时间：2022-05-10 10:15:12
1机械结构应注意的防腐蚀细节
机械结构的防腐蚀设计对于机械结构的创新及优化而言具有至关重要的意义，为了更好地完成机械结构的优化，各机械设计企业在进行机械设计的过程中理应注意如下防腐蚀细节：
①必须确保设备的机械结构于停车期间完全空干，以防止因介质残留淤积而造成的腐蚀。
②防止间隙结构的出现，以杜绝腐蚀介质的入侵。
③高温及高质量浓度将导致沉淀物及冷凝物的出现，进而增加腐蚀几率，因此设计人员在结构设计时必须避免此类现象的出现。
④异类金属接触可能导致接触性腐蚀出现，因此设计人员在进行结构设计时理应尽可能地将异类金属有效地隔绝开来。
⑤避免高速流体接触流道壁面，以降低侵蚀腐蚀。
⑥遵守最小化表面积原则，也就是说在容积一样的情况下让结构被腐蚀的表面积最少，比方说球体结构最好，其次便为圆柱体。
2机械结构创新设计与变元法应用
我们在对某一结构的设计方案展开评价时，理应对其将带来的经济效益、所具有的工艺性、技术可行性等相关指标进行综合的考量，随后从诸多备选结构方案中选出最佳的结构方案。在机械结构方案已然确定的情形下，也可对重要结构或零件展开不同变元的研究，甚至于变元间展开综合的联合修改，已实现优化设计的目的。此外，也可选用某些数学模型，之所以建议大家选择数学模型，主要是由于数学模型能够较好地介绍结构设计中的尺寸及数量变元，同时还能够对材料变元展开间接的介绍。以机械设备的不同要求及特征为依据，综合使用不同变元，使用设计人员掌握的经验和知识，借助创造性思维的方法，设计出不一样的机械结构。比方说如下转盘结构。在以上三大结构图里，假如把结构设计方案1里的锥齿轮间与主轴承二者之间的位置进行调整，且借助调整位置变元，接着再改变水平轴位置的左轴承形状，即借助更改形状变元后得到结构设计方案2。假如更改方案1里的主轴承及齿轮的尺寸、大小与数量，且借助调整二者的数量变元与尺寸变元，随后再调整齿轮构件及轴承零件的位置，再改变位置变元，即能够得到设计方案3。从以上盘结构方案都可采用变元法较好的实现。如果进一步运用变元法，同样可以获得更多类型各异的结构设计方案。借助对比以上三大结构方案，综合研究社会效益可行性与制造工艺等诸多内容，我们可以得出这样的结论：方案2系三大方案中最佳结构组合。某一机械结构方案的综合评估，理应以实际使用效果充当最后评估的事实依据。如果对转盘结构里的齿轮构件展开进一步的可行性分析与优化设计，同时对滚动轴承和齿轮工作展开弹性流体压润滑研究，接着实施精密计算，均能够为改善转盘结构设计提供诸多参考数据。
3结语
深入分析机械创新结构设计对于机械行业的发展而言具有举足轻重的作用，它不仅能够更好地满足当前社会对机械设备不断升高的要求，实现各类机械零件的最佳组合，同时还可以推动机械行业的可持续发展。因此各机械设计企业理应在机械设备设计过程中充分采用创新设计理念，寻找最佳结构设计，以设计出更多的结构方案，推动企业自身的发展，最终促进社会的良性发展
作者：高新红 单位：成都航空职业技术学院
1机械结构设计上的七种变元创新方法
德国人发明的这一种变元法，是目前世界上最为科学易懂的变元方法，它能够衍生出许多不同的方法，具有很大的可塑性。这种方法的内涵主要有两部分：它变化内容多样，包括材料、数量、位置、尺寸、形状、连接、工艺七个方面；另一部分是上述七个方面的具体运用，运用的前提条件是机械基本结构，这些元素在其基本结构的基础上进行一定的变化，这样就有不同的形式，新的机械结构设计方案就创造出来了，这样就达到了优化设计机械结构的目的。接下来笔者将会重点介绍七种创新方案在机械结构设计的具体运用，其最终目的还是满足整个机械产品的生产的要求，这也是目前机械工作者普遍使用的方案。
1.1材料变元
现实生活中很多种材料都可以用来设计机械结构，不一样的材料要求的加工方法和手段不一样、适用的结构类别不一样、零件需要的大小也不一样。材料的变元可以变化出不一样的结构模式。比如说：在进行钢材料的结构设计过程中，零件的截面面积越大，材料结构强度就越大、越硬；在铁材料的结构设计中，为了使结构变强变硬，人们通常使用加强筋和隔板的方法；在塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板和壁厚应该无差而别且对称均匀。
1.2数量变元
在产品的结构当中主要包括以下几个方面，即零件以及轮廓面、线和加工、工作面共同构成了产品本身，如果想要将机械的结构目的进行改变，那么就可以通过调节上述结构元素而实现。就好比在铸件的过程中，是希望越简单便捷越好的。能够节省一些不必要的零件配置，又能在安装的时候方便人们的使用，这在无形中就提高了工作效率，比如安装一个螺丝钉的时候，如果按照螺钉和垫圈以及弹簧垫圈才能结合在一起的模式去安装，那么就需要最少三个步骤，但是如果把它们设计为一体的话，就可以大量地节省安装的时间，提高了效率。
1.3位置变元
在实际操作过程中，产品结构的元素之间的位置是可以进行调换的，这样可以无形中使结构本身的设计更加完善。比如，零件的焊缝位置应该对应中性轴或者至少需要靠近中性轴，这样便于将收缩力减少或者能够避免产品的变形。除此之外，零件的摆放问题也十分重要，如果杂乱无章则会大大阻碍操作速度。
1.4尺寸变元
零件的尺寸必须符合使用的标准才行，必须在各项标准合格之后才可以进行操作，比如：在冷冲压弯这一工艺中，就需要零件按照既定的需求进行弯曲，如果零件在加工的过程中，实现了标准的弯度，那么就算是一个成品，不需要再度进行加工。如果不符合产品的需求那么还需要进一步的加工整形来达到产品的要求。
1.5形状变元
机械整体的结构目的可以通过调整零件的形状或者改变其规格的大小而实现。比如在弹簧的生产过程中需要考虑多个问题，首先是弹簧的大小及其相对的螺丝垫圈的规格，能否让弹簧和使用的螺旋面以及被需要压紧的零件相吻合，就需要设计出不同规则的产品，无论零件的形状面如何都需要相匹配的弹簧来配合才行，如果零件之间的距离过大，或者不能够将压力有效融合，那么零件在安装过后就不算是合格，如果这一类零件销售在市场中，很可能造成一系列事故，那么为了防止拉簧因为这些问题而失去使用效率，就势必要将弹簧的设计空间放大，并且实现它的自身独特性，即使它在单独使用的过程中也可以实现跟其他零件的配合。
1.6分析连接变元
一是联接方法，主要的模式有焊接、胶结以及螺纹联接等方式。二是联接的方式，根据结构类型的不同而不同，因此为了丰富联接方式以及寻找到最为契合的联接方式，各个联接的结构以及联接的方式都可以进行相对应的合理调整。比如：针对一些需要拆卸的零件，如果在联接的方式上不能选择好，那么就会在联接和拆卸方面造成一定的困难，此类的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所购买的一些产品，像是随声听的后盖，就可以任意拆卸下来安装电池来维持继续使用，这样的结构也方便用户使用，从未为其提供便捷的操作模式。
1.7分析工艺变元
零件在产生之前，往往会有其自己的设计图纸，而设计图纸上面的结构内容直接决定了产品属于何种工艺级别的零件，因为每一个设备的零件都不是完全相同的，所以零件的设计以及成本也千差万别，如果设计工艺在产品出产之前没有得到完善，那么势必会影响到零件自身的质量，一旦零件没有合乎要求，那么产品的整体结构就会受到一定的影响。因此在零件铸造之前对于零件图纸的研究必须给予深度的重视，现在的加工技艺正呈现着不断创新和完善的趋势，但是问题也就随之而来，这些加工工艺虽然具有创新性，但是还不够成熟，并非达到了理想中的需求，因此还需要进一步的对此加大研究的力度。
2机械结构创新的尝试及优化测评
2.1机械结构设计的创新尝试
防腐剂在石油以及一些石化设备中具有十分重要的作用，下文以其为例，阐述变元法在其中重要的作用。石油和石化设备必须进行防腐蚀性的设计，这样一来，在设计的最初就应该考虑到防腐蚀性的大小和影响因素，从而采取必要的保护和防治措施，主要有以下几个方面。首先，在总体的设计上面，对停车间给予了严格的要求，不能堆放杂乱，不能潮湿，不能含有其他不利于防腐的物质存在。其次，设备的使用年限与设备本身一些极为细小的间隙区有着十分重大的联系，这些缝隙极有可能在人眼看不到的地方发生腐蚀问题，或者这些缝隙人是无法凭借手工去进行操作控制的，就像是一些产品的焊接点，这些产品貌似看起来已经不存在腐蚀的可能，但是难免会有看不到的缝隙存在，应该进行必要的封存和填补，或者干脆将缝隙扩大，这样便于对其进行维修补救和防护。再次，温度较高以及质量较高的浓度阶梯，局部势差问题往往在这种情况和产品中产生，一旦发生了腐蚀则不可控制。此外，每一种金属都有着自己独特的属性，产品在构建的过程中不一定是一种金属构建而成，多半是几种金属共同组合而成，但是不同的金属势必会产生接触面的腐蚀，应该对此进行绝缘处理。最后，面积越小腐蚀的点也就越小，因此要针对产品的不同设计缩小表面积从而减少腐蚀。
2.2对机械结构变元创新设计的优化评测
机械结构在完成变元创新实践之后。要根据目前的性能以及使用效果进行一个综合的测评，首先要进行模糊测评，运用理论研究和一些理想化的模型设计一种测评模式，但是这种测评模式并不是实际操作中的模型，而是通过一定的数学模型，根据先进的设计理念和规划，对其进行变化创新设计的检测。在测试的过程中测试者凭借自己多年的使用经验和研究理念进行对其综合评价的过程，并根据现有的先进思维对其进行构建，在测试的过程中还需要考虑到社会实际问题，产品在经过变元之后，使用方面是否安全，便捷，可维修性是否达到了指标，并且要将逻辑推理的思维运用到其中，选择出使用其整体变元的方案，最后针对已经选择好了的方案，进行进一步地修改和完善，从而作用于产品的机械结构构建当中，服务于产品的整体功能。
3结束语
机械创新结构设计在目前产业的发展和建设当中占据着十分重要的比例，因此研究其具有不菲的价值，但是研究机械创新结构设计并非一件简单的事情，对于设计者和研究者都提出了非常高的要求，不仅在专业知识方面要熟练甚至精通，还要有敏捷的分析能力和发现问题解决问题的能力，创新的思想和技术知识更是不用说，这也是前提之一。
作者：陆建荣 单位：南通广播电视大学
1机械结构设计上的七种变元创新方法
德国人发明的这一种变元法，是目前世界上最为科学易懂的变元方法，它能够衍生出许多不同的方法，具有很大的可塑性。这种方法的内涵主要有两部分：它变化内容多样，包括材料、数量、位置、尺寸、形状、连接、工艺七个方面；另一部分是上述七个方面的具体运用，运用的前提条件是机械基本结构，这些元素在其基本结构的基础上进行一定的变化，这样就有不同的形式，新的机械结构设计方案就创造出来了，这样就达到了优化设计机械结构的目的。接下来笔者将会重点介绍七种创新方案在机械结构设计的具体运用，其最终目的还是满足整个机械产品的生产的要求，这也是目前机械工作者普遍使用的方案。
1.1材料变元
现实生活中很多种材料都可以用来设计机械结构，不一样的材料要求的加工方法和手段不一样、适用的结构类别不一样、零件需要的大小也不一样。材料的变元可以变化出不一样的结构模式。比如说：在进行钢材料的结构设计过程中，零件的截面面积越大，材料结构强度就越大、越硬；在铁材料的结构设计中，为了使结构变强变硬，人们通常使用加强筋和隔板的方法；在塑料材料的结构设计中，塑料件的筋板和壁厚应该无差而别且对称均匀。
1.2数量变元
在产品的结构当中主要包括以下几个方面，即零件以及轮廓面、线和加工、工作面共同构成了产品本身，如果想要将机械的结构目的进行改变，那么就可以通过调节上述结构元素而实现。就好比在铸件的过程中，是希望越简单便捷越好的。能够节省一些不必要的零件配置，又能在安装的时候方便人们的使用，这在无形中就提高了工作效率，比如安装一个螺丝钉的时候，如果按照螺钉和垫圈以及弹簧垫圈才能结合在一起的模式去安装，那么就需要最少三个步骤，但是如果把它们设计为一体的话，就可以大量地节省安装的时间，提高了效率。
1.3位置变元
在实际操作过程中，产品结构的元素之间的位置是可以进行调换的，这样可以无形中使结构本身的设计更加完善。比如，零件的焊缝位置应该对应中性轴或者至少需要靠近中性轴，这样便于将收缩力减少或者能够避免产品的变形。除此之外，零件的摆放问题也十分重要，如果杂乱无章则会大大阻碍操作速度。
1.4尺寸变元
零件的尺寸必须符合使用的标准才行，必须在各项标准合格之后才可以进行操作，比如：在冷冲压弯这一工艺中，就需要零件按照既定的需求进行弯曲，如果零件在加工的过程中，实现了标准的弯度，那么就算是一个成品，不需要再度进行加工。如果不符合产品的需求那么还需要进一步的加工整形来达到产品的要求。
1.5形状变元
机械整体的结构目的可以通过调整零件的形状或者改变其规格的大小而实现。比如在弹簧的生产过程中需要考虑多个问题，首先是弹簧的大小及其相对的螺丝垫圈的规格，能否让弹簧和使用的螺旋面以及被需要压紧的零件相吻合，就需要设计出不同规则的产品，无论零件的形状面如何都需要相匹配的弹簧来配合才行，如果零件之间的距离过大，或者不能够将压力有效融合，那么零件在安装过后就不算是合格，如果这一类零件销售在市场中，很可能造成一系列事故，那么为了防止拉簧因为这些问题而失去使用效率，就势必要将弹簧的设计空间放大，并且实现它的自身独特性，即使它在单独使用的过程中也可以实现跟其他零件的配合。
1.6分析连接变元
一是联接方法，主要的模式有焊接、胶结以及螺纹联接等方式。二是联接的方式，根据结构类型的不同而不同，因此为了丰富联接方式以及寻找到最为契合的联接方式，各个联接的结构以及联接的方式都可以进行相对应的合理调整。比如：针对一些需要拆卸的零件，如果在联接的方式上不能选择好，那么就会在联接和拆卸方面造成一定的困难，此类的零件需要便捷的拆卸模式，比如日常生活中所购买的一些产品，像是随声听的后盖，就可以任意拆卸下来安装电池来维持继续使用，这样的结构也方便用户使用，从未为其提供便捷的操作模式。
1.7分析工艺变元
零件在产生之前，往往会有其自己的设计图纸，而设计图纸上面的结构内容直接决定了产品属于何种工艺级别的零件，因为每一个设备的零件都不是完全相同的，所以零件的设计以及成本也千差万别，如果设计工艺在产品出产之前没有得到完善，那么势必会影响到零件自身的质量，一旦零件没有合乎要求，那么产品的整体结构就会受到一定的影响。因此在零件铸造之前对于零件图纸的研究必须给予深度的重视，现在的加工技艺正呈现着不断创新和完善的趋势，但是问题也就随之而来，这些加工工艺虽然具有创新性，但是还不够成熟，并非达到了理想中的需求，因此还需要进一步的对此加大研究的力度。
2机械结构创新的尝试及优化测评
2.1机械结构设计的创新尝试
防腐剂在石油以及一些石化设备中具有十分重要的作用，下文以其为例，阐述变元法在其中重要的作用。石油和石化设备必须进行防腐蚀性的设计，这样一来，在设计的最初就应该考虑到防腐蚀性的大小和影响因素，从而采取必要的保护和防治措施，主要有以下几个方面。首先，在总体的设计上面，对停车间给予了严格的要求，不能堆放杂乱，不能潮湿，不能含有其他不利于防腐的物质存在。其次，设备的使用年限与设备本身一些极为细小的间隙区有着十分重大的联系，这些缝隙极有可能在人眼看不到的地方发生腐蚀问题，或者这些缝隙人是无法凭借手工去进行操作控制的，就像是一些产品的焊接点，这些产品貌似看起来已经不存在腐蚀的可能，但是难免会有看不到的缝隙存在，应该进行必要的封存和填补，或者干脆将缝隙扩大，这样便于对其进行维修补救和防护。再次，温度较高以及质量较高的浓度阶梯，局部势差问题往往在这种情况和产品中产生，一旦发生了腐蚀则不可控制。此外，每一种金属都有着自己独特的属性，产品在构建的过程中不一定是一种金属构建而成，多半是几种金属共同组合而成，但是不同的金属势必会产生接触面的腐蚀，应该对此进行绝缘处理。最后，面积越小腐蚀的点也就越小，因此要针对产品的不同设计缩小表面积从而减少腐蚀。
