机械创新设计论文（优秀8篇）

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关键词：创新型人才 机械原理 教学改革

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（b）-0180-03

Reform and Practice of the Mechanical Principle Course Based on the Innovative Talent Training

Wang Min Luo Xiaolin

（College of Mechanical Engineering， Guangdong Polytechnic Normal University， Guangzhou Guangdong ， 510665， China）

Abstract： As a backbone professional basic course of machinery majors，the mechanical principle course has a pivotal position in training students’engineering practice and innovation ability.With science innovation center and off-campus practice teaching base as linkages， the teaching reform and practice of the mechanical principle course were promoted and the students’ project practice ability and innovation ability were cultivated through restructuring the teaching content， optimizing the teaching means， constructing piecewise practice teaching and strengthening the construction of innovative teachers.

Key Words： Innovative talents； Mechanical principle； Educational reform

《机械原理》作为机械类及近机械类专业的一门主干专业基础课，承担着培养学生机械系统整体运动方案设计的重要任务，在培养大学生工程实践及创新能力方面具有其他课程所无法比拟的优势。但该课程内容缺乏关联性、系统性，学生无法从整体上顺利完成系统的运动方案设计，也无法从机械产品综合设计的角度理解该课程所述知识的真正用处。并且由于课时压缩及学生整体素质的下滑，使得学生普遍反映该课程内容枯燥难懂，机构运动费解难明，于是产生了严重的厌学、畏难情绪，期末考试不及格率大，学生的创新意识、创新能力培养更无从谈起。

多年来，研究人员结合机械原理课程理论教学和实践教学两大模块，通过合理整合教学内容，优化理论教学；改进教学方式、方法；改进作业方式；构建分段实践教学模式；鼓励、支持学生参加科研活动及各种科技竞赛；强化创新型教师培养等方面的改革，以期激发学生学习兴趣，提高学生自主学习能力。近年来初见成效，学生学习主动性提高，不及格率明显降低，学生在各级各类有关机械创新的大赛中也获得了较好成绩。

1 重组教学内容，优化理论教学

为培养学生的分析能力、综合能力及创新设计能力，研究人员将《机械原理》课程按照“机构分析”“机构设计”和“综合设计”的模块进行划分，如图1所示[1]。机构分析模块主要内容包括：机构的结构分析、平面机构的运动分析、平面机构的力分析、机械的效率与自锁、机械的平衡、机械的运转及其速度波动的调节等，通过该模块的学习提高学生分析问题的能力。机构设计模块主要内容包括：平面连杆机构及其设计、凸轮机构及其设计、齿轮机构及其设计、齿轮系及其设计、其他常用机构、工业机器人机构及其设计等。综合设计模块主要内容为机械系统的方案设计[2]。学生通过对机构设计及综合设计模块的学习，在结合自身实践经验与理论知识的基础上，实现机械系统的设计，从而培养了学生的创新思维及综合设计能力。

2 改革教学方式、方法，优化教学手段

近年来，由于专业基础课学时受到不同程度的核酰所以在有限的课堂教学时间内，教师基本需“满堂灌”才能完成教学计划，学生完全是被动地接受。这种单一的灌输式填鸭式教学方式，严重束缚了学生的创新意识。为改进这种现状，机械原理课堂教学过程中加强启发式、讨论式及案例式等先进教学方式的应用[3]，并借助现代信息技术，采用“多媒体课件+黑板+教具”三位一体的教学手段，强化大学生进行自主学习和自我教育的能力，培养学生的创新意识及创新能力。

课堂讲授过程中，采用“多媒体课件+教具+黑板”三位一体的教学手段，充分发挥各自优势，提高教学质量。首先，采用多媒体教学不仅能节省板书时间，而且可根据教材内容，将文字、图片、声音、动画等结合起来，使教学更形象、生动，激活课堂气氛，提高学习效果。特别是机构的运动等一些难以用语言来描述的教学内容，采用多媒体教学具有突出的优势。其次，将一些机构的实物模型和教学用具带入课程辅助教学，使原本枯燥、抽象的教学难点变得形象生动。比如在讲授齿轮时，将齿轮模型带入课堂，针对实物进行讲解，学生更容易接受[4]。最后，教学过程中，授课教师也要注意板书教学的合理运用。讲解课程习题的具体运算过程时，使用板书教学效果更好。比如用矢量方程图解法求解机构的速度和加速度时，采用板书教学，虽然耗时，但教学效果好。

3 构建分段实践教学模式

构建以培养学生的工程实践和创新能力为目标的分段实践教学体系[5]，主要包括实验教学、课程设计和科技创新三部分[6]，如图2所示。实验教学除包括“机构运动简图测绘”“齿轮参数测定”等一些验证性实验外，增设开放性实验室，学生可利用课余时间在实验室进行机械创新设计；课程设计中鼓励学生采用计算机进行辅助设计及三维建模、分析、优化，并动手制作实物样机模型，以提高他们的综合分析能力及实践能力；以机械创新大赛和工程训练综合能力竞赛为契机，积极鼓励学生参加各级各类竞赛，激发他们的学习积极性、主动性和创造性。

（1）增设开放式实验，构筑学生创新实践平台。

把示范性、验证性的实验，变为设计型、综合型的实验，并实行开放式教学，为学生进行科技制作提供必要的工作条件[7]。在W院现有大学生科创中心的示范作用下，争取创建机械创新设计实验室，组建机械创新小组、机械设计小组等。

（2）改革课程设计，鼓励学生创新。

对“机械原理”课程设计的题目、内容及考核方法进行改革，探索基于项目形式的课程设计教学模式[8]。课程设计过程中，以学生为主，教师只做适当的引导；课程设计成果也不再局限于设计说明书和图纸，鼓励学生采用计算机软件（比如Pro/E、3Dmax、UG等三维设计软件）设计自己所提出的方案，绘制虚拟的三维造型，并通过软件对方案进行模拟仿真。

（3）以机械创新大赛为契机，强化学生创新能力。

积极鼓励并组织学生参与各种机械创新大赛，如国家机械创新大赛、省机械创新大赛、校机械创新大赛，使学生在竞赛中锻炼交流，有意识地更新和夯实基础知识，培养学生的自主意识和创新能力。同时，学院也制定了相关政策，鼓励学生参与到教师的科研项目中，学习教师在科学研究过程中的经验与成果，以强化学生的工程意识和工程素质，并通过帮助教师解决实际问题，锻炼学生的工程能力和创新能力。实践证明，让学生参与各项科技创新竞赛是培养学生创新能力的最有效途径。机电学院的学生在近几年的部级、省级机械创新设计大赛中均获得较好的成绩：第四届“机械创新”比赛全国总决赛二等奖；第五届“机械创新”比赛广东省赛二等奖3项；第六届“机械创新”比赛广东省赛二等奖3项。

