我院建校前几年由于师资力量有限，主要依赖兼职教师指导课程设计，这些兼职老师大多来自一本院校，他们时间有限，指导方法基本沿袭一本院校的指导方法，每天集中一两个小时在教室集中指导，而三本学院的学生依耐性强，老师走后基本是放鸭子，因此抄袭现象特别严重。此外，在教学指导过程中也存在一系列问题，比如必须掌握的知识点、知识群、关键内容都没有明确，指导过程因老师而异，随意性较大，标准不统一。因此，进一步规范课程设计的内容、指导方法、达到的目标、必须掌握的知识点和知识群，显然是提高实践教学质量的重要内容和措施。后来随着一些青年教师的引进，我们对机械设计课程设计的题目、应该完成的内容及进度要求、考核方法等进行了一系列的研究与实践，使学生达到掌握知识点的目的。
二、针对机械设计课程设计题目、指导方法，进度安排及考核方法进行改革
（一）设计题目的改革
以前兼职老师给的课程设计题目是多样化的，鉴于我院学生的基本条件，我们把课程设计的题目统一标准化了，传动方案也已经给定，目的是让学生熟悉课程设计的一般方法，掌握应该掌握的知识点，并对机械设计的理论课的知识加以巩固，并不要求他们创新设计。其设计题目、初始条件和传动方案如下：设计题目：带式运输机的传动装置；初始条件：带式运输机可运送谷物、型砂、碎矿石、煤等。两班制工作，连续单向转动，有轻微振动，输送带的速度允许误差为±5%，使用期限为10年。卷筒与输送带间传动效率96%，减速器批量生产。要求学生每人按学号顺序依次选一组数据进行设计计算。
（二）指导方法改革
在课程设计之前，负责人对指导机械设计课程设计的老师集中在一起开个小会，对学生必须掌握的知识点、知识群、关键内容都明确要求，要求指导老师每天的上午和下午至少在教室两个小时，这样学生有问题就能及时找到老师解决问题。还有学生课程设计进行到第一阶段，尤其是课程设计的设计计算初步完成时候，要求指导老师对学生的计算数据进行初步的检查，并要在草稿本上签字，才可进行下一阶段的工作。这样就避免后面学生在画草图时候发现错误，又要反过来重新计算浪费大量的时间，并且可以避免了个别学生抄袭的现象。
（三）进度安排改革
以前兼职老师指导课程设计时候，一次把课程设计要求完成的内容一个半天讲完，这样内容太多，学生根本记不清楚。我们根据三本学生的特点，将机械设计课程设计分为六个阶段。每个阶段集中讲解一次，学生按进度要求完成该完成的任务。第一阶段，主要是动员和设计计算。学生在这一阶段应该完成的内容包括：选择电动机；计算总传动比和分配传动比；传动装置的运动和动力参数计算；传动件计算；初算轴的最细处直径；选择联轴器（型号、孔径、孔长等）；初选滚动轴承及其相关参数，轴承盖是否干涉等。要求学生按上述步骤严格进行，不要颠倒。第二阶段是草图绘制。设计计算完毕后，我们会带学生到实验室做一个减速器拆装实验，主要是对减速器有个感性的认识。然后在集中讲解，其内容包括：减速器的结构；减速器的；设计装配图的准备；减速器铸造箱体的结构尺寸；减速器装配草图设计；轴和键的强度校核，滚动轴承的寿命计算。第三阶段是正式绘制装配图，在完成减速器装配草图后，校核轴、键强度及滚动轴承寿命无任何问题时，在此基础上继续完成装配图。要求注意两个方面的设计：轴系零件的结构设计；减速器箱体及附件的结构设计。第四阶段是装配图的检查。给学生主要讲解的内容包括：检查装配草图；标注主要尺寸与配合；编写减速器的技术特性；编写技术要求；零件编号；编制零件明细表及标题栏。第五阶段是零件图的绘制。零件工作图是零件制造、检验和制定工艺规程的技术文件，应包括图形、尺寸及其极限偏差、表面粗糙度、形位公差、技术要求等。零件图从装配图上测绘下来，形状应与装配图一致。第六阶段是编写说明书。说明书的编写我们也把格式基本给学生，学生按照步骤把草稿整理成册就可以了。机械设计课程设计总共安排了三周的时间，周末时间不计，具体的进度安排我们设计了一个表。（四）考核方法进行改革课程设计结束后，我们会现场答辩，在答辩时候，会先给个预成绩，这个成绩非常重要，因为通过答辩，可以看出学生对课程设计掌握的情况，是否有抄袭，一问就基本可以得到答案。最后结合学生交上来的课程设计说明书、装配图、零件图给每个学生单独评定优、良、中、及格和不及格的成绩等级。
三、结束语
1.1课程教学体系现状
《机械设计基础》课程开设在大学农牧学院的能源与动力工程专业，共有三个模块，分别为理论教学模块60学时、实验教学模块4学时以及课程设计1周。
1.2教学体系中存在的问题
课堂教学模式陈旧，重讲轻练。课堂教学中，教师常过分强调知识的全面性，造成课堂教授内容过多，与学生互动较少，同时没有给学生留下足够“学”的时间。例如在讲平面四杆机构设计时，课堂时间大部分在讲授其设计基本思路与方法，很少讲习题，更没有时间让学生练习，严重阻碍知识体系的掌握。实验教学条件和内容不完善，学生缺乏参与感。受实验教学条件的限制，现有实验教学内容仅包括机械原理认识实验与机械零件认识实验，均为参观性实验。学生在实验过程中只能对常用机械零件产生感性认识，而没有实际动手操作，致使参与感严重缺失。课程设计时间短，题目单一，且与实际脱节。课程设计的时间为一周，只能做一个题目，即二级变速器的设计。在这一周的时间内，需对设计的各环节进行分析、计算、选型和作图等，时间非常仓促，学生非常吃力。加之设计题目与实际脱节，学生对设计内容不感兴趣，阻碍了学生设计能力的提高。课程考核方式单一，偏重于理论知识的考核，实验等实践内容几乎不在考核之列，造成学生对实验课程和课程设计不重视，专心于理论知识的学习，不利于学生机械设计综合设计能力的提高。
2教学体系改革措施
课堂教学、课程设计、实验教学是机械设计课程整个教学体系中不可忽略的三个重要环节，本课程的教学改革也应从这三个环节入手。课堂教学应提高教学效率，课程设计应提高学生的工程设计能力，实验教学应以培养学生的动手能力和创新能力为目的。同时理顺课堂教学、课程设计与实验教学之间的关系，建立多元化的教学体系。
2.1改革课堂教学方法，整合教学内容，提高教学效率
