时间：2023-09-18 17:34:27
论文关键词 缺陷医疗器械 产品责任 构成要件 责任分担
一、缺陷医疗器械损害责任的性质
（一）产品责任和医疗损害责任的竞合
近年来，随着高新医学技术的发展，使很多医疗器械对手术成功起着关键作用甚至使得一些医疗器械植入人体内（如心脏支架），这就相应引起了有关缺陷医疗器械的各种纠纷，这种纠纷往往困扰着法院、受害患者及其家属、医疗机构、医疗器械的生产者和销售者，其主要原因在于关于缺陷医疗器械损害责任我国没有统一的定性。然而这种定性至关重要，若将其定性为产品责任，则适用其相关规则，包括无过错责任；若将其定性为医疗损害责任，则适用其相关规则，包括过错责任。最终受害人获得的赔偿不尽相同，医疗机构、医疗器械销售者承担的责任也会因此而不同。
关于缺陷医疗器械损害责任性质的争议，其本质是《侵权责任法》第59条规定的医疗损害责任和第五章规定的产品责任的竞合，那么缺陷医疗器械引起的损害责任究竟是医疗损害责任还是产品责任，或者兼具两者的性质，我国学者观点不一。杨立新教授认为，医疗产品损害责任是兼有两种性质的侵权行为类型，是医疗损害责任中的一个基本类型，然由于医疗产品损害责任具有产品责任性质，应当适用无过失责任原则，使患者的合法权益得到更好地保护。梁慧星教授则认为缺陷医疗器械损害责任是产品责任，“医疗产品缺陷致损，虽然构成侵权，但应当适用产品质量法的规定”。王利明教授的观点和杨立新教授的大同小异，“《侵权责任法》第59条在性质上是一种特殊的产品责任，它与该法中产品责任的规定，应当属于特别法与一般法之间的关系。如果《侵权责任法》第59条没有特别规定，可以适用该法中关于产品责任的规定。因此，医疗产品责任也可以适用产品责任制度的相关规则”。王竹老师的观点是，“《侵权责任法》上的医疗产品责任在体系上是一个‘一般规则+二维准用’的结构。所谓‘一般规则’，是指医疗产品责任原则上适用产品责任的一般规则；所谓‘二维准用’，是指医疗机构在主体意义上准用销售者责任规则和不合格血液在致害物意义上准用缺陷产品责任规则这两种准用规则”。 而有的学者认为，对医疗事故已经明确适用过错责任，没有任何一项事由上规定适用无过错责任；因此，在我国的司法活动中，应当遵循这一原则。
（二） 从患者利益的角度进行定性
在认定缺陷医疗器械损害责任的性质时，我认为应该从保护患者利益的角度出发，因为在侵害纠纷过程中，患者本来就处于弱势地位，如果将缺陷医疗器械损害责任定性为医疗损害责任，则适用过错责任原则，就会加重患者的举证责任，这对于原处于弱势地位的患者来说更是雪上加霜，在遭受身体和精神痛苦的过程中，还要去承担自己没有任何专业常识的对方的过错举证责任。因此应该将缺陷医疗器械损害责任定性为产品责任，减轻患者举证责任，而且这种定性有法律依据，即兼具合理性和合法性。
不可否认的是，缺陷医疗器械损害责任与医疗损害责任密切相关，其产生就是来自医疗诊疗过程，涉及的主体也包括医疗机构。但是，医疗过程中医疗器械等医疗产品责任的确立是随着产品责任的发展而出现的；而且如果将缺陷医疗器械损害责任定性为医疗损害责任，其归责原则就是过错责任，患者就必须证明对方有过错，加重了患者的负担。
杨立新教授主张的“双重性质说”影响力较大，其没有否认缺陷医疗器械损害责任具有医疗损害责任的性质，只是为了保护患者的利益，适用产品责任的相关规则。董春华认为，医疗产品损害责任的性质本质上不能兼而有之，这会给法院带来更大困惑， 我十分赞同这种观点。而且双重性质说肯定缺陷医疗器械损害责任的双重性质，然而却为了保护患者的利益而适用产品责任，这本身就是一种权宜之计，既然具有双重性质，为什么还只适用其中一种性质的规则呢？可见，这种理论在逻辑上是说不通的。
将缺陷医疗器械损害责任定性为产品责任不仅可以最大限度地保护患者的利益，还是有法律依据的，这就是其合法性所在。根据《侵权责任法》59条的规定，只要医疗器械存在缺陷导致患者受害，不管医疗机构有无过错，它都要承担赔偿责任；在承担责任之后，若医疗机构对缺陷医疗器械损害责任没有过错，其可以向生产者追偿，若其有过错，就无权追偿。可见，我国法律规定是医疗机构承担无过错责任，在对外责任承担上准用不真正连带责任，其只有在承担责任后才可以根据实际有无过错来行使或不行使追偿权，但这并不否定其承担无过错责任。鉴于医疗机构“以药养医”的医疗体制尚未得到根本改变且又不同于一般的药品销售者，医疗机构在医疗产品责任对外承担上的精准定位应该参照销售者的责任主体地位，准用不真正连带责任，在对内责任分担上适用特殊规则。
综上，将缺陷医疗器械损害责任定性为产品责任更为合理，可因此适用无过错原则。
缺陷医疗器械损害责任既然被定性为产品责任，则其生产者、销售者（医疗机构）、有过错的第三人适用《侵权责任法》第41-44条规定的缺陷产品不真正连带责任规则，以及《产品质量法》的抗辩事由。《侵权责任法》第46条规定的缺陷产品的召回义务和第47条规定的产品责任的惩罚性赔偿也同样适用于缺陷医疗器械损害责任。在下面，笔者将会对这些方面的问题进行较为详尽的论述。
二、缺陷医疗器械损害责任的归责原则及构成要件
（一）适用无过错责任原则
根据前文，笔者认为其是产品责任，因此应当适用的是无过错原则。归责原则确定了承担责任的主体，但并不是责任承担的最终形态，因此对于缺陷医疗器械引起的侵权责任，医疗机构和医疗器械生产者无论有没有过错都必须承担损害赔偿责任，这就是无过错原则。但是赔偿责任承担的最终形态也许并不如此，无过错的医疗机构可以在承担赔偿责任之后向生产者追偿。在此，我国《侵权责任法》并没有规定医疗器械生产者向有过错的医疗机构追偿，仅仅规定了医疗机构赔偿后向有责任的医疗器械生产者的追偿。这是我国立法者刻意规定的单向追偿权还是应该把它界定为双向追偿？我认为，既然我国立法者把医疗机构定性为销售者，在责任承担上应当适用《侵权责任法》第43条规定的不真正连带责任，因此应当把这种追偿权理解为双向的。
在确定缺陷医疗器械损害责任的归责原则问题上，很容易理解生产者和销售者承担无过错责任，但是对于医疗机构作为责任主体的归责原则上，却饶了个弯，因为正如王竹老师的观点那样，我国立法把医疗机构认定为销售者。我国在法律中将医疗机构定性为销售者而不是服务提供者，这一点与美国不同。在美国，医生和医院被视为专业的“服务提供者”，应该免受严格责任的限制。这主要是基于：（1）如果适用严格责任，医疗机构将不再使用新的医疗器械，担心因使用新的医疗器械存在缺陷而承担责任，从而阻碍医疗技术的发展。（2）如果适用严格责任，其成本远远大于它产生的效益，这是由于适用严格责任原则使医疗机构被迫为购进的医疗器械投保，还会雇佣专家对医疗器械进行缺陷检验。然而为什么我国把医疗机构定性为销售者呢？首先，医疗机构具有很强的商业属性，其给患者使用的一些嵌入式医疗器械收费颇高，甚至是手术费用的几倍、几十倍。其次，是为了保护患者作为弱势群体的利益，比如患者在治疗中嵌入了某些医疗器械，如假下巴、心脏起搏器等，自然就成了这些医疗器械的消费者，故从保护消费者利益的角度考虑，当消费者利益受到损害时，既可以向医疗器械生产者请求赔偿，也可以向医疗器械销售者（医疗机构）请求赔偿。
（二） 缺陷医疗器械损害责任的构成要件
1.医疗器械存在缺陷。依照《产品质量法》第46条的规定，“产品缺陷是指产品存在危及人身、他人财产安全的不合理的危险或产品不符合产品本身之保障人体健康和人身、财产安全的国家标准、行业标准”。因此医疗器械存在缺陷就是指医疗器械存在危及人身安全的不合理的危险，而这种危险往往来源于医疗器械不符合其本身应当具备的国家标准和行业标准。医疗器械的使用说明书、标签、包装应当符合国家有关标准或者规定。
2.缺陷医疗器械造成损害。缺陷医疗器械存在威胁人身安全的不合理的危险，当医疗机构使用这种医疗器械时很可能对患者的人身造成伤害，导致患者病情加重，甚至残疾或者死亡。但是缺陷医疗器械并不必然会造成患者人身伤害，因此只有患者已然遭受人身伤害，本人或家属才可以追究相关医疗机构、缺陷医疗器械的生产者和销售者的责任。
3. 医疗器械存在缺陷和造成损害之间存在因果关系。原因是医疗器械存在缺陷，结果是造成损害，此因果关系的认定需要相应的专业知识，举证责任应当有谁承担更具合理性呢？杨立新教授认为，确认缺陷医疗器械责任的因果关系要由受害人证明。然而，杨立新教授在其更早的作品《侵权责任法》中的论述与其前面的作品中的论述有不同之处，“在证明中，对于高科技医疗产品致害原因不易证明者，可以适用举证责任缓和规则，在受害患者证明达到表现证据规则要求时，进行推定因果关系”。 笔者认为，此时应当进行因果关系的推定，如果患者遭受缺陷医疗器械损害，首先推定该缺陷与该损害之间存在因果关系。这样可以最大限度地保护患者的利益，而且处于优势地位的医疗机构和生产者在二者不存在因果关系的情况下，可以通过证明来免除自己的责任。
三、缺陷医疗器械损害责任的分担
（一） 承担责任的主体
1.医疗器械生产者。既然缺陷医疗器械损害责任是产品责任，则医疗器械的生产者应当承担无过错责任。但是当医疗器械的缺陷是由销售者、医疗机构或者运输者、仓储者等其他第三人引起的，生产者承担赔偿责任之后，有权追偿。
根据《产品质量法》41条的规定，生产者免责事由包括：（1）未将产品投入流通；（2）即使产品投入流通时，引起损害的缺陷尚不存在；（3）将产品投入流通时的科学技术水平尚不能发现缺陷存在的。
2.医疗机构。我国立法将医疗机构定性为销售者，对缺陷医疗器械损害责任承担无过错责任。但是当其对于医疗器械损害责任没有过错的情况下，其应当在承担赔偿责任之后有权向生产者追偿。
目前我国许多医疗机构借助自己的强势地位，在与医疗器械销售公司谈判的过程中为了规避自己的责任，往往不购买医疗器械，而是只使用医疗器械，也就是享有医疗器械的用益物权而不是所有权，并且在与医疗器械销售公司签订的合同中有类似于这样的条款，“本医疗机构只享有该医疗器械的使用权，而所有权仍归对方医疗器械销售公司，在因该医疗器械产生的纠纷中，本机构不承担任何责任。”通过这种方式，医院把这种麻烦推向了医疗器械销售公司，而实际中，受害患者真的能从医疗器械销售公司获得赔偿吗？试想，一名做了整容手术的女士，在手术失败后找上医院，医院拿出其与医疗器械销售公司签订的合同，这名女士只好无奈地找医疗器械销售公司，而此时这家医疗器械销售公司并不一定在该医院所在的城市，也不一定在该医院所在的省份，甚至有可能是国外的一家医疗器械销售公司，这名女士怎样去追究该缺陷医疗器械损害的责任呢？恐怕在其到达该医疗器械销售公司之前就已经花费了不少财力和精力。假如该医疗器械销售公司位于这家医院所在的城市，这名女士也很难获得赔偿，因为目前在中国很多私有的医疗器械销售公司规模都不大，拥有的资产不多，而且这种医疗器械公司管理不规范，很多是通过拉关系才把医疗器械卖给医院或者租给医院使用，其和医院往往沆瀣一气，怎么可能轻易赔偿受害患者，而且即使其愿意赔偿，巨额赔款也会使得医疗器械销售公司不堪重负。那么我们怎样去认定医疗机构和医疗器械销售公司签订的这种合同的效力才能保护受害患者的利益。其实，在医疗机构和医疗器械销售公司签订的合同中涉及到了合同之外的第三方的利益，根据合同的相对性原理，这种合同对于该第三方没有效力，只有对内效力。因此，受害患者完全可以不用考虑这样的合同存在与否，只要受到缺陷医疗器械造成的损害，就可以追究医疗机构的侵权责任。再者，我国立法将医疗机构定性为销售者，其向消费者承担责任也是理所当然的。更退一步说，受害患者也可以不请求医疗机构和医疗器械销售公司赔偿，而直接请求该缺陷医疗器械的生产者赔偿，而且生产者往往是实力雄厚、资金充足的大型国际公司，在考虑公司形象方面也会给患者赔偿.
