机械产品创新设计范文

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（2）创新设计就需要机械设计人员发挥创造性思维，融合最新的科技成果，结合现代的设计理念和方法，考虑产品的实用性、易用性等因素，设计出具有市场竞争力的机械产品。原创设计、变异设计和反求设计是机械产品创新设计的三种主要形式。机械产品的创新并不是单纯的指产品本身，从产品概念到产品销售整个过程是需要有创新思维。

（3）绿色机械产品创新设计很明显就是绿色设计与创新设计相结合，生产出既节能环保，又充满特色的产品。现实中，很多产品虽然具有创新，但是并不环保，而有的考虑了环保特点，产品本身却没有什么新意。机械产品一定要充分兼顾绿色环保特点和创新特点，相互融合，构成一个完整的绿色机械产品。

2绿色创新设计原则

2.1安全可靠

安全可靠始终是一切产品的首要原则。对于机械产品而言，零件的机械强度、刚度、热平衡性、稳定性和耐磨性都需要满足要求。在设计上要保证科学合理，材料选取要正确，加工工艺和装配都需要满足安全可靠的原则。

2.2生态效益

我们产品的最大特色就是绿色环保，生态效益自然是不可或缺的原则。我们强调的绿色环保不单单是产品生产过程中环保，在今后的使用过程中也需要对周围环境无污染。我们在零部件选择的时候就要选取无毒、无害、无辐射的材料。还有尽可能减少对材料和能源的需要。材料的选取完成后，机械产品本身也需要考虑污染问题，期中噪声是重要的因素。机械产品工作时发出的声音是噪声的一个很大的污染源。长期处在这样的环境下，对人的健康有很大的危害。低噪声设计成为了机械设计一个重要的原则。所有我们在机械产品设计上就要考虑生态平衡的需求，坚持绿色设计理念。

2.3人机工程学

现在的设计更注重“以人为本”的原则。我们在机械产品的设计中，要充分考虑人和机器的关系，使得人-机器-环境三者相互协调，人的工作能力与机器的作业需求相适应，营造出舒适、高效、安全的工作条件，最终提高整个系统的工作效率。除了这些之外，机械产品的外形、颜色也要与产品本身定位和环境协调好，比如冰箱应该用冷色的，给人清凉的感觉，医疗器械用浅色，给人安静卫生感觉。产品外形也要比例合适，让人看着大方，美观。

2.4经济效益

我们生产的毕竟是机械产品，目的还是要为企业带来更多的利润，所以经济效益是我们不得不考虑的问题。机械产品既要满足客户的要求，还有尽可能成本低廉。为了达到经济最佳性，产品的设计和制造都该考虑在内。

3绿色创新设计的特点

（1）能体现绿色环保的理念。机械产品设计者以绿色环保为前提，利用创造原理，发挥创新思维，充分寻找产品的创新点。绿色机械产品的创新重点放在在制造、使用到回收利用都要考虑其可能对环境造成污染和对资源的浪费的点。

（2）传统的机械产品设计更看重的是产品的使用功能属性，缺乏环保意识。绿色机械产品设计考虑的是产品的全周期。

（3）强调程序化思考和创造原理。机械产品创新不仅依赖创新性思维，还要应用创造原理。有时直觉思维、逻辑思维和抽象思维等不能满足设计要求的时候，就需要建立设计方案形态学矩阵，让创新变成程序化的思考过程，这样克服了经验总结设计的不足，更容易生产创造性的产品设计思路。

4绿色创新设计的方法

4.1 逆向设计法

逆向设计是相对正向设计而言，其基础是应用逆向思维，利用事物的对立面。如对立、对立并存、对立综合等，从原理逆向、大小逆向和属性逆向等方面进行绿色创新设计。①简化。简化产品结构。如减少部件的数量，以便于装备、拆卸、减少紧固件数量等；简化拆卸过程。如结构设计时，采用易于拆卸的连接方式，减少紧固件数量等；简化回收工艺：废旧产品的回收工艺技术应简单可行。②极小化。朝极小化方向思考：如产品的轻、薄、短、小化。③极大化。朝极大化方向思考：如采用新技术、新原理、新材料等构思功能极大化的结构简单、材料少、体积小、重量轻、可靠性高、寿命长的产品。④废旧产品的回收利用。利用新构思、新技术、回收利用废旧产品。回收资源、减少环境污染，如对全塑汽车的回收利用。

4.2 移植法运用其它领域绿色设计和创新设计的理论、方法和技术，研究本领域绿色设计和创新设计中存在的问题，开发具有绿色特点的新产品

①原理移植。如将太阳能炊具的集热原理移植到雨伞上，研制成雨天挡雨，晴天能烧水或做饭的新型多功能伞。

②结构移植。如将机床滑动摩擦导轨的摩擦面置于滚子间，则得到牵引力小，传动效率高，系统简单，维修方便的滚动摩擦导轨。这种新型导轨是平面滚动轴承结构方式的一种移植。

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关键词：绿色；机械产品；创新设计

Key words: green；mechinary products；innovation design

中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）33-0263-02

1绿色机械创新设计

1.1 绿色设计绿色设计是指借助产品生命周期中与产品相关的技术信息、环境协调性信息、经济信息等，利用并行设计等各种先进的设计理论，使设计出的产品具有先进的技术性、良好的环境协调性以及合理的经济性的一种系统设计方法。绿色设计要求产品具有以下属性：节能、可拆卸和可维修性、产品报废后的可回收和可再利用、不含有害物质、废弃物的处理过程经济或不会对环境、安全和身体健康造成危害等。

1.2 创新设计创新设计，要求设计者充分发挥创造性思维，吸收最新科技成果，运用现代设计理论和方法，设计出更具竞争力的新颖产品。机械产品创新设计类型可分为三种：原创设计、变异设计和反求设计。现代公司必须致力于开发新产品，必须学习如何有效的创新，从产品概念到投放市场，都必须融合新的“设计”。产品设计可以看成是一种以解决问题为直接目标的活动，需要一系列复杂而系统的努力，包括：提出拓展设计概念，修改细节，评价合理的解决方案等。

1.3 绿色创新设计绿色创新设计是绿色设计与创新设计互相交合后产生的一种具有绿色特点的创新设计。目前产品开发中，有的绿色设计是创新设计，有的绿色设计不是创新设计；绿色设计与创新设计不应互为排斥，而要互相交合，形成绿色设计中有创新设计，创新设计中有绿色设计，构成绿色创新设计。绿色创新设计是综合考虑环境影响和资源效率，应用创造性思维，进行创新设计的一种方法。

2绿色创新设计原则

2.1 生态效益最好原则绿色设计强调不论是在产品制造过程中，还是在产品使用过程中，都要求产品对周围环境“零污染”。这就要求在设计过程中尽量选择低污染的材料及零部件，避免选用有毒、有害和有辐射性的材料；设计能源消耗少的产品，减少对材料和资源的需求，保护地球的矿物资源。噪声也是一种环境污染，影响到人体健康。随着环保意识的增强，人们对环境要求越来越苛刻，低噪声设计日趋重要。从设计上就考虑产品的生态平衡性，应用绿色设计理念，是一种从源头上控制污染的有效策略。

2.2 经济效益最好原则设计的机械零件既要功能满足客户要求，又要成本低廉。考虑经济最佳性必须从设计和制造两个方面上入手。设计上保证合理的原理方案，选用正确的材料；制造上考虑零件的加工工艺性和装配工艺性。

2.3 安全可靠原则安全可靠是机械产品品质的保证，必须确定零件在强度、刚度、耐磨性、稳定性及热平衡性上满足设计要求。对于重型机械，一般要求有自锁装置和保险装置，以确保操作员人身安全。

2.4 人机工程学原则绿色设计倡导“以人为本”，进行人性化设计，实现对人体的良好保护。通过研究组成人机系统的人和机器的相互关系，以提高整个系统的工作效率，并使“人一机器一环境”相互协调，以求达到人的能力与作业活动要求相适应，创造高效、舒适、安全的劳动条件。机器外观造型应比例协调、大方，给人以时代感和美感，色彩要和产品功能相适应。如医疗器械要用浅色，给人以卫生、安静感；冰箱、制冷器要用冷色，给人以清凉感。绿色设计与传统设计的根本区别在于：绿色设计要考虑产品的整个生命周期，从产品的构思开始，在产品的结构设计、零部件的选材、制造、使用、报废和回收利用过程中对环境、资源的影响，希望以最小的代价实现产品“从摇篮到再现”的循环。绿色设计综合考虑环境因素和资源利用率等。