针对教学模式陈旧、重讲轻练的现状，课堂教学应遵循精讲多练的原则。在理论授课时精讲基本概念、基本理论和基本方法，使知识易于理解、掌握和记忆。同时给学生留出一定的思维空间，避免满堂灌和填压式的教学方法。同时课堂教学应多采用现代教学手段，例如对于一些较为复杂的空间模型和机械运动规律的讲授，应采用幻灯片、动画或录像等方式，更有利于对常用机械零件的结构和特点的认识和掌握。在课程教学体系改革的大背景下，课程教学内容需要整合，应以机械零件设计为主线，以基础理论侧重实用为原则。机械原理和机械零件设计都是以机构运动简图为研究模型建立机械运动简图，因此应把结构分析，机构运动简图的定义、性质和常用运动副的代号，机构运动简图的建立作为重点讲授内容。对于机构原理部分的内容，过去主要是采用讲授图解法。随着计算机辅助机械设计的应用与推广，其教学内容应该以讲授解析法为主，并增加计算机辅助机械设计的内容，向学生简单介绍AutoCAD的操作知识以进行机械设计，课后要求学生利用计算机完成简单机构的设计任务。对于机械传动和零件设计，应尽量减少理论计算公式的推导，增加零件细部结构的设计介绍和常用设计参数的选取原则的介绍，并加强对机械组合的介绍，比如多种传动方式的组合、原理、特点以及工程实际中的应用、维护等。多向学生介绍机械方面的新发展、新思路，以开阔学生的眼界。此外，参考教材的选用应着眼应用性和先进性。将版本较老、内容较难的教材改为内容较为简单、学生感兴趣、应用型强的教材。
2.2完善实验条件，注重实验教学，重点培养学生的动手和创新能力
针对学生对本课程的学习积极性很高，但学习很吃力的现状，分析其原因，主要是因为学生对理论推导的课程内容有所排斥。但学生对事物的感性认识能力较强，且比较爱动手操作。应对实验条件和实验教学内容做出调整。例如建设机械设计综合实验室，购买机械设计课程相关教学仪器设备，用于满足教学实验条件，并在维持总学时（64学时）不变的情况下，大幅加大实验学时所占的比例。其中，理论学时由60学时压缩至36学时，实验学时由4学时增加至28学时。为增加学生对机械机构的操作能力和创新能力，实验教学在课程教学中所占的比例大幅增加，实验教学内容也有了相应的调整，包括认识实验、操作实验和创新实验。其中，认识实验主要是参观机构工作原理，4个实验共8学时；操作实验主要是常用机械模型的制作，3个实验共14学时；创新实验主要是根据学生的兴趣进行机械模型创新设计，1个实验共6学时。
2.3健全课程设计内容，全面提高学生机械设计能力
机械设计课程设计是提高学生机械零件设计能力的一个重要环节。课程设计给定的时间短，涉及知识面广，完成的内容多，计算量大，绘图工作繁重，有时一个普通的传动方案就需要几个小时甚至几天的时间。鉴于该现状，应使课程设计的题目多样化，并给出设计功能要求，让学生根据自己的兴趣选题并拟定结构方案，指导教师给出合理建议，并尽量借助于现代设计手段、设计方法指导学生完成课程设计任务。在课程设计过程中，要求学生在手工计算的基础上，完成装配草图设计，并运用CAD软件完成装配工作图和零件工作图的绘制。这样不仅能使学生在学习期间接触和掌握计算机辅助绘图技巧，又可以加深学生对行业标准和设计规范的理解掌握，全面提高学生的机械设计能力，为其今后从事设计工作打下良好基础。
2.4考核形式多样化，全面考察学生的学习成果
传统的机械设计课程的课堂教学多，考核多以闭卷考试为主，因而导致学生对实验、设计不感兴趣，偏重于书本知识的掌握，形成了“高分低能”的不良现象。而社会的发展要求学生具有理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，因此，课程的考核形式应多样化，以全面考察学生的学习成果为目的，不能单纯以书面考试为主。按照这一思路，课程的考核形式也应作出相应的调整。例如新制定的考试方案中，闭卷（或开卷）考试占30%，实验完成情况占30%，课程小论文占20%，平时表现占20%。其中，闭卷（或开卷）考试内容为课堂教学的重点及难点；实验成绩包括实验模型制作水平、实验积极性及实验团队合作情况；学生可自行拟定课程小论文题目及内容，但论文中必须能反应学生对本课程结构体系的认识及学习感受（需对课程教学提出合理建议或意见）或对课程某一典型章节（典型机械结构）的深入理解；平时表现包括课堂教学及实验教学出勤率、学习积极性及作业完成情况。
3结论
3.1《机械设计基础》课程教学体系的改革应从课堂教学、课程设计和实验教学三个环节着手，应理顺课堂教学、课程设计和实验教学之间的关系，建立多元化且结构合理的教学体系。
机械设计具有自身的程序，图1为设计的基本程序。图1机械设计的基本程序目前，机械设计教学中主要存在以下问题。
1.1教学内容过于防范
目前，机械设计这门课程包含的内容较多，有机械原理和机械设计。机械设计包括材料、力学、热处理、机械原理、公差与配合、机械零件、机械CAD等内容，所涉及的知识层面较广，教学内容较散，且与其他课程有着很多重复，如机械设计学科中有一项螺纹连接的相关教学内容。可见，教学范围与机械设计这门学科的学习原则不相符合。又如，减速器的类型、样式和设计参数要求，和机械制图中的减速器设计相关知识存在较高重复率，不仅在学科的学习层次上造成混乱，还浪费了学生的学习精力。
1.2与时俱进能力不强
机械设计这门学科的实用性较强，同时其教学内容随着科技的不断发展而不断变化。所以，传统的教学内容如果不进行更新，很难满足现代社会的需求。现代机械设计教学应当满足工程性和技术性需求，同时也应当具备系统性。因此，现代机械设计学科紧随时代的变化而改变，将传统的设计技术进行时代元素的融入。如今，很多相关院校对机械设计教学中的设备结构、设备强度和运动学等技术的教学比较注重，教学力度也较大，使能源问题、环境问题的教学很少涉及。尤其是安全、人机关系、美学等社会因素和价值工程、周期费用分析等经济因素，导致机械设计教学无法满足现代人们的生产需求。
1.3教学方式落后
