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機械設計原理范文1
引言
當前，我國一直倡導經濟的可持續性發展，在機械制造業中因機械設計不夠科學合理，造成了大量的能源資源被浪費，違背了可持續發展觀的理念。因而研究分析機械設計中節能設計的基本原理與應用方法，對我國機械制造業的健康可持續發展具有重要意義。
1機械設計中節能設計的基本原理
機械設計中的節能設計主要以平衡理念為基本指導思想，平衡節能原理即是機械設計中節能設計的基本原理。功率匹配節能、減小摩擦、動力源改進是機械節能設計的三個主要方面。結合實際情況，在設計前，對機械在操作運行過程之中可能產生的能源消耗與浪費的情況進行充分考慮，從設計中每一環節的細節著手，才能從根本上實現節能的目的。
1．1動力源的節能設計原理
通常情況下一臺機械設備的發動機就是其最主要的動力源。節能設計的動力源原理即是，在最大限度增加發動機輸出功率的同時，最大限度減少發動機的輸入功率。簡單來說就是在機械設備運行過程中盡可能地提升電能與熱能、動能、勢能等的轉化率。在實際節能設計過程中，通常是從設備的啟動與減速停止這兩方面體現動力源的節能設計原理。例如，在設備的啟停過程中，慣性會讓準備停止的設備繼續運行，而通過合理的設計將這部分動能存儲起來，用于設備啟動時的動力能源。
1．2減小摩擦的節能設計原理
在機械設備運行過程中，各設備之間會互相發生摩擦，造成動力源輸出動力的損耗。在設備運行過程中最大限度減少動力傳送帶、動力傳送柱、齒輪等部件之間的摩擦，是節能設計中的一個重要原理。在節能設計中，通常利用表面光滑的構件組成設備的各連接部分，或是使用油、劑減少設備在運行過程中摩擦帶來的能源消耗問題。
1．3功率匹配的節能設計原理
機械設備的節能設計需遵循功率匹配的原理，即根據設備具體使用環境與情況設計與之相匹配的運行功率。例如，設計裝卸工廠傳送帶的運行功率必然會遠大于設計食品加工傳送帶的運行功率，同時在節能設計中，對設備進行功率檔位的設計，也體現了功率匹配的節能原理。
2當前機械設計中造成能源浪費的原因
2．1節能設計理念缺乏
當前我國機械設計理念依然停留在如何最大限度提升和保證機械設備的生產效益和生產能力上，機械設備的運轉速度、負載能力、運行強度等是設計人員在機械設計過程優先考慮的因素，其次才是設備運行的安全性與穩定性，而節能設計被完全忽略。甚至為滿足設備性能的最大化，將設備能耗設計到匪夷所思的地步。
2．2設計人員專業素質低
設計人員自身專業素質的高低直接決定機械設備質量的優劣。當前，部分設計人員的設計理念滯后，專業知識水平不高，又對新的設計理念與設計知識抱有抵觸心理，這使得機械設備的節能設計難以深入開展。同時，設計與實際脫節的現象也普遍存在，這是由于大多數設計人員在設計前沒有充分地考慮及考察設備在具體環境下的使用情況。
2．3技術水平偏低
當前我國機械制造業技術水平偏低的現實，制約了節能設計理念與思想的實現。即便企業引進國外的先進機械生產加工技術勉強實現設計中的節能構想或是直接引進國外節能機械設備，但這無疑大大增加了企業的投入成本。因而許多企業寧愿繼續使用高耗能的機械設備，也不愿花費額外成本引進節能技術或節能設備。
3實現我國機械設計中節能設計的方法
3．1選擇綠色材料和環保型動力源
在設計過程中，對機械設備的選材應優先考慮無污染、可回收、易處理的綠色環保材料。在動力源的選擇尤其是發動機選擇上，盡量選擇污染排放小或無污染的環保型動力源。如今各種新型能源、可再生能源、潔凈能源被不斷地開發利用，設計過程中，在不影響機械設備運行效率的情況下，設計工作者應盡量選擇環保型能源(如太陽能、風能、煤層氣)作為設備的動力源。選用發動機可考慮環保型水冷增壓發動機或是電控節能型發動機。