3绿色创新设计的特点

3.1 体现绿色设计理念基于绿色原型的创新设计所依赖的设计实施技术方法群是建立在绿色设计的理论基础上，设计者充分利用创造原理，发挥创新性思维，以寻找产品设计的创新点。其重点表达产品在制造、使用和回收利用的过程中可能造成的对环境的污染及资源的过分消耗。

3.2 面向产品全生命周期进行设计传统设计方法局限于考虑产品在使用过程中具有的功能属性(使用功能)，设计者缺乏环境保护意识。在基于绿色原型的创新设计中，强度方案设计是基于产品全寿命周期，通过分析产品在设计、生产、使用和再利用整个过程可能造成的对人和周围环境的影响。

3.3 强调创造原理与程序化思考创造性活动的开展和完成，不仅依赖于创新性思维，更需要应用创造原理。当逻辑思维、直觉思维、抽象思维等创新思维不能满足产品设计要求时，通过建立设计方案形态学矩阵，进行系统的搜索，把创新变成程序化的思考过程，能够克服经验总结设计的不足，促使创造性成果的生成。

3.4 超前性、综合性与先进性特征①超前性。绿色创新设计体现了未来新产品开发的趋势，将有助于缩短新产品开发周期，如快新产品开发，使开发的新产品更能符合满足未来社会的需要，具有超前性。②综合性。绿色创新设计综合了绿色设计和创新设计的概念、方法、特点、技术等各种因素，形成新的设计方法或设计思路。从创新设计的角度看，绿色创新设计是绿色设计与创新设计的有机联系与综合。③先进性。绿色创新设计是对绿色设计和创新设计各种因素的优化组合，增加了新产品的价值，是面前市场，具有竞争优势的设计。

4绿色创新设计的方法

4.1 逆向设计法逆向设计是相对正向设计而言，其基础是应用逆向思维，利用事物的对立面。如对立、对立并存、对立综合等，从原理逆向、大小逆向和属性逆向等方面进行绿色创新设计。①简化。简化产品结构。如减少部件的数量，以便于装备、拆卸、减少紧固件数量等；简化拆卸过程。如结构设计时，采用易于拆卸的连接方式，减少紧固件数量等；简化回收工艺：废旧产品的回收工艺技术应简单可行。②极小化。朝极小化方向思考：如产品的轻、薄、短、小化。③极大化。朝极大化方向思考：如采用新技术、新原理、新材料等构思功能极大化的结构简单、材料少、体积小、重量轻、可靠性高、寿命长的产品。④废旧产品的回收利用。利用新构思、新技术、回收利用废旧产品。回收资源、减少环境污染，如对全塑汽车的回收利用。

4.2 组合法将两个或两个以上的技术要素通过巧妙的组合，获得创新绿色产品的方法。①材料组合。如A绿色材料+B绿色材料C绿色材料。②工艺组合。如标卖内喷涂绦子激光处理新工艺。③技术组合。如以无污染、资源广泛的纯水作为液压传动的工作介质，加快研制适用于纯水的液压元件与系统。④模块组合。不同功能模块的有机组合，构成不同的产品，如集成罚。模块组合有利于产品的更新换代，维修、废弃产品的拆卸回收。

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关键词: 机械产品现代设计方法创新

key words: The engineering products modern design method innovates

现代设计方法是一种需要不断进行创造的活动,也是一种工程活动。现代设计方法是多种设计技术和设计理论与方法的交叉应用,也是设计理论与设计方法和思维变化的延伸,也是设计手段的创新,是计算机化、自动化、虚拟化和最优化、智能化的过程,更是可行性设计与多种技术设计相结合的应用。现代设计方法比之传统的设计方法更正规、更统一,大大提高了工作效率,降低了生产成本,提升了产品质量。

现今,现代设计方法最常用的如下。计算机辅助设计是通过计算机进行辅助信息处理,这主要是利用计算机信息量大,计算速度快并且准确的特点,人和计算机一起来完成设计工作。利用计算机辅助设计有很多优点,计算机辅助设计提高了设计效率,用时比较短,能在短时间内设计出来,设计时间短,就相应地加快了产品的更新换代,产品换代快,出产比较早,就增加了市场竞争力。计算机辅助设计储存量大,能储存大量的设计信息,这些设计信息对的新的设计人员来说是宝贵的借鉴材料,能帮助新手迅速掌握设计要领,快速进入设计状态。计算机辅助设计速度比较快,各种资料综合起来,设计人员可以在很短的时间内设计出多种方案,从这些方案中找出最优化的方案,提高设计的质量,利用计算机,设计人员可以从繁重的资料工作整理中解放出来,把更多的精力放到创造性工作上来,在创新方面寻求突破。计算机辅助设计还可以通过互联网得到大量的最新的市场信息,通过信息进行市场预测,从而在产品设计,生产,制造,销售等工作中,实现人力,物力,财力的最佳分配。

机械动态方面的设计是现代机械设计的一个重要特征,比传统的机械设计更为优化。计算机动态设计是根据机械产品的运载情况,对该产品提出的性能要求和设计准则进行研究,并利用动力学方法进行分析实验,反复进行设计,从中得到最优的设计方案,运用此种设计方法,可以使机械产品在动态方面的性能,能在进行设计工作中就得到预测和最优化设计。

机械设计专家系统是能在专家水平之上进行工作的计算机程序系统。此种方法具有专家丰富知识,能够根据相应的资料,在特定的领域和范围内进行推理,对一些问题提出解决方法。运用此种方法可以提高设计效率和质量,在经济效益方面达到最佳。

机械产品模块化设计是为了满足市场的需求而出现的,它是对一定界限内的不同产品的性能、规格进行分析得出一系列的功能模块,这些模块成为基础,通过对它的选择,重新组合构成不同的产品,以满足市场需求。模块化设计可以增加产品的种类和规格,减少产品的设计和生产时间,为早些推向市场赢得时间。模块化设计还可以为产品的更新换代和产品的开发方面做出贡献,提高产品质量,降低生产成本,增加企业的市场竞争力。

机械系统设计包括计划,外部设计系统,内部设计系统和制造销售等,是利用系统的观点进行设计的一种设计方法。较之传统的设计,机械系统设计对零部件和内部与外部系统的相互影响考虑的较多,克服了传统设计只是注重内部系统设计,注重零件或子系统的性质。机械设计根据系统特点,将内外系统和各个子系统之间的关系进行了综合分析,并且通过各个子系统的协调工作,利用取长补短的特点,实现整个系统的最佳功能。

机械产品的现代设计方法有很多种,除上述方法外,还有人机学设计、摩擦学设计、创造性设计、疲劳设计、反求工程等设计方法,随着科学技术的向前发展,现代设计方法会不断地进行更新。在诸多方法中,并行设计方法是创新最快的设计方法。并行设计以工程数学作为基础,利用计算机辅助设计,是一种系统化的现代设计技术。并行设计利用计算机和网络信息的支持,实现一体化设计,对产品进行全方面的考虑,达到质量最佳,形成更强的市场竞争力。并行设计在产品的开发重组中,进行统一的产品信息组合等,提高产品适应市场的速度,降低了产品开发的成本。

科技的迅速发展,也促进了机械设计方法的更新,其中系统化设计方法,主要是把设计看成是由多个要素组成的一个系统,其中每个系统都具有独立性,并有着内在联系,这些要素进过重新结合后,可以创造出多种方法,实现方法更新。结构模块化设计方法主要是以功能化的产品结构为基础,分解现有的产品,在分解中考虑到各个要素的可行性,从而在早期就能预测到设计中可能会出现的矛盾,提高设计的可行性和可靠性,降低产品的成本。智能化设计方法,其创造性主要是表现在借助于三维图形,智能化软件和多媒体工具等对产品进行开发设计。

机械产品设计借助计算机辅助设计和智能化设计正在向市场需求方向迈进,计算机辅助设计方法还没有达到完全成熟,还在研究阶段。如果将上述方法进行综合考虑,可以得到最佳设计方案,这些方法设计的领域很广,牵涉到工程理论,人工智能理论,计算机,网络设计等,机械产品设计在这方面仍需进一步努力。

只有不断地推出新产品,才能提高市场竞争力,但是新产品具有高风险,高投资和高收益等特点,新产品开发具有不确定因素,其中产品设计方面占有重要地位,如果产品设计的好,就能得到预期的收益,如果设计失败,则会造成亏损。因此在产品设计阶段,就要综合利用上述各种设计方法,全面综合了解市场信息,了解顾客需求,提高产品质量和效率,降低成本。这就需要采用综合设计方法,对新产品进行设计创新,从而促进产品创新。

