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第1篇：機械系統設計論文范文

機械系統設計的過程中需要從管理模型出發，按照機械設計管理成熟度模型的具體要求推進各項工作，保證機械制造企業能夠符合生產經營管理的具體要求，按照機械模型標準化的要求推進系統設計，提高對系統的綜合控制和管理能力，為機械系統優化控制創造良好的條件。機械系統設計的過程中需要從現成模型管理出發，保證模型化管理方案能夠符合機械控制的總體要求，推進機械設計管理體系創新，為機械管理體系優化創造良好的平臺。企業管理模式優化控制管理的過程中需要對模型控制的整體思路進行優化，確保整體思路能夠符合管理效益提升的要求，實現機械系統的自動化控制，讓機械系統設計更加符合機械系統管理的要求。機械設計過程中需要不斷改變傳統思維模式，讓思維模式符合機械系統設計體系的具體要求，確保機械系統設計符合模型化控制的全面要求。機械設計模型化的提出對機械系統優化具有積極的作用，并且能夠形成機械控制、機械管理、方案優化與一體，實現目標測算模型的全面控制和優化。

1.1機械設計業務模型探索

機械設計的過程中需要對機械控制功能進行全面的分析，只有把握住機械控制功能，才能對機械功能進行全面的分析，提高機械設計業務管理水平，為機械業務模型控制和優化創造良好的平臺。在新的機械業務管理鏈條控制下，需要對信息流進行優化控制，才能提升機械設計的綜合管理控制能力，為機械綜合控制管理創造良好的內部條件和外部條件。機械設計的過程中業務模型優化需要從價值鏈角度出發，對模型化管理工具進行全面的分析，實現對管理工具的全面控制，提升對機械管理工具的綜合管理能力。

1.2通過IT工具實現機械設計的模型優化

隨著信息技術的發展，機械設計所利用的IT工具越來越多，因此要從云計算、互聯網、大數據等角度出發，充分發揮機械工具的控制管理要求，保證新興IT技術能夠在機械設計中得到全面的應用。IT工具在業務需求控制管理的過程中需要進行流程化管理，確保權責控制能夠符合機械化的具體要求，實現機械的流程化管理和控制，提高對機械控制管理的總體需求，在具體實施的過程中需要從價值創造和管理效率角度出發，實現機械設計的管理模型優化，為管理方案的探索和優化創造良好的條件，通過搜集整理和數據管理分析，保證機械設計能夠符合管理決策控制的要求，實現機械系統的全面優化。機械設計中需要通過軟件診斷和經驗分析等手段，保證模型能夠按照機電一體化控制的要求進行系統設計。機械設計咨詢與機械設計軟件和機械設計軟件服務融合在一起的，需要按照一體化管理和控制的具體要求，積極推進機械系統的綜合控制管理，從機械模型主脈出發，積極穩妥的推進機械系統優化控制。機械設計軟件本身就是一種模型，因此管理模式存在固化現象，需要從全面預算管理的角度出發，解決機械設計中出現的問題，對機械系統進行全面的風險控制，保證機械系統設計符合模型化的具體要求。

2機械設計管理模型控制和優化

機械設計管理過程中需要從全面預算管理的角度出發，控制和優化機械設計的方案，提高機械模型的綜合控制管理水平，對范式有效控制具有積極的作用，通過對機械業務的全面控制，才能對管理模型進行優化，提高對機械系統的綜合管理水平。

2.1機械設計中多業務模型控制

機械設計過程中需要對不同的功能進行不同的分析，確保功能業務能夠被全面的掌控，實現對機械設計的管理模型優化，讓參數能夠符合機械設計中多業務管理的要求，提升對多業務模型的綜合控制管理水平。機械設計要和參數及控制點緊密結合在一起，實現對情景的有效匹配，為機械控制管理和模型優化創造良好的條件。機械系統多業務模型控制管理的過程中需要從風險控制角度出發，按照管理模型的綜合管理要求，提升機械系統的優化管理要求。

2.2機械系統設計的質量模型控制優化

機械系統設計的過程中需要建立完善的質量管理和控制體系，通過對質量模型的優化和管理，實現對算法的全面管理，讓機械系統設計能夠符合質量標準要求，機械系統的質量控制與機械系統的效率是緊密結合在一起的，只有把機械系統的質量和系統的模型融合在一起，才能提升機械系統的綜合控制管理水平，質量控制需要從機械元件出發，對每個元件進行機械模型優化，提高對機械模型的控制管理水平。機械系統模型設計與質量控制要從不同的方案出發，建立完善的質量控制管理體系，為模型管理創造良好的內部環境和外部環境。在機械設計平臺中植入質量管理方案，可以實時對機械系統的質量進行監控，確保機械系統的質量管理能夠符合質量控制的具體要求，實現對模型的全面分析和優化，對模型應用具有重要的作用。機械系統設計質量控制與機械系統模型管理是緊密結合在一起的，需要從不同的方案設計出發，提高機械系統的管理控制能力。

3機械系統設計模型控制和管理機制

機械系統設計模型控制要從模型管理的角度出發，加強管理機制建設，提高對機械系統的控制管理水平，為機械設計系統的綜合管理創造良好的條件。

3.1機械系統設計模型控制

機械系統設計需要從機械控制角度出發，建立完善的機械模型，保證機械系統能夠得到全面的運行。機械系統設計模式控制需要遵循一定的規范，全面提升機械系統的綜合控制、管理功能。機械系統功能模塊設計過程中要從技術創新出發，確保CAD解決方案能夠符合功能設計的總體要求，從機械系統操作角度進行模型控制，按照機械資源管理器的控制理念，提升機械系統的資源控制和管理能力，為機械系統更好的管理文件創造良好的條件。機械系統要實現高質量的模型控制，必須要從資源管理角度出發，促進機械系統模型優化管理工作。機械系統設計要和零件設計、部件設計緊密結合在一起，形成工程模式管理，全面優化機械系統的綜合功能，提高機械系統的優化控制和管理功能。機械系統模型設計過程中需要建立一套完整的動態管理界面，減少不必要的操作流程，提高機械系統設計的控制管理能力。機械模型設計中要從特征模塊出發，建立完善的標準控制管理系統，通過特征模型設計，可以實現對其標準的優化和控制，實現零件系統的信息共享。機械系統設計控制模型優化要與調用標準緊密結合在一起，形成機械配置管理的模式，從部件設計、零件設計、工程圖角度出發，確保機械系統設計能夠符合機械控制管理的具體要求。機械系統設計中需要通過不同的參數組合和變換，提高機械系統的綜合控制管理水平。

3.2機械設計模型管理機制設計

機械設計模型管理機制要從信息資源共享角度出發，建立完善的信息共享平臺，提高機械設計的信息共享能力，為其更好的實現機械控制創造良好的平臺。機械設計模型管理中要利用先進的工具，通過互聯網進行協同控制和管理，保證機械系統能夠得到全面的優化，為機械系統的管理模式創新創造良好的條件。機械設計中信息管理機制建設需要從文件控制管理角度出發，通過實體模型優化控制，確保互聯網信息能夠協同工作，在機械部件設計中進行參數信息管理，使設計能夠符合機械控制管理的具體要求。通過智能零件技術能夠實現系統的自動重復設計，保證智能零件能夠符合創新技術方案設計的具體要求。機械設計模型與管理模式要緊密結合在一起，確保管理模式能夠符合機械設計平臺設計的管理要求，從不同平臺實現信息資源的共享。

4結語

第2篇：機械系統設計論文范文

合作學習 合作意識 創新意識

通過合作學習，使學生在新的教育模式下能從書本系統的觀點和復雜的理論知識中去發掘和分析關于機械產品設計的特點和規律，增強其整機和系統的設計能力，從而掌握一定的復雜機械系統開發設計能力。因此，傳統的以講授式為主的課堂教學，不與實際聯系，很大程度上已經不適應該課程的教學，存在缺陷有：教學內容相對滯后，講授內容與實際脫節，較為空洞，講授方式單一，使學生對課堂的參與度低。我們要引入合作學習，那么我就應該明白以下要點。

一、引入合作學習的動因

合作學習（cooperative learning）是20世紀70年代初興起于美國，并在70年代中期至80年代中期取得實質性進展的一種富有創新和實效的教學理論和策略。由于它在改善課堂內的社會心理氣氛，大面積提高學生的學業成績等效果，很快引起了世界各國的關注。

在引入合作學習的過程中，我們更應該從實際情況出發，達到完美的結合，不能囫圇吞棗。我們要明白合作學理的理念，對它在深入理解的同時，運用到我們的實際的教學中來。改變我們當下在《機械系統設計》實際的教學中那些理論知識不能聯系實際生活，生硬的書本知識不能滿足當下社會發展，枯燥滯后的教學模式不能適應學生需求諸多矛盾。

