發(fā)布時間：2022-08-01 04:04:15
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的現(xiàn)代機械設計模式創(chuàng)新探析樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
摘 要：現(xiàn)代機械設計實質(zhì)上是相對于傳統(tǒng)機械設計而言的，它是在對傳統(tǒng)設計方法繼承的基礎上，不斷創(chuàng)新和發(fā)展的產(chǎn)物，屬于一門集諸多學科和多種專業(yè)于一身，綜合性較強的技術科學。它是機械工程中較為重要的組成部分之一，想要設計出性能優(yōu)良的機械產(chǎn)品，就必須在現(xiàn)有的設計模式上進行不斷地創(chuàng)新。基于此點，本文就現(xiàn)代機械設計模式的創(chuàng)新思考進行淺談。
關鍵詞：現(xiàn)代機械 設計 創(chuàng)新
一、現(xiàn)代機械設計的內(nèi)涵及特點
1.設計內(nèi)涵
具體來講，現(xiàn)代機械設計就是將微電子、機械、控制、信息等技術在系統(tǒng)工程的基礎上有機地結(jié)合到一起，借此來實現(xiàn)機械系統(tǒng)最優(yōu)化的目標。鑒于機械設計是為系統(tǒng)服務的，故此從系統(tǒng)的角度上看，可將現(xiàn)代機械設計看作是一個三維系統(tǒng)，這里的三維主要是指邏輯維、時間維以及方法維。邏輯維具體是指解決相關問題的邏輯程序或步驟，即分析、綜合、評價、決策，這是解決現(xiàn)代機械設計中相關問題最為合理的四個步驟；時間維則是反映時間順序的設計過程，大致可分為四個階段，即產(chǎn)品規(guī)劃、方案確定、技術以及加工設計；方法維指的是機械設計過程中所采用的各種思維方式和設計方法。
2.主要特點
2.1計算機化。
在人類社會不斷發(fā)展的過程中，計算機的出現(xiàn)極大程度地推動了生產(chǎn)力的提高?，F(xiàn)如今隨著計算機技術水平的進步，使其被廣泛應用于各個領域當中，在機械設計的各個環(huán)節(jié)中都需要借助計算機來完成，如優(yōu)化設計、系統(tǒng)仿真等等。
2.2系統(tǒng)性。
在應用現(xiàn)代機械設計解決產(chǎn)品設計中的各種相關問題時，其主要通過系統(tǒng)的觀點將機械看成是一個具有特定功能以及各部分相互關聯(lián)的有機整體，這充分體現(xiàn)出了現(xiàn)代機械設計的系統(tǒng)性。
2.3動態(tài)性。
現(xiàn)代機械設計不僅重視產(chǎn)品在靜態(tài)下的性能，更加重視其在工作環(huán)境下的動態(tài)性能，這樣的設計能夠進一步提高產(chǎn)品的整體性能。
2.4創(chuàng)新性。
由于現(xiàn)代機械設計主要是以科學的設計理論以及先進的設計工具為基礎，故此其能夠真正發(fā)揮出設計者豐富的想象力和創(chuàng)造性思維，并運用各種具有創(chuàng)造性的手段和方法，研發(fā)出更多具有創(chuàng)新性的機械產(chǎn)品。
二、現(xiàn)代機械設計模式創(chuàng)新的有效途徑
1.優(yōu)化設計
現(xiàn)代機械設計模式的創(chuàng)新應當朝著優(yōu)化設計的方向發(fā)展，而所謂的優(yōu)化設計則是指以數(shù)學規(guī)劃為理論依據(jù)、以計算機為設計工具，并在充分考慮與設計有關的各種制約因素的基礎上，尋求與預定目標相符的最優(yōu)方案的設計過程。簡單來講，優(yōu)化設計方法是現(xiàn)代機械設計創(chuàng)新中比較先進的一種，其建立在計算機技術和最優(yōu)化的數(shù)學理論基礎上，并借助計算機和數(shù)學函數(shù)得出效率最高、最優(yōu)化的設計方案，這種設計理念完全符合時展對機械設計的要求。設計人員在利用該方法進行機械設計時，能夠?qū)Ω鞣矫娴挠绊懸蛩剡M行綜合考慮，這樣可以更加系統(tǒng)和全面地對問題進行分析和解決，從而獲得最為精確的設計數(shù)據(jù)，達到縮短設計周期的目的。優(yōu)化設計是CAD設計中最為重要的組成部分之一，其充分體現(xiàn)出設計最優(yōu)的原則，通過找尋最優(yōu)的設計方案，極大程度地提高了機械設計質(zhì)量。
