機械創新設計方案精選(九篇)

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第1篇：機械創新設計方案范文

Abstract: With the progress of society and rapid economic development, automation technology is also developing, the position of automation technology in the mechanical field is very important and its function can not be ignored. Therefore, the author believes that mechanical design should be research combining with automation technology; this article discusses the application of automation technology in mechanical design.

關鍵詞：自動化技術；機械設計；應用；淺談

Key words: automation technology; mechanical design; applications; discussion

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）12-0275-01

0 引言

社會的不斷進步和變革為機械制造工業帶來了很好的發展機會，在處處機械化的今天，機械制造工業得到了很好的發展，機械自動化，主要指在機械制造業中應用自動化技術，實現加工對象的連續自動生產，實現優化有效的自動生產過程，加快生產投入物的加工變換和流動速度。機械自動化技術的應用與發展，是機械制造業技術改造、技術進步的主要手段和技術發展的主要方向。機械自動化的技術水準，不僅影響整個機械制造業的發展，而且對國民經濟各部門的技術進步有很大的直接影響。在機械制造行業中，機械設計是機械制造的關鍵環節，將機械設計與自動化技術結合起來研究，可以更好的為機械制造服務。所以，筆者就自動化技術在機械設計中的應用進行淺談。

1 自動化技術在機械設計中的應用

提高產品的創新設計能力，是關系到企業乃至國家生存與發展的戰略性問題。美國工程設計委員會在制定2005~2030年工程設計優先資助領域時，將創新設計作為三個重點資助方向之一，并認為創新設計是關系到未來美國企業核心競爭能力、增加就業機會的戰略性間題。另一方面，個性化發展趨勢和快速多變的市場.要求企業能夠準確地把握市場脈搏，有能力在第一時間內開發出能夠滿足市場需求的產品，從而贏得豐厚的利潤。因此，產品開發的快速創新能力是決定未來企業生存的關鍵，而創新性和快速性將是21世紀工程設計學科的重要發展前沿方向。產品的概念設計階段，即產品的原理方案設計階段，是決定產品創新性的主要環節。為了得到具有新穎性的設計，必須從不同的思維角度出發.得到同一問題的一系列解，組成解空問。通過分析比較，在解空間中選取那些新穎性和創新性突出的設計方案。只有適應市場需求，具有竟爭力的設計方案才具有價值.才能成為特定市場需求和特定生產條件下最具有創新性的、可行的設計方案。因此，產品的創新設計不單純追求問題的一個解，而是在于獲得現有物質條件下的最其有創新性、新穎性、最具有競爭能力的產品。

產品的概念設計涉及到人腦的創新思維問題，是形象思維和抽象思維綜合運用的結果。受人類專家知識和創新思維的局限性.人類專家的創新具有隨機性，不能保證在特定的時間內給出具有創新性的設計方案。因此，要人類專家在第一時間快速地拿出能夠滿足市場需求的產品是困難的和不現實的。因此，基于計算機化的產品創新設計技術是實現產品快速創新的唯一可行的方法。

從廣義機構學角度來講，任何含機、電、液、控制等的機電一體化系統，都可以視為山機、電、液、控制組成的廣義傳動機構與廣義傳動機構載體兩部分組成。機電一體化系統的方案創新，關鍵在于廣義機構的創新。為此，本文提出了一種基于二維平臺的復雜機械系統創新設計及其自動化方法，重點解決兩個關鍵問題:概念設計方案的創新性與概念設計方案虛擬樣機自動表達。

2 機械設計與自動化體系

基于三維平臺的復雜機械系統創新設計及其自動化系統的組成。主要包括:兩種具有較強的獲得創新性設計方案的能力的、適合于復雜機械系統方案創新設計的計算機化方法；直接支持產品設計方案的三維虛擬樣機裝配與仿真的自動化建模過程，能自動化地對創成的復雜機械系統符號方案進行建模、裝配、仿真。方案設計的創新性和產品開發過程的快速性是該體系的兩個顯著特點。

在概念設計階段，系統提供了兩種計算機輔助創新設計方法：基于設計規則的創新設計方法和改良的功能分解與重組創新設計方法。由這兩種方法產生的設計方案最后都以符號方案的形式給出。對于概念設計階段產生的用符號表達的設計方案，將被自動化地分解為基本機構及其連接關系。對于識別出的基本機構，可以采用基于基本機構的運動分析方法，得到基本機構內部各構件的平面運動分析數據。為了提高產品開發的速度，在基本機構的結構設計時，采用了面向對象的技術。通過對三維平臺的二次開發，采用特征控制參數、數據庫驅動等措施，實現了用少量特征控制參數驅動整體基木機構的三維造型設計過程.解決了基本機構的快速虛擬建模問題。

為了提高產品的運動剛度和適應工業美學設計的要求，根據基本機構占據的空問，以及基本機構之問的連接關系，通過最優布局算法，確定每一基本機構在空間的位置.使復雜機械系統在空間所占的總體空間最小。根據基本機構的布局結果與運動分析數據，借助于"后臺預置"裝配方法，將基本機構的三維虛擬模型放置到特定的布局空間。連續變換馭動構件的位置，便可以得到概念設計符號方案對應的復雜機械系統的只維虛擬樣機。

流程概念設計階段得到的符號方案將自動化生成與其對應的二維虛擬樣機并進行虛擬仿真。這樣，就可以將產品方案的評價由概念設計階段的價值評價，推進到虛擬樣機階段的定量行為評價，使在三維虛擬樣機層面上從眾多的設計方案中快速地遴選出具有創新性、性能優良的設計方案成為可能。因此，利用復雜機械系統創新設計及其自動化體系，不僅提高了產品的開發速度，而且也提高了產品的創新性與新穎性。

總之，我國機械制造業發展應用自動化技術，不但要起點高，瞄準世界先進水準，而且必須包括各種靈活的低成本、見效快的自動化技術，堅持提高與普及相結合的方針，我國的機械自動化技術發展應用才能健康地走上高速度、高質量和高效益之路。

參考文獻：

[1]汪建華.機械設計制造及自動化專業生產實習改革與實踐[J].長江大學學報：社會科學版，2008（12）.