二、合作學習對《機械系統設計》教學的實際運用

1.書本知識的劃分和學生的劃分。首先，根據我們的教學大綱，需要學生掌握的科學知識進行科學的劃分。只有那些不能適應社會發展需求的部分進行剔除，拿更多的時間給學生，讓他們了解該學科的前言科技發生的日新月異的變化和這門學科研究方向，才能讓學生樹立正確的奮斗目標。其次，就是學生人員劃分。按照通用的劃分標準：興趣愛好分組；按感情友誼分組；按特長搭配分組。

2.具體的合作學習環境設定。首先，課前，針對即將展開的知識點，預先需要學生準備的關于知識點的擴展知識告之每個學生小組。讓他們根據得到的綜合信息，在根據自己小組的組員特長進行科學的分工，最后把每個組員得到的信息匯總。其次，課后，各個組員把自己負責的知識點和擴展知識的解答，通過其他小組的合議后完成的論文或者小報告，匯總交給教師作為評價的依據。

3.評價。評價應該包括教師的評價和學生的自我評價。首先，教師根據學生對個知識點和擴展知識解答的報告或者小論文進行評價打分，該部分應該占總分的比例為65%；其次，是教師對每個學生在實際學習過程中進行打分，比例應該占總分的5%；再次，就是每個學生組的組長根據組員對該組的貢獻進行打分，該分占總分的20%；最后，每個組員根據合作學習對知識的掌握程度給彼此打分，占總分的10%。

4.效果分析。為了檢驗將合作學習教學模式引入到實際教學中對學生知識點的掌握和能力的培養方面是否起到提升作用，將該引入合作學習的教學模式引入到 2004 級（1）班機械工程及自動化學生的《機械系統設計》的課堂實踐中并追蹤問卷調查，問卷調查表顯示，將合作學習引入該課程的教學過程是有效的，它在很大程度上激發了學生學習的積極性，提高了學生在整個教學過程中的參與性。

對未將合作學習教學模式引入《機械系統設計》教學的 2004 （2）班機械工程及自動化學生和將合作學習教學模式引入教學的2004級機械工程及自動化學生共 100 名學生進行了問卷調查，問卷1主要測試學生的學習積極性，合作意識，創新意識。問卷 2 主要測試學生對該課程幾個重要知識點的掌握程度。

圖2 知識掌握從圖一中可清晰得出這樣的結論，在將合作學習引入《機械系統設計》課堂教學后，學生各方面能力都有較為明顯的提高，尤其在合作意識、學習積極性和創新意識方面有了大幅度提高。

從圖二說明了將合作學習引入課堂教學后，學生對本門課的幾個重要的知識點掌握程度有所提高，但其中對操作系統設計和冷卻系統設計知識點提高相比較而言較小，還應在該知識點多思考教學模式的改進，而傳動系統設計和控制系統設計，由于學生有先學課程《機械設計》的基礎，所以掌握程度較前提高較大。通過課堂實踐證明，將合作學習教學模式引入機械專業課《機械系統設計》，有助于調動學生學習的積極性，有助于培養學生的合作意識和創新意識，更有益于學生對知識的掌握。

三、在引入合作學習過程中我們應該注意的問題

在引入合作學習《機械系統設計》教學中，雖然解決了目前我們在固定模式教育的弊端，但是有很多問題值得我們思考和重視。

怎么樣在分組上做到科學化，避免有的個人主義較強的學生的反感情緒尤其重要。如果在實際操作運用中，教師一旦把握不好就會有這樣那樣的矛盾產生，是課堂不和諧因素存在的可能。

其次合作學識原本主旨是打破學生與學生不能充分交流，積極發揮團體的力量解決一系列問題。這中間教師怎么樣去保護個體的積極性，怎么樣去發現對學科有獨到理解的學生，并加以培養。教師還是科學地掌握團體與個人的矛盾，不去回避。

參考文獻：

［1］王坦.論合作學習的基本理念［D］.教育研究，2002，（02）.

第3篇：機械系統設計論文范文

關鍵詞 機電一體化系統設計 工程應用 創新能力 實踐能力

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A

Curriculum Reform of "Mechatronics System Design" in Universities

ZENG Yudan, DU Liuqing, ZHANG Mingde, YANG Xiangyu, WANG Yali

(Chongqing Automobile Institute, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054)

Abstract "Mechatronics System Design" as a core curriculum in group of mechanical engineering curriculum, has strong comprehensive and practical features. In this paper, our undergraduate institutions in the curriculum development and teaching reform emerged as the major issue, the demand for the industry, for engineering applications, emphasizing awareness and sense of innovation and engineering training, a typical mechatronic systems - NC special main design feature for teaching, student-centered, self-study students for the purpose of awareness and self-learning ability, the students involved in the actual design process was focused on teaching content, teaching reform, to build and improve enhance undergraduate project quality, to develop students' practical ability and creative ability of the curriculum and teaching model are discussed.

Key words Mechatronics System Design; engineering applications; innovation ability; practical ability

0 引言

機電一體化系統設計涉及機械、電子、計算機、自動控制及信息處理技術、系統工程、檢測傳感技術、伺服傳動技術等多學科領域，是機械工程專業學科課程群中的核心課程。本課程技術含量高，內容更新快，要求學生能綜合運用機械、電子、控制與信息處理等多學科的知識，完成對系統的分析、設計、優化等一系列過程，具有很強的綜合性和工程實踐性，相比其它專業課程而言，課程建設和教學改革面臨更多問題，具有更大難度。

目前課程建設中存在的主要問題有：①教學內容過分側重于工程科學理論知識的灌輸，缺少工程分析設計的實踐過程，遠遠不能滿足工程應用要求；②教學模式基本還是傳統的以教師傳授知識為主，學生被動學習的模式，“以教師為中心，以課堂為中心，以書本為中心” 的單向灌輸式教學模式方法仍然占據主導地位，學生動手解決實際工程問題的機會很少。以上問題使得學生理論知識與工程實踐相脫離，實踐能力和創新能力薄弱，不能適應現代化經濟建設和工程技術發展的要求。

1 課程教學改革研究

我校自1999年開設機電一體化專業方向以來，一直對《機電一體化系統設計》課程建設和教學改革進行了不斷的探索，現將教學內容和教學模式改革的過程小結如下：

1.1 教學內容改革

高檔數控機床和基礎制造裝備是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》16個重大專項之一，也是國家振興計劃的重要組成部分，因此在教學內容設置上，緊跟這一重大決策，響應國家戰略需求，將典型的機電一體化系統――數控專機系統設計專題作為主要內容，在前續課程所講授的理論知識和工程應用實例基礎上，教師指導學生結合工程實例，對機電一體化系統，特別是數控專機系統的設計過程進行較系統完整的學習，并循序漸進地進入實際設計過程，并最終完成數控專機的方案設計和優化、各元部件選型、軟件流程圖、電氣原理圖等所有理論設計和功能模塊細部設計過程。教學所用的工程設計案例大部分來自學校教師所承擔的實際科研項目，如數控電焊專機設計、錐齒輪傳動質量智能檢測分析系統設計、數控彎管機控制系統設計等，避免了空泛地照搬教材進行照本宣科，而是由教師指導學生在設計過程中自主查閱、了解相關知識，進一步掌握相關技能，并將所學所得結合實際設計過程進行鞏固，在此過程中，教師將自己的設計思路、方法和經驗毫無保留地對學生進行傳授和討論，從而實現對學生自學能力、創新能力、實踐動手能力等機電復合型工程技術能力的培養。這對于在校學生來說是非常難得的學習和實踐的機會，也真正體現出課程面向社會需求、面向工程應用的實質。

1.2 教學模式和教學方法改革

本課程是一門面向工程應用，分析解決實際工程問題，對“系統”進行“設計”和“整合優化”的專業核心課程。因此在教學中指導學生始終要以系統工程的角度出發，以整體全局性的高度，對所設計的數控專機進行化整為零、化繁為簡的分析，將一個大系統的設計任務分解為各個子系統乃至各個單獨的功能模塊和功能部件的設計和選型，再經過接口設計，將各功能模塊有機地融合在一起，組成一個整體性能高于各部件之和的完整系統。

在教學過程中，始終堅持面向工程應用，以學生為主體的模式，課堂時間主要用于重要理論和技能、關鍵問題和練習作業的學習和討論，其余所需知識技能交由學生課后通過圖書館、網絡等查閱設計案例、論文、產品技術手冊等相關資料和自學完成，同時學習運用一些常用設計工具，并通過作業和小組討論等方式進行鞏固，有疑難問題可提出并在全班進行討論，最后在教師指點下得出正確結論。這種以具體工程設計任務為教學主線的方式讓學生明確意識到課內外所學知識技能在實踐生產中大有用武之地，認識到教師布置的作業均是完成設計任務必需環節，從而大大提高了學生的學習積極性，使其在課堂上的注意力非常集中，課后能根據任務所需而主動自發地進行學習和討論以完成任務，而不再像以往那樣由于不明白所學知識具體有何用處而造成理論和實際脫節，甚至產生忽視和厭學心理。在此過程中學生逐漸認識到自己理論知識上的薄弱點和缺少的實踐經驗，有針對性地學習參考相關理論知識和前人的方法經驗，彌補以往知識技能系統的缺失環節，并能及時將所遇到的問題及心得體會在課內課外與教師和同組同學進行交流討論，最終較系統完整地完成對各相關知識和技能進行總結，并在工程項目中綜合應用的過程。

