發(fā)布時(shí)間：2022-03-17 07:23:15
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
機(jī)械設(shè)備是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)施，用其取代人工參與生產(chǎn)活動(dòng)具有實(shí)用性特點(diǎn)，幫助企業(yè)解決高難度生產(chǎn)操作任務(wù)。隨著工業(yè)生產(chǎn)與制造規(guī)模擴(kuò)大化，機(jī)械設(shè)備工作期間產(chǎn)生的能耗系數(shù)越來(lái)越大，這與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)效能存在直接關(guān)系。對(duì)機(jī)械傳動(dòng)產(chǎn)生影響的主要因素有：（1）結(jié)構(gòu)因素。當(dāng)前，機(jī)械設(shè)備已廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域，在工業(yè)制造與生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用，自動(dòng)化控制系統(tǒng)是主要模式。不同機(jī)械設(shè)備對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求不一樣，機(jī)械傳動(dòng)能耗系數(shù)過(guò)大，很大一部分原因是由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不合理，機(jī)械零部件配合系數(shù)低，導(dǎo)致整臺(tái)設(shè)備運(yùn)行速率地下。機(jī)械傳動(dòng)有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等不同方式，若傳動(dòng)結(jié)合組合不科學(xué)則會(huì)影響工作效率。（2）操作因素。實(shí)際應(yīng)用階段，操作人員掌控設(shè)備方法不標(biāo)準(zhǔn)，容易造成機(jī)械零部件損耗過(guò)大，傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)的能耗量過(guò)大。例如，數(shù)控機(jī)床操作人員對(duì)主軸控制不穩(wěn)定，傳動(dòng)部件啟動(dòng)后出現(xiàn)磨損，整臺(tái)機(jī)床工作效能將受到很大的影響。對(duì)于手動(dòng)機(jī)械來(lái)說(shuō)，人工操作水平直接決定機(jī)械傳動(dòng)作業(yè)效率，一旦出現(xiàn)失誤則會(huì)增大能耗系數(shù)。（3）保養(yǎng)因素。除了日常使用外，后期保養(yǎng)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)功能也有很大的影響，也是降低系統(tǒng)能耗系數(shù)的一大原因。機(jī)械化工程普及背景下，機(jī)械設(shè)備取代人工操作是必然趨勢(shì)，長(zhǎng)期依賴機(jī)械設(shè)備也導(dǎo)致荷載量大增、故障率提高、維修次數(shù)增多。而后期保養(yǎng)措施不當(dāng)將增加傳動(dòng)系統(tǒng)的能耗指標(biāo)，對(duì)人員及設(shè)備安全構(gòu)成威脅。
2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方法
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械系統(tǒng)的核心構(gòu)成，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作效率對(duì)整個(gè)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行有直接性影響。為了順序現(xiàn)代機(jī)械工程改造要求，必須要提出切實(shí)可行的節(jié)能設(shè)計(jì)改造方案，維持機(jī)械工程運(yùn)行速率的穩(wěn)定性。結(jié)合常見(jiàn)的機(jī)械傳動(dòng)方式，其節(jié)能設(shè)計(jì)改造方法：（1）齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)是依靠主動(dòng)齒輪依次撥動(dòng)從動(dòng)齒輪來(lái)傳遞動(dòng)力的，齒輪傳動(dòng)節(jié)能設(shè)計(jì)的要點(diǎn)是保證齒輪瞬時(shí)角速度比始終保持穩(wěn)定。定軸齒輪系在工作時(shí)所有齒輪的回轉(zhuǎn)軸線固定不變。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)齒輪傳動(dòng)類型詳細(xì)設(shè)計(jì)，以最優(yōu)齒輪組合方式執(zhí)行傳動(dòng)工作。例如，從零部件耗損率控制角度考慮，設(shè)計(jì)改造時(shí)可按照兩齒輪傳動(dòng)時(shí)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)、空間運(yùn)動(dòng)，再將其分為平面齒輪傳動(dòng)、空間齒輪傳動(dòng)，選擇最高效的方式作為機(jī)械設(shè)備動(dòng)力來(lái)源，減少了齒輪嚙合磨損。（2）蝸輪蝸桿傳動(dòng)。渦輪蝸桿傳動(dòng)效率偏低，且零部件磨損較大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)不同程度的故障問(wèn)題，阻礙了機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)步運(yùn)行。在節(jié)能改造設(shè)計(jì)中，可用專用工具安裝或拆卸，禁止用錘子敲擊減速機(jī)部件；根據(jù)公差配合要求裝配蝸輪輸出軸；嚴(yán)格采用原廠配備的齒輪和蝸輪蝸桿進(jìn)行成對(duì)更換；在空心軸上涂紅丹油或防粘劑，防止配合面積垢和過(guò)度磨損產(chǎn)生的生銹。（3）帶傳動(dòng)。機(jī)械設(shè)備選用帶傳動(dòng)系統(tǒng)具有安裝便捷、易操控等特點(diǎn)，但是帶傳動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間處于高速、高溫旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，易容易出現(xiàn)斷裂、耗損等問(wèn)題。節(jié)能設(shè)計(jì)中，需對(duì)主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、環(huán)形帶等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而提高傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。（4）鏈傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)由主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪和環(huán)形鏈條組成，環(huán)形鏈條作為中間撓性件裝在平行軸上，動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的傳遞依靠鏈輪輪齒與鏈條的嚙合動(dòng)作完成。一般來(lái)說(shuō)，鏈傳動(dòng)節(jié)能設(shè)計(jì)與改造需注意鏈條、鏈輪的高效搭配。例如，鏈傳動(dòng)工作時(shí)，為了便于鏈條聯(lián)成環(huán)形時(shí)內(nèi)、外鏈板正好相接，鏈接數(shù)一般取偶數(shù)；為了便于鏈接的嚙合，鏈輪軸面齒形兩側(cè)應(yīng)設(shè)計(jì)成圓弧狀；鏈傳動(dòng)接頭處需要用開(kāi)口銷或彈簧夾夾緊。鏈傳動(dòng)節(jié)能設(shè)計(jì)要考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式，合理控制小鏈齒輪數(shù)量，小鏈齒輪數(shù)盡量多一些。
3機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)防護(hù)設(shè)計(jì)
機(jī)械工程快速發(fā)展趨勢(shì)下，人們對(duì)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組合形式展開(kāi)深入研究，如何在滿足機(jī)械系統(tǒng)工作性能前提下，通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)節(jié)能化控制，這是現(xiàn)代機(jī)械科技改造的先進(jìn)趨勢(shì)。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)防護(hù)也是節(jié)能改造設(shè)計(jì)的一部分內(nèi)容，可綜合防范機(jī)械故障發(fā)生帶來(lái)的異常損耗。（1）齒輪傳動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械設(shè)備的核心部分，能夠?yàn)檎_(tái)裝備提供足夠的動(dòng)力來(lái)源，維持內(nèi)部元器件持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。為了保證傳動(dòng)系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性，避免傳動(dòng)系統(tǒng)零部件產(chǎn)生異常工況造成的危險(xiǎn)事故，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必須安裝全封閉的防護(hù)裝置。（2）皮帶傳動(dòng)。動(dòng)力是維持一切機(jī)器設(shè)備運(yùn)行的基本條件，傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械設(shè)備創(chuàng)造動(dòng)力的根源。皮帶傳動(dòng)裝置可以采用全封閉型防護(hù)裝置或帶有金屬骨架的防護(hù)網(wǎng)，也可以采用防護(hù)欄桿，從而保證皮帶傳動(dòng)的耐用性和連續(xù)性。（3）聯(lián)軸器。除了對(duì)機(jī)械設(shè)備直接性的改造設(shè)計(jì)，還要注重設(shè)備使用后期的綜合養(yǎng)護(hù)，才可不斷延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。聯(lián)軸器需要加裝防護(hù)罩，確保其在工作時(shí)不被破壞，從而延長(zhǎng)使用壽命，比如Ω型防護(hù)罩；安全聯(lián)軸器可以保證其在工作時(shí)沒(méi)有突出的部分，確保聯(lián)軸器的工作安全。
4結(jié)束語(yǔ)
戴慶輝1958年生于河北省棗強(qiáng)縣，1982年以所學(xué)專業(yè)課全優(yōu)的成績(jī)畢業(yè)于華北電力大學(xué)，留校任教。1990年任設(shè)計(jì)專業(yè)教研室主任。1999年受聘大學(xué)教授和研究生導(dǎo)師。2000年至今任現(xiàn)代工業(yè)工程研究所主任。他是長(zhǎng)年辛勤工作在我國(guó)高等教育第一線的教師。
恪守職責(zé)行勝于言
戴慶輝已從事高校教學(xué)工作30年，恪守職責(zé)是他在教學(xué)工作中的首要信條。執(zhí)教以來(lái)，他主講過(guò)研究生課程5門，《現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法》、《技術(shù)戰(zhàn)略與創(chuàng)新》、《現(xiàn)代工業(yè)工程》、《數(shù)值分析》和《創(chuàng)新設(shè)計(jì)》。主講過(guò)本科生課程12門，現(xiàn)主講《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》、《電力機(jī)械》和《工業(yè)工程概論》等。
課堂教學(xué)追求卓越。2000年他負(fù)責(zé)并主研的“機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)現(xiàn)代化教學(xué)的研究與實(shí)踐”榮獲“河北省教學(xué)成果三等獎(jiǎng)”；2002年他獨(dú)立完成的“專業(yè)課教學(xué)的創(chuàng)新與實(shí)踐”榮獲“河北省高教科研成果二等獎(jiǎng)”。同年他主講的專業(yè)主干課《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》被評(píng)為“河北省優(yōu)秀課程”，2003年轉(zhuǎn)為首批“省級(jí)精品課程”。這是全校最早獲此榮譽(yù)的專業(yè)課。2007年該課程在河北省第二輪精品課程建設(shè)評(píng)估中再次斬獲“省級(jí)精品課程”殊榮。