第2篇：機械創新設計方案范文

【關鍵詞】機械創新；設計；思維

在科技、經濟飛速發展的新時代，創新是一個民族不斷向上的靈魂，是一個國家繁榮發展的不竭動力。而創新對于每個行業來說都是尋找生機和希望的必備條件。目前，大多數的機械設計公司都大力提倡員工采用新理念、新視角、新原理設計出產品，使自身企業更具競爭力。因此，如何強化機械設計創新、開發更廣泛的設計思維具有十分重要的意義。

1.機械創新設計和制造

一般情況下，創新設計先后經過抽象思維、邏輯思維、全面分析和最后決策四個環節。抽象思維主要是是通過設計人員充分發揮創新思維和智慧，提出新穎的有可能實施的想法，是創新設計必備過程。有了抽象思維過后再將想法具體化，考察其邏輯性和可行性，結合有關的科學理論知識、原理進行進一步的新穎的、可行的、具體化的機械設計。而全面分析則包含了創新設計過程中所涉及的所有可能性，綜合考慮技術的可行性、成本與性價比，最后設計出新的可以滿足人們生活和生產需要的機器或者其他產品。

1.1機械創新設計過程

機械創新設計的目的在于改善機械本身的功能、性能或者以更低的經濟成本制造滿足生產生活需求的機械。目前，我國技術專家認可的機械創新設計過程一般可分為四個部分，一是根據具體需求確定機械設計的基本原理，二是機械結構的優化和改進，三是機械尺寸設計和參數優化，四是機械運動性能及動力參數優化。機械創新設計與普通的機械設計并沒有實質性的差異，主要的區別在于機械創新性設計注重發揮人的主觀能動性和創新能力的突破，在充分的調動人的積極性的同時創造出更加符合使用者需求的機械工具。

1.2機械創新設計的特點

機械創新設計主要包括四個特點：一是多學科知識交叉運用，互相融合，互相滲透；二是機械創新設計中，數字并非主要思考因素，而是應該充分結合過往經驗和相關的理論知識，合理判斷和提出可行的新的設計方案；三是機械創新設計不僅需要理論知識和經驗，同時也十分注重靈感、想象力、創造力的作用，因此應該最大程度發揮四者的作用；四是凡是設計創造類等實踐活動都需要不斷重復、嘗試，從中吸取經驗，多級選擇最佳方案。在機械創新設計過程中，只有完全領略和充分展現以上四個特點，才能做出優秀的創新設計。

2.機械創新設計思維

機械創新設計思維對于機械創新設計來說意義重大，只有通過不斷的改革創新和開拓進取，勇于突破現有的固定模式和局限，采取新的方法、體制、設計才能使自身在飛速發展的時代中保持領先，走在時代的前沿。

2.1機械創新設計思維的涵義

創新設計思維就是指在原有的科學理論知識、原理以及過往的設計和經驗中設想出新穎的、更能滿足審美或者實用需求的設計方案。而對于機械設計人員來說，創新無疑是自身最核心的競爭力，通過提高產品的性能、降低產品的成本以及縮短生產時間來提高機械設計的性價比。在機械創新設計過程中，首先應該有創造性思維，在前人的基礎上提出更加優化的觀念，并將這些優化的觀念付諸實踐，從而創造出新的不一樣的機械設計。創造性思維具有多維多向性的特點，強調聯想、靈感和感覺，并不是依靠固定的邏輯思維推理出來的，而是激發于機械創新設計人員的大腦。

2.2機械創造性思維的三大特征

2.2.1自由性

機械創造性思維最大的特征在于自由，創新是自由的，思想是自由的。機械創新設計人員可以在結合有關客觀科學理論的基礎上完全自由憑借自己的想象、靈感、直覺設計出新的機械，而不必有太多的思想束縛。在當今變化趕不上計劃的經濟時代，思維的自由符合現代社會發展的需要。而在機械設計工作中，要不斷地有新的進步的成果，就必須突破原有的事物，消除固定思維的束縛，自由地翱翔在創新設計的天空中，只有不斷突破和創新才能設計出更令人滿意的成果。

2.2.2多向性

每個人的思維方式都不一樣，具有多向性的特點。而在機械創造性思維中，同樣具有多向性的特點，設計人員可以從不同角度去觀察和判斷問題，并且設想出完全不同視角的方案。設計的美妙恰巧在于它的多樣性和多向性，沒有固定的設想方向，任意一個方向都可以是設計者們延伸的目標。多向性思維與創造力是相輔相成、密不可分的，一個機械產品的設計過程中一定有過多向性的設想，從中擇優進行實踐得出最后產品。因此，多向性思維是機械設計中十分重要的一點。

2.2.3獨創性

獨創性即設計出跟別人不一樣的產品，提出不一樣的理念，突破原有的固定模式，創造出新穎的進步的成果。獨創性是機械創新設計的目標，創新的目的在于獨創，擁有別人沒有的想法和成果。因此，在機械創新設計過程中，要學會從新的切入點思考問題，掌握不同的設計方法，敢于向原有的觀點提出新的看法，從而設計出具有獨創性、新穎的機械產品，更好滿足生活和生產的需求。

綜上所述，在機械創新設計的路途上還有很長一段路要走，在創新設計的過程中對于機械創造的創新思維非常重要，在遵行已有的設計基礎上，需要更長遠更有想象力的思維去推動機械創新設計的發展。 [科]

【參考文獻】

[1]王平，劉德仿.機械創新設計教育的研究與探討[J].中國科教創新導刊，2007，16：34-35.

[2]游小紅，雷竹峰.機械創新設計的研究與發展[J].機械管理開發，2011，06：58+60.

第3篇：機械創新設計方案范文

關鍵詞：機械結構設計；創新設計；應用

0.引言

當前，對于機械結構的創新設計已經得到了較為廣泛的關注，創新是為了對機械進行更好地利用，同時也是為了將其實際效能發揮出來。對于機械結構創新設計來說，一般其思維都較為統一，且以變元法為主，因為這種方法使用簡單，在創新設計中利用邏輯化的思維可以對可變元素進行系統化的梳理。對于機械結構設計來說，它是一項非常具有創造性的工作，在設計機械結構時需要時刻對其進行改進和創新，這樣才能讓設計達到最優化效果。在本文中，主要論述了變元法在機械結構創新設計中的應用，以期能得到更好的機械結構設計效果。

1.變元法

在機械創新設計中變元法的應用較為廣泛，該法是從德國引進的，它同時還被賦予了創新的精神，將變元法應用在機械結構設計中就是創新的重要標志。變元法系統化和邏輯化地梳理了設計中的一些可變元素，便于更加有效和可靠地進行設計創新。在應用變元法前，工作人員需要首先分析和研究好機械結構設計的基本框架，這樣才能確保最優化的機械結構設計。對于變元法來說，它對產品的設計定義具有極好的詮釋作用。論證過的變元法可以對關鍵點進行有效調整，便于改變原先設計中的弊端，以便提供更好的設計方案，將變元法自身的優勢發揮出來。

1.1材料變元和其數量

在機械設計中會涉及很多的原材料，這些材料種類繁多，同時每種材料的價值不一，功能也各不相同。如果從另一個角度來考慮，原材料的加工工藝差別性也較大，有效加工后才能符合某種需求，并成為理想地達到參數要求的材料。還有部分材料是不能加工的，需要對材料實施變元法才能達到要求。比如，設計剛性材料，要想達到設計要求一般會使用增大面積的方法，讓其成為理想中的感性材料。鐵性材料可以通過將隔板增強等措施來進行調整。這些例子都是通過變元法來實現的，也就是說變元法通過變量的形式將一種或是多種變量改變，但是并沒有改變結果，屬于全新的設計模式。加工面和工作面是機械結構原理的兩個重要基本元素，此外還包括產品本身和產品整體等。產品性能可以通過這幾種元素進行衡量，操作人員在實際的工作中需要調整好這些產品元素，這樣得到的產品原件才能達到理想效果。