很多相关院校对机械设计的教学仍然采用讲学通用的原则，对于教学中的重点知识，让学生采取理论知识记忆的灌输性传统学习方法，而对这门学科的实际应用教学涉及较少，仅仅加深了学生的相关知识或原理的理解。同时，缺乏案例式教学、现场教学以及讨论启发式教学，在学生的学习过程中没有充足的时间进行自主探索，严重阻碍学生对知识的理解与掌握，同时一定程度上阻碍了学生运用所学知识解决实际工程问题能力的发展。因此，应当对机械设计教学体系进行创新。
2创新机械设计教学体系措施
2.1调整教学内容
机械设计的学科教学内容应从实际出发，注重教学的整体性、实践性以及创新性。如今，很多学生对于机械设计的基础知识掌握不明确。所以，机械设计教学中应当遵循适度够用的理论知识学习原则，可采取重点学习、部分理解等方式。首先，教学内容要清晰精简，要精简机械设计这门课程的教学内容，避免学生在相关知识的学习中产生知识重复。同时，在学生的实际应用教学中，如实验、实习、课程设计、社会调查、毕业论文以及课外科技活动等注重实践运用的教学环节，不但要适度融入相关基础知识，还要增加其课程。其次，要注重知识的整合。在机械设计的实际教学中，将其中关联性与联系性较大的知识急性整合学习。最后，在机械设计的教学过程中应当注重知识点的增设。不仅要注重知识的重点性，还要考虑知识的完整性，可以增设以电、液为动力的机构组合，结合实际的典型机械等新内容，使学生全面认识现代机械，以适当前生产实际需要，方便计算机辅助设计的应用和推广。
2.2加强学生能力培养
机械设计是一门极具实践性的课程，过程中应当注重学生设计技能和创新能力的培养，以培养学生技术应用能力为主要教学目的，同时注重学生工程意识、工程实践能力、创新意识以及社会实践能力的培养。实际教学过程中，教师应当彻底摒弃传统的灌输式教学模式，在讲解相关理论知识或原理时，注重培养学生总结结论的能力。同时，在相关知识或原理的讲解时，融入其在实践中的应用，坚持产、学、研相结合，体现机械设计教学的基础性、系统性、实践性以及现代性。
2.3创新教学方法
目前，相关院校的招生多是面向全国，导致各种学生的机械设计学习基础不一。因此，要不断创新如今的机械设计教学。教学过程中，应当加强直观教学，在学生学习相关理论知识或原理的同时，让学生接触各类种机械、机构、零件、部件、图纸，提高学生相关知识或原理的实践性。同时，教师也可以利用多媒体、电子教案、CAI课件以及录像等现代教学技术，借助计算机和互联网，利用虚拟现实技术和仿真软件系统，开展机械设计的现代化、立体式教学。此外，教师在机械设计的实际教学中，应当尽量减少相关知识或原理的理论推导，运用例证讲清思路，加深学生对相关理论知识或原理理解，提高课堂教学效率。
2.4增加教学实践
机械设计是一门较注重实践运用的学科，教学时教师不能仅仅注重学生的知识学习，要更加重视学生的知识运用，如绘制机构运动简图。图2为机构简图的绘制步骤。以四杆机构为例，结合日常见到的筛东西、磨豆腐等，布置设计任务。在四杆机构的讲解过程中，不断提醒双曲柄机构、曲柄摇杆、双摇杆机构分别有什么运动特性，能转化为什么样的运动形式，现实生活中有哪些物品用到了这些机构，不断启发引导学生思考设计任务。一个机器少不了动力，因此课程中增加电动机的选用环节。学生设定自己运动机构的各种参数后，按部就班选用电动机，由此掌握效率等概念，并对整体的机器建立一个大概的认识。电动机选好后，考虑减速的问题。这时，可以引进齿轮机构（包括蜗轮蜗杆）、带传动、链传动。齿轮机构重点讲传动比的分配、计算及选用，对于渐开线的形成等和现场应用联系不密切的内容可忽略不讲。带传动、链传动重点讲传动特点和应用。此外，学习过程中要加入查手册选材料环节，把时间用到应用实践上。
3结语
目前，我国机械设计教学体系仍然存在教学内容过于庞杂、无法适应时代的快速发展以及教学方式过于陈旧和落后等问题。因此，在机械设计实际教学过程中，应当调整教学内容，加强学生能力培养，同时不断创新教学方法，以期为国家培养更多机械设计创新性人才。
作者:李爱军 徐红芹 王红梅 单位:山东理工大学机械学院
参考文献
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对现阶段世界先进的工程机械企业如美国卡特彼勒、特雷克斯以及德国的渤海儿和日本的小松公司等进行分析可知，其所设计和制造的各类工程机械产品均具有其独特的造型特点。以德国利勃海尔公司所生产的工程机械产品为例，该品牌的机械产品大都以灰黄色为主，其中，全线产品以灰黄色为主色，辅以深灰色。此外，部分产品除了灰色和黄色外，还配有白色，不仅使产品增加了稳重感，而且给人以其技术相对成熟的感觉[1]。在产品造型设计方面，利勃海尔公司也将其机械产品的形式追随功能体现得淋漓尽致，通过选取以直线为主的几何线条，确保产品的简洁，从而将其整体结构与机械美感朴实呈现。世界五大工程机械制造公司，JCB针对产品直线结构部分的棱角，通过引入曲线构件，力求改变机械设备呆板的情况，JCB所引入的高空作业平台产品，具有圆润的外框和较强的亲和力，由此，在工程机械领域中建立了令人印象深刻的品牌特色。
2工程机械产品在行业属性特征语意中的分析
对包括工程机械产品在内的全部产品的设计形态进行讨论和分析时，均离不开产品所述行业的研究和调查，简单说来就是，产品的造型设计应该遵循由共性到个性逐步递进的顺序和层次。对工程机械产品进行分析可知，其隶属于装备制造工业生产领域下的一个门类，由此，机械产品所处行业的性质则决定了其最终设计形态语意的特殊性。由于工程机械产品通常具有较大的体积和重量，其不仅外部的形态较为复杂，而且机械结构也大都外露，作业环境与工况相对恶劣。因此，为了增加用户对产品的信赖度，工程机械产品的造型通常给人以坚实、稳固的感觉。此外，由于工程机械产品的制造大都以钢铁板筋加工为主，这便对产品的集合造型产生了较大的限制。面对这一情况，可在对产品的造型进行设计时，采用较为强硬的线条构建出棱角分明的几何造型，进而将产品的机械美感淋漓尽致地体现出来。受工程机械行业自身特点的影响，机械产品的色彩也较为单一，主要包括了红色、黄色以及蓝色和白色等。其中，单一黄色系列主要被利勃海尔以及凯斯和普茨迈斯特等机械制造公司所应用，而黄色和白色则多出现在卡特彼勒以及德马格和柳工集团等公司所制造的机械产品中。
