机械手设计论文范文

时间:2023-03-21 11:16:31

导语:如何才能写好一篇机械手设计论文,这就需要搜集整理更多的资料和文献,欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文,供你借鉴。

机械手设计论文

篇1

科技的进步使得人们对机械设计也提出了更高的要求。本文主要对当前机械设计中的相关理论进行系统分析,阐述机械设计的方法和过程,并对现代机械设计的创新方法进行了详细研究,同时论述了机械的创新设计步骤。

关键词:

现代机械设计;创新方法;研究

在科技高速发展的今天,人们的思维方式也产生了很大变化,机械设计人员除了要准确掌握机械设计原理以外,还要在思维方式上有所拓展。要求机械设计人员创新理念,在结构设计上与产品的相关功能进行紧密联系,将设计手段与计算机辅助设计进行有效融合,只有这样才能够设计出令受众满意的机械产品。

1现代机械设计

与传统机械设计相比,现代机械设计更加注重计算机化、动态化和科学化。现代机械设计理论是在机械设计理论学科基础上形成的,它包括了信息、控制、优化等内容,而对于相对比较复杂的产品而言,现代机械设计的优势也体现得更加明显。现代机械设计是在传统机械设计的基础上形成的,但它又在传统机械设计的基础上进行了极大创新,进而形成了一个完美且科学合理的机械产品设计。这不仅需要传统机械设计的相关经验,而且还需要在现代机械设计中引入先进的设计方法。

2机械设计方法及过程

具体机械设计步骤如图1所示。项目设计的前期工作主要包含对地区的实地调研,并对其进行可行性研究,制定可行性的计划和方案。方案设计主要包括:对功能的总体分析、对系统原理进行解释,确定最佳方案。技术设计包括:技术的总体设计、实验环节设计以及选型设计等。施工设计主要包括:零件画图、编写相关的技术文件、生产,等等。在机械设计中,每一个环节都要充分发挥人的主观能动性,利用科学技术手段来对机械设计进行不断创新。

3设计方法创新

创新设计是机械设计领域中对专业知识和设计经验的一个综合,在设计过程中能够真正体现出机械产品的真实价值,所设计的产品一般都是由人的主观能动性和创造性思维共同促成,这也是形成新思维模式的一种方法。对机械设计进行创新时,首先要充分发挥人的主观意识和想象力,能够在机械设计的过程中,运用现代化的机械设计方法来对产品进行创新设计,其设计模式也要选择现代化的科学思维方式来对设计理念进行分析,并且要求运用现代化的科学方法和工具来保证设计过程的完整性。在实际的机械设计过程中还要保证设计的创造性,尤其在对新产品进行设计时,要凸显创新意识。现代机械设计的创新主要包括两方面的内容:第一,通过创新使已经成型的产品更加具有技术性和可靠性。第二,从其他方面挖掘创新设计点,通过创新设计出机械产品来满足人们日益增长的生产生活需求。这两方面的创新与创新思维模式紧密联系在一起,而且与科学技术手段和设计工具也存在紧密联系。

3.1机械创新设计步骤

A.重点研究机械产品的工作原理及其本质。B.重点对机械生产产品的性能和结构进行分析,并对其类型进行综合考量。C.对机械产品的尺度以及参数进行优化选择。D.对机械产品进行最终的综合分析和协调。机械长效设计步骤的具体内容如图2所示。

3.2机械创新设计分类

3.2.1变形设计

这一设计手段主要是在原机械产品的基础上进行系列化、标准化的设计,以此来进一步满足使用者的实际需求,除此之外,还要对产品的功能、原理以及结构进行系统性分析,同时还可以进行跨系列产品的设计,这也是产品动力提升的主要手段。

3.2.2可靠性设计

这一设计也是当前机械设计中工程师们追求的主要目标。可靠性是衡量产品质量的重要指标。一般来说,可靠性设计与常规设计基本上都可以实现对应,常规的设计手段是凭借着多年的经验来进行设计,而可靠性设计则是在常规设计的基础上进行了延伸,更加系统地明确了科学分析与设计变量之间的关系。机械的可靠性设计融合了当前各个学科的知识点,并且将常规设计中的变量直接转变为随机变量,以分布规律为基准,运用相关的统计方法来对机械产品进行设计,从而满足可靠性的要求。

3.2.3并行设计

一般传统的机械设计采用的是串行设计方法,这种方法存在一个较大的弊端,即:生产周期相对较长且成本非常高。并行设计是一种系统化的设计方法,它也是以计算机为基础,这种设计手段打破了传统意义上的系统内部结构,创建了相互促进、相互协调的设计模式,很好地实现了机械设计制造的一体化发展。在机械设计制造的过程中,设计人员还充分考虑了机械设计质量、周期以及成本等因素,由此可见,并行设计是一种集成性极强的设计方法。

3.2.4反求设计

反求设计方法是目前多数国家发展科学技术和研究新产品的主要设计方法。目前反求设计需要解决的问题主要包括:A.三维重构方法,提高设计进度,减小误差区间。B.结合人工智能形成一套科学的设计还原技术,进而完成对原有设计的反求。C.重点研究适合反求设计的机械产品模型技术,并将相关的配套产品进行模型建立,以方便原始参数的反求还原要求。

4结语

本文针对当前现代化的机械设计理论进行了系统分析,对机械设计中的相关设计方法进行重点讨论,并对现代机械设计中的创新点进行了系统研究。通过研究发现,现代机械设计要比传统意义上的机械设计优势更为明显,这一优势主要体现在系统的结构重组以及实现过程上。现代机械设计与科学技术手段的结合也使机械设计的创新提升到了另一个高度。创新是以人的主观能动性为基础,而机械设计人员要想以创新思维来对产品需求进行分析和设计时,须保证对现代机械设计工具熟练掌握,只有这样才能够设计出满足人们实际需求的机械产品。

参考文献:

[1]曹春红,张斌,王利民,等.基于免疫神经网络的几何约束求解技术的研究[C]//第二十七届中国控制会议论文集,2008.

[2]张铮,胡社教,江萍.基于EP模式的特征选择算法[C]//2011中国仪器仪表与测控技术大会论文集,2011.

[3]戴旭东,谢友柏.以企业为中心的产品设计平台构建方法[C]//第二届中国CAE工程分析技术年会论文集,2006.

[4]戴旭东,谢友柏.集成分布式知识资源的企业技术研发平台构建[C]//企业应用集成系统与技术学术研究会论文集,2006.

[5]许勇,邹慧君.基于子系统匹配的机电一体化系统概念设计[C]//全国印刷、包装机械凸轮、连杆机构学术研讨会(第6届全国凸轮机构学术年会)论文集,2005.

[6]彭一凡,陈文.基于XML的动态数据结构持久化方法之研究[C]//促进企业信息化进程———第九届中国Java技术及应用交流大会文集,2006.

[7]全国高等工业学校机械设计及制造专业教学指导委员会第六次工作会议———实验教学工作会议纪要[C]//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集(卷2•教学史志),2015.

篇2

【关键词】机械制图;标准化;图纸实用性;计算机制图

在解放前,我国的机械工业基础极其薄弱,设计和生产体系的不完整,导致制图规则十分混乱。新中国成立后,,我国开始把标准化作为一项重要的技术经济政策。为了解决解放前机械制图的混乱局面,我国建立了一套自己的《机械制图》标准。为了优化机械制图的工作、提高工作效率以及更加规范地制图,我国的机械制图开始朝向信息化发展。

1机械制图的概述

机械制图通过绘制机械构造的立体图样,将机械构造的尺寸、零件型号、机械工作原理以及在运行过程中的技术参数表现出来。机械图纸通过清晰的图形结构,各类符号以及标注与图纸上的文字或数字来表达制图者的设计目的及加工要求。施行者可以通过清楚准确的图纸,按照设计的各种要求对机械进行精确加工,从而得到符合设计要求的机械产品。一般情况下,机械图样采用三视图进行展示和说明,根据加工对象的不同,机械图纸可以分为装配图、示意图、零件图、布置图等。装配图主要用于说明零件之间的装配关系,示意图主要对加工对象的特点进行简要说明,零件图主要是对零件的尺寸,技术类型等相关内容进行说明,布置图主要对加工场地不同位置的设备有具体说明。

2机械制图与CAD计算机绘图软件

2.1CAD绘图软件的概述

CAD绘图软件可以将机械图样在计算机中多次运行、修改,最终的设计结果在计算机中产生,比起传统的手绘制图,可以很大程度上减少设计者的绘图工作,节约工作时间,方便设计工作者的操作。同时,设计方案等文件可以在电脑及硬盘里永久储存,方便设计工作者的查找。由此可以看出CAD绘图软件对计算机制图有帮助。