1.2位置和工藝變元

所謂的位置變元指的是將元件位置改變，以此來優化設計。比如，在焊接部分元器件的過程中操作人員需要選擇好焊接位置，確保焊接位置靠近中心軸，避免元器件出現變形，或是有不規則扭曲現象出現。所謂的工藝變元指的是在機械結構設計過程中需要嚴格把好施工工藝關，同時結合好圖紙將最優的工藝產品設計出來，同時借助先進工藝技術的幫助，開發和設計元器件，一旦出現問題要及時對其進行調整。

1.3尺寸變元

所謂的尺寸變元指的是將元器件的形狀改變，以此來達到最優化，也就是將元器件的長寬高3個基本參數改變。比如，泠沖壓壓彎曲技術，因為材料是能進行彈性變化的，但是需要在泠沖壓之前先變形，同時還要考慮到和計算相關的參數，只有這樣才能使得材料在變元后充分發揮作用，如圖1所示。

2.機械結構創新設計的關鍵點分析

在機械結構設計中設計人員需要重點考慮好防腐性能，在選擇材料和零部件的過程中需要考慮到如圖2所示因素的影響作用，另外，還需要考慮到如下元素：設計防腐設備：機械設備需要給予其完善的空間，特別是需要確保其處于干燥的環境中，淤積介質千萬不能出現，這樣可以有效減少設備的腐蝕。結構間隙腐蝕：在設計結構過程中，一般都會出現結構盲區，這些盲區位于眼睛看不到或是手觸摸不到的地方。這些區域很容易沉淀物質，這些物質不僅能損害機械設備，同時還會對設備造成腐蝕，設備的使用年限會大大降低，主要體現在如下方面：焊接點、鉚接結構和容器襯板結構等。設計人員在設計這些部分時一定不要出現間隙結構，從而將結構質量提高。如果上述問題不能得到解決，就需要將密封間隙增加。如果上面的設計不能達到要求，可以將間隙進行合理擴大，使得設計質量得到保證。避免直接接觸金屬：在結構設計中盡量不要直接接觸金屬，這是因為金屬容易出現腐蝕現象，所以需要將不同的金屬隔離出來。不要出現高濃度梯度：從某種意義上講容易出現沉淀物或是冷凝物，這樣會導致局部勢差出現，從而使得設備的腐蝕速度增快。在機械結構的設計中，需要將最小面積規范體現出來，這樣才能將表面積最大限度地減少，通過分析實驗數據知，球體結構是最好的選擇，圓柱體是僅次于球體結構的選擇。

3.最優化結構設計方案

對于設計方案來說，它會直接影響到機械結構的實際使用效果，所以在設計方案的選擇中需要高度重視，或者是設計出多種方案進行相互的對比和篩選，將最佳方案選擇出來，在對設計方案進行合理分析之后，評價好設計方案，在評價過程中需要采用科學、合理的評價方法，一般使用較多的是模糊綜合評判法。在綜合評定時需要考慮到安全性、經濟指標、社會效益、維修性和可操作性等評價因素的影響。如果是考慮到社會效益的影響，需要考慮到設備是否會經常出現故障等；如果是經濟指標，需要從成本和人員兩方面來考慮；如果是可操作性，需要從施工工藝方面來考慮，主要是從施工技術是否成熟等方面來考慮。所以，綜合上面的因素考慮，在機械結構設計中，需要根據設備的特點對結果進行不斷的優化，這樣不僅能對機械設備進行調整，同時還能對設計結構進行改進。對于結構中的一些關鍵性的結構和零部件要建立起數學模型，這樣才能對其進一步進行優化設計。因為模型能將結構特征真實反映出來，為結構設計的改進和完善提供必要的參考依據，這樣才能綜合性優化。隨著我國當前經濟發展速度的增快，我國的綜合實力的重要衡量參數就是機械設備，所以需要對機械設備的結構設計進行不斷的創新，這樣才能不斷完善好施工技術。隨著我國當前科技創新的發展，機械結構設計也被不斷地進行優化，測控設備的方法也得到了不斷的優化和發展，設計人員的設計思路也需要與時俱進，不斷將自身的創新意識提高，同時不斷引進新的設計理念，使得機械設備結構設計得到不斷地完善和發展。

結語

在設備的使用和更新過程中機械結構設計起到了非常重要的作用，它在很大程度上促進了我國國民經濟的發展。對于機械設計來說找到適合的新方法來替代舊方法是當前需要解決的重點和難點，需要設計人員具有較強的實際操作技能和操作意識，同時不斷優化結構設計，將機械結構設計的思路和理念提高，只有這樣才能提高機械結構設計的質量，實現我國的強國之夢。

參考文獻

[1]宋曉文.生物質常溫對坤式成型機型參數的研究[D].北京農業大學，2012.

[2]農應斌.機械設計制造及其自動化發展方向的研究[J].科技傳播，2013（2）：65.

[3]羅毅.CAD技術在機械制造中的應用[J].科協論壇（下半月），2011（4）：37-38.

第4篇：機械創新設計方案范文

關鍵詞:四桿機構;創新能力;實驗裝置;創新意識

現代教育越來越強調對學生創新能力的培養。如果在教育教學過程中，不注重培養學生的創新思維和創新精神，所培養的人才就難以適應現代生產技術應用、管理和服務需要的崗位能力要求，難以在激烈的市場競爭中立足。在教育教學過程中更好地培養學生的實踐動手能力，培養學生的創新意識、創新能力及綜合設計能力，是機械設計教學研究的重要課題之一。

要更好地培養學生的創新意識、創新能力，就必須對教學情境進行設計，為學生創造相應的學習條件。基于這一點，在四桿機構教學中，我們開發了四桿機構實驗裝置，并對教學情境進行了重新設置。我們采用了演示實驗與機構虛擬設計及實際機構應用并行的教學方式，即:首先在實驗裝置上完成四桿機構運動研究的演示性實驗，再向學生提出設計任務，由學生完成設計方案，并應用CAXA實體設計軟件進行結構設計，最后由教師與學生共同對不同設計方案進行點評總結，并根據成熟的設計方案進行零件加工制造，通過機構組裝試驗，驗證該設計方案的可行性。整個教學過程堅持以學生為主體，突出機械設計主線，側重實際設計能力訓練，注重培養學生探索性學習能力與創新意識、創新能力，使學生從被動接受變為主動探索學習。

我們開發的四桿機構實驗裝置以實際應用為背景，基本結構如圖1所示。該實驗裝置采用了懸臂架結構，通過懸臂架使四桿機構各桿形成空間的平行結構，可有效防止在不同桿長實驗狀態下機構運動時連架桿與機架發生碰撞，避免機構運動干涉的發生。該實驗裝置機架長度可調，其結構為在工作臺面上開導向槽并與懸臂架配合形式，調整機架長度時，只要松開固定螺栓，沿工作臺上導向槽移動懸臂架至工作位置后再固定螺栓即可。

在四桿機構教學過程中，首先應用四桿機構實驗裝置，采用一組固定長度且桿長不同的構件桿組合，完成四桿機構三種類型(曲柄搖桿機構、雙曲柄機構及雙搖桿機構)的運動分析，使學生基本掌握四桿機構的組成及工作特性。