3．2電子控制系統
利用無線網絡技術與計算機技術組成的電子控制系統，對機械運行進行精確控制，實現節能的目的。在設計過程中，加入電子控制系統，對機械設備的實際運行狀態進行實時監控，智能終端根據設備運行的數據信息，控制設備在每個節點和時間段的功率輸出，達到最佳的節能效果。
3．3新技術的開發與引進
節能設計方案的實施離不開節能技術的支撐，我國應加大對節能技術開發的投入力度，并學習和引進國外先進的節能技術。不能讓技術發展水平限制了節能設計的發展。同時，設計工作者也應在設計方案中嘗試引入更多的新型節能技術，激勵和引導我國節能技術進步與發展。
4結語
除了學習和掌握現有的機械節能設計方法，還需不斷地改進和創新機械節能技術。同時我國機械節能設計技術與方法需與時俱進，順應時展的潮流，以促進我國機械制造業健康持續發展。
參考文獻:
［1］車勝創．機械設計節能基本原理的分析與應用［J］．長安大學學報(自然科學版)，2011(3):95－101．
機械設計原理范文2
機械設計中，通過優化各個結構的組成形式，來減少使用期間的能源損耗，能夠達到節能指標要求，并且使用期間各個零件設施的配合原理也能達到理想的標準，可以減輕使用期間的摩擦損耗，有效的延長設備安全使用時間，并在現場達到理想化的使用標準。在設計時會借助機械制圖軟件來進行結構優化，并通過公式來計算出設備投入使用后的節能指標，幫助設計人員對機械設備的運行情況有一個全面了解。通過計算以及局部優化，將大部分能量都提供到機械設備運行階段，并且機械設備的各個零件之間運行受力形式也更科學。下面將對機械設計的節能原理應用進行具體論述。
2機械設計節能浪費因素
2.1缺少節能技術理念
首先是設計人員的節能思想比較落實，在設計期間以提升設備使用效率為主要研究對象，而設備的節能性并沒有得到充分認識。雖然在設計期間已經能夠針對設備的承載能力、運動速度進行提升，但從整體設計形式上來看，受設計技術落后的影響，節能性并沒有達到足夠的優化標準，設備使用后的能源損耗量也比較大。
2.2設計人員沒有節能意識
設計人并沒有針對自身能力進行提升，仍然按照傳統的設計理念來進行機械設備模塊設計。雖然在長期設計中，設計人員已經積累了足夠的經驗，卻很難通過技術方法來解決常見的能耗過大問題。設計理念更新進步需要工作人員之間的共同努力，突破現狀將先進的節能設計技術應用在其中。
2.3設計水平不滿足工程需求
機械設計的技能水平整體比較低，仍然停留在理論層面，很多先進的節能措施并沒有真正應用在設備的使用環節中，長時間處于這樣的環境下，造成理論性強但實踐應用能力不足的現象。很多節能設計理念雖然先進，但設計中并沒有結合設備的實際使用情況來進行設計優化，導致機械設備制造任務難以實現。需要在實踐方面強化。
3機械設計節能的應用
3.1使用環保發動機和環保材料
環保材料的使用，使機械設備的整體重量有明顯減輕，設計后的方法也能更合理高效的投入到使用環節中。在前期設計期間，要充分的應用節能環保材料，材料要具有綠色無污染、可回收等性能，這樣能夠提升發動機的運轉效率，將燃料更充分的轉換成機械設備運動的能量，發動機內部摩擦被減小后，還能夠提升設備的安全使用年限。發動機屬于機械設備的心臟部分，選擇材料時要從節能與高效兩方面考慮。
3.2精確化控制電子系統
在機械設備中植入電子控制芯片，通過對控制程序的編寫達到更理想的控制效果，電子系統能夠將控制參數精切到人力控制所不能達到的標準，并且使用期間如果出現其他的控制功能改變需求，也能通過這種方法來優化解決。智能控制系統設計完成后，能夠將機械設備運行時的輸出功率檢測并反饋，對比參數是否達到最優化的標準，如果存在誤差控制系統也能自動發出調節指令，達到理想的節能設計標準。
3.3液壓系統的防滲漏和清潔