3基于美学和视觉认知语意的产品造型设计分析
基于美学和视觉认知语意的工程机械产品造型设计主要包括两方面，分别为比例与尺度，以及仿生设计。在比例和尺度方面，对工程机械进行分析可知，其造型设计的主要方向仍然在增加对象体量和减小对象体量感之间徘徊，在部分情况下，人们需要利用巧妙的造型语言将工程机械产品自身的笨重感予以削减，例如，小吨位的汽车起重机和高空作业平台与小型挖掘机等相关产品在进行造型设计时，通常借助圆润的弧线降低机械本身的危机感，从而给人以操作灵活的感觉。而对于工程机械中的大型设备，如矿山机械和煤矿机械而言，由于其超出了人们固有的人机感官的尺度，因此，对于此类产品的设计则应采用更为夸张的视觉语言将产品自身的体量感与厚重感进一步烘托出来，从而给人以较高的可靠性和安全感。从细部形态的角度进行分析，机械产品造型设计过程中，经常用到的比例关系主要包括了黄金分割比例、平方根矩形比例以及相加级数比例等。其中，黄金分割法为最常见的比例设计方法，产品的各个部分以黄金分割进行布局。仿生设计是现代技术同艺术进行完美融合的关键措施和手段，人们从生物界与自然界当中摄取灵感，从而将生物科学同技术科学进行有机结合，通过将生物科学中的原理功能或部分生物形态应用到技术科学领域，以达到基于技术科学的工程机械产品仿生设计的目的，并解产品设计过程中的各种实际问题。几年来，随着人们对生物科学和自然科学研究力度的不断加深，仿生设计在工程机械领域中的应用也得到了普及和推广，无论是最基本的机械手原理，还是具有形态仿生视觉感官的伐木机械，均存在着人们模仿自然和生物的意识。同时，仿生设计也是通过机械设计产品体现人类对事物认知历程的主要媒介。
4基于地域和文化差异的机械产品造型设计分析
地域与文化差异在工程机械产品造型设计中主要体现在两方面，分别为造型结构本身和色彩两方面。在造型差异方面，从宏观角度分析，欧美工程机械品牌大都以相对硬朗的设计风格为主，产品造型大气磅礴，给人以使用的安全感。而日韩品牌的工程机械产品则多倾向于细节的制作，通过将直线和曲线进行协调配合，相辅相成，使所设计出的产品在硬朗之余更透漏着一种东方特有的均衡感。在产品造型的细节方面，三一重工机械制造公司根据中国的石狮设计并研发了一款车头造型，既体现了石狮的威严敦厚，又体现出了产品在设计过程中精细化的特点。在产品的色彩方面，欧美工程机械产品的色彩大都以双色为主，且产品的品牌标识大都以深灰色或是纯黑色为主，体现出产品的稳重和素雅；而以日本为首的东方工程机械产品则以丰富的色彩作为产品的主要颜色，通过运用色彩纯度相对较高、具有鲜明对比的颜色进行涂装，从而增加了机械产品外部造型的层次感，此类产品在街头的游走和施工现场的运作，无疑成为了地区的一道亮丽的风景。
5结语
任何产品的质量安全都是头等大事，机械设计也不例外。在机械设计行业中，设计人员一定要有严谨，负责的工作态度，严格按照设计思想，严格排查安全隐患，在设计中杜绝因管理疏忽而带来的安全问题。在机械设计过程中要把安全问题落实到每个人，责任明确，分工具体使质量得到保证，安全隐患消除与萌芽状态。
2设计工艺流程的规范化管理
机械设计属于严谨的学科范畴，一切的设计行为要遵循科学，遵循设计原理。在整个设计工艺中要考量图纸的可行性，理论的灵活运用和灵活变通，对于设计所需要数据要进行深入的运算，确保达到数据的严密性。对于不确定的数据要进行多个论增，对于不明确的，不理解的理论要加以掌握理解，确保设计工艺的规范化，科学化，工艺流程的万无一失。只有严格地执行规范化的设计工艺流程才能保障设计成果的规范化以及它的市场价值所在。
3机械设计中的误区以及出现问题的解决
在过去的机械设计的过程中，我们往往注只是重了设计成果的使用性，但是对于设计成果的实用性以及它的多个功能，我们并没有过多地关注。赶时髦。为求“省事”，追踪市场新产品和畅销产品，对顾客的需求一片模糊，又不愿花力气搞清，你上我也上，一轰而起，一轰而下。缺乏科学而准确的市场(需求)调查、需求分析和产品规划，是一种盲动行为，失败的可能性极大。实践证明，好多机械设计企业经营失败的根本原因首先是设计人员忽略顾客、缺乏市场调查与可行性认证，它们将导致90%的企业失败。其他导致失败的原因还有：由于管理者忽略变化、过分自信、过分自信与傲慢而错误地估计市场接受能力、吸收了不必要的合作伙伴、不能跨专业全面思考、企业缺乏长远的目标与规划，以及企业的经验没有公司和产品的特色。“现在供应，以后修理”。忘记了企业生产的产品(可触摸的)和服务(不可触摸的)只能在被顾客接受并使其满意的前提下才能获得竞争胜利和实现经济与社会效益。这是企业缺乏“信誉资本(良好的社会信誉认同感)”的表现，它的严重后果是导致企业的成员没有诚信、弄虚作假，最终使企业。所以企业的管理层应该清楚地知道，信誉资本有多少进展，以便即时采取扩大信誉资本的措施。对机械设计中出现的类似误区，机械设计人员一定要有高度的市场敏锐感，严谨的设计理念，积极负责的工作作风，才能彻底矫正因为设计思维而带来的对新产品的影响。
4核心技术的保护管理
机械产品及其制造系统的创新是提高企业竞争力的关键因素。从本世纪初到60年代，机械设计业的竞争是以成本为测度的数量扩张时代，企业核心竞争力因素是成本最低，即规模经济方式，在这种情况下对大多数进行工业化的国家和地区来讲，需要的不是产品创新，而是引进产品与生产设备。70年代到80年代末它转变为质量的竞争。几十年的成本与质量的竞争，使多数国家和地区已经实现或可重现至今仍占主流的中低技术产品(占80%~90%的世界产品)的制造，且彼此间质量的差距越来越小，而成本的优势在发展中国家与地区。在未来的市场竞争中，企业竞争力的主要因素变化为：新产品创新与改进的设计开发能力及其上市的速度；为保证新产品上市速度、产品质量(特别是可靠性与安全性)的控制和成本控制要求创新和改进制造系统及其运作；创新与改进服务及其质量。设计产品及其制造系统和制造过程控制的创新成为提高企业竞争力的关键因素，而产品的设计与制造质量、成本、开发上市速度成为企业活动的第一类核心自变量。