3.医疗器械销售者。我国法律没有规定受害患者可以向医疗器械销售者追究责任，那么究竟医疗器械销售者是否应当承担责任呢？笔者认为，销售者理应承担责任。首先，笔者认为缺陷医疗器械损害责任是一种产品责任，因此受害人既可以向生产者要求赔偿，也可以向销售者要求赔偿，若销售者无过错，在承担赔偿责任之后，可以向生产者追偿。其次，我国立法将医疗机构定性为销售者，根据《侵权责任法》第59条的规定医疗机构应当承担责任，因此销售者也应当承担责任。
（二） 责任分担适用的规则
1.最近规则。最近规则，是指受害患者有权在医疗机构、医疗器械生产者和销售者三种责任主体中，根据自己的利益要求，择选出法律关系最近、对自己最为有利的的一方，以请求其承担侵权责任。因为根据归责原则，三者承担的均是无过错责任，只是在最终责任分担方面可能会考虑是否有过错而行使或者不行使追偿权，因此对于受害患者来说，其完全可以根据自己的方便考虑来行使权利，使纠纷能够得到最快最有效地解决。
2.市场份额规则。生产医疗器械的厂家不止一家，当存在缺陷的医疗器械无法获知是出自哪个生产厂家时，就会遇到麻烦，如果让所有的生产厂家承担连带责任，对于那些只生产少量该医疗器械的生产者来说就不公平。因此需要考虑其他的方式来解决，既然是由生产厂家来承担责任，而且生产厂家都是商人，就要适用经济学中的一些原理来应对这种问题。根据经济学中“市场份额”规则，数个生产厂家均生产同一类型的医疗器械时，则根据每个生产厂家所生产的该种医疗器械的数量的比例来分别承担缺陷医疗器械损害责任。对此，可以参考美国辛德尔安的做法。 不过，实际中出现这种情况并不多见，因为现在医疗器械表面上、包装上、说明书上都标有产地，这也是我国商标法的规定，很容易就确定某台缺陷医疗器械的生产者。
3.最终规则。产品责任的最终规则就是要求承担了赔偿责任的医疗机构和医疗器械销售者，在为无过错的前提下，有权向缺陷医疗器械生产者追偿，要求其承担最终责任。此追偿权为全面的追偿权，包括在前手诉讼中所造成的损失，凡是因缺陷医疗器械造成的损害都有权请求缺陷医疗器械生产者赔偿，但是因自己过失造成的损害，不在追偿范围之内。
四、惩罚性赔偿
缺陷医疗器械损害责任是一种产品责任，而惩罚性赔偿是产品责任的一个特殊规定。其构成要件包括：（1）明知产品存在缺陷仍然生产、销售。明知的要求，是主观过错中故意的要求，明知危险而继续行为，就是对后果持放任态度，即间接故意。仍然生产、销售，是明知当中或者明知之后所为，当然也包括在生产销售之后，通过已经发生损害之后的明知。由于我国把医疗机构定性为销售者，因此由缺陷医疗器械引起的损害，医疗机构、缺陷医疗器械的生产者、销售者在明知的情况下都是惩罚性赔偿责任主体。（2）造成人身伤亡的严重损害后果。缺陷医疗器械往往导致受害患者残疾或者死亡。（3）前两者之间存在因果关系。对此处所说的因果关系如何理解，有两种不同的看法：一种观点认为，它是指生产者或者销售者明知产品有缺陷而仍然生产或销售的行为与损害之间的因果关系。另一种观点认为，它是指产品缺陷与损害之间的因果关系。王利明教授认为，第二种观点更加合理，受害人要证明产品缺陷与损害之间因果关系相对容易，这有利于救济受害人，更何况，生产者和销售者的明知只是责任构成中的主观心理状态，而因果关系是客观事实，不能在客观事实中包括行为人的主观心理要件。《侵权责任法》仅规定了产品责任的惩罚性赔偿，但没有对具体数额和计算标准做出明确规定，这就需要法院在处理案件的过程中运用自由裁量权，根据案件的具体情况做出相应的判断。
五、缺陷医疗器械的召回义务
多数发达国家有召回义务的相关规定，尤其在欧美国家，产品召回制度已经相当完善，有些国家甚至制定了专门的法律。目前，我国在产品召回方面的立法不健全，效力层次太低，适用的范围有限。2004年颁布的《缺陷汽车产品召回管理规定》（该部门规章已于2012年上升为行政法规《缺陷汽车产品召回管理条例》）第一次真正意义上确立了缺陷汽车的召回制度。之后，2007年通过的《儿童玩具召回管理规定》和《食品召回管理规定》，分别在儿童玩具和食品领域正式确立了缺陷产品召回制度。2007年国家食品药品监督管理局颁发了《药品召回管理办法》，但由于他们仅适用于部分产品，或只是一个部门规章或仅是地方性法规，都存在效力层次太低的问题。2009年颁发的《食品安全法》第一次通过法律的形式规定了缺陷食品的召回制度，但其范围过于狭窄，仅限于食品，而对于其他与消费者的生命安全密切相关的产品却处于立法的盲区。
缺陷医疗器械的召回义务的最直接的来源是《药品召回管理办法》，但该立法的法律效力过低，因此应当根据其产品责任的性质将其定位到《侵权责任法》第46条，这样最终的判决的执行力也会更强。当然召回义务作为一种法定义务，更加注重的是生产者和销售者的主动召回，这也是发达国家的立法倾向和实践经验。主动召回体现了生产者和销售者的社会责任，鼓励他们主动召回，在其不主动召回而造成损失时，应当承担侵权责任。但这并不排除缺陷医疗器械的强制召回，在《药品召回管理办法》中将其定义为责令召回，实际上是主管机关采取的一种行政措施。
医疗器械事关患者的生命健康权，而且缺陷医疗器械的召回义务从《侵权责任法》和《药品召回管理办法》中都可以找到相关规定，因此作为召回义务主体的医疗器械生产者和销售者应当承担起社会责任，对自己的行为负责，更加主动召回已经投入市场的缺陷医疗器械，遏制缺陷医疗器械损害责任的发生。
【关键词】可靠性设计；机械产品；设计原则
机械产品大多是众多学科交叉的高新技术的载体。能否保证产品在运行过程中的安全可靠是机械产品竞争的焦点，这种竞争主要体现在产品可靠性的竞争，可见“物美、价廉”必须以可靠性工程作为后盾。我国机械产品的可靠性设计水平与国际先进水平相比还有相当大的差距，这已成为制约我国机械工业迅速发展的瓶颈，造成企业开发的产品质量的先天不足，使“质量第一、质量取胜”的经济战略方针在机械产品中难以充分体现。随着我国加入世界贸易组织，机械产品强制认证制度的推行，企业应该保证投放市场产品的质量，这种激烈竞争的状况将使政府部门和企业清醒地认识到可靠性工程在机械产品研发过程中的重要性。
1.机械可靠性简述
1.1定义
可靠性的定义：所谓可靠性是指“产品在规定时间内，在规定的使用条件下，完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。
1.2发展
可靠性技术的研究开始于 20 世纪20 年代，在结构工程设计中的应用始于 20 世纪 40 年代。可靠性技术最早应用在二战末期德国 V- Ⅱ火箭的诱导装置上。德国火箭研究机构参加人之一 R.Lusser 首先提出了利用概率乘积法则，把一个系统的可靠度看成该系统的子系统可靠度的乘积。自从 1946 年Freuenthal 在国际上发表“结构的安全度”一文以来，可靠性问题开始引起学术界和工程界的普遍关注与重视。
当前，在确定性有限元基础上发展起来的随机有限元法已成为对随机参数结构进行不确定分析的十分有效的数值方法。张义民等应用随机有限元法和一阶可靠性技术对随机结构可靠性问题进行了研究，开辟了以一次二阶矩法、摄动技术、有限元理论和实用概率统计学为基础的现代结构可靠性分析与设计理论的新途径。
2.机械系统可靠性设计的特点
所谓机械系统可靠性设计指的是设计时就使机械产品具备于规定的时间中，在规定的使用条件下，完成所规定性能的能力与性质。
2.1机械系统可靠性设计预计困难
机械产品具有复杂且多变的失效机理和准确、完整的数据尺寸要求，这导致了机械系统的可靠性较难预计；由于建立机械系统的可靠性模型具有一定的难度，多数依据机械系统可靠性模型的预计手段也难以运用于机械系统可靠性的预计之中。
2.2机械系统故障模式多样化与复杂化
机械制造的材料、具体的结构、载荷的性质与大小对机械系统的故障具有极大的影响，故障模式彼此之间还具有一定的关联性。
为了实现一致的功能，机械结构常采用不同的形式，以达到改变机械产品中关联零部件应力的目标，这就使机械系统可能出现的故障形式多样化。机械故障可引起机械产品损坏、失调、泄漏、老化、堵塞等状况。由此可见，机械的零部件可出现多种故障模式，同一种故障也有可能在不同的部位出现，这大大增加了机械系统故障模式分析的难度与复杂度。
2.3机械零部件通用化与标准化程度低
多数零部件的非标准化导致大部分零部件存在功能与结构上的差别。机械系统设计人员在进行设计时，应当依据其具体的结构、负荷性质及几何尺寸等要求进行零部件的设计。但机械系统可靠性设计由于缺乏制造材料与载荷分布的准备数据，无法编制出具有实用性的机械零部件故障准则。
2.4机械零部件的故障具有不确定性，既有偶然性故障 ，又有耗损性故障
机械零部件故障分为偶然性故障与耗损性故障 2 种类型。耗损性故障多与机械的磨损、疲劳以及侵蚀和老化等因素密切相关，是一个渐变的过程。机械的故障率可以用时间的函数表达出来，机械渐变性的失效一般是以极限状态准则加以判断的。电子元器件则以偶然性故障为主，与耗损性故障有着极大的不同，因此用故障率作为常数构建数学建模，对电子元器件进行描述也受到了一定局限。所以为延长机械产品的使用寿命，应当对其进行耐久性设计。
3.机械系统可靠性设计的原则
3.1传统设计和可靠性设计相结合
机械系统传统设计具有安全系数直观、设计简单、易于掌握和设计的工作量较少等优点，且多数情况下能够确保机械系统的可靠性。所以，在对机械系统进行可靠性设计时不可完全摒弃传统设计方法。目前，机械系统可靠性设计较为实际的操作方式是先以传统设计方法对机械的零部件材料、结构、尺寸等加以确定，然后依据与之相应的模型对其可靠性进行定量计算，倘若还不能满足预计的可靠性需求，则可修改机械的结构、尺寸甚至是更换材料，最后再对其进行可靠性的校核，直到能够满足需求。
3.2定性设计和定量设计相结合
由于定量设计无法完全解决机械系统可靠性的问题，故对那些难以定量计算的机械零部件要进行可靠性的定性设计，以获得更加合理与有效的解决方案。所以机械系统可靠性设计工作中，必须将定性设计和定量设计结合起来，先对其进行FMECA（FailureMode Effectand Criticality Analysis）和FTA（Fault Tree Analysis）等分析，找出机械系统当中的关键件与重要件，对产品和零部件存在的重要故障模式以及失效机理进行确定，而后根据不一样的故障模式和失效机理进行定量抑或是定性设计。
3.3可靠性设计与耐久性设计相结合
机械系统应当具备可靠性与耐久性，所以在进行可靠性设计的同时，也应当进行耐久性设计。可靠性设计主要解决的是机械的偶然性故障，而耐久性设计主要解决的是机械的渐变性故障。
4.结语
现在可靠性设计技术越来越受到各行各业的重视，同样可靠性设计技术也应该是我国机械工程学科与行业迅速发展和十分重要的研究方向之一，这种研究可以帮助工程设计人员合理地建立产品的安全容限和控制随机参数对产品安全的影响，使产品的预测工作性能与实际工作性能更加符合，得到既有足够的安全可靠性，又有适当经济性的优化产品。我国在机械可靠性设计领域所取得的相关研究成果吸取了其他学科可靠性工程的优秀研究成果，如：数学力学，土木建筑等。应用这些研究成果对机械产品进行可靠性设计，可以节省大量的人力、物力和-财力，可以提高设计水平，缩短设计周期，对合理安排试验项目，验证可靠性设计的合理性，指出产品的薄弱环节有着重要的作用，可以节省材料，加强质量，减少能耗，降低成本，有显著的经济效益和社会效益。我们团队应用所提出的广义随机有限元法和广义随机摄动法等方法，结合现代数学力学理论，给出了机械产品的可靠性设计、动态可靠性设计、可靠性优化设计、可靠性灵敏度设计和可靠性稳健设计方法，并研制出了机械可靠性设计的实用软件库，可以为机械行业提供可靠性分析与设计的技术服务。
【参考文献】
[1]可靠性设计、试验与设备[J].电子科技文摘，2006，（12）.
