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現代機械設計模式創新探析:現代機械設計模式的創新思考

摘 要：現代機械設計實質上是相對于傳統機械設計而言的，它是在對傳統設計方法繼承的基礎上，不斷創新和發展的產物，屬于一門集諸多學科和多種專業于一身，綜合性較強的技術科學。它是機械工程中較為重要的組成部分之一，想要設計出性能優良的機械產品，就必須在現有的設計模式上進行不斷地創新。基于此點，本文就現代機械設計模式的創新思考進行淺談。

關鍵詞：現代機械 設計 創新

一、現代機械設計的內涵及特點

1.設計內涵

具體來講，現代機械設計就是將微電子、機械、控制、信息等技術在系統工程的基礎上有機地結合到一起，借此來實現機械系統最優化的目標。鑒于機械設計是為系統服務的，故此從系統的角度上看，可將現代機械設計看作是一個三維系統，這里的三維主要是指邏輯維、時間維以及方法維。邏輯維具體是指解決相關問題的邏輯程序或步驟，即分析、綜合、評價、決策，這是解決現代機械設計中相關問題最為合理的四個步驟；時間維則是反映時間順序的設計過程，大致可分為四個階段，即產品規劃、方案確定、技術以及加工設計；方法維指的是機械設計過程中所采用的各種思維方式和設計方法。

2.主要特點

2.1計算機化。

在人類社會不斷發展的過程中，計算機的出現極大程度地推動了生產力的提高。現如今隨著計算機技術水平的進步，使其被廣泛應用于各個領域當中，在機械設計的各個環節中都需要借助計算機來完成，如優化設計、系統仿真等等。

2.2系統性。

在應用現代機械設計解決產品設計中的各種相關問題時，其主要通過系統的觀點將機械看成是一個具有特定功能以及各部分相互關聯的有機整體，這充分體現出了現代機械設計的系統性。

2.3動態性。

現代機械設計不僅重視產品在靜態下的性能，更加重視其在工作環境下的動態性能，這樣的設計能夠進一步提高產品的整體性能。

2.4創新性。

由于現代機械設計主要是以科學的設計理論以及先進的設計工具為基礎，故此其能夠真正發揮出設計者豐富的想象力和創造性思維，并運用各種具有創造性的手段和方法，研發出更多具有創新性的機械產品。

二、現代機械設計模式創新的有效途徑

1.優化設計

現代機械設計模式的創新應當朝著優化設計的方向發展，而所謂的優化設計則是指以數學規劃為理論依據、以計算機為設計工具，并在充分考慮與設計有關的各種制約因素的基礎上，尋求與預定目標相符的最優方案的設計過程。簡單來講，優化設計方法是現代機械設計創新中比較先進的一種，其建立在計算機技術和最優化的數學理論基礎上，并借助計算機和數學函數得出效率最高、最優化的設計方案，這種設計理念完全符合時展對機械設計的要求。設計人員在利用該方法進行機械設計時，能夠對各方面的影響因素進行綜合考慮，這樣可以更加系統和全面地對問題進行分析和解決，從而獲得最為精確的設計數據，達到縮短設計周期的目的。優化設計是CAD設計中最為重要的組成部分之一，其充分體現出設計最優的原則，通過找尋最優的設計方案，極大程度地提高了機械設計質量。

2.系統化設計

現代機械設計模式的創新應當以突破傳統設計僅重視產品實現預期功能這一目標，借此來使機械設計朝著智能化、自動化、柔性化、信息化和系統化的方向發展。通過系統化設計能夠在原有機械設計的基礎上使產品的各方面功能和整體性能提高到一個全新的水平線上，而且有極大可能使產品的結構發生變化，從而帶來巨大的經濟效益和社會效益。為此，系統化設計必然會成為現代機械設計未來的發展趨勢。系統化設計通過層次劃分、逐層實現的方式，將原本抽象的設計任務轉變為具體化，使整個設計過程變得更加系統，有規律可循、有方法可依，更容易實現計算機輔助設計。

