導語：如何才能寫好一篇機械設計步驟和方法，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。

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【關鍵詞】動態優化方法;農業機械設計;應用

1前言

農業是我國的支柱性產業。結合我國實際情況可知，雖然相關政策及城市改造等措施提升了農民的就業率，但仍然存在許多以農業為主要經濟來源的農民。為了促進我國農業的良性發展，幫助農民獲得更多的經濟利潤，可以應用動態優化方法提升農業機械設計的質量。

2動態優化方法

2．1動態優化方法的概念

動態優化方法建立在優化遺傳算法、計算機輔助技術等相關技術或技能的基礎上［1］。這種方法是指，根據設計要求確定相應的參數或模型之后，通過動力學建模的方式，對所得參數或模型進行動態分析，將參數或模型中存在的不合理問題識別出來，進而提升參數或模型的設計質量。

2．2動態優化方法的應用優勢

就農業機械設計而言，動態優化方法的應用優勢主要包含以下幾種:第一，可修正優勢。在基于動態優化方法的農業機械設計工作中，設計人員可以通過遺傳算法、動態控制等技術，將農業機械模型中存在的問題找出來，并通過修正措施的利用，提升農業機械的設計質量。第二，使用優勢。動態優化方法以農業生產對農業機械產品的實際使用要求為參考依據。相對于其他設計方法而言，基于動態優化法的農業機械產品性能更加完美。

2．3動態優化方法的應用流程

就農業機械設計工作而言，動態優化方法的應用流程主要包含以下幾個步驟:第一，項目確立步驟。根據農民的實際要求或相關部門的指示等依據，將農業機械設計項目確定下來。第二，建模步驟。當項目確立之后，設計人員需要結合自身的設計經驗和相關數據信息，構建出符合實際農業生產要求的農業機械設計模型。第三，優化步驟。在該步驟中，設計師需要根據實際的農業機械模型特點或性能，利用適宜的動態優化方法(如優化遺傳算法或計算機輔助技術等)，對第二步驟中所得模型進行優化設計。第四，農業機械數字虛擬樣機建模步驟。在解決原始數字模型中存在的不合理問題之后，需要以優化后的農業機械模型為參考依據，建立農業機械的數字虛擬樣機模型［2］。第五，動態控制步驟。在該步驟中，設計師需要利用模糊控制和動態控制對所得農業機械數字虛擬樣機模型進行檢驗。第六，實物模型。農業數字虛擬樣機模型經過動態控制、模糊控制檢驗合格(或已對不合格部分進行調整)后，應該利用其得出農業機械的實物模型。

3動態優化方法在農業機械設計中的應用

這里主要從以下幾方面入手，對動態優化方法在農業機械設計中的應用進行分析和研究:

3．1數字變量方面

就數字變量方面而言，利用動態優化方法進行設計的過程將會受到相關標準的要求、農業機械產品的規格參數、強度系數等因素的影響。通過對農業機械的實際農業生產應用過程可知，在所有的農業機械中，處于連續振動狀態的農業機械占比約為83%左右［3］。這種特點為農業機械的設計工作帶來了一定的困難:設計人員既要分析有害振動對農業機械設備性能產生的損害作用，同時還應該利用有利振動，提升農業機械的設計質量。在數字變量確定環節中，動態優化方法的應用流程主要包含以下幾個步驟:第一，根據相關要求設計數字變量參數;第二，以上述參數為參考依據，進行動力學建模;第三，利用農業機械的動力學模型進行動態分析，將模型中存在的不合理數字變量識別出來［4］;第四，通過修改問題數字變量的方式，提升農業機械動力學模型數字變量設計的合理性。

3．2約束條件方面

就約束條件方面而言，基于動態優化方法的優化方式主要包含以下幾種:第一，能量平衡及模態柔度優化方式。這種優化方式的約束條件為農業機械本身的剛度參數和質量參數。由于大多數農業機械都需要在連續振動狀態下完成農業生產任務，因此，這里以農業機械的抗振化設計為例，對能量平衡與模態柔度優化方式進行分析:從本質角度來講，農業機械的抗震性能是基于各類組成零件產生的。為了防止連續振動損害農業機械的零件，應該通過增加模態阻尼參數、降低各階模態柔度的方式，避免2個或2個以上零件在使用過程中出現共振現象。第二，變分方式。這種優化方式以泛函數作為農業機械約束條件優化的目標函數。約束條件的優化原理為:在符合約束條件的范圍內，將農業機械所對應泛函數的極值參數計算出來。第三，極小值方式。這種約束方式是指，根據以往的農業機械使用經驗或設計經驗，從眾多能夠影響農業機械結構動態性能的因素，將該因素的形狀函數確定出來。然后以形狀函數為依據，將滿足約束條件要求的，農業機械的最佳形狀計算出來。

3．3農業機械模型確定方面

當數字變量及約束條件等基礎工作完成之后，設計人員可以利用幾何定位點法將農業機械模型的相關參數確定出來。結合以往的農業機械建模經驗可知，建模的難點問題在于農業機械的轉動慣量和運動質心。為了保證農業機械模型的可靠性，設計人員可以將UG軟件作為該過程的輔助工具，在保證農業機械充分契合農業生產要求的基礎上，利用UG軟件將農業機械轉動慣量、運動質心的相關參數準確確定下來。

3．4農業機械模型檢驗方面

農業機械模型的檢驗可以利用View或者ADAMS等工具完成。在試驗臺的檢驗過程中，上述工具可以利用性能檢測模塊及數據采集卡發揮檢測功能，判斷基于動態優化法的農業機械模型是否存在不合理問題。當發現存在問題之后，設計人員需要根據具體的問題，再次利用動態優化法對農業機械模型進行優化處理，最終獲得性能符合實際農業生產要求的農業機械模型產品。

4結論

為了提升農業生產效率，促進農民增收，可以將動態優化方法應用在農業機械設計中，利用數字變量計算、約束條件確定、模型確定、模型檢驗等步驟，設計出符合實際農業生產要求的農業機械設計產品。

參考文獻:

［1］佟童，趙宇，王麗娟，孫鵬，陳武東．動態優化方法在農業機械設計中的應用［J］．農機使用與維修，2014(12):70～73．

［2］孫岐，楊文斌．以液壓缸為執行元件機構優化設計在農業機械中的應用與分析［J］．農村牧區機械化，2016(02):20～22．

［3］王瑋，張衛波，韓云芳．混合離散變量優化方法在機械設計中的應用［J］．吉林工學院學報(自然科學版)，2015(02):22～24．

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有限元法是一種高效能常用的計算方法。有限元法在早期是以變分原理為基礎發展起來的，所以它廣泛的應用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各類物理場中。有限元法的應用最早出現在1969年，當時早就有學者利用加權法則得到了有限元法的應用方程，而且，將其廣泛的應用在了各種物理場中，得到了很多重要的結論。說到其原理，有限元法的應用原理也十分簡單易懂。主要可以理解為函數求導，舉個例子，比如說給了一個比較復雜的未知場函數需要求解，這時可以將整個場函數離散成若干個可以求解的函數進行求解，另外也可以將這個未知場函數在已知空間里大致畫出簡圖，并且利用函數的節點標注出來數值，例如比較有用的最大值，最小值等，這時就會把一個未知的場函數變成多個已知的離散形函數，這就是有限元法最簡單的應用原理。

