现代机械设计模式创新探析

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现代机械设计模式创新探析:现代机械设计模式的创新思考

摘 要：现代机械设计实质上是相对于传统机械设计而言的，它是在对传统设计方法继承的基础上，不断创新和发展的产物，属于一门集诸多学科和多种专业于一身，综合性较强的技术科学。它是机械工程中较为重要的组成部分之一，想要设计出性能优良的机械产品，就必须在现有的设计模式上进行不断地创新。基于此点，本文就现代机械设计模式的创新思考进行浅谈。

关键词：现代机械 设计 创新

一、现代机械设计的内涵及特点

1.设计内涵

具体来讲，现代机械设计就是将微电子、机械、控制、信息等技术在系统工程的基础上有机地结合到一起，借此来实现机械系统最优化的目标。鉴于机械设计是为系统服务的，故此从系统的角度上看，可将现代机械设计看作是一个三维系统，这里的三维主要是指逻辑维、时间维以及方法维。逻辑维具体是指解决相关问题的逻辑程序或步骤，即分析、综合、评价、决策，这是解决现代机械设计中相关问题最为合理的四个步骤；时间维则是反映时间顺序的设计过程，大致可分为四个阶段，即产品规划、方案确定、技术以及加工设计；方法维指的是机械设计过程中所采用的各种思维方式和设计方法。

2.主要特点

2.1计算机化。

在人类社会不断发展的过程中，计算机的出现极大程度地推动了生产力的提高。现如今随着计算机技术水平的进步，使其被广泛应用于各个领域当中，在机械设计的各个环节中都需要借助计算机来完成，如优化设计、系统仿真等等。

2.2系统性。

在应用现代机械设计解决产品设计中的各种相关问题时，其主要通过系统的观点将机械看成是一个具有特定功能以及各部分相互关联的有机整体，这充分体现出了现代机械设计的系统性。

2.3动态性。

现代机械设计不仅重视产品在静态下的性能，更加重视其在工作环境下的动态性能，这样的设计能够进一步提高产品的整体性能。

2.4创新性。

由于现代机械设计主要是以科学的设计理论以及先进的设计工具为基础，故此其能够真正发挥出设计者丰富的想象力和创造性思维，并运用各种具有创造性的手段和方法，研发出更多具有创新性的机械产品。

二、现代机械设计模式创新的有效途径

1.优化设计

现代机械设计模式的创新应当朝着优化设计的方向发展，而所谓的优化设计则是指以数学规划为理论依据、以计算机为设计工具，并在充分考虑与设计有关的各种制约因素的基础上，寻求与预定目标相符的最优方案的设计过程。简单来讲，优化设计方法是现代机械设计创新中比较先进的一种，其建立在计算机技术和最优化的数学理论基础上，并借助计算机和数学函数得出效率最高、最优化的设计方案，这种设计理念完全符合时展对机械设计的要求。设计人员在利用该方法进行机械设计时，能够对各方面的影响因素进行综合考虑，这样可以更加系统和全面地对问题进行分析和解决，从而获得最为精确的设计数据，达到缩短设计周期的目的。优化设计是CAD设计中最为重要的组成部分之一，其充分体现出设计最优的原则，通过找寻最优的设计方案，极大程度地提高了机械设计质量。

2.系统化设计

现代机械设计模式的创新应当以突破传统设计仅重视产品实现预期功能这一目标，借此来使机械设计朝着智能化、自动化、柔性化、信息化和系统化的方向发展。通过系统化设计能够在原有机械设计的基础上使产品的各方面功能和整体性能提高到一个全新的水平线上，而且有极大可能使产品的结构发生变化，从而带来巨大的经济效益和社会效益。为此，系统化设计必然会成为现代机械设计未来的发展趋势。系统化设计通过层次划分、逐层实现的方式，将原本抽象的设计任务转变为具体化，使整个设计过程变得更加系统，有规律可循、有方法可依，更容易实现计算机辅助设计。