4 加强基础作业，增加课程小论文

机械原理教学过程中除完成常规习题作业外，适当布置几篇小论文。例如：在讲授机械原理绪论部≮www.niubb.net≯分涉及到机械发展的历史，虽然这不是机械原理课程的核心内容，但了解机械发展的历史对学生进一步学习相关课程是有帮助的，故该部分内容可布置相应的课程论文。让学生完成课程小论文，一方面可培养学生撰写科技论文的能力，另一方面又能够使学生从被动学习转化为主动学习，学生在进行相关资料检索、整理、分析的过程中，既加深了对机械原理课程的了解，又能从中体会到机械原理课程的奥妙与乐趣，从而激发学生学习的兴趣。

5 加强创新型师资建设，促进创新型人才培养

俗话说“严师出高徒”，所以，创新型人才的培养关键在教师，只有建立一支创新型指导教师队伍，才能培养出合格的创新人才。本着“请进来，走出去”的原则，建立专任教师和兼职教师相结合的高水平师资队伍。一方面聘请企事业单位具有丰富经验的工程技术人员出任兼职教师，开设专题讲座，讲授专业概论、学科前沿，指导学生实践实习、课程设计和毕业设计等教学环节。另一方面，更为重要的是制定相关激励政策，鼓励教师主持参与教研和科学项目研究，组织教师到企事业单位或科研院所学习、培训、工程现场实践等，以提高教师自身的工程实践能力和创新思维能力。教师在教科研中形成的新思想、新方法，及创造的新成果会潜移默化地渗透给学生，进而激发起学生们的创新精神和创新欲望。只有教师的教学能力和创造性思维能力活跃起来，才能保证创新教育的顺利开展，促进创新型人才的培养。

6 结语

《机械原理》课程在培养学生机械综合设计能力、创新能力和解决实际问题的动手能力中占有十分重要的地位。采用“多媒体课件+教具+黑板”三位一体的教学手段，保证教学效果。以机电学院大学生科技创新中心为纽带，鼓励学生参加各级各类大学生科技创新竞赛；鼓励学生参与教师的教学和科研项目，以多元化的实践模式促进学生工程实践能力和创新能力的培养。以校外大学生实践教学基地为依托，加强创新型师资建设，开展创新性教育，提高学生运用现代科学技术解决工程实际问题的能力和实践动手能力，促进创新型人才培养。

参考文献

[1] 魏军英，李学艺，王海霞，等。基于创新能力培养的机械原理课程教学改革探索[J].大学教育，2015（4）：160-161.

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[3] 陈志新。“机械原理”课堂的有效教学探索[J].中国电力教育，2014（23）：58-59.

[4] 姚智华，易勇，陈丰，等。《机械原理》课程教学改革与实践[J].安徽科技学院学报，2013，27（5）：74-76.

[5] 张向红，韩忠义。工程实践背景下机械原理课程建设的思考与实践[J].才智，2014（20）：94.

[6] 顾文斌，王怡，庄曙东。基于卓越工程师计划的“机械原理”课程改革与创新[J].中国电力教育，2013（16）：100-101.

[7] 张婧，赵坚，张玲莉，等。面向创新人才培养的机械原理实验教学模式研究与实践[J].实验室科学，2014，17（1）：92-94.

【关键词】机械创新；设计；思维

在科技、经济飞速发展的新时代，创新是一个民族不断向上的灵魂，是一个国家繁荣发展的不竭动力。而创新对于每个行业来说都是寻找生机和希望的必备条件。目前，大多数的机械设计公司都大力提倡员工采用新理念、新视角、新原理设计出产品，使自身企业更具竞争力。因此，如何强化机械设计创新、开发更广泛的设计思维具有十分重要的意义。

1.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.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，创新无疑是自身最核心的竞争力，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。 [科]

【参考文献】

[1]王平，刘德仿。机械创新设计教育的研究与探讨[J].中国科教创新导刊，2007，16：34-35.

[2]游小红，雷竹峰。机械创新设计的研究与发展[J].机械管理开发，2011，06：58+60.

在传统的机械类专业课程设置中，主干课程一般分为技术基础课程和专业方向课程。技术基础课程如工程力学、机械制图、公差与配合、机械工程材料、机械原理、机械设计、机械CAD等，这些课程组成为以机械设计课程为中心的机械类专业技术基础课程群，简称机械设计课程群[1]。传统的机械设计课程群的内容追求的是学科体系的完整性、学科间相对的独立性，结果出现了内容交叉及知识点衔接不紧密问题。对于课程的知识的要求，老师在对落后知识点的处理上，大多数只是蜻蜓点水般简单介绍，致使学生觉得内容繁杂及思路不清、理解不透彻，学习的效果差。在本专业课程教学的过程当中，仍存在着“重局部、轻综合，重理论、轻实践”的种种现象。机械设计课程是一门机械零构件设计、强度和刚度设计的综合性学科，和机械制图以及公差与配合等的课程联系非常紧密。受传统课程框架的制约以及授课学时的限制，课程改革只能是局部的，常常造成机械设计的实训环节内容单一，涉及的交叉课程综合运用问题也暴露无遗，尤其是在与精度设计内容相关的知识运用等方面，学生总是一味地照搬照抄，缺乏的是独立思考及解决问题的能力，在机械设计过程中，几乎看不到机器协调性很高的精度设计思想及工程设计中的创新，同时也达不到预定设计的要求，也说不上利用计算机软硬件提高设计效率。有些教材甚至还存在以下问题：某些技术概念陈旧，使用的教学实例已不符合现在技术要求，技术标准不是国家最新标准，烦琐的理论公式推导占用较大篇幅，课程设计部分选题脱离实际，等等。

以上问题已严重影响教学质量，致使学生缺乏创新能力和解决实际工程问题的能力，这与卓越工程师的培养目标根本不适应。东莞理工学院机械设计制造及其自动化专业，是国家教育部批准的高校“卓越计划”第一批试点专业之一。近年来，在机械设计专业“3+1”人才培养模式中，通过与企业的研讨沟通，不断完善人才培养方案，迫切需要以工程应用能力为主线的课程整合、教学课程体系的重构[4]。卓越工程师的培养目标下的新型机械设计课程群的建设与改革将势在必行！许多应用型工科院校课程群的建设仍处在初始阶段，课程群建设的概念和内容以及方法及体系的构建没有统一标准，在一定的程度上影响课程群的建设质量。因而对于课程群的建设与改革将是长期而复杂的过程，需要我们不断地努力探索与奋斗！

一、机械设计课程群的建设与改革指导思想

在“重基础、宽口径、强实践、擅应用”的指导方针下，基于卓越工程师的培养目标，围绕着“一个中心、三个基本能力”进行机械设计的课程群建设和改革。在编写课程群网络课程时，打破课程内容的归属性，弱化了课程个性的概念，强化发课程内容间的融合、交叉和关联，树立了大课程的观念，从能力培养的目标层次上来掌握课程内容的分配与实施，进一步地优化专业结构和布局，对专业的建设进行科学与准确的定位。

在编写课程群网络课程时，还应当采用基于学习产出的教育模式(Outcomes-Based Education,缩写为OBE)进行课程体系设计。围着机械设计专业预期“学习产出”,反向设计各门课程，确定各门课程对于实现预期“学习产出”的贡献和程度，突出实现卓越工程师的能力培养。