2.2机械制图与CAD绘图软件之间的关系

机械制图作为机械行业的重要技术之一,对于机械行业有着重要意义,而图纸是机械行业之间进行交流的主要工具,能够体现设计人员的工作结果,同时也是加工人员工作的依据,传统的机械制图采用手绘的平面图标示,无法表示出立体感,且手绘机械图纸要求工作人员具有很强的三维立体思维,这样会耗费大量的时间,降低工作效率。目前我国的机械制图设计普遍采用CAD绘图软件,它具有操作方便的优点,同时还可以通过各种计算机指令自行完成某些内容涉及。CAD绘图软件中有丰富且实用的绘图工具,许多手绘无法体现的图形结构,都可以通过CAD绘图软件绘制。

2.3机械制图与CAD绘图软件相结合的必要性

机械制图是机械设计和制造的重要依据,每个专业的机械设计师都应该掌握机械制图的方法并且遵循机械制图的规范要求。机械制图需要精确清楚地将设计项目展示出来,但传统的手绘制图会出现各种误差,这些误差很大程度上会影响机械图样的精确性,进而影响产品的加工质量。同样,纸质的图纸对于设计工作者不方便保存,如果需要修改则会一定程度上增加设计者的工作量。因此机械制图有必要合理运用CAD绘图软件。机械设计人员在使用CAD绘图软件时离不开机械制图的理论知识,只有将机械制图的理论知识与CAD绘图软件结合起来,才能促进机械制图快速发展。

3CAD绘图软件对于提高图纸实用性的意义

机械设计图纸对于机械制造业有着重要的意义,提高图纸的实用性非常重要。图纸可以让产品在质量、经济效益、生产率之间达到平衡,而多种手绘图纸方案在进行比较或优化时,出现误差就会影响产品的生产加工,还会增加生产成本,修改手绘图纸耗费的时间多,会降低工作人员的工作效率。而CAD绘图软件能够准确、快速地画出机械图样,并且可以对机械图样进行编辑和修改,提高设计者的工作效率。

3.1CAD绘制图纸的灵活性

CAD软件的操作非常便捷,绘制图形只需单击直线、曲线、多边形即可。CAD的绘图辅助工具可以准确地画出机械设计中具有垂直关系的线,还可以对特殊点进行定位操作,画出一些特殊方向的线如:-90°方向、-180°方向等。CAD绘图软件还能够解决手绘图纸中难以画出立体感的问题。

3.2CAD绘制图纸的直观性

CAD软件中的三维立体模型工具可以形象地表现出设计者想要的图像。能够让设计者直接发现设计中存在的问题,并且对设计进行及时修改。形象的机械图样可以给机械加工人员一个直观的立体三维图形,便于机械加工人员对产品进行加工,同时可有效的减少误差,提高产品质量。3.3CAD绘制图纸的精确性CAD绘图软件具有的规范性和数据性能够提高机械制图的精确度。例如使用CAD绘图软件可对零件可以进行三维实体建模,将多个三维建模零件进行模拟装配。通过零件的三维建模,可清晰看到机械中每一部分的具体形状,还可通过零件的精确安装,直观地表现各零件之间的连接关系和机械工作原理。3.4CAD绘制图纸的规范性CAD绘图软件的程序编写理论基础是机械制图的知识理论,如绘图的基本理论,各类视图的绘制方法,国家的标准规定等。CAD绘图软件的视图表现方法、投影原理、制图标准与机械制图的基本原理一致,所以CAD软件绘制的机械图样能够符合机械行业标准。

4结语

机械制图规范对于机械制造业十分重要,随着社会的发展和科技的进步,我们要不断落实机械制图工作的优化及改革,将计算机制图贯彻到设计工作中。CAD绘图软件是机械制图的重要工具,CAD绘图软件的使用也离不开机械制图的理论知识,只有将二者有机结合起来,加强机械制图规范,才能利用CAD绘图软件绘制出精确度高,立体感强,实用性能优越的机械图样,提高机械行业工作人员的工作效率,促进机械行业的发展。

参考文献:

[1]蔡石坚.基于AutoCAD机械制图规范的模板化定制[J].机电产品开发与创新,2013,17(04):115-116,119.

[2]黄阳.基于SolidWorks的机械制图规范的模板化定制[J].现代制造工程,2013,25(04):24-26,3.

篇3

关键词:计算机技术;辅助制图;机械制图;实践研究

传统的机械制图方式已经无法直接满足现如今的社会发展需要,机械制图的教学方式也需要不断完善和改进。机械制图教学工作中,应该将计算机技术和制图方法相结合,提升机械专业学生的实际应用能力。这一课程的实用性较高,因此,教学方法和设计方式成为教学的难题,给专业教师带来了挑战。

1 计算机辅助设计简介

计算机辅助主要是指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较,以决定最优方案;各种设计信息,不论是数字的、文字的或图形的,都能存放在计算机的内存或外存里,并能快速地检索;设计人员通常用草图开始设计,将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成;由计算机自动产生的设计结果,可以快速作出图形,使设计人员及时对设计作出判断和修改;利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移、复制和旋转等有关的图形数据加工工作。

2 机械制图结合计算机技术的教学意义

2.1 提升学生的形象思维和构形能力

和传统的手工绘图相比,计算机本身的高效性和快速性具有优势。不仅如此,准确性相对较高,而且修改起来也比较容易。但是,在实际的计算机应用中,学生们首先应该培养自身的构形能力和思维方式。这也正是教学目的的集中体现。所以说,将计算机技术应用到机械制图工作中,不仅可以提升教学的整体效率,还可以提升学生的思维水平,可谓是一举两得。另外,计算机辅助制图还有助于学生思维观念的高度创新,对于一些抽象的概念和形态具体化是学生实际应用能力的体现。

2.2 有利于提升学生实践能力

培养应用型人才已经成为一种普遍的趋势,对于机械专业的学生来说,进入社会之后多数都将投入到产品的生产制造以及开发和营销等岗位。因此,对于这些人才本身的实践能力和思维能力都提出了较高的要求。只有实践能力过硬,才能在竞争日益激烈的社会岗位上占据一席之地。学生在培养实践能力的过程中,依靠计算机技术的辅助,完成机械制图是一种重要的平台。教学过程中的机械制图可以提升学生们动手解决问题的能力。而且经过测量和分析,学生还可以明确设计的理念和方法,达到理论联系实际的目的。所以说,将计算机技术融入到机械制图的教学工作中,从宏观上还有助于提升学生们的实践能力,为培养应用型人才奠定基础。

3 计算机辅助机械制图的策略分析

3.1 利用多媒体技术机械制图环境

教师在进行机械制图教学的过程中,不可忽视的就是多媒体教学技术。这是一种将有形和无形相结合的教学方式。教学中,教师可以充分利用科学的数据信息来提升教学的科学性。同时,还可以通过有形的图像和声音等来向学生进行表达。将设计方法直观的展现在学生面前。同时,在机械制图的时间中,利用计算机和多媒体技术可以充分结合实际的案例进行分析,营造了一种形象、生动的教学环境。另外,教师还可以根据相关的制图工具设置文字以及图形的样式和颜色,为设计实践奠定基础。

3.2 将计算机制图和手工制图相结合

虽然将计算机技术融入到机械制图中具有一定的现实意义,效果也非常明显。但是一些特殊的制图教学却不能单纯地只依靠计算机来进行辅助,也需要传统的手工来完成。可见,在教学的过程中,将这两种教学方式相结合是最科学的选择。如果机械图形相对比较简单,只是单一的二维图形,在实际的绘图中,学生们选择手绘地方式不仅有助于找到图形设计的规律还能够对各个参数之间的比例进行明确。如果是对相对比较负责的装配图进行讲授时,可以适当地选择计算机进行辅助。一般来说,计算机的CAD技术是比较常见的应用软件技术,不仅可以提升学生们本身的动手能力,还可以直接提升教学的总体效率。将计算机辅助制图技术和传统的手绘方法相结合在现如今的多数高校中都有所应用,效果明显。因此,逐渐成为机械制图专业教师们的首选教学方式,对于达到教学目的,提升课堂氛围都具有借鉴意义。

3.3 利用剖视图和剖面图进行教学,提高教学有效性

一方面,利用制图中的剖视图进行教学。在制图中,当对两个相交面进行剖切时,在获得一个直观视图效果的同时,又能对多个剖切位置的剖视效果有所了解。教师要对剖视图涉及到的内容进行细致的讲解,为以后机械制图的设计与实践教学打下建设的基础。利用制图中的剖视图进行教学,能帮助学生掌握对一个或者多个相交剖面的零件设计和实践的能力,利用实例进行演示的话,能帮助学生了解和掌握在实际设计中如何利用好该类型的剖面形式,以培养学生的实践性思维。另一方面,利用实际操作绘制的剖面图进行教学。先要绘制三位模型与剖面图之间的截交线投影,投影是封闭的曲线,然后在封闭的曲线内绘制剖面符号。在绘制内孔的投影时,要将其作为透明的实物进行分析,依据剖视图的定义,对其投影的绘制出了剖面和孔内的投影外,对不可见投影如果视图无法表达清楚的话,就直接忽略。

3.4 机械制图的内容与机械CAD结合

机械制图教材中所涉及到的内容主要包括绘制机械图样的原理、基本方法、正投影的基本理论以及培养学生对图样的分析能力和思维能力。CAD则是一种计算机辅助设计软件,手工制图需要的绘图工具都被一个显示器和一个鼠标就所替代了,并且CAD的绘图功能要远远超于手工绘图,无论是绘图的效率还是质量都远在于手工绘图之上。但这并不意味着机械制图没有意义,如CAD中的三维模型虽然取代了手工制图方法,但是它并没有违背机械制图的理论和规范,CAD巧秒的弥补了传统制图的缺陷,两者要交叉使用,相辅相成。所以在实际教学中应对其内容进行调整和改革,将机械制图与机械CAD的相关内容进行有机结合。

结束语

总之,利用计算机辅助制图进行机械制图设计与实践,适应了我国教育改革的需求,是为我国培养全面应用型人才的必要手段。教师在教学中,要利用多媒体技术,融合计算机辅助制图与传统手工绘图,利用剖视图和剖面图进行教学,利用CAD技术以提高教学效果。

参考文献

[1]张信群.CAD技术在机械制图教学中的应用与探讨[J].滁州职业技术学院学报,2011,19(2):24-25.