3.变型设计

所谓的变形设计实质上就是在原有的设计基础之上进行新的研发，借此来使机械上的零部件更加标准、通用化水平更高，由此生产出具有系列化的产品，满足更多用户的不同需求，变形设计其实就是一种创新，这种设计方法有三种形式：其一，纵系列变形设计，即在产品结构、原理以及功能都相同的条件下，改变尺寸和性能参数的设计；其二，横系列变形设计，即以基础型产品为基础对其各方面功能进行扩展的设计；其三，跨系列变型设计，即设计具有先进动力参数的不同类型产品。采用变型设计能够在确保产品原有功能以及原理不变的前提下，按照用户的使用需求对相关参数进行调整，以此来设计出更加完善且符合用户要求的产品。在机械设计中比较常用的变型设计是产品三维参数化变形设计，即以工程、拓扑及尺寸这三者的约束驱动为技术基础的一种设计方法，它能够实现各类相关信息的自动更新，如视图位置、尺寸、比例等，而且还能实现整个产品生命周期的参数化设计。

现代机械设计模式创新探析:研究型教学模式在《现代机械设计方法》课程教学中的应用研究

摘要：本文对比分析传统教学模式与研究性教学模式的区别，明确研究性教学的基本内涵与特点，分析《现代机械设计方法》课程的特点，在《现代机械设计方法》课程教学中实施研究性教学模式，深度发掘学生的自主学习与创新意识。本文在教学目标的确立、内容的精选、课堂教学模式的设计、教师学生评价体系的确定及电子资源辅助教学五个方面进行了有意义的实践探索。

关键词：教学模式；研究性教学；机械设计

研究性教学模式要求教师多种教学方法综合应用，有效结合教学内容和学生的知识基础，促使学生积极参与课堂教学过程，激发学生对新知识的求知欲。《现代机械设计方法》课程的教学，学生要系统地掌握专业理论知识，培养结合专业理论知识解决实际问题的能力，同时培养学生的创新思维与创新能力。在《现代机械设计方法》课程中应用研究性教学模式有利于教师将教学与研究相结合，有利于学生的全面发展。

一、研究性教学模式的特点

研究性教学模式，要求教师创设一种类似研究的情境，学生进行信息材料的收集、分析，在探索求知的过程中，将外在知识转化为个人内在经验和稳定的个性心理品质，从而培养学生的创新精神和实际能力。它将学生的集中学习变为分散学习，将教师的直接讲授变为有效指导[6]。研究性教学是以学生为中心，教师由传授者、权威者转变为交流者、合作者和学生学习的引导者或促进者；学生由被动的接受者变为学习的主人和主动参与者、创新者[1，2]。

二、《现代机械设计方法》课程的主要特点

《现代机械设计方法》是一门综合性、交叉性学科。《现代机械设计方法》涉及创新设计理论与方法、有限元方法与应用、优化设计、可靠性设计等方面的内容。课堂教学学时有限，要在有限的学时内，完成课程教学任务，使学生了解、认识和掌握现代机械设计的思想、理论与方法。本课程的主要特点如下[1]。

1.创新性。在设计过程中人的创造性与创新性最为重要，这既包括设计者个人的创造性思维，也包括设计团队的集体智慧，通过各种创造方法的综合应用，给出各种新颖独特的设计方案，开发满足市场需求的新产品。

2.系统性。运用系统工程的思维解决技术系统问题。设计方案既要考虑整体最优，又要考虑生产的可能性及市场的接纳性，同时各个子部分又是一个有机的整体。

3.优化性。借鉴优化理论及方法，实现机械设计方案优化：参数选取科学、结构先进，机械系统整体无论是功能还是性能都最优，同时能以较低的成本实现产品的基本价值功能与辅助价值功能。

4.综合性。现代机械设计方法是一门综合性的学科，设计方法多元化，学科交叉性显著。综合应用信息论、相似论、模糊论、可靠性、有限元、人机工程学及价值工程、预测学等理论，大量应用计算机技术进行辅助设计，创新性地提出设计方案，解决工程实际问题。

三、《现代机械设计方法》课程研究性教学模式的实施

1.教学目标的制定。课程教学目标是培养学生追求卓越的学习态度，发现问题、提出问题、解决问题的能力。现代机械设计方法课程实施研究性教学模式，保证学生对基本理论、设计方法的科学掌握，同时提高学生个体创新能力与团队合作意识，引导学生参加科学研究和企业实践等活动，做到学校内外相结合。