二、机设课程群的建设内容

(一)修订培养计划和教学大纲，完善机械设计课程群体系

2013年，机械设计课程群的主要教师通过与数十家东莞大中型制造企业共同沟通研讨，对机械设计及其自动化专业的培养计划和教学大纲进行全面修订，新的培养计划和教学大纲是面向工业界，培养素质、知识、能力协调发展，基础扎实、知识面宽、工程意识和工程实践能力强，具有创新精神、较强的自主学习能力、优秀的职业道德，系统地掌握机械设计、制造、自动化的基本知识、基础理论和基本技能，具备从事机电产品和设备的研究设计、加工制造、技术管理、应用与开发、运行维护、经营销售等方面的工作能力和素质，得到机械工程师、制造工艺师和产品服务工程师等基本训练，适应珠三角地区特别是东莞市的制造业产业升级需要，具备国际化视野和现代工程师素质的应用型高级专门人才。根据新的培养计划和教学大纲，构建以工程应用为主线的，以传统机械设计理论与方法为基础的，着重提高学生工程素质及综合应用与创新设计能力培养的机械设计课程体系。

(二)基于OBE教育模式进行机械设计课程群体系设计

采用基于OBE教育模式进行课程群体系设计，其本质就是课程计划的“反向设计”,明确各门课程、每节课对于实现预期“学习产出”的贡献及程度。

根据新的培养计划和教学大纲，我校机械设计专业毕业生应是适应珠三角地区特别是东莞市的制造业产业升级需要的、具备国际化视野和现代工程师素质的应用型高级专门人才，即卓越机械工程师。教师要根据“学习产出”类型，使用多样化的教学方法。老师可以把自己与名人的工作实践经验和创新的经历，细致地介绍给自己的学生，激发学生的创新意识和学习热情。激励学生们自由选题，开展各种小发明的制作，以及软件开发与教学

论文撰写等多种多样的创新活动。在课堂教学中还要多鼓励学生积极思考，敢于提出问题、回答问题，使学生养成积极主动思维的习惯。

在理论教学方面，要多结合实际工作中的工程对象，实行理论分析计算与工程实际相结合的模式，将先进现代教学的工具及传统教学的方法有机地结合起来，摸索出一种手段先进的、生动活泼的、内容丰富的教学新模式。

任课教师应尽可能地创设丰富的教育环境，调动学生积极地参与到整个教学过程。在课程的教学上，教师也可以采取测验、问卷及项目等多种多样化的评价方法，对自己学生实际“学习产出”进行评估，根据评估结果及时调整该课程教学内容和改进教学方法。

(三)树立大课程观念，优化各课程内容，突出以机械设计课程为中心和工程应用能力的培养

1.打破各课程内容的归属性，弱化各课程个性概念，强化计算机技术在机械设计过程中的应用。机械设计课程群的目的是为机械产品设计服务，经过课程群的学习，帮学生培养基本机械设计的能力，也是机械设计制造及其自动化本科专业的培养目标。在课程群各门课程教学与改革中，要以机械设计为中心点，根据具体设计的程序，将零部件制造与设计进行完美的组合，同时，要充分考虑机电产品的具体设计要求，对于课程群的内容进行规划和整合。着重课程群的整体性建设，增强不同课程间的互补与整合，促使教学内容的有机结合，避免了缺失与重复，形成了完善及合理的课程群体系。

例如在编写《机械设计》及《公差与配合》的网络课程时，要突破课程内容界限，重新精简课程群组交叉的内容，运用“纲要信号网络法”,将典型零部件的运动设计及结构设计作为提纲，以具体设计方法为信息，把《机械设计》课程图表及公式和《公差与配合》的几何量公差及检测内容，纳入机械设计的信息图库，同时，充分发挥多媒体教学声像并茂的优势，充分与学生进行信息交流，加强了教学重点，彰显了机械设计知识的综合性与整体性。

计算机设计能力的提高，将有助于创新能力与解决实际工程能力的大幅提高。CAD/CAE技术的进一步发展引起了机械设计领域的大改革，机电产品的设计理论、方法和手段等，都发生了巨大的变化。机械设计的过程，从构思分析研究，以及加工工艺的制定和产品仿真的评价，均是运用计算机模拟出的三维空间完成的，它的设计分析过程，也十分符合产品的运行规律。因此，应将培养学生使用计算机设计的能力作为主要培养目标，将计算机设计的技术和各门传统的课程相连接，建立课程群体系，激发学生们在机械方面创新设计的潜力。课程群中计算机绘图、CAD等课程的设立，对于学生计算机设计能力的培养，打下了很扎实的基础；也在其他各课程教学的过程中，比如机械原理课程，运用计算机编程进行参数化设计，又增强了计算机的学习及应用。通过引进计算机辅助设计和分析，使计算机教育在整个大学阶段持续并逐步强化，从而使学生的计算机设计能力得到极大提高，达到提高学生创新能力与解决实际工程能力的目的。

2.整合精简课程重复内容，增加新技术、新概念、新的工程应用实例以提高学生的工程应用能力。对某些课程有重复内容的部分进行整合与删除。例如，《机械制图》与《公差与配合》课程中皆有极限、配合、形位公差等知识内容，可考虑将《机械制图》中相关知识点删除，同时在课时安排上进行一定调整。这样既避免了教师在教零件图与装配图知识时要花较多时间与精力去阐明极限、配合、形位公差等知识，又节约了教学课时，从整体上提高了教学效率。《工程力学》、《机械原理》、《机械设计》中也有一些知识点重复，如应力、应变等知识，可以进行合理整合与删除。

删除《机械原理》、《机械设计》等课程中比较复杂的理论公式的推导过程，只保留公式具体应用的说明。如《机械设计》课程中带传动中受力分析、有效拉力公式的推导过程；齿轮的接触应力强度和弯曲疲劳强度公式的推导过程等。

目前我校机械学院使用的部分教材中存在一些不符合时代特征的技术和工程应用实例，如滚动轴承标准等可能不是国家最新技术标准。利用学校图书馆的文献数据库查阅最新的相关知识，结合课程群教师的科研项目和东莞企业的先进技术，更新旧知识与技术标准，增加新技术、新概念、新的工程应用实例。在“机械设计课程群”的系列课程教学中，课程群教师应尽量以实际工程应用作为教学实例，通过课程群教师长期理论联系实际的教学，以达到培养及提高学生解决实际问题的能力。(四)把提高学生创新能力和解决实际工程问题能力进行课程设计教学内容及实验教学内容改革在所有课程设计的过程中，突出了课程设计的内容，贯穿了更加系统的观点，从全部方案设计及具体结构的设计，摸索出了一套系统的方法，来提高学生的综合设计能力及创新实战能力；充分利用现有实验、仪器设备，开展了创新设计的活动；利用现代的设计实验室设备、功能较强的设计平台以及面向工程实践的软件等，给自己的学生提供了把全新的现代设计方法运用于设计过程的良好平台。