2.有限元法的基本應用步驟

有限元法的基本原理和概念已經了解，以后應該了解的就是有限元法的基本步驟，掌握了基本的步驟才能夠更快速的掌握工作原理。首先進行剖分，顧名思義，就是對需要求解的未知數進行離解，將未知數離解成多個元素的集合，并且，每個元素都是每一處離解過方程的解，之后通過剖分的方法得到函數的最大值和最小值，這里可以叫其節點。第二個步驟是單元分析，單元分析聽起來十分的簡單，但是依然是要考慮細節的一個步驟。要進行分片插值，即將分割單元中任意點的未知函數用該分割單元中形狀函數及離散網絡點上的函數值展開，即建立一個線性插值函數。第三個步驟是對變分方程進行求解，在整個方程的求解過程中可以看出，有些方程的解并不是用簡單的方法就可以計算出來，通常情況下要有很大的邏輯思維，要能夠將多種方法在一起分析計算。用有限元法對已知的單元進行離散，然后將每一個數據和不同的問題進行結合求解，這是物理學上解決問題常用的方法。離散，顧名思義，就是指對待一個比較復雜的方程，要有能夠將其分解計算的能力。有限元法把連續體離散成有限個單元。

3.有限元法在機械設計中的應用

有限元法在日常的生產生活中都有很廣泛的應用。如今在機械設計中也有很廣泛的應用。機械設計在機械制造過程中起到至關重要的作用，因為機械設計是整體工程的第一步。機械設計，顧名思義，首先要考慮的是設計，就是根據整體的零件大小，程度，應用高度和范圍和整個工程的施工特點來制造最適合的方案和圖紙，不錯，機械設計對產品的尺寸大小，相對位置的計算等方面都有很大的要求，這時運用有限元法大大的加快了運算的速率，得到需要的數據。

4.有限元法的在機械設計中的具體應用

傳統的機械設計方法為何會在如今的時代越來越被淘汰，究其原因可以發現，傳統的機械設計方法比較笨重，耗費的人力物力較大，不能夠快速的完成工程項目，所以造成的工作效率不會很高，進而大大的減少利潤增大了成本的消耗，而且，在成本上也會有很大的消耗，如果設計質量不高，甚至會有賠本的可能。造成這種結果的原因是傳統設計一般都是采用對比分析法，簡單來說，就是在幾個比較合理的方案中選擇一個最優方案進行設計，這樣看來設計具有很大的盲目性。同時選擇的方案也沒有一個十分精確的評價標準來衡量其優劣情況。如何通過比較來進行選擇呢，這就需要不斷地對比，修改，之后再重新確認設計方案，由此可見，傳統的機械設計方法太過浪費時間，而且在設計方案上不能做到別具一格，引人入勝。而這時就要引入有限元法，在機械設計中將有限元法融匯貫通。這樣的辦法可以大大優化產品生產的效率，可以準確的得到數據，也可以在得到數據的同時通過整體的調控分析來確定設計的合理性。另外，因為在傳統設計方案中往往忽略了機器設備自重性這個因素，所以對人力物力的損失很大。目前，在機械設計中有限元法應用在如下幾個方面，首先是靜力學分析，顧名思義，可以說是在靜態下的應用。當整體的受力情況并不明顯的時候，可以說物體處于靜止或勻速運動的時候，內部存在的載荷不動或運動的浮動特別小的時候，此時就可以用有限元法進行靜態分析。其次是模態分析。模態分析，其實就是指載荷有位移之后的分析。當物體處于運動狀態時，而且內部兩個接觸物體會有一定的接觸受力時，這時可以作用模態的動態分析和應用有限分析法，這樣也可以準確的得到數據，進而完成機械設計。之后，在機械設計中還要在熱應力方面上應用有限元法。主要考慮到在機械設計中溫度的不同改變了內部的應力，所以需要有限元法進行分析調整。

5.結語

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1 現代機械設計方法的發展過程及其面臨的形勢

1.1 現代機械設計方式的發展歷程

迎合科學技術的發展是現在機械設計理念的重要要求，實現機械設計工作的現代化標準。同時要求機械設計的產品質量得到保障，進一步加快機械設計產業鏈條的生產速度，逐步摸索出了對現代機械設計的方法，形成了相關的理論與實踐基礎。將這樣的理論實踐基礎與傳統的機械設計向結合，形成了當前的設計方法，也即現代機械設計方法。由于機械設備的設計和設計方法存在已久，對于機械設計的形成，可以分為傳統設計方法和傳統設計理論，它的存在僅有100多年的歷史。由于傳統的機械設計方法存在著諸多的局限性，導致其已經逐漸的推出了機械設計的歷史舞臺。隨著社會經濟環境的不斷發展，人們的生活水平也得到了顯著提升計算機科學也得到了廣泛地普及和應用，以致人們對設計的要求更加的嚴格，這使得人們對現代機械設計理念的產生了巨大的轉變。傳統的經驗設計方法向現代化的設計理念發展，全面利用優化設計、計算機輔助設計和機械仿真模擬等方法進行更加精確的計算和圖形顯示進而使機械設計更加的人性化合理化。

1.2 現代機械設計所面臨的形勢

對于現代機械設計來說它所面臨的主要形勢為：設計領域逐漸由單一性趨向于多元化發展，機械領域多學科滲透，機械設備的設計由單機轉向系統，從業人員由原來的單人擴大到群體合作分工明確，產品的更新速度加快，出產的設計更加穩定，面對當今先進的科技技術發展有進一步對現代化機械設計理念提出了全新的設計要求。

2 現代機械設計方法的特征

2.1 與傳統機械設計方法的對比

對于傳統的機械設計過程我們可以把它分為：分析和方案優化、評價修改、繪制圖樣和撰寫文件、問題綜述、產品需求調查、問題歸納定義。傳統的機械設計依賴于設計人員或者行業經驗以及類比，而當今的機械設計則上升到理性邏輯以及系統的方式。由于傳統的機械設計方法存在著很多的局限性：利用經驗類比進行數據的分析，致使機械設計的水平低下；人員通過試湊的方式得到參數以致設計的指標不準；采取靜態假設為基礎，致使機械的設計成功率低，花費較大，而且對于信息的反饋周期較長效率差。對于現代機械設計來說是以傳統的機械設計為基礎進行繼承和發展的，期間現代設計又將系統科學引入機械設計，這使得機械設計的技術水準更加準確，技術水平更為先進。所需要設計的產品被視為一個總的系統，在CAD的基礎上使得從事設計的人員、計算機和現場工況等有充分的互相促進；也就是把一個設計產品劃分為幾個部分，在當今的設計理念和方法基礎上，在各部分獨自設計基礎上，最終協調配合，完成整個系統的設計。就目前而言，我們可以看出現代機械設計技術是一門綜合性強、多學科交叉滲透的基礎科學，它將信息技術、機械技術、設計方式、控制技術等通過系統的工程設計把它們更加有效的結合，最終通過系統的結合實現整個機械設計技術的最有配置。

2.2 現代機械設計方法分類

現代機械設計的方法可從多層面多角度進行劃分。

2.2.1.從機械的工程學角度分類：機械模具設計方法、機械材料設計方法等。

2.2.2.從其是否成熟得到應用分類：應用計算機數據設計、模型一優化設計、機電一體化設計等：

2.2.3.從其涵蓋范圍的角度對現代機械設計方法進行分類：可分為狹義設計類和廣義設計類。

2.3.機械設計的兩類現代機械設計方法

2.3.1.專業的現代機械設計方法

隨著現代科技技術的不斷進步和高速發展，由計算機系統專業從業人員和專業的機械設計人員共同協作開發設計的計算機應用軟件，使的該應用軟件可以快速準確的反應機械產品在工況中的損傷、失效以及破壞機理，根據這些數據定量出針對各零件和機械的動態行為的分析，形成穩定的機械設計程序，即專業的現代機械設計方法。例如：摩擦學設計、強度設計和溫度場分析等。