實(shí)踐教學(xué)力爭(zhēng)一流。截至目前，他已指導(dǎo)過(guò)27屆畢業(yè)設(shè)計(jì)和23屆校外生產(chǎn)實(shí)習(xí)，還指導(dǎo)了大量的課程設(shè)計(jì)和上機(jī)實(shí)習(xí)。他非常重視對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)。1990年他指導(dǎo)的畢業(yè)設(shè)計(jì)“火電廠大型泵與風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)速裝置”，被原能源部評(píng)為一等獎(jiǎng)，并在全國(guó)電力高校優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)中名列第一。近年來(lái)，他領(lǐng)導(dǎo)教學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了工業(yè)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，建成了適于專業(yè)教學(xué)的現(xiàn)代化“微型工廠”，使實(shí)驗(yàn)開(kāi)出率達(dá)到教學(xué)大綱要求的100%；還全力配合校工程訓(xùn)練中心，成功獲得了“國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”。他潛心指導(dǎo)創(chuàng)新實(shí)踐，于2012年帶領(lǐng)學(xué)生獲國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)：“多能源聯(lián)合發(fā)電裝置”；“一種車流碾壓發(fā)電裝置”。
愛(ài)崗敬業(yè)業(yè)精于勤
戴慶輝早在1991年就榮獲全校首屆青年教師講課比賽一等獎(jiǎng)；1996年榮獲“河北省‘三育人’標(biāo)兵”；1997年榮獲“河北省優(yōu)秀教師”；2008年榮獲大學(xué)“教學(xué)優(yōu)秀特等獎(jiǎng)”，2009年榮獲“河北省高等學(xué)校教學(xué)名師”。
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關(guān)鍵詞:機(jī)械工程;創(chuàng)新設(shè)計(jì);教學(xué)改革
在現(xiàn)有國(guó)內(nèi)高職學(xué)校的機(jī)械專業(yè)中,很少有關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新的課程,致使很多從該專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生盡管具備相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)卻難以從事創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天,中國(guó)要想由“制造大國(guó)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皠?chuàng)造強(qiáng)國(guó)”,職業(yè)教育應(yīng)走在教育的前列。因此在《機(jī)械工程基礎(chǔ)》課程教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng),是機(jī)械專業(yè)教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。為了適應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展,給學(xué)生創(chuàng)造良好的創(chuàng)新才能發(fā)揮環(huán)境,由教育部負(fù)責(zé)組織的全國(guó)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽,以大賽為載體,在引導(dǎo)學(xué)生課外科技活動(dòng),促進(jìn)學(xué)生“教中學(xué)、學(xué)中做、做中學(xué)”方面起到了積極的推動(dòng)作用。筆者結(jié)合教學(xué)與指導(dǎo)學(xué)生參加比賽經(jīng)驗(yàn),談?wù)勗凇稒C(jī)械工程基礎(chǔ)》教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。
一、以培養(yǎng)創(chuàng)新能力為主線設(shè)置課程內(nèi)容
眾所周知,一個(gè)產(chǎn)品的優(yōu)劣關(guān)鍵在于設(shè)計(jì),而設(shè)計(jì)的本質(zhì)在于創(chuàng)新。但是,傳統(tǒng)《機(jī)械工程基礎(chǔ)》課程只注重向?qū)W生傳授基礎(chǔ)理論知識(shí),而忽略了工程意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),致使許多學(xué)生學(xué)完了課程,仍然對(duì)機(jī)械沒(méi)有一個(gè)完整的認(rèn)識(shí)。因此教學(xué)課程的內(nèi)容設(shè)置要保證學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),必須把能力培養(yǎng)放在首位,以新的思維方式創(chuàng)造性地解決問(wèn)題,提高未來(lái)職業(yè)變化的應(yīng)變能力。為此,我們對(duì)《機(jī)械工程基礎(chǔ)》課程進(jìn)行改革,新增機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容,建立以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力為主的新體系。
按照高職機(jī)械類大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目標(biāo)以及歷次創(chuàng)新大賽的比賽要求,我們把課程分為理論授課和實(shí)踐操作兩部分。理論部分的內(nèi)容主要介紹機(jī)械學(xué)科發(fā)展的新方向、新內(nèi)容,講解創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力,向?qū)W生提供創(chuàng)新思維方法,通過(guò)大量實(shí)際機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的示例分析,開(kāi)闊學(xué)生的思路,拓寬學(xué)生的知識(shí)面和視野,激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,提高學(xué)生的獨(dú)立工作和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。為達(dá)到上述要求,新增機(jī)械創(chuàng)新課程的內(nèi)容包括:①機(jī)械創(chuàng)新方法與大學(xué)生創(chuàng)新能力體系結(jié)構(gòu);②創(chuàng)新產(chǎn)品的市場(chǎng)調(diào)研與開(kāi)發(fā);③創(chuàng)新產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì);④CAD軟件在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用;⑤機(jī)械產(chǎn)品機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn);⑥創(chuàng)新產(chǎn)品的制造。學(xué)生通過(guò)《機(jī)械工程基礎(chǔ)》創(chuàng)新設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí),不僅要掌握這些階段所需的基本理論知識(shí),還應(yīng)掌握其現(xiàn)代設(shè)計(jì)的基本方法,創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本思路。因此需要明確課程在培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)和綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力方面的任務(wù)。如機(jī)械原理課程由傳統(tǒng)的以機(jī)構(gòu)分析為主轉(zhuǎn)向以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為主,突出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的思想,加強(qiáng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容,強(qiáng)化機(jī)電一體化思路,介紹氣、液、電驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)和機(jī)電一體化的執(zhí)行機(jī)構(gòu),以開(kāi)闊學(xué)生的思路。
實(shí)踐操作部分是讓學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的初步訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制作能力。比如軟件知識(shí)、電腦仿真技術(shù)、動(dòng)畫(huà)模擬、產(chǎn)品的市場(chǎng)調(diào)研和前景分析、制作產(chǎn)品的先進(jìn)加工方法、與人溝通和演講技巧、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神等。讓學(xué)生有動(dòng)手訓(xùn)練機(jī)會(huì),學(xué)生以組為單位在教師指導(dǎo)下,親自參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制作與過(guò)程中,使他們?cè)趯?shí)踐中學(xué)習(xí),在學(xué)習(xí)中再實(shí)踐,將“教中學(xué)、學(xué)中做、做中學(xué)”落實(shí)到實(shí)處,有效彌補(bǔ)了學(xué)生在知識(shí)應(yīng)用及動(dòng)手能力上的不足,極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。
二、發(fā)揮教師主導(dǎo)與學(xué)生主體作用,營(yíng)造培養(yǎng)創(chuàng)新能力的環(huán)境
教師應(yīng)該激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)新的積極性,激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與課堂教學(xué),成為課堂的主人,變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”,讓學(xué)生積極主動(dòng)地參與教學(xué)的全過(guò)程。教師對(duì)每堂課的教學(xué)過(guò)程,從頭到尾要精心設(shè)計(jì),別出心裁,努力嘗試將問(wèn)題教學(xué)法、情景教學(xué)法、范例教學(xué)法、探索教學(xué)法等多種教學(xué)方法引入課堂,向?qū)W生講授創(chuàng)造性思維、創(chuàng)造原理、常用創(chuàng)新技法、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法及創(chuàng)新設(shè)計(jì)典型實(shí)例分析等內(nèi)容;讓學(xué)生了解機(jī)械領(lǐng)域發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì),找出有創(chuàng)意的機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行分析,讓學(xué)生感到新奇獨(dú)特;激發(fā)學(xué)生對(duì)周圍所熟悉的問(wèn)題或物品進(jìn)行分析、探索,使學(xué)生打破思維定勢(shì),提出改進(jìn)的思路。比如,機(jī)械設(shè)計(jì)課程改革了過(guò)去僅羅列常用零部件的繁雜內(nèi)容,建立以機(jī)械傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)、機(jī)械零部件的工作性能設(shè)計(jì)、類比設(shè)計(jì)、改造設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的授課內(nèi)容,學(xué)生在老師的引導(dǎo)下,應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件,進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)力分析的仿真與方案比較,以及零部件的三維造型設(shè)計(jì),不僅可以大大節(jié)省分析計(jì)算和方案比較時(shí)間,而且直觀、形象、準(zhǔn)確,還可以提高學(xué)生的空間想象力,這樣激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的興趣。在導(dǎo)學(xué)上下工夫,注重學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo),教會(huì)學(xué)生思維方法,對(duì)典型的有創(chuàng)意的產(chǎn)品進(jìn)行拆裝實(shí)驗(yàn),分析其創(chuàng)新點(diǎn),總結(jié)創(chuàng)新的思路和方法,完成小論文、研究報(bào)告、創(chuàng)新作品。學(xué)生對(duì)這些問(wèn)題充滿好奇和求知欲,因此會(huì)積極地去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題。學(xué)生在這種環(huán)境中充分發(fā)揮自己的想象力,激發(fā)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的興趣和欲望,提高了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。