5机械设计的风险管理
机械设计是一项高风险投资。新产品的成功创新或改进将有利于形成机械企业新的经济增长点，促进经济的发展，有助于合理的产品结构和产业结构形成，以及企业竞争力的提高。但是各国多年的产品开发实践证明，它是高风险、高投资、高收益的活动。其最突出的特征是高风险性。如何应对这种风险，其主要依托应当是对于新产品的市场前景和潜在前景科学的分析，通过分析和观察做出有利的判断，尽可能在设计之初就规避因为设计带来的市场风险。
6机械设计的成本管理
好的设机械计不但要技术先进，制造可行，操作方便，而且要经济合理，同样也要求它易与管理，尤其是对成本的控制。所谓成本管理，其核心就是降低产品的成本。可以说，产品成本的高低，在产品设计的阶段就基本上确定了，因此，降低产品成本，永远是设计人员的一项主要任务，是机械设计领域中的一个永恒的技术经济问题。设计人员进行产品设计时，必须牢固地树立经济效益的观念，对每一个零部件进行功能成本分析，确定合理的技术指标和成本目标。加强成本管理直接决定企业参与市场竞争的成败，这个环节至关重要，我们在成本预算中永远要把最低的成本核算到设计体系中，也就是说最低的成本就是开拓市场最大的资本，由此可见成本管理在机械设计企业举足轻重的作用。
7机械设计产品的质量评估管理
树立长效果的评估机制，对于设计成果的安全性能，可靠性，稳定性要有一个明确的认知。通过评估掌握设计过程中的问题解决方法，发现不足，在此基础上寻求更好的解决方案。为今后的设计打下良好的技术基础和理论基础。
8对设计人才团队的管理
人才永远是企业获得核心竞争力的根本保证。为了实现建设机械工业新高地的战略目标，加快各类人才队伍，特别是科技人才队伍的建设，通过企业内在机制的建立和外部环境的改善，充分发挥市场对人才资源配置的基础性作用，吸引和凝聚各类优秀人才，在企业内部形成优秀人才在数量、结构和综合素质等方面具有相对优势的人才高地，为企业的持续发展提供组织保证。此外对于优秀的人才，企业更要做到敢于用，敢于叫他们走出去，请进来，灵活的用人机制无疑是保证机械设计技术人员设计生命力的灵丹妙药。
9加强知识产权管理
机械设计人员每开发一个技术产品，都应注意在整个开发过程中的知识产权保护，及时申请专利或作好专有技术保密工作。通过加强知识产权工作，在激烈的市场竞争中有效保护了自主知识产权，最大限度地发挥核心技术产品的竞争优势，从而全面提高机械设计企业的核心竞争力。
机械设计管理工作正朝着多元化的方向迈进，当前我国由于机械设计管理实现方法的研究起步较晚，目前还没有成熟的管理体系，能够达到上述目标管理的企业基本上是凤毛麟角。笔者认为，综合运用文中八个管理办法是增强机械设计健康有序发展有效途径。当然，在实际的管理中还存在着这样或者那样的问题以及更好的管理办法，无论如何事实说明，加强机械设计的管理是机械设计企业日益发展壮大的一把利器。
摘要：在机械设计中引入CAD技术,可以解决机械企业中重复性设计多、信息资源利用率低的难题,缩短产品开发周期,具有巨大的经济效益和应用前景。
关键词：机械设计；CAD技术
1CAD技术的发展
CAD(ComputerAidedDesign)是计算机辅助设计的英文缩写，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Com-puterAidedManufacturing，CAM）和产品数据管理技术（ProductDataManagement，PDM）及计算机集成制造系统（ComputerItegratedmanufacturingsystem，CIMS）集于一体。
产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(IntelligentCAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。
以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。
2三维CAD技术在机械设计中的优点
通过实际应用三维CAD系统软件,笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势,具体表现在以下几点:
2.1零件设计更加方便
使用三维CAD系统,可以装配环境中设计新零件,也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件,既方便又快捷,避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来,使人一目了然。
2.2装配零件更加直观
在装配过程中,资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系,若装配不正确即予以显示,另外,零件还可以隐藏,在隐藏了外部零件的时候,可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示,对于有一定运动行程要求的,可检验行程是否达到要求,及时对设计进行更改,避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。
2.3缩短了机械设计周期
采用三维CAD技术,机械设计时间缩短了近1/3,大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时,只需对其中部分零部件进行重新设计和制造,而大部分零部件的设计都将继承以往的信息,使机械设计的效率提高了3~5倍。同时,三维CAD系统具有高度变型设计能力,能够通过快速重构,得到一种全新的机械产品。
2.4提高机械产品的技术含量和质量
