机床设计论文范文

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本论文的调查对象分为预备调查对象和正式调查对象。预备调查对象是对机床有所了解的研究生，共10人。正式调查对象是从事机床工作多年的设计师和工程师，分别有5人。其中，设计师来自设计公司，有丰富的机床造型设计经验；工程师来自企业，参加过机床造型设计的合作项目。

(2)调研过程

本调研的路线如图1所示，在文献研究基础上设计调查框架。具体的调查分为三个阶段：第一阶段为预备访谈。它为正式访谈做准备，对正式访谈中可能出现的情况进行模拟，发现问题，从而完善访谈提纲，使正式访谈能够顺利地进行。第二阶段为正式访谈。电话预约访谈人员，确定访谈时间（90-120分钟）和地点，并将访谈提纲提前发给受访者，使之提前做好准备，提高访谈效率；访谈时全程录音并做笔记。第三阶段为参与机床造型设计方案讨论会。其目的是通过参与设计师、工程师、管理者之间的直接交流，深入分析影响机床造型设计方案可行性的主要原因。

（3）访谈提纲

本调研的访谈提纲有两种，分别是针对设计师和工程师拟定的，如表一、二为访谈提纲的主要问题。

（4）调研结果

在对设计师的访谈中，他们提到在设计机床造型方案时，一般不考虑机床的结构，他们认为成本足够，结构都能实现。但企业从经济性上考虑，会限制生产成本，从而改变机床的结构或造型去实现设计方案。最终样机与设计方案不同点主要是结构上不能完成的部分。在对工程师的访谈和参与设计方案讨论会中，了解到他们与设计师在完成初步设计方案后进行交流，对方案的可行性进行探讨。当遇到难以完成的结构时，设计师在讨论会后对方案进行修改。工程师认为设计师的方案都很美观、新颖，但结构上难以实现，为了考虑成本，只能放弃。他们认为最终样机与最初方案差别不大，因为他们会去用其他工艺替代不能完成的工艺，尽可能实现最初设计方案。

2调查结果分析

通过深度访谈和参与机床造型设计方案讨论会，获得机床造型设计方案可行性的原始资料。在此基础上进行分析，了解到影响可行性的主要因素是造型、结构和成本。

(1)造型的美感因素

当今时代，人们非常重视产品带来的感觉体验。具有良好美学品质的产品，在使用中可以让用户心情愉悦，在展览会上可以给观众带来美好的视觉感受，对提升产品的市场竞争力和品牌知名度很有帮助。企业引进工业设计的重要目的就是提高产品的美学品质。因此，机床造型设计方案在美学品质上不能满足企业的要求，是一定不会被采纳的。图2是设计师为某机床企业设计的磨床造型方案。该方案给人的视觉感受是笨拙、缺少美感，且体现不出磨床的特点，在方案初步评审中遭到淘汰。因此，造型的美感是决定设计方案是否可行的首要因素。

(2)造型的结构因素

机床的造型不能脱离结构而存在。结构是造型的基础，造型是结构的不同表现形式，不同的结构布局会影响产品外观的形式表现。造型的实现必须要以结构作为支撑，合理的结构能提高机床造型设计方案的可行性，所以设计师在设计机床造型时必须考虑它在结构、工艺、装配上是如何实现的，不能效果图美观，而缺少可加工性，这样的方案是不可行的。如图3所示，该机床的造型设计方案底边切角成菱形，这种造型的内部结构很难实现，钣金折弯或焊接工艺都达不到预期的效果。因此尽管该方案的美学品质受到肯定，但最终还是被放弃。

(3)造型的成本因素

产品成本是衡量生产消耗的补偿尺度，企业必须以产品销售收入抵补生产中的各项支出，才能确定盈利，因此生产成本的控制是十分重要的。设计师在设计机床造型方案时不能盲目地追求时尚、高端，而要在生产成本限制内，展开设计创意，提出可行的设计方案。图4门把手的中间设计了一条蓝色彩带，给人以精致的感觉，加工工艺也是可行的，但提高了造价。在设计方案评审后，将把手更换成市场上价格较低的标准把手。

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关键词：数控机床开放式数控系统电动机

Abstract：Thenumericalcontrollathecalledthenumericalcontrol(Numericalcontrol,iscalledNC)theenginebed.Itisbasedonthenumericalcontrol,hasusedthenumericalcontroltechnology,isloadedwiththeprocedurecontrolsystemtheenginebed.Itisbythemainengine,CNC,thedrive,thenumericalcontrolenginebedauxiliaryunit,theprogrammingmachineandothersomeappurtenancesiscomposed.

Thisdesignincludingthemainmovementofenginebeddesign,longitudinalentersforthedesign,alsoincludesthegearmoduluscomputationandtheexamination,themainaxlerigidityexaminationandsoon.

Keyword：numericalcontroltoolOpen-architecturemotor

当前的世界已进入信息时代，科技进步日新月异。生产领域和高科技领域中的竞争日益加剧，产品技术进步、更新换代的步伐不断加快。现在单件小批量生产的零件已占到机械加工总量的80%以上，而且要求零件的质量更高、精度更高，形状也日趋复杂化，这是摆在机床工业面前的一个突出问题。为了解决复杂、精密、单件小批量以及形状多变的零件加工问题，一种新型的机床——数字控制(Numericalcontrol)机床的产生也就是必然的了。

此次设计是数控机床主传动系统的设计，其中包括机床的主运动设计，纵向进给运动设计，还包括齿轮模数计算及校核，主轴刚度的校核等。

数控车床是基于数字控制的，它与普通车床不同，因此数控车床机械结构上应具有以下特点：

1．由于大多数数控车床采用了高性能的主轴，因此，数控机床的机械传动结构得到了简化。

2．为了适应数控车床连续地自动化加工，数控车床机械结构，具有较高的动态刚度，阻尼精度及耐磨性，热变形较小。

3．更多地采用高效传动部件，如滚动丝杆副等。CNC装置是数控车床的核心，用于实现输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储，数据的变换，插补运算以及实现各种控制功能。