本課程是涉及到機械、電子、控制、信息等多學科知識和技術的一門交叉課程，在課堂教學環節，普遍出現的情況是將本課程作為前續課程中“機”、“電” 、“控制”等學科知識的簡單組合和回顧，導致本課程應具有的系統性、綜合性、實踐性不能體現，與其余專業課程間也無法形成科學合理的承接脈絡。改革教學模式和方法后，以整個工程設計過程為主線，將所涉及到的各學科關鍵理論知識，進行系統性邏輯性的梳理，形成清晰的脈絡和層次，并指導學生在完成設計任務的過程中，有意識地綜合運用所學知識、工具和技能，達到學以致用的目的。

例如，在講授“機械子系統設計”章節時，把握住“各子系統有機融合”這一本質，讓學生不僅掌握書本上陳述的對機械系統的性能要求等知識點，更要明白這些要求的提出不是孤立地從機械系統本身穩定性、快速性、準確性等性能指標出發，而更要從控制系統、伺服驅動系統與機械系統有機結合的角度來看待。通過運用經典控制理論中的時域分析和頻率分析兩種方法，了解機械系統參數中系統阻尼比和無阻尼固有頻率這兩個最基本的參數，對機械系統參數變化引起的控制性能變化的過程、原理進行分析推導，同時通過課堂上采用MATLAB對系統進行設計與仿真的實例演示，使學生了解這一控制設計領域的經典工具，經過教師指導和課后自學，掌握該軟件的基本使用方法并在設計中加以運用，從而將控制工程領域的相關知識、技能與機電一體化系統設計任務緊密聯系起來。

又如，在進行“伺服驅動系統設計”章節的教學時，通過課堂討論和課后作業，讓學生將伺服驅動器、變頻器等驅動系統，以及交直流伺服電機、步進電機、力矩電機等常用伺服電機的性能、特點、應用場合、性價比等主要指標逐一進行分析和比較，針對數控專機任務要求設計合適的驅動方案，并查閱技術資料，完成電機選型計算以及電機與驅動器的接口設計，從而將前續課程所學的機電控制知識通過設計任務進行系統完整地運用。

再如，在“控制系統設計”環節，教師通過簡要講解和演示PLC梯形圖編制、單片機編程和仿真、VB/VC++或LABVIEW等高級語言編程驅動運動控制卡等控制實例，使學生了解各控制系統的軟、硬件組成及其設計過程和設計方法，課后自行查閱資料，對各種控制系統的優缺點、最新應用現狀和發展趨勢進行分析總結，設計出合適的控制方案，并在課堂演示實例基礎上，學習運用相關工具，進行初步的控制系統軟、硬件設計。

運用以上教學模式和方法，使學生在系統性地了解基礎理論和技術的基礎上，迅速地掌握關鍵理論知識和必要技能，并有效地在工程設計項目中加以應用，在培養學生自學能力、創新能力和理論聯系實踐的能力方面頗有成效，為其今后的工程應用和技術研究工作打下了良好的基礎。

2 結論

我國政府在2006年初已將建設創新型國家確立為一項重要的戰略目標，高質量的工程科技人才正是建設創新型國家的重要力量。我國高校機電一體化專業必須積極面向社會的迫切需求，以培養能滿足產業需求、具有較強創新能力和綜合能力的機電一體化科研技術人才作為最重要的工作目標。本文對機電一體化專業的核心課程――機電一體化系統設計的課程內容建設和教學模式方法改革進行了探討，提出了面向產業需求、面向工程應用、以典型機電一體化系統――數控專機設計過程為教學主線，以學生為主體，以學生參與實際設計的過程為教學重點等改革措施，以期逐步構建科學合理的課程內容體系和教學模式，實現培養學生的工程素質、提高學生實踐能力和創新能力的目標。

基金資助：重慶市重大教改項目“以培養學生工程設計能力為目標的機械工程系列核心課程教學改革研究與實踐（09-1-005）”

重慶理工大學高等教育研究立項項目 “《機電一體化系統設計》課程教學改革研究（2010009）”

參考文獻

[1] 崔軍,汪霞.反思目標 回歸本質――本科工程教育問題分析與改革對策[J].江蘇高教,2009(4).

第4篇：機械系統設計論文范文

關鍵詞：測試計量；儀器；發展；機遇；趨勢

中圖分類號： TH71 文獻標識碼： A 文章編號：

測量技術和儀器研究現狀

1、從靜態測量到動態測量

從非現場測量到現場在線靜態測量使科學研究從定性科學走向定量科學，實現了人類認識的一次飛躍。現在乃至今后，各種運動狀態下、制造過程中、物理化學反應進程中等動態物理量測量將越來越普及，促使測量方式由靜態向動態的轉變?，F代制造業已呈現出和傳統制造不同的設計理念、制造技術，測量已不僅僅是最終產品質量評定的手段，更重要的是為產品設計、制造服務，以及為制造過程提供完備的過程參數和環境參數，使產品設計、制造過程和檢測手段充分集成，形成一體的具備自主感知一定內外環境參數（狀態），并作相應調整的“智能制造系統”，要求測量技術從傳統的非現場、事后測量，進入制造現場，參與到制造過程，實現現場在線測量。

2、從簡單信息獲取到多信息融合

傳統的測量問題涉及的測量信息種類比較單一，現代測量信息系統則復雜得多，往往包括多種類型的被測量。信息量大，如大批量工業制造的在線測量，每天的測量數據高達幾十萬，又如產品數字化設計與制造過程中，包含了巨量數據信息。巨量信息的可靠、快速傳輸和高效管理以及如何消除各種被測量之間的相互干擾，從中挖掘多個測量信息融合后的目標信息將形成一個新興的研究領域，即多信息融合。

3、幾何量和非幾何量集成

傳統機械系統和制造中的測量問題，主要面對幾何量測量。當前復雜機電系統功能擴大，精確度提高，系統性能涉及多種參數，測量問題已不僅限于幾何量，而且，日益發展的微納尺度下的系統與結構，其機械作用機理和通常尺度下的系統也有顯著區別。為此，在測量領域，除幾何量外，應當將其他機械工程研究中常用的物理量包括在內，如力學性能參數、功能參數等。

4、虛擬儀器技術獲得了廣泛應用

虛擬儀器（Virtual Instrument）是日益發展的計算機硬件、軟件和總線技術在向其他技術領域密集滲透的過程中，與測試技術、儀器技術密切結合，共同孕育出的一項全新成果，其核心是：以計算機作為儀器統一的硬件平臺，充分利用計算機獨具的運算、大容量存儲、回放、調用、顯示以及文件管理等智能化功能，同時把傳統儀器的專業化功能和面板控件軟件化，使之與計算機結合起來融為一體，從而構成一臺外觀與傳統硬件儀器相同，功能得到顯著加強，充分享用計算機智能資源的全新儀器系統。

二、現代測量技術存在的問題與差距

1、技術創新重視不夠，自主創新能力較差

在已有的主流計量測試技術及儀器設備中，很少有我們自己的原創技術。誠然，和其他學科類似，原創涉及理論基礎和行業積累，長期以來我國和工業發達國家在制造技術上的差距，相當程度上影響了計量測試技術的研發能力，但不可否認的是，對計量測試技術的作用和地位認識不充分、研究力度和資金投入不足、研究工作不扎實、急功近利、只重數量不重質量、不重視工程應用等因素，也直接促成了當前研究缺乏活力的狀況。

2、高端、高附加值測量儀器設備幾乎空白

當前主流行業應用中的高端儀器設備，國內品牌被排斥在外。高端儀器有著很高的附加值和商業利潤，常常是一只進口的便攜式儀器箱容納的設備價值超過100萬RMB，甚至更多，而一套大型的國產儀器設備只有相對低廉的利潤。高端儀器設備的高額利潤建立在高技術含量的基礎上，因為利潤高，保證了后續研發有充足的資金投入，形成了良性循環。與此形成反差的是，國內建立在原材料和人力成本優勢基礎上的儀器設備，必然利潤微薄，繼而造成研發投入不足，嚴重制約著我國測試計量技術及儀器設備的進一步發展。

3、測量技術在理論上的薄弱

測試計量技術是面向工程應用的學科，推動學科發展的主要動力來源于應用需求，理論成果如無工程背景，不能解決工程應用中的測量問題，則意義和價值將大打折扣。況且，我國在測試計量理論上也很薄弱，近年來雖發表了大量的學術論文，出現了很多研究成果，高水平、實用性強的成果不夠多，而較多的則是低水平重復。此外，由于行業原因，我國計量測量從業人員較少，業務素質整體水平不高，人才流失，尤其是高層次人才流失嚴重，也嚴重阻礙了學科的發展。

