机械动态设计范文

导语：如何才能写好一篇机械动态设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：机械；结构；动态设计

0引言

机械结构动态设计优化，是机械领域市场发展的结果，打破传统设计方式的限制，提高动态设计的综合能力。目前，随着机械行业的进步，如何优化机械结构的动态设计，成为主要的问题，应该根据机械结构的需求，优化动态设计的过程，确保其具备充足的市场竞争力，体现动态设计的优势，最主要的是符合机械结构的设计要求。

1机械结构动态设计分析

机械结构动态设计是指根据机械产品的特性，构建动力选模型，应用到机床设计的流程内。动态化的机械结构设计，能够找出机械产品设计中的薄弱项目，根据模型的模拟状态，提出相关的改进措施。机械结构动态设计中需要选择有效的变量信息，完善初始参数和修改后参数的使用，促使结构动态设计达到优化的状态，强化机械产品的实践设计[1]。机械结构动态设计方法，符合现代机械产品精细化的设计要求，提供稳定的设计模型，为机械结构设计提供稳定的模型和设计方法，规范机械产品的设计。

2机械结构动态设计中的技术

机械结构动态设计中的技术，主要体现在两个方面，分别是有限元建模技术和ANSYS软件技术，对其做如下分析：

2.1有限元建模技术

机械结构动态设计是一项复杂、繁琐的工作，将有限元做为设计建模的理论基础，积极分析机械结构的动态设计。有限元建模技术，促使机械结构动态设计的结构，趋向于真实的求解区域，可以将机械动态设计的不同单元体，组合到同一个求解区域内，规划出机械产品所需的设计结构，有限元建模技术根据几类设计结构，模拟可能使用的几何形状，体现数值分析方法的优势。有限元建模技术在机械动态设计中，需要注重单元函数的求解过程，得出未知函数的准确表达。

2.2ANSYS软件技术

ANSYS软件降低了机械动态设计中的计算难度，提供可靠的操作和计算。ANSYS软件，能够根据机械产品动态设计的需求，规划出问题的范畴，在此基础上辅助构建有限元，优化机械产品动态设计的步骤[2]。ANSYS软件技术中，可以根据机械设计的优化需求，引入CAD软件，完善计算数据的使用。ANSYS软件技术，广泛应用在交通、家电等行业的机械产品设计中，清晰的反馈设计结果，表达机械产品的非线性动态变化，有利于提升动态设计的准确性，消除潜在的设计误差。

3机械结构动态设计的优化措施

结合机械结构动态设计的技术应用，分析优化措施，确保优化措施在机械结构动态设计中的落实效果。首先机械结构动态设计的类型多样，涉及到复杂的工艺技术，直接增加了动态设计的压力，需要在机械结构动态设计、结构修改等方面，实行相关的优化处理，提高动态设计的灵敏度。例如：机械结构动态设计的优化措施中，以特征向量为分析因素，全面完善与机械结构动态设计相关的数据计算，明确机械动态优化设计中潜在的影响因素，假如机械结构动态设计中的变量较小时，可以按照原有的理论基础，更改设计方法，充分模拟机械动态的设计特征，此类优化设计方法比较注重局部近似分析，其在变量较小的环境中比较实用，但是变量较大时，需要引入人工神经网络设计方式，特别是在机械动态设计的结构振动分析内，为优化设计提供稳定的基础。然后针对机械动态设计中的逆向问题，提出优化的措施，专门用于解决逆向型问题。机械动态设计的过程中，逆向问题是指设计过程中可以满足动态特征的需求，但结构机械的结构参数与刚度矩阵，无法实现有效的融合，因此，设计人员将系统结构中的设计参数，转为逆特征值，推理得出设计的对象信息，较为常见的是有限元逆特征值的求解，通过研究机械结构的设计参数，利用线性求解方法，求出机械结构的尺寸数值。目前，在逆向问题的优化中，设计人员汇总机械动态设计中出现的问题，将模糊理论等内容，引入到优化设计中，实际案例证实动态优化的可行性，进而完善构建有限元模型，辅助解决机械动态设计中的逆向问题，提高机械动态设计的准确性。最后在优化机械动态设计的过程中，强化计算机信息技术的应用，深入落实仿真技术的使用，同时配合信息化建模，体现机械动态设计中智能化、自动化的特性[3]。例如：设计人员在机械动态设计的有限元分析中，引入多项学科知识，如虚拟技术、机械动力技术等，提升机械动态设计的综合性，映射计算机环境中的机械动态设计方式，而且计算机信息技术，能够根据机械动态设计的需求，提供虚拟的环境状态，促进虚拟机械设备的开发发展，即使机械动态设计中出现误差，也能在虚拟环境中迅速更改，减轻设计中的计算量，一方面确保机械动态化设计的水平，另一方面提升真实机械产品设计的精确度。

4结束语

机械结构动态设计的优化过程中，融入了诸多科学领域的内容，如：电子、动力等，为优化设计提供有效的支持。根据机械结构动态设计和技术应用，全面落实优化措施的应用，改善机械结构动态设计的方式，促使其可跟上行业的发展速度，体现优化设计的价值和作用。

参考文献：

[1]韩俊平.试论机械结构动态优化设计及其相关技术[J].机电信息,2014(03):110-111.

[2]张志强,郭京波.机械动态优化设计综述[J].石家庄铁道学院学报,2011(01):74-76+95.

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Sun Yuchao； Zhang Dong

（世源科技工程有限公司，北京 100855）

（Shiyuan Technology Engineering and Construction Co.，Ltd.，Beijing 100855，China）

摘要： 本文在借鉴国内外研究成果的基础上，对建设工程项目动态管理的内涵、特征进行了界定和阐述。在此基础上，重点对建设工程项目动态管理的协调技术进行介绍，并从目标协调、管理协调、技术协调、组织行为协调以及文化协调等五个方面出发，建构了建设工程项目动态管理的协调机制。

Abstract: Based on the research results at home and abroad, the paper defines and demonstrates the connotation and characteristics of dynamic management of construction project. On the basis, it presents coordination technology of dynamic management of construction project, and establishes coordination mechanism from the coordination of target, management, technology, organization behavior and culture.

关键词： 建设工程项目 动态管理 协调技术

Key words: construction project；dynamic management；coordination technology

中图分类号：TU71 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）32-0082-02

0引言

工程项目的建设，是一项有组织有计划的系统活动，也是人的劳动和工程材料、构配件、机具设备、施工技术和工程项目的环境条件等有机结合的过程。建设工程项目具有规模大、实施过程复杂化、快速化和精密化的特点，而且实施过程中会有很多的不确定因素。如何围绕建设工程项目的目标，实现项目相关单位相互之间的动态有效协调，这是我国目前建设工程项目管理在方式和技术上所面临的挑战，同时也是一次机遇。

1建设工程项目动态管理协调技术

建设工程项目管理作为项目管理的一个重要分支，是一门研究建设工程项目从筹备到建成投产的全过程的管理理论和管理方法的科学，是在建设工程项目管理的生命周期内对建设工程项目进行决策、计划、组织、指挥、协调和控制的管理活动。

项目协调是指以一定的形式、手段和方法，对项目实施过程中的各种关系进行疏通，对产生的干扰和障碍予以排除的过程。建设工程项目协调效果的好坏，直接决定了工程项目建设的成功度。协调可以促使参与工程项目建设的个人与组织目标趋于一致，从而促进组织目标的实现使组织内所有力量都集中到实现组织目标上来，和谐、紧密地进行各个环节和各项活动，从而极大地提高组织的效率。具体而言，建设工程项目的协调技术主要包括以下几个方面。

1.1 沟通沟通是项目管理系统所进行的信息、意见、观点、思想、情感与愿望的传递和交换，并借以取得系统内部组织之间、上下级之间的相互了解和信任，从而形成良好的人际关系，产生较大的凝聚力，完成建设工程项目目标的活动。

1.2 协商协商是为了解决某些事情或问题而与他人进行商量、商议。协商的基础是项目计划和有关文件。协商的过程包括确定协商的时间、地点以及进度。为了使协商结果有利于工程项目的建设，协商的双方应当确定何时进行协商，并且选择协商的地点，把握好协商的速度。

1.3 谈判谈判是为了达到双方均可以接受的局面而采取的行动，意在就彼此都认为很重要的问题、可能引发冲突的问题、需要合作才能解决的问题等达成协议。在建设工程项目中，谈判一般涵盖了设计深度、交图时间、监理期与范围、人工成本方面、新技术、进度报告、工程设计调整以及价格变动等方面的内容。

