化工机械设计论文十篇

本项目在生产工艺选型过程中，要充分考虑以下几个方面的问题：

1.1先进性—提高产品在市场中的竞争能力；

1.2实用性—与项目产品方案相适应，达到发挥其资源优势、降低原材料和能耗、提高产品质量的目的；

1.3可靠性—采用先进和成熟的技术，在保证产品质量和成本合理的前提下，对生产设备进行全球采购；

1.4经济性—各工艺技术方案要体现投资小、成本低、利润高的效果；

1.5适应性—根据市场要求，灵活生产多种产品，不断扩大产品规格，型号和种类；

1.6安全性—技术方案的选择，要为生产工人提供安全的工作环境及安全的防护措施；

1.7环保性—使用无污染或尽量减少污染的工艺。

二、工艺设计方案比较

目前PC预制构件生产工艺形式为固定模位及循环流水传送形式。两种工艺形式对设备、人员等方面的要求各有不同：

2.1固定模位工艺

(1)工艺特点、优点：1)工艺通用性强，适合多种不同的混凝土构件生产；2)不受作业时间限制，适合工序复杂、工序作业时间长的混凝土构件生产；3)工艺设备简单，投资小；(2)工艺特点、缺点：1)构件分散养护，保温设施简单，能耗高；2)台座分散布置占地面积大；3)机械化程度低，用人比较多，劳动效率低；4)由于作业分散，作业环境整洁不好保证。5)生产成本高。

2.2循环流水生产线工艺

(1)工艺特点、优点：1)可以实现集中养护，节约能源，降低能耗；2)机械化程度高，可实现程序控制；3)工序衔接紧凑，用人较少，可提高生产效率；4)可以实现专业化作业，提高劳动效率；5)产品生产成本低。(2)工艺特点缺点：1)受工序作业时间限制，需要在限定时间内完成工序作业内容；2)一次性投资大。

2.3两种工艺方案的对比分析

通过两种生产工艺的对比可知，循环流水线生产工艺可以集中蒸氧，节能降耗，工序设计紧凑，工艺布局科学合理安全性强，生产效率高、劳动生产率高，机械化程度高，可以根据市场对不同构件的需求比例，灵活安排生产；符合工艺选型原则。

2.4生产线选型的通用性

说明循环流水线可生产的产品种类由两个因素决定，一是钢底模的尺寸规格（9000mm×4000mm），二是蒸养窑的层高限制（层间空隙450mm），由以上两个因素可以确定产品的种类为长、宽、高不大于9000mm×4000mm×450mm的板类及梁、柱构件。根据主要产品的说明，此循环流水线适用于所有现有及待开发的板类构件。比如，未来市场潜力比较大的公用建筑装饰外挂板，一般宽度不超过6米，本生产线完全适用。

三、设备简介

生产线按照平台清理、画线、装边模、喷油、摆渡、布料、振捣、表面整平、养护、磨平、养护、脱模的生产工序，采用自动为主。手动为辅的控制方式进行操作。采用自动化、智能化、机械化、标准化等技术综合集成，来实现建筑工业化PC部品的自动化生产。以单线为例生产线的产能、占地面积及必要条件(见表2)。以双线为例生产线的产能、占地面积及必要条件(见表3)。配套设备：1、加热设备：蒸气锅炉。2、混凝士搅拌站。

四、设备工艺流程

关键词：改革方案；机械制造；人才培养

中图分类号：C96 文献标识码：A 文章编号：1009-914x（2014）02-01-01

前言：机械制造业是国民经济的基础产业，它的发展直接影响到国民经济各部门的发展，也影响到国计民生和国防力量的加强，因此，各国都把机械制造业的发展放在首要位置。因此，培养德、智、体、美全面发展，满足机械加工领域生产、管理和服务一线需要，具有良好的职业道德与实践能力，掌握机械制造与自动化基础理论知识，具有熟练的机械加工设备操作、机械产品工艺编制和自动化机械加工设备维护能力，能熟练进行机械产品售后技术服务的高级技能型人才具有极其重要的意义。

