现代设计方法在机械原理教学中应用
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【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A
【文章编号】2095-3089（2019）09-0013-01
一、现代设计方法
机械现代设计方法通常是与传统设计方法比较而言。现代的设计方法的理论和思路处于不断的更新换代中，所以暂且还没完整的界定。然而根据机械设计的发展方向，可以看出其日益与现代数学、力学、材料学、微电子及其计算机学科交叉发展。所以现代的机械设计方法是以计算机为依托、以CAD/CAM/CAE应用软件为基础、运用现代的设计理念为机械产品设计的一门多元交叉学科，目前广泛应用的软件有UG、CATIA、Pro/E、ADAMS、ANSYS、ABQUS、matlab等。
二、现代设计方法的特点
现代机械设计的特点主要体现在以下几个方面：
（1）静态设计往动态设计的转化。
（2）串行设计往并行设计的转化。
（3）离散设计往系统设计的转化。
（4）真实设计往虚拟设计的转化。
（5）个别设计往系统设计的转化。
现代设计的方法优点包括以下几个方面：
（1）现代设计方法是在知识、经验积累的基础之上，经过推断、思考、比较之后得出的最佳设计方案。
（2）大大缩短了新产品的研发周期，降低研发成本，促使新产品尽早上市。
（3）通过部分参数的修改，便能达到系统的优化和创新的设计。
（4）虚拟仿真技术的应用充分发挥设计者的创造力，利用相关的科技知识进行创新性的设计与构思，设计出具有新颖的实用的机械装置。
三、传统机械原理教学中面临的问题
《机械原理》是一门古老的学科，随着时代的发展本课程的教学也出现一系列的问题，主要体现在以下四个方面：（1）传统的课堂教学形式仍占主要地位课堂教学是传授知识的主阵地和主渠道，《机械原理》课程内容的广泛性与授课方式及学时的有限性之间有矛盾，影响了学生掌握更多有关机械设计的知识，限制了学生分析、构思和设计能力的培养，阻碍了教学改革进程。 （2）机械原理的教学过程中，有大量的知识点是采用基于理论力学的图解法来解决的，对与一些机构的构件数越多的机构，如果采用此方法来解决，过程将是极其复杂晦涩。（3）实践知识的匮乏。现在的大学生尤其是近机专业类的，他们在平时的实践和实验课程中接触机械方面的机会比较少，就是观察到一些机械机构与原理方面的现象，也不会刻意去留意。这样的话，学习本课程，就更缺乏实践方面的知识，甚至连感性认识都没有。（4）现代设计理论及方法的出现。近些年来，现代机械设计方法取得了飞速的发展，目前常用的有：计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、摩擦学设计、设计方法学设计、并行设计、人机工程学设计、虚拟现实、相似系列产品的设计、质量驱动设计、工程反求设计和分型设计等。一个新的机械设计体系正在发展和形成，现代设计方法将不断得到推广和应用。这方面也是我们机械原理教学遇到的新的挑战。（5）《机械原理》这门课程的实践性非常强，尤其对于一些空间机构的运动尤为突出，只凭教师口述无法达到理想的教学效果。但实际上由于学时所限，加之一般院校缺乏相关实验、实习操作手段，很难达到上述要求。由于学生缺乏对实际机械系统的感性认识，所以教学效果不太理想。
四、现代设计方法融入机械原理教学中
1.课程教育与现代设计相结合注重培养学生的创新能力。
在机械设计中，建模方面常用的软件有AUTOCAD、Pro/E、UG、Solidworks等。這些软件均具备零部件的装配及运动模拟功能。进入21世纪后，计算机集成了信息技术、网络技术以及工程技术的快速发展，对制造业和新产品开发带来了巨大挑战，也提供了新的机遇。经不断完善、长期的工业验证并加以商品化，成为面向中国制造业的高性能绘图设计软件系统。国内目前在制造业中使用软件设计的设计汽车，电子，航空航天产业。在采用全局化系统理念的智能关系几何建模技术，融合了高端三维CAD智能化的先进设计思想。撇开了CAD软件只是取代了图板和丁字尺的功能，机械设计中所创建的对象，几何图形具备了表达和处理设计关系、约束与特征等非图形信息的能力，用户能方便地对图形可以进行参数化设计，为产品图形的后期修改提供更大的灵活性。机械创新设计是一个传统而现代的问题，制造业是一个国家的基础，创新是制造业焕发生机的唯一可选之路，创新能力不是与生俱来的，是靠教育和引导培养出来的。为了培养学生的创新设计能力。必须让学生尽量多地接触生产实践，教学过程中应理论联系实际地分析一些具体机械中通用零部件的应用，注意观察具体机械零件结构设计上的特点，一方面使学生熟悉机械的工作原理，一方面逐渐培养学生对机械设计的兴趣。引导学生学会利用各种机会通过事物的现象观察其本质。充分利用现代的设计手段，将传统的机械原理教学更富有生机。
2.现代设计技术融入教学中培养学生的综合分析和系统创造能力。
传统的机械设计方法就是按部就班，逐层推进的设计模式。而现代的设计方法有并行设计以及逆向设计与嵌套式设计，系统化设计。其中逆向设计也是常用的方法。
逆反设计是一种从现有事物的原理机制的反面、构成要素的反面或功能结构的反面去思考、去求索，以发明创造的方法。它突破常规模式和超越传统理论框架，把思路指向新的领域和新的客体。逆反思维体现了创造者对自然规律的深入领悟、对思维方法的高度提炼以及对创造意识的有力凝聚。
例如在曲柄摇杆机构中，通常曲柄作为匀速圆周运动原动件，摇杆作变速运动从动件。应用急回特性原理，我们用的比较多的是，建筑工地的筛沙机构和汽车的雨刮器。反之，如果以摇杆的来回摇动作为原动件，曲柄的转动作为输出件。典型的应用就是家庭用的缝纫机。再比如，内燃机中的核心机构就是曲柄滑块机构，它的原动件是滑块，曲柄是输出件，而在冲床的冲压机构中曲柄是原动件，滑块即冲头是输出件，由于在冲破钢板的瞬间的冲击载荷比较大，故在设计曲柄的时候通常采用飞轮的结构。
五、 总结
《机械原理》是一门非常重要的技术基础课程，内容多，课时少。研究如何解决当前机械原理教学中面临的问题，我们一方面要从教学内容，教学方法不断提高和改进，另外还要培养在机械设计中融入现代的设计思想，增强他们学习的主动性为今后进行相关机械设计工作打好良好的基础。同时培养学生的系统创新思维，从整体性、长远性和综合性的角度出发，锻炼学生的思维模式和方式。
参考文献
[1] 王素玲等.创新思维的机械原理课程教学模式的探索.黑龙江课程教学[J]，2010.
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