2.3.2.通用的現代設計方法

伴隨著計算機技術的應用與普及，為了進一步使產品的設計滿足機械性能的需求，廠家在進行機械設計時需要應用計算機技術進行數據分析和機械的輔助設計，這被稱為通用的現代機械設計方法。傳統的設計停留在靜態設計的水平上，基本依靠機械設計人員的經驗，對于設計產品的定量分析比較困難，對于產品完成后的工況不能有動態的反應。而計算機輔助設計的產品是在隨機動態條件下完成的，定量設計是機械設計的發展方向。這些主要包括的內容有可靠性、最優化、專家系統、仿真和CAD圖形分析。

3.計算機輔助機械設計方法

CAD（ComputerAidedDesign，即計算機輔助設計）是計算機技術運用于工程設計的產物，這項技術既發揮了計算機的快速運算能力，也節省了工程制圖的時間成本，很大程度上使得工業設計的周期得到縮短，同時繪圖的精度也得到了很好的改善。使得工程設計人員有更多的精力放在相關的創意上，很好地解放了工程人員的大腦。考慮所設計產品整個生命周期的運行工況，考慮其裁量強度以及各機械部分的損傷，通過有限元法以及數學規劃的方法來達到整個產品設計的目標，既極大地降低了設計時間，又保證了產品設計的可靠性。CAD作為一項計算機基礎上的新興技術，必然要以硬件系統和軟件系統為基礎，軟件則需要有系統軟件，支撐軟件和應用軟件三部分；其中系統軟件為了很大的統籌管理計算機資源，完成管理控制和數據通信的功能，支撐軟件則是為了便于軟件開發者開發應用軟件，或者用戶依據自身需求對軟件進行二次開發；應用軟件是用戶或者開發者為了所確定的需求開研制的具有特定功能的程序。

而對于計算機輔助設計的機械設計來說，一般過程為：a）建立數學模型，常用的機械零件都有比較成熟的數學模型，對于沒有的，則首先要建立其模型；b）設計程序框圖，程序框圖則是人工設計及計算的步驟來實現；c）使用相應的高級語言編程；d）調試，在經過上一個步驟之后，還需要使程序進行檢驗性計算，甚至是邊界、轉折點的計算，要就與手算結果基本相符。

4.現代機械設計的發展趨勢

4.1.智能化

隨著人工智能的快速發展，計算機輔助設計也隨之有了很大的進步。基于范例推理和約束滿足的工程設計新方法使得CAD軟件有了一定程度的智能性。而專家系統可以對于在設計周期中進行方案綜合與設計評價。計算機技術在不斷地發展，而現代機械設計也在變得智能化、集成化。計算機正在變得日漸通用，不但可以用來進行對于工程零件的機械設計，還可以經由模型來描述機械產品的各種工況，在智能化的基礎上，為設計的工程零件的整個生命周期都有很好地把握。

4.2.注重環保

當前，隨著環境問題正在變得日益嚴峻，人們的環保觀念也在變得越來越強。反映在工程設計行業中，人們開始逐步推行了綠色設計的環保理念，也即在整個工程設計周期中，注重所設計產品的環境屬性，在達到環保目標后，盡量追求產品的功能可靠、質量穩定以及性價比等目標。環保設計出的產品既要有所需功能，又要使得對人與環境的危害降至最低。環保設計理念是人與自然和諧相處，改造自然同時注意保護環境，這是科技發展的必然，這樣既能很好地控制企業的風險，又能迎合消費者的需求，增強市場競爭力。

5.結語

隨著計算機技術運用于機械設計的不斷進步，機械設計有了質的變化，很好地結合了計算機技術的強大運算能力與圖形處理技術，節省了人力，提高了工程設計的產品質量，很好地減少設計時間，開發成本也得到了有效控制，在一定程度上使得產品的競爭力得到提高。計算機輔助設計的發展趨勢也變得智能化、注重環保、系統和量化；而隨著更深一步與計算機技術的結合，機械設計的內容正在變得更加豐富，而得到的產品也會更加的富有解放人力后的富有新意和精確。

參考文獻：

[1]王舉群，王海偉.現代機械設計方法支撐理論及相關問題研究[J].科技和產業，2012，01：157 162+170.

[2]李龍，李國新.機械設計中對現代設計技術應用的分析[J].機電信息，2012，21：103104.

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【關鍵詞】機械設計理論；設計方法；發展趨勢

自從我國加入WTO以來，我國制造業也開始向國際化水準靠攏，市場競爭不斷升級，市場對機械產品的質量、結構、功能、性價比以及外形的多樣化和個性化提出了更高的要求，同時由于環境資源的制約，要求市場上有更多資源節約型、可持續發展的機械產品不斷涌現。這代表我們在新的市場形態中面臨著新的機遇，同時又存在著極大的危機。因此，提高我國制造業的生產水平，提高產品的質量，滿足國際化、動態化、環保化的高性能高質量產品要求，成為時下我國制造業的一大重要任務。加強現代機械設計理論方法的研究比以往任何時期都更加顯得十分重要。

1.我國現代機械設計理論和方法的現狀

據2010 年統計，我國制造業的工業增加值已居世界第二位，這說明中國已經成為世界制造大國，但遠不是世界制造強國。 這是因為我國的機械產品不僅缺乏自主知識產權，缺乏自主創新產品，而且在產品的性能和質量上與發達國家的差距較大。改革開放后，我國的機械設計水平雖然有較大的進步，但與發達的美德日等工業化強國相比，仍然相當于他們六七十年代的水平。我國機械制造業的落后說明了我國在機械產品設計理論、方法和技術領域的落后，這也說明了加快發展我國機械產品現代設計理論方法研究的重要性和緊迫性。

二十世紀八九十年代，我國機械行業為了打造“數字化”和“信息化”工廠，許多企業花巨資購買了世界高端的CAD/CAM/CAE 軟件，如AUTOCAD、PR0/E、UG、ANSYS和ADAMS 等，并培訓了一大批機械設計人員。但很多企業在CAD 應用的深度和廣度仍有很大局限性，他們僅僅是利用CAD 進行工程繪圖，只實現了機械設計的“甩圖板”目的，而三維CAD/CAM/CAE、仿真設計等應用卻很少。采用先進的CAD 軟件進行工程繪圖或做產品結構優化計算，確實能減輕設計人員的工作強度，提高機械設計效率，但機械設計不等于計算，也不等于機械制圖加計算，它并不能從根本上解決中國目前機械設計水平低下的問題。在機械產品生命全周期中，由于設計成本只占制造總成本的3%左右，而設計階段決定了產品的結構、功能、質量、成本、可制造性、可維修性等主要性能指標，所以設計階段決定了產品整個成本的70%左右，制造階段及后續其他相關階段只決定約30%的總成本。因此大力開展現代設計理論方法的研究，并把現代設計理論方法在我國制造業中推廣使用顯得非常有必要。

2.現代機械設計方法理論的范疇

現代機械設計理論和方法是對傳統設計方法的繼承、創新和發展，它是將機械技術、信息技術、微電子技術、計算機技術、控制技術和管理科學等有機地加以綜合，形成的一門多學科、多專業相互交融的系統設計科學。如果從系統的觀點分析，現代機械設計理論和方法又是一個由時間維、邏輯維、方法維組成的三維系統。時間維反映了產品規劃、方案設計、技術設計和加工設計流程的時間順序；邏輯維是指解決問題的邏輯步驟，現代機械設計采取先分析、再綜合、然后評價、最后決策的步驟；方法維是指機械設計設計過程中的各種思維方法和工作方法。現代機械設計采用各種先進的設計理論方法，使機械設計進入優質、高效和創新的新時代。現代機械設計具有的范疇如下：（1）信息論方法。如信息分析法，技術預測等。（2）系統論法。如系統分析法，人機工程等。（3）控制論法。如動態分析法等。（4）優化論法。它是現代設計法的目標。（5）對應論方法。如相似設計、反求工程設計等。（6）智能論方法。如CAD，計算機輔助分析等，它是現代設計方法的核心。（7）壽命論方法，如可靠性和價值工程等。（8）離散論方法。如有限元和邊界元方法。（9）模糊論方法。如模糊評價和決策等。（10）突變論方法。如創造性設計等，它是現代設計方法的基礎。（11）藝術論方法。如藝術造型等。