三、課程教學(xué)特點(diǎn)
1.課程采取理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式,突出綜合應(yīng)用能力訓(xùn)練
學(xué)生既要學(xué)習(xí)理論知識(shí),又要主動(dòng)去動(dòng)腦筋想方案,更要親自動(dòng)手,全方位鍛煉自己的能力。如為培養(yǎng)學(xué)生機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力,我們開(kāi)設(shè)了“機(jī)構(gòu)系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)”。學(xué)生可將自己創(chuàng)新設(shè)計(jì)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的方案,通過(guò)搭接組裝,使創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方案模型化、實(shí)體化,并可驗(yàn)證方案的可行性。再如,為提高學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的總體認(rèn)識(shí),我們開(kāi)設(shè)了“機(jī)械系統(tǒng)方案綜合實(shí)驗(yàn)”。學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自己動(dòng)手完成包括原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單機(jī)械系統(tǒng)的組裝,形成一個(gè)完整的機(jī)械系統(tǒng)的概念。學(xué)院數(shù)控加工教學(xué)中心承擔(dān)了機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的大部分作品制作工作,制作中的簡(jiǎn)單零件,由學(xué)生在教學(xué)中心的鉗工車間依靠有經(jīng)驗(yàn)的師傅輔助完成,較復(fù)雜的零件,自己首先編寫(xiě)好數(shù)控加工程序,在具體操作師傅的監(jiān)督下,在數(shù)控車床、數(shù)控銑床上完成加工。同時(shí),加工師傅協(xié)助學(xué)生完成加工零件的工序設(shè)計(jì)、檢測(cè)方法設(shè)計(jì)和裝配的調(diào)整等工作。作品的制作鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力和對(duì)工藝知識(shí)的理解。
2.改進(jìn)作業(yè)內(nèi)容與考核方式
針對(duì)過(guò)去側(cè)重典型零部件分析的機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè),我們改為以設(shè)計(jì)為主的簡(jiǎn)單機(jī)械設(shè)計(jì)訓(xùn)練。學(xué)生通過(guò)調(diào)查、查閱資料,設(shè)計(jì)出了多種具有實(shí)際價(jià)值的作品,如汽車用千斤頂、單一螺旋千斤頂、手動(dòng)剝殼器、腳踏式拖把擰干器、滅火拖把等。通過(guò)各種方案的設(shè)計(jì)比較,學(xué)生不僅掌握了傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)方法,開(kāi)闊了眼界,同時(shí)培養(yǎng)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。課程結(jié)業(yè)時(shí),最后提交的作業(yè)是小組集體創(chuàng)作的完整的方案設(shè)計(jì)書(shū)或作品,由教師進(jìn)行評(píng)比和打分。評(píng)選方式與國(guó)家組織的機(jī)械創(chuàng)新大賽相同,要求有:書(shū)面的設(shè)計(jì)計(jì)劃書(shū),內(nèi)容涵蓋作品的創(chuàng)新點(diǎn)、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)、產(chǎn)品市場(chǎng)定位、開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的市場(chǎng)前景等;電腦制作的產(chǎn)品仿真動(dòng)畫(huà)圖、CAD制作裝配圖、三分鐘視頻講解;小組答辯,接受教師和專家的提問(wèn)等等。最后評(píng)出一、二、三等獎(jiǎng),再給出創(chuàng)新學(xué)分。不對(duì)學(xué)生進(jìn)行傳統(tǒng)的書(shū)面考試,而是采取讓學(xué)生以組為單位交一份“作業(yè)”,內(nèi)容是學(xué)生自主設(shè)計(jì)或制作一件作品,既讓學(xué)生在輕松的氣氛中學(xué)習(xí),又啟發(fā)和調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性,鍛煉他們的動(dòng)手能力,提高他們的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。
3.訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神
我們強(qiáng)調(diào)要團(tuán)結(jié)協(xié)作,要求學(xué)生分組學(xué)習(xí),組成4～5人的團(tuán)隊(duì),小組成員不受班級(jí)的限制,男女搭配,但必須是相同的專業(yè),分工協(xié)作。各團(tuán)隊(duì)在隊(duì)長(zhǎng)的領(lǐng)導(dǎo)下,開(kāi)展與設(shè)計(jì)有關(guān)的各項(xiàng)工作,如設(shè)計(jì)方案討論分析、方案的工藝計(jì)算、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的討論等等,這樣可以讓學(xué)生在設(shè)計(jì)中得到充分交流。因?yàn)槊恳幻麑W(xué)生都不可能很完美,但也不可能是一無(wú)是處,只要運(yùn)用好每個(gè)人的長(zhǎng)處,精誠(chéng)團(tuán)結(jié),飽含創(chuàng)新的熱情,擁有那份自信,團(tuán)員之間相互溝通協(xié)作,那么這個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作效率就是最高的,完成項(xiàng)目過(guò)程的可操作性強(qiáng)的概率就大,同時(shí)學(xué)生能力在團(tuán)隊(duì)中得到盡情施展。團(tuán)隊(duì)合作的基礎(chǔ)之一就是建立信任,要建設(shè)一個(gè)具有凝聚力并且高效的團(tuán)隊(duì),第一個(gè)且最為重要的一個(gè)步驟,就是建立信任。團(tuán)隊(duì)的精神是平時(shí)一點(diǎn)一滴積累的,團(tuán)隊(duì)精神就是團(tuán)結(jié)、協(xié)調(diào)。只有擁有團(tuán)隊(duì)精神,一個(gè)團(tuán)隊(duì)才能集思廣益,凝聚一起,那么作任何事都會(huì)事半功倍。隊(duì)長(zhǎng)要懂得如何分工協(xié)調(diào),他不僅要求自己進(jìn)步,還要做到整個(gè)團(tuán)隊(duì)所有成員共同進(jìn)步。為了這個(gè)目標(biāo),團(tuán)隊(duì)所有成員必須營(yíng)造一個(gè)有利于學(xué)習(xí)討論的和諧環(huán)境,在一次次討論后同學(xué)們的思路越來(lái)越清晰,方案越來(lái)越完善,大家心往一處想,勁往一處使,相互鼓勵(lì),那么在這個(gè)團(tuán)隊(duì)面前就沒(méi)有克服不了的困難。
培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的途徑還有很多,教師在教學(xué)中要根據(jù)不同的課程、不同的知識(shí)點(diǎn)靈活運(yùn)用、合理選擇。當(dāng)然,任何一種方法都不是萬(wàn)能的,但只要教師轉(zhuǎn)變教育觀念,用創(chuàng)新培養(yǎng)創(chuàng)新,用創(chuàng)新激發(fā)創(chuàng)新,及時(shí)捕捉和誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的靈感,一切從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維出發(fā),學(xué)生的創(chuàng)造能力就一定能得到提高。
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關(guān)鍵詞：普通機(jī)床 數(shù)控改造 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 精度 鄭州論文 開(kāi)題報(bào)告
一、課題概述、背景及意義
工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軍、民機(jī)械工業(yè)，在70年代末、80年代初已開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床。其本質(zhì)是，采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍、民機(jī)械工業(yè))進(jìn)行技術(shù)改造。除在制造過(guò)程中采用數(shù)控機(jī)床、fmc、fms外，還包括在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中推行cad、cae、cam、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行mis(管理信息系統(tǒng))、cims等等。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù)，包括人工智能等的含量。由于采用信息技術(shù)對(duì)國(guó)外軍、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造(稱之為信息化)，最終使得他們的產(chǎn)品在國(guó)際軍品和民品的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家約落后20年。如我國(guó)機(jī)床擁有量中，數(shù)控機(jī)床的比重(數(shù)控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年已達(dá)20.8%，因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說(shuō)明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性。