2.2总体方案的拟定

1．根据设计所给出的条件，主运动部分z=18级，即传动方案的选择采用有级变速最高转速是2000r/min，最低转速是40r/min，。

2．纵向进给是一套独立的传动链，它们由步进电机，齿轮副，丝杆螺母副组成，它的传动比应满足机床所要求的。

3．为了保证进给传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杆螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。齿轮副也应有消除齿侧间隙的机构。

4．采用滚珠丝杆螺母副可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且方法简单。

主运动设计

参数的确定

一.了解车床的基本情况和特点---车床的规格系列和类型

1.通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。

2.车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）：

最大的工件回转直径D（mm）是400；刀架上最大工件回转直径D1大于或等于200；主轴通孔直径d要大于或等于36；主轴头号（JB2521-79）是6；最大工件长度L是750～2000；主轴转速范围是：32～1600；级数范围是：18；纵向进给量mm/r0.03～2.5；主电机功率（kw）是5.5～10。

传动件的设计

传动方案确定后，要进行方案的结构化，确定个零件的实际尺寸和有关布置。为此，常对传动件的尺寸先进行估算，如传动轴的直径、齿轮模数、离合器、制动器、带轮的根数和型号等。在这些尺寸的基础上，画出草图，得出初步结构化的有关布置与尺寸；然后按结构尺寸进行主要零件的验算，如轴的刚度、齿轮的疲劳强度等，必要时作结构和方案上的修改，重新验算，直到满足要求。

对于本次设计，由于是毕业设计，所以先用手工画出草图，经自己和指导老师的多次修改后，再用计算机绘出。

一.三角带传动的计算

三角带传动中，轴间距A可以较大。由于是摩擦传递，带与轮槽间会有打滑，亦可因而缓和冲击及隔离震动，使传动平稳。带传动结构简单，但尺寸，机床中多用于电机输出轴的定比传动。

目录

第一章引言1

第二章设计方案论证与拟定2

2.1总体方案的论证2

2.2总体方案的拟定2

2.3主传动系统总体方案图及传动原理2

第三章设计计算说明5

3.1主运动设计5

3.1.1参数的确定5

3.1.2传动设计6

3.1.3转速图的拟定8

3.1.4带轮直径和齿轮齿数的确定12

3.1.5传动件的设计19

3.2纵向进给运动设计38

3.2.1滚珠丝杆副的选择38

3.2.2驱动电机的选用42

结论47

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二、数控机床外观造型设计

在数控机床外观造型设计过程中，坚持下列基本原则：

（1）数控机床的色彩设计要满足以下特点：第一，色彩的表达要与机床的相应功能相统一，在不同功能部位设计不同的色彩进行区分。第二，根据人机协调的原则，采用偏中性的色彩设计，降低工人的疲劳感。第三，色彩的设计要与相应的工作环境协调，不同的环境采用不同的色彩，比如在寒冷的环境用暖色调，高温环境用冷色调。第四，美学原则，在外观色彩设计时要搭配适当色彩带给人美得心里感受。第五，符合企业的品牌形象，对同一品牌机床的色彩设计要大体上同一并具有一定的延续性，有利于建立长久的品牌形象认知。

（2）形态设计的原则，数控机床的设计要符合单纯化原则，坚持简洁、大方的形态设计。首先，在加工制造中均衡与稳定的形态更容易让人产生安全感。其次，机床形态设计要在单纯、稳定和均衡的基础上，做到变化与统一相互结合，减少单调、刻板的感觉。

（3）人机工程设计原则。数控机床的人机工程设计就要符合安全性，又要满足易用性。在外观设计时必须重点考虑操作人员的安全，在任何工作环境下都能保证操作人员的安全，要让数控机床在外观上能够直观区分功能区域，观察窗口、操作面板、拉门把手、按键大小等的位置设置要合理科学，符合一般人的操作习惯。

（4）绿色机床原则。在数控机床设计时，既要采用合理科学的结构，以降低加工过程中的能量消耗，又要尽量使用可再生材料，有效使机床轻量化。

三、数控机床外观造型设计的发展趋势

对数控机床行业来说，重视产品的外观造型，不仅仅出于对美的追求，更多的是为了适应市场的变化和需求，维护企业形象，提高品牌价值，更好地提高企业产品的竞争力。

1.符合“以人为本”的设计理念

“以人为本”的设计理念是当今数控机床设计理念的发展趋势，因为机器始终为人辅助，由人来操作，只有在设计中关注“人”的因素，才能符合人类的可持续发展这一需求。

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第二章总体方案的设计

2.1设计任务本设计任务是对CA6140普通车床进行数控改造。利用微机对纵、横向进给系统进行开环控制，纵向（Z向）脉冲当量为0.01mm/脉冲，横向（X向）脉冲当量为0.005mm/脉冲，驱动元件采用步进电机，传动系统采用滚珠丝杠副，刀架采用自动转位刀架。2.2总体方案的论证对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。（1）数控系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制系统。由于要求CA6140车床加工复杂轮廓零件，所以本微机数控系统采用两轴联动连续控制系统。（2）伺服进给系统的改造设计数控机床的伺服进给系统有开环、半闭环和闭环之分。因为开环控制具有结构简单、设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所以，本设计决定采用开环控制系统。（3）数控系统的硬件电路设计任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效地运行。在设计的数控装置中，CPU的选择是关键，选择CPU应考虑以下要素：1.时钟频率和字长与被控对象的运动速度和精度密切相关；2.可扩展存储器的容量与数控功能的强弱相关；3.I/O口扩展的能力与对外设控制的能力相关。除此之外，还应根据数控系统的应用场合、控制对象以及各种性能、参数要求等，综合起来考虑以确定CPU。在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的是Z80CPU和MCS-51系列单片机，主要是因为它们的配套芯片便宜，普及性、通用性强，制造和维修方便，完全能满足经济型数控机床的改造需要。本设计中是以MCS-51系列单片机，51系列相对48系列指令更丰富，相对96系列价格更便宜，51系列中，是无ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控机中应用最多的是8031单片机。本设计以8031芯片为核心，增加存储器扩展电路、接口和面板操作开关组成的控制系统。2.3总体方案的确定经总体设计方案的论证后，确定的CA6140车床经济型数控改造示意图如图所示。CA6140车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z轴）和横向（X轴）进给运动采用步进电机驱动。由8031单片机组成微机作为数控装置的核心，由I/O接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向、横向进给运动。刀架改成由微机控制的经电机驱动的自动控制的自动转位刀架。为保持切削螺纹的功能，必须安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿形带使脉冲发生器同步旋转，发出两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及I/O接口送给微机。如图2－1所示：