鼓励自己的学生直接参加老师的科研课题，同时，作为本课程设计的题目及毕业设计的题目，把学生所学基本知识直接应用于工程实践。

保存培养学生基本技能的验证性实验，增强了学生综合性和设计性的实验项目。以现代的工程教育实践的观念作为指导，并且自主设计实验系统，设立具有工程特征的真实与虚拟的、综合设计的实验。学生实验的项目具备教学实验和工程实践背景相结合，培养工程实践的创新意识，训练工程实践的能力，来实现工程教育回归工程实践的教学目标。

建立多种多样的学生机械创新实践活动的平台，可以说是深化改革机械设计课程群实践的教学内容。研究与创新实践设计训练的平台，是学生们完成创新实验项目、制作设计产品的基地，如我校机械学院的机械创新团队，学生们都可以在老师们亲自指导下，完成“微型太阳能汽车”的设计与制造、装配和整机的测试，机器人创新团队近年来在各种国家机器人比赛中取得了优良的成绩；3D打印创新团队也在全国机械创新比赛和大学生挑战杯比赛中取得了优良的成绩。这些机械创新实践活动平台极大地提高了学生的工程实践能力和创新能力。

(五)强化机设课程群教学团队建设，促进教学团队持续性发展

教学团队的建设是课程群建设的关键所在，应该充分优化教学队伍的结构；充分发挥主动性和积极性，吸引国内外人才充实到教学的队伍中；激励中青年教师积极进取，获得博士学位；坚持将人才培养质量的提高作为团队工作的第一要务。通过教学研究、科学研究和国际交流提升教学队伍整体水平。目前我校机械工程学院已形成一支知识结构和年龄结构合理，责任感强、团结协作精神好，整体教学能力强，教学经验丰富，教学特色鲜明，教学效果好的机械设计课程群教学团队。本课程群的教学团队的特点是着重“理论教学、实验教学及工程应用教学”三元结合和相互促进，将机械基础理论、机械设计新技术和工程应用知识的传授放在首要地位，为学生工程应用能力和终身学习能力的形成打下扎实基础。

三、结语

【关键词】机械设计；设计创新；创新方法

引言

科技的发展和进步离不开创新精神，在机械设计领域同样如此。文章对现代机械的特点进行了介绍，并对国内机械设计的创新方法进行了深入细致的分析和探讨，希望能够起到一定的参考借鉴作用。

一、机械自动化的定义

对于现代机械的定义，因为研讨的视点不一样，进而给出不一样的定义。例如美国机械工程师协会，在1984 年将其定义为：“现代机械就是经过计算机信息网络和谐与控制的机械和（或）机电部件彼此联系的体系，该体系可以完结机械力、运动和能量流等动力学任务”。而世界机器与组织理论联合会将现代机械定义为：机电一体化是精细机械工程、电子控制和体系思维在产品设计和制造过程中的协同联系。

二、现代机械特点

1、性能较高结构简单

与传统机械不同的是，现代机械具有较高的性能，其结构也越来越简单，功能变更更加容易、方便。随着技术的发展，设计方法变得多样化，作为设计人员，可以将多种技术进行融合，最终实现现代机械的综合利用。并通过不同的角度和切入点，使现代机械具有更加科学合理的结构，顺应时展的需求。

2、成本降低效率提高

现代机械的成本大幅度降低，因此能够获得更多的效益，节省人力、物力、财力。同时现代机械的效率也获得提高，缩短了工作时间。对于工作成果的展示更加清晰和明确，使现代机械使用人员对于工作成果可以进行较为直观的理解和感受。在产品质量上也获得提高，工作整体质量得以提升。

三、现代机械设计方法概论

1、现代机械设计创新理论

现代机械创新设计是一种实践活动，以理论知识和实践知识为基础，充分发挥设计者的想象力和创造力，合理运用已有的科技成果和技术手段，使得设计出来的产品更加具有实用性、创造性。现代机械设计已成为一个庞大的学科，种类和结构日益复杂，功能更加多样化。机械设计创新理论是指在机械设计学理论的基础上，联系并紧密结合认识哲学、认识科学、思维科学、设计方法学、发明学、创造学等相关学科中的有益成分，凝结设计人员的聪明才智，并且运用系统科学、信息科学、计算机技术等技术手段，融合美学原理，设计出对国家经济发展和社会进步有价值的产品。

2、机械设计创新内涵

机械设计创新可以通过多种方式实现，较为常用的是提高机械产品的性能以及优化产品的技术特性，如适应性、可靠性、经济性等指标。此外，也可以设计全新的机械产品来实现创新。随着社会的发展，科技的进步，旧的设计思维和设计方式已不能适应现代设计的需求，机械设计需要具有独创性、实用性、突破性和联动性。独创性，即打破传统的设计模式和设计理念，采用科学合理的全新的方案和组合。实用性，即机械设计的创新应具有针对性，满足市场的需求，具有合理的功能，易于生产，使用方便。突破性，即转变原有的思维方式，不局限于机械设计领域自身，而是扩展到其他领域，并从中获取灵感，为机械设计提出新的原理，开拓新的局面。

3、开展现代机械设计创新的意义

现代机械设计创新的研究成果，运用到生产实际将带来巨大的经济效益和社会效益，同时其具有的学术价值更是不容忽视的，对于机械设计行业的可持续发展具有非常重要的意义，是其发展的根本动力。机械设计产品所体现出来的并不仅仅是科学技术的运用与实现，更是设计者思维方式的反映。设计者在进行机械设计的过程中，其思维方式也不断地获得提高。同样设计者的思维方式融入到产品的设计中，使产品更加具有人性化的特征。在两者的相互作用下，使得机械设计作品更具实用性和可操作性，向着集约化、自动化、智能化的方向发展。现代化的创新力量不断涌入，必将促进机械设计的发展，使机械产品更加充满生机和活力。

四、国内外机械设计创新的方法研究

1、国内机械设计创新方法

随着经济的发展和科学技术的进步，对于机械产品无论从质量上还是从精度上都有了更高的要求，机械设计领域也产生了重大的突破，取得了令人瞩目的成果。先进的设计理论和设计方法不断涌现，在传统机械设计方法的基础上获得了进展。机械设计是十分复杂的过程，涉及到的知识和理论也非常复杂，在设计过程中会遇到各种各样的问题，然而在我国的科研工作者和机械设计人员坚持不懈的努力下，丰富了机械设计的理论，积累了宝贵的实践经验，对于机械设计中出现的问题，已经能够很好地进行解决。高科技及先进理论的引进使设计过程得以简化，为机械设计的发展作出重要的贡献。当前，计算机辅助设计、系统化设计、局部或全局性设计等创新方法已获得广泛的应用。