通過對四桿機構的認知學習，學生了解了這樣的結果:四桿機構三種類型變換的關鍵是各桿長度的變化。那能不能采用一種可無級調節桿長的結構，應用快速搭接方式，在原有實驗裝置上實現三種不同類型四桿機構的實驗呢?這就是我們對學生下達的設計任務。該設計任務要求學生分組自行收集資料，確定設計方案，并應用CAXA實體設計軟件完成結構設計。該設計任務旨在激發學生的探究思維能力。實踐證明:學生通過完成設計任務，不僅提高了綜合機械設計能力，熟練掌握了機械設計軟件的應用，還在創新意識、創新能力諸方面得到了鍛煉與調高。以下是學生完成的幾種典型設計方案。

方案一:如圖2所示，結構桿設計成前端帶槽形式，兩側留有可與滑塊裝配的槽，使滑塊能在結構桿上來回滑動，滑塊位置固定由緊定螺釘完成。通過改變滑塊位置即可改變銷軸位置，實現桿長無級調整。

方案二:如圖3所示，結構桿設計成了三段形式，兩部分結構桿中間采用螺桿連接，螺桿兩端分別采用左旋與右旋螺紋。通過旋轉螺桿，兩端配合的左右旋螺紋同時旋進或旋出，可以方便地實現桿長無級調整。

方案三:如圖4所示，結構桿采用桿內開槽并與滑塊配合結構，滑塊定位由蓋板用螺釘緊固完成。通過改變滑塊位置，可實現桿長無級調整。此外，該結構在結構桿側邊與滑塊側邊均開有凹槽，可用于桿長調整后的實際桿長尺寸測量。

桿長調整方案很多，各有特點，對學生的設計方案進行分析、講評、總結，不僅可以提高學生分析問題、解決問題的能力，而且有助于啟發學生的思維，更好地培養學生的創新意識、創新能力。不難看出:方案一中滑塊移動導向性較好，桿長調整后的位置精度較高，不過使用側面螺釘定位滑塊位置，定位不可靠，且該結構桿結構尺寸較大。方案二中桿長調整方便，但連接螺桿剛性較差，特別是當調整桿長尺寸較大時，由于螺桿旋入連接桿尺寸較小，桿工作中較易變形，影響機構工作精度。方案三中雖然桿結構較復雜，但具有桿長調整后位置精度高，定位可靠，特別是調整后桿長尺寸可測量等特點，具有較好的結構特性。

結合各設計方案特性分析，我們確定了方案三為應用結構，對方案三各零件進行了加工制造，在四桿機構實驗裝置上組裝機構，如圖5所示。該機構通過調整四桿機構各桿桿長，可實現四桿機構三種類型轉換。實驗證明:該設計結構具有較好的應用性，應用該結構可分別實現對四桿機構三種類型的運動分析。

以上是我們在四桿機構教學中的一點嘗試。我們深深體會到:創新教育是以培養人的創新精神和創新能力為基本價值取向的教育實踐。它以培養具有創造欲和創新能力的勞動者為目標，以發掘人的創造潛能，促進人的個性和諧發展為宗旨。人的創新意識、創新能力主要是后天培養和教育的結果。所以，在整個教學過程中，通過科學合理的教學情境設計，采用適當的創新教學方法和技巧，一定可以更好地培養學生的創新意識、創新能力。如何將教學過程和學生創新意識、創新能力的培養有機結合起來，培養知識面廣、富有創新能力的人才，值得我們教育工作者共同去探討，并在實踐中不斷驗證、不斷改進、不斷優化。

參考文獻

[1]譚放鳴.機械設計基礎[M].北京:化學工業出版社，2005.

[2]陳立德.機械設計基礎[M].北京:高等教育出版社，2006.

第5篇：機械創新設計方案范文

【關鍵詞】現代機械設計制造工藝；發展現狀；特點；創新

1、我國機械工業的發展現狀分析

隨著改革開放步伐的加快，為了適應國內外市場和國民經濟發展的需要，我國的機械工業充分借鑒國外的先進技術經驗，利用國內的技術資源，有計劃地對企業的技術進行了改造。歷經30多年的不懈努力，我國機械工業的生產技術水平、工藝水平和產品質量都得到了顯著提高，有力地推動了本土經濟的發展、國內市場的繁榮、進出口貿易的發展。據有關統計顯示，目前在全球所有銷售或使用的工業產品中，小到玩具、服裝，大到電器、飛機和輪船，都會出現中國制造的標志，這充分顯示了迅猛發展的中國機械工業在世界的地位，因為如果沒有高度發展的機械工業，上述各類消費產品就沒有生產它們的最基本的工具。

但是，我國的機械工業也還存在一定的問題，主要表現在：一是機械工業結構不合理。在產品結構方面，生產的中低端產品大大超出市場需求，而生產的高端產品卻遠遠不能滿足市場需求；在機械工業結構分布方面，主要集中在東部和南部地區，而中西部地區則發展落后；在人力資源方面，具有豐富的一般性的制造加工人力資源，而嚴重缺乏創新型的高科技人才和杰出的企業家；在組織結構方面，主要表現為競爭力弱，缺少具有鮮明特色的企業；在形態結構方面，多為傳統的制造加工業，而現代制造服務業嚴重不足。二是機械工業的自主創新能力不強。雖然在世界范圍內，中國是機械工業大國，但是其高端裝備仍然要依靠進口。究其原因，根本在于我國機械工業不具備較強的自主創新能力，產品升級得不到有力的支撐。再加上政府和企業往往把目光盯在眼前的經濟效益上，長遠發展眼光不足；強調工業生產的重要性，卻不注重科學研究；先進技術依賴引進，但是不重視消化吸收。

2、現代機械設計制造的特點分析

機械設計的制造的發展是與各種學科的發展分不開的。不僅是機械專業，還要應用到哲學、心理學、思維和智能科學的研究成果，現代應用數學和化學、物理學等的研究成果，機械電子學、控制理論與技術、檢測技術和自動化領域的研究成果。尤其是當代廣泛應用電子計算機，以及現代信息科學的飛速發展，促進了現代設計技術的理論方法體系的形成與發展。因此，相比于傳統的機械設計制造，現代機械設計制造具有以下特點。

2.1傳統的機械設計制造過于注重人的感性經驗和主觀態度，對人員的技藝和判斷能力具有較高的要求。但是，由于計算機的廣泛應用，從而能夠制定出更多更快速的方法。現代傳統的機械設計更加注重的是新的方法和經驗。

2.2傳統機械設計制造比較單純地側重于機械自身所要求達到的能力；而現代機械設計制造，更加講究各個要素的配合。具體說就是：機械設計制造理念與所處的環境和人的需求相適應，充分考慮到人的生物性和感官等因素，并且周密考慮機械生命循環的整個過程，充分計算好從設計、加工到使用、修理、報廢等與人和環境的聯系，從而促進了可持續發展的實現，平衡了生產與環境之間的關系。

2.3傳統機械的設計制造更加注重力學的作用，在設計制造的過程中，強調把握力學能力，而現代設計制造發展了這類效果，具有了更寬闊的設計的領域、更廣的范圍、更多樣的手段。