第三章微机数控系统硬件电路设计

3.1微机数控系统硬件电路总体方案设计本系统选用8031CPU作为数控系统的中央处理机。外接一片2764EPROM，作为监控程序的程序存储器和存放常用零件的加工程序。再选用一片6264RAM用于存放需要随机修改的零件程序、工作参数。采用译码法对扩展芯片进行寻址，采用74LS138译码器完成此功能。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示，8255接步进电机的环形分配器，分别并行控制X轴和Z轴的步进电机。另外，还要考虑机床与单片机之间的光电隔离，功率放大电路等。其硬件框图如图3－1所示：图3－28031芯片内部结构图各引脚功能简要介绍如下：⒈源引脚VSS：电源接地端。VCC：＋5V电源端。⒉输入/输出（I/O）口线8031单片机有P0、P1、P2、P34个端口，每个端口8根I/O线。当系统扩展外部存储器时，P0口用来输出低8位并行数据，P2口用来输出高8位地址，P3口除可作为一个8位准双向并行口外，还具有第二功能，各引脚第二功能定义如下：P3.0RXD：串行数据输入端。P3.1TXD：串行数据输出端P3.2INT0：外部中断0请求信号输入端。P3.3INT1：外部中断1请求信号输入端。P3.4T0：定时器/计数器0外部输入端P3.5T1：定时器/计数器1外部输入端P3.6WR：外部数据存储器写选通。P3.7RD：外部数据存储器读选通。在进行第二功能操作前，对第二功能的输出锁存器必须由程序置1。⒊信号控制线RST/VPD：RST为复位信号线输入引脚，在时钟电路工作以后，该引脚上出现两个机器周期以上的高电平，完成一次复位操作。8031单片机采用两种复位方式：一种是加电自动复位，另一种为开关复位。ALE/PROG：ALE是地址锁存允许信号。它的作用是把CPU从P0口分时送出的低8位地址锁存在一个外加的锁存器中。外部程序存储器读选通信号。当其为低电平时有效。

VPP：当EA为高电平且PC值小于0FFFH时CPU执行内部程序存储器中的程序。当EA为低电平时，CPU仅执行外部程序存储器中的程序。XTAL1：震荡器的反相放大器输入，使用外部震荡器时必须接地；XTAL2：震荡器的反相放大器输出，使用外部震荡器时，接收震荡信号；（2）片外三总线结构单片机在实际应用中，常常要扩展外部存储器、I/O口等。单片机的引脚，除了电源、复位、时钟输入以及用户I/O口外，其余的引脚都是为了实现系统扩展而设置的，这些引脚构成了三总线形式：⒈地址总线AB地址总线宽度为16位。因此，外部存储器直接寻址范围为64KB。由P0口经地址锁存器提供16位地址总线的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。⒉数据总线DB数据总线宽度为8位，由P0口提供。⒊控制总线CB控制总线由第二功能状态下的P3口和4根独立的控制线RST、EA、ALE和PSEN组成。其引脚图如图3－3所示：3.1.28255A可编程并行I/O口扩展芯片8255A可编程并行I/O口扩展芯片可以直接与MCS系列单片机系统总线连接，它具有三个8位的并行I/O口，具有三种工作方式，通过编程能够方便地采用无条件传送、查询传送或中断传送方式完成CPU与设备之间的信息交换。8255A的结构及引脚功能：1、8255A的结构8255A的内部结构如图3－4所示。其中包括三个8位并行数据I/O端口，二个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和一个8位数据总线缓冲器。各部分功能介绍如下：（1）三个8位并行I/O端口A、B、CA口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器。可编程为8位输入、或8位输出、或8位双向寄存器。B口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位输入或输出寄存器，但不能双向输入/输出。C口：具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器，C口可分作两个4位口，用于输入或输出，也可作为A口和B口选通方式工作时的状态控制信号。（2）工作方式控制电路A、B两组控制电路把三个端口分成A、B两组，A组控制A口各位和C口高四位，B组控制B口各位和C口低四位。两组控制电路各有一个控制命令寄存器，用来接收由CPU写入的控制字，以决定两组端口的工作方式。也可根据控制字的要求对C口按位清“0”或置“1”。（3）读/写控制逻辑电路它接收来自CPU的地址信号及一些控制信号，控制各个口的工作状态。（4）数据总线缓冲器它是一个三态双向缓冲器，用于和系统的数据总线直接相连，以实现CPU和8255A之间信息的传送。

参考文献：

[1]王润孝，秦现生.机床数控原理与系统.西安:西北工业大学出版社,2000

[2]李华，MCS-51单片机实用接口技术.北京:北京航空航天大学出版社,1993

[3]李圣怡等，Windows环境下软硬件接口设计.长沙:国防科技大学出版社,2001

[4]顾京，数控加工编程及操作.北京:高等教育出版社,2002

[5]周伟平，机械制造技术.武汉:华中科技大学出版社,2002

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工艺路线的制定是工艺规程的关键，是工艺规程的总体设计。工艺路线是否合理，会直接影响加工质量、生产率，也影响到人员、设备、工艺装备及生产场地等的合理利用。此零件加工精度较高，为保证加工精度，加工分三个阶段进行：粗加工首先要完成主要余量的切削，半精加工完成次要表面的加工，并为精加工加工出精基准，精加工完成主要表面加工，达到图纸要求。为确保加工质量，提高生产效率，确定加工此零件的工艺路线为：粗车—热处理—半精车—铣削—磨削。

1.2工序尺寸及其公差确定

首先确定圆柱面的工序尺寸，圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面已确定各圆柱面的总加工余量（毛坯余量），应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。