微觀上看，數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性，而且這些優(yōu)越性均來(lái)自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力。① 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來(lái)的曲線、曲面等復(fù)雜的零件。由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力，可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。 ②可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化，而且是柔性自動(dòng)化，從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。③ 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使裝配容易，不再需要“修配”。④ 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。⑤ 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能，因而可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人看管加工。由以上五條派生的好處如：降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了勞動(dòng)力(一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床)，減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)等等。此外，機(jī)床數(shù)控化還是推行fmc(柔性制造單元)、fms(柔性制造系統(tǒng))以及cims計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。
機(jī)床的數(shù)控改造，主要是對(duì)原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)，最終使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。機(jī)床數(shù)控化改造有以下優(yōu)點(diǎn)：①節(jié)省資金。機(jī)床的數(shù)控改造同購(gòu)置新機(jī)床相比一般可節(jié)省60%左右的費(fèi)用，大型及特殊設(shè)備尤為明顯。一般大型機(jī)床改造只需花新機(jī)床購(gòu)置費(fèi)的1/3。即使將原機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底改造升級(jí)也只需花費(fèi)購(gòu)買新機(jī)床60%的費(fèi)用，并可以利用現(xiàn)有地基。②性能穩(wěn)定可靠。因原機(jī)床各基礎(chǔ)件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期時(shí)效，幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力變形而影響精度。③提高生產(chǎn)效率。機(jī)床經(jīng)數(shù)控改造后即可實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高 3至5倍。對(duì)復(fù)雜零件而言難度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工裝，不僅節(jié)約了費(fèi)用而且可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
在美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)床改造是個(gè)"永恒"的課題。我國(guó)的機(jī)床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在美國(guó)、日本、德國(guó)，用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場(chǎng)，已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。
目前機(jī)床數(shù)控化改造的市場(chǎng)在我國(guó)還有很大的發(fā)展空間，現(xiàn)在我國(guó)機(jī)床數(shù)控化率不到3%。我國(guó)大量的普通機(jī)床應(yīng)用于生產(chǎn)第一線，用普通機(jī)床加工出來(lái)的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長(zhǎng)，從而在國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場(chǎng)、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展，數(shù)控機(jī)床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)周期要求短的零件。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)只需要換零件加工程序，無(wú)需對(duì)機(jī)床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求，所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能;另一方面是簡(jiǎn)單實(shí)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，具有自動(dòng)加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開(kāi)環(huán)步進(jìn)控制系統(tǒng)，功率步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)元件，無(wú)檢測(cè)反饋機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達(dá)±0.01，已能滿足加工零件的精度要求。這幾年，國(guó)家加大了對(duì)這類機(jī)床的改造力度，國(guó)防科工委更是推行了萬(wàn)臺(tái)機(jī)床數(shù)控化計(jì)劃，車床、銑床的數(shù)控化改造需求量很大。本課題以普通車床的數(shù)控改造為例，研究機(jī)床數(shù)控改造的方法，包括其結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)，機(jī)床改造后性能與精度的分析以及控制精度的措施等，普通車床應(yīng)用微機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行改造數(shù)控改造后，可以提高工藝水平和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度?；谏鲜龇治觯菊n題的研究具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。
二、主要研究?jī)?nèi)容
1.普通車床數(shù)控改造方案的確定，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。
2.對(duì)普通車床數(shù)控改造進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，包括主軸進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)床縱、橫進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等。
3. 對(duì)改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床伺服進(jìn)給系統(tǒng)建立控制原理模型。
4. 根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)的控制原理模型，對(duì)影響伺服系統(tǒng)系統(tǒng)的因素進(jìn)行分析。
5. 對(duì)影響伺服傳動(dòng)精度的因素齒輪傳動(dòng)精度、滾珠絲杠副傳動(dòng)精度等進(jìn)行深入研究，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方法。
6. 對(duì)影響伺服元件伺服精度的因素步進(jìn)電機(jī)步矩角精度等進(jìn)行深入研究，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方法。
三、擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題
1. 普通車床數(shù)控改造進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算。
2. 對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床伺服進(jìn)給系統(tǒng)建立控制原理模型。
3. 根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)的控制模型，分析系統(tǒng)的誤差來(lái)源及影響系統(tǒng)精度的因素。
4. 設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，提高伺服進(jìn)給系統(tǒng)的控制精度。
四、擬解決方案及關(guān)鍵技術(shù)
1. 普通車床數(shù)控改造進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算內(nèi)容包括：確定系統(tǒng)的負(fù)載，運(yùn)動(dòng)部件慣量計(jì)算，步進(jìn)電機(jī)的選擇，滾珠絲杠副的選擇和計(jì)算、滾珠絲杠副的剛度驗(yàn)算等。
2. 對(duì)改造后的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床伺服進(jìn)給系統(tǒng)建立控制原理模型。
3. 根據(jù)伺服進(jìn)給系統(tǒng)控制原理模型，分別對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)元件的伺服精度、伺服機(jī)械傳動(dòng)元件傳動(dòng)精度進(jìn)行分析，分析影響經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床定位精度主要因素。
4. 在伺服進(jìn)給系統(tǒng)控制電路中加入步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，改善步矩角特性，提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的定位精度。
五、創(chuàng)新點(diǎn)
1. 運(yùn)用機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路與方法進(jìn)行普通車床數(shù)控改造的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)上達(dá)到有高的靜動(dòng)態(tài)剛度;運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)無(wú)間隙;便于操作和維修。
2. 從經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的控制原理模型分析影響整個(gè)系統(tǒng)精度的關(guān)鍵因素，分析影響機(jī)床機(jī)床定位精度的各項(xiàng)誤差來(lái)源，提出相應(yīng)的改進(jìn)方法并應(yīng)用于機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。
3. 運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)，設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，減小步進(jìn)電機(jī)的步距角及機(jī)床的脈沖當(dāng)量，提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的加工精度，改善電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，減小噪聲，增加控制的靈活性。
六、課題預(yù)計(jì)目標(biāo)
1.普通車床數(shù)控改造的方案的研究，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。
2. 對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)建立控制原理模型，并根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)的控制原理模型，對(duì)影響系統(tǒng)精度的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析。
3. 研究提高機(jī)械傳動(dòng)部件的傳動(dòng)精度與剛度的方法，對(duì)普通車床數(shù)控改造進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改善伺服進(jìn)給系統(tǒng)的伺服特性。
