課程現狀調查分析報告暨機械基礎系列課程教學基本要求[M].北京：高等教育出版社，2012.

[2]宜亞麗.機械原理課程設計教學改革的探索[J].太原理工大學學報（社會科學版），2008，26（s1）：51-53.

[3]朱玉.Pro/E和ADAMS在《機械原理課程設計》教學中的應用[J].江蘇教育學院學報（自然科學版），2006，23（4）：112-114.

[4]席本強，王琦，曲輝.機械原理課程設計的創新型教學模式[J].中國現代教育裝備，2010，（21）：94-95.

[5]陳德民，槐創鋒，張克濤，等.精通ADAMS2005/2007虛擬樣機技術[M].北京：化學工業出版社，2010.

[6]教育部高等學校機械基礎教學指導分委員會機械原理組.關于深化機械原理課程實踐教學改革的意見[J].遼寧師范大學學報，2009，

32（8），增刊：14-17.

[7]孫志宏，單洪波，莊幼敏，等.提高學生創新能力改革機械原理課程設計[J].實驗室研究與探索，2007，26（11）：98-99.

篇3

1我國機械設計技術

1.1機械設計初期計劃設計

機械設計的初期計劃設計分析在某種程度上與計算機軟件設計分析有相似之處，機械設計進行前，設計人員要整理和搜集機械的有關資料，充分了解需要設計的機械性能和功能，依據相關資料和數據對機械設計進行初期計劃設計。

1.2機械設計的設計方案

機械設計的關鍵是設計方案，其直接的影響機械設計的質量和水平。在機械設計的設計方案階段，很多問題需要及時、有效地處理。通常應著重處理理論和實踐間的矛盾問題。機械設計的設計方案不僅需要符合機器本身的性能和功能需求，還需要考慮測試人員自身的因素，這包括測試人員對于機器開發、創新等方面的認識是否充分。設計方案的設計步驟主要有以下幾點：機械運動方式、結構特點、工作原理、零件選擇的正確性等。

1.3機械設計的主要技術設計

機械設計的主要技術設計時，對于主要技術方面的要求較高。對于機械設計的主要技術設計階段，首先需要核對設計圖紙的信息，認真的進行圖紙數據的計算、分析總圖與部分圖，并對數據進行整理。其次要對機械設計的技術設計部分進行仔細審核，確保不出現問題，如出現問題，則需要對各個環節進行重新檢查。

1.4機械設計的技術發展方向

現代機械產品對于性能和功能的要求越來越高，這給機械制造業中的機械設計提出更高的要求，當前，機械設計在科學技術的發展中起到了越來越重要的地位，設計質量也不斷提高。目前智能化已經成為現代機械產品所必須要具備的。機械產品的智能化需要使用高水平的設計軟件對產品進行模擬與設計，增強機械產品的結構和功能性，提高設計水平。另外，機械產品未來還需要具備系統化。現代的機械產品設計需要將產品的各個部分進行系統的有機結合，使其功能發揮到最優的狀態。現在機械產品的設計在未來還應更加模塊化。模塊化的優勢是能夠快速的將機械性能與功能進行結合，大幅度提升產品的優勢，滿足機械產品的設計方案需求。現代機械設計的未來發展方向：

1.4.1性能更優的現代機械產品。機械制造業需要設計出性能更好的產品，這需要機械產品的設計人員對產品的性能和質量設計更加嚴謹。想要讓機械產品的性能更加優越需要通過技術設計、防腐設計、控制設計等技術來共同實現。

1.4.2適應市場的現代機械產品的設計技術。在當前的競爭激烈的市場中，想要在市場中占據一席之地，需要機械產品的設計人員開發出新的技術，改變原有機械產品的使用功能，提高機械產品的質量。在進行設計時需要加大技術創新，降低成本和提高智能化水平。只有不斷進行技術創新，才能維持市場的競爭力。1.4.3現代機械產品注重節能環保的設計。當前，節能環保已經成為企業發展的目標，環保保護的意識越來越高，成為當今社會發展中重要的組成部分。因此，機械設計人員在進行設計時需要將節能環保和綠色的理念融入到機械產品的設計中去。

2我國機械制造技術

2.1我國先進機械制造技術的特點

目前我國的科學技術不斷發展，機械制造技術在機械制造中起到了決定的作用，應用于各行各業，技術與設備的更新需要在原有技術的基礎上，應用先進的技術進行改進和創新，滿足市場越來越高的要求。另外，先進的機械制造技術對于機械產品的性能和功能提升上有較大的影響。目前我國在工業生產中應用先進的技術，已取得較大的進步，極大的提高了生產效率，對機械制造的技術進行不斷的創新，開拓了市場。最后，先進的機械制造技術還具有系統性技術綜合的特點，對于機械制造的范圍進行擴展，優化產品及后續生產加工的工序。

2.2我國機械制造技術的發展方向

我國的機械制造技術未來的發展方向有以下三點：

2.2.1機械制造的管理。我國機械制造技術發展的未來方向是嚴格規范計算機管理制度，所以計算機管理的加強，能有促進我國機械制造業的和機械制造技術的發展。

2.2.2機械制造的設計。現在的機械產品設計注重智能化設計，例如應用各種軟件及模擬技術對機械產品進行設計，有效的提高了產品的性能和結構。2.2.3機械制造的工藝分析。我國機械制造技術和機械制造工藝向高精密加工和精細加工方向發展。

結束語

篇4

【關鍵詞】冶金機械；設計要點

中圖分類號：S611文獻標識碼： A

前言:我們國家的經濟在不斷的發展，冶金裝備業作為我國主流服務與制造行業之一，近些年來也在不斷地探索與發展。 隨著國際業內對冶金裝備要求的提高，冶金機械制造已經不單純的是機械的制造了。 它涉及到了更多方面的問題。 比如經濟性、綠色環保、美觀等。本文就冶金機械制造設計的問題進行了簡單的探討，希望對相關人士有所幫助。