1. 专业社会需求调研分析

1.1市场需求分析

才市场需求信息分析显示，机械制造业是我国当前和相当长一段时间内人才需求十分旺盛的行业。国家制订的近十年工业发展目标明确指出，要在十年内实现企业普遍采用CAD/CAM技术。在本领域内需要培养适应传统机械设计与制造技术向高科技、高精度、高质量、高效率发展需要，掌握机械设计制造传统工艺、现代先进机械设计与制造技术及企业管理等知识和技能，熟悉各种机械加工设备，能够熟练应用机械CAD/CAM技术，并具有一定组织管理能力的技术应用型人才。

1.2专业设置的社会背景及行业背景

机械制造业是国民经济的基础产业，它的发展直接影响到国民经济各部门的发展，也影响到国计民生和国防力量的加强，因此，各国都把机械制造业的发展放在首要位置。随着机械产品国际市场竞争的日益加剧，各大公司都把高新技术注入机械产品的开发中，作为竞争取胜的重要手段。机械制造业是制造业的重要组成部分，是国家工业体系的重要基础和国民经济各部门的装备部。机械制造技术水平的提高与进步对整个国民经济的发展以及科技、国防实力的提高有着直接的重要的影响，是衡量一个国家科技水平和综合国力的重要标志之一。科技部中国科技发展战略研究小组提出，中国制造业发展可实行三大战略：第一步，力争2015年总产值成为世界第二大制造国，建成名副其实的“世界工厂”；第二步，2030年总产值成为世界第一制造大国；第三步，2050年在制造业的带动下，服务业高度发达，研发设计达到发达国家水平。

2.专业人才培养计划

2. 1专业人才培养目标

本专业培养具有坚定的政治方向，拥护中国共产党的领导，拥护党的路线、方针、政策，德、智、体、美等全面发展的、适应机械制造与自动化行业发展需要、掌握机械制造与自动化工程基本理论、方法和应用技能、具有较强的分析和解决问题的能力及自学能力、具有创新意识和能力、能从事机械制造与自动化类产品的生产、质量检验、计划管理、调试维修和销售服务及机械产品设计的高等技术应用型人才。即本专业培养面向机械制造与自动化产业链的各个环节，包括机械产品的设计、生产、销售与服务等第一线需要的应用型技术人才。 本专业是一个机械制造与自动化工程方面的较宽口径专业。使学生在具有必备的理论知识和专业知识的基础上，重点掌握从事机械制造、机电设备的操作、运行、保养、设备的技术改造和维修、安装调试，先进的设备加工，先进工艺、管理与操作的基本能力，掌握运用综合多种知识解决实际问题的能力。具有创新精神和不断学习、持续发展的能力。还应具备良好的职业道德、爱岗敬业、艰苦创业、踏实肯干、善于与人合作的精神。

2.2人才培养模式及指导思想

改革机械专业实行理论教学与实践教学并重的工学结合的“2+1”人才培养模式。即在保证理论教学和实践教学1：1的前提下，前两年以理论教学、校内、外实践教学为主，第三年安排综合实训与顶岗实习，最终实现本专业的人才培养目标。其培养人才的指导思想主要以职业能力为本位，以提高技能水平为核心”的教学指导思想，提高学生的文化素质，强化技能培训。根据职业岗位需要与终身学习的需要关系以及扩大专业服务面向，加强职业岗位的针对性。借鉴国内外高等职业教育的经验，从具体国情出发，适应工学结合、校企合作等人才培养模式的需要，创新课程体系；打破传统的学科课程结构，实现课程的模块化、综合化，推行“项目教学”，和校企结合模式，力求实现教学与岗位就业零对接。