3.變型設計

所謂的變形設計實質上就是在原有的設計基礎之上進行新的研發，借此來使機械上的零部件更加標準、通用化水平更高，由此生產出具有系列化的產品，滿足更多用戶的不同需求，變形設計其實就是一種創新，這種設計方法有三種形式：其一，縱系列變形設計，即在產品結構、原理以及功能都相同的條件下，改變尺寸和性能參數的設計；其二，橫系列變形設計，即以基礎型產品為基礎對其各方面功能進行擴展的設計；其三，跨系列變型設計，即設計具有先進動力參數的不同類型產品。采用變型設計能夠在確保產品原有功能以及原理不變的前提下，按照用戶的使用需求對相關參數進行調整，以此來設計出更加完善且符合用戶要求的產品。在機械設計中比較常用的變型設計是產品三維參數化變形設計，即以工程、拓撲及尺寸這三者的約束驅動為技術基礎的一種設計方法，它能夠實現各類相關信息的自動更新，如視圖位置、尺寸、比例等，而且還能實現整個產品生命周期的參數化設計。

現代機械設計模式創新探析:研究型教學模式在《現代機械設計方法》課程教學中的應用研究

摘要：本文對比分析傳統教學模式與研究性教學模式的區別，明確研究性教學的基本內涵與特點，分析《現代機械設計方法》課程的特點，在《現代機械設計方法》課程教學中實施研究性教學模式，深度發掘學生的自主學習與創新意識。本文在教學目標的確立、內容的精選、課堂教學模式的設計、教師學生評價體系的確定及電子資源輔助教學五個方面進行了有意義的實踐探索。

關鍵詞：教學模式；研究性教學；機械設計

研究性教學模式要求教師多種教學方法綜合應用，有效結合教學內容和學生的知識基礎，促使學生積極參與課堂教學過程，激發學生對新知識的求知欲。《現代機械設計方法》課程的教學，學生要系統地掌握專業理論知識，培養結合專業理論知識解決實際問題的能力，同時培養學生的創新思維與創新能力。在《現代機械設計方法》課程中應用研究性教學模式有利于教師將教學與研究相結合，有利于學生的全面發展。

一、研究性教學模式的特點

研究性教學模式，要求教師創設一種類似研究的情境，學生進行信息材料的收集、分析，在探索求知的過程中，將外在知識轉化為個人內在經驗和穩定的個性心理品質，從而培養學生的創新精神和實際能力。它將學生的集中學習變為分散學習，將教師的直接講授變為有效指導[6]。研究性教學是以學生為中心，教師由傳授者、權威者轉變為交流者、合作者和學生學習的引導者或促進者；學生由被動的接受者變為學習的主人和主動參與者、創新者[1，2]。

二、《現代機械設計方法》課程的主要特點

《現代機械設計方法》是一門綜合性、交叉性學科。《現代機械設計方法》涉及創新設計理論與方法、有限元方法與應用、優化設計、可靠性設計等方面的內容。課堂教學學時有限，要在有限的學時內，完成課程教學任務，使學生了解、認識和掌握現代機械設計的思想、理論與方法。本課程的主要特點如下[1]。

1.創新性。在設計過程中人的創造性與創新性最為重要，這既包括設計者個人的創造性思維，也包括設計團隊的集體智慧，通過各種創造方法的綜合應用，給出各種新穎獨特的設計方案，開發滿足市場需求的新產品。

2.系統性。運用系統工程的思維解決技術系統問題。設計方案既要考慮整體最優，又要考慮生產的可能性及市場的接納性，同時各個子部分又是一個有機的整體。

3.優化性。借鑒優化理論及方法，實現機械設計方案優化：參數選取科學、結構先進，機械系統整體無論是功能還是性能都最優，同時能以較低的成本實現產品的基本價值功能與輔助價值功能。

4.綜合性。現代機械設計方法是一門綜合性的學科，設計方法多元化，學科交叉性顯著。綜合應用信息論、相似論、模糊論、可靠性、有限元、人機工程學及價值工程、預測學等理論，大量應用計算機技術進行輔助設計，創新性地提出設計方案，解決工程實際問題。

三、《現代機械設計方法》課程研究性教學模式的實施

1.教學目標的制定。課程教學目標是培養學生追求卓越的學習態度，發現問題、提出問題、解決問題的能力。現代機械設計方法課程實施研究性教學模式，保證學生對基本理論、設計方法的科學掌握，同時提高學生個體創新能力與團隊合作意識，引導學生參加科學研究和企業實踐等活動，做到學校內外相結合。