2.以企业实际问题为导向，科学安排课堂内容。由于现代机械设计方法课程具有较强的理论性和实践性，应以解决企业实际问题为导向，结合学生的现有知识结构，确定科学的、个性化的、符合市场及企业需求的教学内容，紧凑的教学进度，高效地指引学生深入浅出地掌握现代机械设计方法的概念与方法体系，并能够在实践中真正地解决问题。

3.双元教学模式与评价体系。所谓双元教学模式就是教师研究性教学、学生研究性学习。课前教师要做好现代机械设计方法理论研究，认真备课；学生预习、复习相关基础知识。课上采用教师引入设计案例，把教学内容设计成由学生提问，教师与学生共同对现代机械设计案例或疑难问题进行讨论，学生通过积极的分析生成新的理解、新的假设[2-4]。课后教师给学生布置设计选题，学生完成设计方案、汇报和展示课题研究结果。考虑设计选题的复杂情况，每个设计选题可以让学生单独完成或者分小组完成，设计方案是开放性的，也就是可以有多个方案，老师与学生展开讨论，在讨论中既巩固了基础理论知识，又激发了学生的创新思维。在这个过程中也增加了教师的工作量，教师需要充分的课前准备[5，6]。

评价与激励要从教师和学生两条线展开。对于教师的评价，要从精神上和物质上两方面进行鼓励。由于研究性教学教师课前准备工作量增大，对于课堂的把控能力要增强，因此学校要有相应的教改项目课题，鼓励教师进行研究性教学模式的研究，既实现物质奖励又实现精神激励。对于学生的激励，因为需要学生积极参与课堂讨论及课后作业的广泛资料阅读，因此学生课堂表现对于其最终的成绩影响非常大，可以使学生平时课堂表现占到总成绩的40%，大作业占到40%，基础知识试卷占到20%。这样可以充分调动学生的学习积极性，使学生清楚地认识到，课程成绩的高低，是由实践能力即解决问题的能力及课堂的参与度决定的。

4.开放性的教学资源。研究性教学模式的实施需要电子教学资源的促进，开放性的教学资源对于研究性教学模式的实施非常重要。网络教学资源，例如PPT、教学大纲、课堂导论视频都可以让学生在课前获得。这样学生可以有效利用多媒体课件、电子书籍、专用设计软件、网络资料、网上习题练习，自我学习“现代机械设计方法”知识体系，有效地拓展学生课外学习、研究和交流的空间与时间，不断完善研究性教学模式，使课堂教育的延展性不断增强。

四、结束语

“现代机械设计方法”是一门多元化、学科交叉性较强的课程。本文从四个方面探讨了研究性教学模式的实施，从老师与学生两个视角分别进行了分析，对于教师开展类似教学模式具有一定的启迪作用。

现代机械设计模式创新探析:现代机械设计模式创新思索

1前言

现代设计方法是一种需要不断进行创造的活动，是多种设计技术和设计方法的交叉应用，现代设计方法比传统的设计方法更统一，能够大大提高工作效率，提高产品质量。随着科学技术的发展。人们对产品功能的要求日益增多，更新速度加快，在原有设计基础上进行创新研究越来越重要。

2现代设计方法

2．1计算机辅助设计

计算机辅助设计简称CAI)，利用计算机运算速度快、存储量大、运算准确、逻辑判断功能强等优点，通过人机交互进行信息的处理，完成设计工作。主要有以下特点：(1)由于可以存储大量的设计信息和设计经验。可以帮助缺乏设计经验的新手顺利完成工作。(2)计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAM)、计算机自动化管理结合起来形成计算机集成制造系统，进行产品设计、市场预测、生产计划、制造和销售等一系列工作。以企业的最高效益为目标，综合对人力、物力和时间各种资源进行最有效的利用。(3)还可以大大提高设计的效率，加快产品的更新速度，缩短设计周期，增强市场竞争力。(4)设计人员不仅能在很短时间里给出多种设计方案，分析比较后获得最佳设计方案：还可以从繁重的重复性工作中得到解脱，有更多的时间和精力进行创造性工作。’