一、冶金機械設計

所謂冶金機械設計是指根據使用要求對機械的工作原理、結構、運動方式、力和能量的傳遞方式,各個零件的材料和形狀尺寸,方法等進行構思,分析和計算并將其轉化為具體的描述,以作為制造依據的過程。在機械領域發展越來越好的形勢下,機械制造成為機械領域中重要的組成部分。因此,有效的、合理的進行機械制造至關重要。然而,要想實現此目的需要保證冶金機械設計規范的進行,從而提高機械動態化水平,才能夠實現機械制造合理而有效。一個好的冶金機械設計必須有以下幾個工作階段構成。

1.計劃階段

在具體開展冶金機械設計之前結合機械相關的資料進行設計是非常必要的。其目的是通過機械資料進行了解,從而合理的規劃如何進行冶金機械設計才能夠保證機械的性能、安全、質量等方面能夠符合規范性文件的要求,為后續進行具體的冶金機械設計做好鋪墊工作。

2.方案階段

方案階段是冶金機械設計的關鍵部分,其主要進行的工作內容是詳細的設計機械的每個部分,最終設計出完整的機械。但是,需要注意的是方案階段所設計出的機械并不是最終定稿的設計方案。因為方案階段僅是按照要求將冶金機械設計出來,未涉及到設計方案檢查相關的內容。

3.技術設計階段

技術設計階段需要進行的工作內容是結合總裝配草圖及相關技術性文件就冶金機械設計方案中的設計部分進行優化和完善,最大限度的提高設計的合理性和有效性。由于在后續的工作中對冶金機械設計方案改動的可能性較大,需要將此階段設計完成的方案安全的保存,為后續工作做準備。

二、冶金機械設計在機械制造中的作用

冶金機械設計是機械制造重要的組成部分之一,其在一定程度上決定所制造的機械能否高效的、有效的、穩定的應用。可以說,機械設計在機械制造中起到奠基石的作用。對于冶金機械設計如何在機械制造中發揮作用這個問題筆者從側面進行具體的分析,詳情如下:

1.冶金機械設計的分類

在當下冶金機械設計越來越重要,已經成為推動我國經濟發展的重要組成部分。為保證機械制造能夠穩步進行,目前已經推出三種冶金機械設計類型,即新型設計、繼承設計、變形設計。

(l)新型設計是將比較成熟的先進技術運用到冶金機械設計中,以此來進行新型機械的設計。

(2)繼承設計是為制造運行效果好、功率消耗小的機械,設計人員有效的結合自己本身的經驗和設計技術進行合理的、有效的設計。

(3)變型設計是從市場需求出發,對原來的冶金機械設計進行變動和更改,使其能夠滿足市場需求,按照此冶金機械設計方案而制成的機械能夠適用于當下的市場。

2.冶金機械設計的主要程序

冶金機械設計嚴格的按照設計程序有步驟的、有計劃的、合理的執行,能夠保證冶金機械設計的完整性、準確性,為正常的進行機械制造創造條件。因此,冶金機械設計的主要程序是保證冶金機械設計能夠在機械制造中充分發揮作用。主要的冶金機械設計程序有:

(l)擬定設計任務。所謂擬定設計任務就是為了明確設計目的,掌握所設計的機械需要滿足的要求、機械造型、機械的功能等等,為進行具體的設計工作做鋪墊。

(2)初級設計。初級設計環節進行的工作內容按照設計任務將機械的輪廓、部件、結構等方面設計出來。

(3)技術設計。技術設計是冶金機械設計的關鍵環節,需要設計人員結合自身的經驗和技術設計對初級設計環節所設計的方案進行進一步的設計,構成完整的設計方案。

(4)工作圖設計。將通過檢查核實達標的冶金機械設計方案從機械制造的角度進行重新設計,形成工作設計方案,使具體的機械制造案按照工作圖能夠合理的進實施。

(5)定性設計。定型設計主要應用于配量生產機械前的最后一次設計,其主要是對冶金機械設計方案進行調整,將冶金機械設計方案中過于理想化,批量生產無法達到的部分進行調整,最終敲定機械設計方案,機械制造按照此設計方案進行具體的生產。

3.冶金機械設計的準則

保證冶金機械設計合理的、規范的開展才能夠促使冶金機械設計在機械制造中發揮作用,為構建質量好、功能強的機械創造條件。然而,要想保證冶金機械設計的合理性、規范性、準確性,需要嚴格按照機械設計準則進行具體的設計工作。所以說,冶金機械設計準則也是保證機械設計在機械制造中發揮作用的重要因素。冶金機械設計準則為:

(l)技術性能準則。技術性能是保證機械能夠長時間高效運作的關鍵。在進行冶金機械設計的過程中一定要嚴格控制機械技術性能設計,保證所設計的機械技術性能符合生產要求。

(2)標準化準則。冶金機械設計標準的進行,每個部分都符合相關規范性文件,才能夠為建設出標準的機械做鋪墊。而標準化準則正是對冶金機械設計是否標準進行約束。

(3)安全性準則。主要是約束設計人員在進行冶金機械設計時充分考慮零件安全性、整機的安全性、生產的安全性以及環境的安全性,為安全的進行機械制造創造條件。

三、把握冶金機械設計的未來發展趨勢

1.冶金機械的綠色技術

綠色技術是目前針對世界范圍內的環境保護以及可持續發展所提出的一種以合理利用資源和節約能源為目標的技術形式，是指在產品及其生命周期全過程的設計中，充分考慮對資源和環境的影響，在充分考慮產品的功能、質量、開發周期和成本的同時，優化各有關設計因素，使得產品及其制造過程對環境的總體影響和資源消耗減到最小。冶金機械中的綠色技術，就是要在機械的產品設計、制造、使用以及回收的各個階段都充分地利用綠色技術，以實現最大限度上對能源的節約以及對資源的合理利用，同時減少冶金機械所產生的廢棄物排放，減少由此產生的環境污染，從而實現自然環境和冶金機械生產之間的和諧發展。

