设计技术论文范文

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关键词：机械设计；CAD技术

1CAD技术的发展

CAD(ComputerAidedDesign)是计算机辅助设计的英文缩写，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Com-puterAidedManufacturing，CAM）和产品数据管理技术（ProductDataManagement，PDM）及计算机集成制造系统（ComputerItegratedmanufacturingsystem，CIMS）集于一体。

产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(IntelligentCAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。

以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。

2三维CAD技术在机械设计中的优点

通过实际应用三维CAD系统软件,笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势,具体表现在以下几点:

2.1零件设计更加方便

使用三维CAD系统,可以装配环境中设计新零件,也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件,既方便又快捷,避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来,使人一目了然。

2.2装配零件更加直观

在装配过程中,资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系,若装配不正确即予以显示,另外,零件还可以隐藏,在隐藏了外部零件的时候,可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示,对于有一定运动行程要求的,可检验行程是否达到要求,及时对设计进行更改,避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。

2.3缩短了机械设计周期

采用三维CAD技术,机械设计时间缩短了近1/3,大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时,只需对其中部分零部件进行重新设计和制造,而大部分零部件的设计都将继承以往的信息,使机械设计的效率提高了3~5倍。同时,三维CAD系统具有高度变型设计能力,能够通过快速重构,得到一种全新的机械产品。

2.4提高机械产品的技术含量和质量

由于机械产品与信息技术相融合,同时采用CADCIMS组织生产,机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法,如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等,保证了产品的设计质量。同时,大型企业数控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工,一致性很好,保证了产品的质量。

3CAD技术在机械设计中的应用

3.1零件与装配图的实体生成

3.1.1零件的实体建模。CAD的三维建模方法有三种,即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中,都有一些基本体系。如在AutoCAD的三维实体造型模块中,系统提供了六种基本体系,即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件,可通过对其进行结构分析,将其分解成若干基本体,对基本体进行三维实体造型,之后再对其进行交、并、差等布尔运算,便可得出零件的三维实体模型。

对于有些复杂的零件,往往难以分解成若干个基本体,使组合或分解后产生的基本体过多,导致成型困难。所以,仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此,可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓,然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”,进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。

3.1.2实体装配图的生成。在零件实体构造完成后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位置,按各零件所在的坐标进行“装配”,这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。

3.2模具CAD/CAM的集成制造

随着科学技术的不断发展,制造行业的生产技术不断提高,从普通机床到数控机床和加工中心,从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE,制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时,模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等,几乎覆盖了整个现代制造技术。

一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基础,进行统一管理,而实体造型是工程数据的主要来源之一。

3.3机械CAE软件的应用

机械CAE系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后,才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。

4CAD前沿技术与发展趋势

4.1图形交互技术

CAD软件是产品创新的工具,务求易学好用,得心应手。一个友好的、智能化的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作中。因此,智能化图标菜单、“拖放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。

4.2智能CAD技术

CAD/CAM系统应用逐步深入,逐渐提出智能化需求.设计是一个含有高度智能的人类创造性活动。智能CAD/CAM是发展的必然方向。智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库,及时准确地向设计师提品开发所需的知识和帮助,智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能,使设计新手也能做出好的设计来,现代设计的核心是创新设计,人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中,用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造,这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。

4.3虚拟现实技术

虚拟现实技术在CAD中已开始应用,设计人员在虚拟世界中创造新产品,可以从人机工程学角度检查设计效果,可直接操作模拟对象,检验操作是否舒适、方便,及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题,及早看到新产品的外形,从多方面评价所设计的产品.虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程.虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析,以评价其性能,可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等,基于虚拟样机的试验仿真分析,可以在真实产品制造之前发现并解决问题,从而降低产品成本.虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向.另外,随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展,利用基于网络的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技术,实现真正的全数字化设计和制造,已成为机械设计制造业的发展趋势。

参考文献

[1]黄森彬主编.机械设计基础.高等教育出版社.

[2]荣涵锐.新编机械设计CAD技术基础〔M〕.北京:机械工业出版社,2002.