測量技術和儀器的發展機遇

1、利用計算機信息處理技術提供的同步平臺，充分發揮其數據處理優勢，實現基于大規模數據處理的測量原理和算法，以計算資源補償機械系統性能，以數據處理成本降低機械硬件系統成本。例如新型的復雜功能測試系統、機器人測量機技術，可以充分利用計算機系統的巨大資源，在全工作空間，補償機械系統的運動誤差，在機械系統不變的情況下，顯著提高測量測試精度和儀器功能。

2、充分借助新型器件的性能，降低測量技術及儀器設備對機械制造水平等的依賴，大幅提高和改善測量儀器設備性能。如采用高性能的數字成像器件作為傳感器，配合合理的模型及解算方法就可以利用器件自身的精密制造工藝，設計無需精密機械結構的高精確度測量系統。

四、測量技術和儀器的發展趨勢

當前的傳感、測試計量和計測儀器在機械系統和制造過程中的作用和重要性較之過去有明顯提高，已作為必須的組成部分參與到系統的功能中。

1、測試計量技術應該符合現代制造的要求。傳統的制造系統中，制造和檢測常常是分離的，測量環境和制造環境不一致，測量的目的是判斷產品是否合格，測量信息對制造過程無直接影響。現代制造業已呈現出和傳統制造不同的設計理念、制造技術，測量技術應當從傳統的非現場、“事后”測量，進入制造現場，參與到制造過程，實現現場在線測量。現場、在線測量的共同問題包括非接觸、快速測量傳感器研制與開發、測量系統及其控制、測量設備與制造設備的集成幾方面。近年來數字化測量的迅速發展為先進制造中的現場、非接觸測量提供了有效解決方案，多尺寸視覺在線測量、數碼柔性坐標測量、機器人測量機、三維形貌測量等數字化測量原理、技術與系統的研究取得了顯著的研究成果，并獲得成熟的工業應用。

2、微/納米技術迅速發展

微/納米技術作為當前發展最迅速，研究廣泛、投入最多的科學技術之一，被認為是當前科技發展的重要前沿。在該科技中，微/納米的超精密測量技術是代表性的研究領域，也是微/納米科技得以發展的前提和基礎。在微、 納米測量領域，基礎問題包括納米計量、納米測量系統理論與設計、微觀形貌測量等方面，主要研究問題的方向為：基于掃描電子顯微鏡的精密納米計量、微納坐標測量機（分子測量機）、基于干涉的非接觸微觀形貌測量、基于原子晶格作刻度的X 射線干涉測量及其與光學干涉儀的組合原理、納米測量系統設計理論和微納尺寸測量條件的研究等。

3、發展超大尺寸測量和超大型設備

超大尺寸測量的主要任務是獲取與評價大型和超大型裝備與系統制造過程中機械特性和物理特性等信息，分析各影響制造性能的要素與機理，為提升制造能力與水平提供科學依據。在超大尺寸測量領域內的、共性基礎問題包括距離測量原理、超大尺寸空間坐標測量、超大尺寸測量的現場溯源原理與方法。代表性研究方向和重要測量問題，如：大尺寸、高速跟蹤坐標測量系統；車間范圍空間定位系統（WPS）；GPS在超大機械系統中的應用關鍵技術；數字造船中結構尺寸、容積測量；飛機制造中形狀尺寸測量；超大型電站裝備和重機裝備制造中的測量；面向大型尖端裝備制造的超精密測量等。

五．結束語

在未來的測量及儀器的發展中，應重視基礎研究，著力加大科研投入緊密聯系工程應用，相信在不久的將來我國測試計量技術及相關領域定可獲得快速的發展，為我國科學技術和國民經濟的發展發揮更大的作用。

參考文獻：

[1] 葉聲華.邾繼貴.視覺檢測技術及應用[J]. 中國工程科學. 2010（01）

第5篇：機械系統設計論文范文

關鍵詞：卓越教育；機械原理；機械設計；精品課程；課程改革

作者簡介：張洪雙（1976-），男，吉林梅河口人，河海大學機電工程學院，講師；樓力律（1973-），男，浙江湖州人，河海大學機電工程學院，副教授。（江蘇 常州 213022）

基金項目：本文系2013年江蘇省高等教育教改研究立項課題（課題編號：2013JSJG121）、面向“卓越計劃“的機械設計課程教學改革研究和實踐（項目編號：XZX/13A001-25）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0067-03

我國提出的“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才。河海大學是首批卓越計劃的試點高校，同批的高校包括清華、北航、浙大、南大等重點高校，目前國內各高校在機械原理和設計課程上主要從課程的教學體系、課程內容、教學方法、課程的配套教材、課程的師資隊伍建設、教學管理等方面進行努力和嘗試，提高學生的創新意識和能力，提高學生的工程實踐能力。[1]國外和國內“卓越計劃”相近的工程教育模式為CDIO：[2]構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運作（Operate）。該工程教育模式由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學自2000年起，經過四年的探索研究后提出的，是近年來國際工程教育改革的最新成果。

機械原理及機械設計是以高等數學、機械制圖、理論力學、普通物理、材料力學和工程材料等先修課程為基礎的，并為學習有關機械類專業課程奠定必要基礎的一門課程。通過課程的學習，學生需要掌握機構學和機械動力學的基本理論、基本知識和基本技能；初步具有擬定機械系統方案、分析和設計機構的能力；掌握通用機械零、部件的設計原理、方法和機械設計的一般規律，具有設計通用機械零件和簡單的機械裝置的能力；具有運用標準、規范、手冊、圖冊和查閱有關技術資料的能力等。因此本課程具有從理論性課程過渡到結合工程實際的設計性課程，從基礎課程過渡到專業課程的承先啟后的橋梁作用。機械原理及設計課程理論性較強和實踐結合緊密，且各章節相對較獨立，內容多，因此在其教學過程中應注重貫徹少而精原則，不強調面面俱到，知識點要突出，適當增加寬廣度，注重機械發展的新概念和新方向。

國家提倡的精品課程建設是以一流教師隊伍、一流教學內容、一流教學方法、一流教材、一流教學管理等為特點的示范性課程。面向卓越工程師的機械原理及設計精品課程建設的目的是針對卓越教育的特點，從教學隊伍建設、教學內容和課程體系改革、先進的教學方法和手段、教材建設、理論與實踐結合、課程建設全面規劃等方面進行努力和發展，使卓越教育的機械原理課程教育教學在各方面符合國家示范性課程的要求。[3]

一、課程建設方法

根據精品課程建設的要求，并結合河海大學（以下簡稱“我校”）自身的發展和基礎條件，從以下幾個角度進行了相關工作：

1.面向工程應用的課程設置

機械原理及設計是機械類專業的一門重要的專業基礎課，在整個專業培養和課程體系中具有十分突出的地位，是從基礎課過渡到專業課、從理論性分析為主過渡到工程實踐為主的一門課程。該課程是學生接觸工程化的第一個實踐環節，因此如何深化工程化的概念對于機械原理的教學十分重要。

隨著各高校的擴招，年輕教師的數量越來越多，而且具有博、碩士學位的比例越來越高。目前各校新引入的年輕教師主要是從學校到學校，缺少工程經驗；企業導師具有豐富的工程實踐經驗，但在理論高度和課程教育上又有所欠缺，所以工程化教育的師資隊伍建設成為時展的需求。結合國家級“河海大學—寶菱重工卓越工程實踐中心”的建設，為增加年輕教師的工程實踐經歷，在學生進駐企業的同時，各專業指導教師需要全程陪同，參與到企業的實踐項目建設中。建立企業內實踐的各學習模塊，為各模塊配備校內教師和企業導師，采用雙導師制，企業導師負責實踐教育，校內教師負責理論教育，相互學習，既提高了校內教師的實踐能力，也為企業帶來了較新的理論分析方法。而為了提高課堂教學時課程中工程應用的比例，進一步借鑒了蚌埠學院的相關做法：[4]優先引進同時具有高學歷和工程實踐背景的師資人才，聘請企業內高級技術人員做校外兼職導師；集合學院乃至校區的力量，積極參與常州市及周邊地區的建設，增強校企聯合；鼓勵專利、產學研結合和技術服務，而不僅僅是理論研究和科技論文。

2.課程實施條件

在課程建設的具體實施過程中，主要從教師隊伍建設、教材規劃、教學條件保障等方面入手。

（1）主講教師：從機械原理及設計的教學人員構成來看，任課教師中有1名教授、1名副教授、3名講師，學歷均在碩士以上，年齡從35歲到50歲，結構合理、年富力強，形成了一個教師梯隊。課程的主講教師在本科教育教學、教改研究等方面具有十分豐富的經驗。為了提高教育教學效果，全體任課教師定期召開教學例會、集中備課、針對教學過程中出現的問題及時處理和分析，不斷總結經驗。

（2）教材規劃：理論課教學選用了由東南大學出版、吳克堅編著的《機械設計》教材。該書是教育部“高等教育面向21世紀教學內容和課程體系改革計劃”的研究成果，是面向21世紀課程和普通高等教育“十五”國家級規劃教材。該教材以機械系統設計為主線，將機械原理和機械設計內容進行有效的整合。精品課程建設中，教材規劃參考天水師范學院的立體化教材建設方法。[5]立體化教材包括主教材、教師參考書、學習指導書、電子教案、CAI課件、網絡課程、試題庫等。該教材的建設與機械原理和機械設計的課程內容、改革體系相結合，電子教案和課件能夠及時反映教學改革的要求，網絡課程建設促進教學改革的嘗試，逐步提高機械原理及機械設計的教學水平。