1.4 通报工程项目建设过程中各参与单位之间、参与单位与其组织之间、组织与项目相关组织之间都要不断地通知、汇报、请示并报告项目的进展情况，这些活动可以统称为通报。业主、承包商、监理单位之间必须形成定期报告制度，及时通报工程进展状况。

2建设工程项目动态管理的协调机制

建设工程项目中，涉及到的人与事、人与人、人与组织以及组织与组织之间的关系繁冗复杂，工程项目建设成功与否、成功度有多大，与工程项目协调的成效有很大的关系。基于建设工程项目管理的特点，结合动态管理的协调技术，本文主要从目标协调、技术协调、管理协调、组织行为协调、文化协调等五个个维度对建设工程项目动态管理的协调技术进行了探讨，并建构了一般化的建设工程项目动态管理的协调机制。

2.1 目标协调建设工程项目目标方面协调的主要内容在于协调诸多目标因素之间存在的复杂关系，充分认识项目目标和组织的管理目标，形成关于项目目标协作机制。一般情况下，建设工程项目目标确定后，要分解并确定各下属任务组的分项目标，同时在项目任务组与职能部门之间建立沟通渠道，进行经常性的协调。具体而言，目标协调应把握以下三点内容：一是强制性目标和期望目标发生争执时，必须首先满足强制性目标的要求；二是如果强制性目标之间存在争执，则表明施工方案或措施本身存在矛盾，需重新制定方案或消除某一个强制性目标，将其变成期望目标；三是把握好期望目标之间的争执。如果存在争执的期望目标是定量的，则可采用优化办法，追求技术经济指标最有利的解决方案，如果存在争执的期望目标是定性的，则可通过确定优先级或权重，寻求它们之间的妥协和平衡。

2.2 技术协调施工活动关键是技术性活动，工程项目技术系统、施工技术的实施对项目的协调有重要的影响。技术活动过程的中枢神经是控制与反馈，协调系统又是人与整个技术系统联系的中介，离开了协调系统，就无法实现对生产和施工过程的有效管理。工程项目实施的核心力量来自施工技术、管理技术和项目团队。施工技术通常部分根植于机器和机械设备，同时囊括了项目参与者的知识和技能。工程项目技术越复杂，则技术不确定性越大，技术的互倚性也就越大，此时必须投入更多的资源用于技术方面的协调。具体而言，建设工程项目的技术协调应该把握以下两点：其一，技术协调主要反映在组织、项目管理者、项目参与者的技术思路、原理和方法等方面；其二，从技术层面来说，项目管理者运用文化的力量、管理的职能，规范参与者行为，将项目组织建设成一个协作的体系。从而，通过技术协调，可以保证项目技术系统按照规范、标准的要求来实施，更好的实现建设工程项目目标。

2.3 管理协调管理协调包括计划、组织、决策等方面的协调。计划是在目标实施之前，对决策目标迸一步展开和落实。建设工程项目的进度计划、投资计划、成本计划、质量计划、财务计划、采购计划、施工计划、供应计划等本身既是协调的重要手段，又是被协调的对象。计划是项目相关方汇报工程项目建设情况和协商各项工作的渠道。良好的计划协调能有效增进项目参与者相互之间的理解，更好地了解工程项目的目标，正确地理解自己工作的意义。此外，建设项目是一个非常复杂的项目组织系统，项目中组织利益的冲突十分激烈且难以调和。组织是工程项目协调的载体，组织协调是项目协调最为重要的方面和形式。只有通过积极的组织协调才能实现项目各个系统全面协调的目的。再者，建设工程项目实施是一个不断决策的过程，无论是项目负责人还是项目管理者都要进行各种决策活动。决策是工程项目协调最重要的工作，项目负责人必须不断地对工程项目实施过程中的问题做出选择和决定。因此，决策的质量高低以及实行的可能性，往往关系到项目组织的协调成果。

2.4 组织行为协调建设工程项目中的组织行为复杂多样，我们可从四个建设阶段分别进行分析：其一，决策阶段的组织行为协调。项目要经过的初步可行性论证、可行性论证、评估等复杂过程。既没有固定的组织形式，也没有专职人员，可行性论证的人员一般由各学科专家组成的专家组来完成。在经济全球化、科学化发展的环境下，应多采用灵活、敏捷、精简、高效的组织模式进行决策，使之能够适应环境超系统的快速影响；其二，准备阶段的组织行为协调。一般按照项目的规模和重要性来确定、分配角色、任务、职责和报告关系。应针对不同项目干系人的信息需求进行分析，以尽量满足他们将来在项目实旋过程中的行为需要；其三，实施阶段的项目协调。项目的目标定义明确，项目组织应按照计划去开展工作，一般需要战术型或战略型的组织来完成这些工作。不同特征的项目组织需要不同类型的成员及其行为；其四，终结阶段的项目协调。项目组织即将解散，组织成员要寻求耨的工作岗位。这时项目组织的摩擦大，行为更为离散，协调和沟通更加困难。要求项目组织加强管理，项目成员服从组织安排，做到撤而不慌、散而不乱。

2.5 文化协调建设工程项目管理的核心是调动参与者的积极性和创造性，现代项目管理中，文化对项目执行方式以及要达到的目标的影响越来越大。文化协调的目标是实现和谐的项目或团队文化。项目团队中成员们的情感方式，包括感觉、态度、偏好和价值观，都深刻影响着项目组织的文化氛围。这种氛围影响人们如何思考和感受，如何反应和行动，所有的这些最终决定什么是组织中可被接受的行为。在进行项目组织的文化协调时，应该重点把握以下四个方面的内容：第一，在于加强组织的文化，使各层次、各类型的参与者在他们的责任领域中树立组织文化的理念并从中得到鼓励；第二，发展项目组织文化，改变部门工作的文化观念；第三，塑造一个学习型的组织，明确认识到所有的组织成员必须重新培训和重新学习新的技术；第四，整合项目组织的各种资源，把项目组织的重心转移到能够更好的保证项目实施过程的目标上，通过项目的管理过程来积极的发展团队文化。

3总结

我国每年大大小小的建设项目上十万个，既包括各类工厂、矿井、桥梁、公路、铁路、港口、机场、金融设施等具有生产经营功能的项目，又包括办公楼、医院、图书馆、居民住宅等具有社会或个人消费使用功能的项目。在这些项目的建设过程中，由于管理人员素质和管理方法中存在太多的问题，给我国工程项目建设的步伐设曼了各种阻碍。除了项目进度、成本、质量以及外界环境诸多因素外，建设工程项目管理过程中的弊病也是重要原因之一。在项目管理技术的具体应用中，也存在着项目管理未达到应有的先进水平和项目管理的实际应用可操作性差等问题，尤其是在项目管理的协调等这些关键方面还没有真正解决好。

现今，大量的建设工程项目正在实施或即将实施，迫切需要应用科学、有效、先进的项目管理技术来实现各自的目标。本文在介绍建设工程项目动态管理协调技术的基础之上，构建了一般化的建设工程项目动态管理协调机制。从而为介绍和推广先进的项目管理技术在我国建设工程项目管理中的运用提供良好的理论知识，为保证建设工程项目质量的前提下大大地节约投资、缩短工期提供实践指导。

参考文献：

[1]吴涛.工程项目管理研究与应用[M]．北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2]中华人民共和国建设部．建设工程项目管理规范[M]．北京：中国建筑工业出版社，2006.

[3]陈宗光，何伟荣．建筑施工中各专业的协调管理[M]．建筑管理现代化，2002.

[4]梁世连．工程项目管理[M]．北京：清华大学出版社；北京交通大学出版社，2006.