3.現代機械設計方法理論的特點

傳統機械設計方法設計者是根據機械設計的任務和目標，以生產經驗數據作為設計依據，運用一些基本的設計計算理論，采用模擬、類比、試湊等方法進行設計。由于試驗和測試條件差、技術水平低，整機的性能分析也難以深入，因此新產品的研發往往需要經多次試驗和修改，從而造成產品設計時間長、耗費大、所謂滿意往往帶有很大的主觀性等問題。而現代機械設計理論與方法是在多學科（思維科學、信息科學、系統工程、計算機技術等學科）支持下，研究機械設計規律、設計技術和工具、設計實施方法的工程技術科學，它具有下列特點：

（1）創新性。創新是一個國家和民族的靈魂，是生存、發展壯大的前提。現代機械設計依托的是先進設計理論和設計工具，它能使設計者的創造性思維能力得到充分發揮，使設計者靈活運用各種創造性的手法，開發出高質量、低成本、服務優且符合環保概念的產創新品。

（2）系統性。 現代機械設計注重用系統的觀點來看待設計問題它既考慮產品本身，還考慮對系統和環境的影響，即注重人-機-環境的大系統關系。

（3）動態性。傳統機械設計只考慮產品的的靜態特性，而現代機械設計需要同時考慮產品的靜態和動態特性。

（4）前瞻性。在產品設計初期，現代機械設計不僅考慮產品生命周期的全過程和各個階段的性能要求，同時還考慮系統和環境的影響。這種具有前瞻性的設計可以讓人們及早發現產品的潛在缺陷，將可能發生的機械故障減小到最低程度，它能保證自然生態資源的平衡，實現人類的可持續發展。例如，電動汽車的出現就是一個反映現代機械設計具有前瞻性的例證，在電動汽車設計過程中，設計人員既考慮了有關電動汽車的技術問題，又考慮了駕駛操作方便、乘客安全舒適以及動力燃料供應、城市布局、道路發展規劃等社會問題。

（5）多學科理論和技術的交融性。 現代設計理論方法是一門新興的綜合叉學科，它交叉與融合了現代設計方法學、可靠性設計技術、有限元方法、計算機輔助設計技術、工業造型設計等多種學科。例如，可靠性設計涉及產品設計、生產、使用、管理、貯存、運輸等各個環節，它是將概率與統計理論、失效物理和機械學等多種學科有機相結合起來的一門綜合性很強的科學。由于現代機械設計理論方法具有多學科理論和技術的交融性，因此現代機械設計減小了傳統設計中經驗設計的盲目性和隨意性，提高了設計的主動性、科學性和準確性。

（6）并行化、自動化、計算機化。傳統設計方式是由許多部門用串行工作方法參與設計，由于信息是串行的，采用人工檢索資料、手工計算和繪圖，因此易造成大量返工，且質量難保證，設計過程漫長。現代設計方法是新理論與計算機應用相結合的產物，采用計算機化后可進行并行設計，可把人們的經驗、智慧和創造力與計算機高速運算的功能有機地結合起來。隨著計算機軟硬件的發展以及工程數據庫、網絡技術的廣泛應用，機械設計數據的準確性、穩定性大大提高，提高了工程技術人員的設計效率，設計手段也更加精確，設計方法更加現代化。

4.我國現代機械設計理論和方法的發展方向

隨著市場需求的多元化與產品質量標準的不斷提高，我國現代機械設計理論方法的發展也在不斷的發生變化。總體來說，我國現代機械設計理論方法將在以下幾個方向進行發展：（1）在性能上向高精度、高效率、智能化的方向發展；（2）在功能上向小型、輕型、多功能化方向發展；3）在層次上向集成化方向發展。具體來說，我國現代機械設計理論方法的發展機械設計對象由單機走向系統，設計要求由單目標走向多目標，產品設計周期縮短；設計所涉及的領域由單一領域走向多個領域；產品設計由自由發展走向有計劃的發展；設計工作的人員從單人走向小組；設計的發展要適應科學技術的發展；綠色設計思想。

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關鍵詞：機械設計基礎；實驗教學；教學改革

引言

高職教育主要是為生產、建設、管理、服務第一線培養輸送高等技術應用性人才。為此，學校的一切教學活動都必須圍繞實現“高等技術應用性”人才培養目標進行。高職實驗課教學是高職實踐教學體系中重要組成部分，是培養高等技術應用性人才的前沿陣地。 “機械設計基礎”作為機械類各專業教學計劃中的主干課程，在培養合格機械工程人才方面起著極其重要的作用，，是一門實踐性很強的課程。因此，其相應的實驗環節，不僅對學生鞏固所學知識、培養實踐和動手能力，而且對培養學生分析問題和解決問題的能力都具有很重要的意義。

1.存在的問題

1.1教師方面

很多教師依舊采用陳舊的教學模式。在實驗課的教學中，只是枯燥地演示。雖然有些教師很認真、詳細、具體的編寫實驗指導書，但是學生有依賴性，學生根據老師提供的操作步驟和方法，操作出大致相同的結果，編寫出步驟相同的實驗報告。教師在編寫實驗指導書時，沒能將最新的技術動態通過操作技能訓練體現在實驗教材上，使學生跟不上需求的發展步伐，遠離生產實踐。

1.2學生方面

大部分學生對實驗不夠重視，在操作實驗的實踐過程中，大部分學生的動手操作積極性、主動性不高，只草率地按要求完成實驗指導書給的步驟，對于實驗過程中出現的提示或結果正確與否，為什么會出現這樣的結果想都不想，甚至有些學生等實驗課快結束時，拿同學的實驗報告來抄抄改改了事。

1.3學校方面

學校對實驗教學缺乏全程的監督檢查，實驗課的質量，也只是簡單地表現在實驗報告的上交。如果實驗報告僅僅是抄抄實驗步驟和實驗數據，那就完全失去為了上實驗課的意義。 所以，必須改革以往監管手段，形成有全面考查學生綜合素質能力培養的實驗教學模式。

2.改革措施

2.1加強師資隊伍的建設

（1）構建一支具有高職特色的“雙師型”教師隊伍。引進有豐富企業工作經歷的師資，對現有師資進行培訓，鼓勵專業教師到企業頂崗實踐，積累現場的工作經歷，從而提高實踐教學能力。

（2）提高教師的實驗指導水平。實驗課教師也要經常集體備課，而且，實驗課的備課比理論課要求更加細致，要合理地設計實驗，使用啟發式教學方法來引導學生完成實驗，而不是讓學生按照我們制定好的操作步驟完成實驗。

2.2實驗教學內容改革

高職實驗課教學內容改革，是高職實踐教學改革的核心，實驗內容的改革必須堅持“三個基本原則”做到 “三個有利”。“三個基本原則”即實驗課教學內容必須反映當今科學技術發展水平，促進生產發展，反映“高等技術應用性”人才培養目標和人才培養規格的需要“實際、實用、實踐、實效”。“三個有利”即有利于培養學生的創新精神，有利于全面提高學生分析問題和解決問題的能力，利于增強學生實際操作和實踐動手能力。開設具有應用性、設計性、綜合性強的、體現現代先進實驗技術的教學實驗項目，削減以驗證理論為主的、內容單一的實驗。實現實驗內容由“單一型”向“綜合型”轉變。