22模块化设计

模块化设计就是在对一定范围内的不同规格产品或相同功能不同性能的产品进行分析后，划分并设计出一系列的功能模块。然后通过对模块进行组合就可以组成不同产品来满足市场需求。其目的主要是以尽可能少的模块种类和数量构成尽可能多规格的产品。模块化设计不仅有利于产品的更新换代，还有利于提高产品的质量，降低成本，加快新产品的开发速度。

23并行设计

并行设计工程叉叫同步工程或集成工程，主要并行的设计产品以及各种制造和支持过程的系统化方法。机械产品的设计采用串行设计的缺点主要在于在产品设计过程中，必须要等到上一环节结束后才能进行后一环节，设计不仅改动量大，而且产品的开发周期长，成本高。采用并行设计的核心在于要打破内部各个单元界限，建立以人际关系为基础的协同工作模式。进一步提高产品质量、缩短产品上市时间等。

2．4机械系统设计

机械系统设计就是一种利用系统的观点进行产品的一系列设计的方法。设计过程包括计划、外部系统设计、内部系统设计以及制造销售阶段。传统设计注重内部系统设计，其重点主要在于改善零件或一些子系统的特性，但是很少考虑对于个零件之间或内部与外部之间的相互影响而系统设计要根据系统原则，综合研究内部外部和各个子系统之间的相互关系，协调各予系统之问的相互作用，使整个系统的功能表现为最佳状态。

2．5机械优化设计

优化设计是把设计的实际工程问题的物理模型转化为相应的数学模型，然后运用最优化设计理论，选择合适的优化方法，借助计算机进行求解。从而得到最佳设计方法。近年来，优化设计常结合一些其他方法。形成新的优化设计方法。如和模糊化设计结合，形成模糊优化设计：和可靠性设计结合起来形成可靠性优化设计。除此之外，还有可靠性设计、机械动态设计、疲劳设计、反求工程、摩擦学设计以及创造性设计等。随着科学技术的飞速发展，现代设计方法也在不断改善。

3现代设计方法翻新研究

3．1创新设计原则

(1)生态效益最好原则要在设计过程中尽量选择污染较低的材料。避免使用有毒有害以及有辐射的材料。这是由于在产品制造和使用过程中，都要求产品对周围环境要满足“零污染”原则。(2)安全可靠性原则机械产品品质的保证要通过产品的安全可靠性来体现。产品在强度，刚度、稳定性、以及耐磨性均要满足设计要求，对于一些重型机械，要保证有一定的自锁和保险装置，确保操作人员的人身安全。

(3)经济效益最好原则

经济最佳性要从设计以及制造两方面考虑，设计上要选用正确的材料，保证合理的原理方案：制造上要保证零件的加工工艺和装配工艺。设计的产品不仅要满足客户的功能要求，还要保证成本低廉。

3．2机械创新设计技术

机械创新设计是指充分发挥设计者的创造性思维，利用人类已有的科学技术成果，设计出具有新颖性、实用性以及创造性的机械装置。机械创新设计技术和机械系统设计、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、有限元设计等构成现代设计方法学库，吸收了邻近学科有利的设计思想与设计方法，是有待开发的一门新的设计技术方法。随着人工智能、专家系统、认识科学、思维科学以及人脑研究的发展，机械创新设计日益受到人们的重视。一方面，人工智能、专家系统、认识科学、思维科学、设计方法学等已经为创新设计提供了一定的理论基础：另一方面。创新设计的研究及发展有助于解释人类的创造思维机理，还可以促进一系列科学的发展。实现专家系统及智能工程创新设计要求能为发明创造机械和改善现有机械性能提供有效的理论和方法。创新设计包括两方面的内容，一是要改善生产生活中现有机械产品的性能，包括技术性、可靠性、适用性以及经济型：二是要创造设计出新的产品，以满足生产生活的新需要。创新设计的核心内容就是要探索机械产品创新发明的机理、模式及方法，将机械产品创新设计过程程式化、定量化。

结语

总之，企业竞争力的关键在于适应市场的需求，需要企业不断推出新产品，这就需要大力加强创新设计方法的学习和研究，使机械工业快速发展，国家兴旺发达。