2.4在傳統的機械設計制造流程方面，在總的目標下，設計方案形成很多的層次，每一遍的方案經修改后進入下一輪，因此要消耗很多的時間和能源才可能完成一個設計，而選擇的所謂的最好方案，也可能因為沒有直觀的感受而帶有主觀性。現代機械設計對于重復浪費的現象有了很好的避免措施，在計算機內直接輸入數字和方案，從而得出立體圖，設計人員通過內部數字的調整，就可以得到最佳的設計方案。

3、現代機械設計制造的創新

機械創新制造設計主要是指，設計者充分發揮創造性思維，對現有的科學技術成果加以利用，設計制造出新穎、實用、具有創造性的機械裝置。機械創新設計制造技術與機械系統、優化、可靠性、計算機輔助、有限元等設計一起，構成現代設計方法學庫，鄰近學科的有利的設計思想和方法，有待于進一步的開發。隨著人工智能、專家系統、認識和思維科學、人腦研究的發展，人們益受重視機械的創新設計制造。原因有二：一是專家系統、人工智能、認識和思維科學、設計方法學等提供了一定的理論基礎；二是研究和發展創新設計，有利于對于人類的創造思維機理進行解釋，又能夠推動一系列科學的發展。

創新設計制造的內容主要包括兩個方面：一是在生產生活中對現有機械產品的性能（技術性、可靠性、適用性以及經濟性）進行改善；二是為了滿足新的生產生活的需要，設計制造出新的產品。創新設計制造的核心內容就是，對于機械產品創新發明的機理、模式和方法進行探索，程式化、定量化地看待機械產品的創新設計制造過程。

受地域廣、人口等因素的影響，一直以來我國的機械工業保持著快速發展的良好態勢，但這難以掩蓋其發展方式過于粗放的問題。導致這一問題存在的主要原因是，對機械工業的發展政府的宏觀調控不足，致使重復建設同類型的機械產業，且區域發展不平衡，核心競爭和經濟效益都比較低下。因此，必須要改革機械工業發展模式， 優先考慮機械工業質量的提高，堅持以集約型增長方式取代變粗放型增長方式。

改革開放以來，為了推動國民經濟的快速發展，在很多的時候，我國的機械工業走的是世界采購、國內組裝的發展道路，不但本土技術嚴重缺乏，而且嚴重制約著發展的規模和產品的效益，更是制約國內機械工業發展的最大瓶頸。鑒于此，在“十二五”期間，機械工業應抓住國家政策的扶持和引導的有利契機，加強開發基礎技術、工藝和產品，打破傳統的發展模式，促進主機與零部件行業相互配合和推進，實現二者的同步發展。

第6篇：機械創新設計方案范文

IT技術在機械設計中的應用，主要表現在四個方面，即仿真與虛擬設計技術、網絡協同設計、并行設計和智能設計。其中，仿真技術以計算機和專業設備為工具，設計的模型模仿實際需要而產生，是一門多學科的綜合性技術。虛擬設計則設計者在虛擬環境中進行的設計，這種多維化人機交互信息環境，使實際產品應有的要求得以在虛擬的環境中實現。

網絡協同設計結合獨到的軟件設計理念而產生，對軟件模塊和項目管理統籌安排，從圖形的設計、校審到打印歸檔等都有機統一起來，使成本可以降低，可以更快地完成設計。并行設計更強調功能上和過程上的集成，是相對于傳統的串行設計而言的，更強調功能上和過程上的集成，力求更好的滿足客戶對產品綜合性能的要求。就智能設計方面來說，智能設計采用計算機模擬人類的思維活動，能夠較好地支持設計過程自動化，從而成為設計人員的重要輔助工具。

2數學知識在機械設計中的應用

數學知識在機械設計中的應用要把握好三個關鍵點，一是有限元法；二是優化設計；三是產品可靠性設計。有限元法又稱有限單元法，是一種高效能、常用的計算方法。從數學知識理論方面來說，是求解偏微分方程的一種有效的數值方法。優化設計則要求先建立符合實際的數學模型，將設計要求用抽象化的數學符號表現出來，如約束條件和函數，建立目標函數，并根據所建立的模型，尋求最優的設計方案。如機械設計對載荷和工藝方面的要求就可作為設計參數。另外，在應用現代技術進行機械設計時，對于產品可靠性的設計應建立在產品設計之初，以機械的載荷和強度等影響因素為基準，應用可靠性數學理論與方法，保證機械及其零部件滿足給定的可靠性指標，可以保障機械的可靠性。

3新概念在機械設計中的應用

新概念在機械設計中的應用，主要是指綠色產品設計的概念和機械創新設計的概念。具體說來，綠色產品設計是從產品的安全生命周期出發，將生態環境觀念有意識地融入到機械設計中，考慮了生命周期各個階段對環境的影響。為減小能源消耗，機械設計在應用綠色產品設計的過程中，應考慮廢棄產品如何回收、再生和利用，對產品和零部件的回收再生循環或者重新利用，才能最大限度地提高資源的循環利用率。

機械創新設計的設計過程大致可以分為三個階段，分別是直覺思維、邏輯思維和創造過程。其中，直覺思維是意識形態領域對機械產品的直觀反映，具有強烈的靈感凸顯特點。至于直覺思維是否具有實用性，則需要邏輯思維來判斷，通過邏輯推理思維進行分析，在反復實驗中確定機械產品設計方案的可行性，而對機械產品的創造過程也就是機械創新設計的過程。

4結束語

第7篇：機械創新設計方案范文

關鍵詞：工程教育；CDIO；機械設計；應用模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新優秀成果。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程理論和實踐。CDIO工程教育模式在國內高校引起了較大的關注，具有代表性的高校有汕頭大學、燕山大學、成都信息工程大學、合肥工業大學、廣州大學等。汕頭大學最早探索和實踐CDIO工程教育模式。從2005年起，汕頭大學工學院在執行校長顧佩華教授的指導下，開始學習研討CDIO工程教育模式并加以實施［1］；燕山大學從2008年開始實施基于CDIO模式的教育教學改革，建立了以項目為主線的課程教學體系，制定了以設計為導向、以工程能力培養為目標的培養方案［2］；成都信息工程大學基于CDIO工程教育理念和模式，在全校推進以專業建設為主線的教育教學一體化改革［3］。除上述高校外，北京石油化工學院、浙江工業大學、中南大學、哈爾濱理工大學、黑龍江工程學院等單位也進行了CDIO工程教育模式的探索與實踐［4，5］。機械設計類課程是機械設計制造及其自動化專業中的一重要課程群，該課程群將在機械產品的方案設計、技術設計以及優化設計等方面提供基本的理論和方法，在培養高素質、優秀工程人才方面有著其他課程不可替代的重要作用。總結已有研究，盡管CDIO工程教育模式在若干高校中進行了實踐，但是該模式還未在機械設計類課程中進行大范圍的推廣應用。本研究結合CDIO教育理念和機械設計類課程性質及教學目標，提出基于實驗室資源的CDIO應用新模式，解決CDIO高等工程教育模式推廣應用中難題。