液壓系統在運行使用期間，能夠為設備提供運行需要的壓力，傳統設計理念中，結構之間的優化性不足，導致使用中的液壓系統發生泄漏問題，設備所得到的壓力不足，使用效率自然也會下降。設計時要針對液壓系統進行加密處理，重點對防滲漏部分進行加強，并制定合理的情結周期，液壓系統內存在雜質也很容易導致損壞問題出現。
3.4新技術的應用
設計過程中要注重對創新技術方法的應用，觀察在現場是否存在需要完善的內容，為新技術應用創造空間。新能源代替傳統能源也能夠達到節能效果，比較典型的是太陽能技術應用，這樣能夠節省一部分油品的損耗。在對設備進行設計時，由于制造工藝已經足夠先進，在設備的體積與重量上也有明顯減小，投入使用后效果才更加理想。
3.5應用在加工設備中
將節能設計理念與設備生產加工技術相互融合，達到更加理想化的使用標準，日常加工制造中也會充分的融合這一技術標準，發現質量不達標的現象后，及時通過技術方法來解決，在有限的輸出功率內，最大限度的提升設備使用階段的效率，通過節能設計，可以將設備的使用效率提升到30%以上，能源損耗自然得到減輕。
機械設計原理范文3
關鍵詞：仿生學；產品設計；仿生設計
中圖分類號：J524文獻標識碼：A
自然界中的生物經過億萬年的自然進化，有很多具備了美妙的形態、巧妙的結構和神奇的功能，這為人們解決產品設計工作難題提供了新思路。研究、學習、借鑒自然界中生物體的神奇特性，并把它們應用于產品設計中，改進產品的功能和形態，這已成為國內外的研究熱點。仿生學的研究成果被廣泛用于軍事、醫學、制造、航空等方面，與人類的生產、生活、未來發展有著密切關系。
1.仿生學概述
仿生學的標志是一個巨大的積分符號，把解剖刀和電烙鐵積分在一起。這個標志的含義不僅顯示出仿生學的組成，而且也指出了仿生學的研究途徑。仿生學作為一門獨立學科，1960年9月誕生于美國。仿生學主要研究自然界中神奇的生物，研究其獨特能力和原理，并進行科學模擬試驗，然后將得出的結論運用到產品設計和制造中去。仿生學是交叉學科，按研究領域可以大致分為形態仿生、功能仿生、結構材料仿生等等。
2.形態仿生
澳大利亞悉尼歌劇院是一座典型的仿生學建筑，如圖1所示，貝殼形屋頂就是最大亮點。歌劇院的主體結構新穎，由3組殼片組成。1959年悉尼歌劇院開工，如何建造這些巨大的異形混凝土殼體，這是施工單位遇到的最大困難。1973年竣工后，立即成為悉尼市地標性建筑。2007年6月被聯合國教科文組織評為世界文化遺產。
“鳥巢”是2008年北京奧運會主體育場，由中外著名的建筑設計師合作設計，外觀如圖2所示，建筑結構特別新穎，立面與結構的組件相互支撐，形成了網絡狀的構架，就像樹枝編織的鳥巢，非常生動。
3.功能仿生
自然生物經過長期進化，不僅完全適應了自然，而且其進化程度接近完美，有一些已超越了人類現有的科技成果。正因為如此，人們才會由衷地感嘆大自然造物的鬼斧神工，而研究和借鑒它們的優異結構和奇妙的功能，已經成為技術革新的新方向。
雷達的發明靈感來源于蝙蝠。蝙蝠能在黑夜里捕捉昆蟲，從來不會撞上障礙物，這引起了科學家們的好奇心。經過大量研究，科學家發現其中的奧秘，蝙蝠在飛行中發出超聲波，并能及時感知該超聲波遇到障礙反射的回波，所以它們能成功避開飛行中的障礙物。雷達的發明受此啟發，雷達發出的是一種頻率更高，能量更大的電磁波。飛機裝上雷達，飛行員如同有了千里眼，可以穿透黑夜和云霧，感知眼睛看不到的遙遠目標。
昆蟲復眼結構獨特、功能優異，是重要的仿生對象。復眼結構雖然簡單，但是視場大，對運動物體的感應十分靈敏。人眼和普通相機都是使用單個透鏡聚焦光線，這種排列能夠制造高分辨率圖像；而復眼是天然的多孔徑光學成像系統，可以產生全景視角，呈現顯著的深度感官?？茖W家受到昆蟲復眼結構的啟發，成功設計了復眼照相機，半球狀相機排列著180個顯微透鏡，視野達到了160度，能夠同時聚焦物體的不同深度。復眼照相機在微型廣角監視設備、內視鏡等監視技術領域有應用前景。