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在教学实践中我利用传感技术仪器进行实验能够得到很好的实验效果。分析教材、根据教学目标及学生的年龄特点合理选择利用数字化传感器材能够有效提高课堂实验效果。课堂实验探究的高效，传感技术仪器的有效使用，不仅需要分析教材，合理选材，还需要精心设计实验方案。只有通过有效的实验设计和规范的实验操作，以学生为主体性，让学生配合教师来完成实验，学生便于理解，又可增加学习兴趣，才能使实验变得简单易行，达到教学目标。以下是四上年级《运动起来会怎样》一个有关于心率传感器的实验。首先，连接手握心率传感器、界面和计算机。其次，启动LoggerPro或LoggerLite软件，最后，程序将自动识别手握心率传感器，这样就可以准备采集数据了。测量一个人在激烈活动，例如做跳跃运动前、之间和之后的心率；测量一个人在运动后的心率返回平常心率要多久。让学生在探究实践的过程中，注重体验和感悟，又便于学生对知识的接受和理解，从而也激发学生的兴趣。

二、传感技术探究实验室的组建

为了提高实验探究效率，保证实验教学的有效开展，创建探究实验室，合理利用“数字化”仪器设备是非常重要的。数据采集器和传感器的配备，主要用于采集并储存实验数据并根据探究需测定的参数。通过政府采购，我们采购到探究实验室套材，主要有湿度、音高、音量、光强、pH值、溶解氧浓度、电流、电压、氧气含量、二氧化碳含量等传感器，还可以根据需求来自行选择；同时，这些仪器的轻巧与便携还为学生进行户外探究提供了可能。计算机软件的安装将传感器插入计算机时，传感器可以精确地测量实验中获取的各种数据，并通过数据采集器传到计算机中，计算机经由配套软件将数据以表格和图像的形式呈现，并进行分析处理。

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1研究背景

随着物联网、智能软硬件的发展，移动技术正逐渐渗透到人们的日常生活中，改变着人们的学习、工作以及生活方式，加快了我国由制造型国家向创造型、创新型国家转变的步伐。然而我国的教育模式仍然以应试教育为主，以考试分数的高低来评价学生的能力。因此学生的创新、创造能力不能得到很好的培养，而构建创造型国家的关键在于培养创新、创造型人才，而创新型人才的培养关键在于创新教育模式。2016年教育部的《教育信息化“十三五”规划》中提出要“积极探索信息技术在‘众创空间’，跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育模式的应用，着力提升学生的信息素养、创新意识、创新能力，促进学生的全面发展”。创客教育的出现到风起云涌，为教育的改革创新提供了新的契机，正逐渐改变传统的教育理念、模式以及方法。他能更好地培养学生的创新意识，综合实践能力，让学习变得更有意义。基于上述原因作为一线教师在教学中对高职媒体设计类课程进行了创客教育理念下的教学设计并进行了应用，对课堂教学进行改革。

2创客和创客教育

在以学科整合为核心的STEM教育出现之后，随着互联网和信息技术的高速发展，以创造为主要目的的创客运动悄然兴起，创客、创客空间等相关新名词在教育领域相继出现。创客起源于美国，源自英文单词Maker。创客是指不以赢利为目的，借助网络技术、智能软硬件设备努力把各种创意转为现实的人群。他们没有年龄、性别、种族之分，任何人都可以成为创客，创客们所从事的创造活动都是在创客空间亲自动手实践完成的，在此过程中由学生担任创造者的角色，教师仅仅是支持者。创客、创客空间的兴起使得创客教育应运而生。创客教育指通过制定制度鼓励学生开展创客活动，将理想变为现实，从而培养学生发现问题、解决问题以及独立创造能力的一种教育方式。随着创客教育的发展，创客不仅局限于在学校拥有创客空间，同时鼓励在家里构建家庭创客空间，在社区创建社区创客空间，从而培养学生创造意识，营造创新氛围，通过网络将学校、社区、家庭创客空间相互连接，形成创客网络共同体。在创客网络共同体中创客们可以分享自己的作品、产品，可以交流自己的创意。

2.1移动技术支持下创客课程设计

创客教育是一种将移动技术与教育相融合，以“做中学”为基本理念的一种培养创新人才教育模式。在“网页设计”课堂教学中培养学生的创新意识、艺术设计能力和创作思维，以实现每一位同学的创意能够实现。