2. 冶金機械自動化發展

一是基于數字模擬和仿真技術的研發，實現冶金全流程動態分析、評估和精準設計。二是綜合考慮生產效率、能耗物耗和環境指標的多目標實時優化。三是產品指標、運行指標和控制指標協同的全面閉環控制。四是數據驅動和知識驅動相結合的復雜過程建模和先進過程控制。五是先進傳感技術和軟測量結合的關鍵工藝參數的在線連貫測量。六是結合考慮物質流、能量流優化的先進能源管理和控制。

3.冶金技術信息化發展

在工業生產控制中，網絡就是中樞神經，對工業生產起到控制作用。在冶金工業中，以計算機技術為先鋒的網絡技術、電子數控技術、計算機仿真技術、多媒體技術、計算力學技術等在冶金流程中實現集成模擬系統，通過人機交流，模擬鋼鐵生產全過程，進而推進冶金工業生產制造的智能化。

4.生產管理系統化發展

生產管理系統的智能化在生產組織管理上，產品質量檢測和管理上，在能源管理和優化上都體現出優越性。它科學的整合了冶金機械、冶金原材料和冶金能源，使資源配置和資源利用達到最優化，并對產品質量進行預報、跟蹤和分析，判定在生產中發生的品質異常，使冶金企業就冶金機械、產品質量、成本管理、能源管理等均有的放矢。

四、結束語

冶金機械制造設計的發展符合世界的主流方向。其發展仍然面臨著許多問題。這些問題不是一朝一夕能夠解決的。需要很多人的努力。希望相關人士能夠積極應對并解決問題。

參考文獻：

[1]劉燕平,涂德林,郭金溢. 冶金冶金機械設計要點之我見[J]. 科技信息,2014,01.

[2]鄧蕊,趙士明. 冶金機械綠色設計應用關鍵問題研究[J]. 河北冶金,2014,02.

篇5

關鍵詞：大型重件；機械加工；制造工藝

機械加工能夠在將原料或者半成品制成成品的基礎上運用科學的制作工藝使其更加完美，一般情況下，大型重件機械加工制造的零件主要是指可以裝配成機器、儀表以及各種設備的基本制件。本文將簡單介紹大型重件機械加工制造的定義及其制造工藝，并從優化設計方案，選好毛坯，優化液壓設備系統等三個方面來探討提高大型重件機械加工制造工藝技術的措施。

一、大型重件機械加工制造的定義及其工藝

在各大型重件的制造環節中最關鍵的是機械加工，大型機械加工制造工藝分為三個流程，即成品設計流程，設計方案，加工成品等。1）成品設計流程就是根據原有成品的特征與設計，不斷地對其進行研究與改造，從而設計全新產品。2）設計方案主要是根據成品的需要來繪制圖紙，制定產品加工方案，并選取最佳制作工藝。3）加工成品就是利用各種工藝技術來制作成品，完成零件加工工作。目前，大型重件機械加工離不開機床的輔助，機床是由動力驅動的固定式機器，用于切割、塑造或者合成，從而把金屬加工成零件。機床的出現可以追溯到18世紀蒸汽發動機發明的時代，最常見的機床是19世紀中期設計出來的。時至今日，已有幾十種不同的機床運用于工廠的車間與作坊。通常分為七種類型，即旋削式機床（例如車床、牛頭刨床和刨床），動力鉆頭、直立鉆床、銑床、磨床、動力鋸、壓制式機床（像沖床）。其中，車床這種進行車削加工的機床可以使加工件旋轉，用刀具去掉多余材料，操作的種類有平直車削或者圓錐型車削、開槽、割肩、車螺紋和刮旋圓柱形部件頂端平面。內圓車削叫作鏜孔，最通常的是孔加工如鉆孔、鏜孔、擴孔、鉆埋頭孔等。使用牛頭刨床時工件通常放在夾持于工作臺上的虎銛或者類似夾具中，可在恰當的角度用手動或者機動方式將虎銛送入形如砍鑿的單刃切削工具上的行程。在刀具每一行程終了時，工作臺使工件作小量間歇進給。可調整的刀架能使牛頭刨床削出彼此差不多可成任意角度的溝槽和平面。最大的牛頭刨床有0.9米長的切削行程，能夠加工0.9米長的部件。使用刨床應注意將工件固定在單刃刀具下做往復運動的水平工作臺上。要將刀具夾持裝置安裝在橫梁上，刀具通過工作臺時可以做小量的側向運動。由于刀具幾乎能以任何角度移動，它能刨削各種各樣的溝槽和平面。銑床是在軸線周圍對稱排列著許多切削刃的圓形刀具繞軸線旋轉的一種機床。在銑床上，金屬工件通常夾持在虎銛或者類似的夾具內，虎銛則卡緊在可以沿3個相互垂直方向移動的工作臺上。多種形狀和大小的刀具可用于廣泛的銑削操作，可以加工平面、凹槽、臺肩、斜面、楔形和T形槽。齒形排列不同的刀具可以用來磨削凹面和凸槽、磨圓角、切削齒槽。磨床是用旋轉的砂輪改變堅硬物體的形狀和尺寸的機床。磨光是各種基本機械處理過程中最為精確的一項。各種磨床都使用由人造磨料制成的砂輪。磨削工件外圓時，要把小砂輪安裝成工件的內孔中來回運動，工件夾在旋轉的夾具內。在平面磨床上，則是把工件固定在旋轉砂輪下來回運動的工作臺上。沖床是將壓力加到裝有金屬板材工件的模具上，以改變板材大小和形狀的機床，通常由電動機驅動。模具的形狀和結構決定該產品的形狀。沖床的沖頭一般都安裝在機器來回運動的撞錘上，模具夾在床身或者砧座上，床身或者砧座平面都與撞錘的運動方向垂直。