2.以企業實際問題為導向，科學安排課堂內容。由于現代機械設計方法課程具有較強的理論性和實踐性，應以解決企業實際問題為導向，結合學生的現有知識結構，確定科學的、個性化的、符合市場及企業需求的教學內容，緊湊的教學進度，高效地指引學生深入淺出地掌握現代機械設計方法的概念與方法體系，并能夠在實踐中真正地解決問題。

3.雙元教學模式與評價體系。所謂雙元教學模式就是教師研究性教學、學生研究性學習。課前教師要做好現代機械設計方法理論研究，認真備課；學生預習、復習相關基礎知識。課上采用教師引入設計案例，把教學內容設計成由學生提問，教師與學生共同對現代機械設計案例或疑難問題進行討論，學生通過積極的分析生成新的理解、新的假設[2-4]。課后教師給學生布置設計選題，學生完成設計方案、匯報和展示課題研究結果。考慮設計選題的復雜情況，每個設計選題可以讓學生單獨完成或者分小組完成，設計方案是開放性的，也就是可以有多個方案，老師與學生展開討論，在討論中既鞏固了基礎理論知識，又激發了學生的創新思維。在這個過程中也增加了教師的工作量，教師需要充分的課前準備[5，6]。

評價與激勵要從教師和學生兩條線展開。對于教師的評價，要從精神上和物質上兩方面進行鼓勵。由于研究性教學教師課前準備工作量增大，對于課堂的把控能力要增強，因此學校要有相應的教改項目課題，鼓勵教師進行研究性教學模式的研究，既實現物質獎勵又實現精神激勵。對于學生的激勵，因為需要學生積極參與課堂討論及課后作業的廣泛資料閱讀，因此學生課堂表現對于其最終的成績影響非常大，可以使學生平時課堂表現占到總成績的40%，大作業占到40%，基礎知識試卷占到20%。這樣可以充分調動學生的學習積極性，使學生清楚地認識到，課程成績的高低，是由實踐能力即解決問題的能力及課堂的參與度決定的。

4.開放性的教學資源。研究性教學模式的實施需要電子教學資源的促進，開放性的教學資源對于研究性教學模式的實施非常重要。網絡教學資源，例如PPT、教學大綱、課堂導論視頻都可以讓學生在課前獲得。這樣學生可以有效利用多媒體課件、電子書籍、專用設計軟件、網絡資料、網上習題練習，自我學習“現代機械設計方法”知識體系，有效地拓展學生課外學習、研究和交流的空間與時間，不斷完善研究性教學模式，使課堂教育的延展性不斷增強。

四、結束語

“現代機械設計方法”是一門多元化、學科交叉性較強的課程。本文從四個方面探討了研究性教學模式的實施，從老師與學生兩個視角分別進行了分析，對于教師開展類似教學模式具有一定的啟迪作用。

現代機械設計模式創新探析:現代機械設計模式創新思索

1前言

現代設計方法是一種需要不斷進行創造的活動，是多種設計技術和設計方法的交叉應用，現代設計方法比傳統的設計方法更統一，能夠大大提高工作效率，提高產品質量。隨著科學技術的發展。人們對產品功能的要求日益增多，更新速度加快，在原有設計基礎上進行創新研究越來越重要。

2現代設計方法

2．1計算機輔助設計

計算機輔助設計簡稱CAI)，利用計算機運算速度快、存儲量大、運算準確、邏輯判斷功能強等優點，通過人機交互進行信息的處理，完成設計工作。主要有以下特點：(1)由于可以存儲大量的設計信息和設計經驗。可以幫助缺乏設計經驗的新手順利完成工作。(2)計算機輔助設計與計算機輔助制造(CAM)、計算機自動化管理結合起來形成計算機集成制造系統，進行產品設計、市場預測、生產計劃、制造和銷售等一系列工作。以企業的最高效益為目標，綜合對人力、物力和時間各種資源進行最有效的利用。(3)還可以大大提高設計的效率，加快產品的更新速度，縮短設計周期，增強市場競爭力。(4)設計人員不僅能在很短時間里給出多種設計方案，分析比較后獲得最佳設計方案：還可以從繁重的重復性工作中得到解脫，有更多的時間和精力進行創造性工作。’