【关键词】机械设计；机械制造；理念创新
随着现代社会工业化进程的不断加快，工业生产的需要也在不断增大，机械工具作为工业生产的基础方式，其奠基作用是无可替代的，现代机械制造行业的发展也彰显了一国的综合国力和技术水平，市场经济的飞速发展，科学技术的突飞猛进，和现代化建设的急切脚步都让工业机械的市场需求大大提高，在未来，机械制造行业的发展将有着更好的前景。机械设计就是按照具体的使用要求，分析、计算、构思机械的结构、原理、运动、能量和力的传递、零件的形状、大小、等不同的方面，并最终予以制作的全过程。机械设计是机械工业中最为关键的环节，能否做好现代机械设计是机械制造工业发展的关键因素，现代机械设计的理念与传统机械设计相比有着明显的突破，本文对于相关的一系列问题进行了探讨。
一、现代机械设计概述
（一）传统机械设计和现代机械设计的方法。传统的机械设计一般是按照目标和任务，制定一个方案，甚或制造出具体的样机，而后予以考核评定，在考核评定的基础之上，进行修改，形成第二方案，循环反复进行这一过程一直等到满意为止。具体的流程是： 市场需求调查； 归纳相关问题； 综合分析问题； 优化方案； 修改方案； 绘制图样。在传统机械设计中，由于受到设计观念、技术方法和设备条件的限制，设计要借助于大量的静止化和简化假设，这样就大大地影响了设计的精确度，设计中过度依靠主观灵感和经验，高效、准确和科学合理性受到了影响。
现代机械设计分为广义的和狭义的两种，广义的设计针对的是实体化对象的整个过程，狭义设计针对的是图样完成的设计。现代工业设计的基本特征是智能化、经济性、集成化、并行、精确、动态运行。现代机械设计一般有两种分类，比较成熟的设计方法有： CAD、机电一体化的设计方法、最优化的机械设计方法、有限元的机械设计方法等等。正在发展中的新颖设计包括：智能、生命周期、创新、并行、稳健、虚拟等不同的类型。
（二）现代机械设计的理念。设计过程要遵循一些理性的、科学的基本原则，一般来说包括逻辑关系的确定，物理关系的确定，结构关系的确定，总体层面设计的最终确定。现代机械设计的理念是把信息技术、计算机辅助技术、智能技术和机械工程技术相结合，通过建立数学模型进行优化，融合数学、物理学、电子信息学、化工学、人体心理学、测量学等学科知识，从形象思维开始，综合运行各种思维方式，经过逻辑推理和判断及相应的综合、分析与决策，产生设计创意，经过精确的数据分析和操作，反复操作循环，最终完成设计方案。设计过程要充分考虑到设计任务，清晰设计目标，充分收集资料和数据，要设计出新结构和新方案，还要和客户进行讨论，注重各专业知识的配合，力求方案的科学性，要以严谨的态度对待设计图，不断修改方案，直到最佳，最后，现代机械设计的一个重要理念就是要将设计的过程贯彻于机械制造的始终，即使是草图结束以后也要动态进行调整。现代机械设计的理念秉承创新精神，注重逻辑和思维方式，运用科学合理的设计方法，结合最先进的科学技术，并且还要综合考虑经济性、稳定性、精确性、智能性等相关因素，充分融合环保设计、人性化设计、高性能设计、低能耗设计等理念，并且借鉴国内外的相关理论，实现设计理念的创新和发展。
二、现代机械设计相关技术
（一） 节能环保设计技术。该技术充分考虑到了低耗能、高效益、环境保护等因素，主要包括以下几种。
1.节能机械设计技术。设计中要求将能源利用率提高到最大化，在设计阶段要充分考虑产品的结构布局、加工工艺以及重复使用性和材料选择，以满足节能要求。
2.环保机械设计技术。在产品的生命周期内，是否可以回收，对环境和人体健康有没有损害，要兼顾产品质量。
3.材料设计。要充分考虑到材料本身，实现材料利用率的最大化。
4.人性化设计技术。要考虑到人机统一，机械设计以人为本，从人出发，兼顾到科学技术，实现人机合一。
（二）优良性能设计技术。现代机械设计要充分考虑到产品的综合性能，主要包括。
1.实验技术和可靠性的设计。监测产品和系统是否出现故障，对故障进行检测分析，研究预防故障和处治故障的方法，保证性能的可靠性。
2.防断裂技术的设计。要充分考虑到机械设计的材料和结构能否在载荷、温度和电场等外力的作用下具有足够的抗破坏能力。
3.系统动态设计技术。为了保证能够全过程监测机械的运行，对频率、动态响应、运动和振动等结构动态特性进行分析、评价和设计进行研究，研究机械是否有磨损等情况，保证产品的正常运行。
4.防腐蚀设计技术。保证产品不被腐蚀，要在选择材料、防腐蚀结合和强度设计上着手。此外还包括状态检测补偿和控制技术。
（三）创建竞争优势设计技术。这是考虑到市场的需求，在市场中建立竞争优势的设计技术，主要包括以下几种。
1.创新技术。在结合产品实际功能和质量的基础上，充分发挥创造性思维，设计出客户满意度高，符合市场需求的产品。
2.低成本设计技术。设计时为保持竞争力，要充分降低成本，当然要兼顾现代机械设计投放市场的速度，缩短产品的设计周期。
3.智能设计技术。智能化是现代机械设计中的一个重要特征，由于传统的CAD自动化技术已经不能满足机械自动化的要求，就要求比如 ICAD这样的能够满足图形处理，数值计算，具备知识处理能力和能够为设计全过程提供智能化支持的技术。
正确认识机械设计的特点，掌握科学的理论，合理实践，不断突破机械设计创新的理论，可以根据已有的科学原理和技术进行创新，可以在原有原理和技术的基础上进行技术改革和创新，可以吸收其他领域的研究成果进行创新，可以引进国外先进技术进行创新。
关键词：机械原理；课程改革；教学手段；发展
基金资助：湖南省教育科学“十二五”规划2013年度青年专项资助课题（项目号：XJK013QGD010），2013年全省普通高校实践教学建设项目“机械类专业校企合作人才培养基地”（项目号：湘教通[2013]295号）
由于近年来，《机械原理》课程教学时数不断减少，且教学课程仍然沿用20世纪50年代建立的以机构分析为主的旧教学体系，虽然这种体系曾经对培养学生分析问题的能力起过重要的作用，但是随着时代的进步和社会的发展，这种传统的教学体系已不能满足现代社会的要求[1]。因此我校进行了机械原理课程改革，更新教学内容、优化教学方法、引进先进教学手段，提高学生自主学习能力和自觉创新能力。
1、教学内容的改革
机械原理教学内容改革的原则首先是在进行传统的、经典的机构设计与分析理论和方法进行系统的讲授时要做到取其精华去其糟粕，并将重点突出实践应用。如重点讲授对机械机构结构的分析、机构运动分析和诸如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等一系列常用机构的设计理论与设计方法，而在课程所要求对力的分析和机械的平衡中所用的基本理论，就只需直接引用，将重点放在如何运用这些理论来解决机械原理课程中的问题。因为在学生已修的力学课程中已经做了重点的讲授[2]。然后，还要做到紧跟机械发展的脚步，尽力让学生能即时了解机械原理机构设计的新理论、新方法以及学科发展的前沿的内容，使学生的视野和知识面得到最大的扩展，从而达到树立学生的创新意识和培养不断学习新方法来解决问题的能力。
2、教学方法的改革
过去我们学生的机械原理课程设计一直是由教师指定的一个特定的题目，没有做到多样化，整个设计内容综合了机械原理的所有主要原理和知识。学生处于被动接受的状态，能进行自主设计和内容的部分非常少，无法提高学生自觉创新能力，不利于学生工程实践能力的培养。因此我们将机械原理的课程设计的重点放在自主设计和内容的创新上后，要求着重培养学生发现问题和解决问题的能力，培养学生机构方案构思的创新能力，培养学生知识应用和实际动手的能力，力争通过这样的课程设计初步培养使学生具有一定的工程素质和实践能力。为此，我们从课程设计选题、方案内容构思等方面都做了许多方面的改变。要达到体现自主设计和创新的目的，选题非常重要，它直接关系到设计和创新性，同时如何选题本身也是一个发现问题和解决的过程，学生自主选题本身就是学生创新的体现。如果按照过去的模式，则无疑浪费了对一次学生创造性独立选题能力的训练，也使学生失去了发挥主观能动性的机会[3]。大多数学生受应试教育的影响，普遍存在一些问题，如具有依赖性，缺少自主发现问题和分析问题的能力，因此对自主选题往往不知从何处入手。根据这一实际情况，鼓励学生多出去观察实物和分析周围事物和通过自身去获取信息。例如查阅资料、观看机械模型、到学校工厂实地考察、或到附近机械厂实习等等。又如有的学生决定设计“机械手”机构，在查阅大量资料的基础上，又到一些具有高自动化的工厂去实地参观，去直观的感受和测量第一手数据，由此作出了非常不错的课程设计。通过对自主选题和内容的新要求。学生完成课程设计后会发现自身各方面的能里都有了不同程度的提高。如创新能力、实际动手能力、获取数据的能力、计算分析能力、独立解决问题的能力，还完成了机械专业知识的综合和整合，让学生初步建立起工程意识，极大的满足学生的求知欲望和体现自身创新性的要求。
3、教学手段的改革