2、国外机械设计创新方法

相对于国内的机械设计创新，国外的创新研究开始的较早，并取得了一定的研究成果，目前应用得较为广泛有以下三种。普适设计理论是在传统设计方法的基础上发展起来的，起源于德国，通过将现有设计方法进行总结和规范，形成具体的设计规则模型，根据既有的经验，设计和构建能量的输出和输入环节，进而将机械设计的功能结构具体化。公理化设计理论方法则是在决策的基础上发展起来的，起源于美国，使科学决策和系统理论相结合，与普世理论相同的是，功利化设计方法同样注重于经验的积累，最终形成以法律公则和科学方法为基础的创新方法。公理化设计理论的优势在于能够优化和完善较为复杂的机械设计，其设计效果也比较令人满意。三次设计法理论主要包括系统设计、参数设计、容差设计几个方面，起源于日本，近几年获得了较为广泛的应用。这种方法是目前较为先进的设计方法，准确率和效率都有所提高，机械设计的整个过程可以很快的完成，充分体现了高质、高效、方便、快捷的特性。

3、培养机械创新设计思维

在进行机械设计的过程中，创新思维方式的培养非常重要。这是因为机械创新设计是极具创造性的工作，作为设计人员，在提高自身知识水平和能力的同时，培养具有创新精神的思维方式尤为重要。对于机械设计工作应以全新的视角来看待，突破传统的设计方法和思维模式，广开新思路，探索新方法、新技巧，运用先进设计手段，使原有的设计更加完善或者创造出全新的设计作品。

结束语

与传统的机械设计相比，现代机械设计具有自身设计新理念和新思路。而现代机械设计离不开创新思维，创新思维是社会发展的源泉，是现代机械设计中重要的组成部分。机械设计人员只有树立创新思维的理念，并结合自身丰富的实践经验和扎实的理论知识，同时充分利用现代计算机技术的优势，发挥主观能动性，才能够设计出满足人们对于产品越来越高的要求，从而促进我国现代机械设计发展。

参考文献

[1]许鸿艳。讨论现代机械设计的方法及研究进展[J].湖南农机，2013，40（5）：55-57.

机械原理教学方法创新思维一、引言

机械制造业是国民经济发展的基础和支柱产业，我国机械制造业的快速发展，对机械类人才的素质知识与能力结构提出了更高的要求。机械制造企业需要的是既有机械的理论知识，又具有创新精神、团队协作能力与机械产品创新设计能力人才，这一人才需求的变化，使从事机械人才培养的我国大学工科教育必须全方位的改革教学理念与教学模式，迎接新的挑战。因此在机械专业的基础类课程的教学过程中，如何培养学生具有的创新能力、综合设计能力及再学习能力，是摆在我们面前的一项重要课题。

机械原理是机械专业的重要的一门专业基础主干课程，主要涉及的内容是关于常用机构的结构、运动和动力分析及机构运动方案设计。传统的教学模式十分注重各种机构的结构与运动分析等知识的讲解，学生当时虽然学到了这部分的机械知识，但是普遍缺乏创新意识、缺乏发现问题能力与解决问题的能力，往往遇到教科书上没有的实际的机械设计问题，就束手无策。

二、应用案例教学法，将创新思维方法融入整个教学过程中

从心理学角度讲，新奇的事物对学生有特别大的吸引力。在应用案例教学法时，要能针对教学中的重点，进行案例的选择，恰当地设疑，引导学生主动思维，定向探索问题。

在讲解机械原理的基础知识时，我们收集了典型的机构案例，应用多媒体教学手段在课堂上进行模拟再现，并设置问题，这不仅有利于学生感性认识的深化，而且有助于学生进行深入探讨和思考，有利于学生将抽象的机构知识形象化，概念具体化。例如，由机构组成原理可知，任何平面机构都可以看作是由基本机构加若干个基本杆组组成的。在讲解机构组成理论时，我们先出示了一个送杯机构的结构图，请学生分析此送杯机构能否达到其设计目的，这不仅引起了同学的好奇和争论，也在课堂上设置了思维的发散点，在论述了机构具有确定运动的条件后，要学生运用理论知识分析此送杯机构的设计有哪些问题，提出改进方案。这使学生有了充分的发表自己见解的思维空间，活跃了课堂教学气氛。在此基础上，带学生参观实验室的包装机械和各种机构模型，让学生绘出其运动简图，再在实验台上拼接出来。经过这么一个过程，在学生头脑中，机构组成知识就不再是孤立、静止、抽象的符号与线条、呆板的公式，而是有机的、形象、生动的机构知识，同时领悟了机械原理的基本知识来源于工程实践，这为他们将来进行机械方案构思打下基础，激发了学生对此课程的学生兴趣。

三、构建新型的授课体系，启迪大学生创新思维意识

在进行教学过程中，根据学生学习兴趣与层次的不同，我们采用了灵活的教学方法，把课堂教学、学生分组研究、学生课外兴趣小组指导等方法结合起来。

课堂授课中，除了讲授主要教学内容外，还把机械原理课程的有些章节授课方式与内容作了调整，把机构中的一些理论留给学生自己去“发现”，把传授知识的过程转为由学生自己“发现”的过程，使学生受到科学思维的训练。例如在讲连杆机构时，我们运用多媒体课件介绍了连杆机构在实际工程中的应用和连杆机构的类型后，提出了连杆机构为什么在机械工程中得到广泛的应用？有哪些基本特性？连杆机构的尺寸变化对这些基本特性有何影响等问题。让学生每4～5人一组分组课后研究，每组选定一类四杆机构，自己拟定尺寸，应用三维CAD软件，进行建模和仿真，并作出书面报告。通过三维模拟和分析讨论，学生不仅提高了计算机的应用能力，而且因为亲自拟定机构尺寸，分析和观察了四杆机构的急回特性、压力角等现象以及尺寸变化后对上述特性的影响等，学生享受了“发现”知识的快乐，由于是自己构思、自己模拟仿真，生动形象、看得见、印象深，记得牢。我们还布置了一个小论文，论文的题目由学生自己拟定，内容是收集应用连杆机构的实例，要求观察日常生活、生产实践中，哪些物品应用了连杆机构，要求拍出实物照片，研究的实物用途、满足的功能，作出实物的机构运动简图，说明连杆机构的类型、特点；说明研究的物品应用了连杆机构的哪些特性等，分析物品的设计巧妙之处，还有何不足之处，能否改进等。这激发了学生很大的热情，学生走出课堂收集资料，以前熟视无睹的物体，现在看见其能动，就去捉摸其原理，收集了有玩具、健身器、铰链、电动伸缩门、折叠画架等四十多种例子。同时，让小论文写得较好的学生在课堂上进行演示，由全体学生讨论和评价，这使上台演示的学生受到激励，得到了锻炼，也使其他学生受到启发，感受到机械就在我们的身边，消除了对机构设计与创新的神秘感。

在此基础上建立了课外兴趣小组进行辅导，在学生进入课题时，向学生介绍设计思想和创新方法，引导课题小组积极查找资料，相互讨论、相互启发、克服思维定势，发散和激励思维，从功能原理的角度出发，提出多种方案进行比较，让学生在探索和研究中，逐步解决问题，完成设计。

四、以创新大赛等实践活动引路，拓展大学生的创新设计能力

创新思维是一种很复杂的思维活动，它具有以下特征：它是逻辑思维与非逻辑思维（形象思维、直觉、顿悟、灵感）的统一，是求异与求同思维的统一，是扩散思维和集中思维的统一。

Abstract How to cultivate college students into a new era of innovative consciousness and creative thinking， with practical ability and creative ability is a severe test full of challenges facing all colleges and universities. This paper discusses a method of introducing the principle of mechanical creative design by introducing the practical application cases of mechanical engineering to the daily teaching， to stimulate the creative potential and enthusiasm of the students， and to improve the teaching purpose of the creative ability of the students' mechanical design.