4. 設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，提高伺服進(jìn)給系統(tǒng)的分辨率。
七、課題研究進(jìn)展計(jì)劃
預(yù)計(jì)本課題研究進(jìn)展主要分以下幾個(gè)階段：
1. 2007年11月～2007年12月 查看文獻(xiàn)資料并撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告
2. 2007年12月～2008年03月 收集相關(guān)方面的資料，以普通車床數(shù)控改造為例進(jìn)行總體設(shè)計(jì)
3. 2008年03月～2008年04月 學(xué)習(xí)機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等方面知識(shí)
4. 2008年04月～2008年07月 進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制普通車床數(shù)控改造縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)裝配圖
5. 2008年07月～2008年08月 學(xué)習(xí)機(jī)床控制精度等方面知識(shí)
6. 2008年08月～2008年09月 對(duì)機(jī)床進(jìn)行精度分析
7. 2008年09月～2008年10月 研究提高機(jī)床控制精度的措施
8. 2008年11月～2008年12月 完成畢業(yè)論文
9. 2008年12月 畢業(yè)答辯
參 考 文 獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：機(jī)械技術(shù)，傳感檢測(cè)技術(shù)，智能化，系統(tǒng)化
不斷發(fā)展的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透；推動(dòng)了工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命；推動(dòng)了機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生巨大變化；推動(dòng)了工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入以“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。
一、機(jī)電一體化的核心技術(shù)
機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)及伺服傳動(dòng)技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。
1、機(jī)械技術(shù)：是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī)電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其高、新技術(shù)來(lái)更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。
2、計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)：其中信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。
3、系統(tǒng)技術(shù)：即以整體概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個(gè)重要方面，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機(jī)連接的保證。
4、自動(dòng)控制技術(shù)：其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、再現(xiàn)、檢索等。
5、傳感檢測(cè)技術(shù)：傳感檢測(cè)技術(shù)是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動(dòng)化程序就越高。
6、伺服傳動(dòng)技術(shù)：包括電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓等各種類型的傳動(dòng)裝置，伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到機(jī)械動(dòng)作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。
二、機(jī)電一體化的發(fā)展過(guò)程
機(jī)電一體化的發(fā)展過(guò)程大體可以分為三個(gè)階段
1、初級(jí)階段
20世紀(jì)60年代以前為第一階段，也稱為初級(jí)階段。論文大全。在這一時(shí)期，人們自覺(jué)不自覺(jué)地利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起到了積極的作用。那時(shí)，研制和開(kāi)發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也無(wú)法大量推廣。
2、高速發(fā)展階段
20世紀(jì)70—80年代為第二階段，也稱為高速發(fā)展階段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是:mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國(guó)均開(kāi)始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。
3、智能化階段
20世紀(jì)90年代后期，開(kāi)始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支；另一方面，對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行了深入研究。同時(shí)，人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)辟了發(fā)展的廣闊天地。這些研究，使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并且逐漸形成完整的學(xué)科體系。
三、機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)
機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個(gè)方面。
1、智能化
智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。
2、網(wǎng)絡(luò)化
20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)等的突出成就是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一旦研制出來(lái)，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷全球。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3、微型化
興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)，泛指幾何尺寸不超過(guò)1立方厘米的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)。微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。
4、綠色化
工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來(lái)巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過(guò)程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有很好的發(fā)展前景。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。論文大全。論文大全。
5、系統(tǒng)化
系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開(kāi)放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。表現(xiàn)之二是通信功能的大大加強(qiáng)。一般除RS232外，還有RS485等智能化通信接口。
綜上所述，機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求和產(chǎn)物。當(dāng)然，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)將越來(lái)越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也將更加廣闊。
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關(guān)鍵詞：ADAMS；虛擬樣機(jī)；仿真
中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）51-0089-02
一、前言
隨著科技的快速發(fā)展，世界經(jīng)濟(jì)已由原來(lái)的賣方市場(chǎng)轉(zhuǎn)化為買方市場(chǎng)?，F(xiàn)代企業(yè)要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，必須解決TQCSE難題，即以快速交貨T（Time）、高質(zhì)量Q（Quality）、低成本C（Cost）、優(yōu)質(zhì)服務(wù)S（Service）和保護(hù)環(huán)境E（Environment）來(lái)滿足不同客戶的需求，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求。
虛擬樣機(jī)技術(shù)是20世紀(jì)80年展起來(lái)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，是以虛擬樣機(jī)模型代替物理樣機(jī)，在計(jì)算機(jī)模擬物理樣機(jī)的運(yùn)行。近年來(lái)，虛擬樣機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，現(xiàn)已成為機(jī)械專業(yè)方向研究生以上層次人才的必修課程。用戶可以利用ADAMS軟件或使用其他三維軟件建立虛擬樣機(jī)模型后，導(dǎo)入ADAMS軟件，通過(guò)添加各種約束、驅(qū)動(dòng)或接觸力進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，模擬物理樣機(jī)的運(yùn)行。通過(guò)ADAMS強(qiáng)大的后處理功能生成各種曲線、動(dòng)畫(huà)等，進(jìn)而了解設(shè)計(jì)的復(fù)雜機(jī)械運(yùn)動(dòng)性能，為物理樣機(jī)的試制提供理論依據(jù)。在大學(xué)本科教學(xué)中開(kāi)展ADAMS的教學(xué)工作，采用ADAMS多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件對(duì)機(jī)械原理中各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)仿真后驗(yàn)證機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，觀察主要機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度、加速度等數(shù)據(jù)變化情況，可以使學(xué)生更好地理解機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)中的相關(guān)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理，在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，能運(yùn)用ADAMS軟件對(duì)其所設(shè)計(jì)的各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，培養(yǎng)和提高學(xué)生的設(shè)計(jì)分析能力，為畢業(yè)后能盡快適應(yīng)專業(yè)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。
二、面向產(chǎn)業(yè)需求，開(kāi)設(shè)專業(yè)導(dǎo)論課程