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关键词 爆胎应急；安全性；单片机；胎压传感器

中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0032-02

近些年来随着汽车数量的迅猛增长和高速公路的不断发展，高速行驶的汽车爆胎引发的交通事故不断增多。据公安部门统计，我国每年因高速行驶中突然爆胎而引发的事故占全部高速公路意外交通事故的49.4%。由于高速行驶的突然爆胎既不可预见又难以控制，已成为高速行驶“头号杀手”和“隐形杀手”。而其中汽车爆胎后由于驾驶员心理惊慌失措猛踩刹车导致汽车加剧跑偏和翻车是引发事故的主要原因。正确的做法是用力控制方向盘，并松开油门踏板，使汽车利用滚动阻力让车速慢下来，这期间尽量抢换低速挡，再轻点刹车使车速慢下来。

1 国内外爆胎应急技术的现状分析

目前，市场出现了一些防爆胎装置，它们的原理主要是在轮胎上进行改进，比如“刚性支撑式安全轮胎”，即在爆胎时它能及时释放车轮剧增的运动阻力，从而可控车辆行驶方向，避免转向轮因一侧轮胎失压后造成车辆方向失控。而对于轮胎改进需要对所有轮胎进行更换，因为制造成本的问题，对于轮胎企业来说，采用该产品肯定会导致成本增加。有权威人士认为，目前国内的客户更多的还是关注成本的问题，该产品推广应用需要较长一段时间。

即使随着轮胎技术的不断发展，其防爆性能日益提高，轮胎爆胎的可能性在客观上仍然是无法消除的。而轮胎一旦爆胎，如果驾驶员由于心理等因素操作不当其后果将不堪设想。而汽车爆胎应急的技术将为驾驶员和乘客的生命财产安全做最后一道保障，有效降低此类交通事故的发生。因而，在政策及安全需求的呼吁下，爆胎应急技术将拥有更广阔的发展前景。

2 汽车爆胎应急装置

2.1 工作原理

基于机械传动控制的汽车爆胎应急装置的设计是由胎压传感器感应、单片机控制及机械传动三大部分组成。当胎压传感器感应到压力瞬间变化达到正常胎压的1/3及以下时，通过无

图1 整体构思方案图

线传输把信号传给单片机，单片机将接受到的信号经电路传输到自动锁（自动锁是由连杆机构、齿轮、顶杆等构成的传动控制装置，与齿条连接起传动作用），自动锁启动，使刹车踏板自动锁锁在预定位置，并延时时间2 s～7 s（根据车速来决定延时时间）后，自动锁复位，刹车正常使用。本装置可以在汽车发生爆胎情况时起到“点刹”的作用，防止驾驶员猛踩刹车，从而在一定程度上避免汽车爆胎时由驾驶员的不当操作所引发的事故，提高驾驶的安全性。

2.2 实验结构设计

1）感应装置。通过检测，将汽车轮胎内的压力和温度检测值通过无线传送给接收器。系统处于工作状态时，如果轮胎压力或温度出现异常，系统立即进行报警，并显示故障轮胎的位置与相应的压力及温度数值。当接收器显示压力值小于正常值的1/3及以下时，通过电路的传输把信号传输到自动锁，装置启动。

2）爆胎装置。通过泄气阀瞬间把轮胎内的气泄光，这时胎压传感器把信号传给显示胎压不足，并发出报警声。

3）动力控制。动力源采用车内12 V的直流电瓶，用接触器、压力传感器的接收器以及通电延时继电器作组成电路控制。

4）传动控制。传动控制是由自动锁与齿轮齿条机构连接的传动装置。自动锁是由连杆机构、齿轮、顶杆等构成的传动控制装置，与齿条机构连接共同起传动作用。其中齿轮上固定一根顶杆。当自动锁得到信号动作时，推动齿条，带动齿轮转动，齿轮刚好转动1/4圆。顶杆刚好顶住刹车踏板，使刹车制动。齿轮齿条传动的目的在于将齿条直线运动转变为齿轮的回转

运动。

图2 机械传动布置

2.3 主要部件

1）胎压传感器（Infineon SP12型传感器）：检测汽车轮胎的压力值。选用的是射频无线传输数据的胎压传感器，如图3所示。

图3 内置式胎压传感器

2）齿轮齿条：齿轮齿条传动具有瞬间传动比恒定，工作平稳性较高、维护简便、传动效率高，结构紧凑的优点。

3）自动锁：主要的动力源为一个12 V的自动锁。基于机械传动控制的汽车爆胎应急装置中由连杆机构、齿轮、顶杆等构成的传动控制装置，与齿条机构连接共同起传动作用，其中齿轮上固定一根顶杆。

4）中间继电器：电路控制部分。

5）单片机（MC9S12XS128）：接收来自胎压传感器和车速传感器的信号，当胎压瞬间降为胎压正常值的1/3以下并且车速高于30 km/h时发出信号使得齿轮齿条动作带动顶杆转动顶住制动踏板工作。

2.4 实现流程

2.5 结论

经过在实验室对模型样机的近百次试验，测得自动锁启动时间≤0.2 s。人的正常反应时间为0.1 s～0.4 s。在最快的反应时间0.1 s情况下，从驾驶员发现车胎胎压异常时，立即松开油门踏板，直到开始踩下刹车踏板所用的总共时间将达到0.3 s～0.5 s，自动锁此时早已启动并发挥作用。通过反复调整测试，得到较为理想的自动锁延时时间，实验得到的延时时间与车速的关系数据见表1。

3 创新点

本装置是为了在汽车爆胎的瞬间，防止驾驶员由于心理惊慌猛踩刹车而导致汽车翻车的严重交通安全事故。主要适用于高速行驶的车辆，与普通的爆胎装置相比具有很强的适应性，能有效的降低高速路上因汽车突然爆胎而造成的严重后果，提高驾驶安全性。

在设计过程中考虑到刹车板正下方空间有限，因此设计自动锁与齿轮齿条机构连接，并在齿轮上焊接一根杆，通过自动门锁的启动，推动齿条的运动使齿轮发生转动，把杆从水平状态转化为竖直状态。整个汽车爆胎应急装置是在汽车地板以下布置的，在汽车正常行驶时不影响汽车驾驶厢内的其他诸如油门和离合器踏板，并不违反国标。

4 结束语

基于机械传动控制的汽车爆胎应急装置具有结构简单、高性能、易安装、工作稳定的特点。不仅可以控制汽车爆胎瞬间的转向而保证安全，而且高效经济。预计采用此套汽车爆胎应急装置的成本预算价格预算不超过500元，远远低于同类防爆胎产品的价格。本装置对轮胎无特殊要求，而是采用胎压传感器和机电控制技术，实现了汽车爆胎防止驾驶员误操作的一种装置。本爆胎应急装置安全高效，并且经济实用性强，在不改变传统车部件的情况下进行装配设计，具有普及性。随着社会的迅速发展和人们对安全的更加重视，该技术的市场会存在很大的需求，具有巨大的潜力，符合汽车安全行业的发展趋势。

参考文献

[1]蔡彦资.汽车防爆胎自动控制系统研究[J].科技创新导报，2009（29）：5-6.

[2]赵明岩.大学生机械设计竞赛指导[M].浙江大学出版社，2008.

[3]罗绍新.机械创新设计[M].机械工业出版社，2003.

[4]赵龙庆，何超.丰田公司车辆轮胎气压报警系统原理及使用[J].汽车研究与开发，2003（1）：51-53.

[5]王吉中，魏兆宏.轮胎气压自动检测和报警系统[J].汽车电器，2002（4）：56-58.

[6]陈荣兴.汽车智能驻车刹车系统的应用[J].科技创新导报，2012（3）：107.

作者简介

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【关键词】协同教学；移动平台；大学数学；教学资源整合

【中图分类号】G642

【文献标识码】A

自从2003年起，教育部启动了精品课程建设工作，各个高校均已建立了自己的信息化平台，特别是针对国家级、省级、校级的精品课程、重点课程，但是交互平台的应用情况却不甚理想.精品课程中只有部分课程使用了交互平台，其中包括学习论坛、答疑系统、作业提交与管理系统、考试系统.其中，不到50%采用学习论坛，不到2%采用作业提交与管理系统与考试系统.可见交互平台使用率明显不足.

另一方面协同教学在近几年的研究成果层出不穷，在教学过程中，团队分工合作，发挥专长，协调发展，充分利用各种教学资源，共同制订教学计划，开展教学活动并进行教学评价可以解决传统教学团队存在的问题，如单一僵化的教学模式不利于培养高素质人才，社会惰化问题影响团队的协作效率等.因此提出如何将信息化的平台创新和协同教学进行有效的结合这个创新性的重要课题.

一、移动学习平台建设的意义

建设基于协同教学机制的信息化大学数学教学移动平台，有如下作用和意义：

1.适应目前信息时代的学生学习模式.目前课堂上，学生几乎人手一个手机，虽然课堂手机的使用降低了学生听课的效率，但是也说明了移动终端确实影响了学生的学习模式.另一方面，大学数学类课程，公式推导多，理论性强，比较难以调动学生的学习积极性，但是作为信息技术的基础又非常重要，所以针对学生的学习特点，将资源整合到移动终端上，可以实现学生随时随地的学习互动.

2.有效地整合教学资源，避免教师教学成果的反复创造.高校教师往往在教授一门课程3～5年后才能形成自己的一套体系，形成风格可能需要更长时间，这些教学成果通过信息平台共享可以避免相似的成果反复创造，节省了教师宝贵的时间和精力.