由于机械产品与信息技术相融合,同时采用CADCIMS组织生产,机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法,如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等,保证了产品的设计质量。同时,大型企业数控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工,一致性很好,保证了产品的质量。
3CAD技术在机械设计中的应用
3.1零件与装配图的实体生成
3.1.1零件的实体建模。CAD的三维建模方法有三种,即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中,都有一些基本体系。如在AutoCAD的三维实体造型模块中,系统提供了六种基本体系,即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件,可通过对其进行结构分析,将其分解成若干基本体,对基本体进行三维实体造型,之后再对其进行交、并、差等布尔运算,便可得出零件的三维实体模型。
对于有些复杂的零件,往往难以分解成若干个基本体,使组合或分解后产生的基本体过多,导致成型困难。所以,仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此,可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓,然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”,进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。
3.1.2实体装配图的生成。在零件实体构造完成后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位置,按各零件所在的坐标进行“装配”,这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。
3.2模具CAD/CAM的集成制造
随着科学技术的不断发展,制造行业的生产技术不断提高,从普通机床到数控机床和加工中心,从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE,制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时,模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等,几乎覆盖了整个现代制造技术。
一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基础,进行统一管理,而实体造型是工程数据的主要来源之一。
3.3机械CAE软件的应用
机械CAE系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后,才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。
4CAD前沿技术与发展趋势
4.1图形交互技术
CAD软件是产品创新的工具,务求易学好用,得心应手。一个友好的、智能化的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作中。因此,智能化图标菜单、“拖放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。
4.2智能CAD技术
CAD/CAM系统应用逐步深入,逐渐提出智能化需求.设计是一个含有高度智能的人类创造性活动。智能CAD/CAM是发展的必然方向。智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库,及时准确地向设计师提品开发所需的知识和帮助,智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能,使设计新手也能做出好的设计来,现代设计的核心是创新设计,人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中,用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造,这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。
4.3虚拟现实技术
虚拟现实技术在CAD中已开始应用,设计人员在虚拟世界中创造新产品,可以从人机工程学角度检查设计效果,可直接操作模拟对象,检验操作是否舒适、方便,及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题,及早看到新产品的外形,从多方面评价所设计的产品.虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程.虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析,以评价其性能,可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等,基于虚拟样机的试验仿真分析,可以在真实产品制造之前发现并解决问题,从而降低产品成本.虚拟制造、虚拟工厂、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向.另外,随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展,利用基于网络的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技术,实现真正的全数字化设计和制造,已成为机械设计制造业的发展趋势。
参考文献
[1]黄森彬主编.机械设计基础.高等教育出版社.