采用现代化教学手段，提高课堂教学的质量和效率，采用多媒体教学仪可以提高学生的学习兴趣和理解程度，而且也省去了教师许多板书时问，增加课堂教学的信息量，提高了课堂教学的质量。[3]基于此笔者学校着手建立了多媒体的专用教室，并且配备了多媒体投影系统和相关的电教设备，编制和购买了相应的一系列教学软件。因此在“机械原理”的课堂教学中，老师们可以采用直观教学、电化教学和计算机辅助教学等现代化教学手段，比如利用机构运动的动态模拟和三维动画演示，直观形象地展示课常教学的内容。极大提高学生的感性认识，使学生易于且乐于接受课堂的教学内容。从而达到提高课堂教学的质量和效率的目的。
4、结语
机械原理课程改革对学生创新能力的培养和工程素质的提高具有重要的意义。本次课程改革，不仅对课堂的教学内容进行改革、教学方法和教学手段进行改革。通过课程改革对学生的机械专业素养及创新能力有了大幅提高。再辅以课堂教学内容与实践相结合，又加强了实践性教学环节的改革。改变过去高等教育中重知识轻能力、重专业轻素质、重科学轻工程的思想具有非常重要的意义。对于学生成为高综合素质的机械专业人才有重要的意义。
参考文献
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机械原理是机械系一门重要的专业基础课，它主要研究机械的设计以及力学分析，为机械设计过程中的方案设计阶段服务。由于方案设计在机械设计中占据着举足轻重的地位，所以机械原理就成为机械类学生一门十分重要的课程，也成为考研的专业课之一。
但是在几年的教学过程中，笔者发现，机械原理的讲授内容有很多已经过时，在工程设计实践中几乎没有用处，而我们却花费了大量的时间来做仔细的讲解；而对于工程急需的部分内容，我们却很少涉及；另外，我们过于强调分析而忽视了设计，导致学生学完机械原理以后，甚至简单地以为机械原理只是理论力学的延伸，是理论力学的一种应用；最后，课程设计内容几十年来都在做牛头刨床的力分析。虽然我们也追加了某种机器的方案设计部分，但是因为课程设计时间少，学生实际上把大量的精力耗费在力分析上面，而对于方案设计只是匆匆带过，这实际上混淆了机械原理的主要目的，又起到一种误解作用。
针对上述情况，许多机械原理一线教学的老师都提出了自己的改革方案，有些老师把许多计算机软件如AutoCAD，PRO/E，ADAMS，RecurDyn， MATLAB等引入机械原理的教学中，[1-3]有的对机械原理的内容进行重新组合分块而加强学生的动手部分，[4]有的对于课程设计给定了多种题目，并采用先进的计算机虚拟设计手段来进行课程设计。[5]笔者在上述方法的启发下，也进行了一些教学改革，改革的主要目的是面向工程，希望机械原理能够真正地为工程设计服务。下文对笔者的一些改革进行简要介绍。
一、设计与分析地位的界定
机械原理总体上分为两块内容：机构的设计以及力学分析。机构的设计包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和轮系的设计。而力学分析部分包括：运动分析、速度波动分析、力分析、机械效率、机构的平衡。
在工程师的实际设计中，我们发现，他们很少用到分析的内容，如果用到机械原理，主要是在进行机构的设计。所以，从工程实际应用而言，机构的设计部分应该占据主导地位。但是我们的传统教学却习惯于从分析开始，在介绍了机构的结构分析以后，就花费了很多时间介绍运动分析、力分析、机械效率、机械平衡、速度波动的调节，让学生感觉好像在学习理论力学，只不过把解析法换成了图解法；而对某些内容只是感觉比理论力学处理的对象更多一些，方法都来自于理论力学。学生要到第8周才开始进入机构的设计部分，此时学期已经过半。这给学生造成一种强烈的感觉，机械原理就是理论力学的延伸。显然，这是一个误区，对于学生正确地理解机械原理的核心是不利的。
传统的教学方法对分析部分花费了太多的精力，而实际上，这些内容在实践中用处不大。运动分析这一部分，是当机构处于某个位置时，用作图法把构件的速度和加速度求出来。在实践中需要面对的一般都是整个周期，需要得到整个周期内的加速度，用图解法会相当困难，所以在工程设计中几乎都不会用到这种方法。对于力分析更是如此，力分析要求在运动分析结束后拆分杆组，再用动静法来进行静力分析，过程十分繁琐，在设计实践中不可能使用。换一句话说，这种方法只具有理论上的意义。但这并不意味着这些内容不需要，应该尽量简化，只阐述其思路就足够，并不需要花费很多时间。
对于运动学花费太多的教学时间的结果，导致机构设计部分这个主体内容课时被压缩，学时显得相当紧张。因为没有充足的时间来讲解这部分内容，最后的方案设计部分有些老师甚至都来不及展开，就进入了课程设计阶段。这样，学生甚至都没有弄清楚机械原理就是用来做方案设计的，这对于他们理解机械原理的作用显然是不利的。
有鉴于此，笔者以为，从为工程服务的观点出发，机械原理应该强调设计而适当降低分析的地位。在机构的结构分析介绍完以后，应该马上进入机构的设计部分，以便让学生明白机械原理就是来做机构设计的。应花费11周左右的时间后，对于力学分析部分用3周共6次课左右结束，基本上相当于一次课结束一章的内容。这样，就有充足的时间用来讲解机构的设计内容，使得机械原理的教学内容能够真正对工程设计发挥作用。
二、机构设计部分的讲解方式
机构设计包括两块：简单机构的设计及机械系统的方案设计。简单机构的设计包括：连杆机构、凸轮结构、齿轮机构的设计以及轮系传动比的计算。对于每一块内容，应该分成三个部分来讲解：理解、设计与分析。
理解，就是迅速接受前人在这种机构设计方面所积累的经验。比如连杆机构，第一步就是理解，弄清楚各种连杆机构的关系以及它们在工程实际中的应用；对于凸轮机构，弄清凸轮机构的类型及其应用；对于齿轮机构而言，理解占据最重要的地位，因为齿轮机构的正确啮合条件、无侧隙啮合条件、定传动比条件都是很重要的内容，通常老师都会花费不少精力在这一块内容上面。
设计是主体。连杆机构的设计，是机械原理的重头戏。传统的设计方法是老师用粉笔+直尺+圆规进行的，这实际上很不方便。在实际工程设计中，设计人员不大可能用铅笔、直尺来设计，而AutoCAD是他们最常用的工具软件，所以，用AutoCAD来进行机构的结构设计是最合适的方式，这使得他们日后在需要时，很自然地就用AutoCAD来做方案设计。另一个方面，用AutoCAD进行连杆机构的设计比直尺、圆规要优越很多。如刚化反转法是连杆机构设计的重要方法，手工操作十分麻烦，而用AutoCAD则轻而易举。基于AutoCAD的种种优越性，笔者强烈建议，教师在上课时就直接用AutoCAD来进行连杆机构设计的教学，何况在使用多媒体以后，用AutoCAD可以放大比例看清楚其中的每一个细节，这都具有黑板教学不可比拟的优越性。
凸轮机构的设计，也建议以图解法为主，此时仍旧是用AutoCAD教学。以图解法为主的原因是，这种方法能够清晰地说明原理。而对于凸轮机构的设计而言，弄清楚原理相当重要。至于解析法，把公式推出来后，说明其意义就可以了。齿轮机构的设计则强调是根据中心距和传动比来设计齿轮机构的，这也是设计中最经常出现的问题。
三、课程设计的处理
课程设计通常包括两个内容：牛头刨床的动 力分析和飞轮的设计，以及某机构的方案设计。课程设计一般是一周的时间，前者在课程设计中通常要花费4-5天左右，由于时间关系，方案设计只能草草地做两个机构运动示意图。显然，这并不符合机械原理教学的主要目的。
机械原理教学的主要目的是教会学生做方案设计。最后的课程设计内容应该强化这一点，但是现有的教学方式却没有突出这一点。由于把主要时间花费在牛头刨床的动力分析上面，让学生误以为机械原理的主要目的是做机构分析的，这显然并不利于学生对于机械原理主要内容的把握。另外，由于时间的限制，学生对于所做的方案设计基本上只是画出一个示意图，都没有确定一些主要尺寸，这使得方案设计做得很草率。
课程设计同样应该强化机构设计部分，对于传统的牛头刨床的力分析部分，建议使用ADAMS来做辅助计算，这是比较实际的方式，一般学生建模结束后，最多一天的时间就可以用ADAMS做完飞轮的设计，从而有足够的精力来做机械系统的方案设计。至于方案设计本身如何处理，许多研究者已经提出了较为成熟的改革方案，这里不再赘述。
四、结语
机械原理作为一门重要的专业基础课，从其根本意义上来说，是为方案设计服务的，但是传统的教育模式并没有突出这一点。在授课时强调设计而弱化分析，在设计时突出用AutoCAD来绘图而少用手工绘图，在课程设计中加强方案设计而用ADAMS来进行牛头刨床的机构分析，这会加强设计的成分，而且所用的方法可以切实在工程设计中发挥作用。本文采用上述方法进行了机械原理的教学改革，取得了较好的效果。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 车焕文.Pro/E在《机械原理》教学中的应用[J].中国科技信息，2011（2）：185-186.