1.3毛坯选择

零件属于轴类零件，尺寸变化不大，结构也不复杂，所以毛坯的类型采用棒料。

1.4基准确定

因为零件是轴类零件，所以选择中心孔定位，这既符合基准重合原则又符合基准统一原则，便于保证加工质量，提高生产效率。

1.5加工顺序确定

按照先面后孔的原则，所以加工时应先加工外圆，然后后加工键槽和四个平面。另外，因零件需要热处理调质，为了保证调质层深度，调质热处理安排在粗车之后半精车之前较合理。螺纹、退刀槽等次要表面，应在半精加工过程中完成，以保证质量和效率。

1.6新工艺效果

对于普通机床的适用而言，大多数工厂只会用于粗加工和半精加工，缺乏有效的工艺卡片使得普通机床并不能够体现出它的价值所在，而某些零件并不一定都适合或者必须适用数控机床来完成，对于很多生产条件较差的企业，普通机床加工轴类零件意味着更加有效的使机床的适用能够最大化，过本文粗车和半精车的装夹顺序可以保证，倘若按照传统加工装夹顺序，外圆尺寸精度和同轴度的要求对于普通机床而言非常难以控制，就会造成生产率大幅度降低并且容易出现废品。这正是本文合理加工工艺的关键所在。

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2曲线槽轮机构的创新设计误区及缺陷分析

设计误区：曲线槽轮设计者片面认为曲线槽轮在运动过程中其自由度是恒定不变的，值固定是1，忽略了自由度的瞬时变化，对机构运动的不确切影响。在实际操作中，机构会产生相对瞬心和自由度瞬变，两者对机构的运动皆可产生不同程度的影响，使得槽轮从动件不能按照设计者原定的运动规律执行运作。设计误区：压力角过大，使得机构传动性能较差。压力角一般指的是接触轮廓法线和从动件的速度方向之间所形成的锐角，其值一般在50觷~70觷之间，不可超过90觷，才能确保机构可以在一定的传动效率下正常工作。然而曲线槽轮机构设计中，当圆销处在α=0的位置上时，接触轮廓法线正好与槽轮从动件的速度方向相互垂直，压力角达到了90觷，故增加了接触面的摩擦，使得机构容易卡死，甚至无法转动。综上所述，均表明了曲线槽轮代替直线槽轮确实存在一些误区和缺陷，为改善这一问题，本文提出了组合轮廓线槽轮机构，一个槽轮机构的创新设计，以待可以结合直线槽轮和曲线槽轮的各大优势，设计出既能消除圆销入口处的柔性冲击，又能保证机构在加速度换向段拥有良好的运动和动力性能的槽轮机构。

3组合轮廓线槽轮机构的创新设计思路及要点

组合轮廓线槽轮机构的设计是囊括了直线和曲线的优势，将二者串联在一起，提高槽轮从动件的运动性能，从而实现槽轮机构具备确切运动规律的目的。在设计过程中，有几个设计要点值得重视。

3.1槽轮运动参数问题

首先，在拨盘圆销进入槽轮的那一瞬间，其速度和加速度应该为零；其次，速度和加速度的曲线在槽轮曲线与直线相交部分出应该保持连续和光滑。在确定以上边界条件之后，才可以确定从动件的运动规律，进而可以求得槽轮机构的理论轮廓线。

3.2避免运动过程中出现失真现象

出现运动失真，主要是因为圆销中心没有沿着理论轮廓线进行运动，故在设计中应确保圆销中心在前半段与后半段的钱和时顺着同一条理论轮廓线进行运动，所以实际的轮廓线应该是由不对称的等距曲线组成的。在以上设计要点均满足之后设计的组合轮廓线槽轮机构的几何模型如图2所示。

4组合轮廓线的应用研究

本文以某一胶印机的递纸机构为例进行分析研究组合轮廓线的相关应用情况。该胶印机的递纸机构原先采用的是五工位的直线槽轮机构，正如上文所说，该机构存在柔性冲击，并且在纸张传送和交接的时候该现象最为明显，会产生很大的冲击振动，所以严重影响着递纸的精度和套印的精度，且在产品质量和生产效率上也受到限制。在新型的槽轮设计中，将采用直线槽轮和曲线槽轮联合设计的方法，就可以有效消除在圆销进入和退出槽口时，递纸牙在牙台上取纸时的柔性冲击，所以在完成纸张交接的过程时不会有精度上的影响。新型槽轮轮廓线的形状图如图3所示。

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二、创新与建筑设计创新

1创新。创新是对于一种事物的改进措施，通过改进可以形成一种在原来基础之上或者更新型的超越原先的事物的新事物。这种创新包括新方案新设计新技术等等。2建筑设计创新。建筑设计创新是一个比较大的概念包括人文、社会、生态、艺术等等，他把这些因素融入在一起形成符合这些因素的新的多体系、多层次、多维度的一种建筑。

三、可拓建筑设计创新与方法的研究内容

对于在建筑学中的可拓建筑设计创新主要是研究其范围、方法。只有确定了在建筑设计中需要研究的方法才能更好的去寻找下手点，只有好好的研究其创新的方法，才能知道从哪一个点进行创新的研究工作。在创新方法方面一般有四种创新方法1基于原型借鉴的发散法。2基于中介融通的传导法。3基于属性变换的共轭法。4基于要素充公的可拓法。