总之,企业竞争力的关键在于适应市场需求,不断地推出新产品,而新产品的出现又需要产品设计方法的创新,只有如此,才能保障企业的竞争力,促进企业发展。

参考文献:

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随着我国经济、社会的不断发展，各企业都愿聘请有工作经验的员工，也希望员工具有一定的创新能力。但是，目前高等教育培养出来的学生已经无法满足企业的这一基本需求，虽然国家和高校对此进行了教改探索，可是这种现象还没有彻底改变。因此，当前教育工作者最重要的任务就是研究和探索我国工程教育的新模式和新方法。

培养毕业生的创新能力是教育部贯彻落实国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）的重要举措，为此教育部于2009年提出了“卓越工程师培养计划”，借助校企合作，以工程实际为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程素质及工程实践能力。湖南工程学院机械设计制造及其自动化（简称：机械设计）专业作为教育部首批实施“卓越工程师教育培养计划”的专业，为学生开展研究性学习、参与创新性实践活动提供平台，加强学生科学思维和实践动手能力的培养。

为适应新形势下企业对人才的需求，本专业以培养具有创新意识和工程实践能力的优秀人才为目标，在专业特色、教学体构、实践教学模式、创新意识培养等环节展开探索和研究，取得了良好的效果。

“机械产品设计制造综合实践”是培养大学生创新意识、实践能力和创业精神的重要环节。对机械设计专业的学生而言，“机械产品设计制造综合实践”是本专业多门专业课程的综合应用，对培养学生创新能力和实践能力具有独特的优势，一些高校都把现代制造综合实践教学作为重点和亮点进行投资和建设。随着我国制造业的快速发展，现代设计制造技术应用越来越广泛，绝大部分企业为了提高产品质量和加工效率相继购买了数控设备，为此急需一批掌握现代制造技术的高素质人才。现代制造综合实验是机械设计制造及其自动化专业教学中一个非常重要的实践性教学环节，对丰富学生生产实践知识，巩固和加深所学理论知识，了解现代数控加工全过程，培养学生科学、认真、细致的工作作风有着非常重要的作用。

一、培养创新能力，构建“三层次三结合”实践教学模式

1.“三层次”，即基本技能层、综合应用能力与初步设计能力层、工程实践与创新能力层

“三层次”实践教学体构，形成了由单一到综合，由各自相对独立到科学融合的实践教学体系，使学生工程实践能力的培养分层递进。（1）基本技能层：包含大学化学、大学物理等通识基础课程及学科基础课程的实验，机械零部件测绘课程设计，以及金工实习、电工与电子实习、企业认知实习等环节，此层次重点进行基本技能训练。（2）综合应用能力与初步设计能力层：包含机械设计专业课程实验、机械原理和机械设计课程设计、液压传动与控制技术课程设计、生产实习等环节，此层次重点为专业知识的综合应用和初步设计能力的训练。（3）工程实践与创新能力层：包含工程项目训练、机械产品设计与制造综合实践、课外科技活动、企业轮岗训练、毕业设计等，重点培养学生的创新意识与工程实践能力。

2.三结合，即课内课外相结合、校企结合、工程教育与人文精神培养结合

（1）课内课外相结合：课内系统的、循序渐进的实践能力训练，与课外开放性、自主式科技实践活动、社团活动、社会实践活动相结合。（2）校企结合：发挥学校、企业不同教学环境和教学资源以及在人才培养方面的各自优势，把学校以传授知识为主的课堂教育与在企业直接获取实际经验、实践能力为主的生产实践相结合。（3）工程教育与人文精神培养结合：培养履行机械类工程师职责所应具备的专业知识与能力和弘扬并实践以“求真、求实”为主要特征的工程人文精神的培养相结合。

“三层次及三结合”的实践教学体构，即由浅入深、分层次、分模块地进行工程实践教学，形成了“理论-实践-再理论-再实践”分层推进的工程实践教学体构。

二、培养创新意识，探索基于产品设计制造的综合实践内容与模式

我校机械设计专业的人才培养目标是“厚基础、适口径、有专长、强应用”，与企业用人要求实现“零距离”融通，专业原有的实践教学体构已不适应市场新要求。为此，本专业确立了以机械产品、装置设计制造为教学项目，以实践实训为教学手段，以创新意识培养为教学重点的大型综合实践教学环节，探索基于机械产品设计制造课程设计的教学模式（即综合实践），满足企业对人才的现实要求。

“机械产品设计与制造”课程设计是我校机械设计制造及其自动化专业学生在学校完成的最后一项综合实践项目，当校内所有理论学习完成后，要求学生综合运用所学的知识完成具备一定功能和用途的产品总体设计，包括零件设计、工艺设计、加工制造、检验装配，并对加工、装配环节进行质量分析，撰写设计说明书。我校2002级机械设计专业于2005年开始实施综合实践课程教学。近十年来，对综合实践内容及模式不断进行改革和探索，形成了一套行之有效的实践方案。根据对2006-2015届毕业学生的跟踪调查，我校实行综合实践教学是成功的。

综合实践作为训练平台的目的是培养本专业学生的创新意识，与企业用人要求实现“零距离”对接，积累工程经验，培养分析、解决工程实际问题的能力。结合我校机械工程学院的实际情况，只有创新教学内容，改革教学方法，才能达到综合实践教学的目的。

1.教学内容方面的创新

结合我校的实际情况，选择比较复杂并且有技术难度的机械产品或装置作为实践项目。所以，我们精心挑选了各种传统产品，如各类油缸、减速器、千斤顶、齿轮泵、机床夹具、冷冲模等，同时将机械创新设计的竞赛项目无碳小车、指导老师科研子项目等作为实践项目，使其既能在机械工程学院范围内实施教学，还能充分发挥学院现有的设备资源。若选择难度较大的汽车发动机等产品作为实践项目，虽然工程实际意义巨大，但因其技术难度太大，一般高校也不具备这种加工能力，从而达不到综合实践的教学目标。若采用单个的机械零件作为综合实践项目也能进行工艺设计和加工制造，但是远远达不到机械产品、装置所具有的综合实训效果。

2.教学环节设置的创新

按照实际工程环境真刀真枪地进行工程化的综合训练，具体设置是以专业班级为基本实施单位，8?10个同学组成一个项目合作团队，实行项目组长负责制，团队成员分工合作。将产品研制分成四大模块进行：即产品造型设计（含产品三维造型、工程图设计）、工艺设计、加工制造、产品装配及分析总结。按模块划分将综合实训分为四个时间节点，每个模块分别有各自不同的任务和重点，同时又通过实践项目把四大模块有机地连接成一个整体。学生经过以上四个模块的实训后，在团队成员共同努力下完成了整个实训产品的研制，每个学生需完成相应的实训任务，并撰写相应的课程设计说明书。

四个模块的具体任务是：第一个模块为产品造型设计，主要任务是按给定的项目（指导老师给定功能及技术要求），学生运用所学知识及掌握的设计工具设计出给定产品三维图及各零、部件工程图设计并完整给出零、部件相关技术要求，重点是创新意识和综合设计能力培养。每个团队按给定功能及技术参数设计出两个以上不同方案，并从中选择一个原理结果最优，又能进行加工生产的方案作为团队实训产品，后续三模块环节实训将以此优选方案进行实训产品试制。

第二个模块是工艺设计，主要任务是按照所设计的零件的工程图结果和技术要求，并结合现有的工艺的文件，重点是制造技术的工程应用能力的培养；按着单个零件为一个工作小组，各小组要编制相应零件的加工工艺过程卡，并进行工序卡的编制，每位学生至少完成一道以上工序（卡）文件的编制。所编零件制造工艺过程卡、每道工序中的安装定位、切削三要素、刀量具等工艺基本要素必须齐全。

第三个模块是零件加工制造，主要任务是学生能够独立操作机床并能出色地完成零件的加工，以此来验证所编工程程序是否合理，重点是学生的操作能力和动手能力以及分析、解决工程制造技术问题的能力训练。这一模块仍以单个零件作为独立工作小组并以零件各工序卡编制者为主操作各类加工设备，完成各工作小组零件加工试制，对加工制造中出现的问题应及时进行分析处理。

第四个模块是产品装配调试及分析总结，主要任务是进行产品装配调试并撰写设计说明书，重点是训练产品装配调试的动手能力和分析、解决工程装配技术问题的能力，以项目团队为单位，在各工作小组完成了产品零件的加工试制后再对实训产品进行装配调试，最后撰写设计说明书。