22模塊化設計

模塊化設計就是在對一定范圍內的不同規格產品或相同功能不同性能的產品進行分析后，劃分并設計出一系列的功能模塊。然后通過對模塊進行組合就可以組成不同產品來滿足市場需求。其目的主要是以盡可能少的模塊種類和數量構成盡可能多規格的產品。模塊化設計不僅有利于產品的更新換代，還有利于提高產品的質量，降低成本，加快新產品的開發速度。

23并行設計

并行設計工程叉叫同步工程或集成工程，主要并行的設計產品以及各種制造和支持過程的系統化方法。機械產品的設計采用串行設計的缺點主要在于在產品設計過程中，必須要等到上一環節結束后才能進行后一環節，設計不僅改動量大，而且產品的開發周期長，成本高。采用并行設計的核心在于要打破內部各個單元界限，建立以人際關系為基礎的協同工作模式。進一步提高產品質量、縮短產品上市時間等。

2．4機械系統設計

機械系統設計就是一種利用系統的觀點進行產品的一系列設計的方法。設計過程包括計劃、外部系統設計、內部系統設計以及制造銷售階段。傳統設計注重內部系統設計，其重點主要在于改善零件或一些子系統的特性，但是很少考慮對于個零件之間或內部與外部之間的相互影響而系統設計要根據系統原則，綜合研究內部外部和各個子系統之間的相互關系，協調各予系統之問的相互作用，使整個系統的功能表現為最佳狀態。

2．5機械優化設計

優化設計是把設計的實際工程問題的物理模型轉化為相應的數學模型，然后運用最優化設計理論，選擇合適的優化方法，借助計算機進行求解。從而得到最佳設計方法。近年來，優化設計常結合一些其他方法。形成新的優化設計方法。如和模糊化設計結合，形成模糊優化設計：和可靠性設計結合起來形成可靠性優化設計。除此之外，還有可靠性設計、機械動態設計、疲勞設計、反求工程、摩擦學設計以及創造性設計等。隨著科學技術的飛速發展，現代設計方法也在不斷改善。

3現代設計方法翻新研究

3．1創新設計原則

(1)生態效益最好原則要在設計過程中盡量選擇污染較低的材料。避免使用有毒有害以及有輻射的材料。這是由于在產品制造和使用過程中，都要求產品對周圍環境要滿足“零污染”原則。(2)安全可靠性原則機械產品品質的保證要通過產品的安全可靠性來體現。產品在強度，剛度、穩定性、以及耐磨性均要滿足設計要求，對于一些重型機械，要保證有一定的自鎖和保險裝置，確保操作人員的人身安全。

(3)經濟效益最好原則

經濟最佳性要從設計以及制造兩方面考慮，設計上要選用正確的材料，保證合理的原理方案：制造上要保證零件的加工工藝和裝配工藝。設計的產品不僅要滿足客戶的功能要求，還要保證成本低廉。

3．2機械創新設計技術

機械創新設計是指充分發揮設計者的創造性思維，利用人類已有的科學技術成果，設計出具有新穎性、實用性以及創造性的機械裝置。機械創新設計技術和機械系統設計、優化設計、可靠性設計、計算機輔助設計、有限元設計等構成現代設計方法學庫，吸收了鄰近學科有利的設計思想與設計方法，是有待開發的一門新的設計技術方法。隨著人工智能、專家系統、認識科學、思維科學以及人腦研究的發展，機械創新設計日益受到人們的重視。一方面，人工智能、專家系統、認識科學、思維科學、設計方法學等已經為創新設計提供了一定的理論基礎：另一方面。創新設計的研究及發展有助于解釋人類的創造思維機理，還可以促進一系列科學的發展。實現專家系統及智能工程創新設計要求能為發明創造機械和改善現有機械性能提供有效的理論和方法。創新設計包括兩方面的內容，一是要改善生產生活中現有機械產品的性能，包括技術性、可靠性、適用性以及經濟型：二是要創造設計出新的產品，以滿足生產生活的新需要。創新設計的核心內容就是要探索機械產品創新發明的機理、模式及方法，將機械產品創新設計過程程式化、定量化。

結語

總之，企業競爭力的關鍵在于適應市場的需求，需要企業不斷推出新產品，這就需要大力加強創新設計方法的學習和研究，使機械工業快速發展，國家興旺發達。