[2]杨文伟.浅析机械制图与机械CAD的有机结合[J].才智,2013,20(34):17-18.

篇4

Abstract: We takes the cultivation of compound talents as the goal, and makes reform on the teaching content, teaching method and way, practical teaching, and evaluation method of mechanical design and achieves some positive result, which plays positive effect on cultivating students'' mechanical design ability, innovative awareness, and the engineering design ability.

关键词: 机械设计基础;课程改革;能力培养

Key words: mechanical design basis;curriculum reform;ability training

中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1006-4311(2012)09-0199-01

0引言

机械设计基础课程是机械类各专业的一门重要的技术基础课程。通过该课程的学习,要求学生掌握各种常用机构及通用零部件的工作原理、特点和应用的基本知识,使学生初步学会根据具体条件及与本课程有关的标准、规范,选用机构及零件类型,并能对机构的运动、零件工作能力进行简单的校核,从而具有设计简单机械传动装置的能力。由于本课程的特点,不仅为后续的专业课程,也为课程设计、毕业设计和解决生产实际问题建立基础。近几年来,随着教学改革的深入,学科建设的进行和课程体系的调整,我们围绕培养复合型人才的培养目标,结合学校的学科建设和实验室建设对机械设计课程建设采取了一系列改革,且取得一定成效。

在机械设计基础课程教学改革中,我们坚持以人才培养目标为依据,不断更新教学内容,优化课程体系,确保课程内容的前瞻性、课程结构的科学性和合理性,实现教学内容和课程体系的整体优化。

1教学内容更新

随着教学改革的深入,我们将工程力学和以前的机械设计基础两门课程整合为一门机械设计基础课程,课时大幅减少,因此必须对教学内容进行精选。课程内容的选取本着基础知识够用,主要从理论知识和操作技能两个方面,选择课程的内容,满足职业岗位的需求。机械设计基础课程教学任务的设计以工业产品和常用机构为载体的分析与设计为载体,将课程内容进行解构和重构,序化教学内容,设计学习模块6个,每个模块进一步分解为若干个任务。教学过程中以学生为主体,以实施完成工作任务为途径,培养学生正确选择通用零件及传动装置的能力,掌握重要机构、零部件的设计方法,具有使用设计手册查阅参数的能力,重点培养分析和解决问题的综合能力,最终达到本课程的培养目标要求。

2采用先进的教学方法和手段

在教学过程中以激发兴趣、培养能力为主导,根据教学内容表现的需要,我们采用任务驱动、实例贯穿、课堂与实习地点一体化相结合的教学模式。

任务驱动教学模式:以减速器设计等典型任务为导向,将齿轮的设计、轴的设计、轴承的选择、联轴器的选用、V带的设计等作为主要教学模块,每个教学模块由若干个教学任务组成。

“实例贯穿式”教学模式:以典型机构设计为“案例”,提出解决方法,注重教学过程,将课件、录像和现场教学融为一体。

课堂与实习地点一体化:为了全面提高学生的综合素质和动手能力,培养符合企业岗位技能要求的技术人才,把一部分教学的课堂搬到实训室进行,让学生更直观、准确地认识机械设备工作原理,加深对理论知识的理解和掌握。在这种教学模式下,讲述理论部分时,通过CAI课件、录像、动画等现代教育技术的运用以及现场相关机织设备的运转演示与指导教师的动手操作,让学生更直观、准确地认识机械设备工作原理与操作方法,加深了对理论知识的理解和掌握。在理论部分讲完后可立即安排相应的动手实验,使学生在理论的指导下独立动手操作,并通过实验验证所学的理论知识,这样使理论教学和实验教学的衔接更紧密,时间的安排上也较灵活。通过实践,学生的学习兴趣普遍提高,而且独立思考和分析问题的能力提高,同时对机器设备原理与工艺调整以及操作技能都掌握得较好。这些技能对他们成为能力较强的应用型人才有很大帮助。

3实践性教学环节的改革

培养学生的实践和创新能力目前已经成为高职教育的一项重要教学改革内容。在实践性教学环节的改革中,我们坚持理论教学和实践教学并重,注意提高学生的实践动手能力,启迪创新思维,培养学生分析和综合运用现代技术手段,解决工程实际问题的能力。

机械设计基础课程实践环节包括实验和课程设计。我们有机械设计陈列室和机电一体化创新实训室,每学期我们安排一定的课时在这些实训室进行现场讲解。在创新实验室,学生可以自己动手做各种实验,有的内容在课堂上不能完全理解,就到实验室通过相关机构或各种零部件的组装加深理解。

在课程设计改革中,我们改变了以往的仅单纯按理论知识设计一级圆柱直齿轮,现在我们以各种类型的减速器为课题,先对减速器进行拆装和测绘,然后设计出符合工厂实际需要的各种类型的减速器。同时为调动学生的积极性,我们允许自由选题。在教师的指导下,学生可根据自己的想法对现有机械进行改进设计。在完成本课程的学习后,我们推荐学生参加大学生创新设计比赛。

4考核方式的改革

在考核方法上,注重全面考察学生的学习状况,通过参与课堂讨论的质量、分析能力、对新知识的接受和消化能力、学习迁移能力等多方面的评价,与基础理论知识考核结合评价学生的学习效果。形成了过程性评价70%与成果性评价30%相结合的评价体系,其中过程性评价综合考虑小组成员互评和教师评价。这种考核方式充分关注学生的个性差异,发挥评价的启发激励作用,增强学生的自信心,教师还可以利用评价所提供的大量信息,适时调整和改善教学过程。

5结束语

通过改革和实践,学生的学习积极性、主动性和学习兴趣普遍有所提高。特别是在动手能力,工程实践能力,综合素质,创新设计能力等方面的提高更为显著。

虽然我们在机械设计基础教学内容、教学方法和手段等的改革方面做了一些尝试,并取得了一定的成绩,但仍存在一些问题和不足之处,有待今后的教学改革实践中不断地改进和完善。

参考文献:

[1]张庆玲.机械设计技术.北京:清华大学出版社,2009.

[2]张晓桂.机械设计基础课程的教学改革与探讨.全国机械设计教学研讨会议,2007.

[3]杨枚.《机械设计基础》课程教学内容改革总结.科技信息,2010(36).

[4]刘碧俊.高职《机械设计基础》课程改革与实践.《教育研究》2010年1月.

[5]陈海波.机械设计基础课程整合教学模式的探索.湖南科技学院学报,2009.