三、注重过程管理，创新考核评价标准

综合实践环节采用“工程化”的模式，且有很强的专业性。为此，作为教师，必须加强现场实时的指导，多关注过程管理，保证这个环节的效果。综合实践不能只看实训产品的最终研制结果，更要注重整个实践过程中学生所学到的技术能力，还有他们能够解决实际工程问题的技术和方法。所以综合实践应该更多的是模拟工程实际环境，采用“工程化”模式的标准，从工程的实际出发，也能使学生参与到工程实践的氛围中，通过相关的实践的锻炼，积累工程经验，从而大大提高工程实践的能力。针对在这个环节中出现的各类工程技术问题，引导学生利用所学到的专业知识来解决这些问题，从而在一定程度上更加有效地训练学生的能力，也培养他们自己想办法分析、解决工程实际问题的能力。

本环节时间跨度大，实训内容多。引导学生积极参与，采用自评、互评相结合，注重团队协作，更是其考核评价建设的关键。只有加强过程管理，创新考核标准才能达到综合实训的最终目标。在本环节中采用可量化的评价指标体系，注重过程管理，突出能力培养，提倡个性发展；建立了按模块的考核评价指标体系即评价也分四个模块进行，每模块都采用五级制评分，在四个模块中以个人最擅长，并且能力最强的评价模块成绩作为本阶段的总成绩，这样就能够把学生的兴趣爱好和自己的特长完美结合，又能把实训过程中的能力培养和素质提高与考核评价相结合，并且在这个环节中只要学生能利用所学的专业知识分析问题、解决问题，就能取得比较好的成绩，也会提高自己的工程能力。最后，还要让学生进行详细的分析总结。

四、结语

我校已开展“机械产品设计制造综合实践”活动近十年，探索出了一条基于创新能力的机械产品的设计制造实训新模式，取得了满意的教学效果，每位学生都基本掌握了一般机械产品的研制过程，学会了如何运用所学的专业知识来分析并解决工程实际问题，提高了工程实践能力，实现与企业用人要求“零距离”融通，同时培养了学生科学、认真、细致的工作作风，增强了学生毕业后的求职能力。因此，近年来，我校机械设计专业的毕业生就业率都在90%以上，这样的就业率也一直处于我校各专业的前面，也证明了我们教学改革目标的正确性，培养的学生也是比较受欢迎的。但某些方面需进一步完善，如课题能够与企业的产品开发或技改相结合将更具价值和工程实际意义，部分课题创新显得不足等。

总之，机械产品设计与制造综合实践，实现了产品设计、零件设计、加工制造和装配的全过程，进一步提高了大型综合实践的适应性和综合水准，加强了学生实践能力、综合能力和创新精神的培养。我们相信，一定能培养出满足企业要求并具有一定创新意识和工程实践能力的新型机械相关专业人才。

参考文献：

[1]郭建华.重视工程教育，提高工科学生工程实践能力[J].重庆工学院学报（自然科学版），2007（4）：125-127.

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浮雕是雕塑与绘画结合的产物，用压缩的办法来处理对象，靠透视等因素来表现三维空间，并只供一面或两面观看。近年来，它在城市环境美化、工艺品制作占了越来越重要的地位。随着科技的飞速发展，由原来的手工制作逐步转向自动化生产。目前，市面上广泛应用的浮雕设计软件主要有ArtCAM、Type3、JDPaint等，这几种软件均可以把如手绘稿、扫描文件、照片、灰度图、CAD等文件一切平面数据，转化为三维浮雕数字模型，并生成能够驱动数控机床运行的代码。

以某医疗器械厂一新研发产品为例，验证上述方法是否可行，效果如何？

一、项目存在问题及关键点

该项目系某医疗器械厂一新研发产品，其表面图文属于浮雕的艺术表现形式，按要求将浮雕图文依附于其产品上，既要效果美观，又要寓意吉祥。而目前产品表面浮雕图文形成主要途径是将平面图文利用雕刻机软件的浮雕功能产生浮雕形态，市场上的雕刻软件只能把平面图文利用其软件本身工具转化为其雕刻机能识别的文件格式，无法像其他软件一样转化可编辑数据，因此，利用雕刻软件进行设计的产品存在局限性，那么如何解决完成各软件通用可编辑数据格式是这一项目关键问题。如图，参考样例。

二、项目实施与解决方案确定

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1.1我国机械创新设计过程

机械创新设计的目的在于改善机械本身的功能、性能或者以更低的经济成本制造满足生产生活需求的机械。目前，我国技术专家认可的机械创新设计过程一般可分为四个部分，一是根据具体需求确定机械设计的基本原理，二是机械结构的优化和改进，三是机械尺寸设计和参数优化，四是机械运动性能及动力参数优化。机械创新设计与普通的机械设计并没有实质性的差异，主要的区别在于机械创新性设计注重发挥人的主观能动性和创新能力的突破，在充分的调动人的积极性的同时创造出更加符合使用者需求的机械工具。

1.2我国机械创新设计的特点

机械创新设计主要包括四个特点：一是多学科知识交叉运用，互相融合，互相渗透；二是机械创新设计中，数字并非主要思考因素，而是应该充分结合过往经验和相关的理论知识，合理判断和提出可行的新的设计方案；三是机械创新设计不仅需要理论知识和经验，同时也十分注重灵感、想象力、创造力的作用，因此应该最大程度发挥四者的作用；四是凡是设计创造类等实践活动都需要不断重复、尝试，从中吸取经验，多级选择最佳方案。在机械创新设计过程中，只有完全领略和充分展现以上四个特点，才能做出优秀的创新设计。

2.我国机械创新设计思维

机械创新设计思维对于机械创新设计来说意义重大，只有通过不断的改革创新和开拓进取，勇于突破现有的固定模式和局限，采取新的方法、体制、设计才能使自身在飞速发展的时代中保持领先，走在时代的前沿。

2.1机械创新设计思维的涵义

创新设计思维就是指在原有的科学理论知识、原理以及过往的设计和经验中设想出新颖的、更能满足审美或者实用需求的设计方案。而对于机械设计人员来说，创新无疑是自身最核心的竞争力，通过提高产品的性能、降低产品的成本以及缩短生产时间来提高机械设计的性价比。在机械创新设计过程中，首先应该有创造性思维，在前人的基础上提出更加优化的观念，并将这些优化的观念付诸实践，从而创造出新的不一样的机械设计。创造性思维具有多维多向性的特点，强调联想、灵感和感觉，并不是依靠固定的逻辑思维推理出来的，而是激发于机械创新设计人员的大脑。

2.2机械创造性思维的三大特征

2.2.1自由性

机械创造性思维最大的特征在于自由，创新是自由的，思想是自由的。机械创新设计人员可以在结合有关客观科学理论的基础上完全自由凭借自己的想象、灵感、直觉设计出新的机械，而不必有太多的思想束缚。在当今变化赶不上计划的经济时代，思维的自由符合现代社会发展的需要。而在机械设计工作中，要不断地有新的进步的成果，就必须突破原有的事物，消除固定思维的束缚，自由地翱翔在创新设计的天空中，只有不断突破和创新才能设计出更令人满意的成果。

2.2.2多向性

每个人的思维方式都不一样，具有多向性的特点。而在机械创造性思维中，同样具有多向性的特点，设计人员可以从不同角度去观察和判断问题，并且设想出完全不同视角的方案。设计的美妙恰巧在于它的多样性和多向性，没有固定的设想方向，任意一个方向都可以是设计者们延伸的目标。多向性思维与创造力是相辅相成、密不可分的，一个机械产品的设计过程中一定有过多向性的设想，从中择优进行实践得出最后产品。因此，多向性思维是机械设计中十分重要的一点。

2.2.3独创性

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一、引言

当今科技经济竞争已成为当今世界的各国之间的主要竞争。科技创新是我国经济发展的动力，对科技和经济的进步具有极为重要的影响。其中机械创新对于制造业来说是能否开发新产品，缩短产品更新周期的核心部分。只有不断开发出新的技术与产品才可以使我国的制造业处于良好的发展势头。所以机械创新是一个国家经济发展的重要组成部分，同时也是国际市场竞争中抢占科技和产品制高点的关键。在提倡建设创新型国家的形势下，如何正确认识并积极探索适应机械类学生的创新设计教育，对于培养具有创新意识、创新激情、创新思维及创新能力的机械设计人员，具有重要的现实意义。