（3）教學保障：卓越機械原理及機械設計的教育依托于本科教學平臺，能夠充分保障課程教學的教學要求。20多年來，學校不斷加大投資力度，完善建設，學院的教學設備先進、設施齊全。學院設有本科教學的機械基礎省級實驗教學示范中心、河海大學常州校區工程訓練中心、機械基礎省級實驗教學示范中心，其中省級實驗教學中心在2007年立項建設，2010年順利通過江蘇省驗收；專用與通用儀器和設備價值達2000余萬元；學院實驗室占地4000余平方米，擁有實驗設備儀器1200余臺套。目前實驗室開設的實驗課程主要包括：機構運動簡圖測繪、齒輪參數測量和范成、機構運動參數、螺栓連接、軸系零件組合、減速器拆裝和自行車拆裝等基礎實驗，以及機構運動拼接和機構組合實驗等多個創新型實驗環節。通過基礎實驗環節，學生能夠加深對課程內容的理解和把握；通過創新型實驗環節可以進一步提供學生的創新實踐能力。除了校內的實驗環節，還依托“河海大學—寶菱重工卓越工程實踐中心”，對企業內部的設備、設計、工藝和檢驗等環節進行跟蹤學習，讓學生深入到車間生產一線，切身體會和了解企業內生產流程，為更好地適應企業環境打下良好的基礎。

（4）網絡化教學：為了提供一個自主的學習平臺，提高教師對學生的教學管理能力，增強學生全方位的素質，完善了網絡化教學模式。[6]我校機械原理及機械設計的精品課程網站內容（圖1）主要包括課程簡介、教學管理、教師隊伍介紹、教學資源等。其中教學資源主要包括助學式課件、思考題、練習題、習題答案、課程重點及難點解析等。網站中設有留言信箱，方便同學對于課程的疑問和問題能夠及時與老師溝通、聯系。

3.課程評價體系

課程評價圍繞課程培養目標，不僅要評價學生掌握的知識與技能，而且還要評價學生課堂的表現、出勤率和學習過程。評價時以課程考試為主要的評價方式，并輔助以課堂表現和出勤率等，力求評價方式的多樣化。[6]單純的期末考試不能完全反映學生對課程的掌握程度，目前各高校大多都采用多種方式，如課后作業、報告、實驗、小測驗、考試等進行考核，表1所示為根據我校卓越教育的特點采用的評分標準和比例。多樣化的考核方式使學生必須注重平時的學習積累，不能通過突擊的方式完成課程考試，學生有了積極學習的壓力和動力，更能均衡地反映學生學習的實際水平和學習效果，符合正態分布。

表1 多樣化的考核方法

考核項目

作業 實驗 隨堂測驗 企業實踐 期末測試

20% 15% 20% 15% 30%

4.課程改革與創新

機械原理及設計課程具有較強的實踐性和可動性的特點。即課程研究的所有問題都來源于生產和生活中實際的機構與機器。因此學習方法要注意課程的特點，在學習過程中尤其應注意理論知識與實踐應用的相結合、機構運動簡圖與具體實物的結合、機構的靜態分析與動態分析相結合、形象思維與邏輯思維相結合，將理論分析內容和工程軟件的應用相結合。

機械原理及設計的課堂教學、教學方法與手段等方面力求創新改革，探索適合卓越計劃學生學習的課程體系和教學方式，培養學生的學習興趣、創新思維和獨立分析問題、解決問題的能力。

（1）教學內容的創新：針對卓越計劃教育中學生的理論學習時間壓縮而需要提高實際應用能力的學習特點和需求，在機械原理及機械設計課堂教學中的主要內容為：機械運動方案選型設計、機構運動分析與尺寸綜合、機械動力學分析和設計、常用零部件的選擇、常用機構選擇及設計、機械系統設計等。此外還要重視介紹學科發展的新動態、新方向、新內容，注重激勵學生的學習欲望，調動學生的積極性，讓學生了解更多更新的理論、技術與方法。實踐教學方面主要包括小項目和專題、實驗教學、課程設計、課外創新等。[7]近年來國家以及江蘇省組織了大學生創新訓練計劃、機械創新大賽等，在創新競賽的過程中提高了學生的創新意識，使學生得到了實踐鍛煉的機會，開闊了眼界。

（2）教學方法的創新：機械原理及設計教學方法配合教學內容的改革，加強與學生的互動，將以教師為主的‘灌輸式’教學向以啟發式、問題式、討論式教學為主的新的教學方法轉變，讓學生從被動學習轉變為主動學習，真正成為教學活動的主體。

鼓勵學生應用成熟的工程軟件進行相關課程內容的學習中。例如在原理部分章節中涉及到的圖形法采用AutoCAD軟件來分析和設計，既可以得到比手工繪圖精確得多的解，又可以鍛煉利用AutoCAD軟件繪圖的能力。在解析法中可以結合matlab軟件教學，既可以直接利用matlab編程的方法，具有豐富的庫函數、編程簡單、可視化功能強，又可以采用simulink和simMechanics進行機構的運動學和動力學分析。[8]如圖2所示，某曲柄搖桿機構中，各桿件長度分別為l1=120mm，l2=40mm，l3=70mm，l4=100mm，在曲柄運動角速度250rad/s，利用simulink分析得到桿件BC和CD的角速度曲線。零件的強度分析是機械設計中的一個重要內容，應用有限元軟件可以得到非常直觀的應力及位移圖形。[9]如圖3所示為應用ANSYS 13.0對某齒輪進行強度分析的應力和位移圖，其中齒輪模數mn為2mm，齒數z為24，螺旋角β為10°，材料45鋼，在輪齒上受到20Mpa的力。對于這類專業軟件有時學習起來比較困難，耗時間，可以采用一些其他三維造型軟件自帶的一些插件進行近似的分析，如Solidworks Simulation等，雖然結果上有一定的差異，但對于受力的整體變形趨勢的分析仍然有很大的參考價值。

（3）教學手段的創新：在教學手段上，著重培養學生對機械系統的整體認識，突出課程重點，有效分析課程難點，課堂教學過程能夠吸引學生的注意力，注重學生的參與，啟發學生的思考和聯想，加深學生對課程基礎理論的理解。培養學生主動應用課程所學內容，鍛煉其獨立解決工程實際問題的能力。教學方法得當，充分利用多媒體教學，激發學生學習興趣，提高教學效果。[10]多媒體課件中除了課程的文字性內容外，還要包括自制的動畫課件和機械相關的視頻信息，如企業內各種設備、工具和零部件及加工錄像等。此外，在機械原理及設計課程中有關結構分析、運動分析、常用零部件選型、強度分析和計算等方面的教學還應該注意多媒體和板書的綜合利用。

二、總結歸納

機械原理及設計課程在“卓越計劃”教育的課程體系中處于承上啟下的地位，因此加強卓越班級機械原理及設計的精品課程建設具有非常重要的意義和作用。在課程建設過程中，從面向工程化、保證課程實施、課程評價體系以及課程改革和創新等方面采取不同的措施和方法，可進一步提高卓越計劃的教育教學質量，提高學生的學習興趣和自主性，提高學生的實踐能力和創新能力，使學生能夠牢固掌握機械原理及設計中的相關基礎知識和內容，為機械類后續課程的學習打下良好基礎。

參考文獻：

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[7]趙世田，周海，劉道標.“機械原理”雙語教學實踐與探索[J].中國電力教育，2012，（31）：31.

[8]王俊峰，田麗萍.Matlab運動仿真在機械原理課程設計中的應用[J].機電產品開發與創新，2009，（4）：187-188.