二、提高大型重件機械加工制造工藝技術的措施

（一）優化設計方案

大型重件機械加工制造工藝的設計方案是根據成品的需要來繪制圖紙，制定最佳產品加工方案。因此必須優化設計方案，及時校對圖紙，確保圖紙的準確度，提高制造方案的科學性。

（二）選好毛坯

毛坯主要是指已具有所要求的形體，還需要再進行加工的成品與半成品，機械加工制造工藝與加工質量對毛坯的要求很高，因此，必須選好毛坯，根據毛坯的材料與種類進行精心挑選。

（三）優化液壓設備系統

因為進行機械加工制造時離不開液壓設備的輔助，傳統的液壓設備系統已經不能滿足現代機械加工制造的要求，因此必須優化液壓設備系統，提高液壓機的質量。

三、結語

綜上所述，機械加工是各大型重件的制造環節中最關鍵的環節，大型機械加工制造工藝分為三個流程，即成品設計流程，設計方案，加工成品等。提高大型重件機械加工制造工藝技術則需要優化設計方案，選好毛坯，優化液壓設備系統，這樣方能全面提高大型重件機械加工制造工藝技術。

參考文獻：

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[關鍵詞]機械傳動系統；設計方案；評判

中圖分類號：TH132 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）37-0043-01

0 引言

在機械傳動系統方案設計研究過程中，設計一個能夠實現特定運動以及動力要求的機械傳動系統時，可根據機械傳動裝置的設計原則及設計要求，通過不同傳動原理進行實現，初步從知識庫當中選擇幾種不同的傳動方案。再根據這些設計方案，確定哪種方案可以滿足要求，從而對方案的優劣進行適當評價，確定最優方案，這一過程對于整個機械系統設計過程來說，雖然相對比較困難，但是卻非常重要，過程的好壞直接影響到設計機械產品的經濟性、合理性以及可靠性。由于一個機械傳動系統是通過有限的傳動件組成，并且每個傳動件各不相同，都有各自不同的特征，若選擇傳統的評價方法，免不了要進行大量復雜的計算分析過程，因為計算所產生的累積誤差，這就有可能導致做出的評價和實際情況存在一定的差別，令最后確定的方案不是最優方案。基于此，本文對支持向量機法、三級模糊綜合評判法、未確知測度模型以及基于熵權的模糊AHP法等方法進行介紹。

1 機械傳動系統概述

機械傳動系統就是指將發動機運動和動力傳輸至機械執行構件的一個中間環節，其不僅可以改變運動方式、運動大小及確保機械系統中的全部執行構件工作部分的協調性和配合性，另外，一定要將發動機功率和轉矩傳至相應的執行構件，進而克服生產形成的阻力。

2 機械傳動系統設計方案的評判方法

2.1 支持向量機法

支持向量機指的是根據統計學習理論而發展起來的一種方法。若樣本有限，支持向量機法可以構建一套規范完整的機器學習理論及方法，該設計可以有效克服隨意性等缺點，現如今，支持向量機方法已廣泛應用于模式識別與函數逼近、概率密度估計以及降維等眾多領域，并且在這些領域中，支持向量機方法處理相關問題的能力也不斷提高。

機械傳動方案決策系統在建模時，普遍采用支持向量機法的多類分類算法。如今選擇支持向量機法解決多類分類問題的基本方法包括“一對一”以及“一對其它”兩種方法。具體的問題舉例如下：假設給定屬于k類的m個訓練樣本（x1，y1）， （x2，y2），…， （xi，yi），其中xi（i=1，2，…，m） 代表系統的特征因素集，比如{μc1（u），μc2（u），μc3（u），μc4（u），μc5（u）}，yi？{1，2，…，k}代表分類標志，其中k=4。需要通過上述練樣本建立分類函數f，確保未知樣本x進行分類過程中錯誤率可以達到最小化。通常情況下，每一個樣集均有k（k-1）/2個學習機，學習過程要選擇“最大贏分”的模式。若此時學習機的訓練結論表示測試樣本x是屬于第i類的滿意度，那么對于第i類滿意度的分數要加1；否則便對第j類的滿意度分數加上1，最后的結論要通過具有最大分數類為x的滿意度進行決定。

因為支持向量機法是通過靈活地引入了核函數從而達到非線性分類的目的，而且可以平衡經驗風險和函數集容量間的關系，所以，支持向量機法可避免過擬合現象的發生，其推廣空間是巨大的。另外，支持向量機法僅僅需要少量的訓練樣本便可以獲取較低的檢測錯誤率。支持向量機法性能的好壞直接取決于核函數，經常使用的核函數有高斯核與多項式、核線性核與感知器核等等。以下是采用支持向量機方法對70組、5種特征因素、4種傳動形式的樣本集進行6個分類器的訓練，訓練流程圖見圖1。

2.2 三級模糊綜合評判法

機械傳動系統方案受到不同的屬性、不同的因素影響，評價過程中一定要進行充分的考慮。但是部分的因素模糊性較強，因此，評判過程中會涉及到模糊因素，此類的評判便稱作模糊綜合評判。所謂的模糊綜合評判指的是通過模糊變換原理綜合考量評價目標。機械傳動系統方案設計過程中，由于需要考慮的因素相對較多，并且不同因素之間還存在層次之分，大多數因素還存在較為強烈的模糊性，為了能夠對系統中事物間的優劣次序進行比較，確定具有實際價值的評判結果，所以，可選擇三級模糊綜合評判進行評價。該評價方法首先對一個因素的不同等級進行綜合評判，從而實現單因素評判，其次將評判結果作為每一類的綜合評判，將確認的結果再次進行類與類間的綜合評判。