[2]荣涵锐.新编机械设计CAD技术基础〔M〕.北京:机械工业出版社,2002.
[3]徐建平,盛和太.精通AutoCAD2005[M].北京:清华大学出版社,2004.
关键词：远程机械设计计算模式
一、机械设计发展概述
传统设计方法是经验、类比式的设计方法。主要采用封闭的收敛设计思维，进行经验类比设计。在计算方面只进行静态分析，并将载荷、应力进行集中处理，对于计算数据的误差采用增加安全系数的做法。传统设计方法以手工设计为主，使用简单的工具，进行人工计算画图。另外，传统设计是一种串行设计，即一个零件从设计到生产是一个阶段的工作完成之后才进行下一个阶段的工作。如：首先进行初期的规划设计，接着进入总体方案设计，然后由结构设计人员设计出零件的结构，之后完成工艺文件的编制，最后将图纸及工艺规程交给生产工人，加工出零件的原型。如需改进的话再返回零件的改进信息。这样，一种产品从设计到正式投产往往要花很多时间，因此开发周期长，并且串行设计过程中，各个环节之间缺乏信息沟通，常导致设计人员之间的合作不协调。
自二战结束以来，世界各发达国家逐渐重视设计理论和设计方法的研究，先后产生了许多新概念、新思想、新理论和新技术。从设计方法来看，国内外先后提出了并行设计、虚拟设计、协同设计，相似性设计、智能设计等新概念；从设计准则来看，出现了优化设计、可靠性设计、有限元等概念，从设计的手段来看，出现了计算机辅助设计，不仅普及了二维设计CAD软件，而且功能全面的三维造型软件也进入了实用阶段。
近年来，计算机网络技术、Web技术和数据库技术的出现和飞速发展，给现代机械设计注入了新的生机和活力，机械设计逐渐向数字化、网络化方向发展。基于Web的远程设计正是在这种条件下产生的。它的出现，使得各制造企业可以充分利用Internet和Web的国际互联性和资源共享性，组建企业间的动态联盟或虚拟设计小组，通过组合分散在各个地域企业的技术优势，发挥各个企业的局部特长，同时不同专业的技术人员可以不受地域的限制，在一个统一且易于访问的平台下进行异地的合作与设计，实现信息的交流和共享，进而快速开发出所需产品，提高产品设计的一次成功率。
作为现代设计的一个重要组成部分，远程机械设计是一个综合了多学科、多技术的研究领域，涉及到机械工程及计算机技术等诸多知识领域。从机械设计的角度来说，主要研究设计过程的建模、设计优化理论等。从计算机技术方面来说，应研究如何对现有的设计资源进行组织和，使得这些资源能方便异地的设计人员进行查询和调用。这些资源包括各种专业化的计算、分析程序，供设计使用的数据库和知识库等，所以要研究网络环境下设计资源的获取与调用，设计过程中设计人员之间信息的交流和反馈等，为远程设计中分布式资源的获取和调用提供基础和借鉴。
二、国内外远程机械设计发展
2.1远程设计的概念和意义
远程设计即让设计人员通过客户端浏览器输入设计参数，服务器自动进行计算和选择，并根据确定的参数返回产品的规格或设计图形。远程设计技术是现代计算机技术、网络技术和机械设计技术在工程设计上的应用，它缩短了产品的设计周期和节省了设计成本，真正意义上地释放了工程技术人员。与传统的机械设计相比，远程设计具有以下优点：
1、缩短产品的开发周期。
2、避免重复开发。目前企业或个人进行的机械产品设计，大部分是自己根据需要来开发设计软件，而不考虑是否有同类软件在市场中存在或者将自己的研究成果在允许的情况下租赁或免费为他人使用等。这就形成了重复开发，浪费了大量的人力和物力。
3、降低了企业资金和人员的投入。特别是近年来三层B/S网络计算模式的出现，极大地降低了客户端软硬件的配置要求。远程设计可以为用户建立一个统一的设计平台，所有的设计都在高性能的服务器上运行，客户端只需完成设计任务的输入以及设计中某些参数的选择和结果显示即可。
4、由于远程设计一般都有提供给用户进行交流和讨论的平台，这就不仅加强了各领域专家之间信息的共享和交换，而且大大提高了一次产品设计的成功率。
2.2远程设计的国内外研究现状
2.2.1在国外，有关远程协同设计的研究和应用起步较早，主要有：
（1）早在上世纪80年代中期，麻省理工学院学者就从事了这方面的研究，并首次提出T计算机支持的协同工作的概念。
（2）20世纪90年代中期，美国伯克利加州大学的集成制造实验室在美国国家科学基金、美国国防先进制造计划福特汽车公司的资助下开展了一个名为Cybercut的研究项目，建立了世界上第一个基于WWW的设计和制造系统。
（3）英国建立的EdinburghEngineeringVirtualLibrary网站，提供工程设计、制造需要的各种信息，在英国建立了基于Web的虚拟制造中心，为企业设计、分析、制造等提供服务，提高了企业特别是中小企业的市场竞争能力。