2.2对机械结构变元创新设计的优化评测
机械结构在完成变元创新实践之后。要根据目前的性能以及使用效果进行一个综合的测评，首先要进行模糊测评，运用理论研究和一些理想化的模型设计一种测评模式，但是这种测评模式并不是实际操作中的模型，而是通过一定的数学模型，根据先进的设计理念和规划，对其进行变化创新设计的检测。在测试的过程中测试者凭借自己多年的使用经验和研究理念进行对其综合评价的过程，并根据现有的先进思维对其进行构建，在测试的过程中还需要考虑到社会实际问题，产品在经过变元之后，使用方面是否安全，便捷，可维修性是否达到了指标，并且要将逻辑推理的思维运用到其中，选择出使用其整体变元的方案，最后针对已经选择好了的方案，进行进一步地修改和完善，从而作用于产品的机械结构构建当中，服务于产品的整体功能。
3结束语
机械创新结构设计在目前产业的发展和建设当中占据着十分重要的比例，因此研究其具有不菲的价值，但是研究机械创新结构设计并非一件简单的事情，对于设计者和研究者都提出了非常高的要求，不仅在专业知识方面要熟练甚至精通，还要有敏捷的分析能力和发现问题解决问题的能力，创新的思想和技术知识更是不用说，这也是前提之一。
作者：陆建荣 单位：南通广播电视大学机械工程学院
1．我国机械创新设计和制造
一般情况下，创新设计先后经过抽象思维、逻辑思维、全面分析和最后决策四个环节。抽象思维主要是是通过设计人员充分发挥创新思维和智慧，提出新颖的有可能实施的想法，是创新设计必备过程。有了抽象思维过后再将想法具体化，考察其逻辑性和可行性，结合有关的科学理论知识、原理进行进一步的新颖的、可行的、具体化的机械设计。而全面分析则包含了创新设计过程中所涉及的所有可能性，综合考虑技术的可行性、成本与性价比，最后设计出新的可以满足人们生活和生产需要的机器或者其他产品。
1.1我国机械创新设计过程
机械创新设计的目的在于改善机械本身的功能、性能或者以更低的经济成本制造满足生产生活需求的机械。目前，我国技术专家认可的机械创新设计过程一般可分为四个部分，一是根据具体需求确定机械设计的基本原理，二是机械结构的优化和改进，三是机械尺寸设计和参数优化，四是机械运动性能及动力参数优化。机械创新设计与普通的机械设计并没有实质性的差异，主要的区别在于机械创新性设计注重发挥人的主观能动性和创新能力的突破，在充分的调动人的积极性的同时创造出更加符合使用者需求的机械工具。
1.2我国机械创新设计的特点
机械创新设计主要包括四个特点：一是多学科知识交叉运用，互相融合，互相渗透；二是机械创新设计中，数字并非主要思考因素，而是应该充分结合过往经验和相关的理论知识，合理判断和提出可行的新的设计方案；三是机械创新设计不仅需要理论知识和经验，同时也十分注重灵感、想象力、创造力的作用，因此应该最大程度发挥四者的作用；四是凡是设计创造类等实践活动都需要不断重复、尝试，从中吸取经验，多级选择最佳方案。在机械创新设计过程中，只有完全领略和充分展现以上四个特点，才能做出优秀的创新设计。
2.我国机械创新设计思维
机械创新设计思维对于机械创新设计来说意义重大，只有通过不断的改革创新和开拓进取，勇于突破现有的固定模式和局限，采取新的方法、体制、设计才能使自身在飞速发展的时代中保持领先，走在时代的前沿。
2.1机械创新设计思维的涵义
创新设计思维就是指在原有的科学理论知识、原理以及过往的设计和经验中设想出新颖的、更能满足审美或者实用需求的设计方案。而对于机械设计人员来说，创新无疑是自身最优秀的竞争力，通过提高产品的性能、降低产品的成本以及缩短生产时间来提高机械设计的性价比。在机械创新设计过程中，首先应该有创造性思维，在前人的基础上提出更加优化的观念，并将这些优化的观念付诸实践，从而创造出新的不一样的机械设计。创造性思维具有多维多向性的特点，强调联想、灵感和感觉，并不是依靠固定的逻辑思维推理出来的，而是激发于机械创新设计人员的大脑。
2.2机械创造性思维的三大特征
2.2.1自由性
机械创造性思维最大的特征在于自由，创新是自由的，思想是自由的。机械创新设计人员可以在结合有关客观科学理论的基础上完全自由凭借自己的想象、灵感、直觉设计出新的机械，而不必有太多的思想束缚。在当今变化赶不上计划的经济时代，思维的自由符合现代社会发展的需要。而在机械设计工作中，要不断地有新的进步的成果，就必须突破原有的事物，消除固定思维的束缚，自由地翱翔在创新设计的天空中，只有不断突破和创新才能设计出更令人满意的成果。
2.2.2多向性
每个人的思维方式都不一样，具有多向性的特点。而在机械创造性思维中，同样具有多向性的特点，设计人员可以从不同角度去观察和判断问题，并且设想出完全不同视角的方案。设计的美妙恰巧在于它的多样性和多向性，没有固定的设想方向，任意一个方向都可以是设计者们延伸的目标。多向性思维与创造力是相辅相成、密不可分的，一个机械产品的设计过程中一定有过多向性的设想，从中择优进行实践得出最后产品。因此，多向性思维是机械设计中十分重要的一点。
2.2.3独创性
独创性即设计出跟别人不一样的产品，提出不一样的理念，突破原有的固定模式，创造出新颖的进步的成果。独创性是机械创新设计的目标，创新的目的在于独创，拥有别人没有的想法和成果。因此，在机械创新设计过程中，要学会从新的切入点思考问题，掌握不同的设计方法，敢于向原有的观点提出新的看法，从而设计出具有独创性、新颖的机械产品，更好满足生活和生产的需求。
综上所述，在机械创新设计的路途上还有很长一段路要走，在创新设计的过程中对于机械创造的创新思维非常重要，在遵行已有的设计基础上，需要更长远更有想象力的思维去推动机械创新设计的发展。
作者:石建单位:中国特种飞行器研究所
0引言
机械方案设计是一个创造性很强的活动，其思维过程是形象思维和抽象思维综合作用的结果。目前计算机辅助设计（CAD）主要解决了在计算和绘图等设计后续阶段对设计者的支持。而对于极富创造性的早期方案设计阶段的计算机支持至今没有取得实质性的进展。即使是智能CAD系统，所采用的方法的理论基础仍是基于传统的人工智能的知识表示与推理方法，即逻辑思维为基础，其中多以知识工程和专家系统的方法实现。这种CAD与AI的简单组合，没有也不可能从真正意义上实现方案设计自动化。创造性如何在方案设计过程中体现一直是困扰设计理论研究工作者的棘手问题，也一直没有很好地解决，本文将就这一问题作一探讨。
1机械方案设计的一般过程
一般认为，方案设计阶段主要有两个任务：首先是建立技术系统的功能结构。然后通过选择相应于功能结构中的每个功能的功能载体，并组合这些被选择的功能载体形成整个技术系统的设计方案。
通用设计理论认为，方案设计过程可表述为两个映射过程（图1）：即用户需求域到功能域的映射以及功能域到结构域的映射。由需求域到功能域的映射过程最能体现设计者的创造能力，这一过程涉及到对设计思维规律以及创造性机理认识水平，涉及到自然语言到专业技术语言的转化。尽管有些学者提出通过对设计要求进行层次分解来建立功能结构图的讨论，但一般还要通过人工干预进行。从功能到结构的映射，实际上是功能结构图中的每一个分功能与能实现该分功能的结构进行匹配，一般情况下，总体功能往往包含着许多分功能。而每一功能可以由不同的结构来实现，因此存在组合、协调和评价筛选的问题。具体的机械方案设计过程如图2所示。
（3）
当然能够实现各子功能的子结构数并不相等，可以将能够实现某一子功能的最多子结构数定为n，少于这个数的子功能元素项用零表示。图2所描述的机械方设计的一般过程，看起来很简单，但计算机实现有许多问题需要解决。如总功能如何分解为子功能、功能如何表达（因为从不同的角度提出的功能表达词汇是不相同的）以及如何有效根据功能索引子结构等问题有待进一步探讨和研究。
2基于机构结构类型变异综合方法
自60年代图论理论首次被应用于机构设计以来，它在机构分析与综合方面的应用得到深入的研究。在图论中，封闭的图代表机构，顶点代表连杆，边代表运动副。图可以用矩阵（如邻接矩阵和关联矩阵）表示、分析和计算。1979年，Freudenstein和Maki提出“功能与结构分离”的方法用于机构综合，随后许多学者对这一方法进行研究和深化。该方法包括如下几个环节：
2．1根据用户的需求，提出机构创新设计任务与技术要求：
（1）拓扑结构要求
如运动性质（平面运动或空间运动）、基本回路数（或独立环数目）、运动副类型及数目、构件类型及数目、主动副类型及其位置以及机架的构件类型及其位置；
（2）功能性要求
如输出构件数目及其位置、每一输出构件的任务（如轨迹生成、函数生成、导引以及其它要求、满足对预定的速度及加速度要求、满足对机构整体的动力学性能要求；
（3）约束条件
如运动精度、结构紧凑性、刚度、机械效益、轴销作用反力以及制造、装配、成本等方面的约束。
2．2结构类型综合
通过结构类型综合列出满足设计任务要求的全部结构类型并以适当形式表示。
2．3优选结构类型
根据功能要求和约束条件，筛选出好的结构类型。
该方法目前研究局限在平面连杆机构的结构类型综合，且一般集中在运动链同构识别、自由度识别方法以及平面运动链自动生成等理论方法研究阶段。尽管有一些应用的研究报道，但都是针对简单机构（如变冲程发动机活塞机构、车门开启机构等）通过人工方式实现。计算机实现还有一些关键技术没有很有效的方法，如运动链同构识别问题，主动副位置确定、机架位置的确定、杆组的自动划分以及对运动链进行评价筛选等问题。
3集成功能推理及结构推理的方案创新设计过程模型
如果用人工智能语言描述，在上述第1小节中讨论的机械方案设计的一般过程是基于功能推理方式，而第2小节中所讨论的机构结构类型变异综合方法是基于结构推理方式。这两种方式有其内在的联系，如何将这两种方式有机地联系在一起对于机械方案创新设计是一件很有意义的工作。功能推理主要解决功能到结构之间的映射，通过结构部件组合途径形成机械方案。而结构推理是从结构部件的拓扑结构上通过机构演绎（机架变换，主动件位置变换以及运动副类型变换）途径对机构进行变异创新，尽管目前结构推理局限在平面连杆机构结构类型综合，但通过本文的研究，该方法可以扩展到一般刚体机械方案创新设计。有鉴于此，作者提出如图3所示的集成功能推理和结构推理的机械方案创新设计过程模型。
该设计过程模型由以下主要步骤组成：
Step1：功能结构图的建立。根据设计要求，建立功能结构图。
Step2：根据建立的功能结构图，寻找满足各子功能要求的功能载体并组合成为原始机械方案。
Step3：将原始机械方案进行抽象化为表达机械方案连接信息的运动链表示。并记录原始方案一些约束信息，如自由度数、杆数、原动件必须是几副杆、输出构件是否必须与机架相连等等。
Step4：运动链发散。列举所有与抽象化表示的运动链具有相同自由度、杆副类型以及杆数的非同构运动链，并进行筛选。
Step5：机械方案元型集的生成。对筛选的运动链进行机架识别、原动件识别、杆组识别，形成用连杆和转动副表达的机械方案元型。
Step6：候选方案集的生成。将以上生成的机械方案元型通过类型替代，形成候选方案集。
Step7：方案的评价决策。得到最优方案。
Step8：方案的尺度综合。
4机械方案创新设计智能支持系统
根据以上的过程模型，我们开发了机械方案创新设计智能支持系统MCIDISS。系统的结构如图4所示。该系统由五大模块组成：
（1）基于实例功能推理的原始机械方案生成模块：该模块采用两级实例推理的模型，完成从设计任务到功能结构图的建立以及装置提取与组合协调设计生成原始机械方案的
任务。
（2）基于结构推理的方案设计创新模块：该模块在上面模块产生的原始机械方案的基础上，通过抽象化表示，将原始机械方案表达为一般化运动链，从机械方案拓扑联接上进行变异创新。
（3）评价决策模块：该模块主要任务是对各阶段的设计解进行评价决策。系统主要采用模糊综合评价决策方法。
（4）机构尺度综合模块：该模块主要任务是对组成机械方案的机构参数进行综合，以便从尺度上论证方案的可行性。
（5）运动分析及仿真模块：该模块是在完成机构尺度综合后，对其进行运动分析和仿真，以便使设计者对所设计的方案有一个清晰直观的认识。
5结束语
本文先简要分析了机械方案设计一般过程和机构结构类型综合的一般过程，在此基础上，研究并提出了集成功能推理和结构推理的机械方案创新设计过程模型。基于所提出的过程模型，作者开发了机械方案创新设计智能支持原型系统MCIDISS。MCIDISS开发和运行表明，其具有合理的知识库结构，运行情况稳定，用户界面友好，推理控制策略灵活，因此具有很好的实用性和较高的开发效率。
摘要:机械创新设计是指在设计者充分发挥创造力的前提下，使用现有的科学技术对构思进行创新，从而设计出实用性、新颖性、创造性的机械产品。在机械创新设计中，创新设计主要包括两方面，一是对机械产品的适用性、可靠性、经济性、技术性等进行改进和完善;二是创造性地设计出满足生活和生产新需求的新产品。
关键词:现代设计方法;机械创新设计;研究
1现代设计的定义和方法
现代设计是把传统的设计理论和设计方法作为基础，把计算机的应用作为标志，是具有信息化时代特征的新型设计技术。目前，现代设计已经逐渐发展到产品规划、产品制造、产品营销、产品运行、产品回收等各个层面，除开传统设计的理论和方法外，与设计相关连的技术和学科，特别是自动化的技术、制造工艺、材料知识、自然科学的知识、系统的管理技术等在现代设计中也是十分必要的内容。现代设计的方法是对把产品作为目标的知识的总称，其涵盖的内容和方法非常广泛，主要包括可靠性的设计、优化的设计、有限元的设计、计算机的辅助设计、价值工程等。
2机械设计
机械设计是属于综合性较强的工程技术，其在社会生活和生产中有着无可替代的重要作用。例如:人类生活所需的各种用品和工具，工业生产中所需的各种仪器和设备等都和机械设计紧密相连。在机械设计中，主要把机械设计的过程分为以下四个阶段:①产品规划的阶段;②方案设计的阶段;③技术设计的阶段;④制造和试验的阶段。
3机械创新设计的思路
机械的创新设计是设计者在对创造力充分发挥的前提下，使用现有的科学技术进行创造性的构思，从而设计出实用性、创造性、新颖性的产品。在机械创新设计中要着重解决的问题是对机械产品的创造模式、机理、方法、过程等进行探讨，通过对机械产品的程式化、算法化、符号化、定量化来强化机械设计的质量、效率、可靠性。虽然机械创新设计要基于机械设计的传统方法，但是机械创新设计更追求创造性，因为要加强机械产品的竞争力就必须强调设计的创新性。在机械创新设计中，虽然设计的投入只有产品总投入的5%，但是设计的决策在产品投入中占70%。由于在设计阶段就要对产品的结构、性能、成本、质量、维护等因素进行确定，且创新设计不仅是关于产品使用周期的设计，还是关于用户和市场的设计，因此只有通过机械设计的创新才能使机械产品具有更加良好的竞争力。机械的创新设计不仅繁杂、耗时、费脑力，还紧张、繁重、费体力，要有效地提升创新设计的效率，就要使用科学的设计工具和设计方法，而设计的自动化便是创新设计的理想目标。在机械的创新设计中，其科学性一方面可以让设计者从系统的层面认识设计，从而有效地避免不良设计;另一方面可以实现设计工具的寻求愿望，因此机械创新设计不仅是设计工作的实际需求，更是机械设计中CAD技术的未来发展趋势。
4现代设计创新的研究