機械傳動系統方案采用三級模糊綜合評判時，引入了因素子集、因素以及因素等級三層結構，與此同時，克服了因素的模糊性以及權分配的問題，所以，確保了對于因素的狀態以及重要程度的確定可以滿足客觀實際的要求。評判過程中涉及到了隸屬度與權數，所以，是離不開人的主觀因素，但是由于選擇三級模糊評判，一定程度上降低了人的主觀因素所產生的影響，確保評判結果滿足準確性的要求。機械傳動系統方案設計過程中，分析評價系統里存放三級模糊綜合評判模型，該評價模型能夠對不同因素的影響進行全面考慮，作出的評判與實際是相符的，對于提高專家水平是非常有意義的。

2.3 未確知測度模型法

根據國內外相關研究成果，可以發現，有文獻涉及到了一種全新的評價方法，這種方法根據建立未確知測度模型，綜合評價多目標機械設計方案，對于科學決策提供必要的理論依據。未確知測度模型主要包含了部分關鍵性問題，比如：單指標測度和單指標測度矩陣、多指標綜合測度評價矩陣、指標權重以及識別與排序等等。如何對上述這些關鍵性的問題進行處理，將直接影響到模型的準確性與可靠性。

2.4 基于熵權的模糊AHP法

通過相關文獻可以發現：經典AHP法可以解決多層次機械傳動方案評價架構等相關問題，可以作為傳動系統方案評價的理論基礎。但是經典AHP法也存在缺陷：解決模糊問題的過程中，對于尺度選擇過分確切，與此同時，在評價的過程中，決策者不可以對模糊問題的含義進行精確把握，導致在實際操作過程中無法變通處理問題。不僅如此，經典AHP法處理時，人為參與的程度較多，具體人的主觀差異較大，所以，確定結果；會體現出較多的人為因素，從而致使結論的誤差相對較大。而基于熵權的AHP法在對模糊數與熵權進行合理定義的基礎之上，通過分析比較具體性能指標分值，選擇基于對稱三角模糊數從而實現判斷因素矩陣的尺度匹配，最后，選擇模糊區間運算對總的模糊判斷矩陣與熵權進行計算。

3 結束語

在建立機械傳動系統評價模型時，上述四種方法各有各的特點。選擇模糊的綜合評價方法對于機械傳動方案進行評價，可以對全部主要的影響因素做出全面而定量的分析，能夠客觀有效的對較為合理與滿意的方案進行選擇，其不僅適用于機械傳動方案的選擇，也可以用于其余方案的選擇與評價，所以，模糊綜合評價法在機械傳動系統設計中的應用也越來越廣泛。

參考文獻

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篇7

關鍵詞：旋轉編碼器；結構設計；光學設計；頻率響應

中圖分類號：TN762

編碼器是一個機械與電子緊密結合的精密測量器件，它通過光電原理或電磁原理將一個機械的幾何位移量轉化為電子信號（電子脈沖信號或者數據串）。這種電子信號通常需要連接到控制系統（PLC、高速計數模塊，變頻器等），控制系統經過計算便可以得到測量的數據，以便進一步工作。編碼器一般應用于機械角度，速度，位置的測量。

1 正余弦編碼器設計

永磁同步電動機無齒輪傳動變頻調速驅動方式將成為電梯驅動技術的主要發展方向。經國家中小型電機檢測中心的檢測，永磁同步電動機的效率是96.4%，功率因素是0.99。要讓永磁同步電機運行時達到高效的指標參數，變頻器給電機定子繞組加的電磁場必須與電機轉子的永磁體磁場垂直正交，因此需要高精度的旋轉編碼器實時跟蹤電機永磁場的初始位置。這是與傳統的異步電機所不同的。

目前，國內永磁同步電機上所用的旋轉編碼器為德國海德漢所壟斷，企業使用成本很高，且商備貨周期長。由于部件為進口件，售后服務也很難保證。該編碼器的設計根據ERN1387及控制系統接口，確定編碼器關鍵設計技術指標，預期替代海德漢1387編碼器。

1.1 光學設計

LED光源采用honeywell SE3407發光管（波長880nm），光斑直徑：11mm。光電轉換單元采用2CU2光電管（擬用韓國KODENSHI替代）。圓光柵、指標光柵采用1.1mm浮法玻璃鍍鉻膜。如圖1所示。

圖1 光學設計方案

A、B信號由指標光柵和圓光柵之間的漠爾條紋產生正弦波。C、D信號由圓光柵上透光能量按照正弦變化的透光區產生。R信號由按照10條零線按照一定的規則排布組成條紋，當兩條紋完全重合時產生信噪比為5：1的零線信號。

圖2 光柵設計方案

圓光柵柵距是62.8?m，采用1.1mm厚浮法玻璃，非透光區鍍鉻膜刻線數為2048。指標光柵設計：AB碼道柵線粗31.4?m。C、D狹縫角格值：2°。零線粗：45.3?m零區寬：1.54mm。信噪比：5：1。如圖2所示。

1.2 電路設計

光電管反并聯設計，有效抑制諧波；CD信號雙函數碼道設計，定位更精準；通過EEPROM軟件設定幅值、相位、偏移電壓等；差分輸出，抗干擾強，易于信號傳輸。如圖3所示。

圖3 電路設計方案

1.3 技術指標測試

本編碼器與海德漢編碼器波形質量對比如表1。

除以上對比項差異外，其它技術指標均與海德漢相同。

2 結束語

該編碼器設計技術方案與海德漢技術相近，樣機性能滿足電梯系統的應用要求；最高工作溫度指標需改進提高。工藝直接決定性能，需尋求專業工藝設計。AB信號“抖動”，需用高倍電子顯微鏡提高光柵與軸心同心度，建議聯軸節部分可以先開模具，以便進行聯軸節疲勞試驗。

參考文獻：

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[4]易孟林.現代控制工程[D].華中科技大學機械學院，2005.