篇5

关键词:机械专业;应用型本科;实践教学体系

作者简介:张磊(1978-),男,江苏徐州人,徐州工程学院机电工程学院,讲师;黄传辉(1970-),男,江苏徐州人,徐州工程学院机电工程学院,教授。(江苏 徐州 221018)

基金项目:本文系徐州工程学院科教基金项目(项目编号:YGJ1291)的阶段性研究成果。

中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)32-0170-02

实践教学是对各类在学生培养过程中为达到培养目标而设置的,要求学生动手操作、亲身实践的教学活动的总称,具体包括实验、实习、实训、课程设计和毕业设计(论文)及社会实践等环节。这些有机统一和相互联系的实践环节,就构成了实践教学体系。[1]实践教学体系的构建和完善,有利于克服实践类教学设置的盲目性、教学内容的随意性及教学方法的不确定性,使本专业实践类教学的设置更具有科学性,促进教学内容的规范化及教学方法的合理和多样化。[2]

实践教学同时也是现代高等教育中应用型本科院校的重要特征之一。[3]应用型本科院校以培养“应用型人才”为教育定位,而到目前为止,国内权威部门还没有对应用型人才给出明确的定义和办学培养的指导性意见。一般将应用型人才定义为能够应用客观规律为社会服务的人才。[4]但就应用型人才培养的核心而言,是实践动手能力和创新能力的培养,而实践教学体系则是实现这一能力培养的关键所在。因此,科学合理地建构实践教学体系是实现应用型人才培养的重要任务。本文将结合徐州工程学院(以下简称“我校”)实际,研究机械专业实践教学体系的构建和实施问题。

一、应用型本科机械专业实践教学现状

当前,应用型本科院校基本都是依据专业培养方案来组织理论教学、构建实践教学体系的,但由于对应用型人才的培养尚处于摸索阶段,使得机械专业的实践教学总体上水平不高,普遍存在以下一些问题:

受传统教育观念的影响,应用型人才的培养没有完全脱离传统机械专业工科教育的教学模式,过分强调理论基础知识的学习,忽视了实践教学的重要性。

将应用型人才的培养简单地理解为“重实践,轻理论”,盲目消减理论课时,增加实践课时,没有正确认识应用型人才培养的理论教学和实践教学间的关系。

实践教学体系不完整,实践教学课程设置不到位,忽略了实践教学体系诸环节间的联系,没有注重实践教学服务培养目标的整体性和系统性。

实践教学师资缺乏,师资队伍建设、管理不到位,教学方法和手段落后,教学效果差。

实践教学考核评价体系不科学,制度不严格。

二、应用型本科机械专业实践教学体系构建的基本思路

为培养机械类专业高素质人才,全面提高本科生的实践动手能力和创新能力,本文在对江苏省一些工科院校实践教学情况进行充分调研的基础上,结合我校的教学实际情况,构建了应用型本科机械专业的实践教学体系,如图1所示。该实践教学体系的构建基于以下几条基本思路:

从实践教学体系构建的指导思想上,以培养综合机械工程设计能力、工程实践能力和创新能力为主线,紧密贴合理论教学,改革原机械类实践教学的实践内容,增加设计性、综合性、创新性的实践内容;实践方法由“示范型”、“验证型”向“参与型”、“开发型”转变,实践教学方法采用引导式、启发式,体现教师导学、学生自学的实践和探索精神,促进学生知识、能力、素质协调发展,理论、实践、创新全面提高。

从实践教学体系构成的层次上,由于毕业设计环节综合体现了学生四年的专业理论水平、动手实践水平和创新水平,所以该环节被设置为实践教学体系的最高层。其他实验、实习、实训、课程设计、科技活动与学科竞赛、考级考证与社会实践环节所锻炼的能力都能在毕业设计环节中得到综合体现,故为中间层。实践教学体系的最低层是组成各个实践环节的分单元。

从实践教学的教学知识和内容上,由于机械专业是交叉专业,涉及到机械、控制、电子信息等多个学科,知识面广,技术更新快,产品换代频繁,故在横向上机械和电气实践教学并重;另实践教学也应遵守技术能力循序渐进、动手操作由简入繁的原则,故在纵向实践内容上区分基础内容和综合内容。

三、应用型本科机械专业实践教学体系的实施

1.实验环节应验证型实验和设计开发型实验并重

应用型人才的“标签”是实践动手能力强,具有一定创新能力,能解决实际问题,但这些能力的培养仅仅依靠单纯增加实践课时是不够的。学生必须明白本专业的基本原理,具备专业基础理论的武装,并在此基础上通过有目的、高效的实践环节来提高技术和积累经验。这种专业基础理论不要求像培养“学术型、科研型”人才那么全面和细致入微,富有前瞻性和延伸性,能够达到“必要、够用”的水平即可。因此,在机械专业的教学实验环节,我校提出“验证型实验和设计开发型实验并重”的原则,务必使学生明白专业基本原理并在此基础上通过一定量的实践动手来实现突破创新。

2.实习环节注重培养学生专业兴趣

机械专业的实与机器设备、厂房车间、油污噪声相连,实习环节的第一课——金工实习,就使大多数学生意识到理想和现实的差距,之后的生产实习、毕业实习更是容易让学生产生“选错专业”、“毕业后不能从事这个专业的工作”的想法。我校在进行实习教学时特别注意调动学生积极性,培养学生的专业兴趣。如学生在校内参加金工实习时,接触并动手操作了诸多机械加工方法,我们会在所有实习工种结束后,要求机械专业的学生2-3人为一小组,选用2种以上的加工方法自己设计一个产品,要求亲手制作、加工成型,并纳入成绩考核。如此,既能够考查学生对加工方法的掌握情况,锻炼学生动手实践解决问题的能力,还大大激发了学生的专业学习兴趣。

3.以学习竞赛的方式开展实训

实训能够使学生在一定的集中时间内,对某项技术知识的掌握趋于熟练。但实训时学生每天都在熟悉和操作一种技术,则较为枯燥。可在学生的技术熟练程度上升到一定水平后,举办一些学习竞赛,增强学习竞争氛围。如在进行电工电子实训时,与机床电气的理论知识相结合,适时提出一些机床电控小课题,组织学生分组竞赛;在进行CAD/CAM实训时,举办二维制图、三维造型比赛,可以是课内的小规模的比赛,也可以是院系内较大规模的比赛,这样可大幅提升实训效果。

4.与计算机结合实施课程设计

课程设计的目的是在学生学完一门专业技术课程后,锻炼学生使用该技术解决实际问题的能力。机械专业的课程设计具有技术含量较高、实用性较强的特点。一般高校做课程设计的方法是按部就班,在规定时间内学生完成设计内容并参加答辩就可以了。我校鼓励课程设计教师在传统课程设计教学方法上与计算机相结合予以改进。如在进行机械原理课程设计时,学生对设计方案除要完成规定图纸工作量外,必须采用计算机编程仿真方法模拟所设计的机构动作,确认设计的正确性;在进行PLC电气设计时,必须用PLC仿真软件模拟电路动作顺序,并得到结果方可进行课程设计答辩。这种教学改革旨在锻炼学生的创新能力,开拓思维,为解决实际问题积累经验。

5.重视科技活动与学科竞赛的作用

我校机械专业目前有一个学生社团——“机械科技协会”,在组织机械专业学生参加国家、省市各类科技大赛、校际比赛交流中发挥了较好的桥梁纽带作用。我校机械学院非常重视该学生社团,为该协会配备有专门的专业教师进行理论指导和答疑;该协会有固定的活动时间,由年级较高的同学负责对年级较低的同学进行技术培训。目前参加的大赛有:国家、江苏省大学生实践创新训练计划,江苏省电子科技大赛,国家、江苏省机械设计大赛,江苏省CAD大赛、CAXC设计大赛等,多有收获。目前学科竞赛所能覆盖的机械专业的学生约有20%,对学生的实践动手和创新能力的培养起到了非常好的促进作用。

6.鼓励考级考证与社会实践

有教育学者提出,“应用型本科”的办学可借鉴高职院校的“双证书”教育,即获得毕业证书的同时再获得一本职业资格技能等级证书。对此,我校对学生不做强制要求,但鼓励机械专业的学生对感兴趣的技术、技能进行课外考级,一旦获取相应等级证书,可获得奖励学分。同时也鼓励学生利用课余时间进行社会实践,以增强自身综合素质。

7.毕业设计结合教师科研课题

毕业设计是学生综合能力的体现,是对学生运用专业理论知识动手解决实际问题的综合检验。传统机械专业毕业设计存在课题选题较为陈旧,脱离工程实践,缺乏完整工程理念等问题。我校在对待该实践环节时,有针对性地要求每个毕业设计指导教师填写《毕业设计选题申请表》,再由教研室遴选新颖、有创新性,联系工程实际紧密的课题供学生选题;课题来源可以是教师纵向、横向课题,也可以是自选课题。选题后,指导教师必须安排学生进入与课题相关的科研和企业生产第一线进行课题调研和学习。设计过程中,学生还要进行开题答辩、小组讨论、中期报告和定期学术汇报等。这种方式,提高了对指导教师的责任心和能力的要求,确保学生毕业设计来源可靠,贴近实际工程应用,有利于挖掘学生的创造潜能。

四、结语

现代社会,随着企业生产节奏不断加快,企业在接收毕业生后,希望毕业生能在业务上尽快上手,能直接到生产、服务、管理一线工作,减少企业对学生的“二次培训”时间,尽快为企业创造价值。应用型本科院校就是着眼于此,提出了培养应用型人才的办学定位。而通过构建适合自己学校实际情况的实践教学体系,可增强学生的实践动手能力和创新能力,缩短本科毕业生与企业的磨合期,增强学生在就业市场上的自信心。从学生在就业市场上反馈的信息来看,我校机械专业构建的上述实践教学体系是可行的,是适合学校发展定位的,同时也为其他院校开展实践教学改革提供了有益的参考。

参考文献:

[1]王会.地方院校机械专业本科应用型人才培养模式的探索和实践[J].黑龙江教育,2010,(1):50-51.