机械创新设计是在设计者对创造力充分发挥的前提下，使用现有的科学技术创造性的构思，从而设计出实用性、创造性、新颖性的产品。机械的优化设计、计算机的辅助设计、有限元设计、系统设计、创新设计等形成了现代设计的系统方法库，且现代设计对利于设计思想和设计方法的学科不断吸收。专家系统、思维科学、人脑研究、人工智能等的发展使创新设计在机械设计中越来越重要，因为不仅专家系统、思维科学、人脑研究、人工智能等已经给创新设计奠定了理论基础，而且创新设计的发展还能促进创造思维的机理解释和科学技术的发展。在机械的创新设计中，创新设计的内容主要包括两个方面:①完善机械产品的经济性、技术性、适用性、可靠性;②设计和创造满足生活和生产需求的新产品。在机械的创新设计中，其关键的优秀主要是对机械产品的创造模式、机理、方法进行探索，并对机械产品的创新设计进行定量化和程式化。
5现代设计未来的发展趋势
现代设计是把分析软件和工程设计作为基础，把计算机作为工具，通过现代的设计理念进行设计的新型方法。ADAMS、PRO－E、SolidEdge、I－DEAS、UG、SolidWorks、NASTRAN、ADINA等都是现代设计中使用较多的分析软件。现代设计的方法中，在使用分析软件和计算机的同时，要遵循常规设计的内容，且在现代设计的方法强调中，不能忽视了常规设计的重要作用。现代设计的方法较多，且涉及学科较广，虚拟的设计、优化的设计、计算机辅助的设计、可靠性的设计、并行的设计、有限元的设计等都是现代设计中经常使用的设计方法。由于现代设计方法的通用性较强，比如:在优化的设计方法中，其理论基础不仅可以在机构的和零件的优化设计中使用，还能在建筑工程和电子工程等领域中使用，因此现代设计的发展较为快速。现代设计发展迅速的表现如下:1、机构的计算机辅助设计和计算机辅助设的并行发展。2、机械的优化化设计和优化设计。3、机械的可靠性设计和可靠性设计。4、设计过程更为数字化，既要对工程中确定性变量的数学建模和描述进行完善，还要对非确定性变量的数学建模和描述进行研究。5、设计过程更为智能化和自动化，不仅要对各种方法库、数据库、知识库进行研究、健全、发展，还要对商品软件的研发自学习、自适应、自编程，例如:对信息、数据、知识获取和处理技术的研究。6、对多目标和不可微模型进行优化、对工程的不确定模型和动态的多变量进行优化等优化程序和优化方法的研究，并且优化程序和优化方法的研究已经发展到了对广义工程系统领域的优化。7、对网络的协同设计和并行设计的技术研究、方法研究、软件研究。8、对仿真虚拟的试验研究、对虚拟设计的研究、对快速形成仿真虚拟的研究，这种研究是把计算机的仿真作为研究基础，集智能技术、人机工程、成形技术、多媒体技术、光电传感的技术、并行工程、材料、计算机的图形学等为一体的综合性研究。9、对CAD技术应用、推广、发展的研究，在CAD技术的研究中其关键内容是对功能性较强的商品软件进行研发。10、对微型机电系统的应用技术、设计方法、设计理论进行研究，例如:智能计算、纳米技术、微型机械的系统和微型机器人的系统的设计与计算。11、对关于生态设计的理论研究和方法研究，例如:对绿色的产品进行设计、对生产过程的清洁化进行设计、对产品的可回收进行设计等。12、对基础的设计理论和共性的设计技术进行研究。
作者：高建 孙建广 祝岳铭 单位：河北工业大学机械工程学院
摘要：随着教育体制的不断深化改革，职业技术学校的课堂教学发生了一系列的变化，更强调对学生实践能力及创新能力的培养。作为职业技术学校一门具有极强实践性的学科，机械制图的教学对学生综合能力的提高有着重要的作用。本文将着重就职业技术学校机械制图教学对学生创新设计能力的培养进行深入分析，为广大从事职业技术教育的教育工作者提供有效的参考与借鉴。
关键词：机械制图教学；创新设计能力；培养策略
职业技术院校致力于对学生实践能力与创新设计能力的培养，机械制图作为机电专业一门重要的专业基础课程，对学生创新思维的发展有着重要的意义。它是集技术、图片制作及设计等于一体的综合型学科，不仅需要基本的制图技术功底，而且需要广泛的技术思想交流与思维创新。学生在学习机械制图的过程中，难免会遇到各种难题，因此，在课堂教学中，一定要根据学生的实际特点，对其进行创新设计能力的培养。
1.机械制图教学中存在的问题
1.1缺乏对学生创新能力的培养。机械制图是高职教育中一门重要的课程，学校及教师对该课程教学给予了高度重视。然而，在实际教学过程中，还存在一些亟待解决的问题。首先受传统教学思想的影响，在机械制图教学过程中，教师往往比较注重对学生知识能力的培养，授课时按照课本的具体要求进行课堂讲解，缺乏对学生创新设计能力的引导与激发。教师成为课堂的主导，学生处于被动地位，教师怎么教，学生就怎么学，这一方面不能够调动学生学习的积极性与主动性，另一方面一味遵循课本，学生的创新设计能力得不到锻炼，课堂教学效率低下。
1.2课程安排不合理。大多数学校将机械制图课程都安排在刚入学阶段，这种课程安排尽管体现了校方对该课程的重视，但是忽略了对学生实际情况的考虑。机械制图理论课程具有一定的难度，专业性比较强，这对于刚进入职业院校的学生来说是巨大的挑战，他们的学习基础相对薄弱，对制图方面的知识理解不够，影响了整体学习效率。学生在学习过程中遇到大量的学习难题，学习压力也比较大，会产生消极、懈怠的心理，不利于创新能力的培养。
1.3课程衔接不科学。目前，我国的高职院校机械制图课程普遍存在课程衔接不够等问题。机械制图课程的学习与CAD课程有着密不可分的联系，在制图的过程中，要运用到大量的CAD制图知识，然而在实际课程安排中，这两门课程链接不够紧密，这不仅不利于学生系统学习能力的培养，而且在一定程度上限制了学生创新设计能力的发展。
2.机械制图教学对学生创新设计能力培养的有效策略
2.1培养学生的主动创新意识。学生是学习的主体，对学生创新设计能力的培养，首先要使学生能够认识到机械制图课程的重要性及创新意义，增强学生的自主创新意识。在机械制图教学过程中，要充分尊重学生的个体差异，激发学生的好奇心。机械制图这门学科的性质要求学生要具有创造性思维，能够展现出与众不同的科学的设计思路。教师要注重调动学生的参与积极性，可以采用问答法，给学生充分的思维想象的空间，善于引导学生，听取学生不同的思想与看法，对于学生的回答，要多鼓励、善引导，使学生敢于大胆表达自己的猜想，从而提高学生的自主创新意识。
2.2融入现代多媒体教学手段。当前，计算机信息技术的发展，为课堂教学注入了新的活力。现代多媒体技术在机械制图教学中应用，能够向学生展示最直观的制图效果，使学生可以很快领略到机械制图的优秀与学习重点。在课堂教学中，教师可以在课前制作好课件，然后通过多媒体的形式展现给学生，对于一些抽象的、难以理解的知识，用图片、视频的方式更便于学生的接受与理解。需要注意的是，教师在这个过程中要起到引导作用，将传统的教学方式与多媒体技术结合起来，避免学生在学习过程中沉浸于多媒体的新奇中，忽略了对知识的学习与思考。
2.3实体模型教学，培养学生思维想象力。机械制图教学专业性比较强，而学生由于缺乏实际的社会实践，理解起来比较困难，因此，可以充分借助实体模型，加深学生对知识的学习与理解。教师在对某一章节进行理论知识讲解之后，可拿出实体模型让学生观察，将学到的知识与实体模型一一比较，这不仅能够吸引学生的学习兴趣，而且在对模型的观察过程中，便于加深学生对知识的记忆，达到良好的学习效果。除此之外，经过长期的训练，学生的空间想象能力能够得到潜移默化的提高。当然，也可以让学生自己动手制作模型，将学生分为几个小组，完成模型的创作，这在一定程度上提高了学生的动手能力。
3.结语
机械制图教学是职业技术学院人才培养的重要组成部分，在实施教学时，一定要根据学生的发展实际，采取科学、有效地策略，充分借助现阶段的多媒体教学手段，激发学生的主动创造性，注重对学生创新设计能力的培养，提高学生的综合实践能力，为我国社会主义现代化建设提供必要的人才支持。
作者：周占红 单位：新疆生产建设兵团第七师奎屯职业技术学校
1结构创新设计新方法—变元法
结构设计作为机械设计过程中至关重要的组成部分，所完成的工作是按照的机械原理进行机械图纸的设计。变元法是由德国科学家发明的方法，主要应用于机械相关设备的结构图纸的设计，其特点是具有创新性。本文针对变元法作出了一定的修改和完善，目的是让这种方法更容易被应用和理解。变元法在机械行业及相关领域有较为广泛的应用。我们在使用变元法的完成结构设计的过程中，是以完成这种产品的基本结构为前提，再进行其他新型设计思路的研发。变元法的含义主要包含两个方面：一方面，机械结构方面，这方面的变元法主要包括七个种类；另一方面，针对这部分的变元进行改变，创新性的实现不同种类的结构设计。以下是对7个变元的阐述：
1.1数量变元
数量变元指的是研究机械设备的所有的零部件或构件的全部的外形、工作面以及生产的点、线、面等都看做是构成零部件的基本元素，对这些基本元素的数据进行修改，完成针对机械设备构件的优化的目标。例如：为了实现简化的目的，在设计铸件零件的外形时，多使用直线设计的外形轮廓。
1.2形状变元
形状变元指的是从机械的形状方面对机械结构的外形和重要轮廓、加工表面以及所使用零部件的种类和尺寸进行优化调整，进而得出多种结构的创新设计，从而对整个机械进行优化调整。机械设计过程中这类因素的创新是把机械设备的运行原理转化为设计图纸的过程。例如，火力发电厂的冷渣机，为了能够把高温炉渣以最快的速度降低温度，技术人员采用了形状变元的方法对冷渣机进行优化设计，改变原有的单腔体为多腔体，提高了降低温度速率这一难题。
1.3材料变元
零部件选取多种类型的材料一般会改变这种零件的尺寸，进而生产工艺也会相应的变化，以至于改变了整体机械的外形和构造。我们可以针对材料的改变而设计出多种类型的构造方案。
1.4位置变元
位置变元指的是按照机械设备的构造位置的改变，实现多种类型设计方案的形成。例如，在针对焊缝零部件的焊接方法时，选择焊缝的位置非常重要，当我们选择在中心轴附近时，避免了零件由于收缩造成的弯曲变形。
1.5联接变元
联接变元指的是在设计过程中应该注意元素的两个方面：一方面，我们需要确定元素联接方法的改变。例如，工作中常见的焊接、热熔连接等；另一方面，我们需要研究针对任意一种联接方式的不同类型的联接结构的创新，进而得到不同类型的方案。例如，儿童玩具在设计过程中要尽量做到安全联接，我们可以设计成卡扣联接方式，这样不容易出现小孩误食螺丝的现象。
1.6尺寸变元
尺寸变元指的是高度、宽度、直线度、弯曲度等方面的内容。技术人员在针对这些元素进行创新设计时，一般侧重于改变零件的尺寸。完成对机械系统构件完善的目的。例如，技术人员想提升粉碎机的物料目数，针对动力副在整体机构上的相对位置做出了改变，进而完成了粉碎目数的提升，效果是原来的2倍。
1.7工艺变元
设计和工艺的关系是相互衔接和相辅相成的。每种零部件的加工方法和制造工艺各不相同，各类零部件与设备的加工和制造质量、生产周期、成本和使用年限也千差万别，进而制约着设备产品的构造。按照相应产品的工艺特性，结合使用以上7类变元，按照进行根据所设计机械产品的特点,灵活地运用上述7个变元,同时设计者依据所具备的知识、经验,运用创造性思维方法,如类比、推理、归纳、模拟、想象、直觉及灵感等,可构思出很多种结构方案。
2精密仪器与精密机械结构创新的必要性
当今社会是科技高速发展的时代，测量设备和机械构造的设计理念和方式都进行着完善和提升。如何让青年人可以快速的适应企业对适应性和才能的要求，成为我们大家亟待思考的问题。因此，在进行实习设计的课程教学过程中，引入前沿的、适应企业需求的人才培养方法和相应的实习方式和装备变成了必须考虑的问题。所有的测量设备或控制装置都具有相应的适应所在系统需求的系统或构造，那么在测量设备、控制装置确定的机械结构设计需求的基础上，如何使用先进的设计思路和多种类型的机械构造构件进行优化整合，建造适应系统需求的高端机械构件，是我们当前工程设计的重要方法。根据企业对人员的需求，按照建造机械系统和构造的整个阶段，依据以往的经验，侧重对机械设计的基础内容、方式、理念的研究；注重对系统构造的探索；注重研究、分析问题的方式方法和创新水平的提升。建立一整套面向企业所需求的能够操作精密设备和高科技仪器人才的培养方式非常重要。
3结构方案的评价与优化
为了得到最优化的方案，我们针对所有的方案都进行了全面的分析研究，按照模糊综合评价的方法实现所有方案的评判。首先选定的评判指标是在构造方案的性能标准、经济效益、可实现性、保养维修以及技术性能等方面进行选取。通过这种全面的评价方式在所有方案中选择出最适合的方案。其次是在完成上述评价之后，针对整个系统中主要的零件和构件建立模型，通过对数学模型的的计算完成模型的优化设计。在建立数学模型的过程中，完善数学模型以达到尽量复合机构的运动特征，这样的数学模型得到的数据结果能够为机械结构的研究分析和产品优化提供更为真实准确度数据，最终实现产品结构的最佳结构设计。数学模型可以表达机械构造中的各类变元，但是也有一些变化是不能够或者较难描述。当我们在优化设计中过度的依靠数学模型的数据，那么我们就被模型所局限而不能实现真正意义上的完善合理的优化设计，同时也很难被应用在实践当中。另外，我们还应该针对机械结构中的主要零件或者构件进行可靠性和有限元方面的研究分析，针对机械系统中的转动件和力矩分析，来实现从多角度为机械设备结构进行全方位的优化分析，来实现优化设计的创新研究。
作者：董立占 单位：黑龙江农业职业技术学院
一、教学内容的设置
自动机械是指自动化程度较高的机械系统，其教学内容与“机械系统设计”类似。要培养创新能力，必须先具备坚实的基础理论和设计方法，因此我们根据自动机械与一般的机械系统相比，有自动化程度高、结构复杂等特点，在教学内容上以自动机械的四大结构组成部分，即驱动系统、传动系统、执行机构和控制系统为主要内容展开，着重共性问题，力求照顾到系统性和完整性，深入阐述了自动机械设计中普遍性的理论问题，重点分析自动机械中普遍应用的机构、装置的设计原理和方法以及现代控制技术，注重机械设计与现代机械设计理论和方法相结合，同时列举了大量实例，力求做到理论联系实际，突出专业特色和现代科学技术发展水平。课程内容不仅体现传统的机械及其设计方法，还体现了现代自动机械及其制造技术的新进展和现代设计方法的新应用，注重教学内容的更新。我们主要参考了崔久浩的“自动机械设计”一书，编辑出版了“自动机械设计”教材，在基本内容上比一般的“机械系统设计”教材更全面和丰富。在教学中，力求把发明创新意识贯穿于整个教学过程。教学过程中除了上述主要内容外，充分利用多媒体教学手段，通过大量的自动机械和机构的工作视频和照片提高教学效率，创造视觉的新感受，增强感性认识，激发学生的学习兴趣和热情，同时有效提高了教学效果和学生的知识面。在教学过程中，注重自动机械各组成部份的基本工作原理、结构特点和设计方法，淡化理论模型和推导。利用启发式、提问式、反问式等方法，激发学生的创造性和想象力，提高综合应用所学知识进行机械设计、探索新知识、新技术、开发新的机械产品的能力和水平。推荐并组织学生观看中央电视台的“我爱发明”节目，提高发明创造的兴趣，学习发明创造的一般思路和方法。支持鼓励学生参与教师发明专利的申请工作。增加课堂讨论环节，设计能激发学生发明创新意识的讨论题。例如：原理方案设计时，每组提出至少3种机器，每种机器采用两种以上的原理实现其功能。总体设计时，以小型代步工具为例，不限定条件，发挥学生的创造性，分组提出方案并讨论其特点和可行性。在讲述执行机构有关内容时，让学生提出分解用机器代替手工操作的动作，并提出可能实现这些动作的机构或组合机构并加以比较。在讲间歇机构和供料机构时，提示学生生活中可能应用的场合并让学生注意观察后，讨论为什么在此场合会应用此机构，是否可用其他机构代替，如果能用其他机构代替，就有可能创新发明新的装置或机器。另外，鼓励学生参加山东省机电产品创新大赛等各类校、省、全国创新大赛，并可在讨论课中做专题讨论论证方案，指导学生充分发挥想象力和创造性开发新的机械产品。在历年“山东省大学生机电产品创新设计竞赛”中获得了多个一等奖，在其他创新竞赛中也屡创佳绩。