四、可拓建筑设计创新与方法的研究意义

在我们研究可拓学的时候发觉对于建筑设计的创新理论与方法与其存在着微妙的关系，可以成为建筑设计的创新理论与方法的理论基础，通过其辩证逻辑和数理逻辑相结合的方法来促进建筑设计创新与方法的探究工作。从独特的视角为建筑设计提供新的创新思路，具有较为重要的意义。1促进三个交叉学科产生新的学科增长点。在我们进行建筑设计的创新的时候将可拓学引入其中，可以有效地丰富创新的理论体系，在进行理论创新的时候可以以可拓学为基础，充分发挥理性思维的成分，为建筑设计创新铺垫一条崭新的道路，能够大幅度提升我国建筑行业对于创新理论和方法的研究。在可拓学帮助建筑设计创新的同时也间接的开拓了可拓学和创新学研究的领域，促进了三个学科交叉增长。2扩展建筑设计创新的思维框架。在进行建筑创新的时候关键是思维的扩展，可拓建筑设计就是为整体的建筑创新提供科学的思维方法的一个学科。它能够让我们的创新思维更加趋向于理性，整合整个建筑设计中的各项因素，捕捉到思维灵感，构建建筑设计创新思维的框架，实现建筑设计创新的理性思维，保证其稳定性和科学性。3完善建筑设计创新的方法论体系。可拓建筑设计创新是建立在理性的基础之上的，通过静态和动态相互结合的方法，将内部各种关系和需要考察的事物之间的联系再一次相互结合起来，进行方法、体系的构建，从而形成稳定的方法理论。因此将可拓学有选择的放到建筑设计创新中去可以在其创新的过程之中给予指导作用。4发展建筑设计创新的理性化方法。可拓学是在逻辑学和数学的基础上发展而来的一门理性学科。她能够用模型的方法将事、物间的关系联系起来，并能将要进行的事和物描述出来，形成形式化、定量化的科学理论体系。这样在与建筑设计创新等问题结合起来的时候就会用一种较为理性的方法去看待建筑设计创新。能够按照这种方法将环境、资源、对象和目标有序的联合起来形成一种非常实用的理性创新方法。5奠定建筑设计创新智能化的基础。目前国内使用的众多软件都是绘图软件或者是形体推敲软件。我们在进行可拓建筑设计创新的时候可以在可拓学的基础上为电脑的软件开发提供理论基础，建立计算机数据库，这样将会奠定建筑设计创新智能化的基础。

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1.1教学内容过于防范

目前，机械设计这门课程包含的内容较多，有机械原理和机械设计。机械设计包括材料、力学、热处理、机械原理、公差与配合、机械零件、机械CAD等内容，所涉及的知识层面较广，教学内容较散，且与其他课程有着很多重复，如机械设计学科中有一项螺纹连接的相关教学内容。可见，教学范围与机械设计这门学科的学习原则不相符合。又如，减速器的类型、样式和设计参数要求，和机械制图中的减速器设计相关知识存在较高重复率，不仅在学科的学习层次上造成混乱，还浪费了学生的学习精力。

1.2与时俱进能力不强

机械设计这门学科的实用性较强，同时其教学内容随着科技的不断发展而不断变化。所以，传统的教学内容如果不进行更新，很难满足现代社会的需求。现代机械设计教学应当满足工程性和技术性需求，同时也应当具备系统性。因此，现代机械设计学科紧随时代的变化而改变，将传统的设计技术进行时代元素的融入。如今，很多相关院校对机械设计教学中的设备结构、设备强度和运动学等技术的教学比较注重，教学力度也较大，使能源问题、环境问题的教学很少涉及。尤其是安全、人机关系、美学等社会因素和价值工程、周期费用分析等经济因素，导致机械设计教学无法满足现代人们的生产需求。

1.3教学方式落后

很多相关院校对机械设计的教学仍然采用讲学通用的原则，对于教学中的重点知识，让学生采取理论知识记忆的灌输性传统学习方法，而对这门学科的实际应用教学涉及较少，仅仅加深了学生的相关知识或原理的理解。同时，缺乏案例式教学、现场教学以及讨论启发式教学，在学生的学习过程中没有充足的时间进行自主探索，严重阻碍学生对知识的理解与掌握，同时一定程度上阻碍了学生运用所学知识解决实际工程问题能力的发展。因此，应当对机械设计教学体系进行创新。

2创新机械设计教学体系措施

2.1调整教学内容

机械设计的学科教学内容应从实际出发，注重教学的整体性、实践性以及创新性。如今，很多学生对于机械设计的基础知识掌握不明确。所以，机械设计教学中应当遵循适度够用的理论知识学习原则，可采取重点学习、部分理解等方式。首先，教学内容要清晰精简，要精简机械设计这门课程的教学内容，避免学生在相关知识的学习中产生知识重复。同时，在学生的实际应用教学中，如实验、实习、课程设计、社会调查、毕业论文以及课外科技活动等注重实践运用的教学环节，不但要适度融入相关基础知识，还要增加其课程。其次，要注重知识的整合。在机械设计的实际教学中，将其中关联性与联系性较大的知识急性整合学习。最后，在机械设计的教学过程中应当注重知识点的增设。不仅要注重知识的重点性，还要考虑知识的完整性，可以增设以电、液为动力的机构组合，结合实际的典型机械等新内容，使学生全面认识现代机械，以适当前生产实际需要，方便计算机辅助设计的应用和推广。

2.2加强学生能力培养

机械设计是一门极具实践性的课程，过程中应当注重学生设计技能和创新能力的培养，以培养学生技术应用能力为主要教学目的，同时注重学生工程意识、工程实践能力、创新意识以及社会实践能力的培养。实际教学过程中，教师应当彻底摒弃传统的灌输式教学模式，在讲解相关理论知识或原理时，注重培养学生总结结论的能力。同时，在相关知识或原理的讲解时，融入其在实践中的应用，坚持产、学、研相结合，体现机械设计教学的基础性、系统性、实践性以及现代性。

2.3创新教学方法

目前，相关院校的招生多是面向全国，导致各种学生的机械设计学习基础不一。因此，要不断创新如今的机械设计教学。教学过程中，应当加强直观教学，在学生学习相关理论知识或原理的同时，让学生接触各类种机械、机构、零件、部件、图纸，提高学生相关知识或原理的实践性。同时，教师也可以利用多媒体、电子教案、CAI课件以及录像等现代教学技术，借助计算机和互联网，利用虚拟现实技术和仿真软件系统，开展机械设计的现代化、立体式教学。此外，教师在机械设计的实际教学中，应当尽量减少相关知识或原理的理论推导，运用例证讲清思路，加深学生对相关理论知识或原理理解，提高课堂教学效率。