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机械是我国制造产业不可或缺的部分,特别是应用在人类生产生活中的一些十分关键的机械化生产。随着经济的发展和科学的进步,机械设备也在不断丰富和发展,把人类从繁重或危险的劳作中解救出来。目前,虽然我国在机械设计和理论上都有很大的进步,可是对于少数问题的解决还存在着很大的不足,这就要求机械设计研究者进行大量实验并对实际问题展开深度研究。七年前,我国制造业的工业增加值已经跻身世界第二的位置,进一步证明我国俨然可称作制造大国,但这并不意味着我国就是制造业强国,两者之间是量和本质的根本差异。我国的机械设备和产品即没有真正形成自主知识产权,产品的制造和设计水平也远远落后于发达国家,而且在产品的功能等方面更是严重缺乏创新性。1949年后我国的机械设计水平开始有了长足的发展,但依然无法与发达的德、美、日等工业强国媲美,依然处于落后地位。这种长时间的落后现状也正说明了我国在机械产品方面的设计理论、方法以及技术领域极度缺乏创新性,另一方面也预示发展我国机械产品现代设计理论方法研究的重要性和紧迫性。所以,一定要加强深化现代设计理论方法的探索研究,把现代设计理念全面应用于到我国的制造业当中去。
2新型机械设计发展意义
2.1个人利益需求。从生产者的个人利益而言,机械的设计与制造应为其带来可观的收益,这是机械设计与制造的动力之一。2.2社会的需求。机械设计需要体现对生产力的提高作用,体现在新的经济条件下新的生产形式或表现。因此,新型机械的设计需要社会的需求和个人利益两方面的动力。但并非每一项新型机械的设计都能满足社会的发展需求和个人的利益要求。因此,如何设计出既符合时代要求,体现时代特征,又能促进经济发展的机械是每一个机械设计者都要思考和着重解决的问题,也是实现个人利益的决定因素。
3机械设计理论的发展方向
随着市场需求的多元化与产品质量标准的不断提高,我国现代机械设计理论方法的发展也在不断的发生变化。总而言之,我国现代机械设计理论理念和方法未来需要在这些方向上贯彻执行:第一,在功能上要实现高精度、高效率、智能化;在外观操控上要实现轻量型、多便捷性;在层次上重点发展集成化。具体来说,我国现代机械设计理论方法的发展对象由单机走向了系统,设计的根本诉求由一个个小目标的实现不断走向众多大目标的达成,进而减少产品设计的时间;设计应用的领域也由单一化延伸到更多领域;产品设计由自由发展走向了有条不紊地发展;设计工作的人员从一个人走向了团队化。
4机械设计理论在汽车工程上的研究
4.1汽车工程概述随着工业革命的发展,人类历史上出现了第一辆汽车,近年来,伴随汽车工业的异军突起,汽车作成为当今社会生活必不可少的一部分,已经被广泛普及。汽车带来的出行或运输便捷性提高了人们的生活质量,加快了生活节奏,更为人类文明的发展和进步产生了巨大影响。但是,在之前的几十年中即便我国的汽车产业发展已经发生了巨大的进步,可当下的科学技术水平依然还存在局限性,对于汽车的研究在各方面还需要更进一步的提高。新型机械设计理论以及一些基本原理在汽车工程方面有着很大的研究方向,并且对其有着一定的推动作用。4.2机械设计理论应用于汽车工程上的意义汽车工业的发展也是一个国家制造业前进的有力代表,并直接影响该国家制造业的发展进程。在一定意义上讲,汽车工业不仅是最广泛的一种工业,还是最新技术的最大载体。举个例子,有些航空、航天领域的高新技术只有通过汽车工程工业才能够更好的转化形成规模型的产业,这就说明新型机械设计理论及基本原理在汽车工程、工业上有着很大的促进作用。随着社会发展,对于汽车工程技术的研究有着越来越高的标准,这也迫切需要研究工作将机械设计理论揉入汽车工业,推动汽车工业的发展。在实际生活当中,对于汽车工程的研究归根结底是技术方面上的研究,技术研究又离不开实际操作方向上的研究,这些实际操作上的研究与机械设计的基本理论有着密不可分的关系,甚至有些实际操作有着很强的密切性。比如汽车的噪声、振动等研究,同时这些实际操作对于这些问题的解决有着很好的作用效果。
5新型机械设计理论在汽车工程上的应用
5.1在汽车工程噪声和振动上的应用汽车是企业生产、人们生活和商业运行各方各面必不可少的交通工具。汽车各个零部件是否能高效、安全运转,是否能够促进运输的高效安全进行,关乎人门的衣食住行和交通安全。如果汽车零部件或者其他重要设备一旦出现问题,那么就势必会对汽车的安全造成影响从而给人们出行带来威胁。汽车无法正常行驶,甚至会产生故障,故障性振动就是其中一大问题。车辆工作条件下乘客感受到的噪声、振动和声振粗糙度,是判断汽车质量的一个综合性指标。这项指标分析是评价汽车舒适性的又一项十分重要的指标,直接关系到了汽车产品的市场形象。减少以上现象的最简单的办法就是避免输入载荷频率和结构模态频率接近,可以利用频率分布表完成这一工作,不仅有助于对振动频率进行匹配,用于消除振动过程中出现的耦合现象,还有利于改善产品的振动特性,从而可以大大降低汽车的噪声及振动。利用NVH分析可以预先得到新开发车型性能指标,还能对设计以及制造等各个环节进行更好的优化和完善。该分析不管从设计成本上,还是从开发周期上,都为设计新型车型提供了很好的保障。5.2在汽车结构强度与模态分析及结构优化上的应用在世界经济和社会全面发展的趋势下,节能、舒适、降低排放和提高安全性已经成为现代汽车结构、性能和技术的一个关键研发方向。车身轻量化发展主要优化汽车框架和结构、车身制造上采用高强度低密度材料,如高强度和汽车高强度板料两个方向。车身是车的主要组成,车身必须有很好的强度从而保证车的寿命,以足够的刚度来保证车的装备与使用要求。在机械创新设计与检测技术中,机械有限元分析的方法能够有效地满足上述车身的设计,其主要应用体现在两方面:一方面是在汽车设计中对结构件、主要机械零件的强度、刚度和稳定性进行分析:另一方面是在汽车结构分析中通常采用有限元法来进行各构件的模态分析,同时在计算机上可以清晰地观看各构件的振动模态,这就为结构的动态设计提供了方便。因此说有限元分析的方法在汽车结构上的应用提高了车身设计水平。
6结语
机械设计的基本原理以及设计理论在制造等产业有着很好的应用前景,特别是在汽车工程方面,绝对发挥着良好的效果,不仅对汽车工程技术和实际操作上的研究有贡献,还对汽车工程、设计上的具体应用起到推动作用,对于汽车工程的发展有着积极效果,对社会发展也有着深刻的促进意义。
作者:李宪才 单位:河北农业大学机电工程学院
参考文献
[关键词]机械原理 机构 虚拟样机技术 运动分析
[中图分类号] TH111-4 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）03-0125-03
应用型职业人才教育是社会发展与科技进步的产物，也是社会职业岗位分化发展的结果，它以培养高等技术应用型人才为目的。机械原理是高校机械类专业的重要基础课，是一门以机器和机构为主要研究对象的课程。它较理论、材料力学等理论课程更结合工程实际，同时，它又与专业的机械课程不同，其不具体研究某种特定机械，而是研究各种机械中的共性问题，并对常用的机械机构的工作原理进行深入的探讨。对机构进行运动学和动力学分析是贯穿于这门课程的主线，具有知识点多而难的特点，在课堂的教学过程中常涉及到较多的理论分析计算以及机械运动方案的设计实现等问题，由于理论教学占用了大量的时间，往往使学生对课堂教学的兴趣越来越少，导致教学效果较差。为满足复合型工程技术人员培养的需要，需要对传统的以理论教学为主的机械原理课程教学进行有意的改革探索。现有的改革成果更多的把重点放在教学体系和内容的调整上，但该课程与工程实际结合较紧密，具有较强的实践性，而在校学生往往缺乏工程应用背景，这就要求在课堂理论教学过程中将知识点与实际的机构运动相结合，帮助学生理解机械结构原理以及在工程中的应用。这样才能提高机械原理课程的教学效果。为此，本文结合具体案例，借助现代化多媒体教学手段，充分利用机械设计、仿真等软件，直观的实现对机构运动学和动力学分析，以及机械的综合性能分析，充分的提高学生的理解力，调动学生的积极性和主动性。
一、虚拟样机技术在教学中的应用
学生学习水平分为两个层面，初级层面由基本知识，原理和定律组成，这些知识比较抽象；高级层面是指有关知识应用的能力，通过一些案例分析和实际问题解决活动过程，分析各知识之间关系的复杂性，达到灵活应用知识来解决问题。机械原理课程理论性强、内容较抽象，仅凭文字说明、理论公式及大脑的想象，学生很难对机械机构的原理和运动有清晰地认识。传统的教学方法是靠教师的讲解使机构动起来，一些多媒体课件也是停留在预设一些动画的水平上，缺少互动性。而机构是运动着的，在课堂上如何让分析的机构运动起来，是提高学生学习兴趣与掌握相关知识点的关键。虚拟样机技术是随着计算机技术的发展而迅速发展，形成的一项应用广泛地计算机辅助工程技术。虚拟样机通过计算机技术实现对机械模型的数字化建模并进行分析，能够快速方便的实现机械原理教学中对机构的运动学和动力学仿真分析，仿真现实下机械机构的工作特性，并能实现多软件联合仿真分析。例如，可利用PROE强大的造型、变参和装配等功能，帮助学生进行机械结构的参数化设计，并导入到动力学分析软件中进行运动学及动力学分析，再现机构的运动。把理论教学和实际的机构运动展示结合起来，提高学生对本门课程的理解，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。
二、虚拟样机技术教学应用案例
本文以牛头刨床为例，在教学过程中灵活运用虚拟样机技术来讲解其运动特征，直观再现牛头刨床的工作过程，同时分析牛头刨床各从动件的运动规律，教学效果较好。
（一）牛头刨床的机构运动分析
牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。牛头刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨刀和刨头做往复运动，刨头向左时，刨刀进行切削，此行程称作工作行程；刨头右行时，刨刀不切削，称空回行程，且要求工作行程的移动速度低于空行程速度，即刨刀有急回现象，机构简图如图1所示。
根据如图1所示的牛头刨床机构，由于结构较复杂，一般采用解析法对其进行运动分析，为求解各从动件的方位角、角速度和角加速度以及刨头的运动学参数，需要建立封闭矢量方程，并列出其投影方程进行求解。课堂教学过程中，理论推算过程较繁琐，学生较难理解实物的真正运动情况。下面，采用虚拟样机技术，运用PROE_ADAMS联合仿真技术直观的再现机构的运动情况，并能输出各种运动曲线，辅助课堂教学，效果较好。
（二）PROE_ADAMS联合仿真技术
ADAMS软件在机械系统仿真分析中应用广泛，包含功能强大的零件库、约束库和力库，其求解器具有的强有力数值分析功能，并基于多体系统动力学理论的拉格朗日方程，能够自动建立系统的动力学方程，准确、快速的求解机械系统的各种静力学、运动学和动力学问题，并能以图形和曲线等可视化方式显示计算结果。
虽然ADAMS / View有零件库、约束库、力库等功能，能够用于机械系统几何模型的创建，但它所提供的实体建模能力并不是很强，所以目前常用的方法是用专业的CAD软件和专业的动力学仿真分析软件进行联合建模仿真，即先用专业的三维建模软件精确建立机械系统各零件的实体模型和装配模型，然后把装配模型导入到动力学仿真分析软件中，并根据实际工况添加适当的约束、驱动和载荷，最终形成机械系统的动力学仿真模型，再对其进行仿真分析。本文采用MSC公司提供的PRO / E和ADAMS专用接口模块MECH / PRO实现其两者之间的数据传递。
MECH / PRO是美国MSC公司开发的用来联接三维实体建模软件PRO / E与多体动力学仿真分析软件ADAMS的专用接口模块。MECH / PRO允许用户在PRO / E环境下定义机械系统刚体、施加约束和驱动，将装配体按照设计的运动形式定义为机构，并且可以利用ADAMS的求解器进行运动学仿真分析，使PRO / E用户不必退出其应用环境，就能对系统进行动力学仿真，并校验干涉情况、确定运动锁止位置。
（三）机构建模
根据所分析牛头刨床机构的各组成部分建立其三维实体模型并进行虚拟装配。各构件尺寸如下：l1=125mm；l3=600mm；l4=150mm；l6=175mm；lH=575mm。原动件1的方位角θ1=0°～360°，并以等角速度ω1=1rad / s旋转。
（四）施加约束
施加约束就是确定零部件之间的依附关系及相对运动关系，这是进行机构运动学分析重要的一点，约束施加的正确与否直接影响分析的准确性和仿真结果。根据图1所示牛头刨床的结构，在曲柄1和地面、曲柄1和滑块2、连杆3和地面、连杆3和连杆4、以及连杆4和连杆5之间施加旋转副，滑块2和连杆3之间施加移动副，连杆5与固定坐标系间施加移动副，在曲柄1上施加驱动，设置角速度为1rad / s，建立的仿真模型如图2所示。
（五）仿真计算
在软件界面上设置仿真时间和仿真步数，设置完成后点击即可开始仿真。Adams求解器会根据设定自行求解运算，得到牛头刨床各从动件的运动学参数，还能获得计算过程中每一步的信息，并在窗口上动态显示机构的运动过程。图3和图4分别为连杆3和连杆4的的方位角、角速度和角加速度曲线，图5为刨头的位移、速度和加速度曲线。
通过虚拟样机技术，直观模拟了机构的真实运动，让学生真正体会和认识到了理论公式的真正含义，加深了对机构工作原理的掌握。同时，通过仿真，还可得到各从动件的运动曲线，了解各从动件的运动情况，使学生能够在系统的水平上真实预测机械机构的工作性能。