一、CDIO新模式及其實施過程

針對機械設計類課程，提出和建立了基于實驗室資源的CDIO應用新模式。該新模式通過系統的CDIO的項目設計，依靠實驗臺提供的拼裝和仿真功能，實現某一產品從構思到運行全過程，達到培養和訓練學生創新設計能力和實踐動手能力的目的。該模式的思想是將CDIO核心培養理念與現代實驗室的開放性、容納性、多樣性、反復使用性和更新性相結合，利用實驗室條件實施CDIO四個環節特別是支持“實現、運作”環節的一種的高效應用模式，是實施CDIO工程教育理念的一種可操作性強的運行模式，是對CDIO應用模式的細化和具體實現。根據CDIO工程教育模式的實施步驟，基于實驗室資源的CDIO應用新模式實施過程如下：（1）針對不同的課程及教學環節目標，設計CDIO項目；（2）按照項目實施目標，進行構思和設計，提出解決方案；（3）選擇實驗設備及組件，進行實驗設備安排；（4）通過實驗設備與組件的拼裝、搭建、系統構建或實驗設備加工，執行“Implement（實現）”環節；（5）通過實驗系統的操作演示、反復修正，執行“Operate（運作）”環節；（6）項目答辯與交流，能力考核，完成CDIO訓練項目。

二、支撐CDIO新模式的實驗室設備

在機械設計類課程的實驗教學中，有大量拼裝搭建實驗臺架，這些實驗設備可用來執行本研究提出的CDIO應用新模式，典型實驗臺架包括：（1）輪系創新設計拼裝及仿真實驗臺該實驗臺主要進行齒輪與輪系的分類及設計、分析與運用，是引導學生進行積極思維、創新設計、培養學生綜合設計能力和實踐動手能力的一種新型綜合實驗臺。（2）機械方案創意設計五位一體化實驗儀機械方案創意設計五位一體化實驗儀是集機構組裝、電機驅動、氣缸驅動、程序控制和運動測試于一體的多功能實驗臺架，包含了連桿機構、齒輪機構、凸輪機構、螺紋連接件、帶傳動、鏈傳動、軸承等在內的多種典型機構和零部件，主要進行機械系統傳動方案的設計與組裝演示，特別適用于學生創新能力和動手實踐能力的培養。

三、CDIO新模式的實踐應用

1．在機械原理課程項目中的實踐應用差動輪系是機械原理課程中的一個難點，針對該知識點，設計了差速器三級項目。將本文提出的基于實驗室資源的CDIO新模式在該三級項目中進行了實踐應用，具體過程如下：（1）設計差速器三級課程項目利用各類典型機構及零部件，以電機為原動機，設計汽車后橋上的差速器系統，將某一構件的運動按可變化的比例分解成兩個構件的運動，實現汽車兩后輪隨著不同的行駛狀態而自動改變轉速的目的，以減小輪胎和地面之間的滑動。（2）進行構思和設計，提出解決方案解決方案可以有很多種類，現根據學生的設計，舉例描述如下。差速器系統由電機、V帶、直齒輪減速機構、萬向聯軸器、后橋差動器系統組成，其組成及傳動方案如圖1所示：該方案分析如下：由電機1經V帶2傳動到直齒輪組4減速，再經萬向節聯軸器5到后橋差動器6運動。同時，在差動輪系兩邊分別裝有角位移傳感器7和9，在主動直齒輪上裝有一個角位傳感器3，通過測試可以分析出其運動規律。通過該傳動系統可以掌握后橋差動器的工作原理及其運動規律。1．電機2．帶傳動3、7、9．角位移傳感器4．齒輪傳動5．萬向聯軸器6．差速器8．輪子（3）實驗設備與組件安排使用輪系創新設計拼裝及仿真實驗臺。搭建過程中使用電機、V帶、齒輪、鍵、聯軸器、軸、螺紋連接件、支架等組件。（4）實驗設備與組件的拼裝、搭建根據傳動方案，利用上述設備與組件，學生親自動手實踐，搭建形成差速器系統。（5）差速器系統運行、方案修正與完善在實驗臺上運行差速器系統，調試各項參數，反復修正傳動方案直至完善。通過測試和分析系統的運動規律，掌握差速器功能，進而加深對差動輪系知識點的理解，了解差動輪系在工程實際中的應用。（6）項目答辯與交流，能力考核項目執行完成后，以小組為單位，制作ppt進行答辯，交流方案設計過程與體會，提交設計報告，給出項目成績。2．在機械設計課程項目中的實踐應用軸系零部件結構及尺度設計是機械設計課程中的一個難點，針對該知識點，設計了軸系零部件結構設計與測量三級項目。CDIO新模式應用過程如下：（1）設計軸系零部件結構設計與測量三級課程項目利用軸系零部件實驗臺架和可拆裝減速器，進行軸、齒輪、套筒、軸承、軸端擋圈等零部件的裝配設計、軸結構設計、軸上零件定位與固定、軸各段直徑和長度的測量等設計，通過設計和測量明確軸系零部件設計的基礎理論和方法。（2）進一步根據課程項目任務和目標，劃分項目小組，分工協作，查閱資料，進行構思、設計，提出解決方案；在此基礎上，利用實驗室設備與組件進行拼裝、搭建、測量，將設計方案轉化成實際系統，完成項目預期目標；最后，進行項目考核，進行答辯與交流，給出課程項目成績。通過該模式的實施，學生普遍反映教學效果良好，真正進行了動手實踐過程，增強了動手能力，加深了對差動輪系知識點的理解，并對該知識點的工程應用也有了較好的認識。在培養學生創新設計能力方面，通過對CDIO新模式實施前后課程成績、教師評教、督導評教等各個環節的比較分析，可以看出學生的培養質量都有明顯地提高。特別是學生在參與課外各級科技作品創新設計競賽活動中，取得了比以往都好的成績，反映出學生的創新能力不斷提高。

四、結論

（1）針對CDIO工程教育模式在機械設計類課程中的應用難題，提出基于實驗室資源的CDIO新模式。該新模式將CDIO核心培養理念與現代實驗室的開放性、容納性、多樣性、反復使用性和更新性相結合，利用實驗室條件實施和運行CDIO四個環節。探討了CDIO新模式的實施過程、支撐CDIO新模式的實驗室設備，最后將基于實驗室資源的CDIO新模式在機械原理和機械設計課程項目中進行了應用。（2）實踐應用表明，基于實驗室資源的CDIO新模式在培養學生的工程設計能力、工程創新能力和工程實踐能力方面具有較好的效果，能夠達到CDIO工程教育目標。（3）本文研究在CDIO工程教育模式具體實踐方面具有較大的創新性。當前，機械設計類課程或者還未應用CDIO工程教育模式，或者借助軟件在計算機中仿真演示運動方案，這些都不能體現出“做中學”的教育培養理念。而本研究提出的CDIO新模式能夠利用實驗室資源，通過讓學生拼裝搭建形成產品實物，來體現和驗證創新設計方案，從而能夠鍛煉學生的創新設計能力和動手實踐能力。因此，該新模式較常規教學思路和模式具有較大的創新性。