作者簡介：吳紅梅（1981-），女，浙江金華人，講師，從事應用電子及編碼技術。

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機械優化設計概念

機械優化設計是綜合性和實用性都很強的理論和技術，為機械設計提供了一種可靠高效的科學設計方法，使設計者由被動地分析、校核進入主動設計，能節約原材料，降低成本，縮短設計周期，提高設計效率和水平，提升企業競爭力、經濟效益與社會效益。國內外相關學者和科研人員對優化設計理論方法及其應用研究十分重視，并開展了大量工作，其基本理論和求解手段已逐漸成熟。并且它建立在數學規劃理論和計算機程序設計基礎上，通過有效的實驗數據和科學的評價體系來從眾多的設計方案中尋到盡可能完善的或最適宜的設計方案。該領域的研究和應用進展非常迅速，并且取得了可觀的經濟效益。那就讓我們關注機械優化設計中那些重要的量。

解決優化設計問題的一般步驟

解決優化設計問題的一般步驟如下：

機械設計問題――建立數學模型――選擇或設計算法――編碼調試――計算結果的分析整理

優化設計中數學模型的建立

a設計變量

在最優化設計過程中需要調整和優選的參數，稱為設計變量。設計變量是最優化設計要優選的量。最優化設計的任務，就是確定設計變量的最優值以得到最優設計方案。但是每一次設計對象不同，選取的設計變量也不同。它可以是幾何參數，如零件外形尺寸、截面尺寸、機構的運動尺寸等；也可以是某些物理量，如零部件的重量、體積、力與力矩、慣性矩等；還可以是代表工作性能的導出量，如應力、變形等。總之，設計變量必須是對該項設計性能指標優劣有影響的參數。

b約束條件

設計空間是一切設計方案的集合，只要在設計空間確定一個點，就確定了一個設計方案。但是，實際上并不是任何一個設計方案都可行，因為設計變量的取值范圍有限制或必須滿足一定的條件。在最優化設計中，這種對設計變量取值時限制條件，稱為約束條件，而約束條件是設計變量間或設計變量本身應該遵循的限制條件，而優化設計問題大多數是約束的優化問題。針對優化設計數學模型要素的不同情況，可將優化設計方法進行分類，約束條件的形式有顯約束和隱約束兩種，前者是對某個或某組設計變量的直接限制，后者則是對某個或某組變量的間接限制。等式約束對設計變量的約束嚴格，起著降低設計變量自由度的作用。優化設計的過程就是在設計變量自由的允許范圍內，找出一組優化的設計變量值，使得目標函數達到最優值。

c目標函數

在優化設計過程中，每一個變量之間都存在著一定的相互關系著就是用目標函數來反映。他可以直接用來評價方案的好壞。在優化設計中，可以根據變量的多寡將優化設計分為單目標優化問題和多目標優化問題，而我們最常見的就是多目標函數優化。

一般而言，目標函數越多，設計的綜合效果越好，但問題求解復雜。在實際的設計問題中，常常會遇到在多目標函數的某些目標之間存在矛盾的情況，這就要求設計者正確處理各目標函數之間的關系。對這類多目標函數的優化問題的研究，至今還沒有單目標函數那樣成熟

優化設計理論方法

優化準則法對于不同類型的約束、變量、目標函數等需導出不同的優化準則，通用性較

差，且多為近似最優解；規劃法需多次迭代、重復分析，代價昂貴，效率較低，往往還要求目標函數和約束條件連續、可微，這都限制了其在實際工程優化設計中推廣應用。因此遺傳算法、神經網絡、粒子群算法、進化算法等智能優化法于20世紀80年代相繼提出，并且不需要目標函數和約束條件的導數信息，就可獲得最優解，為機械優化設計提供了新的思路和方法，并在實踐中得到成功應用。

a遺傳算法

遺傳算法起源于20世紀60年代對自然和人工自適應系統的研究，最早由美國密歇根大學Holland教授提出，是模擬生物化過程、高度并行、隨機、自適應的全局優化概率搜索算法。它按照獲得最大效益的原則進行隨機搜索，不需要梯度信息，也不需要函數的凸性和連續性，能夠收斂到全局最優解，具有很強的通用性、靈活性和全局性；缺點是不能保證下一代比上一代更好，只是在總趨勢上不斷優化，運行效率較低，局部尋優能力較差。

b神經網絡法

神經網絡是一個大規模自適應的非線性動力系統，具有聯想、概括、類比、并行處理以

及很強的魯棒性，且局部損傷不影響整體結果。美國物理學家Hopfield最早發現神經網絡具有優化能力，并根據系統動力學和統計學原理，將系統穩態與最優化態相對應，系統能量函數與優化尋優過程相對應，與Tank在1986年提出了第一個求解線性優化問題的TH選型優化神經網絡。該方法利用神經網絡強大的并行計算、近似分析和非線性建模能力，提高優化計算的效率，其關鍵是神經網絡的構造，多用于求解組合優化、約束優化和復雜優化。近些年，神經網絡法有較大發展，Barker等將神經網絡用于航空工程結構件的優化設計。

c粒子群算法

Kennedy和Ebehart于1995年提出了模擬鳥群覓食過程的粒子群法，從一個優化解集開始搜索，通用個體間協作與競爭，實現復雜空間中最優解的全局搜索。粒子群法與遺傳算法相比，原理簡答、容易實現、有記憶性，無須交叉和變異操作，需調整的參數不多，收斂速度快，算法的并行搜索特性不但減小了陷入局部極小的可能性，而且提高了算法性能和效率，是近年被廣為關注和研究的一種隨機起始、平行搜索、有記憶的智能優化算法。目前，粒子群算法已應用于目標函數優化、動態環境優化、神經網絡訓練等諸多領域，但用于機械優化設計領域研究還很少。

d多目標優化法

功能、強度和經濟性等的優化始終是機械設計的追求目標，實際工程機械優化設計都屬于多目標優化設計。多目標優化廣泛的存在性與求解的困難性使其一直富有吸引力和挑戰性，理論方法還不夠完善，主要可分為兩大類：①把多目標優化轉化成一個或一系列單目標優化，將其優化結果作為目標優化的一個解；②直接求非劣解，然后從中選擇較好的解作為最優解。具體有主要目標法、統一目標法、目標分層法和功效系數法。