三、结论
为满足复合型机械应用型人才的培养需要，将虚拟样机技术应用于机械原理教学中，可以在授课过程中对各种机构的运动特性进行直观的演示，使学生们观察到模型的虚拟运动及主要参数的变化规律，就像做实际的物理试验一样，能够很好地改善教学效果，提高学生课堂学习的积极性，加深学生对课程的理解，从而提高了教学效果和质量。
[ 参 考 文 献 ]
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第二条本县行政区域内农村药品监督网络和供应网络（以下简称“两网”）的建设适用本办法。
第三条县人民政府领导全县农村药品“两网”建设工作，所属工作机构县农村药品“两网”建设工作领导小组负责日常具体工作。
第四条本县行政区域内的农村乡（镇）卫生院以下医疗机构（以下统称“乡村医疗机构”）用药由公开招标确定的药品经营企业集中配送。乡村医疗机构使用的化学药品、生化药品、抗生素制剂、中成药和中药饮片及一次性使用无菌医疗器械均应纳入集中配送范围。预防性生物制品、血液制品、特殊管理药品的供应按法律、法规、规章的规定执行。
第五条县农村药品“两网”建设工作领导小组成立农村药品集中配送企业招标办公室（简称“招标办公室”），受乡村医疗机构的委托负责招标确定2-5家药品经营企业，承担本县行政区域内各乡村医疗机构的药品集中配送工作。
招标工作机构组成人员应包括人大代表、政协委员、相关政府部门、乡村医疗机构代表和相关专家。
第六条招标办公室应根据招投标相关法律、法规和规章的规定，制定农村药品集中配送企业招投标实施细则，报县农村药品“两网”建设工作领导小组审查同意后，由县人民政府办公室公布。
药品集中配送企业（以下简称“配送企业”）的招标公告应通过县有线电视台、县人民政府网站或者其他媒介向社会公布招标公告、获取招标文件的方式等事项。招标文件应包括招标项目的技术要求、投标人资格标准、药品质量及配送服务要求、评标标准等所有实质性要求和条件、投标文件提交时限以及拟签订配送合同的主要条款。
第七条招标结果应予公布。招标工作结束后7个工作日内，招标办公室应将投标企业和中标企业的情况报县农村药品“两网”建设工作领导小组机构备案。招标结果公布后30个工作日内，乡村医疗机构与中标的配送企业应签订农村药品集中配送合同。
第八条承担农村药品集中配送工作的药品经营企业应具备以下条件：
（一）在本县行政区域内设立的企业，外埠企业应在本县行政区域内设集中配送用分公司或中转库；
（二）通过《药品经营质量管理规范》认证；
（三）有良好的诚信记录；
（四）经营药品、一次性使用无菌医疗器械的品种和规模能够满足乡村医疗机构用药需求；
（五）具备24小时内向本县行政区域内所有乡村医疗机构提供质优价廉药品、一次性使用无菌医疗器械及配送服务的能力；
（六）承担农村药品集中配送工作应具备的其他条件。第九条药品和一次性使用无菌医疗器械的集中配送可以实行直配制或代购制，优先实行直配制。
乡镇卫生院达到规范药房标准并报县食品药品监督管理部门同意后，可以受本乡（镇）村卫生所委托代购药品和一次性使用无菌医疗器械。
乡（镇）卫生院为村卫生所代购药品和一次性使用无菌医疗器械的，应持有村卫生所出具的委托书，参照本办法第十二条的规定履行代购义务，不得以任何理由向村卫生所收取费用或加价；不得将药品代购资格转包、承包给个人或其他单位。
第十条中标配送企业的一个配送周期为3年，期满前60日重新招标。
重新招标时，在同等条件下应优先选择原配送企业。
第十一条在配送合同有效期内，配送企业因自身原因需要退出配送的，应书面通知县农村药品“两网”建设领导小组。原配送企业少于2家时，县农村药品“两网建设领导小组自收到书面通知之日起60日内应重新组织招标确定配送企业。在原合同解除前，原配送企业仍应按合同规定履行配送义务。
在县农村药品“两网”建设工作领导小组的监督下，重新招标确定的配送企业应与原配送企业、乡村医疗机构依法妥善办理相关交接事宜。
第十二条配送企业的配送服务应达到以下要求：
（一）配送药品的质量应符合《中华人民共和国药典》或国家食品药品监督管理部门规定的标准；一次性使用无菌医疗器械的质量应符合国家规定的标准。
（二）对乡村医疗机构基本用药中的常用品种，配送企业应在收到购药计划后的72小时内保质保量将药品送达指定地点；发生重大疫情、公共卫生突发事件或临床急救情况时，应及时送达，不得贻误。对基本用药中的非常用品种，配送企业可以适当延长供应时间。
（三）对乡村医疗机构指定供应的特定生产企业的药品，配送企业在难以及时供应的情况下，可遵循质优价廉的原则选择其他药品生产企业的同种药品替代。
（四）提品价格信息和合同约定的伴随服务。
第十三条乡村医疗机构不得有下列行为：
（一）拒绝参加农村药品集中配送；
（二）以收取咨询费、赞助费、推广费等名义直接或变相对配送企业进行摊派；
（三）以故意拖欠货款、退换货等形式刁难配送企业。
第十四条配送企业、乡村医疗机构应严格执行农村药品和一次性使用无菌医疗器械价格管理规定，按规定的差率作价，逐步实现同级同价，同质同价，县、乡、村同价。
第十五条乡（镇）卫生院、乡村医疗机构应按照法律、法规和规章的规定对一次性使用无菌医疗器械进行质量管理。参照药品零售企业的《药品经营质量管理规范》，制定和执行药品质量管理的相关制度，药房和药品仓储设施应符合药品质量保证的要求，不符合要求的应进行改造。县食品药品监督管理部门应每年对乡（镇）卫生院、乡村医疗机构的药品质量管理情况、药房及药品仓储设施进行验收或复查。
第十六条县农村药品“两网”建设工作领导小组应建立乡村医疗机构药品集中配送工作的公开评议制度，每年对配送企业进行公开评议。评议人员应具有广泛性和代表性，人大代表、政协委员、乡（镇）卫生院代表、乡村医疗机构代表、农村群众等应在评议人员中分别占有适当比例。评议结果分为满意、基本满意和不满意，并向社会公布。评议结果作为下一次招标条件之一。
第十七条卫生行政部门应加强对乡村医疗机构参与药品集中配送工作的监督和管理。
第十八条食品药品监督管理部门应做好配送企业、乡（镇）卫生院、乡村医疗机构的药品质量监督，开展农村药品质量监督抽验。对配送企业和乡村医疗机构开展相关法规的宣传和培训。
第十九条价格行政主管部门负责监督、实施农村药品和一次性使用无菌医疗器械集中配送价格干预措施，推行乡村医疗机构药价公示制度。
第二十条监察部门应按照法律、法规和规章的规定，对“两网”建设实施行政监督，及时查处违法违纪行为。
第二十一条工商行政管理部门依法查处配送企业、乡村医疗机构在药品购销中暗中给予、收受回扣等不正当竞争行为。
第二十二条在乡（镇）、村聘请农村药品监督协管员、信息员，畅通药品质量投诉举报渠道，发现、处理药品质量问题。
农村药品监督协管员、信息员的聘任管理，由食品药品监督管理部门负责。县食品药品监督管理部门应建立健全农村药品监督协管员信息员的管理、培训和绩效考核制度。
农村药品监督协管员、信息员的工作补贴根据其工作绩效，采取以奖代补的方法，按所举报查处的药品（医疗器械）违法案件值比例兑现。具体办法由县食品药品监督管理部门制定。
第二十三条药品监督协管员应履行以下职责：
（一）协助食品药品监督管理部门开展日常监督检查；
（二）接受食品药品监督管理部门开展的相关法规和业务知识培训；
（三）发现、上报涉嫌药品、医疗器械的违法案件线索，协助食品药品监督管理部门进行查处；
（四）协助食品药品监督管理部门开展普法宣传工作；
（五）完成食品药品监督管理部门交办的其他任务。
第二十四条乡（镇）卫生院为乡村医疗机构代购药品和一次性使用无菌医疗器械，收取费用或加价的，由县食品药品监督管理部门依法查处。
第二十五条配送合同有效期内，配送企业有下列情形之一者，经县农村药品“两网”建设工作领导小组办公室调查核实，报县农村药品“两网”建设领导小组同意，由领导小组组织乡村医疗机构与配送企业依法解除合同，当配送企业少于2家时，重新招标确定配送企业。
（一）故意销售假、劣药品被依法查处的；
（二）故意销售无证或不符合国家规定标准的一次性使用无菌医疗器械被依法查处的；
（三）已无能力履行配送义务或未按合同履行配送义务，造成严重后果的；
（四）连续两次评议结果为“不满意”的；
（五）诚信评价严重不良或发生其他严重违法行为，已不适合继续承担农村药品集中配送工作的。
配送企业因上述情形或本办法第十一条规定的情形退出农村药品集中配送的，自退出之日起5年内不得参加本县行政区域内农村药品集中配送投标。
第二十六条配送企业未履行配送义务的，由县食品药品监督管理部门责令限期改正；逾期不改正，造成严重后果的，按本办法第二十五条规定，由领导小组组织乡村医疗机构与配送企业解除合同。
第二十七条乡村医疗机构有本办法第十三条规定的禁止行为的，由县卫生行政部门责令限期改正，拒不改正的，对乡村医疗机构和责任人员给予行政处理。处理结果应报县农村药品“两网”建设领导小组备案。
第二十八条乡（镇）卫生院、乡村医疗机构的药品质量管理情况、药房及药品仓储设施经验收或复查不符合要求的，由县食品药品监督管理部门责令限期改正，逾期不改正的，建议县卫生行政管理部门给予相应行政处理。
第二十九条配送企业和乡（镇）卫生院、乡村医疗机构未执行药品和一次性使用无菌医疗器械价格管理规定或违反其他价格管理规定的，由价格行政主管部门依法查处。
第三十条药品监督协管员、信息员越权履行职责、不履行职责或履行职责不力的，由县食品药品监督管理部门责令改正，情节严重的，予以解除聘任，并报县农村药品“两网”建设领导小组和其主管部门备案。
第三十一条当事人对具体行政行为不服的，可依法申请行政复议或提起行政诉讼。
第三十二条本办法下列术语的含义是：
药品集中配送企业：县农村药品集中配送招投标办公室受乡村医疗机构的委托，组织招标确定的向本县行政区域内各乡村医疗机构集中配送药品和一次性使用无菌医疗器械的药品经营企业。
乡村医疗机构：指乡（镇）卫生院以下医疗机构，包括村卫生所、个体医疗诊所以及社区卫生服务机构。
直配制：药品集中配送企业直接配送药品和一次性使用无菌医疗器械到乡村医疗机构。
关键词：哲学；课程改革；船舶机械制造工艺
0引言
船舶机械通常是指确保一艘船可以正常运转的所有机械设备，如船用柴油机、管道系统、轴系、舵机、锚机、起货机、发电机等。几乎所有船用机械装置跟陆地上的功能相同，但是由于海洋航行的特定环境，前者必须能够承受极端的环境条件，如高湿度、海水腐蚀、振动、海洋风暴等。因此，船舶机械零部件和设备必须要满足更高标准的可靠性、更小的体积和重量、更方便的维修养护等。技术技能人才缺乏、制造工艺技术落后、创新设计意识不强等因素，导致船舶机械设备配套产品处于低附加值状态，严重制约了我国船舶工业的健康发展。
教育部关于高等职业教育的定位是“重点培养产业转型升级和企业技术创新需要的发展型、复合型和创新型的技术技能人才”。而高职教育实现培养人才的载体就是课程。目前高职教育讲授的技术知识远远落后于行业的发展，因此培养的毕业生不能学以致用，需要企业再培训。要培养学生掌握先进加工技术、具有综合应用能力、能够分析和解决船舶机械零件生产、部件装配中的工艺技术问题，必须在《船舶机械制造工艺》教学过程中注意讲授知识的同时，锻炼学生的职业能力。而传统课程偏重于理论知识，对机械加工工艺的编制涉及不多，更不用说现代先进制造技术。为了培养学生的职业能力，更好地适应现代船舶机械生产模式，本文基于认识论、知识分类理论、建构主义理论等哲学理论研究《船舶机械制造工艺》的课程内容改革方案。
1课程改革的能力本质
马克思辩证唯物主义认为，人的认识是客观物质世界的运动化在人脑中的反映。辩证唯物主义的认识论既唯物地又是辩证地解决了人的认识的内容、来源和发展过程的问题。它认为物质可以变成精神，精神可以变成物质，而这种主观和客观辩证统一的实现都必须通过实践。实践的观点是辩证唯物主义认识论的第一的和基本的观点。认识来源于实践，又转过来为实践服务。实践、认识、再实践、再认识，循环往复，以至无穷，这就是人们正确地认识世界和能动地改造世界的无限发展的过程。
将认识论应用到高职教学中，《船舶机械制造工艺》课程知识是物质的、客观存在的。但是每一个人对课程知识的理解和认识是不一样的，表现出来解决问题的能力也是不一样的。与课程知识相对应的产品工艺分析、编制工艺文件、改进工艺路线等能力是精神的、主观存在的。在学习、实践、再学习、再实践的反复过程中，能力是可以得到锻炼和提升的。传统的教学一味强调理论知识体系的重要性、忽视甚至忽略了实践教学，这与高等职业教育属性完全背道而驰。事实上，对于高等职业教育受众而言，理论知识够用即可，实践能力、自学能力、创新能力等则是应该大力培养的。根据马克思辩证唯物主义认识论，笔者认为课程改革的本质是要改变传统教学理念和授课方式，通过教学使学生完成从学习知识到具备能力的转变，而能力的具备和提升最终是为了能够适应企业需求、应用新技术、创造新产品、提升行业竞争力。
2课程教学目标研究
课程目标是指导整个课程编制的准则，也是后续一切教学资料整理的重要准则。通过对企业的调研走访、对职业岗位的分析研究、对技术知识的对比研究，确定了《船舶机械制造工艺》课程的目的是培养在现代船舶机械生产和管理模式下，具备发动机及其他机械装配工、机械工艺设计员、数控操作员和生产管理员等一线岗位所必需的识读和编制船舶机械产品加工工艺文件能力的专业技术人才。立足这一目的，本课程综合考虑高职学生的学习能力特点，结合产品工艺设计、产品生产制造，及工艺设备管理等岗位的职业能力要求，依据船舶机械制造的主要工作内容共制定了四条课程目标。