2.系統(tǒng)化設計
現(xiàn)代機械設計模式的創(chuàng)新應當以突破傳統(tǒng)設計僅重視產(chǎn)品實現(xiàn)預期功能這一目標，借此來使機械設計朝著智能化、自動化、柔性化、信息化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展。通過系統(tǒng)化設計能夠在原有機械設計的基礎上使產(chǎn)品的各方面功能和整體性能提高到一個全新的水平線上，而且有極大可能使產(chǎn)品的結(jié)構發(fā)生變化，從而帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。為此，系統(tǒng)化設計必然會成為現(xiàn)代機械設計未來的發(fā)展趨勢。系統(tǒng)化設計通過層次劃分、逐層實現(xiàn)的方式，將原本抽象的設計任務轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w化，使整個設計過程變得更加系統(tǒng)，有規(guī)律可循、有方法可依，更容易實現(xiàn)計算機輔助設計。
3.變型設計
所謂的變形設計實質(zhì)上就是在原有的設計基礎之上進行新的研發(fā)，借此來使機械上的零部件更加標準、通用化水平更高，由此生產(chǎn)出具有系列化的產(chǎn)品，滿足更多用戶的不同需求，變形設計其實就是一種創(chuàng)新，這種設計方法有三種形式：其一，縱系列變形設計，即在產(chǎn)品結(jié)構、原理以及功能都相同的條件下，改變尺寸和性能參數(shù)的設計；其二，橫系列變形設計，即以基礎型產(chǎn)品為基礎對其各方面功能進行擴展的設計；其三，跨系列變型設計，即設計具有先進動力參數(shù)的不同類型產(chǎn)品。采用變型設計能夠在確保產(chǎn)品原有功能以及原理不變的前提下，按照用戶的使用需求對相關參數(shù)進行調(diào)整，以此來設計出更加完善且符合用戶要求的產(chǎn)品。在機械設計中比較常用的變型設計是產(chǎn)品三維參數(shù)化變形設計，即以工程、拓撲及尺寸這三者的約束驅(qū)動為技術基礎的一種設計方法，它能夠?qū)崿F(xiàn)各類相關信息的自動更新，如視圖位置、尺寸、比例等，而且還能實現(xiàn)整個產(chǎn)品生命周期的參數(shù)化設計。
摘要：本文對比分析傳統(tǒng)教學模式與研究性教學模式的區(qū)別，明確研究性教學的基本內(nèi)涵與特點，分析《現(xiàn)代機械設計方法》課程的特點，在《現(xiàn)代機械設計方法》課程教學中實施研究性教學模式，深度發(fā)掘?qū)W生的自主學習與創(chuàng)新意識。本文在教學目標的確立、內(nèi)容的精選、課堂教學模式的設計、教師學生評價體系的確定及電子資源輔助教學五個方面進行了有意義的實踐探索。
關鍵詞：教學模式；研究性教學；機械設計
研究性教學模式要求教師多種教學方法綜合應用，有效結(jié)合教學內(nèi)容和學生的知識基礎，促使學生積極參與課堂教學過程，激發(fā)學生對新知識的求知欲?！冬F(xiàn)代機械設計方法》課程的教學，學生要系統(tǒng)地掌握專業(yè)理論知識，培養(yǎng)結(jié)合專業(yè)理論知識解決實際問題的能力，同時培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力。在《現(xiàn)代機械設計方法》課程中應用研究性教學模式有利于教師將教學與研究相結(jié)合，有利于學生的全面發(fā)展。
一、研究性教學模式的特點
研究性教學模式，要求教師創(chuàng)設一種類似研究的情境，學生進行信息材料的收集、分析，在探索求知的過程中，將外在知識轉(zhuǎn)化為個人內(nèi)在經(jīng)驗和穩(wěn)定的個性心理品質(zhì)，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實際能力。它將學生的集中學習變?yōu)榉稚W習，將教師的直接講授變?yōu)橛行е笇6]。研究性教學是以學生為中心，教師由傳授者、權威者轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髡摺⒑献髡吆蛯W生學習的引導者或促進者；學生由被動的接受者變?yōu)閷W習的主人和主動參與者、創(chuàng)新者[1，2]。