2.1.1课程教学目标

“网页设计”是计算机专业学生必修的一门专业课程，该课程的教学目标是学生在掌握网页设计的理论基础和软件基本操作后，通过自主探究、小组合作完成每一个项目的制作，使学生通过将理论与实践相结合，根据自己的创意最终能独立设计并制作出一个完整的网站。

2.1.2课程教学内容

“网页设计”是一门综合性较强的课程，它涉及多种学科知识的融合。其内容主要划分为3个模块：界面设计、页面布局、网站制作实战，课程共72个学时。（1）“界面设计”这一部分的主要内容是学生通过阅读教材或上网查阅资料，了解网页设计的理论基础，网站建设的流程、发展趋势、色彩搭配以及网页设计的流行趋势。最后教师将学生收集到的资料进行归纳，对学生自己所吸收的知识观点进行积极地引导并提升。界面设计这部分内容涉及艺术欣赏，学生之前多欣赏优秀的网页，多了解网页设计的流行趋势这对学生的动手操作打下了基础。（2）“网页布局”，布局指网页文字、图片、表格等元素等内容如何设置才能吸引浏览者的注意力。对于这部分内容学生通过上网浏览或阅读书籍了解网页布局的常见类型以及优秀的网页布局的特点，教师对学生收集的内容进行总结，然后针对常用的页面布局类型用CSS语句进行实现。（3）“网站制作实战”这部分主要锻炼学生对网页设计知识的综合应用。由于网页设计是一门实践性很强的课程所以这一部分是不可缺少的。主要以真实情景中问题需要为项目来源，利用小组合作的方式来提升学生们的创新能力、实践动手能力和合作能力，最后学生们创作出一个体现自己创意的网站。

2.2课程教学资源的设计

“网页设计”是一门综合实践性较强的课程，所以在这门课的教学中尝试了创客教育模式，教室不是传统的固定座椅的教室而是创客空间，教师不再是主讲者而是支持者、引导者，学生不是参与者而是创造者。因此这门课程的教学资源教师会根据小组的实践情况，推荐或提供相应的资源，如微视频、创客空间等。2.3课程教学过程的设计“网页设计”这门课程需要在掌握基本的理论基础后，通过进行大量的动手实践才能制作出好的网站，所以在这门课程的教学过程中，将分配大量的时间在设计和制作这两部分。首先，好的创意和功能模块是网站的灵魂，有好的创意理念才能制作出好的网站。其次，制作部分涉及，的实践有PS界面制作、html+css页面布局以及后台数据库，这些都是要通过反复实践练习才能充分掌握的。在实践过程中，学生通过自己发现问题、解决问题从而完善巩固自己的知识，激发学生的创新思维。以学生小组合作制做主题网站为例，运用创客教育模式，开展教学，培养学生的创新思维以及创造能力。学生小组合作制作网站，不仅锻炼了学生网站设计与制作的能力，还能培养学生的创新思维，团队合作。在这部分的课程内容设计具体过程如下：（1）构建创客团队。由于这门课程的综合性比较强，所涉及的具体内容有PS设计、html+css页面布局和数据库这3个方面，因此首先通过调查了解学生对这几块内容的兴趣特长，然后对学生进行分组3~4人为1组，每一组中的学生都分别具备相关的特长。（2）确定创作的内容主题。教师结合真实问题情景确定主题，如某公司的企业网站、学校的网站或供大家学习交流的网站等，这些网站都是存在于学生周围，并且比较熟悉的内容。学生可以根据教师给予的主题自己构思、调查，相互讨论将自己的创意想象得以充分发挥。（3）开始创作。创客们通过阅读书籍，查阅网络资源，相互交流动手将自己的实践将创意进行创作，创客们在发现问题解决问题的过程中，学会思维，学会将知识融会贯通，从而一步将自己的创意转变成自己的作品。教师在此过程中给学生提供所需要的资源、创客空间。当然在此过程中教师要给学生一个具体完成作品的时间，否则学生容易拖拉。（4）评价。在开展创客教学评价时，以过程评价为主，教师将从学生的学习过程、作品、小组间的互评来进行展开。对于作品的评价首先由小组成员进行展示作品并陈述作品的创意，以及在创作的过程中遇到的问题以及解决的方式方法，然后教师从审美、功能、创新性、完成程度等给予点评。