二、创新机械设计

机械创新设计就是让设计者在掌握传统的设计相关理论与原理的前提下，发挥设计者的创新能力，设计出独特性、新颖性、具有一定实用性的机械设计的实践活动。设计过程中具有如下特点：

1.机械创新设计具有一定的学科交叉性，例如对力学、电学、机械学、甚至美学知识的运用设计出与众不同的设计。

2.应用先进的数学工具代替传统的设计经验与思路设计出更优的设计。

3.创新设计是一个反复比较与修改的设计。所以机械创新教育是通过新的教育方式培养学生在机械设计方面尽量合理的涉及力学、电学、机械学、美学以及相应的数学知识。通过对这些学科从概念到详细设计反复论证和严谨的科技设计计算而得到最终的设计结果。现今TRIZ设计、公理化设计等创新设计力图的提出为创新设计通过了一定的理论基础。同时CATIA、UG等相应的三维软件的发展、虚拟样机仿真技术的进一步成熟为机械创新设计通过了方便的验证工具，使机械产品的创新设计周期大大缩短。因此，对学生进行创新机械设计教育，培养学生的创新思维，创新意识以及创新能力是极其必要的。

三、机械创新设计教育的探索与实验

当今我国高等教育方面与西方发达国家比较，在创新设计教育等方面还存在很大的差距。工科类学生在工程实践与实验方面远落后于发达国家。多年的应试教育导致我们的高等教育仍然还是以理论教学为主。学生可以获得较好的考试成绩，但是在实际工作中的能力相对于成绩就大打折扣。更不要说像西方发达国家学生具有较强的创新能力和动手能力。如何改变这一现象已经成为我国高校面临的一个问题。国内高校也开始探索相应的解决办法，开始逐步摸索、开展相应的改革。首先我们应该在师资队伍建设上加强，这才是创新设计能力培养的根本。开展机械创新设计教育，需要高水平的师资作保证，由于机械创新设计涉及机械电子、计算机技术、光学等众多领域的科学知识，因此，教师除了在认识上对创新设计教育给予足够的重视外，还要求不断学习掌握广博扎实的专业知识，同时，还要深入科研第一线，在实践中积累创新设计知识资源，进而为学生创新设计能力的培养奠定坚实基础。其次传统的课程体系是以知识传授为特征的基础课、专業基础课及专业课的三层楼模式，而创新的课程体系以能力结构为特征，以创新能力培养为主线的课程模式能力结构可分为：专业基本能力；表征专业属性的能力；对机械产品的结构设计能力、计算机辅助设计软件的应用能力等专业拓展能力；在专业基本能力的基础上，拓展专业口径，提升专业业务水平的相关能力，如机械产品机电控制系统的设计能力等就业适应能力，逐步加强实验教学的比重。

四、创新机械设计教育改进的一些建议

第一，高校应该尽量注重对实验室教师的培养与待遇的提高，提高教师的积极性。同时尽快建立配套的适应教学改革的实验室。实验室的建设与布置应以培养符合实际需要的机械类应用型人才为标准，并且在学校加大实验室建设费用的同时，可以通过为该行业企业提供一定服务的方式取得企业的支持，从而获得一定的资金以及宝贵的实际经验资源帮助。逐渐减少对论文的考核，增加对实践工程项目的考核。第二，改善实验内容和实验手段。内容陈旧，手段落后的实验内容应该放弃，应多增加结合实际，与现实情况相符合的满足设计性、综合性以及创造性的实验。摒弃由教师进行动手操作，学生负责观察记录的教学方式，采用以学生自己思考，自己动手，教师辅助的启发式教学，使学生在学习过程中真正掌握工作能力。进一步地提高相应的实验课程学时。第三，在注重学生的主体作用时，也应重视教师在教学中的引导作用。建立相应的创业教师团队，学校给以相应的支持。通过各种全国各种大赛达到开阔眼界，让教师与学生同时都得到提高。教师也要加强理论学习，只有教师的理论实践知识，操作水平得到提高，才能更好地引导学生去学习，去创新，最终培养出符合现实国际大环境下要求的应用型综合人才。

五、总结

随着机械新产品开发与激励的市场竞争，对高等教育机械类专业的教学内容和教学方法提出了新的要求，即机械创新设计教育机械创新设计能力的培养，是一项综合复杂的系统工程，必须依靠改革教学内容教学手段。最终提高我国高等教育中创新教育的短板。

参考文献： 

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[2]张燕，王娟，史留勇.机械创新设计实践教学改革的建议[J].热带农业工程，2014，（03）. 

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中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）114-0056-02

0 引言

当前，世界各国都已经加强了对本国知识产品的保护力度，我国在改革开放早期所采用的引进―消化―吸收――创新基本模式已经不能满足我国新时期机械行业的发展需要。因此，提升机械设计自主创新能力才能够为我国机械行业的整体发展提供一个可行的途径。而在机械创新设计过程中，通过提高对产品创新的意识及能力，将机械产品的设计制造成本降低，提高产品的操作性能以及自动化陈谷，达到对应的环保要求，对推动我国整个机械行业的发展具有重要意义。

1 创新思维在机械设计中应该遵循的两个原则

整个机械设计过程源自于功能要求与开发，通过作用原理分析，直到最终无力结构构思及形成。在整个过程中，机械创新设计工作必须把握这样两个基本原则。

1.1 设计路径最短原则

设计之初必须对产品必须具备的功能进行确定，之后找寻得到最优的设计结构方式，以便在最短的时间内达到设计目标，之后选择正确合理的价值工程方法，将其中价值相对较低的少部分构件找出，将之作为分析对象，确认其与当前结构设计存在的矛盾，试图通过最小改动量来解决存在的矛盾问题。这种设计路径所耗费的资源以及时间都较少，这时实现目标的路径自然最短。

1.2 相似性联想原则

联想是机械创新设计过程中的一个重要方法，通过对事物之间的相似性进行分析和总结，而联想得到的结构是否合理的一个重要判据就是所设计的结构是否具有一定的相似性，而这有产品的实例直接决定。若设计的多个产品实例同时满足功能需要，则它们之间一定存在对应的相似性，表面产品具备创新设计的潜力。

2 创新思维在现代机械设计中的应用

2.1 在机械产品运动方案创新设计中的应用

机械产品结构运动方案的设计就是设计人员根据用户提出的产品功能需求而提出的从机械结构原理出发的产品功能原理构思。运动方案是探索并解决实际问题的一个有效途径，其主要包括原动机、传动机构以及执行部件等系统运动方案的设计。其最终得到的结果必须满足机械产品结构功能的运动性能要求。设计的一种机构运动方案的好坏直接影响到产品结构、工艺、成本以及使用性能等方面的能力，是确定产品的整体质量、性能、经济性、环境以及所获得社会效益的关键步骤，是整个机械产品设计过程以及后续产品制造、使用过程的基础。对于机械结构产品而言，实现其具体的功能可以采用不同的运动方案，即可以采用不同的写原理予以实现，同时不同的功能又可以通过不同的机构来具体实现。因此，该阶段的工作是整个设计工作的重点，设计人员必须从功能分析出发，利用创新思维对产品的活动架构进行设计、优化，最终得到理想的产品运动方案。

以汽车的前驱、后驱运动方案为例，传统的后驱运动方案具有生产制造成本高、驱动部件多、安装复杂、车内空间较小、牵引力不足以及动力效率较低的问题。在现代机械设计的轻量化、汽车乘坐舒适性以及机动性要求提高的背景下，后驱汽车已经不能满足当前人们生活的需要。基于此，汽车生产厂商通过移植、逆反思维等方式对汽车的运动方案进行创新，将发动机前置，使得发动机的输出轴直接与汽车前轮的传动机构相连，驱动汽车前轮运动。这种驱动方式虽然使得前轮的负载增加，加大了轮胎的磨损量，但是其带来了相当多的好处：其一，汽车的驱动机构得到了明显简化，零部件数量明显减少，使得汽车的造价降低；其二，汽车整车重量下降，使得汽车的加速性能得到改善，刹车距离缩短，油耗降低；其三，采用前置发动机的方式释放了大量的车内空间，使得车辆的乘坐舒适性得到提高。

2.2 在机械产品结构创新设计中的应用

机械产品的结构设计工作主要包括对产品的外形、各部分的配置以及总体结构的设计方面。根据客户对机械产品功能要求的不同，所设计的结构方案也存在明显差异。机械产品结构设计的一个根本任务就是要找到不同结构形态的产品设计方案，设计出新型的产品结构形式。