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)是桂林理工大學(xué)機(jī)械工程與控制工程學(xué)院重點(diǎn)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)和核心專業(yè)。每年大學(xué)新生入學(xué)時(shí)，都需要進(jìn)行專業(yè)導(dǎo)論課程教育。為了將一些現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及理論傳授給新生，面向裝備制造業(yè)的發(fā)展需求，教師在講授專業(yè)導(dǎo)論的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，會(huì)將歷年學(xué)生所做的優(yōu)秀仿真作品進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示。為了進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)虛擬樣機(jī)技術(shù)的理解，相關(guān)教師還會(huì)組織學(xué)生參觀桂林市內(nèi)在虛擬仿真技術(shù)使用較多、較為成功的行業(yè)領(lǐng)頭企業(yè)，如桂林大宇客車有限公司、桂林橡膠機(jī)械廠等大型企業(yè)。企業(yè)工程師會(huì)結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)，將一些典型案例采用虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)虛擬樣機(jī)的興趣，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)。
三、學(xué)習(xí)ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真軟件，貫穿專業(yè)課程教學(xué)過(guò)程
我校機(jī)械專業(yè)在專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)中，利用ADAMS軟件三維建模技術(shù)、形象的動(dòng)畫(huà)展示功能以及強(qiáng)大的后處理功能，將機(jī)械原理課程中一些常用機(jī)構(gòu)，如平面四桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，彌補(bǔ)學(xué)生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足帶來(lái)的問(wèn)題。此外，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中還可以了解到現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法高效、快捷的特點(diǎn)，并從中感受到ADAMS軟件在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的魅力。以凸輪設(shè)計(jì)為例，教師講授凸輪廓線的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法通常是圖解法和解析法。傳統(tǒng)的圖解法作圖過(guò)程煩瑣、精度不高；解析法雖能獲得很高精度，但須花費(fèi)大量的時(shí)間與精力建立精確的數(shù)學(xué)模型及編制計(jì)算程序。顯然，上述兩種方法都存在難以實(shí)際操作的缺點(diǎn)，使得學(xué)生很難真正理解。通過(guò)ADAMS，則可以直接模擬凸輪的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、直觀，還可以使凸輪運(yùn)動(dòng)起來(lái)。通過(guò)ADAMS的強(qiáng)大的后處理功能，可測(cè)量出從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的擬合程度，圖1是采用直接法設(shè)計(jì)凸輪的全過(guò)程?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的引入，可讓學(xué)生體會(huì)到先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)越性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
四、利用ADAMS搭建虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
為加深學(xué)生對(duì)枯燥無(wú)味的理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)提供了一個(gè)真實(shí)直觀、可以動(dòng)手操作的平臺(tái)。工程技術(shù)人員利用虛擬仿真技術(shù)，可以在虛擬環(huán)境中模擬真實(shí)的機(jī)器運(yùn)行，觀測(cè)各構(gòu)件的相互運(yùn)動(dòng)及受力情況，不斷調(diào)整設(shè)計(jì)方案后進(jìn)行仿真試驗(yàn)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，直到獲得較為滿意的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案以后再投入人力和物力制造物理樣機(jī)，從而大幅降低新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)費(fèi)用，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率及縮短產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)周期。為了進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)ADAMS的積極性，如在大學(xué)生科技競(jìng)賽、創(chuàng)新大賽、機(jī)器人大賽、學(xué)院組織的ADAMS大賽等一系列競(jìng)賽活動(dòng)中，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，在計(jì)算機(jī)上利用ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真軟件對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度變化規(guī)律、加速度變化規(guī)律及受力分析等做一個(gè)前期試驗(yàn)，并在虛擬試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后再加工出物理樣機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。利用ADAMS強(qiáng)大的后處理功能，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)中，與計(jì)算機(jī)仿真得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，找出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、理論數(shù)值和仿真結(jié)果之間的差距，改進(jìn)虛擬樣機(jī)模型或調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，并對(duì)一些優(yōu)秀作品給予物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)。通過(guò)上述一系列活動(dòng)，可加深學(xué)生對(duì)常用機(jī)械機(jī)構(gòu)的構(gòu)造和運(yùn)動(dòng)原理的掌握，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
五、熟練使用ADAMS仿真軟件，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量
畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生即將結(jié)束大學(xué)學(xué)習(xí)生涯的最后在校學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)的一次全面檢驗(yàn)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，學(xué)生將機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、力學(xué)和數(shù)學(xué)等相關(guān)知識(shí)綜合運(yùn)用于設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)畢I設(shè)計(jì)的磨煉，他們的工程實(shí)踐能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力有了提高，學(xué)校的辦學(xué)水平和人才的培養(yǎng)能力也得到了提升。畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生即將走上新工作崗位的一個(gè)重要過(guò)渡。為了進(jìn)一步提高學(xué)生使用ADAMS軟件的能力，根據(jù)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)課題選題實(shí)際情況，教師可在學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文中增加ADAMS虛擬仿真分析技術(shù)，提升畢業(yè)論文的檔次。
W生在開(kāi)始進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的初期，可在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下查閱相關(guān)文獻(xiàn)，運(yùn)用已掌握的相關(guān)專業(yè)知識(shí)，通過(guò)原理構(gòu)思進(jìn)行初步設(shè)計(jì)后，利用相關(guān)軟件建立一個(gè)粗略的虛擬樣機(jī)模型，利用ADAMS軟件對(duì)方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度（角速度）、加速度（角加速度）或機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的力（力矩）與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果和理論值的比較，找出問(wèn)題的癥結(jié)，對(duì)模型或理論分析進(jìn)行修正，并再次進(jìn)行仿真。之后，在仿真的基礎(chǔ)上，對(duì)各設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化并確定最終方案，最后采用三維CAD軟件對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化，導(dǎo)出二維圖紙。通過(guò)這樣一個(gè)設(shè)計(jì)、仿真、分析的過(guò)程，較為真實(shí)地模擬了機(jī)械新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全過(guò)程，學(xué)生按照這個(gè)模式進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)能力和畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量可以有較大提高，為即將走上工作崗位打下良好基礎(chǔ)。
六、結(jié)束語(yǔ)
虛擬樣機(jī)技術(shù)在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不斷地體現(xiàn)了優(yōu)越性。為提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)，通過(guò)專業(yè)導(dǎo)論課程教育、創(chuàng)新大賽、專業(yè)學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等一系列活動(dòng)，可將ADAMS仿真技術(shù)融入系列的教學(xué)活動(dòng)中，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械專業(yè)理論知識(shí)的同時(shí)，能熟練使用ADAMS軟件解決一些具體工程實(shí)際問(wèn)題。并在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中使用ADAMS模擬機(jī)械新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的全過(guò)程，使學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量有了較大提高，增強(qiáng)就業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。