3结语

在传统教学中，老师以讲授为主，学生只是参与者被动地接受知识，在创客教学中教师仅仅是支持者，学生是主角创造者。由于受传统教学的影响，在本次开展创客教学改革的过程中，有收获同时也遇到了挑战。学生的学习积极性有所提高，学生思考问题的能力、解决问题的能力显著提升，自主学习的能力有所加强，当然也遇到了一些挑战。开展创客教学的初衷是以学生学习、思考、实践为主。对于成绩好的学生而言，他们很乐意接受；而对于学习能力较弱，学习积极性不高的学生，他们感觉茫然，不知从何处入手。再者由于高职学生学习的主动性不强，所以只有2~3组的同学能主动开展创作，而其他的组采取被动、敷衍了事，甚至抱怨老师的态度。通过引导和转变观念，学生的学习情况虽然有好转，但从最终作品来看仍然不够理想。

作者:王英彦 单位:义乌工商职业技术学院

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2技术手段

2.1金属材料建筑表皮技术优势

金属表皮已经成为当下十分流行的趋势，铝合金、钛锌合金、铜等材料等在建筑设计上得到了广泛的应用。金属具有稳定的物理性能，正如金属具有延展性，能被弯曲、扭转以及变形，却不影响本身特性。同样金属表皮耐久且具有自洁性能，并且规模化车间的生产减少了现场施工量，易于加工，促进了生产效率提高。金属本身的耐腐蚀、耐久性都较其他材料要强，以金属构建形成的建筑表皮甚至能够获得与建筑主体结构同步的生命周期。预装配化施工，缩短施工周期。金属的材料性质决定了其可以在工厂中大规模加工生产，进而在工地进行组装，极其便于施工，能够大大的缩短施工周期，降低了人工成本。现代技术不仅能让金属表皮能够创造新颖的外部形象外，而且又能起到保护与创新的双重作用。透过金属表皮，原有建筑透过金属表皮传达出历史的信息，视线又会被其所表现出的不确定性所吸引，传统与现代在轻薄的表皮上得到同时呈现。

2.2金属材料建筑表皮的节能与环保

莲塘/香园围口岸联检大楼概念设计是通过大量的节能设计计算的，例如辐射计算、对铜、锌板角度的模拟测试等，该设计力求符合当今低碳节能的设计潮流，达到一个绿色建筑应有金属表皮的拆卸或重新安装比较方便，能回收循环再利用起到生态节能的作用。环保在材料的应用上也尤为重要，金属表皮能够减少污染的产生，可以有效地过滤太阳辐射，并且能够配合自然通风、太阳能照明取热等节能技术（图5），保证了室内实现向外渗透地最大可能性。与此同时，金属材料的可重复利用性减少了材料的浪费，并且采用预处理技术减少二次污染。金属材料是回收率最高的建筑材料，常用的金属制品废弃之后有75%可以回收再利用，而铜的回收率则达到了100%。另外，金属材料不会对环境造成污染，可谓是名副其实的绿色环保材料。

3技术美学

3.1新美学基础

20世纪以来，建筑表皮逐渐地从结构的束缚中解脱出来，在建筑师们的不断的尝试与创新中，通过运用新型的建造技术拓宽金属的材料形式并挖掘材料更深层次的表现潜力，形成金属材料多元化的建筑语言。如今，金属早已成为一种重要的表皮材料，引领着当下十分流行的表皮发展趋势。各种新型的合金、冲孔、板网、格栅或编织网形式的金属材料在幕墙及建筑屋面系统中得到广泛地应用。我国对技术美学的研究不断地拓展和深化，在借鉴与吸收国外研究成果的基础上，探索一条符合中国当代技术美学理论与内容的体系。目前国内认为技术美是技术美学的最高范畴，它是技术活动和产品所表现的审美价值，是一种综合性的美。从构成来看，技术美主要内容是功能美，也包括形式美和艺术美。新美学的基础必须建构自己独特的观念及范畴体系，揭示其自身研究领域的审美规律。

