机械设计中的创新方法与实践

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机械创新设计与实践/孙亮波， 黄美发主编.-西安电子科技大学出版社，：定价：28 .TH122

序言

机械工程是国家工业基础，机械工程学科肩负着为国家和社会培养大量优质综合素质人才的重任。随着国家人才培养战略的更新，创新应用性人才、卓越工程师计划、拔尖人才培养计划、紧缺人才计划等不断推陈出新，其根本目的在于培养适应社会和企业需求的高素质、综合性人才。

教育部将全国机械创新设计大赛纳入重大赛事之列，共青团中央重点支持的“挑战杯”也是机械学子风云际会的舞台，同时，教育部大力支持各高校开展国家级大学生创新训练、创业项目……这些学科竞赛和学生团队项目，不仅培养和锻炼了一大批高素质综合性人才，也诞生和孵化了一些优秀的机械产品和高科技公司。

广大高校对于机械学科的人才培养进行了各种有益的尝试：每年资助教师进行各种形式和内容的教学改革研究、进行市场调查，修订和完善人才培养计划、增加实验和实践环节比例，加大相关教育投入、升级金工中心为工程训练中心，提供全方位的机械产品设计与制造体验等…… 经过这些年的教育培养，我们欣喜地看到机械行业人才辈出，整体素质上了一个新的台阶。同时，我们也应该看到，要实现国家人才战略目标和满足企业用人需求，教育工作者还任重而道远。“知行合一”，培养机械专业学生具备扎实的理论基础和一定的产品设计与制造经验，成为高素质综合性人才，是所有教育教学工作者的毕生心愿和应尽职责。

传道授业，薪火相传。很欣慰地看到《机械创新设计与实践》这本教材的出版，它对于悬悬而望的广大机械学子和教师，尤其是热衷于从事机械产品创新设计和制造的学生，犹如雪中送炭。本书的编写团队专业理论深厚、实践经验丰富，多年坚持培养本科人才，乐于奉献，甘之如饴，教学效果显著，走出了一条机械专业本科人才培养的新路。这本教材很好地展现了他们在教学与科研方面的相关成果。

本书从“行”（即课外科技产品创新设计与制造）的角度着力，同时注重与“知”（即传统课堂理论和实验教学）的联系和互动，全面、精炼地总结了机械产品创新设计与制造、学科竞赛等诸多技术环节的重难点，并配有大量的案例分析。本书内容涵盖机械产品的需求剖析、创新设计、性能分析、加工制造，直至竞赛答辩，进行了全面而细致的科学归纳和升华。理论部分紧密围绕机械产品设计关联展开，是从事机械产品创新设计必需的基础知识；实践环节内容为编者的亲身体会，结合理论逐条分析，是难得的第一手材料，具有很好的参考和借鉴作用。同时编者还对机械专业人才培养提出了独到的见解。 “科学技术、应用为先”，作为一本理论与实践并重的教材，本书可供教师作为机械创新设计教学选用，也适用于广大教师和学生进行学科竞赛自学使用。