“機械設計基礎”課程的任務是培養學生掌握常用機構和通用零件的基本知識、設計基本理論和方法，具有設計機械傳動裝置和簡單機械的能力，掌握運用標準、規范、手冊、圖冊和查閱有關設計資料的能力。為使實驗教學與課程教學的有機結合，強化學生實驗環節的綜合技能訓練，培養創造性思維能力可以著重進行下列綜合性、設計性實驗。

（1）機構運動方案創新設計實驗。在課程講授完各種機構的運動特性和設計方法之后，給學生提供的一個創新設計環節。其目的在于加深學生對機構組成原理的認識，進一步掌握機構系統的運動特性和創新設計方法。

（2）機械傳動方案實驗。學生通過實驗，了解傳動方案設計的多樣性及機械設計中常見測試方法，并通過多種方案的比較，擇其較好的方案。

（3）計算機輔助工程分析實驗。加深學生對理論力學中靜力學、運動學、動力學分析以及機械原理機構等概念的理解，并初步了解機械動力學仿真軟件的應用范圍及使用方法和動力學仿真的過程，開闊學生的視野。

2.3實驗教學方法改革

實驗方法由“示范型”、“驗證型”向“參與型”、“設計型”、“創新型”轉變。

（1）不同層次的學生，設計不同的實驗內容。要建立一種以能力培養型的實驗教學體系。一方面，以學生為主體，采用“自主教學”教學法。教師必須根據不同學生的學習狀況來設計不同的實驗教學內容。

（2）實驗前精講實驗過程和方法。在實驗教學過程中，改變以前那種教師講述一遍、操作一遍，讓學生按部就班地做一次的舊模式。采用實驗前精講實驗過程和方法，在上實驗課時，把課上所有的時間留給學生，讓學生自己動手實踐所學的理論知識，并使學生掌握的理論知識升華為操作技能。讓學生真正地體會到實驗的過程、目的和效果，最終達到做實驗的目的。

（3）重視教師的指導作用。一次成功的實驗是與教師的工程實踐能力和悉心的指導是分不開的，為此應改變以前“集中指導的方式”為“集中與分段相結合式指導”，實驗前針對具體的實驗任務如何入手去做，通過教師的實踐經驗引導學生解決初期入手難的問題。

2.4加強實驗室建設，創立機械創新實驗室

加強實驗室建設，使其具有職業崗位場景特征、實用技術強化特征、行業及地域經濟突出特征、體現能力本位特征等。充分發揮實驗室的職能，在原有機械原理、機械設計陳列室的基礎上，補充一些新型的機械和典型的機械模型和實物，在一些工礦企業收集各種典型的失效零部件和各種機械，為學生認知零件的失效情況和學生親自動手裝拆機器，認識和掌握各種傳動方式提供條件，實驗室全天開放，便于學生參觀學習。創立“機械創新實驗室”，組織學生參加開外科技活動，培養學生的創新能力及動手能力，為學生以后能適應工作崗位提供條件。

高職教育的最終目標就是培養應用技能型人才，院校實驗室是實現教育與社會實踐相結合的發生器、整合機，反映高職院校辦學方向、教學資源和核心能力的本質特征，意義十分重要。實驗室要不斷充實與改進培訓內容，改革培訓方法，培養學生職業技術技能、獨立解決實際問題的能力和創新能力。

參考文獻：

[1]龐珊.《機械設計基礎課程教學改革探討》

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[關鍵詞]現代 機械設計 創新 特點 發展 研究

中圖分類號：F407 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）34-0338-01

隨著社會發展的迅速，且傳統的機械設計存在很多弊端，因此傳統的機械設計已經無法在當今社會繼續發展，被現代機械設計所取代。為了能夠對我國的機械制造業做出巨大的貢獻，促進我國社會主義現代化建設事業的發展，必須不斷加強現代機械設計的創新力度。

1 傳統機械與現代機械的特點分析

1.1 傳統機械設計特點

機械設計經過漫長的發展時期進行了不斷變化與完善，直至今日我國的機械設計已形成了一個健全的設計體系，其廣泛應用在社會各個領域。以往我國的機械設計由于受社會發展速度與生產力水平等諸多因素的影響，使得其發展速度只能靠長期以來的經驗來支持，所以導致其發展速度非常緩慢。為了避免這些錯誤的產生，常常依賴于從業人員的設計經驗，所以人們往往按部就班，從而忽略了創新意識的重要性，阻礙了機械設計創新的步伐。傳統的機械設計存在很多問題，在實際投產后收到的回報較少。并且傳統的機械設計嚴重降低了工程的施工效率，其操作過程非常煩瑣，耗時、耗力，給工作人員帶來了諸多的困難。

1.2 現代機械以及現代機械設計的特點

第一，高性能，結構簡單。傳統機械要想在功能上做出改變，采取的辦法比較單一，只能將裝置與設備進行改變才能實現。對比傳統機械發現，現代機械在革新方法這一方面顯得非常靈活，可以綜合使用結合后的技術，也可以從其他的方面入手，從而使結構滿足科學化的特點。第二，效率高，降低了成本。現代機械的工作時間與傳統機械相比較要節省許多，工作成果能夠被直觀看出，產品質量也得到了充分的保證。第三，現代機械功能多，柔性高。現代機械發展前景十分廣闊，涉及對象也較為廣泛，且機械方式也較為多元，例如在進行機械操作的過程中，合理應用電子通訊技術就可以有效彌補傳統操作過程中所表現出來的不足。對比以往的機械設計而言，現代機械設計的思路與理念都較為新穎獨特，由于現代機械設計具有多元化的特點，其本身所涉及的學科也非常多，并且關系到許多的行業，涵蓋了很多領域的研究成果，如思維科學、智能科學、哲學以及心理學等，不局限于機械專業的技術和理論知識，現代物理學與應用數學等基礎科學的重要理論也包含于現代機械設計之中。另外機械電子學與檢測技術等相關技術在自動化領域的研究成果中也發揮了至關重要的作用，為現代機械設計提供了有利依據$而對于現代機械設計創新而言，更加富有特色，這是傳統機械設計所無法相比的。

2 機械設計創新思維的特點介紹

創新思維，突出的就是一個“新”字，創新思維要求人們的思想活躍并富有創造力。在社會生產的各個環節中，創新思維是必不可少的，它是一個被人們所廣泛接受和推崇的思維進步過程。創新思維側重于思維的創新，具有一定的推理性#創造性、綜合性和多向性特點。重在打破傳統陳舊模式的限制，得出具有創造性價值的全新理論。然而在創新的過程中必須要注意一點，那就是創新不是臆造，不是憑空的想象，創新必須要以豐富的知識和經驗為前提，在實際操作的過程中，要求機械設計人員本身必須具備扎實的設計經驗和設計理論，要能夠整合現有資源逐步推進創新的發展，要能夠從不同的角度和層面去進行深度的思考，總結歸納出完整的機械設計的設計理念與技術方案。

3 完成現代化機械設計的措施

其一，加強數據庫的管理。當前，管理數據庫的軟件種類非常多，并且做好數據庫管理的工作對機械設計來說具有重要的意義$針對眼前的設計形式，需要一個能夠儲存大量數據并且管理方便的數據庫管理系統，所以對數據庫的管理進行不斷創新顯得極其重要，在建立數據庫的過程中，應該按照機械設計的實際需求來進行設計，最終創建出理想的數據庫管理系統。其二，充分運用計算機技術開展機械設計是大勢所趨，在設計過程中有很多步驟都可以借助計算機制圖軟件來實現。在計算#畫圖以及設計等方面，CAD軟件是非常得力的助手。在軟件使用的過程中，設計人員可以自由地施展才華，設計的效率和精準度也得到了全面的提高。CAD軟件主要包括系統軟件、支撐軟件和應用軟件3個部分。而人是CAD軟件應用的主體，需要注意的是，在運用CAD軟件的過程中，必須要具備扎實的專業知識與設計經驗，不能夠完全依賴軟件而不去調動思維，只有做到人腦與電腦的結合，才能靈活地運用計算機設計出完美的作品。