二、考试考核方式的多样化
考试考核目标是使学生在掌握基本理论、基本知识和基本技能的基础上，增强职业素养与专业技能，提高分析问题及解决问题的能力，成为具有较强创新意识和实践能力的高技能人才。考试考核以有利于学生运用知识能力、实际工作能力和创新能力的培养，有利于学生学习方法的改变为指导思想，使教学工作的重点落实到学生创新能力的培养和自身素质的提高上。为了激励学生学习兴趣和创新性，笔者设计了以下考试考核方式。
1.大作业。分组整理讨论课中的讨论结果以及新的创新想法方案形成大作业，内容可是完整机械，也可是关键机构、部件；时间可从课程开始到最后笔试之前，期间还可通过邮件、QQ和微信以及校优秀课程网等及时得到教师的指导。
2.答辩式。建立具有综合性、适宜答辩的试题库，成立答辩小组，答辩小组由至少3位教师组成，可包括助课研究生。考核时每个学生按顺序先后随机抽取题目，准备10分钟。准备时可翻阅参考资料以及和同学讨论，此时学生参与讨论的积极性非常高，不仅有利于抽到考题的学生掌握该知识，也使参与讨论的学生学习掌握了考题中的知识点，每个学生表面上是考核自己抽到的有限的考题，实际上在整个考核过程中，参与了几乎全部学生的考题准备，从而将考试变成了学生积极主动的学习、交流、巩固所学内容的过程，学生不再是应付考试，厌烦、害怕考试，同时也锻炼了学生综合利用所学知识、收集资料、口头表达的能力以及答辩和应变能力等，有利于将来找工作时的面试，这使得学生的收益是全方位的。
3.笔试。笔试在课程结束后，时间由学校统一安排，主要考核基本概念和理论。创新发明必须在掌握扎实的机械设计基本概念和理论基础上，因此，掌握这些概念非常重要。例如自动机械生产率的概念、评价工作性能的指标等。
三、紧密结合实际应用的课程设计
课程设计是自动机械设计课程的一个重要教学环节，是培养学生独立运用所学知识、综合分析和解决工程实际问题能力的重要教学步骤，为学生将来从事工程技术工作和毕业设计打下良好的基础。在此教学环节中，学生可将所学的自动机械设计知识应用于设计中，这是有效的练兵和检验，同时还可以提高、巩固教学效果的环节。因此，我们要紧密结合实际应用进一步加强培养学生的机械创新能力，使学生在课堂教学环节中的创新性想法得以进一步实现，距实际应用更进一步。注重培养大学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神。
1.课程设计内容。在自动机械的四大结构组成部分，即驱动系统、传动系统、执行机构和控制系统中，驱动系统通常为选型设计，包括在总体设计的内容中，不单独作为课程设计题目，控制系统涉及电气电子液压、计算机等相关的学科知识较深，在课程设计中我们将这部分作为选做内容。因此，课程设计的主要内容包括传动系统、执行机构和总体设计三种。比较复杂的机械3个人一组，自由组合，每人主要负责一部分内容，其中总体设计的学生由小组成员推荐选举产生并担任组长，除了自己承担的内容外还要负责协调3个人的方案应能满足整机的任务书要求，完整一致。各种题目的具体内容如下是。（1）自动机械总体方案设计。①根据给定机械的工作要求，确定实现功能要求的原理方案。②根据原理方案确定工艺方案。③确定工作循环时间，拟定机械的工作循环图。④确定采用的动力形式、总体布置、总体结构来设计机架。（2）执行机构设计。①参与原理方案和工艺过程的设计。分析确定工艺操作动作、顺序、运动形式和运动规律。②拟定机构的选型与组合方案，提出多个方案分析并选择最佳的。③机构的设计计算，主要构件的运动分析、仿真等。④机构的结构设计，画机构简图，包括运动轨迹、极限位置图。（3）自动机械传动系统设计。①参与原理方案和工艺过程的设计。分析工艺操作动作、各机构运动形式和运动规律选择动力机。②确定传动机构方案和采用的传动形式，分析传动效率和传动精度，提出多个方案并分析选择最佳的。③传动比分配、设计计算，主要零件的强度校核。④传动系统结构设计，画传动系统结构图。
2.课程设计题目。笔者精心设计了多于学生人数的课程设计题目和相应的任务书，制定了课程设计大纲和指导书。学生选题具有灵活性，可从给定的题目中选题，也鼓励自选题目。学生自选题目要经过论证方可作为课程设计题目并有一定的加分，同时要与教师的科研以及各种创新竞赛题目紧密结合，有效激发学生的学习兴趣和参与的积极性、主动性。山东省大学生机电产品创新设计竞赛每年暑期进行，而自动机械课程设计正好是每学年的第二学期，可以说这个学期是学生申请准备方案、进行结构设计的阶段。采取提前选题的方法可以使学生在上课期间有目的的听课，有充分的时间酝酿设计方案，使自动机械课程设计教学环节不局限于培养方案中设置的1周时间，有效地提高了课程设计的质量和效果，有些题目最后还申请了发明专利。“用于大粒种子的精密排种器”、“家用瓜子去皮机”、“顶尖可收集式仿形棉花打顶机”等项目就获得了山东省大学生机电产品创新设计竞赛的一等奖。
四、结语
“自动机械设计”是一门实践性较强的专业课，对培养学生机械创新能力起着重要作用。因此，笔者在整个教学环节中，始终贯穿创新意识，调动鼓励学生学习的积极性、主动性，开发创新思维，并取得了良好的教学效果。
作者：宋井玲 夏连明 孙霞 单位：山东理工大学
1机械产品概念设计行为机理研究
机械产品创新的优秀在于构思产品的创新概念。产品概念设计决定性地影响后续的产品详细设计、产品生产开发、产品市场开发以及企业经营战略目标的实现。一旦概念设计被确定，产品设计的60%～70%也就确定了。因而，产品概念设计成为设计过程中最重要、最复杂，最不确定的设计阶段。机械产品概念设计是一个创造性问题求解过程，其主要特征是初始状态定义不良。只有弄清楚设计者在创新设计过程中到底是如何进行认知操作的，才能更好的理解创新设计过程，并为该过程建立有效的支持工具。因此，通过结合工程领域的概念设计过程与认知心理学领域的创造性过程，建立面向产品创新的概念设计认知过程模型，该模型的主要作用在于揭示创新设计过程本质，确定影响设计结果的设计资源和设计行为，帮助设计者更好的使用来自于设计领域及认知领域的的创造性工具、方法及技术。以认知科学为基础，机械产品创新设计为对象，实现人机智能协同设计为目的，研究机械产品概念设计行为机理。首先分析影响创新设计的关键因素，并对这些因素进行归类分析，确定可以通过外部资源得以促进的可控因素；其次，对创造性概念设计过程中的关键认知行为、信息传递、信息操作及认知回路进行分析，并基于此建立有利于创新实现的一般设计过程，为建立计算机辅助设计系统的概念平台奠定基础。
2人机智能协同的内在机理研究
利用计算机技术、信息技术及智能技术实现概念设计行为机理研究结果的具体方法，从而建立人机智能协同的模式。首先，根据信息加工理论，分析从刺激的选择和注意，到对刺激意义的理解，工作记忆对信息的存储并进行加工处理，长时记忆的形成和使用，对创新设计的影响，确定人机智能协同应遵循的原则；其次，为影响创新设计的可控因素寻找利用机器智能实现的方法；最后，研究利用计算机技术实现创新认知规律的方法。
3计算机辅助机械产品创新设计原型系统研究
计算机辅助机械产品创新设计系统是认知科学、信息技术、设计理论与方法的会聚平台，也是创新设计的工作平台。该系统主要由知识库系统、信息检索系统、概念设计空间及创造性思维方法等部分构成，其关键作用是在产品的概念设计阶段、方案设计阶段为设计者提供有用的工具，并实现与设计者之间的智能交互，从而提高设计者的创新设计能力。在本研究方案中，原型系统的逻辑体系结构共分为三层：界面层、应用程序服务器层、资源层。
4结束语
概念设计是产品设计过程中最富有创造性的阶段，产品概念设计的质量和效率决定了产品的性能、质量和市场竞争力，人机协同的研究不以追求全自动化为目标，而代之以人机分工与合作的最佳化，其目的是为了开发实用的、支持设计人员进行产品创新的概念设计系统，从而提高我国企业的产品自主创新能力和快速产品开发能力。笔者在研究了概念设计的创新特点和创新层次的基础上，提出了概念设计认知机理方案、人机智能协同内在机理方案、概念设计创新策略方案、计算机辅助机械产品创新设计原型系统研究方案，对创新概念设计的研究具有一定的推动作用。
作者：廖瞞志 陈琪 伍倪燕 单位：宜宾职业技术学院
1机械结构设计创新设计的重要性
随着社会经济的不断发展，我们机械制造技术发展也极为迅速，而且，机械制造是我国重大生产行业之一，对推动我国经济发展有着极大的作用[1]。但是，我国作为一个机械制造大国，在机械结构设计上却欠缺太多，很多机械制造都是模仿其他发达国家的机械设计工艺来进行生产的，虽然一些机械结构设计也发生了改变，而从本质上却依然没有太大的变动，缺乏自主创新设计，一直引用技术会造成我国的机械结构设计会随着发达国家的后面走，无法将其真正的超越，而且，很多机械企业认为创建机械研发中心较为奢侈，这样的思想很难为我国的经济发展、科技发展带来更大的推动作用。我国作为一个经济大国、机械制造大国，不能仅将目光停留在机械的生产制造中，更应将目光放在机械结构设计的创新上，同时要保证机械设计创新不能过于死板，单纯的按照其他机械设计进行修修改改的很难从实质进行改变，需要从机械结构、系统等全方位进行创新，同时，还要注重机械结构设计创新人才的培养，这才是机械结构设计创新发展的根本，而且，通过不断的对机械结构设计的创新，对促进我国经济发展、科技发展有着极大的作用，更有利于早日超过西方一些发达国家的机械科技水平，从而成为世界机械结构设计创新的“领跑人”。
2机械结构设计中的创新设计
机械结构设计中的创新设计，应切实的走上创新道路，按照科学理论的推理，对其进行科学的设想、勇敢去实践，这样才能实现对机械结构设计的创新目的。变元法是机械结构设计创新设计的重要方法之一，而且，变元法的应用范围也极为广泛，能够给设计人员带来一定的创新思路，主要是对产品的关键点进行考虑，再对各个关键点的设计进行论证和调整，从而实现对机械结构设计方案的调整，去除以往机械结构设计的老套方案，提升机械结构设计效果，达到对结构设计的创新目的，具体分析如下。
2.1尺寸的变元
机械结构设计中涉及到的零部件较多，而且，各项零部件结构的形状有着很大的差异性，每个机械结构尺寸、形状等参数都会根据机械使用的情况进行相应的设定，从而实现机械运行的相应功能[2]。利用变元法对机械结构各个零部件尺寸进行变元设计，实现对形状、尺寸等参数进行优化的目的，不断的提升机械的运行效果。另外，在尺寸变元的基础上，可以对机械结构形态、尺寸等进行创新，主要结合机械市场的发展形势、机械的使用趋势等来实现对机械结构的创新目的。
2.2材料的变元
机械结构设计中应用到的材料种类极为繁多，各部分结构都会结合使用情况的不同采取不同的原材料制成，而且每个零部件材料加工的方式也有所不同，同样材料在加工不同零件的情况下也可能出现不同的加工方式，而最终的目的是要通过合理的加工方式来将材料的最佳效能发挥出来，这样才能有效的提高机械的使用效率[3]。变元法中所提到的材料变元，主要根据对材料的变元方式来实现对机械结构设计的创新和研究。例如，在对一种材料进行加工的过程中，如果想得到理想的刚性材料的作用，需要将这类刚性材料应用到相应的部件，也可以说，对机械结构的设计，需要根据材料的性能来进行相应的调整。因此说，在对机械结构设计创新的过程中，必须注重材料的性能发挥，这样才能更好的完成机械结构的创新设计。
2.3工艺的变元
加工工艺技术对机械结构设计的创新有着极大的作用，机械的任何结构在完成理想设计之前，都必须有着可靠的加工工艺作为支持，这样才能有效的提高机械结构创新的效果[4]。变元法中所提到的工艺变元主要是根据工艺技术选择的不同，来实现对各个元器件产生相应的作用，从而实现对机械整个结构产生作用。工艺手段与结构尺寸、材料性能等变元有着很大的差异性，工艺手段选取和使用的合理性，直接影响到机械结构的质量和性能，因此，机械结构创新设计必须对工艺手段进行创新设计，利用新颖的工艺手段来确保机械结构设计的创新性。
3结语
综上所述，随着社会经济的不断发展，机械行业的发展也极为迅速，但是，我国作为一个机械制造大国，在机械结构创新设计领域做的并不好，总是去模仿一些发达国家的机械设计，不利于我国经济的快速发展，因此，应加强对机械结构设计的创新，才能对我国经济发展起到推进的作用。通过本文对机械结构设计中的创新设计分析，作者结合自身多年的工作经验，以及自身对机械结构创新设计的了解，主要从机械结构创新设计的尺寸的变元、材料的变元、工艺的变元等几方面内容进行分析，希望通过本文的分析，对提高我国机械结构创新设计效率给予一定的启发。
作者：孙艳芬 单位：江苏省常州机电职业技术学院
工具箱的上盖和箱底是采用焊接的方式和箱内部框架连接固定在一起的。最后，工具箱底部的4个万向脚轮和固定支撑是通过焊接的方式固定连接在箱底上的，万向脚轮的作用是可以任意方向移动工具箱，而固定支撑则可以根据需要将其固定在现有位置上，防止接触过程中的工具箱移动。工具箱具体设计分析将工具箱整体分为4层，第1层可以放置部分轻型物品；第2层放置加力杠、扳手等物品；第3层放置中心钻、顶尖等重型物品；第4层则可以放置操作人员的手套、工作服等日常用品。在底部安装4个代步轮子，便于工具箱的移动。（1）上箱门的改进设计。工具箱的上箱门，也可代替第一层的盖子，并且在上箱门的表面应设计凹槽，方便上箱门的开关（充当手柄使用）。另外，在上箱门的背面两边，也可安装一个弹性压条，用于固定机械加工中所需观察的图纸，这样就方便机床操作人员随时观察图纸数据，进行合理调整。（2）前箱门的改进设计。机械加工机床工具箱主要由上箱门、前箱门以及箱体3个部分组成。箱体主要分为4层，除了第1层之外，其余3层都可以分成3个小部分。每一个部分都可以用作不同物品的放置，例如：工件、工具、日用品（手套、工作服）等。一般来说，前箱门采用折页门的形式，这样方便操作者随时取用、放置工件、量具等。安全是前箱门主要的优点，当操作人员拿出工具后，箱门不会自动打开，人员在附近走动也不会触碰到箱门，这样对人身也是一种保护［2］。
工具箱实际案例。1）框架的设计与建模成型。针对以上阐述，我们设计一个实际的工具箱，以便大家能更加直观地了解到工具箱的构造：工具箱整体框架的高度定为0.9m，总宽度0.35m，总长0.4m。框架总体分为4个层次，从上至下，第1层的高度为0.15m；第2层到第4层各为0.25m。根据工具箱技术设计规范，需要采用砂轮对焊缝处进行打磨，之后再用砂纸打磨表面，将一层腻子刮在表面上，再在表面上均匀地涂抹防锈漆。具体框架样式如。2）底板设计与建模成型。为工具箱中每一层的底板，尺寸要求：长0.4m，宽0.35m，厚0.005m。根据工具箱技术设计要求，应先刮一层腻子在层底表面，再均匀地涂抹防锈漆。（4）万向脚轮的尺寸与选择。由于万向脚轮属于标准件，可以在市场上购买到。万向脚轮是车轮安装在具有偏心距的支架上，该支架能自由地绕铅垂几何轴线转动。工业脚轮具体见WP13B-50×20，GB/T14688。材料的选择及零件间的配合（1）材料的选择。根据力学的要求以及实际设计中遇到的情况，最终选择45钢来制作工具箱的两扇门，工具箱的箱盖、内部框架、箱底、固定支撑等均采用Q235。（2）零件间的配合连接。箱底层和万向脚轮可以进行固定支撑之间的配合调整。这3个零件需要通过焊接的方式连接在一起，框架与箱底层、层板和框架之间、框架与层挡板之间也是采用焊接方式。在顶层板、内门、外门以及箱底层之间都需要留出一定的间隙，用做门的旋转和打开。