二、《現(xiàn)代機械設計方法》課程的主要特點
《現(xiàn)代機械設計方法》是一門綜合性、交叉性學科。《現(xiàn)代機械設計方法》涉及創(chuàng)新設計理論與方法、有限元方法與應用、優(yōu)化設計、可靠性設計等方面的內(nèi)容。課堂教學學時有限，要在有限的學時內(nèi)，完成課程教學任務，使學生了解、認識和掌握現(xiàn)代機械設計的思想、理論與方法。本課程的主要特點如下[1]。
1.創(chuàng)新性。在設計過程中人的創(chuàng)造性與創(chuàng)新性最為重要，這既包括設計者個人的創(chuàng)造性思維，也包括設計團隊的集體智慧，通過各種創(chuàng)造方法的綜合應用，給出各種新穎獨特的設計方案，開發(fā)滿足市場需求的新產(chǎn)品。
2.系統(tǒng)性。運用系統(tǒng)工程的思維解決技術系統(tǒng)問題。設計方案既要考慮整體最優(yōu)，又要考慮生產(chǎn)的可能性及市場的接納性，同時各個子部分又是一個有機的整體。
3.優(yōu)化性。借鑒優(yōu)化理論及方法，實現(xiàn)機械設計方案優(yōu)化：參數(shù)選取科學、結(jié)構先進，機械系統(tǒng)整體無論是功能還是性能都最優(yōu)，同時能以較低的成本實現(xiàn)產(chǎn)品的基本價值功能與輔助價值功能。
4.綜合性。現(xiàn)代機械設計方法是一門綜合性的學科，設計方法多元化，學科交叉性顯著。綜合應用信息論、相似論、模糊論、可靠性、有限元、人機工程學及價值工程、預測學等理論，大量應用計算機技術進行輔助設計，創(chuàng)新性地提出設計方案，解決工程實際問題。
三、《現(xiàn)代機械設計方法》課程研究性教學模式的實施
1.教學目標的制定。課程教學目標是培養(yǎng)學生追求卓越的學習態(tài)度，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的能力?，F(xiàn)代機械設計方法課程實施研究性教學模式，保證學生對基本理論、設計方法的科學掌握，同時提高學生個體創(chuàng)新能力與團隊合作意識，引導學生參加科學研究和企業(yè)實踐等活動，做到學校內(nèi)外相結(jié)合。
2.以企業(yè)實際問題為導向，科學安排課堂內(nèi)容。由于現(xiàn)代機械設計方法課程具有較強的理論性和實踐性，應以解決企業(yè)實際問題為導向，結(jié)合學生的現(xiàn)有知識結(jié)構，確定科學的、個性化的、符合市場及企業(yè)需求的教學內(nèi)容，緊湊的教學進度，高效地指引學生深入淺出地掌握現(xiàn)代機械設計方法的概念與方法體系，并能夠在實踐中真正地解決問題。
3.雙元教學模式與評價體系。所謂雙元教學模式就是教師研究性教學、學生研究性學習。課前教師要做好現(xiàn)代機械設計方法理論研究，認真?zhèn)湔n；學生預習、復習相關基礎知識。課上采用教師引入設計案例，把教學內(nèi)容設計成由學生提問，教師與學生共同對現(xiàn)代機械設計案例或疑難問題進行討論，學生通過積極的分析生成新的理解、新的假設[2-4]。課后教師給學生布置設計選題，學生完成設計方案、匯報和展示課題研究結(jié)果。考慮設計選題的復雜情況，每個設計選題可以讓學生單獨完成或者分小組完成，設計方案是開放性的，也就是可以有多個方案，老師與學生展開討論，在討論中既鞏固了基礎理論知識，又激發(fā)了學生的創(chuàng)新思維。在這個過程中也增加了教師的工作量，教師需要充分的課前準備[5，6]。
評價與激勵要從教師和學生兩條線展開。對于教師的評價，要從精神上和物質(zhì)上兩方面進行鼓勵。由于研究性教學教師課前準備工作量增大，對于課堂的把控能力要增強，因此學校要有相應的教改項目課題，鼓勵教師進行研究性教學模式的研究，既實現(xiàn)物質(zhì)獎勵又實現(xiàn)精神激勵。對于學生的激勵，因為需要學生積極參與課堂討論及課后作業(yè)的廣泛資料閱讀，因此學生課堂表現(xiàn)對于其最終的成績影響非常大，可以使學生平時課堂表現(xiàn)占到總成績的40%，大作業(yè)占到40%，基礎知識試卷占到20%。這樣可以充分調(diào)動學生的學習積極性，使學生清楚地認識到，課程成績的高低，是由實踐能力即解決問題的能力及課堂的參與度決定的。