（1）掌握机械加工的基本概念，能对零件图纸进行工艺分析，合理选择加工时的定位基准；能安排加工路线，确定各工序余量、尺寸及公差，确定时间定额。
（2）能够根据机械加工设备，对影响加工精度的各种原始误差进行统计分析；根据加工原始误差的影响规律，可以采取相应措施控制加工误差。能够根据产品的冷热加工过程，分析影响零件表面粗糙度和表面层质量的工艺因素，并选择合适的措施进行改善。
（3）根据机械制造的标准规范能够识读、编制船舶机械零件的加工工艺规程，据此合理实施车间计划、安排人员进行安全的工作生产、维护设备正常运转。
（4）根据机械制造的标准规范能够识读、编制船舶机械部件的装配工艺规程，并能严格按照技术文件对船舶机械零件、部件等项目进行检验。
3课程教学内容研究
现代知识分类理论将广义的知识分为了陈述性知识、程序性知识和策略性知识三大类。其中陈述性知识是用来说明事物的性质、特征和状态等信息，是关于“是什么”的，陈述性知识的获得是通过记忆完成的；程序性知识是用于完成某项任务的行为或操作步骤，是关于“如何做”的，程序性知识是通过某种作业形式间接推论得到的；策略性知识是指学习者在学习情境中对任务的认识、对学习方法的选择和对学习过程的调控，是关于“如何学习、如何思维”的。
基于知识分类理论，结合前述《船舶机械制造工艺》课程的培养目标，本文提出改革后课程的教学内容体系，如图1所示。将课程分为机械加工、机械制造工艺规程制定和夹具设计三个部分，根据知识类别将每个部分都进行“打包”，“应知理论包”对应的是陈述性知识、“应会技能包”对应的是程序性知识、“能力应用考核包”对应的是策略性知识。
应知理论包，就是以够用为度。以机械加工部分为例，在教学中把各种机械加工方法中所用到的机床设备、工作原理、加工内容、运动形式、刀具、夹具的形式，各种加工方法所能达到的加工精度、表面质量等作以详细介绍。并将各种机械加工方法进行认真对比，掌握特点，使之有效地掌握机械加工的基本知识。
应会技能包，就是突出技能。根据现在学生的特点，企业生产的需求，在进行课堂教学的同时，到注重培养学生操作技能。以机械加工部分为例，在教学中注意培养学生按照特定的公式、经验程序等进行金属切削用量的计算，能够将加工精度的控制措施与加工精度原因一一对应，能够根据机械加工方式的不同判断加工零件的表面质量等。
能力应用考核包，就是培养学生分析问题解决问题的能力，比如给出生产实际中某个零件最终加工精度误差很大的实例，让学生找出引起该产品质量问题的工艺原因，并提出解决问题的工艺措施。
科学技术是不断向前发展的，建构主义知识观认为“知识是动态的”，因此在课程教学内容体系中增加了描述新技术、新工艺的“开放性知识库”。既可以作为补充知识，供学有余力的学生自学；又可以方便学生做课程设计、毕业设计时查阅参考。
4课程教学案例设计
知识只有在不断实践中被应用，才能真正转化为个人的能力。建构主义教学观提倡在教师指导下以学习者为中心的教学。只有当学生积极自主地学习新知识、掌握新知识、试探性地应用新知识、理解新知识，才能实现新旧知识体系的建构、应用能力的提升。因此，建构主义提倡建构一种开放的学习过程，激活课堂组织的社会和文化资源，激发学习者的主动学习因素。基于此，在进行《船舶机械制造工艺》课程教学时，必须认真设计教学过程，构建一种开放式的教学案例。
典型船机零件加工工艺设计的职业活动具有典型的过程导向实践模式的特点，为了使学生形成编制典型船机零件工艺规程的能力，柴油机连杆加工工艺教学程序可设计成图2所示的行动教学程序。
在图2所示的教学程序中，任务描述是明确任务，需要进行某种型号柴油机连杆的加工，生产企业的加工条件、生产模式等。任务分析是通过识读连杆零件图，明确加工精度，提出科学、先进、可行、经济的加工工艺路线，指出粗加工、精加工基准，计算切削用量等。任务实施是按照加工工艺路线，编写柴油机连杆的工艺卡片，设计工序加工中夹具结构。成果评价是在pro/E或者UG软件平台上，根据零件加工工艺规程，模拟刀具轨迹路线，评价是否该加工工艺可以达到了图纸要求的加工精度，成本、时间是否合理等。学业评价是评价学生在完成开放性项目案例的过程中所展现的自学能力、综合应用知识能力、认真严谨的态度等。
关键词：机械产品；方案设计方法； 发展 趋势
引 言
科学 技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上 时代 发展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的 研究 ，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量 文献 的基础上，概括 总结 了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的 发展趋势。
根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的 现代 设计方法概括为下述四大类型。
1、系统化设计方法
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
系统化设计思想于70年代由德国学者pahl和beitz教授提出，他们以系统 理论 为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准vdi2221“技术系统和产品的开发设计方法。
制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准vdi2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：
(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。
(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。
(3)将机械设计中系统科学的 应用 归纳为两个基本 问题 ：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段 。
由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。
1.1 设计元素法
用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。
1.2 图形建模法
研制的“设计 分析 和引导系统”kaleit，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接 。
将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有 内容 丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。
文献［11］将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ask中，采用结点和线条组成的 网络 描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。
1.3 “构思”—“设计”法
将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。
将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。roper，h.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(ge)”、“结构元素(ke)”、“功能结构元素(fke)”、“联接结构元素(vke)”、“结构零件(kt)”、“结构元素零件(ket)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。
从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1) 获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2) 寻找效应(简称为“效应”)；3) 寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能 。
1.4 矩阵设计法
在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。
kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。
1.5 键合图法
将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方 法。
2、结构模块化设计方法
从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件strat。
认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风 险十分有利。
提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、 经济 化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和cad技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和cad技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。
根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具 有自调整性的部件；2) 结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接 ；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。
在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。
3、基于产品特征知识的设计方法
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。
机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。
3.1 编码法
根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。
利用生物进化理论，通过 自然 选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。
3.2 知识的混合型表达法
针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。
在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统dmdss中，将规则、框架、过程和神经 网络 等知识表示 方法 有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统gbcdis”和“变速箱结构设计专家系统gbsdes”。
3.3 利用基于知识的开发工具
在联轴器的cad系统中，利用基于知识的开发工具nexpert-object，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用nexpert描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的 内容 ，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。
3.4 设计目录法
构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。
3.5 基于实例的方法
在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。
4、智能化设计方法
智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学 理论 ，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述 产品的结构。
在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学vdi2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件muse。
在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的cad尖端技术——虚拟现实技术。1) 产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用cad立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类 分析 的基础。 2) 开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、 电子 部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3) 生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中cad技术的 应用 ，提出用 计算 机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和 问题 ，并找出解决问题的方法，并认为将cad技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。