4.結構和材料仿生
隨著仿生學的深入開展，人們不但從外形、功能去模仿生物，而且從生物奇特的結構中得到啟發。鯊魚皮泳衣就是國際游泳界的神話?？茖W研究表明，鯊魚皮膚粗糙的V形皺褶能夠降低水流阻力，鯊魚皮泳衣的超伸展纖維表面模仿了鯊魚皮膚。根據這種特殊構造生產的泳衣富有彈性，另外還在接縫處模仿人類的肌腱，為運動員向后劃水時提供額外動力。
蜜蜂蜂巢由一個個排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，每個小蜂房的底部由3個相同的菱形組成，蜜蜂為什么要弄這么復雜的結構呢？這引起了科學家的關注?？茖W研究發現了其中的秘密，蜂巢中菱形的鈍角和銳角大小竟然完全符合數學原理，即如何使用最少的材料制造出結實耐用的大房子的要求。蜜蜂筑蜂巢使用了最少的蜂蠟，就能做到蜂巢內部空間最大，結構穩定性最好，真是令人驚嘆。
芳綸蜂窩是一種模仿自然界蜜蜂蜂巢結構、經由樹脂浸漬的芳綸纖維紙制成的非金屬復合材料，圖3是芳綸蜂窩結構圖，具有重量輕、強度高、抗沖擊、耐腐蝕、隔音隔熱，阻燃性能好、便于大面積整體成型等優點，被譽為飛機的“瘦身專家”。目前，美國波音公司和歐洲空中客車公司的所有民航客機都已全面使用芳綸蜂窩作為結構材料，主要用于圖4中飛機機翼、發動機罩、艙門、地板、行李箱、側板等。此外，芳綸蜂窩在高速列車、雷達、皮劃艇、直升機、無人機也有廣泛用途。
美國麻省理工學院科學家丹尼爾.諾塞拉成功研發了“人造樹葉”，為解決能源枯竭問題提供了新解決方案。這是一種神奇的太陽能人造樹葉，只要有太陽光，它就能將水分解成氫氣和氧氣，這些氣體再被輸送到一個分離的燃料電池中儲存并發出電力。
自然神奇，創意無限。雖然人類在仿生學研究領域已經取得了大量重要進展，設計、制造了許多優秀的產品，但是神奇的大自然中仍然有無窮的秘密等著我們去探索，例如昆蟲的變色隱身、神奇的壁虎、大豆的生物固氮。大豆有著神奇的生物固氮功能，直接吸收空氣中的氮氣變成植物蛋白造福人類；人們為了提高農產品產量大量生產和使用化肥和尿素，化肥和尿素工業化生產過程復雜，長期使用化肥提高了農業產量，卻污染環境。借鑒容易，結合不易，認識自然、模仿自然、超越自然是仿生設計的三重境界。我們只有掌握了相關的專業知識，再經過仔細觀察、分析、思考、研究、實驗等過程，才能發現自然界的種種神奇之處和內在機理，才能真正找到產品設計、開發的新思路。
作者：趙智博
參考文獻
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機械設計原理范文4
關鍵詞：UG 機械原理 課程設計 新模式
機械原理課程是車輛工程專業的主要技術基礎課程之一，在專業課程體系中處于承上啟下的重要地位，機械原理課程設計是課程教學的重要實踐環節，其目標是提高學生基礎知識運用能力并增強機械設計創新意識[1]。隨著時代的進步，賦予傳統實踐教學新教學手段的教學改革勢在必行，作為目前流行的集成化系統軟件UG，憑借其卓越的設計分析應用功能，可為課程設計教學提供十分強大的支持。針對我院車輛工程專業機械原理課程設計存在的瓶頸，基于專業特點，提出了基于UG平臺的課程設計新模式，并通過實例分析探討了具體實施方法，為機械原理課程設計的教學改革提供了新思路。
1 當前課程設計在教學中面臨的瓶頸
1.1 設計思路單一，技術手段滯后
設計思路以參照機械原理課程教學中機械系統方案設計的知識體系進行，每名學生針對所選機械系統提出設計方案，通過對比方案選出最優設計，最終通過二維設計軟件AutoCAD將設計構思表達出來。顯然，這種基于傳統圖解法的二維設計已無法有效激發學生的設計熱情，使本應生動的實踐過程變得枯燥。