4.開放性的教學資源。研究性教學模式的實施需要電子教學資源的促進，開放性的教學資源對于研究性教學模式的實施非常重要。網(wǎng)絡教學資源，例如PPT、教學大綱、課堂導論視頻都可以讓學生在課前獲得。這樣學生可以有效利用多媒體課件、電子書籍、專用設計軟件、網(wǎng)絡資料、網(wǎng)上習題練習，自我學習“現(xiàn)代機械設計方法”知識體系，有效地拓展學生課外學習、研究和交流的空間與時間，不斷完善研究性教學模式，使課堂教育的延展性不斷增強。
四、結(jié)束語
“現(xiàn)代機械設計方法”是一門多元化、學科交叉性較強的課程。本文從四個方面探討了研究性教學模式的實施，從老師與學生兩個視角分別進行了分析，對于教師開展類似教學模式具有一定的啟迪作用。
1前言
現(xiàn)代設計方法是一種需要不斷進行創(chuàng)造的活動，是多種設計技術和設計方法的交叉應用，現(xiàn)代設計方法比傳統(tǒng)的設計方法更統(tǒng)一，能夠大大提高工作效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。隨著科學技術的發(fā)展。人們對產(chǎn)品功能的要求日益增多，更新速度加快，在原有設計基礎上進行創(chuàng)新研究越來越重要。
2現(xiàn)代設計方法
2．1計算機輔助設計
計算機輔助設計簡稱CAI)，利用計算機運算速度快、存儲量大、運算準確、邏輯判斷功能強等優(yōu)點，通過人機交互進行信息的處理，完成設計工作。主要有以下特點：(1)由于可以存儲大量的設計信息和設計經(jīng)驗。可以幫助缺乏設計經(jīng)驗的新手順利完成工作。(2)計算機輔助設計與計算機輔助制造(CAM)、計算機自動化管理結(jié)合起來形成計算機集成制造系統(tǒng)，進行產(chǎn)品設計、市場預測、生產(chǎn)計劃、制造和銷售等一系列工作。以企業(yè)的最高效益為目標，綜合對人力、物力和時間各種資源進行最有效的利用。(3)還可以大大提高設計的效率，加快產(chǎn)品的更新速度，縮短設計周期，增強市場競爭力。(4)設計人員不僅能在很短時間里給出多種設計方案，分析比較后獲得最佳設計方案：還可以從繁重的重復性工作中得到解脫，有更多的時間和精力進行創(chuàng)造性工作?！?
22模塊化設計
模塊化設計就是在對一定范圍內(nèi)的不同規(guī)格產(chǎn)品或相同功能不同性能的產(chǎn)品進行分析后，劃分并設計出一系列的功能模塊。然后通過對模塊進行組合就可以組成不同產(chǎn)品來滿足市場需求。其目的主要是以盡可能少的模塊種類和數(shù)量構成盡可能多規(guī)格的產(chǎn)品。模塊化設計不僅有利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代，還有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低成本，加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度。
23并行設計
并行設計工程叉叫同步工程或集成工程，主要并行的設計產(chǎn)品以及各種制造和支持過程的系統(tǒng)化方法。機械產(chǎn)品的設計采用串行設計的缺點主要在于在產(chǎn)品設計過程中，必須要等到上一環(huán)節(jié)結(jié)束后才能進行后一環(huán)節(jié)，設計不僅改動量大，而且產(chǎn)品的開發(fā)周期長，成本高。采用并行設計的核心在于要打破內(nèi)部各個單元界限，建立以人際關系為基礎的協(xié)同工作模式。進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品上市時間等。
2．4機械系統(tǒng)設計