随着人们对产品结构功能需求的提高，人们对机械产品结构的设计提出了更严苛的要求，设计人员必须在有限的空间中尽量多的将产品功能集成至一处，使得客户的安装和使用功能得到满足。

例如，在传统的办公室中，各式各样的打印机、复印机以及扫描设备充斥在空间中，使得办公室的环境不能得到改善，人们需要一种多功能的一体化文档处理设备。办公用品厂家在了解到人们的需求之后，开始着手对办公机械设备进行改进和设计。后经分析调查，最终通过离散与综合的创新思维方式，在尽量保证产品的基本构形要求下，将打印、复印以及扫描等文档处理功能集成于一体，设计制造了一台多功能一体机，显著改善了办公室的工作环境。

2.3 在机械产品动力能源创新设计中的应用

在制造技术、材料加工技术以及能源应用技术得到迅速发展的背景下，机械产品设计师在动力能源的选择过程中能够选择不同的能源作为产品动力来源，包括石油、天然气、电能和太阳能等。设计工作中，设计人员可以充分发挥其自身的创造性思维、方法，对产品的各个系统进行改进甚至是重新设计，将更多的清洁能源应用与机械产品的动力能源当中。

还是以汽车为例，当前在公共交通工具中日益广泛应用的电动汽车，其主要使用的是电能，与传统的燃油汽车相比，其自身不会排放对大气造成污染的有害气体，即使按单位电能生产过程中所排放的污染物（硫、微粒）进行比较，电动车造成的其他污染物得到了明显控制。这有利于降低人口密集的城市区域大气污染的程度，而且电动汽车还能够在晚间用电低谷时出现的富余电力充电，提高了发电设备的利用效率，使得其经济效益得到明显提升。另外，应用达到了国家提倡的节能减排目的，是创新思维在机械产品能源设计中应用的典型案例。

3 结论

本文针对创新思维在机械产品结构设计、运动方案以及动力能源方面的应用进行了详细的论述，且利用具体的案例进行了说明。虽然所列举的案例较为简单，但是其思维方式对创新思维在机械产品设计中的应用依然具有指导作用，为复杂机械产品的创新设计提供参考。

参考文献

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关键词：自动化技术；机械设计；应用；浅谈

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

中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）12-0275-01

0 引言

社会的不断进步和变革为机械制造工业带来了很好的发展机会，在处处机械化的今天，机械制造工业得到了很好的发展，机械自动化，主要指在机械制造业中应用自动化技术，实现加工对象的连续自动生产，实现优化有效的自动生产过程，加快生产投入物的加工变换和流动速度。机械自动化技术的应用与发展，是机械制造业技术改造、技术进步的主要手段和技术发展的主要方向。机械自动化的技术水准，不仅影响整个机械制造业的发展，而且对国民经济各部门的技术进步有很大的直接影响。在机械制造行业中，机械设计是机械制造的关键环节，将机械设计与自动化技术结合起来研究，可以更好的为机械制造服务。所以，笔者就自动化技术在机械设计中的应用进行浅谈。

1 自动化技术在机械设计中的应用

提高产品的创新设计能力，是关系到企业乃至国家生存与发展的战略性问题。美国工程设计委员会在制定2005~2030年工程设计优先资助领域时，将创新设计作为三个重点资助方向之一，并认为创新设计是关系到未来美国企业核心竞争能力、增加就业机会的战略性间题。另一方面，个性化发展趋势和快速多变的市场.要求企业能够准确地把握市场脉搏，有能力在第一时间内开发出能够满足市场需求的产品，从而赢得丰厚的利润。因此，产品开发的快速创新能力是决定未来企业生存的关键，而创新性和快速性将是21世纪工程设计学科的重要发展前沿方向。产品的概念设计阶段，即产品的原理方案设计阶段，是决定产品创新性的主要环节。为了得到具有新颖性的设计，必须从不同的思维角度出发.得到同一问题的一系列解，组成解空问。通过分析比较，在解空间中选取那些新颖性和创新性突出的设计方案。只有适应市场需求，具有竟争力的设计方案才具有价值.才能成为特定市场需求和特定生产条件下最具有创新性的、可行的设计方案。因此，产品的创新设计不单纯追求问题的一个解，而是在于获得现有物质条件下的最其有创新性、新颖性、最具有竞争能力的产品。

产品的概念设计涉及到人脑的创新思维问题，是形象思维和抽象思维综合运用的结果。受人类专家知识和创新思维的局限性.人类专家的创新具有随机性，不能保证在特定的时间内给出具有创新性的设计方案。因此，要人类专家在第一时间快速地拿出能够满足市场需求的产品是困难的和不现实的。因此，基于计算机化的产品创新设计技术是实现产品快速创新的唯一可行的方法。

从广义机构学角度来讲，任何含机、电、液、控制等的机电一体化系统，都可以视为山机、电、液、控制组成的广义传动机构与广义传动机构载体两部分组成。机电一体化系统的方案创新，关键在于广义机构的创新。为此，本文提出了一种基于二维平台的复杂机械系统创新设计及其自动化方法，重点解决两个关键问题:概念设计方案的创新性与概念设计方案虚拟样机自动表达。

2 机械设计与自动化体系

基于三维平台的复杂机械系统创新设计及其自动化系统的组成。主要包括:两种具有较强的获得创新性设计方案的能力的、适合于复杂机械系统方案创新设计的计算机化方法；直接支持产品设计方案的三维虚拟样机装配与仿真的自动化建模过程，能自动化地对创成的复杂机械系统符号方案进行建模、装配、仿真。方案设计的创新性和产品开发过程的快速性是该体系的两个显著特点。

在概念设计阶段，系统提供了两种计算机辅助创新设计方法：基于设计规则的创新设计方法和改良的功能分解与重组创新设计方法。由这两种方法产生的设计方案最后都以符号方案的形式给出。对于概念设计阶段产生的用符号表达的设计方案，将被自动化地分解为基本机构及其连接关系。对于识别出的基本机构，可以采用基于基本机构的运动分析方法，得到基本机构内部各构件的平面运动分析数据。为了提高产品开发的速度，在基本机构的结构设计时，采用了面向对象的技术。通过对三维平台的二次开发，采用特征控制参数、数据库驱动等措施，实现了用少量特征控制参数驱动整体基木机构的三维造型设计过程.解决了基本机构的快速虚拟建模问题。

为了提高产品的运动刚度和适应工业美学设计的要求，根据基本机构占据的空问，以及基本机构之问的连接关系，通过最优布局算法，确定每一基本机构在空间的位置.使复杂机械系统在空间所占的总体空间最小。根据基本机构的布局结果与运动分析数据，借助于"后台预置"装配方法，将基本机构的三维虚拟模型放置到特定的布局空间。连续变换驭动构件的位置，便可以得到概念设计符号方案对应的复杂机械系统的只维虚拟样机。

流程概念设计阶段得到的符号方案将自动化生成与其对应的二维虚拟样机并进行虚拟仿真。这样，就可以将产品方案的评价由概念设计阶段的价值评价，推进到虚拟样机阶段的定量行为评价，使在三维虚拟样机层面上从众多的设计方案中快速地遴选出具有创新性、性能优良的设计方案成为可能。因此，利用复杂机械系统创新设计及其自动化体系，不仅提高了产品的开发速度，而且也提高了产品的创新性与新颖性。

总之，我国机械制造业发展应用自动化技术，不但要起点高，瞄准世界先进水准，而且必须包括各种灵活的低成本、见效快的自动化技术，坚持提高与普及相结合的方针，我国的机械自动化技术发展应用才能健康地走上高速度、高质量和高效益之路。

参考文献：

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1 前言

机械创新设计是指发挥设计者的创造力，结合现有科技成果，设计出具有创造性和使用性的机械产品的一种实践活动，涉及到机械设计理论与方法、制造工艺、材料及处理、机械结构、机械产品维护及管理等机械工程领域的多种创新。从目前来看我国大学生机械创新能力教育与国外相比还存在很大差距，这与历来对于机械创新教学研究重视不够有直接关系。随着科学技术的发展，社会对于大学生的创新意识、创新能力和工程实践能力要求越来越高。因此，加强机械工程类大学生创新精神和能力已经成为高等院校工科专业教学改革和学科建设的迫切而主要任务，可以改善从产品的概念设计到动态仿真再到整机结构优化的各个阶段。利用虚拟样机技术可以建立零件的模型，进行虚拟装配，并检查零部件的装配间隙和干涉，应用分析软件对样机进行运动仿真并对关键部件进行校核、计算。及时发现错误，优化结构，可以方便地更改模型，从而提高设计效率、优化设计方案、缩短设计周期、降低生产成本。可见，虚拟样机技术是进行机械创新设计的重要技术手段。在教学过程中提倡以机械创新设计需求为主导进行技术学习的思想，虚拟样机技术的学习应该结合机械设计原理与机械设计的具体要求。课程注重对虚拟建模、虚拟装备、运动仿真和优化设计等各个阶段进行综合培训，同时在课程的不同阶段安排相应的设计实习任务，促使学生在学习这些操作技能的基础上增加对其在机械创新设计中具体应用的思考。