[2]屈文涛,朱林,陈兵,等.机械类专业校企结合实践教学体系改革与实践[J].河南科技学院学报,2011,(2):114-116.

篇6

关键词:机械设计;教学模式;CAD技术

作者简介:徐静(1963-),女,浙江绍兴人,绍兴文理学院元培学院,副教授;董雁(1964-),男,浙江舟山人,绍兴文理学院工学院,教授。(浙江 绍兴 312000)

基金项目:本文系2012年绍兴市高等教育教学改革重点课题的研究成果。

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)03-0102-01

“机械设计”是机械类专业的一门主干技术基础课,该课程的作用在于培养学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本方法,具备一定的机械设计基本技能,为后续专业课程学习和今后从事设计工作打下坚实的基础。但“机械设计”传统教学模式通常从分析各种通用零部件的失效形式开始,讨论设计准则,总结设计方法,推导设计公式,熟悉和运用手册、图册、标准和规范等设计资料。设计过程一般以计算器和绘图板为设计工具,计算和绘图过程繁杂,工作量很大。

随着CAD技术的突飞猛进,机械产品设计的传统模式发生了深刻变革,改变了工程界的设计思想及思维方式,成为现代企业必不可少的设计手段。如何适应这种设计方法和思维模式的变革,培养掌握现代设计方法的新型机械设计人才,是一个急待深入研究和解决的问题。因此,笔者一直致力于将机械类专业先修的C语言程序设计、计算机绘图及三维实体建模技术等课程知识,与“机械设计”课程的教学内容有机地融合在一起,探索并实践基于CAD技术的“机械设计”课程教学新的模式。

一、基于CAD技术的“机械设计”教学模式

“机械设计”是一门综合性、实践性很强的课程,涉及到画法几何及机械制图、AutoCAD、机械工程材料、制造技术基础、公差及技术测量、理论力学、材料力学、机械原理等多门先修课程的知识。不同的老师担任不同的课程,传统的教学目标只着眼于某一课程基础知识的掌握,容易忽视课程之间的交叉和联系。基于CAD技术的“机械设计”教学模式,打破传统的机械设计、C语言程序设计、计算机绘图等课程的界限,在理论教学中穿插机械零部件的程序设计教学环节,在课程设计中引入计算机辅助设计实践环节。通过教学,不仅使学生掌握机械设计所必需的基础知识,更为重要的是使学生将所学的计算机知识融会贯通,掌握先进的现代CAD技术手段,充分利用计算机强大的信息存储与检索功能、数据分析与计算功能、图形作图与文字处理功能,极大地提高机械设计的效率和质量,以适应信息技术飞速发展的时代需求。

1.CAD技术与课堂教学内容有机融合

“机械设计”课程是以一般通用零部件设计为核心的设计性课程。在传统的教学过程中,对于某一种零件设计,要求学生掌握零件的失效形式和设计准则,能够合理地选择零件的材料及热处理方式,掌握零件的设计计算理论和结构设计方法,能够正确地选用设计过程中的各设计参数,确定零件的各结构尺寸,绘制出零件工作图。采用传统人工设计,由于在设计过程中需要检索大量技术信息,如各种线图、数表、数据和资料,并根据相关的设计公式进行计算,不仅费时费力,而且设计精度不高,而计算机强大的数据计算功能可以帮助解决这些难题。因此,在学生已学过“C语言程序设计”并具有一定编程能力的基础上,根据“机械设计”教学要求和教学进程,将机械CAD技术融入相应的课堂教学环节中,积极引导学生利用先进的CAD技术解决工程实际问题。

(1)设计资料的程序化处理。要实现机械CAD,首先要解决的问题是设计资料的计算机处理。设计资料或列成数表,或绘制成线图,常用的处理方法有直接编入设计的程序、编成独立的数据文件、建立数据库等。为此,笔者将“数表和线图的程序化处理”作为一个教学单元融入“机械设计”课堂教学中。在教学过程中,对于数表,要求学生应用C语言编程将其转化为数组,再利用查找法中的顺序法、二分法、分块法等,根据输入变量得到数组的下标获得相应的数据,最后根据精度要求通过线性插值、二次插值等方法计算得到所需要的设计参数。对于线图,有公式化和数表化两种处理方法,公式化处理要求学生根据线图的变化趋势、直线线图直接求出直线方程,曲线线图通过多项式拟合得到近似方程。数表化处理则采取等分坐标在曲线上取值转化为数表再进行程序处理。通过这一教学环节,学生不仅感受到程序设计在数据信息处理中的优越性,而且激发了学生应用计算机技术的兴趣。

(2)常用零部件的计算机辅助设计。在机械设计中,经常会涉及到螺纹联接、键联接、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动以及滚动轴承等各种零部件的设计计算,手工计算工作量很大,而且容易出错。为此,笔者在教学计划中设置了计算机辅助设计大作业教学环节。编写了《机械零件CAD编程大作业》指导书,要求学生在掌握数表和线图程序化处理的基础上,根据指导书给定的任务和要求,独立地完成一种零件或部件的计算机辅助设计程序,包括各子程序及源程序流程图、数表或线图处理程序、设计计算程序及源程序编制、程序调试及实际算例验证,以及设计说明书的编写。一般学生要求使用C语言编制仅输出设计结果的简单程序;对编程能力较强且学有余力的学生,鼓励他们使用Visual Basic和Visual C++等语言编制具有人机交互功能的辅助设计软件。通过这一实践环节,学生利用所编设计程序,根据输入的参数就能计算出绘图所需的尺寸,减轻了学生的手工计算工作量,提高了设计的准确性和高效性。

2.CAD技术在课程设计中的应用

机械设计课程设计是配合“机械设计”课程理论教学的一个重要实践教学环节。绝大多数工科院校一般都选择由“机械设计”课程所学过的大部分零部件所组成的机械传动装置或结构较为简单的机械作为课程设计题目。传统的教学方法对课程设计的要求还停留在人工计算、手工绘图阶段,由于设计过程繁琐、重复工作量大,教学效果一直不够理想。因此,为了将学生从枯燥、重复的手工设计中解脱出来,集中时间和精力用于方案设计、结构设计等创造性思维训练上,笔者在机械设计课程设计中全面引入CAD技术,利用机械设计课程设计辅助设计软件在AutoCAD环境下完成零部件的计算机辅助设计并输出零件工作图,继而完成装配图。

减速器设计是“机械设计”课程设计最常用的设计题目。笔者选用的减速器课程设计辅助设计软件是嵌套在AutoCAD设计软件中,是一组在AutoCAD环境下运行的应用程序,主要功能包括:典型零部件的设计计算及校核计算;典型零部件及典型结构的设计与绘图;典型零部件的标准数据查询等。该应用程序通过复制、添加到AutoCAD设计软件中,则AutoCAD界面上方下拉式菜单可产生新的选项“机械零件设计”按钮。使用时,只要用鼠标单击所需设计零部件的菜单,即可进入此零部件的设计计算程序,完成设计、校核、绘图等设计任务,为学生进行方案对比、参数优化等创新设计提供了有力的CAD技术支持,充分调动了学生的学习积极性,极大地提高了课程设计的教学效果。

二、结论

随着计算机技术的广泛应用,同行们致力于将CAD技术的应用和开发与“机械设计”教学模式的改革和创新结合起来,意识到在“机械设计”课程教学中引入CAD技术的必要性和可行性。将CAD技术融入“机械设计”的课程教学,既有利于提高学生计算机应用能力和运用知识解决工程实际问题的能力,又有利于培养学生先进的设计思想和创新的设计理念,对提高课程教学质量将起到积极的推动作用。

参考文献:

[1]咸斌.与现代CAD技术相结合的机械设计基础教学方法研究[J].盐城工学院学报,2005,(6):72-75.

[2]李一民.基于知识融合的机械设计教学法及资源开发[J].现代教学技术,2010,(10):76-78.

[3]王军.运用CAD技术进行变速箱设计[J].江汉石油科技,2005,

(3):47-50.

[4]李淼林.应用型本科《机械设计课程设计》教学改革初探[J].高校讲坛,2010,(9):145-146.

[5]凌丹.CAD技术在《机械设计》课程设计中的应用[J].实验科学与技术,2005,(10):51-52.