2.4增加教学实践

机械设计是一门较注重实践运用的学科，教学时教师不能仅仅注重学生的知识学习，要更加重视学生的知识运用，如绘制机构运动简图。图2为机构简图的绘制步骤。以四杆机构为例，结合日常见到的筛东西、磨豆腐等，布置设计任务。在四杆机构的讲解过程中，不断提醒双曲柄机构、曲柄摇杆、双摇杆机构分别有什么运动特性，能转化为什么样的运动形式，现实生活中有哪些物品用到了这些机构，不断启发引导学生思考设计任务。一个机器少不了动力，因此课程中增加电动机的选用环节。学生设定自己运动机构的各种参数后，按部就班选用电动机，由此掌握效率等概念，并对整体的机器建立一个大概的认识。电动机选好后，考虑减速的问题。这时，可以引进齿轮机构（包括蜗轮蜗杆）、带传动、链传动。齿轮机构重点讲传动比的分配、计算及选用，对于渐开线的形成等和现场应用联系不密切的内容可忽略不讲。带传动、链传动重点讲传动特点和应用。此外，学习过程中要加入查手册选材料环节，把时间用到应用实践上。

3结语

目前，我国机械设计教学体系仍然存在教学内容过于庞杂、无法适应时代的快速发展以及教学方式过于陈旧和落后等问题。因此，在机械设计实际教学过程中，应当调整教学内容，加强学生能力培养，同时不断创新教学方法，以期为国家培养更多机械设计创新性人才。

作者:李爱军 徐红芹 王红梅 单位:山东理工大学机械学院

参考文献

[1]金京，罗声.基于创新能力培养的机械设计类课程教学改革与实践[J].纺织服装教育，2012，27（6）：534-536，539.

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（二）意中有境的意象表达云由气生，是阴阳二气聚合变化而成，中国古代哲人观自然之云的形态取云之象绘制而成的云纹，它是中国古代哲学观、自然观和世界观的有机统一体。云纹成为一种精神的图形载体和标示，表达了人们对吉祥、幸福的追求，对生命向往的独特审美意境。这种独特的审美意境是对云纹固有的意象的突破和升华，但并不是完全摆脱固有之象。王昌龄在《诗格》中说“：意境，亦张之于意而思之于心，则得其真矣。”可以看出这种审美意境指的是内心意识与外界事物的审美意象心灵相通的审美感受，所以云纹意中有境的意象表达就要求形象在尽意的过程中生成的一种独特的审美意境，而云纹这种独特的审美意境就造就了图形创意设计中讲求二次联想的视觉思维方式。意象图形的联想特性就是运用意象图形表现出受众所熟知的图形形态，启发观者通过意象图形语言的联想正确判断出作品想要传达的信息。[3]而二次联想是指图形在传达出设计创意的同时，设计者又赋予图形一种独特的审美意境，给人以充分的想象空间。没有意境的作品，直白的说教，把图形简单的当成文字一样的工具，有一说一，这就犹如无灵魂的躯壳一样，虽存犹亡，也就是说通过二次联想传达出的意境是图形创意设计的灵魂。在《名古屋香港著名画家十三人展》的海报中（如图2），可以看到在靳埭强先生的设计作品中透露出一种独特的东方美学意境。

二、云纹形态在图形创意设计中的应用

在中国传统的民族设计语言里，云纹独特的造型方法大量的运用于现代图形创意设计之中，其中主要包括有形态构成的运用、象征符号的融合、抽象因素的提取等，并显露出它独特的应用价值，形成了极具民族特色的设计语言。

（一）形态构成的运用1.反转相关反转相关是指“正形与负形”“图与底”视错觉规律的运用。日本平面设计大师福田繁雄在《两个不同性别的腿》宣传海报的图形创意设计中（如图3），充分利用了正负形的重复手法，男人腿与女人腿在反复中闪烁不定，画面充满了趣味性，视觉效果简洁明了，从中传达出京王百货的繁荣，也在更深入的探讨了男人和女人之间的关系。2.重复再生明清时期流行的团云纹造型，它的手法表现为通过单个云纹的重复组合加强图形本身的视觉冲击力，并与朵云纹相配合，整体的造型姿态构成了一个从四面八方向中心聚拢的展开样式。这种手法在图形创意设计中被大量采用，通过单个形的不断重复和有规律的组合从而使新的图形具有强有力的视觉冲击力，丰富的画面效果是单一图形无法达到的，透过重复的组织结构关系，准确的传达出了画面的某种逻辑关系。2008年北京奥运会祥云火炬的主体图案就是采用了云纹的重复手法，将“吉祥、如意、和谐共生、生生不息”的中国传统文化内涵展现在了世人面前（如图4）。奥运“祥云”火炬的传递也将中华民族精神与北京奥运会吉祥、祥和的信息传递到全世界，在火焰之下的中国云纹也成为最时尚的创意元素。[4]图4祥云火炬3.移花接木移花接木是把两种不同形态的造型通过嫁接融合的手法，重新组合成一个新的图形的过程。秦代出现的云鸟纹深刻体现出了这种独特的造型手法，在弧形的云纹头部加上一个鸟头，末端是云纹特有的S造型，凸显了飞鸟的形象，但又隐含了云纹图案的印迹，把云纹飘逸、洒脱的形态特点和鸟的形象进行结合，形成了新的艺术效果。这种移花接木式的造型手法被大量应在图形创意设计中，是将图形的某一特定元素与另一图形元素进行打破常规的组合，这个新图形并不是原有图形的简单相加，而是一种超越或突变，以产生出新的含义。

（二）象征符号的融合云纹作为中国最具代表性的传统图形纹样，它内在体现了中华民族的传统精神，为现代图形创意设计灌注了民族传统文化的品格，究其根源是它具有深刻的象征意义。从古至今，在云纹发展演变的过程中，积累了深厚的哲学文化内涵。在中国人的心中“吉祥”一直是云纹最本质的象征含义。中国古人曰：“吉者，福善之事；祥者，嘉庆之征”。可以说追求吉祥如意是中华民族普遍的文化心理特征，而云纹自古就具有“吉祥”的象征意义。故宫现藏的金属如意，它的头部采用的是如意云纹造型。它是把传统的云头造型和内部一条向内弯曲的圆滑飘逸的曲线形两者结合而成，充分的表达出“吉祥”的文化象征意义，也是人们追求吉祥如意文化心理特征的物态化表现。而现代图形创意恰恰抓住了云纹这一图形符号的文化象征意义，并把它融入其中形成了独特的图形语言。首届中国元素国际创意大赛金奖作品，就把云纹这一文化象征符号运用到海报中的图形创意设计中（如图5），来表现“吉想如意”这一主题。他巧妙的抓住了云纹在中国传统文化中的象征意义“吉祥如意”，通过夸张与变形把“吉祥如意”的“祥”与“吉想如意”的“想”进行同构，呈现出了独特的设计意境，是传统图形创意理念和现代表现手法有机融合的成功作品。