參考文獻：

［1］顧佩華，包能勝，康全禮．CDIO在中國（上）［J］．高等工程教育研究，2012（3）：24－40．

［2］史艷國，王鑫，姚建濤，等．基于CDIO理念的人才培養模式研究與實踐［J］．教學研究，2015，38（5）：77－81．

［3］王天寶，程衛東．基于CDIO的創新型工程人才培養模式研究與實踐［J］．高等工程教育研究，2010（1）：25－31．

［4］潘柏松，王亞良，胡玨．機械工程CDIO實驗室建設與研究［J］．實驗室研究與探索，2012，31（4）：368－370．

第8篇：機械創新設計方案范文

關鍵詞：TRIZ 閉門裝置 創新設計 工程綜合訓練

中圖分類號：THl22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（c）-0002-01

1 研究背景

現今日常生活中最常用的閉門裝置都采用液壓式，其液壓結構中的密封圈與周圍殼體產生的摩擦損耗又會導致密封不嚴，致使無法控制關門速度，在長期失效的情況下使用，液壓式閉門裝置極易造成門框和門體的損壞。鑒于此，有必要設計一款新型閉門裝置，能夠滿足如下設計初衷：（1）達到自動關門目的；（2）具有減速功能，能夠完成減緩關門速度的效果；（3）在自動關門階段，所產生的加速度不會對門體造成磨損；（4）不額外附加任何能源。同時該裝置在加工制作時應滿足如下要求：（1）該閉門裝置的制造工藝不能太過復雜，成本盡量少于或不應超出現有閉門裝置太多；（2）該閉門裝置所使用的材料應簡便易得，不應有過于苛刻的材料要求；（3）該閉門裝置設計時應盡可能地減小總體積，以節約占地空間。

2 TRIZ原理過程分析

TRIZ的中文含義是指“發明問題解決理論”，TRIZ提供的是一種思維模式，它是幫助人們在處理問題時快速找到解決方法的一種系統創新設計思考模式。為解決液壓式閉門裝置功能與結構上矛盾的問題，采用TRIZ理論中的逆向思維原理，進行逆向分析后發現，既然摩擦不可避免，為何不利用摩擦來達到減速的目的呢？進而我們重點設計了機械式減速模塊，用其與殼體的摩擦來達到減速關門目的。

2.1 TRIZ自服務原理&多用性原理

為避免閉合過程中出現劇烈的碰撞而造成門體破壞，閉門裝置還應當具有控速功能。在進行創新方案設計時，將這樣的功能也整合到閉門裝置中，以增加閉門裝置的實用性。設計開發的這款關門裝置將開門時的能量收集在能量收集模塊中，待關門時能將存儲能量轉換得到的加速度轉變為勻速，從而完成自動平穩關門動作。它能夠幫助用戶快速自動關門，在門自動回彈的過程中達到勻速效果，減小對門體及門邊框之間的沖擊力，同時也避免因為忘記關門而造成的安全隱患或能源浪費，應用領域十分廣泛。

2.2 TRIZ發明創新理論最終理想解

為確立安全節能閉門裝置的最佳設計方案，對TRIZ閉門裝置的理想解進行了整理，得出了最終理想解分析表，見表1。每一個關門過程都必然先有一個開門過程，為利用開門這部分的能量來實現關門目的，將其開門時的能量儲存起來，在沒有額外能量消耗的情況下，利用其自身存儲能量實現自動閉門的目的，做到低碳節能。

3 TRIZ解決方案

閉門裝置的減速模塊是保證實現自動關門的核心構件，對其進行改良和優化有助于提升閉門裝置的整體性能。在前期的TRIZ分析基礎上，提出了三種閉門裝置設計解決方案。

3.1 方案一

將門板與門框之間用彈簧連接，開門時彈簧被拉伸產生的彈性勢能存儲，松手后彈簧收縮門閉合。利用離心原理在減速模塊中的使用重錘，利用其甩出與外壁產生的摩擦力達到減速的目的，以達到控制關門速度的預期設計目標。即使用傳動機構帶動摩擦盤高速旋轉，使重錘依靠重力甩出與外壁摩擦產生制動力從而控制速度。

3.2 方案二

為了獲得勻速關門效果，在方案一的設計基礎上進行了改進。將開門過程中剩余能量儲蓄在閉門裝置中的彈簧內，手離開門后彈簧開始釋放能量，彈簧伸長帶動齒條移動，移動的齒條撥動主齒輪讓主齒輪轉動，經過高傳動比的齒輪組帶動摩擦盤高速旋轉，最后高速轉動的摩擦盤將內部的重錘甩出，并與外壁相互摩擦產生制動力從而控制門閉合的速度。

3.3 方案三

方案二中提到的摩擦盤和其轉軸是完全固定的，因而不論開門還是關門都會帶動摩擦盤轉動，這樣會導致開門比較費力，浪費能量，為解決這一弊端添加棘輪機構，將摩擦盤和棘輪機構外圈固定在一起，轉軸與棘輪內圈相對固定，因棘輪具有單向轉動特性，所以開門時棘輪外圈不轉動，只有關門時棘輪機構才鎖死帶動摩擦盤高速轉動，借助產生的摩擦制動力達到減速效果。

運用TRIZ創新理論，研究分析得到三種閉門裝置設計方案，最終確定方案三為閉門裝置的最佳創新設計方案。

4 TRIZ創新設計總結

4.1 方案技術評價

該方案采用成熟穩定的齒輪機構，使用富有創意的機械摩擦減速模塊代替易損耗的橡膠密封圈，提升了該閉門裝置的安全技術指標，延長了整個閉門裝置的使用年限，并且所用材料均為現代工業大量使用的材料，采購便捷，現有加工工藝完全可以滿足技術要求，本設計方案不失為現有閉門裝置的一個良好的代替方案。

4.2 市場前景分析

閉門裝置在商業和公共建筑物中為必須之物，有著巨大的市場需求。在智能城市、智能家居的智能化浪潮中，閉門裝置作為智能系統中的基本組成部分將會進入發展升級階段。本方案設計研發的安全節能閉門裝置低碳環保，可以預見，該安全節能閉門裝置將具有廣闊的市場需求空間和發展前景。

參考文獻

[1] 成思源，周金平.技術創新方法TRIZ理論及應用[M].北京：清華大學出版社，2014：12-16.

[2] 米糧川，劉尚，莫菲.解析TRIZ理論在創新設計中的應用[J].齊齊哈爾大學學報：自然科學版，2013（6）：58-61.