现在采用的是推拉门；从工具箱脚来看，原来采用的是固定腿，现在使用的是4个代步轮；从层板来看，原先平板是方形，现在采用的是凹槽状板。工具箱设计的完成，不仅可保障机床操作人员的人身安全，避免以往设计中工件、器具掉落对人员的伤害；另外，新型工具箱可方便地随意移动，大幅提升了工具箱的使用效率，从而更好地为提升了为机械加工机床服务的效率，逐渐地转变为直接经济效益。总之，为了更好地满足机械机床加工的要求，新型工具箱就要考虑到以下几方面技术：（1）工具箱主要由上箱门、前箱门、箱体这3个部分组成；（2）整体分成4层，每一层分为3个小部分，以便工具位置的明确；（3）安装脚轮不仅可固定摆放，也可随意移动箱体。如此的改进设计，不仅可避免以往的工具箱设计为机械加工机床操作带来的不便，也能维护人身安全，更好地为机械加工服务。
作者：胡军 单位：常德烟草机械有限责任公司
摘要：大学生创新理念对大学生机械设计能力的培养越来越重要，因此，如何培养大学生的创新能力成为教育关注的热点，加强对大学生创新能力的培养，已经成为我国高等院校的重要课题，此外，大学生的机械设计创新大赛也在一方面体现着各高校学生的创新能力。从创新设计理念的概念着手，分析我国当代大学生在创新设计上面的不足，创新设计理念对机械设计的重要性以及如何培养大学生的创新能力，简单探讨创新设计理念对大学生机械能力培养的作用。
关键词：机械设计能力；创新设计理念；大学生
h随着大数据时代的到来，我国需要紧紧跟随世界发展速度，建设创新型国家，从制造大国转变为创造大国，由此导致我国的创新型人才极度缺乏。如今，培养具有实践能力和创新精神的人才是我国教育改革的重要任务，也是教育改革的一大方向。现在我国的各大高校正探究人才培养的有效措施，不断加大对人才培养的资金支持和教学设施改进。积极培养初创型人才，培养具有创新能力和创新意识的高技术人才，是我国教育的重要任务目标之一。
一、创新设计理念
概述和机械大赛的作用创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的科研成果进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性、科学性以及实用成果性的一种实践活动。在机械设计能力中如果将创新理念与其相互结合，将会把艺术、社会、技术、文化等融在设计之中，从而创造出实用性的新产品。为了培养大学生的创新意识、实践能力和合作精神，强化学生综合能力的培养和基础知识，在2000年开始，全国大学生机械大赛就开始举办，在各大高校中，机械创新受到广大教师领导的重视。教育部部长早就指出创新是发展的根本，没有创新就没有发展；设计决定着产品的功能、寿命；机械决定着一个国家工业的发展程度[1]。学生通过参加大赛一方面提高学生的创新设计能力，一方面增强学生的创新意识，让学生将理论转化为实际经验。为国家培养创新型人才，使创新的理念成为学术界的潮流，将比赛中创新的理念和理论知识用到生活中，激发大学生创新潜能，提高大学生的实际动手能力。
二、大学生创新设计的不足
1.高校的师资力量不足
教育的改革是在教师，学生创新能力的培养也是在教师，因此，教师教学水平的高低会直接影响到学生的创新能力。培养学生的创新意识，需要教师不能单调古板，反而要有着强大的创新激情，严谨的学习态度和雄厚的学术功底。但是即使有这样的教学资源，学生的创新意识仍然不足，一方面是由于指导学生进行机械设计仍然有一定的难度，另一方面就是我们的创新教学仍处于开始阶段，没有什么经验可以借鉴。机械创新设计大赛的实践能力很强，学生要在短时间里拿出作品是有一定的难度，而且青年教师的经验缺乏，没有专业的专家指导很难实现机械设计的创新。
2.学生的知识储备不够，创新意识也十分薄弱
在中国传统的教育制度所培养的学生只会考试、死读书。不会临机应变，独立自主的学习；在这样的教学之下，学生学习的主动性和积极性不高而其思考能力也十分有限，严重地限制了创新型人才发展，试问这样如何让学生有自己的创新理念？尤其是我国大学的应试化教育更是阻碍学生发展，使学生在大学学习期间学到知识有限，思想十分僵硬。在机械设计大赛的参与中，大部分为高中生，并没有系统地学习专业课，基础课也只是刚刚学完，学生也不能灵活地将所学到的知识运用到实践中去。因此，在学生参加机械设计大赛的时候，虽然积极性很高，但随着机械的加工制作，学生并不能靠自己的能力来解决困难，这时候学生就会出现厌恶的情绪，放弃参加比赛的机会。而且，高中生的责任感并不是很强，真正参加到最后比赛中的学生少之又少。
三、创新设计理念对机械设计的重要性
在机械设计中，如果单纯地依靠课本上原先的设计材料，无法将机械制造的理论和实践发挥到最大用处，因此，在机械设计中创新理念是机械设计的优秀，一个设计产品，如果仅依靠模仿其他人，是无法实现其原本的价值，只有将自己的创新理念与自己的机械设计相互融合，创造出属于自己的产品，才能在一定程度上反映自己是一名合格的创新型人才，由此可见，创新理念在机械设计中是十分重要的[2]。相对而言，创新的机械设计产品也在一定程度上帮助自己促进全脑的开发，因为人是通过感觉系统来感知外界信息的，如果在设计的过程中有不同的信息由大脑中不同的通道进入人体的反射神经中，那么大量的信息就会刺激脑细胞生长，使人脑得到良好的塑造；另外我们所接收的信息分为直接信息和间接信息，直接信息是我们通过自己的大脑根据实际经验总结出来的对大自然的认知，而间接信息就属于外界告知或者他人总结出来写在书本上的，例如我们课本的学习和老师的授课都属于间接信息。在大脑接收间接信息和直接信息的过程中，大脑会将这两种信息有机结合，帮助促进大脑的发展。就像我们在进行机械设计的过程中，利用书本的知识和自己对知识的理解来对产品进行创新一样。总而言之，通过参加机械设计大赛，通过自己动手制作加工产品的过程，会在一定程度上培养大学生自主创新的能力。
四、如何培养大学生创新能力
1.积极参加创新活动
积极参加全国或者高校组织的创新设计活动，培养自己的创新理念。或者在各大高校内由学生自己组织创新活动，让学生自己去大胆地尝试、创新，让学生自己在活动中积极发散思维，激发学生的创新能力，培养学生的创新人格。至于没有机会参加机械大赛的同学可以到比赛座位观看比赛，一方面增长自己的机械设计见识；另一方面可以吸取参赛队员的经验和创新设计。通过总结来增强自己的创新能力。
2.建立合理制度
学校领导要重视创新活动的组织，让学校中更多的学生一起参与机械设计的活动中来，并且为活动提供良好的比赛氛围，建立合理的奖励机制。这样有助于调动学生创新的积极性。例如，在机械设计大赛中的一些学生获奖之后给予一定的奖励或者加分。建立类似的激励政策有利于鼓励学生创新，另一方面也为培养创新型人才作出了一定的贡献[3]。
3.重视学生的个性发展，系统教学
由于对创新的了解不强，但对本专业的知识比较了解，因此，学校对初次参加机械大赛的学生开设了许多与创新相关的选修专业课，甚至允许学生跨专业、跨系来学习各种课程，便于学生进行综合性极强的学科训练。另外还为提高学生的创造性思维，开设了许多的心理学、思维科学、通识教育等科目。还将各种提高自身创新能力的方法在课堂上一一展现出来，例如，探索规律的现代科学创造法、重视分析的思维创新法、扩展思路的发散思维法、强化动因的群体机制创新创造法。不仅仅学生需要创新理念，学校、教师也需要学习。转变教学观念，教授学生正确的学生观。要把学生当做有丰富个性、创造潜能的主体，而不是看做一个被学校管理的对象和灌输知识的机器。通过制定适当的教学目标，经常参加机械创新设计类的赛事，将学生的个性和创新能力充分发挥出来。
4.建立专业场地学校
一方面要支持学生进行创新设计，另一方面要积极拨款，主动建立创新基地，购买创新需要的活动设备和仪器，同时还有有相关的管理人员对这些场地和设施进行监督管理，防止学生因使用错误而导致受伤，或者学生的故意破坏等意外事故。保证这些基地和设备在合适的时间开放，使学生充分利用空闲时间，有针对性地培养自己的创新意识。提高学生参与机械设计活动的自觉性、积极性、主动性。
五、结语
由上文可知，我国在创新人才培养上面还存在着许多欠缺，要想提高大学生的机械设计能力就需要我国在创新设计理念培养上面继续改进，培养大学生的创新意识、实践能力和合作精神，积极参加全国举办的大学生机械创新大赛，在比赛中获得灵感，在比赛中寻找自己的不足，大学生要重视创新理念的自身培养，学生之间相互交流，相互合作。积极阅读课外书籍，培养自己的创新意识才有助于增强自己的机械设计能力。
作者：陈璜 单位：集美大学
一、考试考核方式的多样化
1.答辩式。建立具有综合性、适宜答辩的试题库，成立答辩小组，答辩小组由至少3位教师组成，可包括助课研究生。考核时每个学生按顺序先后随机抽取题目，准备10分钟。准备时可翻阅参考资料以及和同学讨论，此时学生参与讨论的积极性非常高，不仅有利于抽到考题的学生掌握该知识，也使参与讨论的学生学习掌握了考题中的知识点，每个学生表面上是考核自己抽到的有限的考题，实际上在整个考核过程中，参与了几乎全部学生的考题准备，从而将考试变成了学生积极主动的学习、交流、巩固所学内容的过程，学生不再是应付考试，厌烦、害怕考试，同时也锻炼了学生综合利用所学知识、收集资料、口头表达的能力以及答辩和应变能力等，有利于将来找工作时的面试，这使得学生的收益是全方位的。
2.笔试。笔试在课程结束后，时间由学校统一安排，主要考核基本概念和理论。创新发明必须在掌握扎实的机械设计基本概念和理论基础上，因此，掌握这些概念非常重要。例如自动机械生产率的概念、评价工作性能的指标等。
二、紧密结合实际应用的课程设计
课程设计是自动机械设计课程的一个重要教学环节，是培养学生独立运用所学知识、综合分析和解决工程实际问题能力的重要教学步骤，为学生将来从事工程技术工作和毕业设计打下良好的基础。在此教学环节中，学生可将所学的自动机械设计知识应用于设计中，这是有效的练兵和检验，同时还可以提高、巩固教学效果的环节。因此，我们要紧密结合实际应用进一步加强培养学生的机械创新能力，使学生在课堂教学环节中的创新性想法得以进一步实现，距实际应用更进一步。注重培养大学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神。
1.课程设计内容。在自动机械的四大结构组成部分，即驱动系统、传动系统、执行机构和控制系统中，驱动系统通常为选型设计，包括在总体设计的内容中，不单独作为课程设计题目，控制系统涉及电气电子液压、计算机等相关的学科知识较深，在课程设计中我们将这部分作为选做内容。因此，课程设计的主要内容包括传动系统、执行机构和总体设计三种。比较复杂的机械3个人一组，自由组合，每人主要负责一部分内容，其中总体设计的学生由小组成员推荐选举产生并担任组长，除了自己承担的内容外还要负责协调3个人的方案应能满足整机的任务书要求，完整一致。各种题目的具体内容如下是。（1）自动机械总体方案设计。①根据给定机械的工作要求，确定实现功能要求的原理方案。②根据原理方案确定工艺方案。③确定工作循环时间，拟定机械的工作循环图。④确定采用的动力形式、总体布置、总体结构来设计机架。（2）执行机构设计。①参与原理方案和工艺过程的设计。分析确定工艺操作动作、顺序、运动形式和运动规律。②拟定机构的选型与组合方案，提出多个方案分析并选择最佳的。③机构的设计计算，主要构件的运动分析、仿真等。④机构的结构设计，画机构简图，包括运动轨迹、极限位置图。（3）自动机械传动系统设计。①参与原理方案和工艺过程的设计。分析工艺操作动作、各机构运动形式和运动规律选择动力机。②确定传动机构方案和采用的传动形式，分析传动效率和传动精度，提出多个方案并分析选择最佳的。③传动比分配、设计计算，主要零件的强度校核。④传动系统结构设计，画传动系统结构图。
2.课程设计题目。笔者精心设计了多于学生人数的课程设计题目和相应的任务书，制定了课程设计大纲和指导书。学生选题具有灵活性，可从给定的题目中选题，也鼓励自选题目。学生自选题目要经过论证方可作为课程设计题目并有一定的加分，同时要与教师的科研以及各种创新竞赛题目紧密结合，有效激发学生的学习兴趣和参与的积极性、主动性。山东省大学生机电产品创新设计竞赛每年暑期进行，而自动机械课程设计正好是每学年的第二学期，可以说这个学期是学生申请准备方案、进行结构设计的阶段。采取提前选题的方法可以使学生在上课期间有目的的听课，有充分的时间酝酿设计方案，使自动机械课程设计教学环节不局限于培养方案中设置的1周时间，有效地提高了课程设计的质量和效果，有些题目最后还申请了发明专利。“用于大粒种子的精密排种器”“、家用瓜子去皮机”、“顶尖可收集式仿形棉花打顶机”等项目就获得了山东省大学生机电产品创新设计竞赛的一等奖。
三、结语
“自动机械设计”是一门实践性较强的专业课，对培养学生机械创新能力起着重要作用。因此，笔者在整个教学环节中，始终贯穿创新意识，调动鼓励学生学习的积极性、主动性，开发创新思维，并取得了良好的教学效果。
作者：宋井玲 夏连明 孙霞 单位：山东理工大学 农业工程与食品科学学院
全国大学生机械创新设计大赛是经教育部高等教育司批准的面向大学生的群众性科技活动。大赛的目的在于引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计意识、综合设计能力与团队协作精神；加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求通过创新思维，进行机械设计和工艺制作等实际工作能力；吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才脱颖而出创造条件。特别是对积极探索机械基础课程教学改革、全面提高课程教学质量和大学生综合素质具有非常重要的作用。大赛自2004年举办以来，在激发学生的学习兴趣、培养创新意识、锻炼学生动手能力和提高教学质量等方面取得了丰硕的成果，因此，很多高校已经将大赛作为创新教育中的一个实践教学环节，并尝试将大赛融入到机械专业教学体系中来[1-2]。
江西理工大学应用科学学院是一所三本性质的独立学院，经过多年的办学实践，培养“应用型”和“创新型”人才已成为学院培养目标[3-4]。依托学科开展多种科技竞赛活动进行创新人才和应用人才的培养是一种行之有效的办法[5]。我院于2008年首次参加了第三届机械创新设计大赛，作品“全自动计量售饭机”获得江西省赛区一等奖，这是江西赛区唯一独立学院获奖作品。改进后的第二代作品代表江西赛区参加全国大赛，荣获二等奖。该作品已申请专利，并有一些企业对此作品很感兴趣，计划进行市场开发。在首次参加比赛就取得较好成绩的基础上，我们积极备战，2010年携3项作品参加了全国第四届机械创新设计大赛江西赛区选拔赛，作品“机械手式机井救援机”获江西省一等奖，“土壤灭火器”获三等奖，“球型抗风暴救生艇”获优胜奖。“机械手式机井救援机”作为江西省选送项目参加全国比赛，并获二等奖。成绩的取得，来源于学生、教师、学校各方面的努力和坚持。在参赛过程中，我们分析问题，总结经验，制定出一套行之有效的操作模式。
一、以赛促学，调动学生学习积极性，激励学生创新欲望
独立学院的学生整体素质与重点高校相比有较大的差距，与省属本科院校相比也有一定的差距。学生的学习兴趣不高，厌学情绪较大，部分学习较主动的学生也容易被大环境同化。在课堂教学过程中，学生总是处于被动状态，很难发挥主观能动性，学习兴趣提不起来。为了更好将大赛融入到学生的学习生活中，以赛促学，我们进行了如下举措：