在虚拟样机优化设计的基础上要同时加强学生对物理样机创新设计能力的培训，从加工图纸绘制、非标件加工、标准件选购到样机的装配和调试都让学生亲自动手参与，并且根据所设计产品的技术要求和使用要求进行试验。样机试验也是一门科学，根据培养进度应适时开设《试验设计与统计分析》课程，详细介绍机械设计中常用的正交试验、单因素试验、对比试验等科学的试验方法以及方 差分析、t检验等数据统计方法和数据结果分析方法。通过合理的试验和科学的数据分析可以进一步优化参数，修改样机结构，对虚拟样机的设计结果进行验证和修正，直至产品定型。可以说，虚拟样机与物理样机研究并重是促进大学生机械创新设计能力提高的一条有效途径。

3.3 指导学生申请或参与相关项目

在具备了基础理论知识和基本的设计技能的基础上，吸引部分优秀学生参与到教师主持的相关科研项目，从基础设计工作做起，逐步了解和熟悉项目的论证、设计和运行过程，以提高学生的综合创新能力。在此基础上再指导学生组成团队申请校级、市级或者自治区级的大学生创新设计项目，从项目的可行性分析、立项、方案设计到具体的技术创新设计和产品设计都由学生亲自参与。这样学生既可以得到项目的锻炼又可以得到经费支持，可以有条件实现理论与实践结合，有利于创新能力的进一步提高。

在项目执行过程中注重对学生综合创新能力的培养，首先，要通过市场调研和查阅文献提出设计任务并通过可行性分析明确设计的功能目标，然后，进行团队讨论，根据成员的基础理论知识并发挥创造思维确定总体设计方案，下面，进行团队分工，依据个人所掌握的不同的创新设计技术和方法进行虚拟样机创新设计，做出三维模型并进行仿真分析和结构优化，与此同时不断对总体方案进行修正；接着，团队合作完成物理样机加工、装配、调试和试验改进工作，最后，完成整个机械创新过程。

3.4 校企联合培养引导学生理论联系实际

经过参与项目锻炼后，学生对整个设计流程有了切身体会，同时对所学的基础理论知识也有了更加深刻的理解，具备了进行创新设计的基本能力和基本素质。在此基础上，教师应积极联系相关企事业单位为学生安排实习机会，进行校企联合培养，让学生到工厂一线去了解企业和社会对创新设计知识和能力的实际需求，并进一步了解企业创新设计流程。这样有利于引导学生在日常学习中将理论与实际结合，也使得高校对学生创新能力的培养与社会需求接轨，有利于培养真正符合社会需求的具有创新能力的机械人才。

4 结语

    培养大学生的机械创新能力是高等院校工科专业的主要任务之一。本文结合实际教学过程中对大学生机械创新设计过程存在的问题的探讨和分析，通过对教学改革的思考提出了理论联系实际、物理样机与虚拟样机并重等四点解决方案，还需要通过不断地教学实践对方案进行补充和验证。期望通过这些行之有效的措施，能切实提高大学生的机械创新能力。

参考文献

[1] 张春林. 机械创新设计[M] . 北京: 机械工业出版社, 2006

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[4] 李自胜，肖晓萍. 机械创新设计实践教学与实验室管理探讨[J]. 西南科技大学高教研究，2011，（3）：71-73

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[6]马强. 机械工程类学生的创新素质、知识与能力结构[J]. 高等教育，2011，（1）：19

[7] 陈海波. 机械设计类课程创新型实践教学模式的研究. 实验室科学，2010,13（2）：31-32.

篇11

    二、存在问题探讨与分析

    在指导机械设计制造及其自动化专业大学生机械创新设计过程中总结出存在以下几个方面的问题。

    1.基础理论知识相对薄弱,创新思维不足。该专业在二年级、三年级主修与机械创新设计相关的基础理论知识,包括机械制图、工程力学、机械原理、机械设计、工程材料学、机械制造技术基础、机械控制工程基础、液压与气压传动、机电一体化技术、自动控制原理等。扎实掌握并灵活运用这些基础理论知识是大学生创新设计必备的基本条件。但是在实际教学过程中由于课时压缩、实践机会较少以及学生学习主动性较差等多种原因,造成学生掌握的基础理论知识相对薄弱。多数学生学习这些课程主要是应付考试,对这些基础理论进行深入思考并启发自己的创新思维的较少。

    2.过度依赖计算机辅助软件,物理样机设计经验欠缺。随着计算机技术的飞速发展,在机械创新设计方面,出现了一系列新技术,主要表现在基于CAD软件的创新设计、虚拟设计[8]。机制专业的学生主要掌握的CAD软件有两类:一类是二维设计软件,如AutoCAD,另一类是以三维建模为基础的大型CAD/CAM软件主要有Pro/E,UG,Solidworks等。一般学生在二年级的时候通过自学和课堂学习等方式基本上掌握了这些软件。但是大部分学生主要精力放在学习虚拟样机相关绘图和建模技巧上,以绘出漂亮的图形为目的。由于对机械设计的理论掌握不够加上没有足够的实践机会去了解物理样机设计过程,在开始接触机械创新设计时,会过度依赖这些软件进行三维建模,不能将虚拟设计与物理样机设计有机结合起来。实际上机械创新设计的本质还应归结到机械本身,以计算机技术为基础的虚拟样机技术只是辅助设计的一个手段,不能完全代替传统的物理样机机械设计。在创新设计中应该坚持虚拟样机与物理样机并重的原则。

    3.缺乏实际项目锻炼。参与实际项目锻炼,参加生产实习的核心在于通过某一产品设计、制造、检测、封装入库完整等环节的实习,使学生初步熟悉机械产品生产加工全过程所涉及的知识、技能、工装[9],是学生全面、综合掌握专业知识和技能的重要环节,也是培养学生创新能力的基础。但是现在由于课时压缩等多种原因,本科生多以理论学习为主,其创新能力的锻炼效果不尽如人意,这与创新设计所要求的能力差距还较大。由于没有接触实际的项目锻炼,学生对于机械设计的流程、要求以及机械创新设计的具体需求了解不多,导致学生学到的机械设计理论知识无法完全充分发挥出来,这也是制约机械创新能力发展的重要原因之一。

    三、教学改革思考与实践

    针对上述问题分析,在教学工作中对创新设计教学改革进行深入思考,结合实际情况提出了几点解决方案,并在教学实践中逐步实施。

    1.加强基础理论知识培训激发创新思维。在基础理论知识教学过程中把重点放在理论联系实际方面的讲授,结合机械创新设计案例、机械创新设计新思维、新方法和新成就等多种方式将理论知识与应用技术结合起来,在吸引学生兴趣的同时也加深了学生对基础知识及其应用的理解,并积极引导他们在此基础上进行再思考再创新,为下一步机械创新设计打好坚实的基础。另一方面,开设文献查阅课程,培养学生文献综述能力,通过查阅专业书籍、学术期刊、专利、企业产品手册和网络查询等多种方式,了解国内外对相关技术的研究进展和市场需求。

    2.虚拟样机与物理样机研究并重。虚拟样机技术集成和综合了可运行机械设计的环境:包括各种仿真工具、分析工具、控制工具、设备和组织协同工作的方法等[10],可以改善从产品的概念设计到动态仿真再到整机结构优化的各个阶段。利用虚拟样机技术可以建立零件的模型,进行虚拟装配,并检查零部件的装配间隙和干涉,应用分析软件对样机进行运动仿真并对关键部件进行校核、计算。及时发现错误,优化结构,可以方便地更改模型,从而提高设计效率、优化设计方案、缩短设计周期、降低生产成本。在教学过程中提倡以机械创新设计需求为主导进行技术学习的思想,虚拟样机技术的学习应该结合机械设计原理与机械设计的具体要求。课程注重对虚拟建模、虚拟装备、运动仿真和优化设计等各个阶段进行综合培训,同时在课程的不同阶段安排相应的设计实习任务,促使学生在学习这些操作技能的基础上增加对其在机械创新设计中具体应用的思考。在虚拟样机优化设计的基础上要同时加强学生对物理样机创新设计能力的培训,从加工图纸绘制、非标件加工、标准件选购到样机的装配和调试都让学生亲自动手参与,并且根据所设计产品的技术要求和使用要求进行试验。样机试验也是一门科学,根据培养进度应适时开设《试验设计与统计分析》课程,详细介绍机械设计中常用的正交试验、单因素试验、对比试验等科学的试验方法以及方差分析、t检验等数据统计方法和数据结果分析方法。通过合理的试验和科学的数据分析可以进一步优化参数,修改样机结构,对虚拟样机的设计结果进行验证和修正,直至产品定型。