（三）抽象因素的提取云纹就是古代先民用“观物取象”的方式创造的图形符号，是对自然之云形态的一种抽象提取，图形创意设计的特征就是对事物抽象的设计过程，它是从众多的事物中抽取出共同的、本质性的特征，而舍弃其非本质的特征，最终完成设计创意的一个图形创造的过程。所以图形创意设计中抽象因素提取的造型手法和云纹“观物取象”的抽象造型手法有着异曲同工之处，是对云纹抽象造型手法的继承和发展。例如，2011年西安世园会标志的图形创意设计（如图6），以“天人长安•创意自然——城市与自然和谐共生”为主题，探寻“天人长安•创意自然”的深层含义。

三、云纹色彩观在图形创意设计中的传达

在中国传统的民族设计语言里，云纹具有的色彩观不仅是客观事物外表颜色的外在说明，它代表的是古人对自然和世界的认识，蕴含着十分深邃的情感世界，具有不同的象征意义。中国传统云纹色彩伴随着五行说思想、儒家和道家的哲学思想的产生而发展起来的，所以云纹的色彩观被逐渐运用到图形创意设计中，并显露出它独特的应用价值，形成了极具民族特色的设计语言。以云纹为代表的五色体系是中国人独特的色彩体系，充分的体现出中国人独特的自然观、世界观和审美观。五色即青、赤、黄、白、黑。云纹的五色是与五行方位观紧密联系在一起的，究其根源云纹五色实际产生于中国古代哲学中的“五行”观念。同时，云纹五色从色相上讲它包含了现代色彩学上的三原色，但它内在体现着的先秦古人的宇宙和天地时空观念。如五色体系中的赤黄青就近似于现代色彩学中色彩的三原色红黄蓝,这三色基本上代表了可见光谱色的全部，换言之，红黄蓝可以代替色彩的总和，眼睛需要这个总和才能满足，也才能处于和谐的平衡状态。[5]从五色“青赤黄白黑”到五方“东南中西北”，从五方“东南中西北”到五行“木火土金水”等，是一个相互联系、相互衍生、相互呼应，循环变化的体系。所以云纹的五色体系所蕴含相生相克、循环变化的时空观念就是对于这种周期性的现象与规律的深刻理解。云纹这种独特的色彩象征意义对于现代图形创意设计有着深刻的启示性，能赋予色彩新的内涵与生命，并显露出它独特的应用价值，形成了极具民族特色的设计语言。在《九九归一•》的海报中（如图7），画面用中国传统水墨的手法绘成九九勾云纹的涟漪，托起红白相间的莲花花瓣，以宽宏淡然的意念表现不染的精神。在黑白红之间显示了道家自然而然、花开花落、落叶归根的深远意境。同时云纹在“焦、浓、重、淡、轻”的水墨丹青中表现出道家崇尚黑色的审美观，在道家看来各种色彩地位也是不一样的。他们推崇黑色，因为在古代“五色”理论中有“北方谓之黑，天谓之玄”的说法，天色乃玄色，而玄乃道家学说的归源之地，所谓“玄之又玄，众妙之门”。靳埭强先生就是很好的利用了中国水墨黑与白的独特手法形成了独特的图形创意观念和设计语言，他将现代设计的法则、材料、技法语言与传统玄学神韵和意境有机的结合起来，以其独特的色彩情感语言使得他的作品具有强烈民族特色，从中也体现出云纹黑与白的道家审美观念已经融入到了图形创意设计之中，形成了独特的图形语言，也显示出云纹黑与白的道家审美观念所具有的独特应用价值。

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2达斡尔族、满族传统材料及工艺的分析

2.1达、满两族传统材料

对于我选取的这两个少数民族来说，传统材料基本取自大自然生长的材料，比如动物类和植物类。动物类生产材料主要包括：牛羊鹿马鱼等，其皮、角、毛、牙，都是生活和生产的重要材料。传统的树木类植物主要有：榆木、松木、桦木、杨木、柳木。灌木类植物主要是指柳树枝条等，柳条包括沙柳、红柳、乌柳、黄柳等。木材的还原感和设计能力都是民族传统材料中最强的，就地取材能力也很合适设计。

2.2材料加工与相应工艺

木材在加工前必须需要进行干燥处理，这样制成的物品才会尽量减少变形和开裂，干燥处理木材有两种传统工艺，分别是“自然干燥”和“人工脱水处理”。达、满两族居住房屋所使用的粗柳条及木材都是自然干燥的。皮的加工都需要把皮熟制，经过这个步骤才能使用皮质材料。毛的传统加工方法基本包括搓、拧、编，这几种方法都能让毛更好的体现其百变的特点，制作出的作品才会更能有味道。达斡尔族和满族的传统工艺十分精湛、朴实。具有较好的使用价值和审美价值。是达斡尔族和满族人民在长期的生产、生活实践中不断创造和积累起来的。达斡尔族和满族传统的设计工艺首先就是雕刻，达斡尔族的雕刻工艺主要可分为骨刻、木刻、角刻、骨木结合雕刻这四种，骨刻工艺，用于制作衣扣、扳指等方面，木艺主要应用于碗类和吊篮等等，老人们使用的烟袋锅，造型坚固耐用，是达斡尔族独具特色的民间工艺品。