3.提升学校的信息化建设步伐.因为大学数学就是信息技术的基础，相关类课程数字信号处理、计算方法等相关课程在国外的大学课程中已经当作公共课进行设置，平台的建立模式可以推广至其他课程的建设，较好的成果容易转化成优秀的教学成果，加快学校信息化建设的进度.

二、移动教学平台建设的步骤

探索学生在移动终端的大学数学类课程的学习模式，将在实践课堂上取得的教学成果通过信息技术整合优化配置，形成教师、学生、管理者共享的平台.

首先了解学生在移动终端的学习特点，通过调查和小范围实验的方式进行研究学生的兴趣点，希望提供电子教学资源以及和教师的互动方式；其次在课程内容的选择上，将大学数学类课程的理论性特点结合实际应用，设计具体案例学习内容；最后在软件设计方面，基于移动终端的学习内容，避免在线学习模式中过多的资源分类，精简逻辑结构，让学习软件易于操作易于理解，并且乐于分享学习效果.

在整个过程中集中大学数学相关专业类的知名教师，协同合作，优化教学资源配置和整合，让学生体会到跨学校、跨区域的学习感受；另外建立信息化平台的评估机制，通过问卷调查，或者在线调查的方式了解学生的学习效果，从而对于教学效果进行客观评价.

三、移动学习平台建设的目标

通过平台建设，可以实现学生学习效率的提高，教师优质资源的整合，学校信息化建设的创新.

学生的跨维度学习是时代所需，信息技术类学生以后的就业也和学生本身对于大学技术的理论和应用结合的综合素质结合；教师多年积累的教学资源，通过有效的共享和分享可以给学生多维的选择，另一方面可以扩大教师的知名度，当然其中的知识产权的问题会全面衡量；学校在信息化建设过程中的投入本身也可以为信息技术类专业学生提供一个实现所学到所用的有效桥梁.

在教学过程中的主体、客体和载体的三方共同作用下，实现教学效率的提高，教学质量的提升，最为重要的是教师这种最宝贵的教学资源的充分应用.

结合目前的信息化平台建设和协同教学的机制，将线上的教学资源整合到移动终端上，方便学生通过移动终端进行学习，是目前信息时代的一个趋势，在这个方面虽然也有很多学校进行了尝试，如云南大学已经搭建基于协同过滤的在线教学视频系统，但是整体平台建设的发展仍然处于一个初步阶段，且目前的应用前景非常可观.

【参考文献】

[1]黄宝玉，项国雄.国家精品课程建设现状分析及思考[J].中国高教研究，2007（9）：72-76.

[2]柳礼泉，陈宇翔.精品课程建设与一流教师队伍培养[J].高等教育研究，2007（3）：77-81.

[3]刘晓剑.试论协同教学的团队建设[J].大学教育科学，2011（1）：42-45.

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关键词：短波通信；动态频谱接入；数据传输协议；自适应变帧长

Design and Realization of HF Data Transmission Protocol Based on Dynamic Spectrum Access

HAN Yan,HU Zhongyu,LIU Zhenhao

(Chongqing Communication Institute,Chongqing,400035,China)

Abstract：In view of the instability of HF channel,a reliable and efficient protocol used for HF data transmission is designed and realized in the paper.The protocol functions and its application to improve the efficiency and reliability of data transmission on complex HF channel are discussed.The method to realize dynamic frequency preelection is explained,changing frame length adaptively and transmitting data based on dynamic channel access,the program design processes and computer simulations are given in the end.

Keywords：HF communication;dynamic spectrum access;data transmission protocol adaptive;adaptive change frame length

オ

1 引 言

短波通信一直是远程战略通信和战术通信的主要手段。尽管卫星通信出现以后某些短波通信业务被卫星通信所取代,但是,因为短波通信既适用于近距离移动通信,也可作为远距离固定通信,而且其设备简单、成本低廉、机动灵活、传输距离远,加上战争期间,短波通信设备具有抗毁性,使短波通信将与卫星通信长期并存发展。特别是在中远程军事通信中,短波通信将占有极其重要的地位。

然而短波信道为时变衰落色散信道,在短波信道上传输数据信号,遇到的主要障碍是多径效应引起的信道参数随机快速变化。而多径时延又与通信距离、工作频率和通信时间密切相关,其中工作频率对其的影响最大。当数据传输过程中信道条件突然恶化时,目前的短波通信系统一般是采用增大功率、降低波特率、使用纠错能力强的编码、增大冗余和交织深度、利用ARQ协议多次重传等方式保持低速率通信；当数据传输过程中链路突然中断时,只能是建链后从头重新发送数据,极大地影响了数据传输的有效性和可靠性。鉴于此,我们一是借鉴认知无线电中动态频谱接入的思想,采用动态频率预选技术,动态、实时地为短波用户提供有效的工作频率集；二是借鉴TCP/IP协议思想,将数据分组传输、自适应变帧长及动态信道接入等技术应用于短波数据通信,实现了面向无连接的高效自适应数据传输。仿真和实验结果表明,该方式能大大提高短波数据传输的可靠性及有效性,可较好地改善短波通信系统的效能。

2 动态频谱接入

频谱接入也称频率接入、无线电信道接入等,是无线电接入技术的基础。

动态频谱接入是相对于静态频谱接入而言的。静态频谱接入是指通信系统只能在频率管理部门事先指配的频率或频段上工作,这样做的优点是管理规范,能够确保各系统有序可靠地运行,但同时也存在着频谱资源利用率低的缺点。而动态频谱接入广义的概念是把整个无线电频谱作为可利用的信道资源,实时地感知、识别,有效地加以利用。狭义的动态频谱接入是指在较宽的频率或频段上,对频谱进行实时感知、识别和利用。

与其他通信频段相比,短波动态频谱接入具有以下特点：

(1) 具有有效频率实时感知的特点；

(2) 短波最佳工作频率与通信时间、通信距离的关系,具有明显的统计规律性。

将动态频谱接入的思想引入短波通信,不仅可以更加有效地利用宝贵的短波频谱资源,大大提高短波频谱的利用率,而且还可以为短波数据传输提供合适的传输信道,进一步提高短波数据传输的有效性和可靠性。

3 协议设计的基本思想和采用的关键技术

协议设计的基本思想是：通信前,首先根据通信双方的地理位置信息、时间和距离等参数产生有效工作频率集,同步建链后在短波信道上进行数据分组传输,在通信过程中实时检测信道质量,根据信道质量自适应选择所发送数据帧的帧长。若信道质量不满足要求,即最小帧长下数据传输的误码率超过设定的门限时,系统根据动态频率预选结果,控制系统自动切换到另一有效信道上恢复链路,并从数据中断处开始继续进行传输,直至数据传输完毕。

3.1 动态频率预选技术

传统的短波通信在实际运用中,由于工作频率的选取缺乏必要的技术手段支持和较强的专业理论指导,往往只能依据战术要求和工作经验来确定,实际选择的频率通常并非当前的有效工作频率,结果造成通信沟通率低,通信质量差。为尽可能地克服短波选频的盲目性,我们把短波频率的预报、预测,以及自适应选频有机地结合起来,按照频率预选-实时监测-实时更换的方式来实现。

首先根据长期统计预报的经验数据和大量试验数据统计分析得到最高可用频率MUF,构建以时间、距离为参量的MUF数据库；采用量化估值、数字建模的方法,以通信时间和距离为参数,构建基于计算机应用平台的短波有效工作频率自动选频系统,实现有效工作频率集的自动生成和自动设置,为实时频率监测提供频率段范围。然后在有效工作频率集自动预选的基础上,在通信过程中通过对信道干扰的实时监测,对误码率的实时测量,实时选择和调整工作频率,确保链路自动建立、通信工作在有效信道上,以实现实时选频功能。其过程如图1所示。

3.2 数据分组传输技术

由于短波信道的时变性,数据传输时易发生随机和突发错误,尤其是突发错误会造成长串误码,使用一般的反馈重传机制会导致大量数据的频繁重传,造成通信效率的低下。我们在数据传输前,先将所有待发送数据进行分组,然后组成数据帧来发送,每个数据帧的大小可根据信道质量自适应调整。数据传送过程中,采用的是SW-ARQ模式,发送一帧数据后,等待接收回执,回执正确,则发送下一个数据帧；若回执不正确或超时,则重新发送该数据帧。数据的分组传输,为灵活利用信道质量检测情况进行自适应变帧长打下了基础,有利于将码元的随机和突发错误控制在较小的范围内,减少了数据重传次数和重传数据量,提高了数据传输效率。