1.2 專業特色不突出，難以調動學生積極性
課程設計選題仍以通用機械為主，且學院各專業選題內容沒有區別，車輛工程專業學生在設計中很難將本課程與車輛工程聯系起來，這種有效關聯學生難以構建，因而難以有效調動學生的積極性。
1.3 缺乏現代工程軟件應用能力
我院隸屬于農科院校，先進設計手段在教學中的應用還較為滯后，尤其是在現代工程軟件的應用方面，至今學生還未系統地學習一款三維設計軟件。先進的設計工具凝聚著先進的設計思想，如何借助現代工程軟件平臺，最大化地將現代設計思想灌輸給學生，是我院亟待解決的問題。
1.4 缺乏設計分析一體化的整體思維能力
由于缺乏現代工程軟件的應用支撐，學生在課程設計中往往只是一些機構的簡易拼湊，對方案的可行性、合理性、工作是否會相互干涉等問題無法進行深入思考與切實驗證，從而無法有效獲得機械系統整體思維能力。
2 課程設計新模式
為了改變目前我院車輛工程專業機械原理課程設計的現狀，提出了基于UG平臺的課程設計實施新模式，通過將現代工程軟件融入課程設計中，提高學生的設計能力。
2.1 工程設計軟件平臺的選擇
針對機械原理課程設計特點，選擇的軟件平臺應具有三維建模、機構仿真、運動及動力學分析功能，另外，考慮到本科階段學生能力和精力有限的特點，不宜涉及多款專業軟件，盡量以學習一款能解決設計中諸多問題的集成化軟件為佳， UG正是集CAD/CAE/CAM一體化的大型系統軟件，而且實用性好，越來越受到中國高校及企業用戶的青睞，而且UG每個版本的更新都能同步反映當代最新的設計方法和理念，為學生今后的知識更新與擴容奠定基礎。
2.2 具有專業特色的課題選擇
在課程設計題目的選擇上，緊緊圍繞車輛機械這條主線，針對車輛工程領域常見的機械結構進行傳動方案設計、運動仿真以及動力分析。選題基本方針是將各種車輛機械中相應的常見機構作為優選課題，并且為避免課題單一，必須在題目設計上實現多樣化、個性化。例如同一機構類型在不同車輛類別、不同型號車輛、不同設計參數下進行設計，這樣既能保證學生設計不重題，又能有效促進學生之間的討論與交流。以專業特點為導向的課題選擇，不僅實現了課程學習與專業學習的融合，達到了學以致用的效果，而且也很好地激發了學生的學習動力。
2.3 分層次的設計與指導
分層設計與指導從兩個層面展開，其一，擴大選題范圍并增加選題層次；其二，基于因材施教的原則，將3～6人作為一個小組，新模式下的分層設計是將一個大課題細化為若干層次的小課題，組員根據自身能力和興趣選擇一個，小課題難度分層次且關聯遞進，整個大課題只有在每個小課題都完成的情況下才能完成。這種模式不僅便于指導教師的分類指導，也有利于學生獨立思考與團隊合作。
2.4 新模式的實施框架與目標
通過框架圖可以看出，新模式的技術載體是UG軟件，UG軟件工具運用的熟練程度直接決定了整個課程設計的進展情況。因此，新模式的前期準備階段至關重要，為了在課程設計正式開始之前使學生對軟件有一定的了解，需要教師將工程軟件有效引入整個機械原理課程教學中，這方面已有許多教學工作者將之引入機械原理課程教學中，并在提高教學效果的同時就如何提高學生軟件運用能力方面作了有益的研究和實踐[2，3]，值得借鑒。教師指導重點是把握課題的分層次布置、設計方法的引導以及軟件使用技巧的點撥。在整個設計過程中，小組成員共同討論方案的擬訂，然后根據能力層次分工完成機構建模、運動分析、動力分析、設計優化等環節，每個環節在獨立設計的基礎上又離不開團隊合作，在設計完成后以期每名學生既能對所選課題建立起系統的認識，又能熟練掌握相應設計環節的軟件運用。
通過這種新模式的實施，所要達到的實踐教學目標如圖2所示。借助UG平臺進行的課程設計，基本目標是使學生同時獲取綜合運用基礎知識和軟件應用能力，理想目標是學生完成課程設計后能形成系統的設計思維，創新能力有所提高。