ＶＡ　糕躲　【技术研发】　现代设计方法在机械创新设计中的研究　魏学忠　（潍坊科技学院山东寿光２６２７００）　摘要：机械创新设汁的概念所谓机械创新设计（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｃｒｅａｔｉｖｅ　Ｄｅｓｉｇｎ，ＭＣＤ）是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果（含理　论、方法、技术原理等），进行创新构思，设计Ｈ｛具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品（装置）的一种实践活动。它包含两个部分：一是改进完善生产或生　活中现有机械产品的技术性能、可靠性、经济性、适用性等；二是创造设计出新机器、新产品，以满足新的生产或生活的需要。　关键词：　现代设计方法；机械创新设计；机械ＣＡＤ技术　中图分类号：ＴＨ１２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－－７５９７（２０１０）１２１００９８－－０１　０引言　设计是人类改造自然的一　种基本活动。也是一种复杂的创造性思维过　程。　所谓的设计技术，也就是在设计过程中解决具体设计问题的各种方法和　手段。因此，可以说现代设计方法是在传统设计方法的基础上继承和发展起　来，是一门多专业和多学科交叉，其综合性很强的基础技术科学。　１现代设计方法　现代设计方法是以设计产品为目标的一个知识群体的总称，所涉及的具　体方法和具体内容十分广泛。包括优化设计、可靠性设计、价值工程、反求　工程和绿色设计。　２机械设计过程　机械设计的一般设计过程可分为四个阶段：产品规划（明确设计任　务）、方案设计、技术设计和制造及试验。　３机械刨新设计　机械创新设计是充分发挥设计者的创造力和智慧，利用人类已有的相关　科学理论、方法和原理，进行新的构思，设计出新颖、有创造性及实用性的　机构和机械产品。　机械创新设计要解决的核心问题是：探讨机械产品创造发明的机理、模　式、过程及方法，尽力将其算法化、程式化、定量化、符号化，提高设计的　可靠性、设计效率和质量。　机机械创新设计遵循机械设计系统化方法，但它更加强调创造性。创新　设计是增强机械产品市场竞争力的根本途径。虽然设计阶段的投入只占产品　总成本的约５％，但设计过程所做的决策几乎决定了产品全部成本的约７０％。产　品的性能、结构、质量、成本、维护性等都是在产品设计阶段确定，创新设　计既是面向产品全生命周期的设计，又是面向市场、面向用户的设计，只有　创新设计才能产生真正具有市场竞争力的创新产品。　机械创新设计是一项复杂、耗时的脑力工作，也是一项紧张而又繁重的　体力劳动。为了提高设计效率，寻求科学的设计方法和有效的设计工具成为　人们努力的目标，而设计自动化则是人类最终的理想设计方法。设计的科学　性，一方面使得人们能够从系统的角度更好地认识设计，减少不良设计的出　现，另一方面也使得人们寻求设计工具的愿望成为可能。因此，满足机械创　新设计需求的ｃＡＤ技术既是实际设计工作的需要，也是ＣＡＤ技术未来的发展方　向。　４现代设计的发展趋势展望　由于国际化市场的激烈竞争和用户对产品的功能、质量、价格、供货　期、售后服务等要求越来越高，以及高新技术的飞速发展，以信息科学与微　电子技术为代表的现代科学技术对制造业的渗透、改造和更新，使传统的制　造技术演变成为一门涵盖从产品设计、制造、管理、销售到回收再生的全过　程，跨多个学科且高度复杂化、集成化的先进制造技术。柔性自动化，智能　化，并行工程，虚拟制造，精密、微细加工等，是当今先进制造技术的发展　趋势。现代设计技术是现代制造技术的主体技术之一，也是先进制造技术的　核心与灵魂，必将伴随着先进制造技术的发展，计算机和信息技术的进步，　制造业生产模式的变革，竞争与合作的全球化，人们对生态环境、资源的关　切和对产品品质多样化等方面的要求，而发生着深刻的变化。展望现代设计　技术的发展趋势，大致有以下几方面：　１）设计过程的数字化，不仅要完善工程对象中确定性变量的数学描述　和数学建模，而且更要研究非确定性变量，包括随机变量、随机过程、模糊　变量（人的智能、经验、创造力、语言及政治、经济、人文等社会科学因　素）等的数学描述和数学建模。　２）设计过程的自动化和智能化研究。健全、研究、发展各种类型的数　据库、方法库和知识库，及自动编程、自学习、自适应等高级商品化软件的　研制，如研究设计知识、数据、信息的获取与处理技术、智能ＣＡＤ人工神经网　络专家系统的模型和应用软件等。　３）动态多变量优化和工程不确定模型优化（模糊优化）、不可微模型　优化及多目标优化等优化方法与程序的研究，并进一步发展到广义工程大系　统的优化设计的研究。　４）网络化并行设计及协同设计技术、方法及软件的研究。　５）虚拟设计和仿真虚拟试验及快速成形技术的深入研究，是一种以计　算机仿真为基础，集计算机图形学、智能技术、并行工程、人机工程、材　料、成形工艺、光电传感技术和多媒体技术为一体的综合学科研究。　６）大力普及、推广与发展ＣＡＤ技术的应用研究，其重点是研制开发功能　强的商品化软件。　７）面向集成制造和分布式经营管理的设计方法、人员组织及规划的研　究。据参考文献［１１］介绍，企业的成功中只有２０％来自技术方面，不低于　８０％依赖于如何组织和设计生产过程。这也是美国、日本大公司成功的一条经　营之道。如，近年来出现的并行工程（Ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ—ＣＥ）、精益　生产（Ｌｅａｎ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ—ＬＰ）、灵捷制造（Ａｇｉｌｅ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ－ＡＭ）、准　时生产（Ｊｕｓｔ—ｉｎ—Ｔｉｍｅ）、质量功能配置（Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ—　ＱＰＤ）等生产管理中的设计技术，应依据国情和市场的动态变化研究将这些技　术贯彻到生产过程中。　８）微型机电系统的设计理论及设计方法和技术的研究，如智能计算、　纳米技术、微型机器人系统及微型机械系统的设计计算。　９）面向生态环境的绿色设计理论与方法的研究，如绿色产品的设计、　清洁化生产过程的设计、产品的可回收性设计等。　１０）注重基础性设计理论及共性设计技术的深层次研究。　参考文献：　［１］陈立德，机械设计基础，北京：高等教育出版社，２００７．　［２］罗绍新，机械创新设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３．　［３］陈屹、谢华，现代设计方法及其应用［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００４．　［４］潘兆庆，周济．现代设计方法概论［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９１．　［５］邹慧君，机械系统概念设计［岫．北京：机械工业出版社，２００３．　［６］童秉枢，现代ＣＡＤ技术［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２０００．

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机械创新设计与实践/孙亮波，?黄美发主编.-西安电子科技大学出版社，：定价：28?.TH122?