3.3 自适应变帧长技术

短波信道质量变化较快,为尽可能地提高数据传输效率和传输可靠性,数据帧的长度不能长期保持固定,必须根据信道质量自适应调整,以与信道质量相匹配的帧长传输数据。我们设计的分组传输方式中在连续三次数据帧传输失败的情况下,适当降低数据帧长度；五次连续传输成功则适当增加数据帧长度。自适应变帧长数据传输方式根据短波信道质量相应地调整数据帧长度,可较好地适应短波信道质量变化较快的实际,有效地提高短波数据传输的效率、增加数据通信的可靠性。

3.4 基于动态信道接入的数据传输技术

短波信道频带窄、传播特性不稳定、突发干扰严重,即使链路已经建立,在通信过程中经常会出现信道条件突然恶化现象,造成通信中断。传统的短波数据传输过程中若信道条件恶化而造成通信中断时,只能是重新建链、从头重新发送数据,若在即将传送结束时发生中断也必须全部重传,极大地影响了数据传输的效率。基于动态信道接入的数据传输技术着眼于短波数据传输的可靠性,改变了传统的基于单信道的数传模式,以及通信过程中出现干扰中断,重新建立通信的处理模式,实现了以工作频率组群作为完成一次数据业务传输的路由通道,动态地监测控制信道,完成数据传输。具体来讲就是在数据传输过程中不追求单个信道的一次性通信成功,而是在信道实时监测的基础上,将数据分成多个数据帧,在一次通信过程中根据信道的质量动态地切换信道,保证系统始终工作在可靠的信道上。使系统的抗干扰能力,尤其是抗突发式干扰、瞄准式干扰和跟踪式人为干扰的能力得到大大提升,有效解决了短波数据通信有效性低、可靠性差的技术难题,实现了数据的有效传输。

基于动态信道接入的数据传输技术是对调制解调器FEC和ARQ功能的补充。与传统的短波ARQ方式不同之处在于：一般短波通信中若接收到的数据误码较多、超出了FEC的纠错范围时,将利用ARQ协议重传整个数据域。我们提出的方法仅仅需要重传当前传送失败的这一帧数据而无需重传全部数据。基于动态信道接入的数据传输技术实现的关键在于:首先系统能够自动产生有效工作频率集并进行实时地监测,若当前信道质量突然变差时能够及时切换信道继续通信,其次数据帧中含有帧号标识信息,在切换信道重新建链后,能够确定需要从哪个数据帧开始重传。

4 协议的设计与实现

4.1 帧结构的设计

数据帧的结构如图2所示。

分组后的数据帧包含了帧长和当前发送的帧号信息。对于发送方,数据在发送前先取其最前面的N个字节作为一帧(N可取为512 B,256 B,128 B,64 B,32 B五个等级,默认值为128 B),填写帧长及帧号信息。最后一帧的帧号信息要与中间帧区分开,以提示接收方数据帧已全部发送完毕。若发送方要发送的总数据长度小于N个字节,即只有一帧数据,则帧号填写与多帧传输时的最后一帧相同。分组格式的帧长可根据信道质量自动调整,当信道质量较好需要增加帧长时,增加帧中数据部分的长度到256 B,512 B；当信道质量变差需要减少帧长时,减少其数据部分的长度至64 B或32 B。若传输过程中信道质量变化需要调整帧长,只需在分组时改变所取的帧长N的值,帧号部分按上次正确发送帧号递增即可。

为避免传输时数据帧中的关键比特错误而导致数据的错误接收,在协议设计时,要充分考虑分组后数据帧关键比特的保护问题。在实际实现时,我们采取对关键比特进行三倍冗余发送的方法,确保了关键比特正确接收的可靠性。4.2 动态信道接入机制

首先建立动态信道控制模型,如图3所示。在t1时刻,系统工作在1信道,已经成功传输了前n个数据帧,此时信道质量变差无法进行有效的数据通信,则系统根据实时监测结果自动切换到下一有效信道继续传输剩下的数据帧,直至所有的数据帧都传输完毕,在整个过程中数据传输始终保持连续性和完整性。

对于短波通信而言,电台的收发切换时间较长,ARQ的回传往往需要较长的时间。而且实际短波通信中经常使用调制解调器的长交织功能,一次回传就需要十几秒,此时如果像有线信道一样回送接收方的己收帧号后再进行数据传输势必影响数据传输效率,必须采用其他方法。

在实现基于动态信道接入的数据传输时,我们对发送方进行了特别处理,使其在数据传输意外中断时,能够在本方记录最后一次正确发送的帧号。由于ARQ协议中发送方在收到正确的回传信息后才确认接收方已经正确收到所发送的信息,因此可以确定发送方记录的号数就是接收方正确收到的帧号。再次重发时,发送方从下一帧开始发送,就可以继续进行数据的传输,以避免传统短波通信信道条件快速变化造成的大量数据重传,从而实现较高的数据传输效率。

4.3 协议软件模块的实现

软件实现的流程如图4所示。

系统数据链路建立成功后,首先进行数据分组,即先取全部待发送数据的前128 B打包组帧(初始的默认包长为128 B)。组帧结束后,发送第一帧数据,等待接收回执,若回执正确,则从整个数据中删除已发送成功的一帧,按相同的方法读取下一帧数据发送,若此时信道质量下降,组帧时自动减少数据帧长。若数据帧长依次减少至32 B(即定义的最小帧长)仍不能成功发送,则切换至下一信道建链。每发送成功一帧数据,帧号递增1。若数据发送过程中链路中断或发送过程中有切换信道过程,重新建链后发方先检查上次数据是否发送完毕,若无,从当前记录的帧号处续传数据。

5 仿真试验及结论

我们对采用传统SR-ARQ的数传方式与文中的基于动态信道接入的自适应变帧长传输方式进行了仿真分析,仿真结果如图5所示。图6是两种SNR条件下实际测试得到的不同数据帧长与吞吐率的关系,图中的SNR由电离层预测软件VOCAP获得。

由图5可见,在信道质量较好的情况下(SNR>10 dB),文中提出的基于动态信道接入的自适应变帧长传输方式的吞吐率略低于通常意义上的SR-ARQ协议,这是由于信道质量较好时,即使在传输无误码的情况下,分组传输仍需要多次地等待反馈确认的到来,这在一定程度上增加了传输的时间,从而降低了数据传输效率。而当信道质量较差时(SNR

急剧降低,而本文设计的协议由于采用了动态信道接入机制,能够及时地切换信道继续传输数据,从而避免了反复地重传,不仅提高了信道利用率而且吞吐率仍然维持在较好的状态。可见基于动态信道接入的自适应变帧长数据传输方式在恶劣信道及信道质量变化较快的情况下能够得到较好的性能。图6表明在信道条件较好时,一次发送的数据帧越长,有效吞吐率越大,数据传输效率越高；而在信道条件较差时,增加数据帧的长度反而会因频繁的重传造成有效吞吐率的下降。这就提示我们要根据信道质量选择合适的数据帧长度,在信道质量满足要求的情况下尽可能地增加数据帧的长度,这也正符合了本文中根据信道质量的变化自适应调整数据帧长的设计思路。

6 结 语

短波信道的特点对数据传输的可靠性及传输效率提出了较高的要求,本文阐述了一种应用于无线短波通信的数据传输协议,并在软件平台上实现了数据分组传输、自适应变帧长及基于动态信道接入的数据传输技术。仿真结果表明本文所设计的短波数据传输协议能够很好地提高短波数据传输的可靠性及有效性,尤其是在信道变化较快、需多次切换信道反馈重传的条件下,能够大大提高短波通信的数据传输效率。文中提出的数据分组传输、自适应变帧长及基于动态信道接入的数据传输技术同样适合于其他无线信道,具有较高的应用价值。

参 考 文 献

［1］胡中豫.现代短波通信［M］.北京:国防工业出版社,2003.

［2］Eric E Johnson.Interactions among Ionosphere Propagation,HF Modems,and Data Protocols.Proceedings of IES′02,Alexandria,2002.

［3］Eric E Johnson.ARQ Protocol Features for HF Radio Links.Proceedings of MILCOM′02,Anaheim,2002.

［4］赵卫军.高速短波数据通讯链路层协议的设计与实现［D］.北京:北京航空航天大学,2000.

［5］薛智军,朱晓明.短波低速率数据传输研究［J］.电子科技,2004(5):39-42.

［6］张有光,熊鹰,江琥.高速短波自适应数据通信协议的设计［J］.电子技术应用,2002,28(6):47-49.

［7］美军第三代网络通信标准［S］.美国国防部,1999.