第9篇：機械創新設計方案范文

人才培養模式受到本國社會、經濟和科技的發展以及歷史文化背景等多種因素的制約和影響。不同的教育理念和培養模式支配著相應的教學內容的調整,教學資源的配備以及教學方法的改革。專業知識的傳授是教育的主要內容之一,而創新意識、思維和能力的開發、培養則是教育更本質,更核心的內容。創新意識、思維與能力的培養是提高人才培養質量工作中不可回避的問題,也是對教學改革的深層次研究與探索。因此在教學中,不應出現重書本輕實踐、重知識輕能力、重傳授輕創新的情況,而應是“基礎、實踐、創新”教育的和諧統一。機械原理課程屬于機械專業的學科基礎課,通過對當前社會的人才需求進行分析,結合其課程以及授課對象的特點,從教學內容、教學方法、教學手段等幾個方面對機械原理教學的創新模式進行探討和詮釋。

一、教學內容的創新

創新教育的目的就是培養和提高受教育者的創新素質和創新精神。要實現此目的,首先從改變教學內容入手,重視介紹學科發展的新動態、新方向、新內容,注重激勵學生的學習欲望,調動學生的積極性,讓學生了解更多更新的理論、技術與方法。例如,在緒論部分的講述中,以往的內容主要是針對本課程的研究對象、基本概念、課程的地位和作用以及本課程的學習方法等展開的。但是,為了培養學生的創新意識,調動學生的創新積極性,除了經典部分的闡述外,還有必要結合現代科學技術的飛速發展,重點闡述機械原理學科的發展動向。如在機構的結構理論發展發面,可以讓學生了解:為了廣泛應用機電一體化技術,當今社會也迫切希望開展包括對液壓、電磁、光電等非機械傳動元件的廣義機構設計。在對機構的平衡問題進行介紹時,引申到機構的動力學研究,進而讓學生了解到大型機械設備的故障診斷和在線監測都是現代研究者關注的重點。有意識地將一些機械原理學科前沿的研究引入教學內容中,如微型機械的研究,它不是將傳統的機械直接微型化,而是已經遠遠超出了傳統機械的概念和范疇,是涉及多學科的綜合技術的應用,也推動了處于機械原理學科前沿的微型機構學分支的產生。結合一些相關視頻資料,學生在課堂上獲取到這些知識的同時,興趣也被調動了起來,拓寬了知識面和視野。讓學生意識到“創新是一個民族進步的靈魂,是國家興旺發達的不竭動力”,“一個沒有創新能力的民族,難以屹立于世界民族之林”[3]。

此外,在教學內容的創新改革中,還可以嘗試重心的轉移,強調創新設計能力的培養,突出計算機的應用。教師在教學過程中逐漸實現淡化圖解計算分析,強化解析法內容的教學,進一步加強學生對機械系統設計的綜合認識。這種重心轉移體現在:由圖解法為主向解析法為主轉變,使計算理論與計算機技術統一起來,提高機構設計的效率和正確性;由手動設計計算向計算機自動計算轉變,提高學生計算機應用能力;由過去重機構分析計算向重機構綜合轉變,提高學生機構方案構思與設計創新能力和綜合應用知識解決實際問題的能力。在教學中不斷地營造創新環境,大大提高了學生的創新積極性。

二、教學方法的創新

教學方法應該能夠配和教學內容的改革。創新素質就是指由知識結構、智慧品質、人格品質三種成分有機結合構成的綜合素質。創新教育就是要培養具有這種綜合創新素質的學生。在當前課堂教學中,以知識傳授為主導的教學方法并未根本改變,教與學的關系是以教師為主導、為中心的,這種方式在某種程度上制約了學生的學習主動性及其創新潛能的發揮。在機械原理課程的教學方法上,應加強與學生的互動,要將以教師為主的“灌輸式”教學向以啟發式、問題式、討論式教學為主的新的教學方法轉變,讓學生從被動學習轉變為主動學習,真正成為教學活動的主體。以學生為本的創新教育教學方法可以通過以下幾個方面來實現:鼓勵學生不迷信書本知識、不迷信權威觀點,敢于提出問題,無論課堂內外,對于任何問題都應多問幾個為什么。如對“極位夾角”的概念解釋,大部分教材上的定義是“搖桿處于兩極限位置時,相應的曲柄位置線所夾的銳角”。在教學中可以引導學生進行思考,對這個廣泛應用的定義提出質疑———是否所有的“極位夾角”都是銳角,是否有鈍角的情況存在,而不是直接給出學生更完善的定義。在這個過程中,學生開始學會發現問題,也開始嘗試如何自己解決問題。

鼓勵學生的求異思維和發散思維,開闊學生的思路。當然,創新離不開科學的根基,引導學生要堅持科學的思維,在提出自己獨特見解的同時,也應該能用科學的理論對其進行解釋和驗證。鼓勵學生多參加親身實踐,只有親自動手驗證了創新思維的正確性,才能真正達到創新的目的。機械原理是一門既有高度的抽象性,又有很強實踐性的課程。如機構運動簡圖、機構運動分析與力分析模型等都是從實際機械中抽象出來的,許多的概念需要通過動態過程才能得到準確描述。原來的教學方法大多通過教師手工繪制或將靜態圖展示給學生,教學效果并不理想。因此,現在的教學方法中采用多媒體手段教學,課件中涵蓋了豐富的三維動畫、趣味的圖片、簡潔的文字等。通過教師講解、動態演示與板書相結合的方式,使學生在學習中可直觀地了解機構的運動過程及其所具有的特性、產生的各種現象,加快了學生對諸如“死點”、“急回特性”等概念、原理的理解速度,激發起學生的好奇心,強化了直覺思維,加深了學生對這些概念所表達物理意義的理解程度。

三、教學手段的創新

在教學手段上,著重培養學生對機械系統的整體認識,注重學生的參與,與機械原理課程設計、機械原理創新實驗相結合,加強學生對所學基礎理論知識的理解。培養學生應用所學過的知識,獨立解決工程實際問題的能力,培養學生的創新設計能力,使學生得到一次較完整的設計方法的基本訓練。在機械原理課程設計中,教師通過介紹創新設計的方法和展示創造發明實例,啟迪學生創新的思維,讓學生了解設計過程,掌握設計方法。在設計過程中,能在認真思考的基礎上提出自己的見解,充分發揮自己的創造性,不是簡單的抄襲或沒有根據的臆造。教師僅指明設計思路,主要啟發學生獨立思考。設計方案確定后,安排學生向小組成員介紹自己的方案,并與其他成員討論,這樣既提高了學生學習興趣,調動了學習主動性,又破除學生對創新設計的神秘感,有助于讓學生對自己的設計方案有全面的認識,使學生受益匪淺。

機械原理創新實驗是一個針對機械類或相關專業學生的開放性動手實驗。它是一個很好地培養學生主動學習能力、獨立工作能力、創造能力以及團隊協作能力的平臺。學生自己擬定、設計機構運動方案,根據機構組成原理對桿組進行拆分,再將構件正確拼裝實現機構的運動,這個過程就要求學生必須將所學的理論知識充分地運用到具體的實驗中去。例如,學生要設計并實現一個具有急回特性的送料機構,該機構就有多種搭建方案,實驗過程中學生首先提交自己根據要求擬定的設計方案,繪制該平面機構的運動簡圖,再計算所有的桿長、角度、位移等數據,然后在此基礎上將運動簡圖搭建為能夠正確運動的實驗機構。設計過程中學生將會接觸到機械原理的各大機構,也會進一步深入了解各大機構的運動特點,而搭建過程又會涉及到機械設計及零件的知識。將學生分為多組,同組學生共同擬定實驗方案、協同完成實驗,最后各自撰寫實驗報告。在設計和拼接過程中學生會遇到各種在理論學習中很少遇到的問題,在發現問題、解決問題的過程中學生各方面的能力也得到了很好的綜合培養。該創新實驗用問題法、探究式教育來培養學生的創新意識和科研能力,讓學生學習到了許多課本上學不到或曾經被忽略的知識,參加過創新實驗的學生都深有體會。