Keywords project-based teaching mode； mechanical innovation design； innovation consciousness； innovation ability

0 引言

?S着科技的不断进步和社会的飞速发展，越来越多的国家已经意识到，衡量一个国家的综合国力大小的重要因素就是是否具有创新能力并掌握核心技术，“科技创新”已经成为各国抢占行业制高点的最有利武器。早在1995年，江泽民同志就指出“创新是一个民族进步的灵魂”；刘延东同志也提出“科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑”；胡锦涛同志也指出“激发全民族的创新精神，大力推进理论创新和科技创新”。 [1]

由此不难发现，近年来国家和政府一直是鼓励创新，并制定了一系列相关政策来激发“全民创业、万众创新”，期望早就更多的高端创新人才，不断加强自主创新能力，不断提升综合国力。

随着现代高等教育事业的不断发展，创新思维和创造能力的培养也得到了越来越多高校的重视。各大高校纷纷认识到，在当前复杂的国际环境下，如何把大学生培养成为具有新时代创新意识和创新思维、具有实践能力和创造能力的高素质综合人才，是摆在所有高校面前的一项充满挑战的严峻考验。

“机械设计实践”就是专门为了培养机械制造及其自动化等机械相关专业的学生创新意识和创造能力而开设的一门专业课，它是一门强调实际动手能力和创新能力的课程，其先修课程包括：机械原理、机械设计理论与方法、机械制造工艺、理论力学和材料力学等。[2]

这门课通过引入机械设计在工程领域的实际应用案例，来介绍机械创新设计的一般原理与方法。通过这门课程的学习，能够让学生掌握机械创新设计的基本原理和实现方法，具备初步的机械创新思维和意识。在不断分析机械工程实际案例的基础上，培养学生自主找出现有设计存在的问题、分析问题产生原因，是否具有优化空间，并能提出改进方案的能力。

通过这种方式，激发了学生综合运用所学机械原理和机械设计等知识，充分发挥创新思维进行部分改进设计或全新创造性设计，最终达到激发学生的创造潜力和热情，提高学生创新能力的教学目的。

1 “机械设计实践”课程在课堂教学中出现的问题及分析

笔者在对本校机电技能班授课的过程中发现，虽然学生对机械创新设计表现出一定兴趣，对实际应用案例也听得津津有味，但真正需要他们动手设计一些机械结构，或者需要改进现存的机械结构时，仍然表现不佳。通过自身不断总结，分析了一些在课堂教学中出现的问题，现归纳如下：

1.1 教学内容和教学形式较为单一，学生欠缺学习热情

从授课内容上看，“机械设计实践”仍然是建立在机械原理和机械设计基本知识框架上，然后做了一些设计方法的增加，虽然也结合了一定的工程实例，但讲课的重点仍然偏重于机械原理部分，并不能很好地启发学生的创新思维。而学生对于机械原理和机械设计的内容已经学过，所以对本课程的学习热情并不高。[3]

从授课形式上看，“机械设计实践”仍然是以教师结合PPT进行常规讲述为主，很少与学生进行互动式教学，而本课程的教学目的应该是教师通过启发学生来激发其创造性思维，需要师生之间产生积极的互动，才能保证教学效果。传统的教学形式很难激发学生的学习热情。

1.2 学生欠缺创新意识和创新思维

以笔者所带机电技能班为例，机械原理、机械设计、机械制图等基础理论已经学过，但总体来说，学生对于与机械创新设计相关的基本知识点仍然掌握得不够，而这是进行机械创新设计的基本条件。究其原因，主要包括：学校对课时进行了压缩，学生学习主动性不足，欠缺工程实训环节无法将理论知识运用于机械设计。其结果就是：学生往往为了应付考试而学习，没有对基础理论真正融会贯通，也很少开启自身的创新意识，更不用说尝试进行机械创新设计。[4]

1.3 容易局限于应用三维软件进行虚拟的建模仿真，欠缺设计真实产品样机的能力

近年来，应用于机械工程行业的CAD/CAM软件越来越多，功能越来越强大，尤其是各种三维软件得到广泛的应用，包括：Solidworks、Inventor、Pro/E、UG。学生基本上在二年级就会学会这些软件的使用，而且能绘制出酷炫的三维模型和精美的仿真动画视频。

三维软件能够确实能帮助学生更好地表达自己的设计思想，让空间想象力得到更好的发挥，使设计工作更加高效而有趣，使设计的结构更直观，更便于讨论或修改。[5]但与此同时，笔者也注意到很多学生把学习重点放在三维软件的使用技巧上，而忽略了机械结构涉及到的基础知识点。简单来说，学生利用三维软件设计具体机械结构时，只能绘制出漂亮的三维模型，但不擅长或根本不会绘制出更具体的机构细节。这样的三维模型仅仅虚有其表，而没有实质性的机械结构。换句话说，是无法做成实际样机的。

所以，真正的机械创新设计的本质还是对机械本身的设计，对基本结构原理的掌握和应用。而各种三维设计软件仅仅只是辅助设计的一个工具、一种手段，通过它能更快更好地制作出实际产品样机。在培养学生创新设计能力的时候，必须坚持软件建模与真实产品样机并重的原则。[6]

1.4 欠缺实际项目的锻炼，欠缺完整、系统的产品研发经验

参与实际产品研发项目的锻炼，其意义在于让学生从中学习到实际产品设计的全部流程，掌握一种产品从设计到加工全过程所涉及到的知识，能够培养学生综合掌握专业知识的能力，从本质上提升其创新设计能力。

但从实际情况看，大多数学生仍然是以理论学习为主，没有触碰到设计的本质学习，对于学校安排的实践环节往往只能走马观花地看一看，并没有机会对设计过程进行体会。在欠缺实际项目设计经验的情况下，学生的理论知识无法得以充分发挥也就是很正常的事情了。从长远来看，这会严重制约学生的创新能力和创新意识的发展。[7]

2 项目式教学模式在“机械设计实践”课程中的引入

“项目式教学法”是通过完成一个完整的“项目”的工作而进行的实践教学活动，以为社会培养实用性型人才为直接目的的一种人才培养模式。其目的是在课堂教学把理论与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。[8]

项目式教学“以项目为主线，教师为引导，学生为主体”，改变了以往“教师讲、学生听”被动的教学模式，创造了学生主动参与、自主协作、探索创新的新型教学模式，以为社会培养实用性型人才为直接目的的一种人才培养模式。