3. 职业岗位群及人才培养规格

改革机械专业的毕业生就业岗位主要为：面向生产一线的机加工工艺员、机加工工装员、生产现场工艺管理、可编程器件设计与调试、质量检测管理、机械产品测试、机电设备维护、机电产品认证、技术支持、产品销售、技术文员和物料采购。职业岗位对应的主要工作任务及职业资格证书为机加工工艺员、机加工工装员、生产现场工 艺管理、可编程器件设计与调试和质量检测管理，它们的主要工作任务就是独立承担或作为团队成员承担模具、汽车类机械产品中的零部件工艺开发任务；并进行工艺方案分析，并根据技术经济指标要求确定工艺技术方案；编制包含上述工艺设计资料的技术文件；整理技术文档资料，最终完成工艺方案；根据加工零件进行工装分析；认识加工零件拟采用的工艺流程和工艺文件；掌握装夹方式选用原则；定位元件选择方式；确定出夹紧装置；根据强度优选夹具体；选好对刀引导元件；最后配选出夹具零件；最终完成夹具的制造与加工零件的工装和组织产品的生产、外协加工、组装和品质管理；编制生产工艺文件；组织安排生产人员；能对生产中的出现的严重问题及时分析原因；对客户的退库品、返修品进行检测、记录并办理入库，进行维修；机械零件生产过程的工艺设计和工艺文件制定，生产工程工艺问题的解决。而人才培养规格则是培养具备良好的思想素质和文化修养、必备的专业基础理论和专门知识、从事本专业领域实际工作的基本技术和基本能力、良好的职业道德和敬业精神的从业人员。

结语：随着社会经济科技行业的快速发展，先进制造技术及其装备的使用越来越普遍，生产管理及产品质量监测体系加快与国际制造业接轨，企业正在迅速走向现代化进程。机械制造业是国民经济的基础产业，它的发展直接影响到国民经济各部门的发展，也影响到国计民生和国防力量的加强。因此，发展机械制造业，培养机械制造型人才，对于企业的开发，国民经济的发展都具有重要的意义。

参考文献：

[1] 余薪萍.现代制造技术创新教育的研究与探讨[A].第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C].2008

【Abstract】The chemical industry is closely connected with people's lives， whether from the angle of material life， or from the perspective of the spiritual life， all need chemical products for the service. In chemical production process， chemical mechanical equipment occupy an important position， including the work efficiency of related mechanical equipment， and the choice of material are play an important role for chemical industry eventually economic benefits. The choice of the material is one of the most key content of the chemical machinery design， its quality is directly related to the quality of chemical mechanical design work. Based on this， this article mainly discusses on how to choose good material in the process of chemical mechanical design work.

【P键词】化工机械；设计；材料

【Keywords】chemical machinery； design； material

【中图分类号】TH122 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）04-0139-02

1 引言

随着社会生产力的发展，化学工业的生产进入到一个全面发展时期，新的技术与手段层出不穷，使得化学工业得到更大规模的生产和发展，为人们的生活和社会的发展增添了大量的物质财富，加快了社会发展进程。在化工机械设计过程中，选择优质且合适的材料至关重要。做好这一项工作，不仅有利于促进化工生产的发展，提高设备工作效率，而且也有利于提高整体的经济效应，促进发展。

2 在化工机械的设计过程中材料的选择探讨

在我国经济快速发展这一背景之下，资源的需求以及利用趋势日益上升，目前大多数用于机械设计的相关材料已经被大量开采，甚至于有些材料已经成为稀缺资源，因此，在化工机械设计过程中对于材料的选择方面更要慎重。在此讨论在化工解析设计过程中哪些材料是适合机械设备设计过程的，以此为后续的材料应用奠定基础。

2.1 对于载荷型材料的选择

在化工机械的设计过程中，一般来讲，对于材料的选择方面需要考虑材料的载荷性能，而从材料的载荷性能考虑的话，又可以分为两个方面。

一是在外载荷力的作用下，零部件出现扭转的情况时，应力大多集中在材料的表层，这就表明，材料的表面性能直接决定着零部件的控制效果。因此，在材料的选择方面，假若机械材料需要承受载荷力，就可以选择低碳钢渗碳或者是中碳钢调质的方式对材料进行加工，通过以上方法来确保机械产品的质量[1]。