（一）成立机械创新协会当今大学生对学习兴趣不浓厚，但对社团活动却情有独钟。在机械创新设计大赛组织实施过程中，学院利用学生心理作用于2008年成立了机械创新协会，吸引了一批对机械创新有兴趣的学生，在课余时间以科研兴趣小组为单位开展课外实践活动，包括创新课题讨论、校外实习基地参观、小产品制作、基本加工技能培训、学术报告等。实践活动中，教师以创新理念引导学生，为学生提供了足够的思维发展空间，放手让学生大胆尝试，充分培养学生的创新思维能力、自学能力和动手能力。学生通过课外实践活动，加强了团队合作意识，拓宽了机械创新基础知识面。
（二）建立专用实验室固定的实验场所是顺利开展课外实践活动的基本保障。江西理工大学应用科学学院在实验楼建立专门实验室供学生使用。此实验室由机械创新协会管理，配备专门指导教师和常用加工工具如老虎钳、扳手、电锯、小型钻床等，并与学院实训中心建立联系，利用实训中心现有设备进行机械零部件加工并完成创新小产品的制作。这样学生可以充分利用课余时间，有计划地开展实践活动，避免了受常规实践教学的干扰，提高了学生参与课外实践活动的自觉性和主动性。
（三）定期开展学术报告和专业讲座针对机械爱好者定期开设系列讲座如：机械设计与创新能力培养、机械制造技术现状与发展趋势、传感检测技术在机电产品中的应用、单片机技术应用现状与发展趋势等，涉及设计方法、先进制造技术、测试技术、控制理论等专业技术方面知识。通过启发式、讨论式等多种方式，调动学生的积极性，引导学生思考，激发学生的创造性思维。还有一类报告是由学生自己主持的，由已毕业返校的校友和参加过往届比赛的学生讲述自己的经验，并对学弟学妹提出期望和告诫。系列讲座和学术报告的开设，拓宽了学生的基础，扩大了学生的知识面，培养了学生的创新思维，激励了学生的创新欲望。
二、以赛促教，加强教师队伍建设
教师是培养学生的关键，优秀的指导教师不仅应有较高的理论水平，更需具备较强的动手能力和丰富的实践经验。江西理工大学应用科学学院是2001年组建的独立学院，师资队伍结构不太合理，年轻教师居多，这些教师大多是毕业后直接进入学校参加教学和管理工作，动手能力和实践经验都有欠缺。机械创新设计比赛周期很长，从项目创意、立项、方案设计、具体零部件设计、加工制作、试验调试到参赛答辩准备等工作，需要指导教师长时间关注指导项目，并对指导教师的综合能力提出较高的要求。针对以上问题，学院在教师培养和提高教师综合素质方面做了很多工作。
（一）加强教师培训江西理工大学历来重视对青年教师的培训工作，通过多种途径来提高教师的水平。针对机械创新设计大赛，安排《机械设计》《机械加工工艺》《机电传动控制》《液压传动》等课程教师参加了教育部高等教育司举办的高校教师网络培训，通过学习先进教学理念和教学技法，借鉴其他院校的教学经验来改变教学观念，提高教学水平。鉴于青年教师实践经验欠缺、动手能力较差等因素，每年利用寒暑假时间，联系实习单位，送教师到工厂和企业进行实地培训，专门针对加工工艺、数控加工等专业操作进行培训。另外，还与本地的多家机械加工企业建立校企合作，定期派教师到生产一线去进行实践，并在合作单位与工人师傅共同指导完成《机械加工工艺课程设计》等实践环节。
（二）丰富课堂教学内容，创新实验教学现如今大学教育还是以课堂教学为主的教育模式，因此课堂教学水平的高低反映了学校的建设水平。江西理工大学应用科学学院针对机械创新设计大赛，丰富《机械原理》《机械设计》等基础课程的教学内容[6-7]。利用校内实训基地、功能实验室和机械创新设计大赛，形成有较强工程背景的教学环境，使直观式教学、现场式教学方式的采用如鱼得水。在这样的教学环境下，通过一系列以机械产品为对象的实训项目，以及采用大量的源于生活、源于生产一线的案例，使教学内容注入更多的工程因素，达到基本知识、基本理论与工程实际紧密结合的目的。为了培养学生的创新设计能力，在课程建设中对实验室进行扩充，在原有传统机械零件模型和机构模型基础上，进行机构创新、轴系创新、机械系统创意组合和慧鱼创新设备的购进，在试验内容上，增加机构创意设计、组合式轴系结构设计、机械传动综合实验等。
（三）建立教师工人相结合指导模式鉴于教师、学生动手能力较差，参赛模型或实物制作过程比较困难这一问题，结合江西理工大学实际情况，制定了教师工人相结合的指导模式。学院的目标是培养应用型人才，因此在实习环境的投入上比较大。学院有完整的金工实习工厂，其中包含了机加工的全部工种：钳、车、焊、热处理和数控机床加工，并配备经验丰富的生产工人进行实习指导。利用学院现有优势，在参赛初期的选题和方案设计阶段由教师指导完成，在模型或样机的加工制作阶段，由教师和工人共同指导，学生具体操作完成零部件的加工和参赛样机的装配。
三、以赛促改，制定科学的教学计划
机械创新设计大赛每两年一次，不利于学校教学计划的安排，难以保证每届学生都有机会参加；比赛筹备时间太长，从题目的公布到参加地区预赛要一年多时间，容易与正常的课程教学相冲突；大赛没有纳入教学计划，作品的设计、制作场地易与教学相冲突；大赛对学生知识面要求很广，涉及的课程多，包括力学系列课程、机械设计基础系列课程、电工电子、计算机控制、程序设计系列课程、机械加工工艺等，学生在低年级没有掌握好大赛需要的一些基本知识和技能，为了完成比赛任务临时抱佛脚，却又耽误了新课程的学习，高年级学生又忙于考研和找工作没有充足的时间参加大赛。针对这一问题，杨叔子院士在《再论机械创新大赛很重要》的报告中已经提出“：这一大赛不是可有可无，建议纳入个性化教学计划，并从体制上加以保证。”鉴于此问题，江西理工大学应用科学学院进行了系列教学改革。
（一）优化课程体系针对机械创新设计大赛我们已完成省教改课题“培养高素质应用型机械专业人才的综合课程设计改革”（课题编号：JXJG-06-84-1）和校级教改课题“以创新设计大赛为切入点的《机械原理》教学改革”的研究工作。通过两课题的研究在原有教学计划基础上，针对机械创新设计大赛和综合课程设计改革[8]，将机械专业09级教学计划中的机械原理课程设计、机械设计课程设计和专业课程设计分别改为机械创新设计（一）、（二）、（三），使之成为连续的实践教学环节，并在课题的设置上，增加创新专题，培养学生的创新意识。在课程设置上，增加了《机械创新设计》选修课程，开设互动式和讨论式教学环节，通过参与课堂教学提高学生学习兴趣、培养学生创新思维、掌握创新方法。在10级教学计划中增加了为期一周的《机械创新实训》实践环节，该实训是基于慧鱼创意组合模型和机构创新组合平台开展的，意在培养学生的创新意识和动手能力。
（二）提供政策保障、建立激励措施学院教学改革的重点是放在实践教学改革方面，因此在实验室建设和开展课题研究上给予大力支持。江西理工大学立足学院实际，专门成立了由分管科研的副院长任组长，由教务办公室主任、各系教学主任组成的大学生科技创新领导小组，对不同渠道、不同学科、不同类型、不同级别的赛事，进行策划、组织和管理，统一协调参赛学生、指导教师、方案评审、作品制作、组织参赛、动员宣传等各项工作，有计划有组织地开展学生课外科技创新活动，参与各类科技竞赛。学校投资140万，正在筹建机械创新实验室、机器人实验室和液压测控试验系统（含机械手等设备）。另外学院每年对大赛设立专项资金支持，保证大赛顺利进行，对参赛老师和学生给予充分的支持和一定的奖励。
四、结语
“以赛促学、以赛促教、以赛促改”是各院校开展各项学科竞赛的初衷。江西理工大学应用科学学院通过参加机械创新设计大赛，促进了教学改革，完成多项教改课题的研究，提高了指导教师的理论水平和创新能力。就学生而言通过参加比赛提高了学习兴趣，培养了创新意识，增强了专业综合知识应用能力、工程实践能力和就业竞争实力。通过参加机械创新设计大赛，显示了我院的组织能力和科研能力，宣传了学校办学特色与成果，提高了学校的知名度和影响力。
1前言
在人类社会不断向前发展的进程中，始终都是由社会生产力的增长为推动力，促进社会发展。要知道创新是一个民族进步的灵魂．是国家兴旺发达的不竭动力。一个没有创新能力的民族，是不能再立足于竞争激烈的世界之林的。我们作为国家未来的希望，国家发展的主心骨。高中生更应该在努力学习科学文化知识的同时，加强对机械方面的创新设计能力。结合日常生活，发现机械创新之美。
2机械创新设计的特点
作为一名热爱机械创新设计的高中生，在课余时间我已经进行和多次的机械创新设计的尝试工作。我发现机械创新设计具有一些独特的特性。例如:进行机械创新设计需要设计者进行反复验证，多次筛选，并且在每一个设计环节内都会有特定的优化设计的方案，各个环节之间的联系也比较紧密，从整体看，可以发现机械设计工作还具有系统化整体化的特点。同时，在进行机械创新设计工作中，能感受到多门学科的交叉和渗透，这就需要设计者能够掌握多种类型的知识，合理运用创造性与发散思维，基于复杂的学科知识进行思考和判断，从创新设计的复杂性特点出发，进行设计。另外，我们高中生在尝试机械创新设计时，前期可以先引用或参考外国先进创意产品进行设计，这不是单单进行简单的模仿或改造，而是了解机械创新设计特点的第一步。
3创新设计方法
(1)在进行创新设计时，最常使用的一种创新方法就是模仿生物进行机械设备的创新设计，这种方法是进行对自然界生物机能分析类比、总结特性，并将自然生物的特点融合进行新机械设备中。目前，我们看到已经出现了模仿人类手臂的机械抓手、模仿蜥蜴等爬行动物的海底机器人等等，这些都是设计者仿照自然生物特点进行设计的机械设备。而对于高中生来说，进行的机械创新设计也可以从这一角度进行思考，细心的对日常生活环境和大自然中的生物特性进行观察，获得设计灵感。(2)参考外国先进创意产品进行设计，也是很有效的一种设计方法。这主要要求设计者先选择合适的国外的科技成果或先进产品，经过一段时期的分解研究并全部将设计优点进行消化吸收后，再进行改进强化工作，并在技术或产品中加入自己的想法，开发产品新的使用用途，从而设计出全新的机械设备。(3)“移置技术法”创新设计方法，顾名思义这一方法就是要将一个领域中的先进技术应用到另一个领域中，进行设计工作。例如，纳米技术作为一种先进科学技术，本是一种物理领域的材料，但是在经过研发之后，可以应用在机器创造、服装设计等领域，并且生产出了非常多的纳米机器、纳米服装。所以，高中生进行机械创新设计也可以从这一角度出发。
4创新设计思维
机械创造设计者必先要有新颖性的思维，也就是创新思维，这是设计者可以进行创新设计的根本原因。作为高中生，自身接受教育的程度和社会实践都比不上专业的机械设计人员高，所以所具有的设计思维的整体深度、广度和系统性也会存在很大的差异。所以与专业机械创新设计人员不同，高中生需要具有的创新思维，只需要将书本以及课堂中学到的知识进行整合，并添加一定的想象力，将设计思路进行开阔，扩展可以联想到的最大范围，满足机械创新设计的要求。同时，除创新思维外，我们高中生也要重视创新过程中的灵感思维，这一思维是指在设计过程中经过长时间并艰苦的思考后，突然产生思想火花，从而推动创新瓶颈期的结束，解决设计中未能解决的问题的思维活动。一般情况下，灵感的出现会受到一定因素的影响，可以是突然看到家里微波炉的加热过程，又或者注意到了教室中的全自动喷水黑板擦擦拭黑板的印记，从而受到启发。这是我们是潜在创造力的升华，是创新设计从量变到质变的思维过程。在进行机械设计时，要有意识地激发自身创新设计思维，进行创新素质的培养，促进自己厚积薄发地涌动出创新的灵感。
5提高机械创新设计水平的策略
5．1结合学校相关课程进行创新意识。提高机械创新设计水平，要注意培养自己日常生活中的创新意识，尤其是在学校学习的过程中。课程教学时传授知识的过程，在这一期间培养其自己对创新知识的敏感度以及对知识的联系意识。在相关课程教学过程中，对老师讲解知识时，所结合的专业知识以及该领域内科技前沿的创新成果进行记录，并在课后进行查阅，并对老师教学过程中组织的小组讨论环节，积极发言与同组的同学交换想法，大胆的说出自己的新思想、新方法，在同学们不同的思维中激发创新灵感的出现。并且对老师所举出的每一项设计案例，持求异存疑的逆向思维，必要时可以申请实验室进行验证。对书本上的知识，进行实际应用，时刻保持创新意识，促进创新能力的提高。5．2多接触现代化先进的设计方法与手段。随着计算机技术的发展和现代化仪器的不断出现，机械设计的方法和手段更新速度越来越快，所以，我们不能仅仅局限于课堂学习中所接触的创新设计知识，要自发的紧跟机械科技发展的脚步。可以使用家中的电脑定期查阅网页、订阅有关机械科技设计创新杂志进行了解最为先进的设计方法和手段。5．3加强机械创新设计实践。对于我们高中生，课业压力重，可以进行机械创新设计实际的机会和时间少之又少，但是可以发现学校和少年宫等组织会定期举办一些科技创新实践活动，可以借助这一活动，磨炼自己的创新技法。例如:科技制作竞赛、机械创新设计大奖赛、机器人大奖等比赛都可以积极参与。
6结语
在21世纪，我国将会面临更多的挑战以及更多竞争，为了强化机械领域的竞争力以及增强自身的机械创新设计水平，我们需要积极地去认真地学习机械创新设计，并且要虚心学习国内外有关的先进的设计方法，制定安全合理的机械设备的设计方案。另外，为保证设计出的机械设备的安全性，我们必须始终以高标准严要求进行设计工作，提高机械创新设计的可靠性、实用性。让我们高中生设计的机械设备也能走向市场，并能在生活和相关生产领域进行应用。这不仅是对自身能力的肯定，更能提高日常生活质量或者应用行业的生产先进性。
作者:闫栋宇 单位:石家庄第二中学高三六班
从2004年到2016年，全国大学生机械创新设计大赛成功举办了7届。此项赛事是经教育部高等教育司批准，由教育部高等学校机械学科教学指导委员会主办的，面向广大在校大学生的群众性科技活动。大赛每两年一届，已成为常态化赛事，每届大赛都吸引了广大学生踊跃参加，通过竞赛，学生的综合设计能力与协同合作精神得到提升，机械创新设计、制作等实践能力也得到很大程度的提升。机械创新设计大赛充分展示了我国大学生机械创新设计的成果，同时也展示了我国高校机械学科的教学改革成果。笔者曾指导学生参加第五届、第六届、第七届连续三届的全国大学生机械创新设计大赛，总结了筹备及参与大赛的工作经验，在此拟结合这些工作经验对改善机械创新设计大赛、促进创新教育发展进行探讨。
一、机械创新设计大赛的目的与内涵
（一）机械创新设计大赛的目的。全国大学生机械创新设计大赛的目的，在于引导高校在课堂教学过程中注重培养大学生的创新设计意识、综合设计能力和团队协作精神；鼓励大学生走出课堂，积极参与课外拓展课程，加强自身动手能力和工程实践训练，通过机械设计和工艺制作等课外科技活动，提升自身的创新思维，成为对社会有用的创新型人才。（二）机械创新设计大赛的内涵。机械创新设计大赛有其深刻的内涵，主要表现在以下几方面：重视人文关怀，陶冶创新精神、锻炼实践能力，结合生产实际、践行开放办学。2004年9月的第一届大赛无固定主题，但从2006年10月的第二届到2016年10月的第七届均设定了相应的大赛主题，如第二届以“健康与爱心”为主题，第三届以“绿色与环境”为主题，第七届以“服务社会—高效、便利、个性化”为主题。从这些大赛主题中可以看到机械创新设计大赛重视人文关怀的内涵。创新无处不在。创新通常分为两种：一种是构成事物原有元素的重新组合；另一种就是在原有元素上加入新的元素。每届参赛的作品都必须与大赛的主题和内容相符，而且要求作品在功能、设计、结构、工艺制作、性价比、实用性等多方面具有创新性。这就对当代大学生创新精神、实践能力等方面提出了更高的要求，也体现了机械设计大赛这方面的内涵。结合生产实际、践行开放式办学，这是机械创新设计大赛的另一层内涵。设计是制作的依据，制作是设计的体现。每一个参赛作品，从构思、设计、出图、工艺到制作，整个过程必须依托生产实际，设计出来的作品可能很美观，可是如果没有考虑加工工艺，就无法通过机械加工来完成制作，这就是理论脱离实际。机械创新设计大赛是一项体现综合设计能力的科技活动，其要求加强校企合作，加强校内外实训基地建设，践行开放式办学，给学生提供技能展示的平台，让学生更多地投入实践训练中去。