项目式教学改革拟达到的目标是：将机械设计思想、三维软件的设计和实际设计项目相结合，将理论知识与实践相结合，提高学生的学习兴趣和积极性；通过对项目式教学的研究与实践，完善教学中学习任务，确定教学项目等环节；实现应用型本科专业人才的培养目标。[9]

2.1 教学内容设计和教学流程设计

为适应我校应用型人才培养目标，在教学内容上将原有教学内容进行调整，将理论知识与项目相结合，利用项目将实践与理论知识有机结合起来，学生把学到的理论知识通过完成项目的方式运用到实际任务中，解决实际问题。

“机械设计实践”课程主要是将机械设计思想、三维软件的设计和实际设计项目相结合。在整个的学习过程中选择合适的设计课题将所有知识点串联起来，同时将机械创新设计融合进来，提升学生的机械设计能力和综合能力。[10]

（1）教学阶段。笔者在对机电技能班进行“机械设计实践”授课时，针对学生基础水平较差，但动手能力强的特点，大胆进行翻转课堂教学方法的尝试。鼓励学生按照学科竞赛答辩模式，分组讨论项目内容。以历届竞赛真题为设计任务，以日常物品为原材料，真题真做制造出实物样机，并让学生以评委身份对其他组同学的实物作品进行打分。这种授课方式极大激发了学生的创造力和积极性，深受学生好评。

今后可将更多的学科竞赛真题，合理的融入到“机械设计实践”课程中去，并把学生毕业设计真题真做的实物作品（比如仿生机械鸟、气动搬运机器人）带到课堂上，作为教具介绍给学生，让学生不仅学到基本理论，并学到如何在实践中运用这些理论，真正掌握设计的精髓。

（2）独立探索阶段。教师布置一个实际项目让学生独立探索，在学生理解项目任务内容的基础上，教师可设计多种类型的实际项目任务，让学生独立思考并完成项目任务。

（3）实战演练阶段。在教学实施过程中，本着教学中学生处于主体地位，变被动学习为主动学习的思想。学生独立完成刚刚布置的项目，并完成项目的三维设计建模及工程图的生成。学生在“做中学，学中做，做中练”，在实战演练过程中学习知识，训练技能。教师及时帮助解决各小组在项目教学中出现的各类问题，保证各小组项目的顺利完成。

（4）学习评价。以实际项目的完成情况来评价学生的学习成绩。首先教师教学生完成一个项目，然后学生独立完成一个项目，项目做完了，所有的知识点也就全部完了。在整个的教学中采用“教、学、做”一体化的方法，使学生在项目中学习并实现能力的提高。

3 项目式教学改革所取得的成果

指导学生参加学科竞赛获奖情况：（1）参加2015年全国大学生机械产品数字化设计大赛决赛，获国家三等奖；（2） 参加2016年湖北省大学生机械创新设计大赛暨第七届全国大学生机械创新设计大赛湖北分区预赛，获湖北省一等奖；（3）参加 2017年全国大学生机械产品数字化设计大赛决赛，获国家二等奖和国家三等？。这也是技能班学生第一次在全国大赛中获得名次。（4）参加全国3D大赛10周年精英联赛暨DigitalMaster2017一带一路挑战赛龙鼎奖，获湖北省特等奖。

指导学生毕业论文情况：（1）指导学生作品《助力卸货机械手结构设计》获2017年湖北省优秀毕业论文；（2）指导学生作品《仿生扑翼机》和《气动搬运机器人》获2018年湖北省优秀毕业论文。

关键词：TRIZ理论，创新设计，机械产品，

二十一世纪全世界范围内机械产品激烈竞争，各个国家都很重视如何提高产品的设计水平，增强其竞争实力。而产品设计最主要的目标就是对产品进行创新，满足消费者的需要并且占据市场更重要的位置，所以，要想增强机械产品自身的竞争实力，最根本的途径就是重视创新设计。创新设计理论又叫做TRIZ理论，是设计的核心理论，目前已经在机械产品创新设计中被广泛应用，可以提现企业的核心竞争力。1946年，前苏联G.S.Altshuller创立了TRIZ理论，指的是发明问题的解决理论。以这个理论为基础，军事工业得到了很大的发展。二十世纪九十年代开始流入美欧，在某些企业当中开始应用并且推广，取得了很多发明专利，随之也产生了经济效益，当很多国家兴起了TRIZ理论研究和推广的热潮。1998年之后，TRIZ理论开始在中国出现，不少科研机构把TRIZ理论作为技术创新的首选，积极的进行探索。这篇论文主要是探讨TRIZ理论主要内容以及在机械产品创新设计中的应用。

1.TRIZ理论基本内容概述

TRIZ理论的观点是，发明问题的关键是解决冲突，而解决冲突需要遵守相关的原则：对系统的某个零部件或者性能进行改进时，不可以影响到系统或者相邻的其他零部件以及性能。冲突主要包括技术冲突和物理冲突，物理冲突指的是如果对一子系统出现相反的要求时所出现的冲突，系统的某个部分同一时间出现两种相反的状态，主要是由一个参数造成的。技术冲突的含义是系统的某个部分性能增强造成了有害以及有用两种结果，也可以理解为有益作用被引入或者有害作用被消除，造成其他的一个或者几个子系统性能降低，这种问题主要是由两个参数造成的。

G.S.Altshuller在理论当中提出了四十条冲突解决原理，也就是发明原理以及冲突解决矩阵的含义，各种领域的相互冲突的特性通过高度的概括，抽象成为三十九个技术特性参数（也叫做通用工程参数），矩阵中的行代表冲突恶化的参数，列代表冲突改善的参数。针对技术冲突，可以以冲突矩阵为基础，找到对应的发明原理，从而找到解决问题的办法；针对物理冲突，通常利用分离原理了可以找到解决办法，发明原理和分离原理之间具有一定的关系，一条分离原理，可以对应很多条发明原理。

2.TRIZ理论在机械产品创新设计中应用

2.1.TRIZ理论在机械创新设计中应用的步骤程序

将TRIZ理论应用到机械创新设计当中，主要的步骤是：对机械系统问题进行分析，明确关键的技术功能，找到造成系统中问题的参数，对冲突的类型进行判断。如果系统中的问题主要是由一个参数造成的，属于物理冲突；如果是由两个参数造成的，属于技术冲突。可以通过分离原理解决物理冲突，对分离方法进行确定，包括时间分离、空间分离、整体和部分的分离、基于条件的分离，根据实际的分离原理和解决冲突的发明原理的对应关系，找到解决问题的办法。技术冲突，第一步要确定恶化技术特性参数和改善技术特性参数，再以冲突矩阵为基础，找出对应的发明原理，从而找出解决问题的办法。最后，把推荐的对应的发明原理应用的具体的问题上，对每一个原理在具体问题上的实现和应用进行探讨。