篇6

【关键词】机械；可靠性设计；内涵；递进

1.可靠性设计内涵

现代化机械生产经验告我我们，在进行机械的设计、制造以及使用这三个过程当中，机械的设计直接决定了其产品的可靠性水平。可靠性试验的数据是机械产品可靠性设计的基础，但是试验并不能提高机械的可靠性，只能将其得到的数据进行分析，找出产品的不足，对其进行改善设计才能提高产品的固有可靠性。

机械产品和可靠性的关系图

机械振动将会严重影响到其机械产品的结构质量与系统的工作精度以及使用寿命等，研究机械动态可靠性可以有效的实现大型复杂设备机械的安全可靠运转功能，因此紧密联系到国家重大战略需求是进行机械动态可靠性研究的关键。传统常用的动态可靠性设计理论并不能有效的对系统结构的力学性质进行充分的考虑，为了弥补这样的不足就需要进行动态可靠性的研究。动态可靠性的研究所强调的事实主要有三点：一是机械结构系统的演变过程是动态行为的结果；二是机械损伤会直接影响到结构系统的动力学特性；三是动力学行为必然会影响机械结构系统的可靠性以及失效率。从以上强调的事实中可以看出：如果在进行机械可靠性设计时，没有考虑到动态特性，将很难准确有效的得到产品的失效率以及可靠性信息。当然，机械动态的渐变可靠性理论是传统可靠性理论的升华过程，是充分将机械动力学和机械可靠性有机的结合在一起，对机械动态可靠性进行充分研究的方法，这种方法摆脱了传统方法用的固定、静止的观点进行设计的陈旧框架局面，使得设计的工作更加深入，准确，更能符合当前机械产品的实际情况，以便满足社会对机械产品质量日益提高的需求。

2.机械可靠性的递进分析

2.1可靠性设计的优化

机械可靠性优化设计一般包含三方面的优化，即是质量优化、成本优化以及可靠度优化。把产品的总体可靠度作为性能约束的优化，将会产生与产品合理安全性相互协调的平衡设计，也就是在给予固定的产品结构、产品质量或者是产品成本的条件下，使产品拥有最大的可靠性。

在近几十年来的机械设计研究领域当中，正在逐步出现不少现代化设计方案以及相应的科学技术，其可靠性设计优化在理论基础和运用基础上都达到了一定的水平。但是如果单方面的进行产品可靠性的设计，还是优化设计，都是不可能将其巨大的潜力完全发挥出来的，这是因为可靠性设计并不等同于优化设计，而优化设计也不一定就包含了可靠性设计，两者之间都没有一个绝对的相互关联性。另外，由于机械产品十分复杂，具有众多的设计参数，想要对这些参数同时进行确定设计，光靠可靠性设计是显然不可能的，所以同时还要进行可靠性的优化设计，在既保证机械产品具有相应的可靠性要求的同时还保证了机械的最佳工作性能，一举两得，只有这样才能发挥出可靠性设计与优化设计的巨大潜力，才能在保证机械产品的经济效益的同时又保证其使用过程中的安全可靠。

2.2可靠性灵敏度的设计

在进行机械产品的优化设计、系统模型修改、系统结构参数的识别以及对机械可靠性的估计变化趋势中，灵敏度的分析已经成为了不可或缺的设计工具。在进行实际工程的设计方案时，一般都需要进行相应的测试试验分析，如果方案有所变动，那么就需要重新进行一次，这样将极大的消耗人力以及财力。

机械结构系统相对于复杂的产品其物理参数和几何参数是很多的，对这些机械产品的特性参数进行灵敏度研究设计，估算出参数的变化效果，分析出产品参数的变量，可以有效的优化产品的性能，延长其使用寿命，降低工作的成本，增加经济效益，所以灵敏度分析是机械产品优化设计的基础。灵敏度分析最初在进行对机械控制系统的参数变化效果估计中取得了良好的效果，得到了各界的肯定，而现在的灵敏度分析已经在生理学、物理学、动力学等多领域中得到了广泛应用。为了实现最佳的机械产品设计，充分发挥出设计者的经验和能力，实现有效的人机交互辅助控制灵敏度设计是具有极大现实意义的。

2.3可靠性稳健设计

机械产品的总体质量一般可以分为用户质量和技术质量。用户质量是指用户在实际使用过程中感受到、接触到的产品优劣的质量特性；技术质量主要是指机械产品在优良的设计以及制造质量下达到的最理想的工作稳健性。稳健设计作为一种成本较低质量较高的设计方法，不仅可以提高产品的实际质量，还可以降低产品的生产成本。

机械产品稳健设计的有效实用途径是通过极小化灵敏度来实现的，其主要过程是在设计阶段通过进行产品的灵敏度分析，控制产品的质量对不确定因素的敏感度最小，达到产品具有较高稳健性的目的。其产品的可靠性稳健设计是在可靠性设计、优化设计和灵敏度设计的基础上进行的，将可靠性灵敏度设计有效的与优化设计相融合，将可靠性稳健设计归纳为满足可靠性要求的多目标优化设计问题当中来，使其机械产品在各种不确定因素的干扰之下，都可以保持其可靠性的稳定，提高产品的质量。

3.总结

机械产品可靠性设计越来越受到各行各业的重视，其发展的速度也变得更加的迅猛。在机械可靠性设计技术突飞猛进的当今，只有认真做好其可靠性设计工作，发现其中的问题，对其进行相应的改进才有助于机械行业的发展，才能积极推进国家经济的发展，促进社会的进程，做出相应的贡献。

【参考文献】

[1]张义民.机械可靠性设计的内涵与递进[J].机械工程学报，2010，46（14）.

[2]陈连，邹广萍.机械可靠性设计的最优化方法及其应用研究[J].机械设计与制造，2006，（2）.

[3]施志盛.浅析机械可靠性设计的研究及应用[J].科技致富向导，2011，（14）.

篇7

[关键词]机械设计；机械制造；理念创新

中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0060-01

随着现代社会工业化进程的不断加快，工业生产的需要也在不断增大，机械工具作为工业生产的基础方式，其奠基作用是无可替代的，现代机械制造行业的发展也彰显了一国的综合国力和技术水平，市场经济的飞速发展，科学技术的突飞猛进，和现代化建设的急切脚步都让工业机械的市场需求大大提高，在未来，机械制造行业的发展将有着更好的前景。机械设计就是按照具体的使用要求，分析、计算、构思机械的结构、原理、运动、能量和力的传递、零件的形状、大小、等不同的方面，并最终予以制作的全过程。机械设计是机械工业中最为关键的环节，能否做好现代机械设计是机械制造工业发展的关键因素，现代机械设计的理念与传统机械设计相比有着明显的突破，本文对于相关的一系列问题进行了探讨。

一、现代机械设计概述

（一）传统机械设计和现代机械设计的方法。传统的机械设计一般是按照目标和任务，制定一个方案，甚或制造出具体的样机，而后予以考核评定，在考核评定的基础之上，进行修改，形成第二方案，循环反复进行这一过程一直等到满意为止。具体的流程是： 市场需求调查； 归纳相关问题； 综合分析问题； 优化方案； 修改方案； 绘制图样。在传统机械设计中，由于受到设计观念、技术方法和设备条件的限制，设计要借助于大量的静止化和简化假设，这样就大大地影响了设计的精确度，设计中过度依靠主观灵感和经验，高效、准确和科学合理性受到了影响。

现代机械设计分为广义的和狭义的两种，广义的设计针对的是实体化对象的整个过程，狭义设计针对的是图样完成的设计。现代工业设计的基本特征是智能化、经济性、集成化、并行、精确、动态运行。现代机械设计一般有两种分类，比较成熟的设计方法有：CAD、机电一体化的设计方法、最优化的机械设计方法、有限元的机械设计方法等等。正在发展中的新颖设计包括：智能、生命周期、创新、并行、稳健、虚拟等不同的类型。

（二）现代机械设计的理念。设计过程要遵循一些理性的、科学的基本原则，一般来说包括逻辑关系的确定，物理关系的确定，结构关系的确定，总体层面设计的最终确定。现代机械设计的理念是把信息技术、计算机辅助技术、智能技术和机械工程技术相结合，通过建立数学模型进行优化，融合数学、物理学、电子信息学、化工学、人体心理学、测量学等学科知识，从形象思维开始，综合运行各种思维方式，经过逻辑推理和判断及相应的综合、分析与决策，产生设计创意，经过精确的数据分析和操作，反复操作循环，最终完成设计方案。设计过程要充分考虑到设计任务，清晰设计目标，充分收集资料和数据，要设计出新结构和新方案，还要和客户进行讨论，注重各专业知识的配合，力求方案的科学性，要以严谨的态度对待设计图，不断修改方案，直到最佳，最后，现代机械设计的一个重要理念就是要将设计的过程贯彻于机械制造的始终，即使是草图结束以后也要动态进行调整。现代机械设计的理念秉承创新精神，注重逻辑和思维方式，运用科学合理的设计方法，结合最先进的科学技术，并且还要综合考虑经济性、稳定性、精确性、智能性等相关因素，充分融合环保设计、人性化设计、高性能设计、低能耗设计等理念，并且借鉴国内外的相关理论，实现设计理念的创新和发展。