二是对于一些能够承受压缩或者是拉伸作用的材料，载荷力一般是作用在零件的横切面，可以使得横截面的应力均衡受力，这就需要在化工材料的选择方面选择一些性能分布均匀的材料，以此来保障在机械设计的加工、生产等环节对材料进行高效作业，促进化工工业的发展。

2.2 对于碳素钢与合金钢型材料的选择

在化工机械的设计过程中，碳素钢是一种比较常用的材料，究其原因，正是因为碳素钢这一材料在价格方面比较实惠、加工的工艺也比较便利，从而被广泛使用。尽管碳素钢这一材料存在多个方面的优势，但是也存在碳素的韧性和强度比较差这一缺点，这就使得中等以上的材料不能被完全形成，正是由于这一缺点的存在促使碳素钢这一材料不能被广泛使用在化工机械设计过程中。

随着科技的进步与发展，可以在碳素钢中加入合金，从而形成一种新的材料，即为合金钢[2]。这一材料在淬透性、韧性、强度等方面都得到了较大的提高，并且由于合金的加入也提高了这一材料的耐磨性。

因此，在化工机械的设计过程中，为了充分利用材料，当遇到零部件横截面积大、材料外在荷力大以及需要对材料进行淬透时就可以使用合金钢这一材料，而其他情况则使用碳素钢就可以得到解决。

3 在化工机械的设计过程中材料的应用探讨

在了解化工机械的设计过程中所需要使用的材料之后，如何将所选择好的材料应用于化工机械中呢？为此，论文就针对于此，提出以下几个方面的探讨和研究。

3.1 经济性与实用性相结合，合理应用机械材料

针对化工机械设计材料的运用，首先要遵循经济性与实用性相结合的原则，为化工机械的设计奠定基础。材料运用的经济性与实用性的统一，需要充分考虑到两个方面的内容。

一是应用于机械设计中的材料要按照零部件的加工工艺标准，机械加工过程中所要使用的工艺技术也有多个种类，如切削工艺、铸造工艺、焊接工艺等，不同的工艺技术对材料的运用要求也是不同的，比如说切削工艺要求材料的应用符合切削工艺可操作性特征，因此，在材料的应用过程中要在工艺技术不同要求的基础上合理使用。

二是需要强调材料应用中的经济性，在化工机械设计^程中，在保障各项材料符合工艺要求的前提之下，科学合理地对材料加工成本进行有效的控制，从而为后续工作的顺利开展奠定基础[3]。

3.2 环保性与节能性相结合，减少机械材料的损耗

针对化工机械设计材料的运用，需要在使用的过程中遵循环保性与节能性相结合的原则，从而有效提高资源利用率。随着我国经济的快速发展，不断增长的经济与不断消耗的资源成为主要的一组矛盾，如果一味地追求经济效益，势必会给社会的发展带来不利的结果，因此，对于化工机械设计材料的选择，不仅要考虑到对环境的保护，也要考虑到成本的输出。在化工机械的设计过程中，做到环保性与节能性的统一，有利于促进我国生态环境社会的发展和建设，也是可持续发展对化工机械设计工作所提出的新要求。比如说，在机械设计铸件的环节中，就需要充分考虑这一环节所使用到的材料在环保方面的问题，在环保观念下尽可能地合理使用材料，在最大程度上节约原材料和成本，减少不必要的能源消耗，从而做好化工机械设计工作。

4 结语

机械设备是化工生产正常且稳定运行的一个先决条件，而在机械设计过程中对材料的选择和应用是机械设备设计中关键性的一个环节，也已经成为一个深受社会大众关注的问题，由此可见，做好化工机械设计中材料的选择，并且在此基础上进行合理的运用至关重要。为此，论文就以此为主要的讨论方向，针对在化工机械设计过程中如何做好材料的选择工作，并且在此基础上进行合理地运用，促进化工机械设计工作得到顺利开展，从而提高化工机械设备的工作效率，进一步提高化工生产的质量。

【参考文献】

【1】赵忠国.机械设计中的材料的选择和应用[J].科技风，2011（17）：58.