2.2.呆扳手的创新设计案例

设计初期的呆扳手在松开或者拧紧六角螺母或者螺栓时，因为螺母或者螺栓受力点在两条棱边，很容易变形，因此无论是松开还是拧紧都比较困难。而新的设计需要避免原来设计当中的缺陷。后来美国一项以冲突矩阵为基础的专利解决了这个问题。这个专利是从三十九个通用工程参数当中选择一对特性参数：1）提高质量的参数：物体所产生的有害因素，可以对螺母或者螺栓减少磨损。2）可以造成负面影响的参数：制造精度，全新的改进有可能造成制造的困难。然后把上面的两个参数代进冲突矩阵，可以得到下面四条发明理论，即是：维数变化、小对称、抛弃与复制、修复。通过分析维数变化以及小对称这两条发明原理可知，经过创新的呆扳手工作面的某些点可以和螺母或者螺栓的侧面相接触，而不仅仅是接触棱边，因此解决了这个问题。

通过这个实例可以说明，机械产品的某些参数或者特性进行改进之后会造成其他参数和特性的恶化，可以通过冲突矩阵来解决这种技术冲突，这说明在机械产品设计当中应用TRIZ理论时具有价值的。

2.3.某飞机的航空发动机引擎罩的创新设计案例

某飞机的航空发动机引擎罩在设计时，表现出来的技术冲突是：一方面希望发动机可以吸入较多的空气，另一方面又希望发动机罩和地面之间的距离可以不减少。把它转化为物理冲突：应该将发动机罩的直径加大，这样有利于吸入空气，但是直径又不宜过大，避免机罩和路面的距离减少。

这个物理冲突可以用空间分离原理进行解决。空间分离所对应的发明原理当中有No.4不对称原理。根据这个原理，可以把原来的对称设计变更为不对称的设计。如下图所示。

图1：发动机罩改进设计方案示意图

3.结束语

中国的机械产品比较落后、缺乏技术创新力量、市场比较低迷，主要是因为企业缺乏适应市场需要的新产品开发以及技术创新的能力和机制。尤其是国内很多中小型企业资金匮乏、开发新产品的能力比较差，亟需相关新产品开发技术的支持。而TRIZ理论可以推动技术创新在机械产品设计中的应用。

机械原理教学方法创新思维一、引言

机械制造业是国民经济发展的基础和支柱产业，我国机械制造业的快速发展，对机械类人才的素质知识与能力结构提出了更高的要求。机械制造企业需要的是既有机械的理论知识，又具有创新精神、团队协作能力与机械产品创新设计能力人才，这一人才需求的变化，使从事机械人才培养的我国大学工科教育必须全方位的改革教学理念与教学模式，迎接新的挑战。因此在机械专业的基础类课程的教学过程中，如何培养学生具有的创新能力、综合设计能力及再学习能力，是摆在我们面前的一项重要课题。

机械原理是机械专业的重要的一门专业基础主干课程，主要涉及的内容是关于常用机构的结构、运动和动力分析及机构运动方案设计。传统的教学模式十分注重各种机构的结构与运动分析等知识的讲解，学生当时虽然学到了这部分的机械知识，但是普遍缺乏创新意识、缺乏发现问题能力与解决问题的能力，往往遇到教科书上没有的实际的机械设计问题，就束手无策。

二、应用案例教学法，将创新思维方法融入整个教学过程中

从心理学角度讲，新奇的事物对学生有特别大的吸引力。在应用案例教学法时，要能针对教学中的重点，进行案例的选择，恰当地设疑，引导学生主动思维，定向探索问题。

在讲解机械原理的基础知识时，我们收集了典型的机构案例，应用多媒体教学手段在课堂上进行模拟再现，并设置问题，这不仅有利于学生感性认识的深化，而且有助于学生进行深入探讨和思考，有利于学生将抽象的机构知识形象化，概念具体化。例如，由机构组成原理可知，任何平面机构都可以看作是由基本机构加若干个基本杆组组成的。在讲解机构组成理论时，我们先出示了一个送杯机构的结构图，请学生分析此送杯机构能否达到其设计目的，这不仅引起了同学的好奇和争论，也在课堂上设置了思维的发散点，在论述了机构具有确定运动的条件后，要学生运用理论知识分析此送杯机构的设计有哪些问题，提出改进方案。这使学生有了充分的发表自己见解的思维空间，活跃了课堂教学气氛。在此基础上，带学生参观实验室的包装机械和各种机构模型，让学生绘出其运动简图，再在实验台上拼接出来。经过这么一个过程，在学生头脑中，机构组成知识就不再是孤立、静止、抽象的符号与线条、呆板的公式，而是有机的、形象、生动的机构知识，同时领悟了机械原理的基本知识来源于工程实践，这为他们将来进行机械方案构思打下基础，激发了学生对此课程的学生兴趣。

三、构建新型的授课体系，启迪大学生创新思维意识

在进行教学过程中，根据学生学习兴趣与层次的不同，我们采用了灵活的教学方法，把课堂教学、学生分组研究、学生课外兴趣小组指导等方法结合起来。

课堂授课中，除了讲授主要教学内容外，还把机械原理课程的有些章节授课方式与内容作了调整，把机构中的一些理论留给学生自己去“发现”，把传授知识的过程转为由学生自己“发现”的过程，使学生受到科学思维的训练。例如在讲连杆机构时，我们运用多媒体课件介绍了连杆机构在实际工程中的应用和连杆机构的类型后，提出了连杆机构为什么在机械工程中得到广泛的应用？有哪些基本特性？连杆机构的尺寸变化对这些基本特性有何影响等问题。让学生每4～5人一组分组课后研究，每组选定一类四杆机构，自己拟定尺寸，应用三维CAD软件，进行建模和仿真，并作出书面报告。通过三维模拟和分析讨论，学生不仅提高了计算机的应用能力，而且因为亲自拟定机构尺寸，分析和观察了四杆机构的急回特性、压力角等现象以及尺寸变化后对上述特性的影响等，学生享受了“发现”知识的快乐，由于是自己构思、自己模拟仿真，生动形象、看得见、印象深，记得牢。我们还布置了一个小论文，论文的题目由学生自己拟定，内容是收集应用连杆机构的实例，要求观察日常生活、生产实践中，哪些物品应用了连杆机构，要求拍出实物照片，研究的实物用途、满足的功能，作出实物的机构运动简图，说明连杆机构的类型、特点；说明研究的物品应用了连杆机构的哪些特性等，分析物品的设计巧妙之处，还有何不足之处，能否改进等。这激发了学生很大的热情，学生走出课堂收集资料，以前熟视无睹的物体，现在看见其能动，就去捉摸其原理，收集了有玩具、健身器、铰链、电动伸缩门、折叠画架等四十多种例子。同时，让小论文写得较好的学生在课堂上进行演示，由全体学生讨论和评价，这使上台演示的学生受到激励，得到了锻炼，也使其他学生受到启发，感受到机械就在我们的身边，消除了对机构设计与创新的神秘感。

在此基础上建立了课外兴趣小组进行辅导，在学生进入课题时，向学生介绍设计思想和创新方法，引导课题小组积极查找资料，相互讨论、相互启发、克服思维定势，发散和激励思维，从功能原理的角度出发，提出多种方案进行比较，让学生在探索和研究中，逐步解决问题，完成设计。

四、以创新大赛等实践活动引路，拓展大学生的创新设计能力