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Application of ADAMS in Practice-Teaching Reform of Mechanical Professional
SHEN Zhong-hua1，2，CHEN Jing1，2
（1.Metallurgy and Environmental Science Experimental Center，GuiLin University of Technology，Guilin，Guangxi 541004，China；2.College of Mechanical and Control Engineering，Guinlin University of Technology，Guilin，Guangxi 541004，China）
[關(guān)鍵詞]工程能力；課程體系；機(jī)械類人才培養(yǎng)
[中圖分類號(hào)] G64 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）02-0047-03
機(jī)械工業(yè)是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。打造具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)械制造業(yè)，是我國(guó)提升綜合國(guó)力、保障國(guó)家安全、建設(shè)世界強(qiáng)國(guó)的必由之路?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確提出，提高教育質(zhì)量是高等教育發(fā)展的核心任務(wù)， 是建設(shè)高等教育強(qiáng)國(guó)的基本要求。《中國(guó)制造2025》也明確提出要建設(shè)一支素質(zhì)優(yōu)良、結(jié)構(gòu)合理的制造業(yè)人才隊(duì)伍，走人才引領(lǐng)的發(fā)展道路。高校的主要任務(wù)就是培養(yǎng)大批應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才，服務(wù)于國(guó)家建設(shè)。因此，探索一條適合培養(yǎng)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)計(jì)劃，對(duì)于提高大學(xué)生工程能力和實(shí)踐能力，培養(yǎng)優(yōu)秀的專業(yè)技術(shù)人才具有重要意義。
一、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)面臨問(wèn)題
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)對(duì)員工隊(duì)伍的素質(zhì)要求越來(lái)越高，由原來(lái)的單一專業(yè)型、理論型向應(yīng)用型、復(fù)合型和創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變，要求畢業(yè)生既要擁有扎實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)知識(shí)，也要有工程實(shí)踐的實(shí)際技能，還要具備利用各種技術(shù)信息解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力和開(kāi)發(fā)能力。這種需求與培養(yǎng)之間的落差，導(dǎo)致我國(guó)就業(yè)市場(chǎng)的矛盾日益明顯和突出。一方面現(xiàn)企業(yè)招不到合適的人才，另一方面大學(xué)畢業(yè)生面臨巨大的就業(yè)壓力，造成了找工作難，找理想的工作更難的現(xiàn)象。究其根源，在于高等院校辦學(xué)定位不準(zhǔn)確，人才培養(yǎng)體系不完善， 課程設(shè)置不合理，教學(xué)內(nèi)容更新不及時(shí)， 教學(xué)方法、教學(xué)手段落后于時(shí)代和社會(huì)發(fā)展；同時(shí)，學(xué)校對(duì)學(xué)生工程應(yīng)用能力、動(dòng)手能力和實(shí)踐能力重視不夠，創(chuàng)新教育和創(chuàng)業(yè)教育缺失；工科教育和生產(chǎn)實(shí)際脫節(jié)，學(xué)生不能學(xué)以致用等。
齊魯工業(yè)大學(xué)在2011年成為山東省應(yīng)用型名校工程第一批建設(shè)單位，明確提出了把學(xué)校建設(shè)成為高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)基地，在全國(guó)同類院校形成較為突出的人才培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)特色。機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)作為學(xué)校重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)之一，結(jié)合卓越工程師培養(yǎng)和工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，制訂了有利于學(xué)生工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的課程體系，從而為培養(yǎng)具有國(guó)際化視野的高素質(zhì)工程應(yīng)用型人才提供了保證。
二、課程體系的構(gòu)建
課程體系包括課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和課外社會(huì)實(shí)踐等幾個(gè)板塊?？傮w培養(yǎng)目標(biāo)是，使學(xué)生獲得機(jī)械工程師素質(zhì)和技能的基本訓(xùn)練，具有良好的專業(yè)理論基礎(chǔ)、外語(yǔ)交流能力、知識(shí)更新能力、創(chuàng)新能力和綜合設(shè)計(jì)能力；具有規(guī)范的工程素質(zhì)，動(dòng)手能力強(qiáng)，掌握多種專業(yè)技能；掌握機(jī)械工程領(lǐng)域內(nèi)的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行管理和經(jīng)營(yíng)銷售等方面的基本理論和實(shí)際技能。課程體系的構(gòu)建，貫徹“加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)、注重學(xué)科交叉”的基本原則，體現(xiàn)素質(zhì)、能力和知識(shí)的培養(yǎng)，強(qiáng)化專業(yè)基礎(chǔ)與應(yīng)用，同時(shí)緊密結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新發(fā)展和新突破，全面更新教學(xué)內(nèi)容，注重引進(jìn)新成果、新技術(shù)和新工藝。
按照上述指導(dǎo)原則，我們構(gòu)建形成了“三類別、多模塊” 的課程體系?！叭悇e”即三類課程，包括素質(zhì)能力必修課、專業(yè)出口核心課和興趣特長(zhǎng)選修課?！八刭|(zhì)能力必修課”包含了通識(shí)教育必修課和專業(yè)必修課；“專業(yè)出口核心課”包含見(jiàn)習(xí)式訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)、畢業(yè)論文及其他與就業(yè)關(guān)聯(lián)度高、針對(duì)性強(qiáng)的課程；“興趣特長(zhǎng)選修課”包含了通識(shí)教育選修課和專業(yè)選修課。所謂“多模塊”，就是指緊密圍繞學(xué)生就業(yè)出口的實(shí)際需要，設(shè)置不同的職業(yè)出口課程，培養(yǎng)學(xué)生就業(yè)、職業(yè)能力，提高學(xué)生的專業(yè)核心能力。
通過(guò)“增”、“減”、“刪”、“并”、“借”等措施重構(gòu)課程內(nèi)容，進(jìn)行課程體系的整體優(yōu)化，以“素質(zhì)”和“能力”培養(yǎng)為目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容跟隨學(xué)科最新發(fā)展，引進(jìn)裝備制造新技術(shù)、新工藝，滲透工程問(wèn)題，對(duì)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)（如課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等）進(jìn)行多方位的改革及實(shí)踐，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。課程體系層次如圖1所示。
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圖1 課程體系層次圖
（一）理論教學(xué)體系的構(gòu)建
根據(jù)課程內(nèi)容、教學(xué)目的和對(duì)學(xué)生素質(zhì)和能力培養(yǎng)側(cè)重點(diǎn)不同，大學(xué)期間所學(xué)理論課程分為核心課程、創(chuàng)新課程和職業(yè)出口課程，分別建設(shè)成為核心課程群、創(chuàng)新課程群和職業(yè)出口課程群。
核心課程群主要包括理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械制圖、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、微機(jī)原理及應(yīng)用、工程材料、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、液壓與氣動(dòng)技術(shù)等，以培養(yǎng)機(jī)械學(xué)科基本理論和基本能力為主。該類課程主要采用講授式、啟發(fā)式教學(xué)方法講授機(jī)械與機(jī)器的組成原理、運(yùn)動(dòng)分析方法、力學(xué)分析方法等，讓學(xué)生掌握寬廣扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)。
建設(shè)兩大創(chuàng)新課程群，以培養(yǎng)創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力。“典型機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新件設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)”的創(chuàng)新課程群主要包括金屬切削原理與刀具、機(jī)械精度設(shè)計(jì)、機(jī)械課程設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制作等，以典型機(jī)械結(jié)構(gòu)為例，讓學(xué)生完成機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、加工制造、檢測(cè)和裝配?！皺C(jī)電一體化”創(chuàng)新課程群，主要包括控制工程基礎(chǔ)、微機(jī)原理、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)、電機(jī)拖動(dòng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代物流裝備與技術(shù)等。創(chuàng)新課程群的教學(xué)方法，主要有啟發(fā)式、項(xiàng)目式、頭腦風(fēng)暴式，重在培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。以組建的項(xiàng)目小組為創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，開(kāi)設(shè)機(jī)械工程創(chuàng)新實(shí)踐綜合訓(xùn)練課，進(jìn)行典型輕工機(jī)械結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)等全過(guò)程的實(shí)踐訓(xùn)練。由此，學(xué)生把學(xué)到的相關(guān)知識(shí)應(yīng)用于真實(shí)具體的生產(chǎn)過(guò)程，不僅可以把零散知識(shí)點(diǎn)形成有機(jī)整體，而且也有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)、合作精神和溝通表達(dá)能力。