我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点 研究 了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的opengl技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。
将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。
利用智能型cad系统sigraph-design作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从 文献 介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件sigraph-design提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。
5、各类设计方法评述及 发展 趋势
综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有 规律 可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。
结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科 领域知识。
机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。
目前 ，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。
值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。
关键词：机械工程；应急设计；途径；
一、引言
近年来，全世界人为和自然灾害造成的灾难日益严重，并且呈现出社会性、突发性、破坏性、连续性、难预报性等特点。自然灾害如洪水、地震、台风、森林自然大火、海洋自污染等；人为灾害如人为环境污染、交通事故、计算机网络黑客入侵、火灾、核电站事故等。为了抗灾、减灾和救灾，保证人类社会持续发展和国家安全已成为当今国际社会普遍关注的一项重要课题和共同的紧迫任务，引起各国的重视。
二、机械工程应急设计的含义及对象
（一）机械工程应急设计的含义
它是这样一个设计系统，即在由于人为或自然灾害致使设计系统内部和外部环境波动的非正常情况下，实现特殊要求的急需的非现成的机械产品、装备的快速设计系统。机械工程的应急设计是非常重要的问题。所谓机械工程应急设计是指非现成的而需快速应急的设计，往往包括快速设计与制造，而且是属带灾难约束的非正常情况下的快速设计与制造。
（二）机械工程应急设计的意义
开展机械工程应急设计研究的目的不仅是提高自身学术水平，更主要是获取较大的经济效益和社会效益。其意义在于：
一是机械工程应急设计的深入研究将为人们发明创造新机器、新机械提供有效的理论方法；
二是机械工程应急设计研究能加速机械专家智能化，实现真正的“专家”系统，有利于加速机械工程设计水平向自动化、智能化、最优化、集成化实现；
三是应急设计的机械产品提高了产品在同类产品中的竞争力，特别是当专利产品技术形成产业化的时候，可以创造出较高的经济效益及社会效益；
四是在机械工程应急设计的实践中培养了设计人员的创造性思维，增强了其创新能力，提高了人们进行应急设计的自觉性及技术上的可操作性，使机械工程创新成为一种工具和手段。这样，就促进了新产品的繁荣与更新，为社会创造了财富。
机械工程应急设计充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术成果(含理论、方法、技术原理等)进行构思，设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动。它包含两个部分：一是改进完善生产或生活中现有机械产品的技术性能、可靠性、经济性、适用性等；二是创造设计出新机器、新产品，以满足新的生产或生活的需要。机械工程应急设计是建立在现有机械设计学理论基础上，吸收科技哲学、认识科学、思维科学、设计方法学、发明学、创造学等相关学科的有益知识，经过综合交叉而成的一种设计技术和方法。
三、加强机械工程应急设计的途径
（一）运用现代的设计方法
如快速设计、模块化设计、协同设计、自适应设计、大规模定制设计等也隐含着快速设计的含义。但是一般很少考虑人为和自然灾害的非正常情况下的特点，特别是考虑设计资源和设计系统本身受损情况。换言之，应急设计有自己的属性和特点，应该在吸取或借鉴现代设计理论、方法和工具中有益的思想、方法基础上，针对应急设计带灾难约束的特点去研究。
（二）坚持模块化设计创新
产品机械结构的模块化，必然带动控制系统的模块化。制造系统的模块化，除加工设备的模块化以外，又将带动物流系统和系统控制的模块化，就是要求在相对独立的不同层次中都实现高度规范化和模块化，给不断按需求重构设备或重构制造系统提供了条件。
解决相似问题的关键是找出相似系统各尺寸参数的相似比。根据各种物理现象的关系式推导出的由物理量组成的无量纲数群为相似准则。与相似准则各参数对应相似比组成的关系式称为相似指标。在基本相似条件基础上，用相似准则、方程分析、量纲分析列出相似比方程，可求得相似比。
模化设计是在开发新产品时，在相似的模拟工作条件下，设计相似的模型进行试验，通过测定模型性能，预测产品原型性能，分析设计的可行性并进行必要的修改，进一步取得最优参数和结构。产品系列设计是在基型设计的基础上，通过相似原理求出系列中其他产品的参数和尺寸。设计步骤是先设计基型产品，确定产品系列是几何相似还是半相似，选择计算级差，求得扩展型产品的参数尺寸，确定系列产品的结构尺寸。几何相似的产品还可按相似关系以生产成本进行估算。
（三）应急设计的研究要具体问题具体分析
应急设计的研究应针对各种机械产品和装备的灾难约束进行具体灾因和特性分析、决定对策，研究设计方法及其实现，提高应急研究的理论水平，从而更好的指导实践；利用上述先进的方法、技术、工具，建立设计系统平台；从而形成其系统理论和体系，并注意在理论与实践相结合的过程中不断地完善。
四、结语
[关键词]机械机构；构型；设计方法
中图分类号：TB21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0351-01
1、简述机械机构构型设计
在机械的组成结构中，机械机构是一个非常重要的部分。在机械产品的研发过程中，机械产品的尺寸、构思原理、结构形状、机械性能等都和构型设计的基本方法和基本原理有着非常紧密的联系。如何根据生产的需要设计出符合要求的新机构是机械机构构型设计的主要目的。在设计的过程中，要使用创造性思维将选型设计逐渐转变成为构型设计。机构构型设计是一个非常复杂和抽象的过程，在设计过程中，要在原有设计的基础上进行创新，而不是使用凭空想象的方法进行设计。也就是说，在设计的过程中，设计人员要充分利用创造性思维和方法对现有的机构的设计特点进行借鉴和吸收，然后设计出更加新颖的机构构型。
2、结构构型设计的基本原理
2.1、机构构型的组合原理
在对机构构型进行设计的过程中，使用比较简单的结构进行设计已经无法满足机构设计的要求，已经无法达到规定要求的设计目标。比如棘轮机构虽然可以进行间歇性运动，不过运动特性非常的差；齿轮机构虽然有着非常不错的动力特性和运动性能，但是运动形式过于简单化；凸轮机构虽然可以进行任意的运动，但是形成缺乏可调性；连杆机构虽然使用比较方便，运动比较简单，但是却无法进行一些比较特殊的运动规律。因此，在实际运用的过程中，使用单一的机构经常会有着非常大的不足和缺陷，为了对各种单一机构的不足之处进行弥补，在进行机械机构构型的设计时，通常会把两种或两种以上的机构组合起来，从而使得它们特有的性能都可以被有效的使用到，充分的发挥出它们自身所具备的优势，进而设计出可以达到规定要求的新机构。
2.2、机械机构的变异原理
首先在进行机械机构的设计前，可以先确定出来一个原始机构，然后分析这个原是机构的功能约束和机构组成，使用一般化的处理方法把机构运动简图转化成一种一般化的运动连。然后再使用一系列的方法使得运动链接的机构变得更加系统，也就是说，使用排列组合的方法对运动链接进行排列，然后分析出各种不同的结构形式。最后再根据原始结构构型的功能所给予的约束形式，变化为更多的与之行对应的新机构和再生运动链。
3、机械机构构型的设计原则
机械行业是一个有着悠久历史的行业，随着时间的不断发展和演化，已经有了非常多的机械机构构型设计原则，在对机械机构构型进行设计的过程中，这些原则都有着非常重要的指导意义。也就是说，只有严格按照这些设计原则进行设计，才可以设计出更多具有实用价值的机械机构#总体来说，机械机构构型的设计主要有下面几个原则，具体为：
（1）对机构运动链进行缩短的原则#机械机构的运功链如果过长，就会使震动量增加，进而会导致积累误差增多，同时也会增加机械设计的成本#因此，为了降低积累误差$降低振动量、减少机械设计的投入成本，在机械机构构型的设计过程中要尽可能的使运动链的长度变短。
（2）选择合适的原动机#利用能源产生原动力的所有机械都叫做原动机，比如水力发动机、风力发动机、热力发动机$电力发动机等，机械设计为了保持机器的动能，也需要使用原动机来提供动能，以此来保证设备可以长期处于一个正常的运行状态#在进行机械机构构型设计的过程中，原动机的选取需要根据设计机械实际的工作需求进行选择#在机械构型设计的过程中，为了确保动力的充足，可以在机械中设计多个原动机，以此来保证机械可以处于一个正常运行的工作状态。
（3）选取正确的运动副原则#两个构件进行直接接触所组成的可动连接又叫做运动副原则，主要用来对两个构件之间的某些相对运动进行限制，高副和低副是机械机构构型设计非常常用的两个原则。一般情况下，高副和低副都有着自己独特的特征，低副接触位置的压强不高，所以和高副相比有着更高的抗磨损性。设计人员在设计机械机构构型的过程中，要对高副和低副之间的差异化进行准确的区分，要根据实际的设计需求，选择出适合的运动副原则，进而使得运动副的优势充分发挥出来，起到扬长避短的效果。
4 机械机构构型创新设计的实例
4.1 按照组合原理进行构型设计的案例
根据组合原理设计出一个可以进行间歇冲压的装置，并且把这个装置安装在一条生产流水线上，而且压力要符合规定的标准，结构要相对紧凑，效率要高。该设计方案使用旋转运动作为电动机的输出。使用连杆1、连杆2、滑块结构以及大轮构成凸轮一起组成一种机械机构，这种机构可以把旋转运动变成直线往复运动。在这个设计中，往复运动主要是由连杆3、连杆3、连杆5 组成的，而且这三个连杆和中心都呈现出对称分布，可以达到工作压力的基本要求。总而言之，这个机构的结构非常的清晰，通过把旋转运动改变成为往复运动，取得了非常不错的效果。另外，这个机构具有两个输出装置，实现了一机两用的效果，不但大大地提高了机构构型空间的使用率，同时也极大地提高了产品的效率。
4.2 根据变异原理对机械机构构型进行设计
为了使机械机构具有某些方面的特殊性能，达到某些工艺的基本需求，可以对机械机构的结构进行改变，从而设计出更加新颖的机构构型，某机械的结构的摆件为从动件圆柱凸轮结构，从理论的方面来说，摆角越大，摆杆的准确度就越低，在对其进行改进后，凸轮进行转动的时候，导杆也会随着滚子进行上下移动，滚子运动的同时又带动摆杆以角速度进行上下运动，同时摆杆和摆杆之间也进行相对运动，实现了对运动过程自我调试的目的。在对此机构进行调整后，对传统机构存在的不足和问题进行了弥补，对相对摆角的局限性进行了突破，使得摆动运动变得更加的规律化，摆动的精准度也有了极大地提高，属于非常典型的机械机构构型。
5 结束语
综上所述，机械机构构型的创新设计是需要有现实依据的，不可以信马由缰的空想。一个好的机械机构在设计的过程中机构的运动链应该尽量短，从而达到减少累积误差，节省成本，降低振动的目的，在选取原动机的时候，要根据设计的标准对原动机进行选择，遇到特殊情况时，可以考虑多台原动机的设计方法，要对高副和低副各自的特征有一个详细的了解，从而更好的根据他们的优点进行使用，起到扬长避短的目的。最后要把机构的尺寸设计的尽量小巧，从而提高空间的使用率，一般科学的使用滑块、凸轮、连杆可以起到减少机构尺寸的目的。在进行机械机构构型设计的过程中，主要是在现有的技术为基础上，对现有的技术进行更进一步的改进和提高，从而使得机械设备可以在生产过程中变的更加实用，提升设备的生产效率，减少设备的生产能耗。设计人员在具有一定的专业设计水平后，要从实际入手，分析机械设备在实际生产生活中遇到的问题，并以解决问题为基础进行机械构型的创新，从而达到促进机械行业的发展，提高机械产品的性能，减少能耗污染，提升设备的可靠性和精确性的目的，同时也对机械设备的内部结构进行了简化。
参考文献