4 實現現代化機械設計的具體措施

4.1 加強數據庫的管理

當前的數據庫管理軟件種類繁多，在機械設計方面，數據庫管理發揮著非常重要的作用。為了滿足實際設計的需求，通常需要一個便于管理并且儲存量較大的數據庫管理系統，因此必須加強數據庫管理的創新，根據機械設計的實際需建立與之匹配的數據庫，以方便、準確、科學地進行數據分析，從而達到理想的管理效果。設計人員在機械設計過程中，必須要經常性地查找有關的文獻與數據，如果說按照傳統方法逐一排查所消耗的時間過多，那么充分運用計算機軟件所建立的龐大數據庫，則能夠快速搜索出想要的內容，設計者只需將機械設計資料輸入到數據庫中就能夠建立起一個數據的存儲空間，并能迅速地分析和查找出所需要的資料，從而大大節省了時間。

4.2 充分運用CAD軟件

充分運用計算機技術開展機械設計是大勢所趨，在設計過程中有很多步驟都可以借助計算機制圖軟件來實現。在計算、畫圖以及設計等方面，CAD軟件是非常得力的助手。在軟件使用的過程中，設計人員可以隨心所欲地施展才華，設計的效率和精準度也得到了全面的提高。CAD軟件主要包括系統軟件、支撐軟件和應用軟件3個部分。而人是CAD軟件應用的主體，要注意的是，在運用CAD軟件的過程中，必須要具備扎實的專業知識與設計經驗，不能夠完全依賴軟件而不去調動思維，只有做到人腦與電腦的結合，才能靈活地運用計算機設計出完美的作品。

5 結語

隨著新時期的到來，在這種新形勢下加強現代機械設計的創新與特點研究顯得至關重要，其不僅影響著企業的自身發展，還關系到社會的發展，在很大程度上決定著社會經濟的繁榮。對于創新而言，它是現代化機械中不可替代的重要組成部分，合理的創新能夠有效地提高機械性能。因此必須著眼于現在與未來的發展，找到當前機械設計的不足，加以創新與完善，拓展工作人員的思維，最終提高機械設計的發展速度，促進我國社會經濟的快速發展。

參考文獻

[1] 張前森.淺析現代機械設計方法及研究進展[J].科技資訊，2011（18）.

[2] 劉宗鎰.淺析現代機械設計的思想與方法研究[J].科教新報（教育科研）. 2011（26）.

[3] 楊春輝，張洪申.創新思維在現代機械設計中的體現[J]. 廣西工學院學報，2011（02）.

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關鍵詞：有限元法；機械設計；實際應用

有限單元法有著模型精確以及便于工程軟件進行處理等很多的優勢，在機械結構分析與設計中得到了廣泛的認可。在掌握彈性力學等機械結構力學分析的基本原理的基礎上，可以應用有限元法的相關原理解決相關問題，因為有限元法采用的組裝方法，使得每一個步驟都能夠容易的實現計算機軟件的模塊化，有利于計算機軟件的實現，使得相關的機械設計成果得到了優化，還能夠維持機械機構良好的運行性能，而且在此基礎上不斷發展，能夠使得自己的能力得到大幅提高。

1 有限元法的基本內容及其平面應用

1.1 有限元技術特點

因為有限元技術的實用與通用的能力，其相關聯應用越來越廣泛的被應用，與此同時，有限元技術整體也比較的成熟，它的計算能力以及相關的處理能力都比較的杰出，也更加造成了人們對該技術的熱愛。雖然在很多的設計中都有所應用，但是其特點并不復雜，一般是以下幾點：第一，在機械產品上，對械產品進行多場耦和以及機構等分析，并能夠合理處理復合材料、土壤物質、巖石甚至是金屬材料，具有非常杰出的適用性；第二，可以針對數據的修正需求，做好相關工作，因為它可以自動化的進行自檢網絡求解精度以及單元形態，為機械設計保持完整的開發環境，使得操作人員可以依據自己的需要，利用自定義功能，進行靈活多變的設計、擴充軟件；第三，有限元技術和多個CAD軟件實現“互聯互通”，也就是有著非常緊密的連接，通過CAD軟件制作的相應配件或機構配合有限元軟件集成使用，能夠將該配件或機構合理劃分有限元網格進行合理的分析與設計，與此同時，還要注意相關的調整工作。

1.2 板殼問題的有限元法

作為彈性力學別經典的問題之一的板殼問題，是利用有限元法的一個小的鋪墊，他主要包括兩個問題，即薄板彎曲問題以及殼體問題，之所以沒有厚板問題，是因為對于厚板，目前為止還沒有便于解決工程問題的分析方法，而薄板，已經通過一些計算，進行了假定，建立了一套完整的理論，在殼體問題上要特別的注意設置的計算假定。在了解了相關方法后，列出相關問題進行求解，這里不再贅述。

1.3 平面問題有限元法的實施步驟

對于平面問題使用有限元法時的主要步驟，主要按照以下的順序進行：首先將結構離散化，也就是要將計算對象進行離散化，即把結構劃分為許多三角形單元，并對節點進行編號，最后確定全部節點的坐標值是多少；其次是選擇單元位移模式，這里需要對單元進行編號，并列出各單元三個節點的節點號；第三個步驟是，對單元剛度進行分析，計算外載荷的等效節點力，列寫結構節點載荷列陣，這是很關鍵的一部，否則數據將出現大面積的錯誤，不利修改；第四步是將等效節點力計算出來，具體做法是計算各單元的常數b1、c1、b2、C2、b3、c3及行列式2，計算單元剛度矩陣；第五部署進行整體結構平衡方程的建立，對結構整體剛度矩陣進行組集；第六步要引入邊界的約束條件，與此同時，處理約束，消除剛移；第七步需要特別的細心，它需要一定程度上的求解，要求解未知的節點位移以及單元應力，利用求解線性方程組，得到節點位移；最后一步也是非常關鍵的一步，整理計算結果，利用計算應力矩陣，求得單元應力，并根據需要計算主應力和主方向。

2 機械結構動力學分析的有限元法

2.1 機械結構固有的特性的有限元分析

機械結構的固有頻率和固有振型求解是模態分析的關鍵。求解固有頻率和振型的方法主要有振型截斷法、矩陣逆迭代法、里茨法、廣義雅可比法等。對于一個連續體結構，其固有頻率有無萌限多階。在有限元中，結構被離散成小的單元，固有頻率的階次就是有限的。但是，對于大型復雜結構，單元的數目可能數以萬計，由這些單元形成的動力學方程組的規模很龐大，其特征方程的階次通常會很高。在有限元中，經常只求解結構的低階模態。另外，同樣規模的特征值問題，其計算量比靜力問題的計算量要高出幾倍。因此，如何降低特征值問題的計算規模、減少計算量是一個重要的課題。如下介紹求解特征值問題的振型截斷法（即Guvan縮聚原理）。對于一個機械結構，設其靜力學問題的整體剛度方程為K×q=P