3 新模式實施案例
以具有車輛工程專業特點的典型汽車發動機機械系統為例說明，新模式的實施。三維虛擬設計模型框圖如圖3所示。
3.1 針對專業特點挖掘設計課題
挖掘具有專業特點的設計題目，發動機是車輛的心臟，透徹了解它的結構是車輛工程專業相關課程教學的一個重點。如圖3所示，將發動機整個機械系統作為一個大課題，以發動機活塞運動仿真與分析a、發動機氣門運動仿真與分析b、發動機氣閥聯動運動仿真與分析c為子課題，其中a對應于曲柄滑塊機構，b對應于凸輪機構，c對應于齒輪機構，這些常用機構建模、裝配及仿真，教師在前期準備環節中，都應通過UG軟件平臺將其融入機械原理課程教學中。類似的課題還可以從車輛傳動機械系統轉向機械系統、制動機械系統等中挖掘，車輛類別可從普通汽車擴展到農用車輛、鐵路車輛等。
3.2 分層次地設計指導
本課題可根據學生能力和成績，按分層教學思想和模式分配給3～6名學生共同完成。其中對于成績差的學生，指導重心應放在運用基礎知識創建典型機構的運動方案上，如活塞運動、氣門運動、氣閥聯動的工作原理擬定及運動尺寸的確定，并學會運用UG創建單個零件的三維模型；對于成績較好的學生，指導重心應是學會運用UG進行單一機構的裝配設計和干涉檢查；對于成績好、能力強的學生，指導側重點放在整機的運動仿真及方案優化上。在整個設計過程中，每個層次的指導又不是割裂的，每個子課題相互關聯遞進，強調每名學生在有所側重的基礎上共同參與，實現系統思維的構建、綜合能力的培養。
3.3 基于UG的設計過程
在機械原理課程設計中，UG軟件平臺主要借助建模、裝配和運動仿真三大模塊功能。首先，學生要對UG建模模塊中的常見操作命令熟練掌握，領會三維建模思想，這是每一名學生在課程設計開始之前必須達到的要求；其次，學生進入UG裝配模塊進行機構的裝配設計并進行干涉檢查，這一環節需要教師進行示范演示并穿插上機強化；最后，在機構裝配完成后進入UG運動仿真模塊，學生通過仿真結果，給出方案評價或方案優化。
4 結束語
UG軟件平臺背后的CAD/CAE技術已逐步成為現代產品設計的主流技術，我們必須樹立新的教育質量觀念，調整和改進機械原理課程設計的內容和手段，提高課程設計的技術含量和設計質量。如何更有效地發揮諸如UG這一類現代工程軟件在工科教學中的作用，是我們教學工作者面臨的一個重要課題。
參考文獻
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機械設計原理范文5
>> 面向應用型人才培養的《機械設計基礎》課程教學改革探討 面向應用型人才培養的獨立學院機械設計專業建設與實踐 面向應用型工科人才培養的“機械設計學”精品課程群建設與創新 面向應用型人才培養的機械原理實驗教學改革 民辦高校面向應用型人才培養的課程考試改革研究 面向應用型人才培養的課程考試探索與實踐 面向應用型人才培養的《特種加工技術》課程改革初探 面向應用型人才培養的“電力電子技術”課程改革探討 面向應用型人才培養的“Flas”課程教學改革探討 面向應用型人才培養的畢業設計課程創新實踐 面向應用型嵌入式人才培養的課程體系設計 面向應用型創新人才的機械類專業課程群綜合優化改革 面向一線應用型人才培養的機械裝備自動控制方向課程改革 面向應用型、創新型人才培養的機械工程專業實踐教學改革 面向應用型人才培養程序設計課程教材改革探討 面向應用型人才培養的農業院?！妒称贩治觥穼嶒炚n程的改革與實踐 面向應用型人才培養的農業院校《食品分離技術》課程的改革與實踐 面向應用型人才培養的高校會計學專業稅法相關課程探討 面向應用型人才培養的實驗室建設和管理措施研究 面向應用型人才培養的光電信息科學與工程專業課程體系建設研究 常見問題解答 當前所在位置：.