第6篇：機械系統設計論文范文

【關鍵詞】產品設計 創新 想象力 功能 原理 結構

【中圖分類號】G640 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-9646(2008)08-0185-02

1 引言

人類的一切文明都是設計的產物。工程產品設計就是利用科學研究得到的原理,發明現實世界里還沒有的人造裝置,以滿足人類在生活和生產中的各種各樣的需求,從而創造出更美好的新世界。文學家雨果曾說過“想象是偉大的潛水者。”[1,2]創作新的作品需要想象,同樣科學技術研究也需要創新性的想象與想象力培養。中國的大學教育傳統上以文學和政論為主,強調修身、齊家、治國平天下[3]。近代以來,西方的以分析精神為代表的現代科學教育進入中國,并且已成為理工農醫科學教育的核心[4]。根據中國教育的長期教育歷史和目前建設創新型國家的要求,當前有必要強調創新教育。前文從產品設計、想象與想象力和想象力培養三個方面著重討論了想象力在產品創新設計中作用[5]。表1列出的是發明家所需具備的主要素質[6],由數據可見,想象力和堅持性是邁向成功的兩個主要素質,因此,在科技人才的培養方面應注重這兩方面能力的鍛煉。只有不斷地在學習和工作中,主動地學習想象的方法,積極想象新的功能、原理和結構,才能更好地設計新產品。

機械產品、機電產品的設計也需要培養設計者的想象力,可以說,沒有想象,就沒有創造,只會是驥尾之蠅,亦步亦趨的步人后塵。我國政府倡導建設創新型國家,在一些領域要與國際先進水平并駕齊驅,這需要科技工作者與技術工人的共同努力。在新產品的創造過程中,需要設計者創新性的構思新產品、技術工程師設計新產品和制造工藝以及技術工人加工新產品。工人從事產品制造加工,技術人員從事產品設計和加工工藝編制,科學技術工作者從事產品創新思路研究與產品原型研制。想象力與堅韌不拔是創新工作者應注重培養和訓練的優秀素質。本文擬討論從事機電產品創新所需要注意的幾個問題。

2 功能設計的想象

產品是指生產出來的物品,對人類具有一定的功能。“顧客購買的不是產品本身,而是產品所具有的功能?！鄙鐣狭魍ǖ漠a品對其生產廠商是獲得經濟效益的產品,而對使用者來說,他人提供的產品就是自己的工具。西方的阿里士多德和培根曾對工具論作了闡述,與機械工業化革命相對應,工具論對機械工業革命、電氣化工業革命、信息化工業革命和生物技術革命都產生了顯著的作用。笛卡兒提出數學描述的方法論,后來牛頓、達爾文和哥白尼等分別提出了自然科學不同學科的基本原理。機械產品設計依據機械原理,1970年德國科學界提出的功能原理的產品設計,特別注重功能原理解。功能是產品購買者購買商品的原因,因此產品的設計就是實現某些產品功能。

在人類社會的前期發展過程中,工程科學一直沿用師傅帶徒弟的方式傳承手工技藝,有的的技藝還是家族傳遞下來,由于戰爭等災難因素,其中有的技術已經失傳。近代科學以伽利略為其開端的代表人物,將數學原理用于物理知識的表達和分析,開啟了近代工程科學。另一方面,知識的傳播也由學校完成,高等教育蓬勃發展,形成機械、電氣、土木、化工、計算機、信息和生物組成的現代工程科學體系。機械工程的歷史悠久,而且其原理知識滲透到各個工程技術領域,并沒有隨新型工程技術的發展而消亡,而是成為工程產品設計的基礎。例:現代的航天工業、生命技術和核能工業都離不開機械工程知識的支持。機械產品與信息科學、生命科學的結合,出現了數控加工機床、機器人和靶向藥物等一系列技術產品,人類的制造能力大幅度提高。近年來,隨著數字化設計和協同設計技術的發展,人們設計新產品的能力也將得到顯著提高,計算分析軟件包的開發與使用,必將對產品設計的方式和方法產生巨大影響,新產品的設計周期將大大縮短。

要設計出新的產品,就是設計出新的功能或功能組合。要實現產品的創新設計就是要在設計初始階段想象出新的功能或功能組合,向用戶提供新的功能。一般常用的想象方式是通過市場調研或用戶反饋的意見,提出產品功能的改進,新的產品功能很多是根據使用者需要而想象出來的。革命性的系列化產品都是依據新的科學原理,或變換原理或變換結構所想象出來的。例,從雙卡收錄機到卡式隨身聽,再到電子技術的MP4,前者使用相同的磁記錄原理,但變換了結構與功能組合,獲得了便攜的功能。后者采用新的磁記錄原理,利用巨磁阻效應設計出新的技術手段,實現播放聲音和圖像媒體的功能。

功能設計有分解和綜合方法,原理設計有集成、轉用和逆向等方法。產品的功能創新設計不一定是設計出前所未有的產品,隨著各個領域知識的融合和技術革命,很多產品的設計采用新的知識原理來更換以前產品所采用的原理,獲得更低的成本、更方便的制造或使用。

功能設計的創新過程中需要形象,例如人類想象出了飛機、電視機和收音機等,在設計這些產品前,人們就已經幻想象鳥一樣飛行,千里眼和順風耳,在古代的小說中就有這樣的文學想象,后來的技術革命用技術手段實現了人們以前的想象。要實現對新功能產品的想象,就必須解決其依托的核心功能原理,例如流體力學原理、無線信號傳遞等原理。物理原理、化學原理和生物原理是設計新型產品的基礎知識,近200年來,人們主動采用各種基本原理設計出許多種新產品,而且這一趨勢仍將繼續下去。

3 原理設計的想象

設計產品需要依據一定的功能原理,功能原理的創新就非常重要,機械原理知識僅僅是機械產品原理設計的基礎。有時很復雜的機械產品,如果用電子控制技術來實現,其結構就非常簡單。例上面所述的隨身聽。機械科學的原理并不多,常用的有杠桿、滑輪、嚙合傳動、摩擦傳動、滾動支承、滑動支承、電磁支承、凸輪、連桿、螺旋等十幾種。常用的電子原理有加、減、乘、除、微分、積分、反饋等?，F在基本的機械元件和電子元件都已有基本的單元銷售,已有專業化生產廠家生產這些標準化的元器件。復雜機電產品的設計并不是將機電單元簡單的堆砌在一起,而是有機的組合、有目的的組合基本單元,來實現其使用功能。

產品的制造工藝原理也十分重要,它們決定了產品設計是否可以物化、是否可行。常用的機械產品的加工工藝有車、銑、磨、刨、鏜、鑄造、焊接、熱處理,新的加工工藝有電子束焊接、激光表面處理、離子注入、化學氣相沉積、物理氣相沉積、腐蝕、鍵合等等,這些加工工藝都已在機械產品加工中得到廣泛應用。利用新的物理、化學或生物原理來發明新的機械產品或電子產品的加工工藝,這是目前和今后發展的方向之一。在知識教學中,更應培養學生的觸類旁通、獲取知識的能力。

現代的機電產品,在構思整體設計時就要分析其功能原理形態矩陣,比較優化得到最優的技術原理方案,并且擇善而從地詳細分析最佳方案。設計原理的選擇,不僅要考慮技術的先進性,還要分析其成本、環境的友好性和可持續發展的前景。對產品功能原理的優化軟件在近20年時間內得到了很大發展,例:TRIZ等。但,產品的成本分析和環境友好性分析仍無相應的設計軟件,這也是今后的發展方向之一。

隨著數字化設計、虛擬加工和虛擬裝配技術的發展,例:Unigraphics軟件包,機械產品的設計和制造過程也發生了很大變化,運用虛擬軟件設計來設計和制造產品的成本比試樣產品的制造,成本大大降低。數字設計、數字制造和數字管理技術的發展,依托于信息技術,對機械工業已經產生了變革性的影響。協同設計、協同制造和協同管理技術在最近幾年仍然會得到快速的發展。機電產品的原理設計有集成、轉用和逆向等方法。例如汽車內燃機集成了連桿傳動、軸承支承、凸輪傳動等。沖壓機和汽車發動機就是曲柄滑塊機構的轉用。鞋底防滑花紋的設計是摩擦學中理論應用的反問題。

4 結構設計的想象

要將設計原理實體化,獲取設計者設計的產品功能,就必須進行產品的結構設計。常用的結構設計方法有放大、縮小、轉用和變結構等。在機械系統的結構設計方面,俄羅斯的學者非常重視,而德國和日本的學者重視原理的設計和設計方法。我國的機械產品設計在1978年以前學習俄羅斯的結構設計,在80年代學習德國的功能設計理念、日本的二次設計方法。結構設計中常用的零件結構已經標準化。

從1960年來人們研究的仿生設計思路,為結構設計者提供了一條途徑。基于流體力學的飛機結構設計,基于固體力學的齒輪和滾動軸承設計,基于動量守恒原理的噴氣機設計,基于光學的鷹眼、蛙眼設計,基于紅外原理的制導設計等等。在固體材料結構方面有仿生陶瓷、仿生的復合材料,多層涂層設計模仿竹、海螺殼等結構,今后在有機材料的設計方面人們更加依賴于對自然材料的仿生。

結構的標準化、新材料的開發與應用將對機械結構的設計產生重大影響。前人的石器時代、青銅時代、鐵器時代和半導體時代以及今后的生物材料時代,都已經對產品的設計原理、設計方法產生了巨大影響,而且產品的結構也發生了很大變化。例:古代利用細繩作為鋸子,今天利用合金材料和電力驅動的電鋸,今后的激光切割等。新的原理、新的方法和新材料決定了那個時代的產品的技術含量和經濟效益。

現代機電系統向復雜化和微納化兩個方向發展。復雜機電產品集成了機械原理、電路原理和控制原理等。例如,盾構機械和大飛機等,復雜機電產品的結構比簡單機械要復雜100～10000倍,因此其設計制造是一個國家的機電產品設計制造能力的集中體現。復雜機電產品的設計過程中一般都采用數字化協同設計的組織方式,充分發揮各個設計單位的優勢,團隊的協作有助于縮短設計周期、提高設計效率和優化產品的性能。我國的機械工程教學中過分強調單元課程的學習,可喜的是近來組織機械設計大獎賽的競賽,這有助于培養設計復雜機電產品的能力。