3.2技术美学产生根源

目前国内技术美学研究大多是关于基本原理的研究，对技术美学思想史的研究还很少。并且，对西方技术美学思想产生、发展的介绍也只限于西方工业革命以后，如新艺术运动、包豪斯及工业设计的兴起、发展过程等等。其实，技术美的创造不只是大机器生产出现以后才有，技术作为人类改造自然的手段和方法，它不仅包括机械化工业技术，也包括工业革命之前的手工技术。因此，技术美的创造及其思想也不只是工业革命以后才出现的。正如竹内敏雄所指出的：“一般意义上的技术同人类历史一道自古以来就存在着，古代的手工艺也好，现代的工程技术也好，都包括在内。只是在它们之间，功能的效率相差悬殊，而只要随着那一种产品都符合各自的目的，并伴随着那种程度的美的效果。那么，在它的技术美的结构上就没有本质的差异。”

3.3技术美学发展趋势

现如今，建筑师越来越认识到技术对象的审美价值。他们试图在自己的美学理论中对此加以分析，扩大研究视野，为理论体系纳入新的内容。技术美学作为一门应用学科不能停留在形而上的抽象议论层次，而应具有强烈的实践性和可操作性，用于指导当代物质审美文化建设。技术美学作为一门应用学科不能停留在形而上的抽象议论层次，而应具有强烈的实践性和可操作性，用于指导当代物质审美文化建设。技术美学对实践的介入主要通过设计活动来进行，它不仅为最佳而合理的设计观提供思想基础，也为设计活动提供理论指导。技术美学不只是美学自身的逻辑发展和延伸，更是人类实践过程中审美创造智慧的结晶和运用。技术美学对实践的介入主要通过设计活动来进行。它不仅为最佳而合理的设计观提供思想基础，也为设计活动提供理论指导。技术美学不只是美学自身的逻辑发展和延伸，更是人类实践过程中审美创造智慧的结晶和运用。当代技术美学研究不应只是告诉人们什么是技术美，更重要的是使人们懂得怎样才能创造和实现技术美。技术美学研究不仅要解决带有普遍意义的设计观念、方法等宏观问题，也应该关注设计实践中的具体问题，把技术美学的基本观点微观化、具体化，用于解决物质生产和生活领域审美创造中的许多复杂的问题。这样，技术美学才具有强大的生命力。

4技术美学应用案例及总结

4.1半透明的金属表皮

现代建筑重要特征是技术在建筑艺术中的觉醒，注重发挥建筑结构和建筑材料的性能特点，不去掩饰它们，而是将其作为建筑造型的表现要素之一。建筑中的支撑结构与表皮的分离使表皮成为一个相对独立的膜结构，这种分层构造，为表皮材料提供了可能性，例如瑞士建筑师赫尔佐格及德梅隆在美国旧金山deYoungMuseum中铜穿孔板的使用。穿孔板的纹理重现了阳光下斑驳的树影意向，创造出诗意的建筑（图6）。

4.2承重的金属表皮

OMA为PRADA旧金山店设计的建筑表皮，采用横隔板结构，将钢骨架安装在与基础同标高的支撑结构上，使建筑结构更加牢固。不锈钢厚度为25mm，使之满足结构要求，并且在295mm宽交错栅格上打圆孔从而减轻自重并扩大建筑内外视野（图7）。这些圆孔由水柱切成，从栅格、孔的分布和大小中，能够反映出不锈钢板可以承受的来自侧向力的压力，在压力较小的区域可以只留下满足结构需求的材料。

4.3金属表皮对旧建筑的保护

Peripheriques建筑事务所设计改造了巴黎历史中心附近校园的一栋建筑。策略是在原有建筑框架概念的基础上进行改动，将原来的一个庭院改造为两个，其中一个用ETEE膜加以覆盖，十几种不同图案的穿孔铝板构成了外部表皮，用一个Z型的斜面引导着人流和视线的到达。改造后的建筑色彩丰富，在不同区域的颜色有助于空间方向感的定位。