2.2 有限元技術在機械設計中的優化工作

在機械設計中應用有限元法，需要優化多方面的工作，下面總結出以下的方面進行詳細分析：在機械設計中應用有限元技術需要簡化設計模型，將一些不影響整體力學分析的部分在機械設計的過程中去掉，并按照機械工程材料相關要求，對工程材料進行相關定義，從應變、楊氏模量等多個方面進行思考后選擇；再根據力學性質，確定接觸條件，使用高副運動還是低副運動等；再根據受載荷狀況確定收斂方法。這樣一系列的工作完成之后，可以確定材料的主要參數，再根據前文介紹的選擇單元類型，進行相關的工作，例如對主要的機械設計結構進行結合有限元技術的分析等，要注意在以上的工作當中還要注意機械精度設計與相應的監測與檢測，確保機械設計成果與機械精度有著合理的關系，最后對載荷進行有限元法的處理。

2.3 機械結構動力學有限元案例舉例

機械結構動力學有限元分析主要有兩種方法，即固有頻率求解以及動響應求解，其中在富有頻率求解時，利用有限元分析軟件ANSYS進行求解，分為以下幾個步驟：首先選單元，并創建有限元模型，之后對相應地點引入約束，進行相應的求解，對計算結果進行結果后處理；當動響應求解時，要利用ANSYS的瞬B響應分析求解程序可以確定結構在承受任意的隨時間變化荷載的結構動力學響應，具體做法是，首先選中單元，對有限元模型進行創建，之后引入約束，進行相應的計算求解，最后利用上面的到的數據，繪制好響應曲線。

3 結語

實際應用中要根據機械結構有限元分析的需求，合理選取彈性力學的基本理論、覆蓋彈性力學的基本方程和典型結構的彈性力學基本解法。根據機械動力學與振動分析的需求，利用機械動力學基本原理，分析動力學有限元；要想利用好在有限元法原理，應該由淺入深，從三角形單元入手，直至復雜的等參數單元。同時還對有限元形函數理論進行了了歸納梳理，將單元形函數構造的基本原理掌握，并快速擴展有限元中的單元特性知識。利用板殼有限元、動力學有限元等相關技術，全面地掌握并提高結構分析的主要單元類型的能力，還要學會ANSYS等程序。有限元分析方法，優化和改進機械設計，使其滿足剛度、強度和應力要求，并把產品應用到各行各業中。

參考文獻

[1] 李樹臣.機械設計技術的現狀與數字化智能化的發展趨勢研究[J].通訊世界，2015（15）：208-209.

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計算機輔助設計在機械設計教學中的應用，有利于提升學生的空間想象能力，加深學生對機械設計知識的掌握程度，并且還能豐富學生的資料收集內容。

（1）提升學生的空間想象能力。隨著計算機輔助設計技術的發展，目前市面上已經出現了多種三維CAD設計軟件，利用這些軟件對機械零件進行建模并展示給學生，可以使學生在頭腦中形成對機械零件結構的空間認識，這是傳統二維工程圖所無法比擬的。

（2）加深學生對機械設計知識的掌握程度。傳統的機械設計教學模式一般是老師在講臺上講，學生拿著課本坐在下面學，即使借助了一些多媒體教學課件，也沒有從根本上改變學生被動學習的模式。利用計算機輔助設計技術，老師可以將典型零件結構的設計步驟一步步地展示給學生，在這個過程中，還可以通過滲透，讓學生通過對老師步驟的模仿來提高他們的設計能力。以筆者所在的高職院校為例，上課時老師將自己的電腦桌面投影到大屏幕上，然后通過實例操作對三維CAD設計軟件的功能應用進行了演示，例如，如何創建草圖、如何對草圖執行拉伸和旋轉操作等，通過老師的實例演示，學生對三維設計軟件的掌握水平明顯提高。

（3）豐富學生的資料收集內容。以往的機械設計資料都是一些二維工程圖紙，不僅難以收集，而且不利于保存。在應用了計算機輔助設計后，學生可以對一些典型機械零件和結構的設計資料、模型和數據進行保存，從而為學生后續的機械設計學習奠定良好的基礎。

2.計算機輔助設計在機械設計教學中的應用實踐

在當前機械相關專業的教學過程中，通常都會涵蓋一些典型機械產品及零部件的設計過程教學，如齒輪變速箱、剪切機等，我們可以在結合傳統教學模式優點的基礎上，通過對計算機輔助設計的應用，切實提高教學質量和效率。下面以剪切機的設計過程教學為例進行詳細說明。第一，可以參考“工程力學”中剪切機的簡化模型進行初步的計算機輔助設計訓練，通過對簡化模型的學習，學生可以初步掌握剪切機的工作原理及其中各部件的連接關系。第二，學生在充分掌握剪切機簡化模型的基礎上，就可以通過應用三維CAD設計軟件對各部件分別進行建模。

第三，學生可以進一步在三維CAD軟件中建立一個裝配環境，然后將第二步所建立的各部件模型導入進來，最后再根據剪切機模型中各部件間的連接關系進行虛擬裝配，并定義好部件之間的連接傳動副。第四，在裝配模型已建立好的基礎上，可以應用軟件對其運動進行仿真和分析。第五，還可以借助一些CAE軟件對所建模型進行應力和應變的分析，學生通過本步驟的學習，能夠對連桿各部位的應力、應變情況有一個清晰的理解，這比傳統設計教學中的受力分析更直觀易懂，同時也可通過對分析結果的解析，讓學生直觀地認識到各個設計參數變化對剪切機受力變化情況的影響，從而為后續進行的優化設計打下堅實的基礎。因為剪切機模型可以簡化為一個典型的連桿傳動機械裝置，其傳動關系也比較簡單，再加上實物模型的輔助，學生易于接受和學習，從而可以使學生由易到難、由簡到繁，實現計算機輔助設計技能的逐步提高。

3.結束語

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1.1積極引導中職生快速切人設計主題在講授《機械設計基礎》課程的設計時,要想確保中職生可以快速地領會設計教學的內容和思想,就要求教師要以最快的速度切人到設計課的主題上來,而在布置給中職生學習任務的時候,教師要盡可能對這些任務進行細化,如有可能,應量化成為中職生每天完成的工作程度和詳細步驟。舉例說明:對于減速器的課程設計,教師可以通過分組形式讓中職生先參觀減速器,以對它形成一個直觀的了解,在此基礎上再將設計的思路、方法以及步驟進行反復地講解,同時充分地運用著課程的設計指導書這一輔助材料來幫助中職生逐步地完成前期化的設計工作,進人到設計的主題中來。中職生要嚴格地按照設計任務書當中的規定任務按時地完成。在后期的設計過程中,盡量確保時間的充裕,避免出現時間分配不合理的現象,更要防止因時間緊迫而出現剿竊、抄襲的情況,從而使設計質量得到全面保證。

1.2全面提高中職生的綜合設計能力在《機械設計基礎》課程的整體設計過程當中,教師要因材施教地針對不同中職生的具體情況采取分組設計的模式,在各個小組內部認定一名組長,這名組長組織本組學生相互討論和學習,如果遇到困難的時候可以先通過小組討論的方式給予解決,這種模式的優點就在于可以提升中職生的思考能力和合作能力,并且能夠將自我觀念和認知全面融進到整個的設計當中,取長補短。小組當中無法得以解決的問題可以拿到最后的大討論當中來給予解決。這樣,雖然學生人數多,但是在小組討論中就能解決很多問題,教師指導起來針對性就會加強。在設計過程中,學生的思考問題能力和綜合設計能力都會得到很大的鍛煉和提高,為以后的機械設計打下良好的基礎。

1.3鼓勵創新,大膽設計中職生在進行設計的過程中,教師要隨時激勵他們進行大膽的想象,不怕想象錯誤,只怕中職生沒有想法。教師在對中職生設計的評價過程中,時刻對于那些有著創新思想的學生給予積極性的鼓勵,這些都是為了確保中職生能夠真正地形成獨立創新的能力,這些能力的養成對于他們未來的生存、工作和發展都具有實際化的幫助和意義。