[6]濮良贵,纪名刚.机械设计(第八版)[M].北京:高等教育出版社,

篇7

中图分类号:TP39文献标识码:A 文章编号:1672-3791 (2010)04(a)-0000-00

机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、方法等进行构思、分析和计算并将这些转化为具体的描述以人为制造依据的工作过程。传统的机械设计也称常规设计,是一种以强度和低压控制为中心的安全系数设计、经验设计、类比设计和机电分离设计。随着现代科学技术的发展,现代机械产品设计更加强调创造性,在注重整体功能的基础上以现代化的设计方法和计算机技术作为工具,提高了设计的质量、效率和精度,满足了产品对经济性、适应性和可靠性统一的要求。与传统设计相比,现代机械设计在功能、结构和产品的设计要求方面都有明显的优势。

一、现代设计方法和传统设计方法比较

1、传统的设计方法。传统设计方法以直觉设计、经验设计、静态设计为基础,所使用的设计方法有理论设计和经验设计两种。(1)根据长期总结出来的设计理论和实验数据所进行的设计称为理论设计。实际情况往往复杂多变,理论设计对问题的考虑不够全面,若安全系数选择过大,则产品可能超大。若安全系数过小,又很难保证产品的安全性。(2)经验设计指根据某类零件已有的设计方法与经验关系式,或者按照设计者个人的工作经验用类比方法进行的设计。随着设计产品的技术含量不断提高,技术系统变得越来越复杂,产品更新的速度也在逐渐加快,经验类比的设计方法已远远不能满足市场的需求。

2、现代机械设计方法。现代设计方法是以思维科学、设计理论系统工程为基础,以计算机作为工具的各种技术和程序的总和。与传统设计方法比较,传统设计是静态系统、以经验作为方法,纯手工手段的;现代设计是动态系统,以科学为方法,用计算机手段。在设计方法上,与传统机械设计相比现代设计在机械零件的设计上更可靠、更优化。

现代设计将传统设计方法中涉及到的设计变量如材料强度、尺寸、应力等,当成服从某种分布的随机变量,并根据产品的可靠性指标要求,用概率统计的方法得出零部件和元器件的主要结构参数和尺寸。根据概率论的观点,安全系数必须和对应的可靠性联系起来才有意义。如:按传统设计法,安全系数大于1的零件是不应该失效的,而实际应用中,安全系数很大的零件也有可能发生失效。按传统的设计方法,对绝大多数零件(如齿数、轮齿宽、螺旋角等)的设计结果虽然在刚度、强度两方面满足了设计要求,往往因为经验性和盲目性,很难达到最优化结果。现代优化设计跳出了传统的设计思维,在符合一系列条件的前提下,求出满足最优效果的设计参数解。

此外,传统设计往往需要人工资料检索、手工计算和绘图,需要耗费较多的时间和人力,设计质量受到影响。计算机辅助集合人的经验和智慧,将计算机的高速运算功能和人的创造力结合起来,加速了设计进程。

二、现代机械设计与传统设计特点比较

现代科学技术的发展与计算机的广泛应用,使现代机械设计形成了自己的理论方法和体系,汇集了多个专业和领域的知识,成为一门交叉学科。与传统的机械设计相比,现代机械设计具有很多明显的优点。

1、传统机械设计思维比较被动,现代机械设计具有较强的主动性。传统设计依靠灵感和经验,思维往往比较被动。而随着现代技术的迅速发展和市场竞争的日益激烈,人们必须不断的提出新的、大胆的开发目标和设想,并运用现有的最新科学技术创造出全新的产品。传统依靠经验的设计已经不能适应这一需求。现代设计在进行研究创造设计思维本身的规律时,运用灵感、方案、优化设计产生的内在逻辑,并由此产生了创造学、价值工程、设计方法学等理论。

2、传统设计注重机械本身预定功能的实现,现代机械设计要求把对象置身于大系统中,并对系统作出设计,将预定的功能在人—机—环境之间进行合理分配。充分考虑到人的生理和心理因素,力求在人际之间做出最佳设计。此外,现代设计还考虑到机械从原料图区、加工装配、投入使用至报废回收等全部生命周期中各个阶段与环境的关系,以减少对自然环境的伤害并保证生态平衡。

3、现代机械设计强化了传统机械设计对强度准则的要求。有限单元法和断裂力学等领域的研究成果在现代机械设计中的应用,强化了设计者强度设计的能力,现代设计的准则也因此拓宽到产品设计的更多领域。现代消费者对产品的需求从实用需求上升到物质与精神享受并重的层次,对现代机械设计提出了艺术和美学方面的要求。

4、传统设计历时长、耗费大,现代机械设计周期短,耗费低。传统机械设计一般先根据目标和任务做出第一个方案并造出样机,然后对样机评定、考核,进行修改,形成第二套方案,如此反复,到满意为止,设计过程周期长、耗费高。现代设计根据各种给定的条件,运用优化设计的原理和方法,借助计算机求取最佳设计参数和设计方案。在现代设计中,优化意识还延伸到产品的总体方案论证,产品结构和工艺设计各个方面,并产生了遗传算法、模糊算法等许多新的理论方法。

5、传统设计受思维进度的约束,现代机械设计利用计算机改变了这一缺陷。在传统的设计中,从概念设计、技术设计到编制工艺、计算工时成本,有许多部门用串行工作方法参与,需要一个漫长的过程,而现代的并行设计技术,使人们在作出一个方案的设计时,通过计算机网络同时获得后续过程相关信息,使设计者有可能及时修改方案,寻求一个全面、综合的优化方案。

三、小结

现代机械与传统设计相比,在功能、结构和产品的设计要求方面都有明显的优势,改变并完善了传统机械设计的缺陷。它将许多学科和领域融合,并将这些技术在现实机械中实现了完美的结合。但现代机械设计不仅仅个人行为,在设计群体中,所有成员都应掌握现代机械设计的有关知识,做到相互了解和配合,并建立全局观念,才能实现现代机械的完美设计。

参考文献:

[1] 胡玲凤.现代设计技术在机械设计中的应用分析[J]. 农机化研究, 2005(6):92-96.

篇8

关键词: 数字化 机械制图 教学改革

机械制图是重点课程之一,尤其对于工科学生来说,制图技能是其生存的保证。目前机械制图教学存在一定的问题,主要表现为教学目标不明确,教学方法单一,学生积极性低等。导致现代机械制图教学效果不显著,数字化教学的提出一定程度上改善了这一难题,但也给教师和机械制图教学提出了巨大的挑战。目前,如何使数字化教学融入到机械制图中已经成为高校教育者的主要任务。

一、数字化制造对机械制图教学的要求

数字化制造要求机械制图将图改变为数,实现机械制图现代化,并进行相关数据信息的收集和存储。在这种前提下,机械制图要提供施工工程的模型基础。计算机软件将成为机械制图教学的载体,在教学中起到积极作用,使现代机械制图教学从二维转向三维。其中包括拓扑结构和三维几何信息及物理特征等。通过计算机软件对图纸进行处理,从而得到虚拟的实体图像,方便图纸设计人员设计和修改。也就是说,数字化制造是以计算机为依托实现对制图数据、方法和资源的整合和存储。基于这种模式的机械生产模式将发生一系列变化,整个过程中计算机的作用增强了,计算机制图实现了虚拟装配与制造,并且能够通过计算机检验。机械图样作为工程施工的重要依据,无论是设计还是分析都应按照发展规律。这要求教学目标、教学方法和教学模式及内容彻底进行一次改革,只有这样才能满足现代社会对机械设计人才的要求。

二、机械制图课程教学改革的策略

机械制图的教学目标需要改革,主要应从三方面入手:构型设计能力的提高;数字化制造软件的应用培养;徒手绘图能力的增强。形体的构型设计是创造性设计的重要表达形式。构型设计是教学目标改革的重要项目,是培养学生思维能力和制图创新能力的主要方法。三维立体设计和造型是课程教育的目标,也是改革的主要目标之一。课程改革的首要任务是让学生了解课程设计流程,提高设计技能,重视徒手绘画能力。同时,学生能够通过徒手绘画能力的提高获得更大的想象空间。在这个过程中,学生实践能力的培养是关键,教师应善于发掘和培养学生的灵感,使学生善于观察生活、感受生活,启发设计思维。徒手绘画课程应始终作为机械制图教学的重点。AutoCAD作为平面绘图的基础,虽然曾经取得了一定的效果,但随着科技的发展,三维立体技术的出现要求绘图软件进一步更新,以适应其发展。目前,已经有很多三维立体软件的学习进入了高校机械制图教学中。

三、机械制图课程教学方法的改革

由于机械制图的教学方法较多,因此教学方法的改革要求教师从理论教学和实践教学两方面入手,将教师的讲解和学生的学与练融合起来。通常要求理论部分由教师讲解,并且尽量避开生涩难懂的专业理论,将其转化为更生动的教学模式,提高教学效率。需要给予学生适当的实践时间。另外,增加教师与学生之间的交流,以便学生提高交际能力,针对不同教学模式,有针对性地调整方法,使二者能够相互联系。总之,高校机械制图教学应致力于培养和拓宽学生的思维能力。目前,无论是讨论法教学还是思维拓展式教学,其目的都在于通过多维度的教学方式提高学生的制图创新能力,丰富课堂教学方法,调动学生的积极性。如针对与实践教学联系密切的教学中,案例法可以充分发挥教师的作用,将实践教学与理论教学相结合,将设计开发类知识引进到课程教学中。教师可为学生预设多个情景,在具体的分组中学生可以锻炼能力,这样学生的工程基础知识可以得到巩固,设计能力及图纸分析能力也可以得到提高。