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機械設計原理范文6
關鍵詞：OBE；工程教育；《機械原理》課程設計
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）21-0057-02
為了推進工程教育改革，促進中國工程教育的國際互認，培養與國際接軌的中國工程師，由專門的職業或行業協會（聯合會）、專業學會針對高等教育機構開設了工程類專業實施專門性認證，工程教育認證強調工科專業人才培養質量達到行業提出的基本質量標準要求，是一種合格性評價[1，2]。工程教育專業認證強調的三個核心理念：產出導向（Outcome based education，簡稱OBE）、學生為中心、持續改進，這些理念代表了工程教育改革的方向，是一種先進的教育理念[3]。我國若要成為《華盛頓協議》正式簽約組織，就必須基于OBE理念，深化我國的工程教育改革和工程教育認證體制。
《機械原理》是機械類專業必修的一門重要的技術基礎課，它是研究機械的工作原理、構成原理、設計原理與方法的一門學科，而《機械原理》課程設計是緊隨《機械原理》課程之后的實踐性教學環節，是《機械原理》課程的延伸[4]?；贠BE工程教育認證的12條畢業能力要求及課程規劃，《機械原理》課程設計需培養的主要能力包括：1）掌握工程基礎理論知識并能將其應用于工程問題（畢業要求1）；2）具有分析和解釋數據，得到合理、有效結論的能力（畢業要求2）；3）具有綜合運用機械設計理論和技術手段設計復雜機械系統、部件和過程的能力（畢業要求3）。
本文基于OBE工程教育理念對《機械原理》課程設計課程能力的上述四條要求，結合近年實踐經驗，闡述我?！稒C械原理》課程設計改革模式，并為其《機械原理》課程設計改革提供參考。
一、機械傳動系統設計能力
《機械原理》內容包括兩部分，其一是對現有機構的學習，包括構型分析、運動學和動力學的學習；其二是針對具體任務，利用所學機構學知識，設計傳動方案。前者稱為分析，后者稱為型綜合，《機械原理》學習的最終目的，就是要達到型綜合的高度，《機械原理》課程設計正是鍛煉綜合能力的實踐教學。
遺憾的是，傳統的《機械原理》課程設計，體現不出OBE所要求的設計系統的能力，復雜機械系統更無從談起，因此，改革勢在必行。
基于OBE教學理念的課程設計改革使設計題目多樣化，調動學生設計的積極性而不限制其思維，并且課程設計只提出最終要求而不限制方法，為了讓學生在規定的時間內獨立完成設計任務，題目不宜太深太復雜，其原則為：題目具有綜合性，以運動方案設計為主；題目要覆蓋《機械原理》課程的主要內容；題目應結合生產實際，是學生在日常生活、生產實踐中所熟悉的；題目的設計結果應包括兩到三種基本機構，也允許選用其他常用機構或組合機構；題目要有一定的靈活性和創新性，有利于發揮學生的創造力。
在設計題目確定后，需對已選題目提出三種運動方案，并經反復論證，確定一種最佳運動方案進行設計和分析。這種自由選題的模式可大大提高同學的興趣。設計方案由學生獨立提出，經獨立地分析、比較后確定最佳方案，以發揮其主觀性、創造力，使學生受到一次真實的設計訓練，進而提升其機械傳動系統設計能力。
此外，改革后的課程設計，學生們可以自由組合，每個小組自由選擇設計題目，小組成員分工協作，共同完成設計任務。從選題、論證、設計到最后提交設計成果，共同討論、研究，各自發揮自己的長處，不僅培養了創新意識和創新能力，也使他們體會到團隊合作的作用。這也符合OBE培養大綱中工程畢業生個人能力和人際團隊能力培養的要求。
二、工程基礎理論知識應用能力
傳統的《機械原理》課程設計中，方案確定之后，其相關運動參數也隨之給定，每個學生需要做的就是繪制機構運動簡圖，利用圖解法和解析法對所選機構的位移、速度、加速度及力進行分析，并繪制機構運動線圖和作誤差分析，最后編寫課程設計說明書。從本質上來說，這樣的設計僅能算一次作業，效果并不理想。盡管學生都能按部就班地完成設計任務，但卻調動不了學生的設計興趣，對工程基礎理論知識的應用缺乏深刻理解，談不上對學生的畢業能力的培養。
基于OBE教學理念的課程設計改革使設計題目多樣化，只提出最終要求而不限制方法，學生可以充分地利用所學的理論知識去解決實際的問題?？紤]到《機械原理》課程設計時間較短，教師在《機械原理》課程教學中，需提前做出安排，如現代工具的使用、軟件的學習、各種方法的比較、綜合性作業安排等。