3文化创意产品的应用与传统材料的创新结合

3.1现代民族风格文化创意产品的创新设计

材料的创新：材料本身的色彩、质感、光泽、纹理、触感、舒适感、亲切感、冷暖度、重量感、柔软度等表面特征，对现代民族风格产品的外观造型有着特殊的表现力，在产品造型设计中应该充分的考虑，不同的材质都有其自身的外观特征和质感，给人们不同的感受，造型设计应该高度的重视和熟悉材料的这种特征，在造型设计中应该注重美得感受的同时，在细微设计上也要有对现代材料和传统材料的配合，做到总体的和谐，在突出重点的同时要做到呼应。例如在传统皮质材料上，它对产品的外观造型有着特殊的表现力，不同的皮质给人带来的感觉是不同的，合理的在现代设计中运用皮质材料，可以更加充分的表现出少数民族自然的传统文化，皮质材料可以在其传统的美感特征上做到最好的表现，它的形、色、质的表现力是独一无二的。工艺的创新：设计中所使用的任何一种材料、都有其固有的自然属性，不管这一材料是天然形成的还是人工合成的，都影响了工艺的创新方式。影响每一种材料的质感一般都是三种物理属性：硬度，粗糙度，温度。在视觉上影响材料特性的属性：光泽、肌理、色彩、透明度等等。这些属性能够影响人们对产品材料的各种联想和视觉感受，这各种联想和感受决定着这款产品在工艺上的设计内涵。为了更好地去理解工艺的创新，我选择了设计一款兽皮灯作为解释。所谓兽皮灯就是一种兼具传统材料味道和现代功能的很有代表性的文化创意产品，在灯的表面具有兽皮特有的原汁原味，让人们看到后就产生一种温暖的感觉，配以暖光的配合，更加富有温馨感，放在卧室床头都是绝佳的选择，比起金属质感和塑料质感的床头灯让人更容易产生想触摸的感觉，让使用者感受到更真实的传统少数民族文化气息。造型的创新：一件工业产品，无论是它的单元部分本身，还是多个单元的组合，总是以外在的技能形态示人。影响形态的因素有尺寸、比例、各单元组合的合理性、宜人性、安全性以及均衡、稳定、轻巧、秩序、节奏等效果。所以在现代文化创意产品的造型设计上我们要尽量回归本源，以传统材料自身所具备的形态特点来对最后的产品进行雕琢，无论是随形的还是抽象的作品，传统材料的自然形态都是现代文化创意产品设计的一个最有利的创新武器。

3.2达斡尔族、满族传统材料与文化创意产品的结合创新

文化创意产业的兴起和发展是当代经济、文化、科技融合发展在产业层面的具体表现。它以其独特的形态演变和运行方式与其他产业发生广泛而复杂的联系，及大地影响着一个城市、一个国家的经济运行和社会文化发展。众所周知，工业产品设计是一门综合性极强的学科，所以说工业产品设计是多变的。但是，无论它如何多变，都是应该本着不变的原则：外观美和功能美。其主要研究的是产品的造型设计，所以在对产品的创新设计中，最起码要赋予产品外观的美，达、满两族的传统材料能够赋予产品的外观主要的形态美，并且还具备其他设计材料所不具备的自然特点，这种民族风的突破就可以达到产品创新目的。在文化创意产品设计上我们应该把文化和产品创新完美的结合起来，达、满两族千百年来常常把美好的心愿寄托在装饰上，以表达心情，形成了各具特色的民族文化，又因不同的自然环境、生存方式、、生活习惯、审美心理等，形成了各具风采的民族文化设计材料。我们要在材料上入手，找出这两个少数民族材料所体现出的美学规律，比如统一于变化、对比与调和、匀称与均衡、重点与呼应等，这才是对于产品创新的重中之重，这种具有强烈民族传统特色的设计材料必定会带动文化创意产品设计走向世界。

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2文化产业推动工业设计的发展

做为不断创新产品理念的苹果公司，在2008年就被《财富》杂志评为最受美国欢迎的企业，苹果公司总能使用硅片和软件“不断制造奇迹”，乔布斯深知那时苹果公司不具备在基础技术和商业模式上进行颠覆的能力，所以选择了比较快速的以工业设计为创新点的iMac深受消费者的青睐。苹果公司的发展史表明，工业设计产业已成为战略性新兴产业和先导性产业的重要组成部分，因此可以看出工业创新将为经济发展创造更多的价值。工业设计创新产业作为集艺术文化为一体的创新性产业，在推动我国社会主义创新型国家的进程中起到了至关重要的作用，我们可以通过添加人文元素增添产品的附加值，也可以通过常以产业的发展，挖掘现在工业的发展规律，找出设计导向情感的交叉模式，开拓文化产业发展新的发展空间，推动文化与设计的整体上市。

3文化产业背景下工业设计的未来趋势

文化产业已经成为知识服务于一体的新型产业发展模式，工业发展对解决人类现实生活中遇到的困难就有至关重要的作用，人们所处的环境，需要中国多种文化元素融合到本质创新中去，不仅仅外显为中国创造更应该强调“民族的就是世界的”以民族文化来弥补诸多设计不足，以工业创新历年来创新表现民族底蕴。如今设计行业已成为集科学性和艺术性为一身的新型产业发展模式，我国在大力发展文化创新产业，推动文化科技创新，以文化科技创新作为发展的重要引擎，充分发挥文化与科学技术相互促进的关系，以科技文化带动战略，增强自主创新能力。建立一个高度市场化的科技平台，以工业产品设计作为涵盖科技、文化、设计、多媒体等相关行业的多类平台。

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二、焦山主题摆台——鹤鸣天下

“鹤鸣天下”的餐具、台布、口布、筷套均以白色与黑色为主色调，白底配以黑色书法，真行草隶篆等各体兼备，书法内容为焦山碑林、摩岩石刻中著名的诗文名句片断，从而突出焦山的书法特色，令宾客在就餐的同时能欣赏到中国书法艺术的神韵，感受中华文化的深邃。台布在对应宾客的座位处印制闻名古今的《瘗鹤铭》，凸显“鹤鸣天下”之主题；在边角处印制水墨山水和焦山书法，以为装饰。口布折成筒状，置于杯中，将书法内容以立体的形式呈现出来，形似碑林。桌面器具、台布在颜色比例上均大面积留白，一是为了避免整体观感过于杂乱，二是为了更加突出书法艺术之美。

三、北固山主题摆台——三国宴