微納機電產品,以微納微型、微納傳感器和芯片等技術為代表,在近10年內取得了一系列突破?；瘜W原理和生物原理也逐漸應用到這類微納機械產品的設計,例如生物傳感器和生物芯片等。未來的機械應該是生物機械,傳統的機械原理、機械設計和機械制造技術都日臻成熟,21世紀的機械是生物機械,這一點上大多數人已有共識。我們現在大學里培養的人才,今后的21世紀的機電產品創新必定依靠現在的青年人,因此有必要開設系統論、生物原理等課程,這一點仍有欠缺,也未達成共識,作者認為應從未來機械發展的高度,布局現在的機電產品設計人才的知識結構,以利于他們今后更有創造性、更好地創造出新的產品。

關于微納機電產品的設計,目前有兩種技術路線。其一,是將以前的機構、機械結構和電子元器件縮小,在微米級加工微型齒輪、連桿和軸承等。另一種思路是拋棄傳統的機械原理和機械零件設計,依據生物物理和生物化學的基本原理來構造微納系統,例如仿葵花的轉動機械等。作者認為第二種思路是更好的,因為機械原理和零件的設計應該隨時俱進,不應保守的依據毫米級的機械原理和零件,而應該結合生物科學的發展,將生物物理和生物化學與機械科學結合起來,創造出更多更好的微納機械系統。

5 結語

(1)功能、原理和結構的思路是德國科學家提出的別具一格的產品設計整體框架,本文從功能、原理和結構三方面再次討論產品創新設計中“想象力”的作用。

(2)未來機電產品的發展向復雜化和微納化兩個方向發展,今天我們在本科教育階段應該縮減單元知識的教學,增加系統論和生物原理的知識傳授。

(3)對于研究生的創新能力培養,學生的課題研究不應竭澤而漁,而應結合研究生的論文主題,在討論課上各抒己見,培養同學的提出問題、分析問題、解決問題和總結問題的能力。

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第7篇：機械系統設計論文范文

【論文摘要】：機電一體化是一種復合技術，是機械技術與微電子技術、信息技術互相滲透的產物，是機電工業發展的必然趨勢。本文簡述了機電一體化技術的基本結構組成和主要應用領域，并指出其發展趨勢。

現代科學技術的發展極大地推動了不同學科的交叉與滲透，引起了工程領域的技術改造與革命。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發展及其向機械工業的滲透所形成的機電一體化，使機械工業的技術結構、產品機構、功能與構成、生產方式及管理體系發生了巨大變化，使工業生產由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發展階段。

一、機電一體化的核心技術

機電一體化包括軟件和硬件兩方面技術。硬件是由機械本體、傳感器、信息處理單元和驅動單元等部分組成。因此，為加速推進機電一體化的發展，必須從以下幾方面著手：

（一）機械本體技術

機械本體必須從改善性能、減輕質量和提高精度等幾方面考慮?，F代機械產品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕質量除了在結構上加以改進，還應考慮利用非金屬復合材料。只有機械本體減輕了重量，才有可能實現驅動系統的小型化，進而在控制方面改善快速響應特性，減少能量消耗，提高效率。

（二）傳感技術

傳感器的問題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，提高可靠性與防干擾有著直接的關系。為了避免電干擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢。對外部信息傳感器來說，目前主要發展非接觸型檢測技術。

（三）信息處理技術

機電一體化與微電子學的顯著進步、信息處理設備（特別是微型計算機）的普及應用緊密相連。為進一步發展機電一體化，必須提高信息處理設備的可靠性，包括模/數轉換設備的可靠性和分時處理的輸入輸出的可靠性，進而提高處理速度，并解決抗干擾及標準化問題。

（四）驅動技術

電機作為驅動機構已被廣泛采用，但在快速響應和效率等方面還存在一些問題。目前，正在積極發展內部裝有編碼器的電機以及控制專用組件-傳感器-電機三位一體的伺服驅動單元。

（五）接口技術

為了與計算機進行通信，必須使數據傳遞的格式標準化、規格化。接口采用同一標準規格不僅有利于信息傳遞和維修，而且可以簡化設計。目前，技術人員正致力于開發低成本、高速串行的接口，來解決信號電纜非接觸化、光導纖維以及光藕器的大容量化、小型化、標準化等問題。

（六）軟件技術

軟件與硬件必須協調一致地發展。為了減少軟件的研制成本，提高生產維修的效率，要逐步推行軟件標準化，包括程序標準化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程等。

二、機電一體化技術的主要應用領域

（一）數控機床

數控機床及相應的數控技術經過40年的發展，在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具體表現在：

1、總線式、模塊化、緊湊型的結構，即采用多CPU、多主總線的體系結構。

2、開放性設計，即硬件體系結構和功能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準，能最大限度地提高用戶的使用效益。

3、WOP技術和智能化。系統能提供面向車間的編程技術和實現

二、三維加工過程的動態仿真，并引入在線診斷、模糊控制等智能機制。

4、大容量存儲器的應用和軟件的模塊化設計，不僅豐富了數控功能，同時也加強了CNC系統的控制功能。

5、能實現多過程、多通道控制，即具有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力，并將刀具破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集成到系統中去。

6、系統的多級網絡功能，加強了系統組合及構成復雜加工系統的能力。

7、以單板、單片機作為控制機，加上專用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。

（二）計算機集成制造系統（CIMS）

CIMS的實現不是現有各分散系統的簡單組合，而是全局動態最優綜合。它打破原有部門之間的界線，以制造為基干來控制“物流”和“信息流”，實現從經營決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提高可以使各種生產要素之間的配置得到更好的優化，各種生產要素的潛力可以得到更大的發揮。

（三）柔性制造系統（FMS）

柔性制造系統是計算機化的制造系統，主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。它可以隨機地、實時地、按量地按照裝配部門的要求，生產其能力范圍內的任何工件，特別適于多品種、中小批量、設計更改頻繁的離散零件的批量生產。

（四）工業機器人

第1代機器人亦稱示教再現機器人，它們只能根據示教進行重復運動，對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活性；第2代機器人帶有各種先進的傳感元件，能獲取作業環境和操作對象的簡單信息，通過計算機處理、分析，做出一定的判斷，對動作進行反饋控制，表現出低級智能，已開始走向實用化；第3代機器人即智能機器人，具有多種感知功能，可進行復雜的邏輯思維、判斷和決策，在作業環境中獨立行動，與第5代計算機關系密切。

三、機電一體化技術的發展前景

縱觀國內外機電一體化的發展現狀和高新技術的發展動向，機電一體化將朝著以下幾個方向發展：

（一）智能化

智能化是機電一體化與傳統機械自動化的主要區別之一，也是21世紀機電一體化的發展方向。近幾年，處理器速度的提高和微機的高性能化、傳感器系統的集成化與智能化為嵌入智能控制算法創造了條件，有力地推動著機電一體化產品向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能，具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力，從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。

（二）系統化

系統化的表現特征之一就是系統體系結構進一步采用開放式和模式化的總線結構。系統可以靈活組態，進行任意的剪裁和組合，同時尋求實現多子系統協調控制和綜合管理。表現特征之二是通信功能大大加強，一般除RS232等常用通信方式外，實現遠程及多系統通信聯網需要的局部網絡正逐漸被采用。未來的機電一體化更加注重產品與人的關系，如何賦予機電一體化產品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。機電一體化產品還可根據一些生物體優良的構造研究某種新型機體，使其向著生物系統化方向發展。

（三）微型化

微型機電一體化系統高度融合了微機械技術、微電子技術和軟件技術，是機電一體化的一個新的發展方向。國外稱微電子機械系統的幾何尺寸一般不超過1cm3，并正向微米、納米級方向發展。由于微機電一體化系統具有體積小、耗能小、運動靈活等特點，可進入一般機械無法進入的空間并易于進行精細操作，故在生物醫學、航空航天、信息技術、工農業乃至國防等領域，都有廣闊的應用前景。目前，利用半導體器件制造過程中的蝕刻技術，在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。

（四）模塊化

模塊化也是機電一體化產品的一個發展趨勢，是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產品種類和生產廠家繁多，研制和開發具有標準機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產品單元是一項復雜而重要的事，它需要制訂一系列標準，以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產品生產企業可利用標準單元迅速開發新產品，同時也可以不斷擴大生產規模。

（五）網絡化

網絡技術的飛速發展對機電一體化有重大影響，使其朝著網絡化方向發展。機電一體化產品的種類很多，面向網絡的方式也不同。由于網絡的普及，基于網絡的各種遠程控制和監視技術方興未艾，而遠程控制的終端設備本身就是機電一體化產品。

（六

）綠色化

工業的發達使人們物質豐富、生活舒適的同時也使資源減少，生態環境受到嚴重污染，于是綠色產品應運而生。綠色化是時代的趨勢，其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個生命周期中，對生態環境無危害或危害極小，資源利用率極高。機電一體化產品的綠色化主要是指使用時不污染生態環境，報廢時能回收利用。綠色制造業是現代制造業的可持續發展模式。