二、机械创新设计大赛存在的问题剖析
（一）竞赛与日常教学活动难以兼顾。按照往届大赛赛程，机械创新设计大赛每两年举办一次，基本是偶数年5月份区赛，7月份国赛，但是高校教学计划是以年为单位编制班级，所以不能保证每届的学生都有机会参加竞赛。特别是高职院校，很多高职院校是采用“2.5+0.5”的教学模式，奇数年份入校的学生，一年级时没条件参赛，二年级时又不举办比赛，到三年级第二个学期又在校外进行顶岗实习。并且竞赛没有纳入教学计划，学生只能利用课余时间筹备比赛，作品从设计到制作易与教学计划冲突，参赛作品参差不齐，难以保证质量，这就与大赛的宗旨背道而驰了。（二）学生自主创新的作品难以甄别。由于比赛时间的仓促，学生设计水平的局限，难免存在部分作品抄袭剽窃现象。从往届的竞赛作品来看，有些作品全部或部分技术已被他人申请专利保护，或市面上已有相同商品销售。另有一些作品远远达不到现有应用的同类产品的技术水平。相当数量院校的作品设计比较简陋，制作粗糙，难免有消极应赛之嫌。竞赛的评委来自各院校或某些企业，他们只是某个领域的专家，对不同领域的科研状况和科技水平往往不够了解，他们在甄别作品的创新性、自主完成方面存在困难。（三）竞赛未能做到公平与公正。机械创新设计大赛是教育主管部门和各高校关注的重要赛事，要保持其旺盛生命力，就必须做到公平、公正、公开。纵观往届大赛，仍存在一些不公平、不公正的方面，例如，竞赛组委和评委组成结构的代表性不足，基本上集中在少数的重点工科院校，有些评委本人还是指导老师，指导一个或多个团队的作品，评委之间赛前允许交流和讨论，这样的竞赛难以保证公平与公正性。评委不应该是参赛代表队的指导老师，也不能为参赛代表队的领队，只有对这些事项进行规范，竞赛才会向良性发展。
三、改进机械创新设计大赛，促进高校创新教育发展
（一）把竞赛纳入教学计划和教学大纲中，加强创新教育。知识只有创造性地运用才谈得上有力量。创新教育在于激发学生的创造精神和创新能力，启发学生创造性地学知识，并创造性地运用知识。只有引导学生在学习上发挥创造性，摒弃以往消极地存储知识，被动地接受知识的观念，才能达到德智体美全面发展的教育目标。学生要发挥创造性，除在课堂上学习理论知识外，还要加强课外的动手操作能力。机械创新设计大赛给学生提供了良好的课外实践平台，参加竞赛的学生在老师的指导下能够激发创造力，尽情发挥自己的才能。机械创新设计大赛的宗旨是“以赛促教，以赛促学”，所以，建议在保证学校的日常教学情况下，把竞赛纳入教学计划和教学大纲中，加强对学生的创新教育。（二）结合竞赛特点建立智创团队，充分发挥学生创新潜能。团队协作是历届机械创新设计大赛的特点，有一个良好的创新团队才能创造出优秀的作品。根据笔者多次参加该项大赛的经验，团队成员必须具备勤学好问、肯钻研、能吃苦、表达能力好、动手能力强等素质。所以，结合竞赛特点建立智创团队，建设智创工作室，以老带新，养成团结协作、共同创造的良好习惯，显得十分重要。智创团队中的学生可以利用课余时间发挥潜能，进行一些创新性的设计制作，一方面增强对本学科知识点的学习兴趣，另一方面通过竞赛拓宽视野，为今后步入社会积累经验。此外，为了充分发挥智创团队的创造力，各高校还可以考虑建立智创团队工作室。目前，不少高校仍缺乏适合创新人才培养的良好环境，很多学校的实训基地参差不齐，对机械创新设计大赛不够重视，有的可能连好一点的加工作品的工作场所都没有。为了保证参赛作品的质量，高校可以考虑建立智创团队工作室，让学生课余时间能在工作室里设计与制作作品，充分发挥创新潜能。（三）规范竞赛相关事项，促使学生树立创新意识。只有对大赛的相关事项进行规范，严格做到公平、公正，才能真正调动学生的参赛积极性，促使学生树立创新意识。首先，要杜绝大赛抄袭现象。据了解，在机械创新设计大赛中，有些院校为了完成比赛任务，随意拿个作品或在网络上抄袭一个作品充数参赛，这样既占用了竞赛名额，也占用了比赛场地，更不利于学生创新意识的树立。对此，应严格对作品进行把关，杜绝大赛抄袭现象。要明确竞赛主题，明确竞赛主题就明确了竞赛方向，参加竞赛的学生作品就必须与主题相符，这样能够一定程度上杜绝学生对其他作品的抄袭。其次，要对大赛的评委进行严格甄选，即对评委进行综合性考核，保证评委们所擅长专业涵盖各领域，对不同领域的科研状况和科技水平有足够的了解，这样才能很好地甄别作品的创新性以及是否为学生自主完成。此外，要避免裁判既是指导员又是裁判，只有这样，才能建立公平、公正的评判机制。（四）完善参赛奖励制度，鼓励学生自主创新。每届机械创新设计大赛都会涌现出不少的优秀作品，这些作品中有的还是受法律保护的专利作品，这充分说明在带队老师的指导下，学生的潜能是无限的，只要能提供良好的创作环境和竞赛环境，学生是能设计和制作出优秀作品的。但是，再大的潜力也是需要激励的，有了相应的激励，学生才能将自身潜能最大限度地挖掘出来。当前，在参赛激励方面，每个学校有所不同，有的学校奖励力度很大，有的学校奖励力度很小，这样就难免出现消极备赛的情况。为鼓励学生积极参赛，充分发挥自主创新潜能，各高校应完善参赛奖励制度，鼓励学生自主创新。例如，可以在物质上给予奖励金等奖励，也可以在精神上给予个人荣誉等奖励。
总之，创新教育的优秀在于创新能力的培养，而全国大学生机械创新设计大赛能够从意识、思维、个性等方面培养学生的创新能力，是培养学生创新能力的有效途径。因此，改进机械创新设计大赛，并将之与高校创新教育紧密结合起来，有利于促进高校创新教育的发展。
作者:江健 方小菊 单位:广西职业技术学院
摘要：大学生创新理念对大学生机械设计能力的培养越来越重要，因此，如何培养大学生的创新能力成为教育关注的热点，加强对大学生创新能力的培养，已经成为我国高等院校的重要课题，此外，大学生的机械设计创新大赛也在一方面体现着各高校学生的创新能力。从创新设计理念的概念着手，分析我国当代大学生在创新设计上面的不足，创新设计理念对机械设计的重要性以及如何培养大学生的创新能力，简单探讨创新设计理念对大学生机械能力培养的作用。
关键词：机械设计能力；创新设计理念；大学生
随着大数据时代的到来，我国需要紧紧跟随世界发展速度，建设创新型国家，从制造大国转变为创造大国，由此导致我国的创新型人才极度缺乏。如今，培养具有实践能力和创新精神的人才是我国教育改革的重要任务，也是教育改革的一大方向。现在我国的各大高校正探究人才培养的有效措施，不断加大对人才培养的资金支持和教学设施改进。积极培养初创型人才，培养具有创新能力和创新意识的高技术人才，是我国教育的重要任务目标之一。
一、创新设计理念概述和机械大赛的作用
创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的科研成果进行创新构思，设计出具有新颖性、创造性、科学性以及实用成果性的一种实践活动。在机械设计能力中如果将创新理念与其相互结合，将会把艺术、社会、技术、文化等融在设计之中，从而创造出实用性的新产品。为了培养大学生的创新意识、实践能力和合作精神，强化学生综合能力的培养和基础知识，在2000年开始，全国大学生机械大赛就开始举办，在各大高校中，机械创新受到广大教师领导的重视。教育部部长早就指出创新是发展的根本，没有创新就没有发展；设计决定着产品的功能、寿命；机械决定着一个国家工业的发展程度[1]。学生通过参加大赛一方面提高学生的创新设计能力，一方面增强学生的创新意识，让学生将理论转化为实际经验。为国家培养创新型人才，使创新的理念成为学术界的潮流，将比赛中创新的理念和理论知识用到生活中，激发大学生创新潜能，提高大学生的实际动手能力。
二、大学生创新设计的不足
1.高校的师资力量不足。教育的改革是在教师，学生创新能力的培养也是在教师，因此，教师教学水平的高低会直接影响到学生的创新能力。培养学生的创新意识，需要教师不能单调古板，反而要有着强大的创新激情，严谨的学习态度和雄厚的学术功底。但是即使有这样的教学资源，学生的创新意识仍然不足，一方面是由于指导学生进行机械设计仍然有一定的难度，另一方面就是我们的创新教学仍处于开始阶段，没有什么经验可以借鉴。机械创新设计大赛的实践能力很强，学生要在短时间里拿出作品是有一定的难度，而且青年教师的经验缺乏，没有专业的专家指导很难实现机械设计的创新。2.学生的知识储备不够，创新意识也十分薄弱。在中国传统的教育制度所培养的学生只会考试、死读书。不会临机应变，独立自主的学习；在这样的教学之下，学生学习的主动性和积极性不高而其思考能力也十分有限，严重地限制了创新型人才发展，试问这样如何让学生有自己的创新理念？尤其是我国大学的应试化教育更是阻碍学生发展，使学生在大学学习期间学到知识有限，思想十分僵硬。在机械设计大赛的参与中，大部分为高中生，并没有系统地学习专业课，基础课也只是刚刚学完，学生也不能灵活地将所学到的知识运用到实践中去。因此，在学生参加机械设计大赛的时候，虽然积极性很高，但随着机械的加工制作，学生并不能靠自己的能力来解决困难，这时候学生就会出现厌恶的情绪，放弃参加比赛的机会。而且，高中生的责任感并不是很强，真正参加到最后比赛中的学生少之又少。
三、创新设计理念对机械设计的重要性
在机械设计中，如果单纯地依靠课本上原先的设计材料，无法将机械制造的理论和实践发挥到最大用处，因此，在机械设计中创新理念是机械设计的优秀，一个设计产品，如果仅依靠模仿其他人，是无法实现其原本的价值，只有将自己的创新理念与自己的机械设计相互融合，创造出属于自己的产品，才能在一定程度上反映自己是一名合格的创新型人才，由此可见，创新理念在机械设计中是十分重要的[2]。相对而言，创新的机械设计产品也在一定程度上帮助自己促进全脑的开发，因为人是通过感觉系统来感知外界信息的，如果在设计的过程中有不同的信息由大脑中不同的通道进入人体的反射神经中，那么大量的信息就会刺激脑细胞生长，使人脑得到良好的塑造；另外我们所接收的信息分为直接信息和间接信息，直接信息是我们通过自己的大脑根据实际经验总结出来的对大自然的认知，而间接信息就属于外界告知或者他人总结出来写在书本上的，例如我们课本的学习和老师的授课都属于间接信息。在大脑接收间接信息和直接信息的过程中，大脑会将这两种信息有机结合，帮助促进大脑的发展。就像我们在进行机械设计的过程中，利用书本的知识和自己对知识的理解来对产品进行创新一样。总而言之，通过参加机械设计大赛，通过自己动手制作加工产品的过程，会在一定程度上培养大学生自主创新的能力。
四、如何培养大学生创新能力
1.积极参加创新活动。积极参加全国或者高校组织的创新设计活动，培养自己的创新理念。或者在各大高校内由学生自己组织创新活动，让学生自己去大胆地尝试、创新，让学生自己在活动中积极发散思维，激发学生的创新能力，培养学生的创新人格。至于没有机会参加机械大赛的同学可以到比赛座位观看比赛，一方面增长自己的机械设计见识；另一方面可以吸取参赛队员的经验和创新设计。通过总结来增强自己的创新能力。2.建立合理制度。学校领导要重视创新活动的组织，让学校中更多的学生一起参与机械设计的活动中来，并且为活动提供良好的比赛氛围，建立合理的奖励机制。这样有助于调动学生创新的积极性。例如，在机械设计大赛中的一些学生获奖之后给予一定的奖励或者加分。建立类似的激励政策有利于鼓励学生创新，另一方面也为培养创新型人才作出了一定的贡献[3]。3.重视学生的个性发展，系统教学。由于对创新的了解不强，但对本专业的知识比较了解，因此，学校对初次参加机械大赛的学生开设了许多与创新相关的选修专业课，甚至允许学生跨专业、跨系来学习各种课程，便于学生进行综合性极强的学科训练。另外还为提高学生的创造性思维，开设了许多的心理学、思维科学、通识教育等科目。还将各种提高自身创新能力的方法在课堂上一一展现出来，例如，探索规律的现代科学创造法、重视分析的思维创新法、扩展思路的发散思维法、强化动因的群体机制创新创造法。不仅仅学生需要创新理念，学校、教师也需要学习。转变教学观念，教授学生正确的学生观。要把学生当做有丰富个性、创造潜能的主体，而不是看做一个被学校管理的对象和灌输知识的机器。通过制定适当的教学目标，经常参加机械创新设计类的赛事，将学生的个性和创新能力充分发挥出来。4.建立专业场地。学校一方面要支持学生进行创新设计，另一方面要积极拨款，主动建立创新基地，购买创新需要的活动设备和仪器，同时还有有相关的管理人员对这些场地和设施进行监督管理，防止学生因使用错误而导致受伤，或者学生的故意破坏等意外事故。保证这些基地和设备在合适的时间开放，使学生充分利用空闲时间，有针对性地培养自己的创新意识。提高学生参与机械设计活动的自觉性、积极性、主动性。
五、结语
由上文可知，我国在创新人才培养上面还存在着许多欠缺，要想提高大学生的机械设计能力就需要我国在创新设计理念培养上面继续改进，培养大学生的创新意识、实践能力和合作精神，积极参加全国举办的大学生机械创新大赛，在比赛中获得灵感，在比赛中寻找自己的不足，大学生要重视创新理念的自身培养，学生之间相互交流，相互合作。积极阅读课外书籍，培养自己的创新意识才有助于增强自己的机械设计能力。
作者:陈璜 单位:集美大学诚毅学院
系统生命周期工程教育的目的是培养具有熟练技术基础和广泛专业能力的学生，在过去几十年里，大学之外的社会一直在要求工程教育者改进工作以更好地满足以上目标。[1]但是20世纪中期以来，我国的工程教育日渐脱离和轻视工程实践，工程教育的教师越来越多的由工程科学家担任，他们其中多数人从来没有做过工程师，他们思考、工作、教学都是在其所熟知的工程研究环境中。工程研究固然是一个很重要的领域，但问题是，它实际上逐渐取代工程实践环境而变成了工程教育环境。这样，我们就不知不觉地开始把我们的学生培养成为工程研究者，而不是工程师。据麦肯锡季刊的一项分析报告指出，在中国160万名青年工程师中，只有16万能胜任跨国公司的工作，能达到跨国公司用人标准的合格毕业生比例不到工科毕业生的10%，与印度的25%、马来西亚的35%、波兰的50%、比利时的80%以及其他发达国家差距甚大。据瑞士洛桑国际管理开发研究院（IMD）公布的国际竞争力排名可知，我国整体实力排名由2005年的第31位大幅上升到了2006年的第19位，但在同一排名榜上，我国培养的可获得资格的工程师数量却连年忝居末座。[2]因此，中国的工程教育迫切需要进行深层次改革，以适应全球经济快速发展的需要。
一、国际工程教育大潮中的CDIO
全世界对工程教育的改革都很迫切，无论是发达国家还是发展中国家。在过去的10年里，美国的企业界人士开始致力于缩小当前工程教育中的理论和实际操作能力之间的差距，对工程教育提出了新的目标和要求。四所前沿的工程大学（美国麻省理工学院、瑞典查尔姆斯技术学院、瑞典林克平大学、瑞典皇家技术学院）从2000年起组成跨国研究项目组合，经过4年探索，他们合作开发了一个新型的工程教育模型，称为CDIO。其名字的灵感来源于产品/系统的生命周期过程。该生命周期可分为四个阶段：构思、设计、实施、操作。它是“做中学”原则和“基于项目的教育和学习”的集中体现。它以工程项目（包括产品、生产流程和系统）从研发到运行的生命周期为载体，让学生以主动实践、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO的理念不仅继承和发展了欧美20多年来的工程教育改革理念，更重要的是提出了系统的能力培养、全面的实施指导、完整的实施过程和严格的结果检验的12条标准，具有很强的可操作性。[3]CDIO标准是直接参照工业界的需求（如波音公司的素质要求和ABET的EC2000标准）制定的，因而能完全满足产业对工程人才质量的要求。迄今已有几十所著名大学加入CDIO国际组织，麻省理工学院已有两届CDIO学生在毕业后得到工业界的好评。一些公司甚至专门为CDIO毕业生制定了高于其他教育模式毕业生15%的工资标准。