2小結

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[關鍵詞] 課程設計；三維模型設計；UG軟件

[作者簡介] 梁永江，柳州職業技術學院機電工程講師，工學碩士，研究方向：機械設計與制造教學和設計，廣西 柳州，545006

[中圖分類號] G42 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）03-0079-0002

《機械設計基礎課程設計》是高職院校機械專業設置的一項實訓環節，是學生首次運用機械設計基礎及其他先修課程的理論知識解決工程實際問題的實踐。通過課程設計，學生可初步掌握簡單機械裝置的設計方法和步驟，可以了解機械設計的一般程序，熟悉和掌握機械設計的基本方法及步驟，學會查找和運用有關技術信息及資料，逐步培養創造性思維能力和增強獨立、全面、科學的工程設計能力。

一、高職高專機械設計課程設計的現狀

目前，高職院校機械類及近機械類專業課程設計一般采用減速器為設計對象，設計題目一般為單級直齒圓柱齒輪減速器。設計內容包括電動機選型、傳動方案選擇、v帶傳動設計、傳動零件設計、強度校核、減速器箱體設計、螺栓連接選型、鍵連接選型、方式設計、附件設計等。設計的工作量為減速器裝配圖一張、齒輪和軸類零件工作圖各一張、設計計算說明書一份。以往的教學方式也一直沿用傳統的機械設計方法：計算、查資料、圖板或Autocad繪圖。整個過程要求學生思路清晰，基礎知識尤其是二維制圖讀圖基本功扎實，但由于高職高專的學生理論基礎與綜合能力相對較薄弱，設計計算、分析、繪圖能力相對較差，很多學生在繪圖的過程當中對基本的三視圖關系解讀困難，在工程制圖時對設計中零部件內容，裝配關系不了解，導致信心不足及后面的胡編亂造、抄襲、敷衍了事，達不到課程設計的最終目的。

二、在課程設計中使用三維設計軟件的可行性和必要性

隨著CAD/CAM 技術的飛速發展和日益普及，基于三維模型的設計已日益發展和成熟，高職高專近機類的專業，在開設機械設計課程及計算機輔助繪圖的同時，也開設了三維軟件如Pro/E、UG、Catia等課程。筆者多年來從事機械設計基礎及三維設計軟件教學，從多年的教學反饋來看，由于基于三維模型的設計相對直觀，解決了令很大一部分學生讀圖識圖的困難，學生學習的興趣很高。從教學的效果來看，學生用三維軟件進行課程設計是完全可行的。但由于課程設置和學時編排困難等原因造成機械設計與三維設計軟件課程的教學始終沒有有效地結合起來。一方面，學生在做課程設計時普遍感覺抽象，很多學生感覺困難甚至放棄，從而出現設計抄襲現象嚴重，教學效果甚微的情況。另一方面，學生學完三維軟件后也沒有有效地加以實踐。因此，應將三維軟件應用于機械設計的課程設計甚至是后期的畢業設計，可以在很大程度上提高高職高專學生對課程設計的積極性，實現課程設計的最終目的，也能將三維設計軟件有效應用于機械設計，培養出能適應CAD/CAM 技術的飛速發展、適應企業新技術快速發展的高技能人才。

三、UG軟件為機械設計基礎課程設計提供的功能

（一）三維實體建模與修改

機械設計基礎課程設計強調邊計算、邊修改、邊畫圖的三邊設計過程，畫圖與計算修改是互相補充，交叉進行的，一些零件的尺寸可以通過經驗公式獲得，但有一些零件的尺寸則需要通過畫圖、即裝配后根據結構才能確定。如減速器箱體的結構設計中，因為箱體中大部分尺寸的確定都是和其他零件尤其是軸系零件安裝定位的整體設計要求相關聯的，很容易出現嚴重的設計錯誤卻難以發現的情況，發現后修改也相當困難，有時甚至需要重新畫圖。

UG軟件的裝配建模是用于產品的模擬裝配，支持“由底向上”和“由頂向下”的裝配方法。即在裝配過程中可以直接建立和編緝組件，一邊裝配一邊建立組件，可以及時發現設計中的問題并進行修改，所有修改直接反映到組件部件文件；也可以獨立創建單個組件部件，然后添加到裝配體中，一旦對組件部件進行了修改，所有引用該組件的裝配體自動更新。這就為機械設計的邊畫圖邊修改的交叉進行提供了技術便利。

（二）裝配與拆裝動畫

UG軟件的裝配爆炸圖能將裝配體中的組件沿指定的方向和距離偏離原來的實際裝配位置，用來表達裝配體中各組件的裝配關系。此外，UG軟件提供的裝配序列可以使用戶控制一個裝配體的裝配和拆卸順序，并可以創建動畫模擬組件的安裝和拆卸過程。教師可以在指導設計過程當中應用裝配爆炸圖對減速器箱體中的零件裝配關系進行很輕松的講解，學生做完設計后也可以對成果進行裝配演示，極大程度改變了傳統的二維設計中學生不理解，教師不知如何教的現狀。

（三）出具裝配及零件的二維工程圖

課程設計的難點是在裝配圖的繪制上，學生由于空間與平面的思維轉換能力不足，不管是手工繪圖還是Autocad繪圖，常出現讀圖制圖困難的情況。而UG軟件的二維工程圖紙可以由三維模型自動生成，且圖紙嚴格地與三維模型相關，設計的三維模型有修改會及時反映到二維工程圖中，輔助學生進行三維與二維之間的轉換，從而也鞏固和提高了學生的二維平面圖的讀圖制圖能力。

四、運用UG軟件進行機械設計基礎課程設計的實施辦法和建議

教師在課程設計中所起的作用主要是引導，引導學生綜合利用所學知識進行設計，教會學生查資料的方法，培養學生獨立解決問題的能力及與其他小組成員協同合作的能力。減速器的零件設計中，很多零件是標準件，教師可以引導學生運用設計軟件的外掛建立如螺栓螺母齒輪的三維模型，以減輕學生建立零件的負擔，從而將更多的精力放在結構設計上。

機械設計基礎課程設計最終要以一定的設計結果表現出來，傳統的機械設計課程設計要求學生最終上交的設計結果材料包括設計說明書、一張減速器裝配圖和若干張零件圖，設計成績的評定多數是以只看圖紙的方式，而運用UG軟件輔助進行的課程設計最大的弊端與多數應用計算機輔助繪圖一樣，很容易發生學生之間互相抄襲的現象。所以，在設計時應適當進行分組，每組學生給定不同的數據。此外，設計成績的評定方式，采用成果匯報及答辯、平時設計表現相結合的方式。答辯過程中師生間的相互交流是教師評定設計質量高低最有效的手段。通過答辯老師能夠發現總結設計過程中所存在的問題，同時也是學生自我檢驗的最有效的方式，通過答辯鍛煉了學生的語言組織和表達能力，有利于培養學生宏觀地看待問題的能力和總結能力。

五、結 語

在CAD/CAM技術迅猛發展的形勢下，高職高專的機械設計教學方式也要相應地進行改革與創新，在課程設計中運用現代設計方法，進一步開闊學生工程設計思路，提高學生工程設計水平與設計創新能力，能夠很大程度地激發高職高專學生學習機械設計的興趣，全方位提高機械設計課程設計的教學質量，培養出真正意義上的高技能技術人才。

[參考文獻]

[1] 段成燕，劉喜平，等.基于應用型本科人才培養模式下機械設計基礎課程設計教學的探討[J].價值工程，2010，（29）.