序言

机械工程是国家工业基础，机械工程学科肩负着为国家和社会培养大量优质综合素质人才的重任。随着国家人才培养战略的更新，创新应用性人才、卓越工程师计划、拔尖人才培养计划、紧缺人才计划等不断推陈出新，其根本目的在于培养适应社会和企业需求的高素质、综合性人才。

教育部将全国机械创新设计大赛纳入重大赛事之列，共青团中央重点支持的“挑战杯”也是机械学子风云际会的舞台，同时，教育部大力支持各高校开展国家级大学生创新训练、创业项目……这些学科竞赛和学生团队项目，不仅培养和锻炼了一大批高素质综合性人才，也诞生和孵化了一些优秀的机械产品和高科技公司。

广大高校对于机械学科的人才培养进行了各种有益的尝试：每年资助教师进行各种形式和内容的教学改革研究、进行市场调查，修订和完善人才培养计划、增加实验和实践环节比例，加大相关教育投入、升级金工中心为工程训练中心，提供全方位的机械产品设计与制造体验等…… 经过这些年的教育培养，我们欣喜地看到机械行业人才辈出，整体素质上了一个新的台阶。同时，我们也应该看到，要实现国家人才战略目标和满足企业用人需求，教育工作者还任重而道远。“知行合一”，培养机械专业学生具备扎实的理论基础和一定的产品设计与制造经验，成为高素质综合性人才，是所有教育教学工作者的毕生心愿和应尽职责。

传道授业，薪火相传。很欣慰地看到《机械创新设计与实践》这本教材的出版，它对于悬悬而望的广大机械学子和教师，尤其是热衷于从事机械产品创新设计和制造的学生，犹如雪中送炭。本书的编写团队专业理论深厚、实践经验丰富，多年坚持培养本科人才，乐于奉献，甘之如饴，教学效果显着，走出了一条机械专业本科人才培养的新路。这本教材很好地展现了他们在教学与科研方面的相关成果。

本书从“行”（即课外科技产品创新设计与制造）的角度着力，同时注重与“知”（即传统课堂理论和实验教学）的联系和互动，全面、精炼地总结了机械产品创新设计与制造、学科竞赛等诸多技术环节的重难点，并配有大量的案例分析。本书内容涵盖机械产品的需求剖析、创新设计、性能分析、加工制造，直至竞赛答辩，进行了全面而细致的科学归纳和升华。理论部分紧密围绕机械产品设计关联展开，是从事机械产品创新设计必需的基础知识；实践环节内容为编者的亲身体会，结合理论逐条分析，是难得的第一手材料，具有很好的参考和借鉴作用。同时编者还对机械专业人才培养提出了独到的见解。

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机械设计基础课程设计创新与实践

作者：韩芸芳

来源：《现代交际》2010年第11期

［摘要］本文论述的是在以往以单级圆柱齿轮减速器为核心设计题目的基础上，结合生产和生活实际，从知识性、趣味性、实用性相结合的选题思路入手，拓宽设计题目，着重培养学生的综合实践能力，作为一种新的教学尝试，效果显著。

［关键词］课程设计 综合实践 创新

［中图分类号］G712［文献标识码］A［文章编号］1009-5349（2010）11－0199－01

机械设计基础课程的课程设计一直以传统的单级圆柱齿轮减速器为核心设计课题。尽管大多数减速器可以在市场上方便地购得，不过，减速器作为与机械设计课程结合最为紧密的典型实例，仍然可以在课程设计中充当重要的角色。但是，我们也深刻地意识到，以减速器为核心设计课题，在培养学生遵循标准和规范等意识方面绰绰有余，而在培养学生的创新意识方面有所不足。一部分学生由于基础较差等原因，对课程设计没有给予足够的重视。而机械设计基础课程，恰恰是一门非常有利于激发学生创造能力的课程，应当让学生在本课程学习过程中逐渐积累的创造性火种，在最后一个教学环节中得到充分燃烧。因此，我们认为，机械设计基础课程设计的题目，应当是基于减速器，但不限于减速器；基于本课程，但不限于本课程。要灵活多样，因人而宜，适当综合，开展综合实践，从知识性、趣味性、实用性相结合的选题思路入手，在达到教学目的同时，激发学生创新的热情，鼓励学生创新的勇气。

近几年，我们在机械专业的综合实践中，在培养学生创新意识和创造性构思能力、社会调查和分析问题能力、独立思考和协作能力、计算绘图和运用工具书能力、审核设计说明书和图样能力、语言和文字表达能力等方面，进行了大胆的尝试，收到了预期效果。

综合实践与传统的课程设计相比，最大的变化体现在课题的确定上。在仍然保留减速器为核心题目的前提下，适当扩展设计课题。