（4）美国Microsoft公司和UnigraphicsSolutions公司联合研究面向产品全生命周期的基于知识的协同设计支持网络环境“DesignKnowledgeNetwork"，减少了实际时间，降低了设计成本，在快速获取全球设计知识的基础上，进行产品创新设计。
（5）英国Liverpool等大学研究并应用人工智能和Internet提供滚动轴承的网络化设计服务。
2.2.2在国内，有关这方面的研究主要集中在高等院校和科研院所，其中主要有：
（1）以西安交通大学理论与轴承研究所为主、国内多家企业和研究机构共同参与建立了国内第一个支持产品协同设计的网站-现代产品设计与研究开发网络（），旨在推进现代设计，主要提供设计知识的获取，参加的单位还有清华大学、华中理工大学、机械科学研究院、上海交通大学、重庆大学等国内许多著名的高校和科研院所。
（2）清华大学精密仪器及机械系摩擦学国家重点实验室开发出了基于Web的异地合作设计系统Cdesign，该系统采用了Client/Serveer构架，客户与服务器之间通过VAW来完成。
（3）上海先进制造工程技术研究中心和上海飞机制造公司开发了一个基于Intemet/web的异地设计与制造系统，利用其进行跨企业、跨地域的协同产品设计与制造。
另外，国内也有一些相关的网站，如：中国机械网（china-）、材料与制造综合信息服务平台等，它们提供机械设计技术数据、制造工艺技术数据等，并把机械设计技术、制造工艺技术、远程设计技术、产品数据库、计算机辅助设计都实现了网络化。在其中的机械设计技术模块中，用户只须选取自己要使用的设计模块，输入适当的参数就可自动设计出自己所需的零部件；在远程分析模块中，实现了常用机构的参数化仿真与分析。
可是远程设计由于刚刚起步，像其它新兴技术一样还不够完善。随着CAD技术、计算机网络技术、数据库技术及人工智能技术的不断发展，远程设计的内容必将越来越丰富，功能越来越强大，所提供的服务也将越来越完善。
三、远程设计系统的技术研究
系统的总体结构模式的确定是系统在初步设计阶段要完成的一项重要任务。系统的总体结构模式是系统的基础，只有确定了系统的结构模式之后才能进行下一步的设计和开发。而应用软件的架构是建立在计算模式基础之上的，因此，有必要先对网络计算模式进行分析。
在计算机网络技术的发展过程中，先后出现了以大型机为中心的计算模式、以服务器为中心的计算模式、客户机/服务器(Client/Server)计算模式，以及随着Web技术的成熟而发展起来的浏览器/服务器(Browse/Server)计算模式。
（1）通过对两种计算模式的研究和分析，B/S模式较US模式，具有以下优点:
1、界面风格统一、可移植
US模式的客户端往往采用不同的开发工具开发，因此界面不统一，一般来说也互不兼容，难以移植到其它的平台上运行，而B/S模式的客户端使用统一的Web浏览器，根本就不存在移植性的问题，而且使用非常简单。
2、跨平台性
B/S模式的系统较US模式的系统有更好的跨平台性，客户端可位于任意的软、硬件平台，因此跨平台的问题得到解决。
3、易于管理和维护。
C/S模式的系统针对不同的客户端需要开发不同的应用程序，完成的工作量较大。一旦系统要进行修改或升级，则要修改所有客户端上的应用程序，工作重复，管理和维护成本较高。反观B/S模式，由于应用软件集中在服务器端的开发和管理，因此应用系统进行升级时，只需更新服务器端的软件即可，无需客户端的参与，因此大大减少了系统维护与升级的成本与工作量。
（2）远程设计系统的支撑技术
基于Web的远程设计是一项涉及多学科多功能的综合活动，其中包括现代机械设计技术、Web技术、数据库技术等。
1、机械科学技术
机械科学的理论与知识是进行远程设计的前提。没有这些理论知识作根基，远程设计无从谈起。
2、计算机网络技术
远程设计是以计算机网络为基础的，计算机网络是远程设计系统的运行平台。所有的设计过程中的信息都要通过网络来传递，网络基础的好坏直接影响到远程设计系统的质量，是实现远程设计的关键技术之一。
3、标准化技术
远程设计的过程中离不开信息的交流，交流的前提就要有一个统一的交流规则，即标准化工作。
4、数据库、知识库技术
基于Web的远程设计过程中需要用到数据库中的许多信息，如设计过程中用到的参数、图表数据等。这些信息的存储和管理均要数据库作为支持。数据库技术是远程设计系统的核心技术。同时，知识库可以实现知识复杂问题的求解评价和建议，可有效地进行智能推理来进行优化设计。
5、计算机编程技术
计算机编程为远程设计系统提供一系列的应用服务和平台建设。主要是程序设计语言和存取数据库，如、C#等编程语言和关系数据库的标准语言—结构化查询语言SQL等。
6、多媒体技术和图形浏览技术
多媒体技术和图形浏览技术为在线交流、图形浏览提供辅助工具。
参考文献：