優化設計方法的評價指標

根據優化設計中所以解決問題的特點，選擇適當的優化方案是非常關鍵的。因為解決同

一個問題可能有多種方法，而每一種方法也有可能會導致不同的結果，而我們需要的是可以更加體現生產目標的最優方案。所以我們在選擇方案時一定要考慮一下四個原則：

a效率提高。所謂效率要高就是所采用的優化算法所用的計算時間或計算函數的次數要盡可能地少。

b可靠性要高。可靠性要高是指在一定的精度要求下，在一定迭代次數內或一定計算時間內，求解優化問題的成功率要盡可能地高。

c采用成熟的計算程序。解題過程中要盡可能采用現有的成熟的計算程序，以使解題簡便并且不容易出錯。

d穩定性要高。穩定性好是指對于高度非線性偏心率大的函數不會因計算機字長截斷誤差迭代過程正常運行而中斷計算過程。

另外選擇適當的優化方法時要進行深入的分析優化模型的約束條件、約束函數及目標函

數，根據復雜性、準確性等條件結合個人的經驗進行選擇。優化設計的選擇取決于數學模型的特點，通常認為，對于目標函數和約束函數均為顯函數且設計變量個數不太多的問題，采用懲罰函數法較好；對于只含線性約束的非線性規劃問題，最適應采用梯度投影法；對于求導非常困難的問題應選用直接解法，例如復合形法；對于高度非線性的函數，則應選用計算穩定性較好的方法，例如BFGS變尺度法和內點懲罰函數相結合的方法。

結論

機械優化設計作為傳統機械設計理論基礎上結合現代設計方法而出現的一種更科學的

優化設計方法，可使機械產品的質量達到更高的水平。近年來，隨著數學規劃理論的不斷發展和工作站計算能力的不斷挖掘，機械優化設計方法和手段都有非常大的突破，且優化設計思路不斷的開闊。總之，每一種優化設計方法都是針對某一類問題而產生的，都有各自的特點，都有各自的應用領域，機械優化設計就是在給定的載荷和環境下，在對機械產品的性能、幾何尺寸關系或其它因素的限制范圍內，選取設計變量，建立目標函數并使其獲得最優值得一種新的設計方法，其方法多樣依據不同情形選擇合理的優化方法才能更簡便高效的達到目標。當今的優化正逐步的發展到多學科優化設計，充分利用了先進計算機技術和科學的最新成果。所以機械優化設計的研究必須與工程實踐、數學、力學理論、計算機緊密聯系起來，才能具有更廣闊的發展前景。

參考：

[1]白新理.結構優化設計[M]. 河南：黃河水利出版社，2008.

篇9

關鍵詞：機構組合；機械原理；實驗；機械系統

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2014）22-0175-02

隨著我國由“制造大國”向“制造強國”轉變的歷史性跨越，高校的實踐教學愈加受到廣泛的重視[1，2]。而對于培養目標為“培養具有社會責任感、基礎扎實、知識面寬、富有創新精神與實踐能力的應用型高級專門人才”和“以工為主，以軌道交通為特色”的大學來說，逐步將演示性、驗證性實驗改變為綜合性、設計性實驗，以強化對學生的機械綜合設計能力、實踐動手能力及工程意識、創新意識與創新能力的培養，更是迫在眉睫。

一、問題的提出

《機械原理》課程是工科機械類各專業的一門承上啟下的重要技術基礎課，在學生從理論學習到實際設計的轉化過程中起到重要的橋梁作用。該課程的任務是使學生掌握機構學和機器動力學的基本理論、基本知識和基本技能，學會常用機構的分析和綜合方法，并具有進行機械系統設計的初步能力。由此可見，實驗教學在整個機械原理課程的教學體系中，具有十分重要的地位，除了能使學生鞏固和加深對理論知識的認識與理解外，更是理論結合實際、提高學生的動手能力、啟迪學生的創新思維的必要手段。以往傳統的機械原理實驗項目多為《機構運動簡圖測繪》、《漸開線齒廓范成原理》和《回轉件的動平衡》等驗證性實驗。經過近幾年的努力，實驗室研發了《平面連桿機構設計實驗》，為開創設計性實驗探索了道路。為了進一步深入開展綜合性、設計性實驗的設計、開發與實踐，課題組研發了此項機構組合設計與搭接實驗。

二、實驗的目的及任務

設計性、綜合性實驗――《機構組合設計實驗》的訓練內容涉及常用機構、組合機構設計與分析、機械系統方案設計等，該實驗的目的為：

1.培養學生機構運動方案的構思與設計，提高其綜合利用所學知識解決實際問題的能力和動手能力；

2.通過對實際工程問題的機構設計及搭接，加深學生對機構運動特性、運動干涉等問題的理解，培養學生觀察問題、發現問題的能力；通過實驗的多方案設計培養發散思維和創新設計能力；