任務的不確定性導致解決方法的多樣性。學生需要根據所選擇任務，基于所學的機構學知識，甚至查閱相關文獻去設計解決方案，當多個設計方案確定后，需要比較各方案的優缺點，必然會深入了解每個所設計的傳動方案，最終方案確定后，需對其進行結構、運動學和動力學分析，因有了方案設計的深刻理解，設計的目的已非常清楚，在相應分析時，對方法的選擇和掌握自然水到渠成，加深了對所學理論知識的認識，明確了理論知識的實際應用，從而不至感覺學無所用。
三、分析和解釋數據能力
在我國的工程教育認證中，第二條畢業要求學生能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達并通過文獻研究分析復雜工程問題，以獲得有效結論[5]。傳統課程設計整個傳動方案為教師所指定，分析方法固定，無需學生深入了解，只需按部就班完成畫圖和分析即可，可見，傳統課程設計在第二條畢業能力要求上基本沒起到培養作用。
改革后的課程設計，從設計任務到設計方案的確定，均需要學生根據具體情況進行分析，然后根據所學知識，自己設計傳動方案，并需要通過多方案的比較而得出可行方案。在方案確定后，詳細設計傳動系統時，需要根據實際任務確定各參數，最后對機構進行分析，并對數據進行誤差分析。為了更真實地讓學生理解數據的意義和正確性，要求學生對所設計的傳動方案進行全部或者部分的搭接實驗，通過搭接實物并測量參數，再與理論分析數據進行對比，找出誤差存在原因，從而得出相應結論。
四、考核方式的改進
評估學習產出是OBE教育模式中十分重要的環節，如何合理地對各項能力進行客觀評價，對課程的改革及持續改進有非常重要的作用，與課程設計所培養能力相對應，《機械原理》課程設計成績分為四部分：選題成績、平時成績、設計成績及答辯成績。各部分成績分值及考核依據如下。
選題成績占總成績的30%。主要考查設計機械傳動系統方案能力。每個團隊均需通過PPT形式，結合參考文獻查閱或調研情況，對自己團隊的設計任務進行說明，根據所定任務設計兩到三種機械傳動方案，每個方案中必須包含兩至三種典型傳動機構，并且必須包含四桿以上連桿機構。根據傳動方案是否合理、考慮是否周全、有無創新點、是否實用進行綜合考核。
平時成績占總成績的10%，主要依據設計階段的出勤情況和態度評定，這是設計正常進行的基本保證，也是初步對畢業要求9中個人與團隊能力的培養。
設計成績占總成績的40%，主要評估工程基礎理論知識應用能力與分析和解釋數據能力，根據所選擇分析方法、數據分析的正確性、模型建立、運動仿真、簡圖繪制等進行評價。
答辯成績占總成績的20%，各組將集中設計階段的工作及成果以PPT形式作匯報，主要介紹組員分工及完成情況，組員自評分，搭接視頻等，并回答提問，據此評判答辯成績。
通過此類考核方式，對畢業生的能力9（個人與團隊）和10（溝通，包括撰寫報告和陳述發言、清晰表達或回應指令）也起到初步培養的效果。
此外，上述基于OBE工程教育理念的考核方式對教師的教學投入提出很高要求。例如：教師需要投入較多的精力和心血研究繁瑣的教學目標分解和教學方法選擇，要求其自身具有扎實的專業理論知識、較廣博的基礎知識面、較強的動手能力及計算機應用能力。對設計中可能出現的各種方案及其特點要有充分認識，能夠正確引導學生，使他們經過認真思考和分析比較后，可以選擇一個適當的方案。這樣才能適應當前實踐教學改革和發展的需要，從而有效引導學生積極思考，培養他們的創新能力。
五、結束語
經過近兩年的實踐，發現根據OBE教學理念改革后的《機械原理》課程設計，為學生機械傳動系統設計能力、工程基礎理論知識應用能力、分析問題和解決問題的能力以及團隊合作和工程實踐能力的鍛煉和提高提供了很好的平臺，并確實取得了較好的效果。然而，OBE工程教學模式是一個系統的工程，無論是在設計內容，還是在設計方法和評估方式上，還有很多需要完善之處，需要進一步的改革和探索，持續改進，以更好地培養學生相應的畢業能力，實現培養與國際接軌的中國工程師的目標。
參考文獻：
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[2]余天佐，劉少雪.從外部評估轉向自我改進―美國工程教育專業認證標準EC2000的變革及啟示[J].高等工程教育研究，2014，（6）：28-34.
[3]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式――汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014，（1）：27-37.