綜上所述，機電一體化技術是眾多科學技術發展的結晶，是社會生產力發展到一定階段的必然要求。它促使機械工業發生戰略性的變革，使傳統的機械設計方法和設計概念發生著革命性的變化。大力發展新一代機電一體化產品，不僅是改造傳統機械設備的要求，而且是推動機械產品更新換代和開辟新領域、發展與振興機械工業的必由之路。

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第8篇：機械系統設計論文范文

【關鍵詞】智能機器人；巡線；反射式紅外傳感器

1前言

隨著城市的發展，電網越來越龐大，變電站越建越多，但是變電站巡檢人員卻有限，雷電、大風雨等極端天氣中電力工人戶外工作艱難。要是一味地延續以往的巡視維護工作方式，企業將要投入更多的人力物力，引入智能機器人可以大大減輕運行人員在運維工作中的壓力。更重要的是，可以提高巡檢質量。機器人通過精準的計算及監控手段，對電力設備無死角巡視，可以發現一般肉眼難以發現的情況，杜絕人工巡視時出現的疲勞工作現象，保證巡視工作保質高效完成。本設計就是在這樣的背景下提出的，為了適應變電站巡線的發展對智能機器人的要求，提出簡易智能巡線機器人的構想，設計出了一個集環境感知、規劃決策、自動駕駛等功能于一體的綜合系統。

2智能機器人簡介

智能機器人采用電機與車輪一對一驅動方式，L298D驅動模塊配合單片機實現四輪驅動功能，其中包括機器人的前進功能、后退功能、左轉功能以及右轉功能。采用紅外對管傳感模塊將信號反饋給單片機的方式實現紅外循跡避障功能，其中包括機器人的黑白線自動循跡功能、機器人的紅外感應避障功能。采用高清攝像頭實現防水、防風、防撞擊、防火災、防短路電流等災害全過程記錄功能。

2．1系統架構

智能機器人的整體性能與控制系統的性能有很大的關系，一個好的控制系統是設計一個性能優良的機器人的基礎。本為以AT89C52單片機為中樞，建立擁有驅動系統、人機交互系統、傳感系統及圖像識別系統組成的控制系統，同時，由電壓轉換設備和電力儲藏設備構成的供電系統為智能機器人的正常運行提供了電力支持。

2．2實現功能

智能機器人的設計目標是機器人能在變電站正常環境中穩定工作，它的行為既可以由操作人員控制也可以自主完成。本文設計的機器人可以實現的功能如下:(1)正常運動功能:機器人的前進功能、后退功能、左轉功能以及右轉功能。(2)尋線功能:根據規劃好的路徑，在地面上做出導航線，要求機器人能夠沿導航線自行移動:要求機器人具有自主防撞能力，在運行中遇到人或障礙物時，能夠暫停移動。(3)避障規劃:在設有障礙物的道路上，能夠主動識別并避開障礙物，規劃處最優路徑，到達預訂目的地。(4)圖像識別功能:機器人按照預設軌跡巡查變電站設備及輸電線路，實現防水、防風、防撞擊、防火災、防短路電流等災害全過程記錄，可以記錄災害的全過程－倒搭影響全過程、位移變化曲線、氣象全過程數據等。

3系統設計

3．1驅動模塊

由于服務機器人的工作空間主要在變電站，地面平坦，不需要太大的輸出扭矩，必須能靈活操控，而且要求體積小，重量輕、方便檢修，我們在普通電機和直流伺服電機之間做了比較。與普通電機相比，由于伺服電機在調速范圍，機械特性和調節特性的線性度，響應快速性等方面均占優，且當控制電壓改變為零時能立即停止轉動;普通電機則做不到。同時從結構上比較，兩者的區別在于電樞鐵心的長度與直徑之比，伺服電機較大，而氣隙較小，因此在精密定位和寬調速范圍的應用場合，一般都選用伺服電機。智能機器人將借助L293D驅動芯片來驅動以及控制四輪小車的4個直流電機，每個L293D驅動芯片可驅動及控制兩個直流電機。L293D具有很強的驅動力，可以同時控制獨立改變各個電機的轉動方向;可以通過PWM控制使能端的信號輸入實現直流電機的轉速控制。與控制板連接，接受控制信號，并可以通過改變輸入端的邏輯電平實現電機正轉與反轉。

3．2傳感器模塊

要想使移動式機器人在運動空間中安全穩定的行走，就需要對機器人本身及其周圍環境物體之間的相對位置和距離進行探測，可以用到一種外界傳感器，即接近覺傳感器。這種傳感器對機器人在工作過程中進行路徑規劃以及防止機器人與外界物體相撞十分有意義。我們在智能機器人上安裝了超生傳感器和紅外尋線傳感器。采用最常用的超聲傳感器來作為機器人的視覺功能，它內部有一超聲波發射管和一超聲波接收管。發射管發出超聲波，如果其正前方沒有物體，那么接收管接收不到超聲波反饋信號。當前方出現物體時，超聲波信號經過物體被反射了回來，這時接收管接收到信號，向單片機發出高電平信號，以告知單片機其前方出現障礙物。從光學上考慮，白色對光的反射程度很高，黑色與白色相反，黑色會吸收光線，對光的反射程度很低。所以紅外二極管發射紅外線后，小車經過黑線時會被吸收大量紅外線，紅外接收器接收少量紅外產生很低的反饋電流，在白色區域行駛則獲得大量紅外反射，紅外接收器反饋電流大。根據傳感器反饋的電流值，經過比較器的篩選，可以轉為單片機可接收的高/低電平，單片機受到電平的不同，經過程序對電平訊號進行處理后改變小車的行動。以小車前進方向為車頭，在車頭兩側對稱安裝射向地面的紅外對管，在地面布置一條黑線，讓小車沿著黑線行駛，小車正常前進時，紅外對管正對這地板，地板將大量紅外線反射到紅外接收管，傳感器輸出高電平，小車繼續前進。當小車偏離原本軌道，其中任一紅外對管正對黑色線，紅外射線被黑線大量吸收，紅外接收管輸出信號為低電平，則小車在往低電平側原地轉向，直到兩邊紅外對管都輸出高電平，小車繼續前進。

3．3人機交互模塊

智能機器人輸入輸出設備包括藍牙鍵盤和紅外控制器。我們可以通過通過藍矛鍵盤或紅外控制器輸入控制信息，進而完成人機交互，實現對機器人的遠程實時控制。紅外控制器主要有一個接收芯片和一個紅外發射控制板組成，紅外接收芯片可以接受并識別發射器發射的不同控制信號，并把信號發給控制板，控制板發出命令，使服務機器人執行不同動作。

3．4圖像識別模塊

通過在機器人云臺上裝設高清攝像頭，機器人按照預設軌跡巡查變電站設備及輸電線路，實現防水、防風、防撞擊、防火災、防短路電流等災害全過程記錄，可以記錄災害的全過程－倒搭影響全過程、位移變化曲線、氣象全過程數據等，為后期對災害分析提供有力的數據及影像支撐。此項技術可以廣泛用于防范惡劣天氣災害，直接保障了各類電力用戶的用電安全;通過與變電站控制后臺的視頻視覺識別及線路傳感器測量的數據融合及決策系統連接，能夠以極地的成本大大的提高變電站線路及設備在線監測的準確性，防災預警，降低多類災害發生的概率，經濟效益可觀.

3．5電源模塊

電源系統對智能機器人來說是相當重要的，可以說電源是機器人的生命源，機器人控制系統各芯片的運作，驅動系統電機的運轉等都需要電源提供原動力。電源系統有電池和電源管理模塊組成。根據我們的需要，我們在設計中選用鎳鎘蓄電池。電源管理模塊的基本要求是提供穩定的電壓，各路電壓信號不能互相干擾。它的作用是對7．2V1800mA鎳鎘蓄電池進行電壓調節。根據系統各部分正常工作的需要，各模塊的電壓值可分為5V、6．5V、7．2V三個檔。電源管理單元主要用于以下三個方面:(1)采用穩壓管芯片LM2576將電源電壓穩壓到5V后，給單片機系統電路供電。(2)經過一個二極管降至6．5V左右后供給攝像頭。(3)直接給直流驅動電機、驅動芯片LQ7960M電路供電。

4結語

在完成了軟、硬件設計的基礎上，制作了智能機器人樣機，并進行了實驗。使用STC－ISP軟件對單片機進行程序的燒錄，對軟件進行設置后，通過串口把程序燒錄到單片機中，并對智能機器人進行了功能測試，機器人實現了預設功能。最后將編譯完整、正確的應用程序燒錄到控制芯片，進行固化后的程序運行，機器人能夠按程序設定實現預期功能，并且經過長時間工作，功能可靠。此款智能機器人預設功能的實現，在生產和學術研究中均有重要意義。本文所提出的處理思路對這些方面的研究有一定的參考意義。

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