二、现代机械设计相关技术

（一） 节能环保设计技术。该技术充分考虑到了低耗能、高效益、环境保护等因素，主要包括以下几种。

1.节能机械设计技术。设计中要求将能源利用率提高到最大化，在设计阶段要充分考虑产品的结构布局、加工工艺以及重复使用性和材料选择，以满足节能要求。

2.环保机械设计技术。在产品的生命周期内，是否可以回收，对环境和人体健康有没有损害，要兼顾产品质量。

3.材料设计。要充分考虑到材料本身，实现材料利用率的最大化。

4.人性化设计技术。要考虑到人机统一，机械设计以人为本，从人出发，兼顾到科学技术，实现人机合一。

（二）优良性能设计技术。现代机械设计要充分考虑到产品的综合性能，主要包括。

1.实验技术和可靠性的设计。监测产品和系统是否出现故障，对故障进行检测分析，研究预防故障和处治故障的方法，保证性能的可靠性。

2.防断裂技术的设计。要充分考虑到机械设计的材料和结构能否在载荷、温度和电场等外力的作用下具有足够的抗破坏能力。

3.系统动态设计技术。为了保证能够全过程监测机械的运行，对频率、动态响应、运动和振动等结构动态特性进行分析、评价和设计进行研究，研究机械是否有磨损等情况，保证产品的正常运行。

4.防腐蚀设计技术。保证产品不被腐蚀，要在选择材料、防腐蚀结合和强度设计上着手。此外还包括状态检测补偿和控制技术。

（三）创建竞争优势设计技术。这是考虑到市场的需求，在市场中建立竞争优势的设计技术，主要包括以下几种。

1.创新技术。在结合产品实际功能和质量的基础上，充分发挥创造性思维，设计出客户满意度高，符合市场需求的产品。

2.低成本设计技术。设计时为保持竞争力，要充分降低成本，当然要兼顾现代机械设计投放市场的速度，缩短产品的设计周期。

3.智能设计技术。智能化是现代机械设计中的一个重要特征，由于传统的CAD自动化技术已经不能满足机械自动化的要求，就要求比如 ICAD这样的能够满足图形处理，数值计算，具备知识处理能力和能够为设计全过程提供智能化支持的技术。

正确认识机械设计的特点，掌握科学的理论，合理实践，不断突破机械设计创新的理论，可以根据已有的科学原理和技术进行创新，可以在原有原理和技术的基础上进行技术改革和创新，可以吸收其他领域的研究成果进行创新，可以引进国外先进技术进行创新。

篇8

【关键词】机械设备，评估，改进

机械设备可靠性包括设计可靠性、制造可靠性、运行可靠性、维修可靠性和管理可靠性等。其中，设计可靠性和制造可靠性保证了产品生产过程中的可靠性水平，属于“先天因素”；而运行可靠性与设备使用条件、所处环境、使用时间、零件退化失效等因素有关，具有时变性、动态性和特殊性，属于“后天因素”。同一台设备，在不同的运行条件与环境下，其运行可靠性必然不同。重大机械设备的结构复杂、零部件众多且紧密耦合，增加了发生故障的可能性，零部件故障会降低设备的运行可靠性甚至发生灾难性事故，此类事件不胜枚举。2010年波兰总统专机失事事件，由于检修时没有更换面临失效的零部件，最终因机械故障导致重大空难。2011 年的日本福岛核电站泄漏事故，由于核电站抗震能力不足和设备老化，致使核电站的冷却系统全部被摧毁，造成巨大的生态和环境灾难。为了保证设备的运行安全可靠，避免重大事故发生，实现由“事后维修”到“预知维修”的转变，必须对机械设备在运行过程中的可靠性进行评估。

一、机械设备可靠性评估存在的问题

（1）传统可靠性评估方法的数学基础――概率论与数理统计，决定可靠性评估过程中必须利用足够多的样本数据，大样本失效数据、可重复的大样本寿命试验或加速寿命试验必不可少。然而在工程实际中，针对某台具体机械设备的运行可靠性评估，往往属于小样本问题，且对于如飞机失事等灾难性事故又不具有概率重复性，难以收集大样本统计数据。

（2）传统可靠性评估方法多依赖设备的失效分布，准确求解设备失效分布参数、解析设备的失效概率是传统可靠性评估的主要任务之一。设备失效分布是一种有限假设，即使在大样本情况下，准确的失效分布也难以估计。针对某台机械设备进行运行可靠性评估的小样本特性，进一步加剧了失效分布参数估计的难度。

（3）传统可靠性评估方法基于二值假设或有限状态假设，即假定设备只有正常和失效两种状态或有限个状态。然而在工程实际中，机械设备的状态多是渐进连续退化的，具有很强的不确定性，表现为状态变化的模糊性和随机性。传统可靠性评估的二值假设和有限状态假设难以准确描述机械设备实际失效过程。

（4）机械设备内部结构复杂，各个零部件之间存在着复杂的运动关系和耦合作用，不同零部件的失效分布规律不同，基于概率的可靠性数学模型往往事后统计其失效分布规律，难以获得设备零部件失效前可靠性的变化规律，实现预知维修困难。

（5）对于正在服役的机械设备，关注的焦点是其运行过程中的可靠性。机械设备运行条件和环境多变，传统的可靠性评估缺乏分析设备运行过程中各种变工况、非平稳复杂状态，难以实时在线评估设备的运行可靠性。

二、现有改进方法

针对传统可靠性理论应用于机械设备运行可靠性评估的局限性，国内外学者从以下几个方面进行了改进，取得了可观的研究成果。针对传统可靠性评估方法必须依赖于大量的具有概率重复性的样本的问题，诸多学者采用较少依赖概率分布的方法对传统的可靠性分析方法进行改进。

针对传统可靠性的二值假设或有限状态假设不能有效描述机械设备渐进连续性能退化过程的问题，有学者提出监测设备的性能退化数据，通过假设产品失效退化路径或失效分布来评估设备的可靠性，拓展了传统可靠性理论和应用范围。

针对传统的可靠性分析方法难以在线评估设备的实时动态运行特性，有学者提出了实时、动态可靠性评估的概念。

机械设备运行可靠性下降“发于内而形于外”，作为机械设备运行可靠性下降的外在表现，动态信号能有效反映设备的动态运行内在特性，提供设备可靠性评估的重要信息。越来越多的学者开始将动态信号处理融入设备可靠性评估中。

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关键词：机械设计；内涵特征；创新方法

随着市场经济的不断深化，机械产品市场面临着严峻形势。机械制造业要想在发展中处于不败之地，就必须进行机械设计的改革与创新，不断研发运用新技术以适应市场发展的要求。本文针对现代机械设计的内涵特征及创新原则进行全面分析，探究性地提出了现代机械设计的创新方法，是机械制造业的可持续发展的重要保障。

1 现代机械设计的内涵特点

现代机械设计是根据机械产品的使用要求，通过对机械工作的各个方面、机械零件的材料和形状以及方法等诸多内容进行构思、分析和计算，并将分析的结果积极转化成具体的机械制造方法，作为机械制造的依据，从而生产出高质量创新产品的一项复杂的工作过程。现代机械设计与传统的机械设计相比，具有一些鲜明的特点。

（1）计算机化。随着高科技技术的不断发展，计算机技术能够有效地推动社会生产力的发展，并且逐渐不断介入与运用社会生产的各领域。现代机械设计中的优化设计、系统仿真等各个设计过程，都需要在计算机的帮助下才能完成。

（2）系统性。在现代机械产品设计中常常会遇到各种相关问题，就需要应用现代机械设计系统性观点来解决这类问题。把机械看成一个具有特定功能的有机整体，并且这个整体中的各部分相互作用、相互联系，这充分体现了现代机械设计具有系统性。

（3）动态性。现代机械设计不仅要考虑设计产品在静态状态下的功能作用，更注重产品在工作环境下的动态功能。机械设计产品的动态功能不仅体现在设计对象方面，也体现在合作协调设计组织这个层面。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。

（4）创造性。科学先进的设计理论和设计工具是现代机械设计的重要基础，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，并运用各种具有创造性的手段和方法，研究出更多具有创新性的机械产品。