四、教学模式内容及模式改革

循环动态的教学模式是我国机械制图教学的主要目标。这一教学目标要求教师改变自己在教学中的地位。教师不再单纯地掌握教学方法和进程,而要求学生参与,充分发挥学生的主角地位,将教为主导转化为以教师的引导为主,与学生实践相配合的教学方式,也就是循环动态教学模式。这种教学模式基于先进化的多媒体技术,在这种模式下,学生的创造性思维更强,并且能够感受自身的学习效果,培养探索精神。教学内容的改革以教学模式为前提,从以下方面入手:以“体”为核心的投影理论;表达方法范围的扩大;三维图纸的查阅及绘制;促使学生了解多元化、数字化的基础理论。投影理论是一种先进的绘图理论,这种理论要求学生了解实践操作、熟悉绘图流程。实际上,随着科技的发达,这种绘图模式不利于图形的展开,需要教师增强空间思维能力。这解释了为什么投影理论以“体”为中,而不是点、线或者面。三维立体图作为目前推行的主体,在高校机械制图教学中起着积极作用。三维时代并不代表二维模式将被淘汰。关于投影的介绍,学生的先进理念将得到推广,使学生的后期学习效率得到提高。我国多媒体技术在教学中起着十分积极的作用,尤其对于投影理论来说,处于不同时代的机械制图软件不同,功能值得商榷。

五、结语

随着高科技的快速发展,机械制图开始趋于现代化。目前,数字化技术在不断发展,对于机械教育来说,我们应提出更高的要求,明确教学目标,丰富教学手段。并且在高校中普及高科技知识,使机械制图朝着操作智能化发展。熟练掌握机械制图的设计技能,绘制现代机械图纸是现代高校机械课程中的主要任务。实践证明,教学化技术能够从实质上改变我国机械制图教学效率低下的现状。这是现代社会对人才的主要要求。

参考文献:

[1]涂小华,王翠芳,朱建新.基于现代教育技术环境下高职《机械制图》课程教学研究[J].江西化工,2011(3).

篇9

【关键词】机器人;手臂关节;机械设计

1.引言

从机械手臂投入商用起,已经有了几十年的应用和发展历史。将模块化的设计思路与理念引入机械手臂的设计中,能够充分发挥其灵活、可拆分、可组合的特点,并将其应用于更多的场合,包括服务机器人,工业生产制造领域、医疗领域等等。本文结合机械臂设计的模块化理念,着重对其进行系统分析和设计,包括旋转关节、传动系统、减速系统进行实现,具有比较好的理论价值与实践意义。

2.机器人手臂关节机械设计

2.1手臂关节模块

手臂关节模块包含了许多零部件,主要有旋转电机、减速器和反馈单元等。在手臂关节的内部固定了控制单元和传动系统,以二级减速传动作为传动模式,即齿轮减速传动与谐波减速传动,这种传动模式可以支持手臂关节自由度之内的回转运动。下面具体阐述其设计方案:

(l)模块外壳方案

手臂关节的外壳能够为电机、制动器、滚动轴承提供必要的机械支撑,并起到必要的保护作用。在手臂关节运动的过程中,模块的外壳也承受了期间多产生的种种应力,因此模块的外壳必须满足一定的刚度。模块外壳的主要构成部分包括:底盖、电机、齿轮盖、主壳体、轴承、制动器等。其中,底盖位于结构的底端,其作用是为整个旋转模块的各个部件提供支撑与连接;主壳体构成此部件单元的外壳,对单元当中的电机、制动器等子单元起到连接和支撑作用;齿轮盖覆盖于模块的齿轮传动单元之上,起到保护和连接作用,而且能够支持谐波齿轮减速器的安装。为保证机械臂有足够的强度,模块外壳选取的制作材料为铝合金,并将壁体设计为圆桶状的抗压结构,为防止氧化与腐蚀,表面结果特殊处理。

(2)减速齿轮方案

减速齿轮方案的主要构成部分包括:电机连接齿轮、中心齿轮、中心轴以及制动连接齿轮等。其实现方式简述如下:通过小齿轮来连接直流电机的输出端,然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接;同理,通过另一个小齿轮来连接断电制动器的输出端,然后通过与小齿轮相咬合的中心齿轮互相连接。在这种啮合模式下,当减速齿轮单元加电后,便由系统的电机来作为动力源输出,而当减速齿轮单元端电后,便由系统的制动器来作为阻力源输出。考虑到机械臂的关节在不同运动时,会使减速齿轮持续维持高速转动状态,因此必须有足量的剂。又因为该减速齿轮不是封闭结构,因此本文以滑脂来起到齿轮的作用。

(3)中轴传动方案

中轴的传动方案是整个机械臂设计中非常关键的一个组成部分。中轴传动的作用是,首先支持来自中心齿轮的动力,其次还要为波发射器高效传递动力。考虑到中轴会承接一定比例的来自轴向的受力和很大比例的径向应力,因此为支持中轴,引入了角接触轴承。中轴传动单元主要由旋转模块、断电制动器、卡簧、角接触轴承、中心齿轮、主轴、连接法兰以及波发射器组成。

因为中轴传动单元在设计上要求同轴度与圆柱度都在较高的水准,因此尤其应注重其材料选择和参数控制。本研究所设计的中轴用以45号钢才作为原料,并在成型后淬火,从而保证单元在表面具备一定的硬度。

在中轴传动方案中,最关键的是旋转模块的结构设计。旋转模块的设计思路是:将其转轴与中心轴线重合,并以电机驱动。在模块上部署有电磁编码器,用于周期性地检测角位移和角速度。将之与直流伺服电机相联。结合具体的应用环境与需求,直流伺服电机也可以加装起到减速增力作用的行星减速箱,共同起到动力输出的作用。而后通过小齿轮与中心齿轮的咬合,以正齿轮传动方式来实现系统的减速增力功能。

断电制动器的结构设计也是中轴传动方案中的关键,断电制动器有两方面的作用,首先在旋转模块进行位置搜索时能够起到保持作用,其次,在旋转模块因故失去电源之后也能发挥保护的功能。在中轴中,当旋转单元加电,并处于转动状态的时候,断电制动单元便会随着系统的小齿轮单元传递过来的中心齿轮作用而转动,而在断电制动器运动的时候,其输出轴的动力也来自小齿轮单元。在本文所涉及的机械臂中,电机与制动器全部布置于电机底座,并且将电机底也作为旋转单元外壳的一部分,其好处在于保护内部零部件。

2.2连接件模块

连接件的主要功能是在机械臂中连接旋转关节不同的单元,因此是机械臂的重要组合部分,对机械臂的组合与功能的发挥均有着不容忽视的作用。由于机械臂的各个模块单元是相对独立的关系,因此只要将不同的模块单元互相组合,起可以发挥机器人的机械臂基本功能。因此本文结合具体的需求,设计开发了数种类型不同的连接结构。

机器人的机械臂在实际操作中,连接件实现了不同部件单元之间的力矩传递,而其质量的大小也关系到机械臂整体重量和轻便程度,因此在实际设计中,一方面应保证改模块单元具有足够的机械强度,另一方面也应考虑到减轻其质量。本文在设计中,考虑到铝合金属于高强度低密度的材料,同时具有比较好的可塑性,因此以铝合金作为连接件的制作材料。

2.3模块手抓单元

考虑到机械臂必须部署在一个可以移动的平台上,来在现场抓取物体,因此模块手抓单元的末端执行器是其中最重要的组件。为了满足这个系统的模块化的设计,末端执行器必须具备一定的应用和扩展功能。假若模块手抓单元附加多指灵巧手,其实能够抓取更多类型的对象,本课题的研究只需模块手抓单元能够抓取简单对象,因此使用了图中的简单的夹钳手抓,其优点是结构简单、容易控制。

3.结束语

机器人的机械臂设计与开发属于机电一体化领域的高精尖课题。考虑到机械臂的结构具有比较高的复杂性,本文阐述的设计方案充分顾及了模块设计的标准化与产品的通用性,从而能够良好的满足模块之间的替代性特征需求,因而也能够保障机器人的机械臂在实际应用中能够满足用户的要求。

参考文献

[1]郭立新,赵明扬,张国忠.空间冗余度机器人最小关节力矩的轨迹规划.东北大学学报(自然科学版 ).2010:512-515

[2]马江.六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真.北京工业大学硕士学位论文,2009:3-10

篇10

[论文摘 要]当前,我国机械学科背景下的工业设计专业设置盲目跟风,存在机械类课程设置形同虚设、学生普遍缺乏应有的审美能力、未突出学科交叉优势等问题。机械学科背景下的工业设计专业特色教育,应着重提高学生的审美品位,让学生切实掌握相关工程技术,结合机械学科特色来完善工业设计教育体系,使设计教育适应社会发展趋势和社会需求。