3.培養學生協作能力及團隊精神。此項實驗的任務可根據學生理論知識掌握程度，自選或指定以下機構之一：內燃機機構；精壓機機構；牛頭刨床機構；齒輪―曲柄搖桿機構；齒輪―曲柄擺塊機構；雙滑塊機構插床機構；篩料機構；凸輪―五桿機構；間歇運動組合機構等。

實驗以學生為主，構思2～3個可行方案，比較各方案優缺點；對優選方案進行詳細設計，繪制機構運動簡圖，進行實物搭接和試運轉；在老師引導下學生發現所搭接機構的不足之處，并提出改進措施。

三、實驗原理、方法與步驟

1.實驗裝置。實驗選用湖南長慶機電科教有限公司生產制造的CQJP―D機構運動創新設計方案實驗臺為實驗裝置：

①實驗臺機架（如圖1所示）：

②實驗臺組件：該試驗臺組件涵蓋了機械原理課程中講到的各種機構的典型構件：連桿和滑塊、齒輪和齒條、凸輪、槽輪和撥盤等，如圖2所示。另外還提供了用于連接、固定和鎖緊等輔助功能的組件：復合鉸鏈、主/從動軸、鉸鏈支座、壓緊螺栓、層面限位套、高副鎖緊彈簧、齒條護板等。

2.實驗原理。機構具有確定運動的條件是其原動件的數目等于其所具有的自由度的數目。因此，如將機構的機架及與機架相連的原動件從機構中拆分開來，則由其余構件構成的構件組必然為一個自由度為零的構件組。而這個自由度為零的構件組，有時還可以拆分成更簡單的自由度為零的構件組，將最后不能再拆的最簡單的自由度為零的構件組稱為基本桿組（或阿蘇爾桿組），簡稱為桿組[3]。由桿組定義，組成平面機構的基本桿組應滿足條件：F=3n-2P1-Ph=0 式中：n為桿組中的構件數；P1為桿組中的低副數；Ph為桿組中的高副數。由于構件數和運動副數目均應為整數，故當n、P1、Ph取不同數值時，可得各類基本桿組。當Ph=0時，桿組中的運動副全部為低副，稱為低副桿組。其F=3n-2P1=0，故n=2P1/3，故n應當是2的倍數，而P1應當是3的倍數，即n=2、4、6……，P1=3、6、9……。當n=2，P1=3時，基本桿組稱為Ⅱ級組。Ⅱ級組是應用最多的基本桿組，絕大多數的機構均由Ⅱ級桿組組成。n=4，P1=6時的基本桿組稱為Ⅲ級桿組。由上述分析可知，機構的組成原理為：任何平面機構都是由若干個基本桿組（阿蘇爾桿組）依次聯接到原動件和機架上而構成。此原理即為機構組合設計與搭接實驗的基本原理。

3.實驗的方法與步驟。①掌握平面機構組成原理；②熟悉實驗中的實驗設備，各零、部件功用和安裝、拆卸工具；③確定設計機構的類型，構思2至3個可行方案，比較各方案優缺點；④對優選方案進行詳細設計，繪制機構運動簡圖；⑤將優選方案正確拆分成基本桿組；⑥正確拼接各基本桿組，將基本桿組按運動傳遞規律順序聯接到原動件和機架上，進行實物搭接和試運轉；⑦按要求完成實驗報告。

此項實驗從培養學生機構運動方案的構思和動手實踐能力出發，能夠使學生受到三個層次的訓練：①掌握實驗的基本技能，驗證所學的理論，加深對所學知識的理解；②課程學習與工程實際結合，初步具有進行新型機構創新設計的能力；③鼓勵學生自己結合有生產背景的實際課題提出設計目標，進行原理方案設計，在鍛煉動手實踐能力的同時，加強學生發現問題、分析問題和解決問題能力的培養。

參考文獻：

[1]王汝貴，蔡敢為.兩自由度可控機構動態性能實驗裝置研制[J].實驗室研究與探索，2012，31（12）：3-5，11.

[2]蔡書平，桂亮.機械運動學與動力學實驗教學應用研究[J].高校實驗室工作研究，2012，（4）：47-49.

篇10

本實驗設計方案評價：本實驗在創新設計方案二的基礎上作了改進，不用立方體小鐵塊而將擋光效果好、寬度相同的黑色磁帶貼在透明直尺上，從一定高度由靜止釋放，并使其豎直通過光電門，測得各段黑色磁帶通過光電門的時間，另外長度的測量比創新設計方案二和三更好操作，誤差更小.當然本實驗操作中也要控制好直尺豎直下落.

驗證性實驗高考復習建議

1.要明確實驗思想

做好驗證性實驗的前提，就是要創設好物理情景，這就是驗證性實驗的實驗思想.在驗證機械能守恒定律的實驗中，我們可以創設出多種物理情景，而其中讓物體自由下落在中學實驗室很容易做到，過程也簡單.

2.要掌握實驗方法

在教材的驗證實驗中，給我們提供了多種實驗方法，而這些實驗方法在我們研究探究性實驗和設計性實驗中經常會用到，因此，我們必須要掌握和靈活運用這些實驗方法.

3.要重視實驗的驗證條件

物理規律的形成，通常會有一定的前提或必備條件，在驗證性實驗中必須要滿足這些條件才能使實驗順利進行，而這一點恰恰是我們容易忽視或不注意的.在驗證機械能守恒定律的實驗中，“只有重力做功”是實驗的驗證條件，而實驗中阻力的存在是不可避免的，阻力做功過大時，實驗誤差大，實驗將失去意義，實驗設計中要考慮到減小阻力.

4.要學會實驗數據的處理

定量驗證實驗的數據處理通常采用代數計算法.如在驗證機械能守恒定律實驗時，根據計算求出增加的動能和減少的重力勢能在“誤差允許的范圍內”是否相等來完成驗證工作，定性的驗證實驗的數據處理通常采用圖象法.