2 现代机械设计的创新原则

现代机械设计的创新是一项复杂、耗时的脑力活动。在创新过程中，机械设计者要遵循机械设计系统化方法之外，还必须遵守设计创新准则，严格约束现代机械的设计过程。其具体原则如下：

（1）经济效益最优化原则。现代机械设计的创新产品必须保证既能最大程度的满足客户要求，又能合理有效的控制生产成本，使生产成本最低廉。这就需要从机械的设计和制造两个方进行综合考虑，在设计方面，要保证采用合理的设计方案，选用正确的材料；在制造方面，要时刻关注机械的加工工艺和装配工艺，从而实现了经济最佳性。

（2）生态效益最好原则。现代机械设计的创新产品在制造和使用过程中都有极高的要求，要求产品本身无毒、无害，并且不能对周围环境产生污染，属于绿色环保产品。这就要求在现代机械设计过程中，对于材料的选择要有极高的要求，原则上尽量选择低污染或无污染的环保材料，避免采用有毒、有害和有辐射性对人体有害的材料。

（3）安全可靠原则。安全可靠性是机械设计产品质量的重要保障。因此在现代机械设计过程中，必须保证机械设备在强度、刚度、耐磨性、稳定性及热平衡性上能够满足设计要求，从而使设计出来的产品安全可靠性。

3 现代机械设计的创新方法

社会经济和机械制造业的不断发展，推动了现代机械设计的不断改革与创新，使现代机械设计的创新方法日趋成熟。当前，在现代机械设计中常用的创新方法具有以下几种：

（1）仿生类比设计法。这种设计方法是利用仿生学的原理，通过充分对自然界的动植物进行分析与类比，从中受到启发而产生的一种创造性方法。由于自然系统中的生物具有许多无可比拟的结构和功能，这就给机械设计者提供了创作的灵感和思路。机械设计者把机械运转和生物运动两者放在一起进行全面的分析与对比，发现两者之间的差异性和相似性，激发了机械设计者的创作思维，产生了现代机械设计的创新灵感，从而完成了现代机械设计的创新方案。

（2）智力合成设计法。这种设计方法主要依靠发挥团体精神，注重集体智慧的力量。在现代机械设计过程中，要以小组为单位，每一位成员都要提出自己的设计构想，然后进行集体分析讨论，通过不同创新构想之间的碰撞和融合，抓住瞬间的灵感或潜意识的新想法，激活和发散创新设计的思维，进一步促进机械创新设计的全面性。

（3）移植技术设计法。这种技术设计方法具有十分明确的思维，主要是将某一领域内的先进技术、方法或者成果直接运用于现代机械设计中，或者是把机械制造业某一产品的先进技术、方法等应用于其他产品。从而设计出新的产品。移植技术设计的内容较多，既包括技术设计思想，也包括某产品的先进技术应用。移植技术法可以分为技术原理式、技术手段式和技术功能式移植。移植技术设计法能够推动现代机械设计的发展，对促进机械设计的创新具有重要意义。

参考文献：

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1.现代机械设计方法的发展现状

随着计算机科技水平的迅猛发展，机械设计方法在此基础上也在不断更新换代。计算机技术将科学技术与机械理论结合在一起，增强了机械设计的合理性和科学性。为了积极适应不断现代化的科技发展需求，机械制造业也进行了一些必要的革新，比如开始对机械设计方法进行重新规划，开辟新思路，形成了一系列的机械设计新方法。近年来，计算机技术在人们日常生活中的应用，使我们认识到计算机技术的便利和重要性。因此也说明了机械设计方法进行革新的必要性。计算机技术辅助机械设计的方法得到普遍应用，从而促进了机械设计的智能化发展。目前的机械制造业发展过程中，机械设计方法的改变是大势所趋，即设计领域逐步多元化，不断扩大设计人员数量并且提高设计人员的技术素养，设计对象也更加系统化。由于市场产品更新换代的速度较快，使产品的设计更加有序，对设计也有了一个新的衡量标准。现代化的机械设计是由传统的设计方法加以转化而来，将计算机技术应用到机械设计中，不仅可以缩短设计周期，降低设计成本，而且提高了机械设计水平，保证了设计速度的同时也能保证相当的设计质量，使得机械设计变得更加高效。现代化的机械设计大胆地引用了计算机技术，通过计算机和机械设计人员的密切合作，更好的为机械产品设计服务，将产品、零件、机械的变化以动态数据的形式及时准确地反映出来。具体一些来说，计算机技术的机械设计方法主要有优化设计、仿真模拟、AUTOCAD分析等，根据不同的设计采用相应的计算机技术，使机械设计更具有针对性，真正实现科学化设计。

2.现代机械设计对计算技术的需求

相对于基于计算机技术的机械设计，传统的设计过程中存在许多不可避免的缺陷和漏洞，已无法满足现代化的机械制造业发展需求，无法准确高效地完成设计工作，常以静态假设为基础，不能适应动态设计要求，设计的成本比较高，信息反馈的周期相对较长。而现代的机械设计主要以计算技术为主要的设计工具，为机械设计带来了巨大的影响，能够对机械制造过程进行有效的分析，有针对性的进行机械设计，使机械设计趋向集成化、智能化发展，在复杂的设计过程中，从动态角度出发，精确的分析产品性能，以满足市场竞争和用户的需求。AUTOCAD技术方向是计算机技术在机械设计中的应用的主要体现，AUTOCAD技术使机械设计过程逐步实现自动化，使机械设计更加高效。机械设计在计算机技术的基础上实现不断的发展。

3.探讨AUTOCAD技术在机械设计中的优点和缺点

3.1优点

第一，充分利用人类的思维程序。与人的思维相适应在机械设计师进行设计工作的时候，一般都是需要先进性构思，然后再通过各种形式来进行表达的，由于在其脑海之中，产品的形状是立体的，设计人员可以将主要精力集中于产品设计方而，与创新意识相符，便于设计工作的连续进行。第二，便于进行设计及修改工作。借助三维AUTOCAD软件，不但能够进行机械零部件的设计工作，而且可以以周边零部件具置以及形状为主要依据进行零部件设计工作。既能够使机械零部件的设计工作开展更加便利，又能够有效防止出现，还能够借助资源查找器还可以将零部件造型的整个过程以动画的形式展示出来。第三，机械产品的技术含量得以提升。将机械产品和信息技术结合起来，并借助AUTOCAD技术以及CIMS对生产进行组织，从而推动了机械产品设计工作的顺利推进同时，能够实现计算的便捷性，从而促进设计效率的提升：实践中所需的数据，可以根据储存的信息修改设计的结果，节约了大量的时间，避免了设计师进行重复劳动。

3.2缺陷

第一，AUTOCAD技术并没有全而应用于设计的领域虽然AUTOCAD技术的出现使我们脱离了传统的绘图方式，节省了时间和精力，但这并非真正意义上的设计当前，许多利用AUTOCAD软件的公司和单位并不是为了设计而运用它，更多的是用它来获取效果图，这使得AUTOCAD的作用大打折扣，对AUTOCAD软件的应用缺乏整体性和目的性。第二，AUTOCAD技术缺乏专业的人才。虽然运用AUTOCAD软件的人很多，但其中真正掌握AUTOCAD技术的人很少，大多数的设计人员在运用AUTOCAD软件的时候并没有接受过专业的技术训练。因此，不能充分运用AUTOCAD软件的功能，在设计零件的时候也会出现一些缺陷。况且，现如今AUTOCAD的功能会越来越多，操作AUTOCAD软件也会变得越来越复杂，因此想要真正的掌握AUTOCAD技术会变得更加困难。

4.计算机技术在机械领域的未来前景

计算机技术的前景依然广阔，AUTOCAD技术在将会集智能、绿色、集成于一体，系统实际操作的便利性和实用性也会相应提升，成本价格也会逐渐减少。所以计算机技术在机械设计中会有更大的发展空间。在过去以及未来，设计、制造、施工以及生产和工程管理之间存在着较为密切的关系，为进一步提升促进工作效率，需要将AUTOCAD和CAM进行有机结合，朝着实现AUTOCAD、CAM一体化的方向大步前进。

5.结束语

在机械设计中运用计算机技术，在保证设计质量的同时，还可以节省设计时间，确保机械设计的精确性，做到了机械设计的高效性和信息数据共享，同时也改正了一些传统设计上的不足，是市场竞争的优势力量和用户的最佳选择，保证了机械设计的质量，也促进了机械制造业的科学合理的发展。

6.参考文献

[1] 张超，计算机辅助设计在机械设计教学中麻用的探究[J]课程教育研究，2013（05）.