職業(yè)出口課程群以培養(yǎng)專業(yè)技能和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力為主。制造裝備設(shè)計(jì)與制造方向職業(yè)出口課程群主要包括機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)導(dǎo)論、機(jī)電傳動(dòng)控制、現(xiàn)代制造技術(shù)、模具CAD/CAM和數(shù)控加工技術(shù)等；輕工裝備設(shè)計(jì)與制造方向職業(yè)出口課程群主要包括輕工產(chǎn)品生產(chǎn)工藝與裝備概論、輕工裝備現(xiàn)代設(shè)計(jì)概論、機(jī)電鞫控制、過(guò)程裝備、過(guò)程裝備控制技術(shù)等。職業(yè)出口課程提倡校企合作教學(xué)，提倡小班上課和小班討論，由專業(yè)教師和企業(yè)兼職教師共同承擔(dān)，以講座式、探究式、企業(yè)項(xiàng)目案例式、技術(shù)難題招標(biāo)式等方式開(kāi)展教學(xué)，提高學(xué)生的工程素質(zhì)水平，強(qiáng)化學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新能力。
（二）實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建
實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)包括：物理實(shí)驗(yàn)和專業(yè)方向綜合性實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)、工程訓(xùn)練、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、電工和電子實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)與設(shè)計(jì)、軍事訓(xùn)練等。安排實(shí)踐教學(xué)體系時(shí)，要注意合理調(diào)整理論課學(xué)時(shí)和開(kāi)課時(shí)間，留出更多的時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。為了增強(qiáng)學(xué)生的企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐教學(xué)，把第四學(xué)年上學(xué)期生產(chǎn)實(shí)踐由3周增加到6周，并調(diào)整到學(xué)期期末進(jìn)行，這樣就便于和第四學(xué)年下學(xué)期的畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)相聯(lián)系，可以讓學(xué)生在企業(yè)中完成與工程實(shí)際有關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，通過(guò)工程實(shí)踐提高學(xué)生的工程能力。
針對(duì)專業(yè)方向綜合性實(shí)驗(yàn)，積極構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系，以綜合性、設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性為主，既重視基本技能訓(xùn)練，又強(qiáng)化開(kāi)發(fā)創(chuàng)新，打破各專業(yè)課程間的壁壘，加強(qiáng)相關(guān)課程之間的交叉與滲透，在系列課程或課程群起點(diǎn)上，建立具有一定柔性、實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)一體性的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，進(jìn)一步優(yōu)化基本技能、專業(yè)技能、技術(shù)應(yīng)用能力訓(xùn)練，和創(chuàng)新能力培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合，形成具有特色的“四層次”實(shí)踐教學(xué)體系。
以工程能力培養(yǎng)為中心，構(gòu)建機(jī)械類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。為了改善和提高實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃，學(xué)院投入500多萬(wàn)元購(gòu)買了新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。按照國(guó)家“標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室”的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，整合原來(lái)分散建設(shè)和管理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，建立機(jī)械類專業(yè)教學(xué)的機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。綜合實(shí)驗(yàn)中心建立后，學(xué)生通過(guò)預(yù)約，可以隨時(shí)到開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室從事課外科技創(chuàng)新活動(dòng)。通過(guò)“機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新與綜合實(shí)驗(yàn)課”等系列課程，向?qū)W生傳授創(chuàng)造學(xué)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本理論與方法。通過(guò)選修課的形式，對(duì)近機(jī)械類學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新教育，將“機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽”作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容之一，評(píng)選產(chǎn)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課的優(yōu)秀作品，每年舉辦，每年評(píng)選，形成長(zhǎng)效機(jī)制。通過(guò)競(jìng)賽活動(dòng)，營(yíng)造創(chuàng)新氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮聰明才智，在比賽中脫穎而出。
改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，建立全開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。在不斷解放思想、轉(zhuǎn)變觀念的基礎(chǔ)上，樹(shù)立先進(jìn)的教育理念和教學(xué)理念，引入現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，按照“課內(nèi)與課外相結(jié)合，教學(xué)與科研相結(jié)合”的原則，積極構(gòu)建模塊化、分層次、開(kāi)放式的實(shí)踐教學(xué)體系，其中包括機(jī)械認(rèn)知實(shí)踐、工程綜合實(shí)踐、研究創(chuàng)新實(shí)踐、機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品制造基礎(chǔ)工程訓(xùn)練、機(jī)械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計(jì)等。通過(guò)這一課程體系，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力、創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性的發(fā)展。
增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的比重，強(qiáng)化能力培養(yǎng)。根據(jù)現(xiàn)代企業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需要，研究制訂了新的人才培養(yǎng)方案，主動(dòng)適應(yīng)市場(chǎng)，調(diào)整教學(xué)計(jì)劃，更新教學(xué)內(nèi)容，拓寬實(shí)踐教學(xué)空間。充分利用校內(nèi)科技實(shí)驗(yàn)站和校外實(shí)踐教學(xué)基地，大大增加學(xué)生實(shí)踐課的比重，促使學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力、動(dòng)手能力明顯提高。結(jié)合科研課題、大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目和生產(chǎn)實(shí)踐的需求，積極開(kāi)發(fā)綜合設(shè)計(jì)型和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，著重培養(yǎng)學(xué)生解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力和研發(fā)創(chuàng)新能力，使畢業(yè)生能夠提前與生產(chǎn)實(shí)際“對(duì)接”，更好地適應(yīng)將來(lái)崗位需要。
三、課程體系建設(shè)成效
自2011年應(yīng)用型名校建設(shè)工程開(kāi)展后，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)經(jīng)過(guò)對(duì)課程體系的刪減和優(yōu)化，形成了特色鮮明的三類課程群，初步構(gòu)建了適應(yīng)工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的專業(yè)課程體系。該專業(yè)現(xiàn)已成為山東省高等學(xué)校特色專業(yè)和山東省高等學(xué)校省級(jí)卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃試點(diǎn)專業(yè)。
專業(yè)形成了“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”的三級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，實(shí)施多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合，開(kāi)放式工程實(shí)踐動(dòng)手能力與課程實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，創(chuàng)新實(shí)踐與科學(xué)研究相結(jié)合，增強(qiáng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。開(kāi)設(shè)的典型機(jī)械零件綜合實(shí)驗(yàn)，通過(guò)讓學(xué)生在機(jī)械零件的設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)，把所學(xué)專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于真實(shí)具體的生產(chǎn)過(guò)程，以生產(chǎn)實(shí)際為導(dǎo)向，使零散孤立的知識(shí)點(diǎn)形成有機(jī)整體，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。
四、結(jié)束語(yǔ)
為了達(dá)到企業(yè)對(duì)學(xué)生工程能力的要求，結(jié)合本校的實(shí)際情況，構(gòu)建適應(yīng)學(xué)生工程能力培養(yǎng)要求的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的課程體系。該課程體系既兼顧培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的工程理論知識(shí)，又重視學(xué)生的工程基本技能、工程思維和素質(zhì)、學(xué)生的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)，突出專業(yè)特色，保障專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
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