機械系統(tǒng)設計就是一種利用系統(tǒng)的觀點進行產(chǎn)品的一系列設計的方法。設計過程包括計劃、外部系統(tǒng)設計、內(nèi)部系統(tǒng)設計以及制造銷售階段。傳統(tǒng)設計注重內(nèi)部系統(tǒng)設計，其重點主要在于改善零件或一些子系統(tǒng)的特性，但是很少考慮對于個零件之間或內(nèi)部與外部之間的相互影響而系統(tǒng)設計要根據(jù)系統(tǒng)原則，綜合研究內(nèi)部外部和各個子系統(tǒng)之間的相互關系，協(xié)調(diào)各予系統(tǒng)之問的相互作用，使整個系統(tǒng)的功能表現(xiàn)為最佳狀態(tài)。
2．5機械優(yōu)化設計
優(yōu)化設計是把設計的實際工程問題的物理模型轉(zhuǎn)化為相應的數(shù)學模型，然后運用最優(yōu)化設計理論，選擇合適的優(yōu)化方法，借助計算機進行求解。從而得到最佳設計方法。近年來，優(yōu)化設計常結(jié)合一些其他方法。形成新的優(yōu)化設計方法。如和模糊化設計結(jié)合，形成模糊優(yōu)化設計：和可靠性設計結(jié)合起來形成可靠性優(yōu)化設計。除此之外，還有可靠性設計、機械動態(tài)設計、疲勞設計、反求工程、摩擦學設計以及創(chuàng)造性設計等。隨著科學技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代設計方法也在不斷改善。
3現(xiàn)代設計方法翻新研究
3．1創(chuàng)新設計原則
(1)生態(tài)效益最好原則要在設計過程中盡量選擇污染較低的材料。避免使用有毒有害以及有輻射的材料。這是由于在產(chǎn)品制造和使用過程中，都要求產(chǎn)品對周圍環(huán)境要滿足“零污染”原則。(2)安全可靠性原則機械產(chǎn)品品質(zhì)的保證要通過產(chǎn)品的安全可靠性來體現(xiàn)。產(chǎn)品在強度，剛度、穩(wěn)定性、以及耐磨性均要滿足設計要求，對于一些重型機械，要保證有一定的自鎖和保險裝置，確保操作人員的人身安全。
(3)經(jīng)濟效益最好原則
經(jīng)濟最佳性要從設計以及制造兩方面考慮，設計上要選用正確的材料，保證合理的原理方案：制造上要保證零件的加工工藝和裝配工藝。設計的產(chǎn)品不僅要滿足客戶的功能要求，還要保證成本低廉。
3．2機械創(chuàng)新設計技術
機械創(chuàng)新設計是指充分發(fā)揮設計者的創(chuàng)造性思維，利用人類已有的科學技術成果，設計出具有新穎性、實用性以及創(chuàng)造性的機械裝置。機械創(chuàng)新設計技術和機械系統(tǒng)設計、優(yōu)化設計、可靠性設計、計算機輔助設計、有限元設計等構成現(xiàn)代設計方法學庫，吸收了鄰近學科有利的設計思想與設計方法，是有待開發(fā)的一門新的設計技術方法。隨著人工智能、專家系統(tǒng)、認識科學、思維科學以及人腦研究的發(fā)展，機械創(chuàng)新設計日益受到人們的重視。一方面，人工智能、專家系統(tǒng)、認識科學、思維科學、設計方法學等已經(jīng)為創(chuàng)新設計提供了一定的理論基礎：另一方面。創(chuàng)新設計的研究及發(fā)展有助于解釋人類的創(chuàng)造思維機理，還可以促進一系列科學的發(fā)展。實現(xiàn)專家系統(tǒng)及智能工程創(chuàng)新設計要求能為發(fā)明創(chuàng)造機械和改善現(xiàn)有機械性能提供有效的理論和方法。創(chuàng)新設計包括兩方面的內(nèi)容，一是要改善生產(chǎn)生活中現(xiàn)有機械產(chǎn)品的性能，包括技術性、可靠性、適用性以及經(jīng)濟型：二是要創(chuàng)造設計出新的產(chǎn)品，以滿足生產(chǎn)生活的新需要。創(chuàng)新設計的核心內(nèi)容就是要探索機械產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)明的機理、模式及方法，將機械產(chǎn)品創(chuàng)新設計過程程式化、定量化。
結(jié)語
總之，企業(yè)競爭力的關鍵在于適應市場的需求，需要企業(yè)不斷推出新產(chǎn)品，這就需要大力加強創(chuàng)新設計方法的學習和研究，使機械工業(yè)快速發(fā)展，國家興旺發(fā)達。