二、机械创新设计大赛中的“做中学”模式
2006年初北京石油化工学院在组织第三届首都高校机械创新设计大赛时，大多数师生根本没有听说过CDIO，因为要参赛而且想拿出成功的作品参赛，教师带领学生“在做中摸索、在做中学习、在做中提高”。第三届首都机械创新设计大赛的主题是“健康与爱心”，大赛要求从这一主题出发，由学生设计、制作、提交相关机械产品的样机进行比赛。机械创新设计大赛的设计远不只是图纸上的设计，还包括从调研到构思、设计、制造、装配、调试、使用，乃至改进设计这样又一轮的实践活动。这是一套完整的实践活动，是一套出真知、出创新、出成果的实践活动。[4]2006年是我们学生包括部分教师第一次亲临一种全新机械产品开发和制作全过程的体验，开头真是无从下手，产品都不知如何确定，更不用说设计与制作了。在教师的指导下，考虑到我国需助残、康复、健身的人群现状，学生们开展了广泛的市场调研，深入到大兴康复医院、海淀康复机构等观察采访，结合不同的康复人群的需要，拟订了“多功能电动轮椅”、“人性化担架和康复助力拐”等产品的选题组成产品开发小组。开发小组的分组以学生自愿组合为基础，并考虑了专业和男女同学的合理搭配，以便于最大限度发挥每个人的特长。过02级学生马强、机电02级学生龚月圆和机电02级学生杨雄在进行“多功能电动轮椅”的功能设计构思时，为突出“多功能”的特点，对各种机构进行了深入的研究和学习，最后运用机构学原理设计了靠背、桌面和遮阳翻转机构，设计思路新颖，结构精巧简单，将简单的靠背根据残疾人需要，经机构变换可巧妙变化成书桌或遮阳机构（该成果已获得实用新型专利授权）。杨雄同学在调试电动轮椅时，面对项目中驱动与控制问题，在请教自动化专业教师的基础上，自学掌握了控制工程原理、制定了合理的启动方案，并且利用网络查询小型步进电机及其驱动器的价格，为了节省开支，跑遍了大兴的各机电产品市场（包括旧货市场），不但购买到可用于该项目的小电机和驱动器，还学到了一些实用的技术、方法。在实际制作中，学生们虚心请教工程教育中心的师傅，改进原设计中的不足，自己动手加工零件，组装出所设计的产品，圆满完成设计制作任务。过03级学生姚明、钟云青在设计制作“人性化担架”作品时，出于最大限度保护伤残病人的愿望，巧妙运用四杆机构原理设计了可自由开合式担架，为准确规划担架的运动轨迹，并自学了WorkingModel机构设计分析软件，从理论上保证了机构尺寸的精确性，为进一步的设计制作奠定了良好的基础（该成果已获得实用新型专利授权）。每一个作品的后期制作，都是考验学生团队能否团结协作、有无锲而不舍精神的关口。内行都知道，设计工作量为一，那么制造工作量就为十，这表明，后天的制作量是十分大的。学生们顶着酷暑纷纷自己动手，有的到废旧市场寻找原材料，有的到工厂进行加工、组装、调试，反复修改，以求制造操作上易于实现。这真正体现了“做中学、学中做”相互结合、相得益彰。在以往单纯理论教学中，学生只是知识的接受者，而不是知识的主动索取者，学习没有明确目的，知识—教师—学生是一种直线单向式关系。而在机械创新设计大赛的实施过程中，围绕课题的实践，学生获取知识的欲望被激发，学生能够有目的地自学或在教师的指导下用知识解决实际问题，学生真正懂得了“学”与“用”的关系。同样教师通过实际课题的锤炼增长了工程实践能力，因此这是一种互动的三角双向式关系。
三、CDIO理念的运用
2008年初我们在准备第四届首都高校机械创新设计大赛时，已经在CDIO的实践中尝到了甜头，已经真正能将CDIO应用于大赛的规划和组织。在这一过程中我们更加强调产品生命周期开发和使用作为知识和能力培养的载体及环境，更加强调的是知识和能力之间的关联，而不是具体内容。因此依据此次大赛的主题“绿色与环境”———“环境机械、环保机械和厨卫机械”，我们首先在校内成立大学生课外科技活动小组（URT小组），以项目的形式为组织、以多年级多学科共同合作为要求、以运用知识解决问题为目标来实施产品全生命周期的工程实践，通过让参与的学生明白他们在构建的并非其特定产品的设计模式，“构思-设计-实施-操作”这四个词可表达更广泛的工程师行为，不论是网络工程师、机械工程师、建筑工程师或生产工程师，都要遵循。此次大赛的组织更加开放，多个URT小组都是学生自行管理和实施。组长安排讨论构思、组长分配任务，对于不懂或需用到的知识，组长听从教师的建议，分别安排同组学生选修相关课程或向教师请教。实际上，在有限的学制中，任何工程教育专业都不可能将今后工作中所需的知识完全教给学生，而只能按照项目训练的方式组织知识，教给学生在“做中学”，在基于项目的反复学习训练中，获得能力，提高工程素质。学生在此实践训练过程中学到知识，但更重要的是获得自学能力、解决问题能力和创新能力，进而提高其走入社会的自信心，这才是他们终身取之不尽用之不竭的宝贵财富。第四届首都高校机械创新设计大赛学生设计开发制作完成了户外折叠式玻璃清洁器、节能型高压汽雾清洁车、超声节水洗碗机和手动式户外清洁车等六件作品，项目执行过程中各小组多名学生有计划选修了机械创新设计、PRO/E三维设计、产品创意设计实践等具有创新设计理念和介绍先进设计工具手段的课程。所有设计开发制作的产品更注重学科上的综合性，学生的不少作品充分融合了机械、电子、光学、控制、材料等多学科知识。参加制作的学生来自不同的院系与专业，各人根据自己的专业与特长，分工合作，彼此协调，体现了良好的团队精神。2010年、2012年、2014年我们又先后组织学生参加了第五届、第六届、第七届首都高校机械创新设计大赛。假设前几届参加的学生只是学生群体当中学有余力、主动性强、成绩优秀的佼佼者，从2010年起我们把参加大赛作为学生评定机械设计课程成绩、机械课程设计课程成绩的一项必要内容，学生的成绩一部分参考学生在参加大赛中的表现，逐渐摒弃了那种一次期末考试成绩确定学生课程结业成绩的做法，而且获得一等奖、二等奖的学生还可以申报创新学分。这一系列措施极大激发了学生参加大赛的积极性和主动性，尤其是那些平时爱玩、学习成绩不理想、自信心不足的学生，他们觉得这种学习、动手、实践不再枯燥，还可以依据自己兴趣，在“玩中学、做中学”。2010-2014年参加大赛的学生逐年增加，在校内形成了品牌、形成了传统，学生们都知道，一、二年级都要到学姐、学哥的大赛项目小组“打打酱油”、学习学习，三、四年级就要成为主力队员，用产品说话了。通过机械创新设计大赛的组织和实施，不但培养锻炼了一批具有自学与组织能力、勇于实践善于创新、乐于动手与协作的工程技术人才，而且加强了教师的CDIO技能，使学生在真正学到锻炼工程技能的同时，教师在此过程中也弥补了工程经验不足的缺憾，为将来的实践教学打下了基础。正如总理曾经讲过“做中学才是真正的学，做中教才是真正的教”。“问渠哪得清如许？为有源头活水来。”创新之水来自实践之源。作为新时期的教育工作者，我们只有不断为学生提供实践之源，我们的学生才能成为社会需要之材，才能成为国家兴旺之材。
作者:蔡晓君 刘湘晨 窦艳涛 单位:北京石油化工学院机械工程学院
摘要：在现代机械包装加工中，采用创新设计的方法，提升包装整体效果，有利于提高产品的综合性能。在创新设计活动中，设计人员应该对产品的内容和特性进行分析，并要根据公司的产品设计要求进行设计要素的合理搭配，从而提升包装设计质量。应用创新性的设计思路进行机械包装研发，重点要使产品的包装设计满足产品的定位需求，才能够提升产品的市场占有率。本文从现代机械包装的工作特点进行分析，提出几点有利于包装设计创新的可行性建议。
关键词：创新设计；现代包装；机械加工；应用探讨
1创新设计在现代包装机械中的重要内涵分析
在现代机械包装加工中，设计人员应该根据不同的形态语义，选择不同的包装设计方案，用产品保障来突出产品的使用特性与风格特色。在包装设计的过程中，设计人员应做好产品包装体的插画设计、标志设计和展示设计等工作。我国小型高档消费品在包装设计方面一般采用散装、独立式包装或者塑料盒包装，设计风格的控制方面比较封闭，缺乏透视感。通过市场实地考察，我们以针对女性消费的产品包装设计为例，存在大量使用厚黑设计元素的现象。商家在针对女性消费群体的包装设计时为了批量生产、节约包装成本，往往使用灰黑色为主的暗色包装色调，显得肤浅、突兀和雷同，并没有很好地表达自身品牌的独特文化定位和价值，对于自身品牌的塑造也是很不利的。为了提升产品对消费者的吸引力，不仅要提升产品质量，在产品设计中还应考虑到社会心理学的内容。考虑外包装在设计中颜色的选用对于产品的影响，避免过多使用黑色、深灰色、黑白相间、紫褐色相间的设计风格，以免引起消费者心理上的不适。尽量选用浅黄色、蓝白色的设计方式，增强产品包装的醒目效果，还能提升产品包装设计的品位。
2创新设计在现代包装机械中的应用探讨
2.1常见的矩形包装设计在机械加工中的应用
在现代包装中以矩形为造型的设计风格最为常见。这种包装风格形态比较规整，水平线棱角分明体现出产品的均衡、安定和平和。并且机械包装的垂直线体现出支撑、公正和稳定，对于一些家电类日用品采用矩形为造型进行设计，能够为产品增光添彩。家电类日用品质量稳定产品耐用，是包装设计重点考虑要素。采用直线造型的设计风格，赋予了切纸机高强度、高刚度的感觉，有利于提升消费者对产品的信赖感。并且矩形包装结构符合集合力学特点，整体包装设计比较稳定，结构坚固合理，其造型简约易处理，利用厂家使用各种尺寸的切纸机进行生产制造。以矩形为造型原态的产品包装设计具有强而有力的稳定感。在创新设计中，设计师还应注意包装盒的表面设计等比例的线条，将矩形包装设计中稳定但笨重的感觉削弱，给人一种精密分层和多级稳定的厚重之感。其中，生活中常见的产品包装设计为纸盒内塑包装样式。在包装工艺改进中，包装的标准化设计将会减少生产线上工具更换的次数，由原来的不同产品包装技工需要多个改进，到改进包装之后，一个工具就能够用于多个产品包装的生产需要之中。
2.2现代包装设计的材料使用分析
现代机械包装中常用的材料为硬质纸壳，根据FQZX系列切纸机的外形特点，选择合适的切削加工方案，有利于提升包装加工的整体质量。在机械包装创新设计中，设计人员可以认真采集和分析裁纸机的加速度和位移变化信息，设计出合理的运动学方程。根据裁纸机的运动状态选择包装方案，满足切纸机的运动选择要求。在机械包装中，设计师应该对上盘效率较低的产品包装类型进行重新设计。在新的设计方案中，可以使用抽空器降低塑料袋的包装容积，对于一些质量较轻但是体积较大的产品进行压缩处理。在减少包装容积的同时，减少纸盒的使用数量，使用形状相同大小不变的纸盒，其内容物装载独立包装的数量增加，纸盒购买的成本减少，纸盒消耗纸板的总量也会减少。切纸机的主要结构为推纸器、裁刀和压纸器等，为了达到良好的外包装切削效果，应该合理控制进纸的运动速度，并且在刀条切削加工过程中，始终保持压纸器工作状态稳定，防止纸张出现散落和褶皱的现象。
2.3包装设计的经典元素应用分析
现代机械化包装中，以矩形“切”角为圆形的设计风格比较常见，在产品外包装的创新设计中，为了增强产品整体形态中生动、明快的设计节奏特点，可以采用包装边框折线设计的方法，增强产品包装设计的“动势”。产品包装对折区域中的折线对于加工机械的性能提出了更高的要求，必须要使用高硬度、低薄度的刀具对包装盒的边角位置进行切削加工。在现代包装类产品的切削设计中，为了增强产品设计体的动感，摆脱传统造型设计中死板、生硬和厚重的机械感，可以采用弧线形的设计风格，显著提升产品包装设计的精美程度。但是，在产品包装设计过程中，设计师还应该考虑到产品的具体功能和材料的特性。包括包装材料的抗压能力，以及内容物是否能够倒置或者颠簸。选择合理的包装设计工艺，在包装箱内铺垫一定厚度的软质塑料块，使创新设计的包装品能够满足新的使用环境的需要。在现代包装设计中，弧线的应用具有一定的科技感和时代特征，以弧线为产品包装设计的风格比较多件。但是，弧线形的设计在上盘搬运的过程中存在一定难度，容易发生溜滑现象。如果弧线形的设计元素应用过多，将会造成内容物可盛装的含量降低，显著增加制造工艺的复杂程度和成本。盲目应用弧线形的设计还会使产品整体审美效果下降，同时可能会降低稳定性，损坏产品的结构框架。
2.4产品设计功能性诉求的保障分析
在现代包装设计中，采用叠加型的混合设计风格，有利于提升产品的设计功能性诉求。在设计中将控制面板进行隔离，创造出多个区域独立的空间，使得产品包装的功能区域划分更加明确。这种设计风格适合用于门幅宽度较小、机身高度不高的中小型切纸机。在叠加型的产品包装设计活动中，技术人员应该对传统外包装的风格进行分析，并且将传统设计中的经典风格进行组合叠加，放大产品设计新风格的新颖程度，摆脱产品包装设计的古板陈旧之感。结合当今时代快节奏生活的特征，对产品现代包装进行叠加型外壳包装处理，体现出新型包装的防震动、便携式、防挤压、美观性、防渗漏等基本功能。在产品创新包装设计中，注意使用“中国风”的文化符号，有利于提升产品档次，迅速打开市场。以茶叶包装为例，我国拥有悠久历史的古典文化，将中国传统的文化与绵长历史的茶文化相结合，可以实现创新设计方面的创新，还能体现出茶叶包装设计中的美观性。同时，在设计过程中，还要注意模仿我国同行业的茶叶设计方法，吸收其成功的包装设计经验。例如碧螺春将紫砂壶等陶土符号融入到精装礼盒的设计过程中，具有较强的美感，可以激发客户购买和饮用的欲望。
3创新设计的适应性改革对于现代机械加工中包装活动的影响
在创新设计中，采用包装标准化设计的方式，需要技术人员借鉴欧美国家的标准化设计技术，在包装风格调试上，进行产品包装的适应性改革。生产工具更换次数将会逐步减少，上货盘效率能够提高10%以上，包装购买价和纸板材料的消耗量将会逐步降低。我们以零售业中的包装设计分类单位创新和托盘数量设计创新入手，对提高现代包装机械加工的工作效率进行探究。将纸盒内塑料盘包装的分类单位增加数量，并且将每个盒子的底下托盘数量减少，通过改变盘子的数量和纸盒大小的方式，实现节约纸板与减少塑料消耗品的目的。采用增加机械包装中分类单位的方式，上托盘的效率明显提高了，在机械加工中的包装操作步骤减少，产品包装中的内托盘子和外包装盒的消耗量降低了，而产品创新设计之后产品包装的成本也逐步降低。我们以小食品业的包装设计为例进行分析，其中，小食品包装通常采用大包装硬纸壳内部塑料袋包装的方式进行食品的保险和防磕摔处理。在创新设计中，我们可以采用改变纸盒形状的方式来体现产品的定位和诉求，改变外包装之和的形状，但是内容物的体积不发生改变。小食品整体内包装中的盒子格挡板材数量减少，增高机械包装的货盘的高度。在小食品包装设计上进行创新之后，上货的整体工作效率大幅度提升。经过创新性设计的处理之后，盒子购买的总数量减少，盒子的消耗纸板数量减少，并且包装物的形状更加多样。
4结语
根据产品内含物品的特点，选择合适的包装材料。常见的包装材料有纸张、塑料、金属材料等。在包装中选择合适的材料能够提升产品形象，在产品的创新设计中，技术人员应该根据产品类型对包装风格进行改进，减少机械包装对于供给的不利影响。在机械产品的包装设计中，技术人员还应该考虑到大批量机械加工生产的需要，在设计中既应该体现出新意，还应该体现简洁、大方的特点。
作者:刘嘉 单位:太原工业学院机械工程系