    3.指导学生申请或参与相关项目。在具备了基础理论知识和基本的设计技能的基础上,吸引部分优秀学生参与到教师主持的相关科研项目,从基础设计工作做起,逐步了解和熟悉项目的论证、设计和运行过程,以提高学生的综合创新能力。在此基础上再指导学生组成团队申请校级、市级或者自治区级的大学生创新设计项目,从项目的可行性分析、立项、方案设计到具体的技术创新设计和产品设计都由学生亲自参与。在项目执行过程中注重对学生综合创新能力的培养,首先,要通过市场调研和查阅文献提出设计任务并通过可行性分析明确设计的功能目标;然后,进行团队讨论,根据成员的基础理论知识并发挥创造思维确定总体设计方案;下面进行团队分工,依据个人所掌握的不同的创新设计技术和方法进行虚拟样机创新设计,做出三维模型并进行仿真分析和结构优化,与此同时不断对总体方案进行修正;接着,团队合作完成物理样机加工、装配、调试和试验改进工作;最后,完成整个机械创新过程。

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引文：

近些年来，机械设计不断的发展，对机械的性能、结构等方面的创新也越来越重视。传统的机械设计理念已无法满足现代机械设计创新的要求，因此，应对机械设计进行不断的创新。对此，本文主要对现代机械设计的创新方法进行研究。

1现代机械设计创新的重要性

作为一个经济大国、机械制造大国，我国不能仅将目光停留在机械的生产制造中，而应当在机械设计创新方面加大研究的力度，从机械结构、系统等全方位进行创新，必须杜绝机械设计创新过于死板，单纯按照其他机械设计进行修改的模式，因为这样很难从实质进行改变。除此之外，必须认识人才和技术是机械设计创新发展的根本，所以要注重机械结构设计创新人才的培养，并通过不断的对机械设计的创新，促进我国科学技术水平的提高和经济的快速发展，这有这样，才有可能早日超过西方一些发达国家的机械科技水平，成为真正领跑世界机械设计创新的国家。

2现代机械设计创新的特点

所谓现代机械设计，一般是指根据机械产品的使用要求，从机械工作的各个方面、机械零件的材料和形状、方法等多个角度进行构思和分析，以分析结果为基础积极转化为具体机械制造方法，并将其作为机械制造的依据，生产出高质量的创新产品的过程。与传统的机械设计相比，现代机械设计具有以下特点：

2.1系统性。解决现代机械产品设计中遇到的各种问题，需要应用现代机械设计系统性观点。把机械看成一个具有特定功能的有机整体，现代机械设计的系统性应当在整体中的各部分相互作用、相互联系中进行体现。

2.2计算机化。计算机技术随着高科技技术的不断发展能够有效地推动社会生产力的发展，且会逐渐的介入和运用到社会生产的各行各业。同时，计算机化还会帮助现代机械设计中的优化设计、系统仿真等各个设计过程的完成。

2.3创造性。现代机械设计的重要基础是科学先进的设计理论和设计工具，机械设计者通过对设计过程、产品材料等方面进行科学分析，能够真正发挥出设计者的想象力和创造思维，同时，注重各种具有创造性的手段和方法的应用，可以研究出更多具有创新性的机械产品。

2.4动态性。现代机械设计一方面要充分考虑在静态状态下设计产品的功能作用，另一方面要注重在工作环境下产品的动态功能。机械设计产品的动态功能具体体现在设计对象和合作协调设计组织两个方面。现代机械设计能够有效地连接各个设计系统，汇集不同的设计数据，进一步提高产品的整体性能。

3现代机械设计的创新方法研究

现代机械设计的创新已经成为工业发展的关键，针对当前机械设计的创新必须将现代化技术的应用以及机械创新设计思维的培养重视起来，具体分析如下。

3.1重视现代化技术的应用。

近年来，伴随着社会经济的不断发展，机械设计的创新工作得到了长足的进步与发展，机械产品的质量以及精度的要求都被提升，在近些年的发展中机械设计领域也获得了重大的突破。如何利用现代化技术进行机械设计的创新在现代化技术快速发展的过程中成为了机械设计行业发展的重点内容。所以，应重视现代化技术在现代机械设计创新中的应用，机械设计的过程中不仅会涉及到大量的理论性知识，还需要进行大量的实践实验来试验机械设计是否合理。当然，在此过程中会遇到各种相关问题，工作人员在克难攻坚完成相应设计的过程中，会消耗大量的人力、物力以及财力，所以，应对现代化技术的应用加强重视，例如，利用计算机对其进行辅助设计、对局部或全局性等进行创新设计，尤其是模拟技术的应用，将设计理论以及实验过程在模拟技术下来完成，从而有效的降低了创新设计试验中人力、物力、财力的消耗，而且通过现代化技术的应用，给设计人员创造一个良好的设计环境，不必在为担心机械创新设计出现问题造成损失而发愁，让设计人员大胆的去想象、去创新，对促进现代机械设计的创新有着极大的作用。

3.2重视机械创新设计思维的培养。

在机械设计创新的过程中，设计人员的创新设计思维是整个过程得以实现的关键，所以，在现代化机械设计创新中，要高度重视对机械设计人员的创新设计思维培养。以往机械设计人员的培养主要注重专业技能知识的提升，缺乏对自身创新精神的培养，不利于机械创新设计的发展，而在现代化机械创新设计理论下，不仅要保证设计人员自身知识水平以及能力的不断提升，同时对自身创新精神的培养也极为重视。对机械设计的创新应从全新的角度上去看到机械设计，打破传统设计的思路以及设计方法，集思广益，不断的开拓新的发展思路，用新的技巧、新的方法来对机械设计进行创新，从而创造出全新的机械设计作品，不仅对机械设计发展有着一定的作用，更有利于提升机械的工作效率，开发全新的机械领域。

3.3利用现代化机械设计理论创新设计方法。

3.3.1结构模块化设计方法。结构模块化设计方法是近几年来利用现代化机械设计理论创新的一种方法。其主要是在进行机械设备设计的过程中，从机械设备的功能角度着手，以产品的结构为基础进行设计，通过分解各个机械设计的环节，能够实现机械设计的优化，提高整体机械设计的水平。而结构模块化设计也是目前在机械设计中较为有效的一种设计方法。

3.3.2基于机械设备特性知识的设计方法。在进行机械设计的过程中，可以利用计算机识别语言描述机械设备的特征，建立相应的知识库，再利用领域知识建立建设方案，通过利用编码、混合型表达以及设计目录等方式完成机械设计工作，而应用此类设计方法能够提高机械设计的精准度。

3.4对机械结构尺寸创新研究。

机械结构尺寸对机械性能有着直接的影响，在对机械设计创新的过程中，应注重对机械结构尺寸的创新研究。根据机械工作的原理以及所实现的功能等对尺寸以及性能参数进行设计，一般情况下，机械产品尺寸设计会受到机械产品三维参数的影响，因此，应从产品三维参数的角度出发，对设计进行工程约束、尺寸约束、拓扑约束等进行规范设计，在不违背机械运行原理的基础上，对机械尺寸设计进行不断的创新。另外，三维参数化对机械结构尺寸创新设计还应包含三维参数化模型、与机械模型关联的工程图纸等，同时还要结合图纸视图的尺寸、位置、比例、注释等方面信息的参考来更好的完成机械结构尺寸的创新工作。

4总结

综上所述，在社会经济不断发展的过程中，机械设计的创新也逐渐受到重视，特别是在近些年对机械设计的创新理念，应打破传统的设计理念，实现机械设计创新工作的顺利开展。通过本文对机械设计的创新方法研究分析，作者结合自身多年的工作经验，以及自身对机械设计创新的了解，作者主要对现代机械设计创新的重要性、现代机械设计创新的特点、现代机械设计的创新方法等几方面内容进行分析，希望通过本文的分析，进一步促进机械设计创新工作的顺利开展。

参考文献：