目前,我国已有美术院校、工科院校、综合大学、农林院校、师范院校等400多所院校开设了工业设计专业,形成了世界上最为庞大的工业设计教育网络。由于国家教育部把工业设计专业归属于机械学科,因此,培养机械学科背景下的应用型设计人才、强化学生在机械学科背景下的实践能力、确立机械学科背景下工业设计专业的教育特色、凸显机械学科的自身优势及发展特点,是目前工业设计教育的根本任务。

机械学科是研究机械产品(或系统)的性能、设计与制造的理论和技术的科学。按照经历阶段的性质不同,机械科学可分成两大分支学科:机械学和机械制造。机械学是对机械进行功能综合并定量描述以及控制其性能的技术科学,它的主要任务是把各种知识、信息注入设计,将其加工成机械系统能够接受的信息并输入机械制造系统,以便生产出满足使用要求并能被市场接受的产品。在这一点上,机械学与工业设计的目的是一致的,都是为了满足市场的批量化生产而进行产品设计。机械学包括机构学、机械振动学、机械结构强度学、摩擦学、设计理论与方法学、传动机械学、微机械学和机器人机械学等。机械制造是将设计输出的指令和信息输入机械制造系统并加工出合乎设计要求的产品的过程。机械制造科学与技术是研究机械制造系统、机械制造过程和机械制造手段的科学与技术,它包括机械制造冷加工和机械制造热加工两个部分。机械学科的理论基础与技术手段是工业设计专业的必备知识,为工业设计专业提供科学技术支撑。

但当前我国高校机械学科背景下工业设计的特色建设并不理想。如何依托机械学科的先进制造技术与设备条件及其较强的科学性和现实性来构筑工业设计特色教育平台,是当前工业设计教育要解决的重要问题。

一、我国机械学科背景下工业设计专业的发展现状

1.工业设计专业设置盲目跟风

很多学校的工业设计专业设置于2000年前后。这一时期是工业设计专业的膨胀期,很多院校因有机械学科就盲目跟风,设置了工业设计这一专业,而不是出于国内工业发展的需求,专业设置缺乏必要的调研和论证,专业体系极不完善;与此同时,招生人数不断增加,招生规模不断扩大,师生比例严重失调,致使教学质量难以保证,学生专业素质不断下滑。学生经“批量教育”后涌入市场,导致社会上此类人才表面上供大于求,毕业学生60%以上改行从事平面设计或室内设计,近30%的学生完全脱离本行。[1]

2.机械类课程设置形同虚设

机械学科背景下工业设计专业的培养方案大多安排有工程制造类课程,如机械制图、机械设计基础、机械制造基础等,表面上强化了学生的设计与制造能力,但在师资配置、课程大纲制定、制造实践能力培养等方面缺乏系统的思考,导致不同课程之间的关系成了一种机械性的相加,艺术仍是艺术,技术仍是技术,二者并未融合在一起,因而基于机械学科的工业设计专业特色并未真正形成。学生在实际设计中既不能很好地运用技术性课程的理论知识,也不能独立地处理与设计相关的技术问题。

3.学生缺乏应有的审美能力

审美能力与审美品位是工业设计专业学生应具备的基本能力。机械学科背景下的工业设计专业学生,其审美能力与审美品位较差,长于技术类课程的学习而对绘画基础、设计表现技法等课程缺乏热情,惰于关注美、思考美。[2]很多学生做毕业设计时不懂得怎样把作品的美感表现出来。

4.学科交叉优势未能显现

学科的发展有很强的交叉性,这种交叉性包括专业之间、院系之间、学校之间、地区之间的交叉,从而形成一定范围内的资源共享和特色互补。工业设计是技术与艺术相结合的交叉学科,涵盖美学、心理学、市场学、人机工程学、物理学、材料学与力学等学科范畴。当前,机械学科的背景特色还未鲜明地融合在工业设计的学科教学中,机械学科的技术优势、技术条件、实验条件没有与工业设计专业的相关课程结合起来,学科与专业之间缺乏衔接平台,无法构成系统的知识结构。很多院校的工业设计专业虽然设置在机械学院(系)下面,但机械学科与工业设计处于完全分离的状态,口头上说相互交叉,但并未落实到具体的教学中。因此,要突出以机械学科为背景的工业设计专业特色,必须制定切实可行的设计教育方案。

二、我国机械学科背景下工业设计专业的特色定位

学科必须依赖特色而发展,失去特色就会失去竞争力、失去存在的价值,有特色才能发展,工业设计教育也不例外。国外有很多具有行业特色的工业设计专业,如美国艺术中心设计学院的汽车设计,英国考文垂大学艺术设计学院的交通工具设计、汽车设计等,都是特色鲜明的优势专业,同时又是服务于地方经济和全球经济、拥有巨大市场需求的特色专业。在我国,真正有特色的工业设计教育较少见,应通过一系列的措施加强机械学科背景下工业设计专业的特色定位。

1.提高学生的审美品位

“眼高手高”是设计教育培养的基本目标。“眼高”是指对学生审美能力的培养,“手高”是指对学生设计表达能力的培养。机械学科背景下工业设计专业学生的设计技法和设计艺术素养可以归为三类:一是“眼高手高”型,能欣赏能表现;二是“眼高手低”型,能欣赏但不能表现;三是“眼低手低”型,不能欣赏也不能表现,一般为初学者。要想提高学生的设计技法水平,就得设法先提高学生的“眼力”水平,使之懂得欣赏经典艺术品、经典设计作品,学会鉴别艺术作品。这就要有目的有计划地组织学生参观美术展、设计展,多欣赏原作,指导学生进行设计艺术欣赏,培养学生形成高水准的审美观念和审美品位,提高学生对自然美、社会美和艺术美的感知和鉴别能力。

在设计审美品位的培养中,观察是形象信息储存的输入口——对设计作品的形式认识需要观察,形象记忆和形象思维也都以观察为基础。在扩大“阅读”量时,对“阅读”对象的选择应考虑不同的形象、形式和内容,以引导学生从设计作品如何反映对象的手段方法去观察分析、从作品如何反映生活真实的角度去观察分析、从作品中思维与认识的美学形态表现过程去观察分析。

2.让学生切实掌握相关工程技术

美国著名的工业设计大师雷蒙得罗维曾说:“当我能够把美学的感觉与我的工程技术基础结合起来的时候,一个不平凡的时刻必将到来。”工业设计是科学技术与美学艺术相结合、相融合的专业,如何实现二者的深度融合一直都是设计教育的核心课题。机械学科背景下实现设计技术与设计艺术的融合,奠定机械学科背景的工业设计专业特色,要求学生在工程技术方面掌握制图学,掌握设计施工语言的材料学,熟悉力的作用和传递的加工工艺学,熟悉人机工程学和计算机辅助设计。设计师掌握的知识越多、接受新知识的能力越强、设计方法越灵活,其创新能力就越强、成功率就越高。

3.结合机械学科特色,完善工业设计教育体系

机械学科背景下的工业设计学科应加强以工程技术为特色的工业设计教育。工程技术包括很多方面,如加工技术、制造技术、人机工程、材料力学等。优选其中的某些方向,并作为与工业设计学科相关的特色予以强化,可形成一种资源共享和特色互补的共生循环的教育模式。

机械学科背景下工业设计专业特色的建设,最关键的一环在于求变:办学思路上求变,课程设置上求变,培养方式上求变,教学模式上求变。美国学者A.J.普洛斯曾说过:“设计教育的目的不是造就设计人员,而是解放他们。”这给工业设计专业特色教育提供了有益启示,也拓展了人们的设计思维。如湖南工业大学根据工业设计专业课程的特点和性质,将其划分为4个课程群,即艺术基础课程群、设计基础课程群、机械工程技术课程群、专业设计课程群。理清各课程群的总体教学目标以及内部各课程的分工合作关系,把工业设计实践能力培养与创新能力培养细化到各课程中,使之相互协调、相互弥补。各课程群按照能力培养由低到高、由浅入深的阶段性模式安排,更有利于达到人才培养的目的。在培养模式上,强调以设计为中心,以一系列精心制作的设计专题为核心,有机地编排相应的支撑知识,使学生在这些专题学习过程中培养综合设计创造能力,使几大课程体系通过相关专题组合成有机的、相互联系的整体。在教学模式上,引入“工作室”制,强化教师对学生素质的全方位培养,使学生的学习更具深度和广度。

三、结语

美国著名教育学家刘易斯在《21世纪教育》一文中说:“面向21世纪的教育战略,不仅要求教育去适应未来,更强调创造未来。”学校生产的“产品”是学生,毕业生质量的好坏,直接体现着学校的办学层次和办学水平。在我国,工业设计教育的规模越来越大,师生人数不断增加,但数量的增加并不能说明工业设计教育实力的增强,还必须使毕业生与市场紧密结合,以满足人才市场的需求。因此,应根据工业设计专业所具有的学科特色和优势确定工业设计专业的特色发展方向,以保证工业设计专业人才培养的质量,使设计教育能很好地适应社会发展趋势和社会需求。

[参 考 文 献]