参考文献

[1]孙珏.现代机械设计与机械制造的相关技术分析[J].科技创新与应用，2015，（20）.

[2]牛伟.机械设计与机械制造技术研究[J].中国高新技术企业（中旬刊），2015，（4）.

[3]尹明，雷坤.机械设计与机械制造技术研究[J].城市建设理论研究（电子版），2015，（16）.

[4]徐云龙.机械设计与机械制造的技术分析[J].科学与财富，2014，（11）.

参考文献：

[1]罗子儒.基于机械自动化在机械制造中的应用分析[J].科技风，2014（18）：82.

[2]胡涵光.机械自动化在机械制造中的应用分析[J].河北農机，2015（02）：38-39.

[3]张岚.机械自动化在机械制造中的应用价值[J].科技展望，2015（04）：227-228.

[4]于世光，陈伟，臧传尚.机械自动化在机械制造中的应用探讨[J].科技创新与应用，2015（29）：139.

[5]高瞻.机械自动化在机械制造中的实际应用[J].中国科技信息，2014（12）：141-142.

参考文献

[1]刘南松.谈玉米机械化保护性耕作技术及其对机械的需求[J].河北农机，2016，04：22.

[2]郭宝海，周宇超.谈玉米机械化保护性耕作中的机械深松[J].农机使用与维修，2016，05：79-80.

[3]柴跃进.机械化保护性耕作技术—深松机械[J].当代农机，2007，04：42-44.

[4]郑丹彤.深松技术在玉米保护性耕作中的运用[J].河北农机，2016，03：14.

参考文献：

[1]李春明.相对运动原理在机械设计中的应用[J].机械设计，2014，21（z1）：277-278.

[2]杜育兵.机械设计加工中注意事项探究[J].商品与质量，2015，21（36）：213-213.

关键词：农业机械化及其自动化；《优化设计》；教学内容；教学方法；网络教学平台

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）09-0069-04

一、前言

优化设计是工程设计中重要的科学设计方法。最初在20世纪50年代，应用数学领域发展形成了以线性规划和非线性规划为主要内容的数学规划理论，应用于解决工程设计问题，形成了工程设计的优化设计理论和方法。随着优化设计理论和方法的不断推广和应用，优化设计在各个行业得到广泛的应用，优化设计在农业工程领域也有着重要的应用。因此在农业机械化及其自动化本科专业中，开设优化设计课程，学习优化设计的理论和方法，培养分析和解决优化设计问题的初步能力，为将来从事工程设计工作打下一定基础。

二、农业机械化及其自动化专业《优化设计》课程的定位与课程目标

农业机械化及其自动化本科专业是昆明理工大学工学专业之一，其开设背景是2000年5月，根据昆明理工大学的综合办学条件，结合新农村建设、农业现代化发展、西部开发和云南省新型工业化发展战略，针对以工业化改造传统农业过程中对农业工程专业人才的需求特点，经有关专家认真论证研究后，昆明理工大学于成立了现代农业工程学院。建院以来，在学校领导下，农业工程学院在师资队伍建设、学科建设、办学规模、实验室建设、科研建设、对外联合办学等方面都取得了较大进展，积极为学校的本科教学工作和人才培养作贡献。学院坚持学校的办学指导思想，积极探索在理工大学综合办学条件下农业工程类高级专业人才培养模式，旨在培养基础扎实、知识面广、能力强、素质高并具有创新实践能力的本科应用型人才。现设有农业机械化及其自动化、农业水土工程、农业电气化与自动化和园林四个本科专业，设有农业工程、农业机械化工程、农业水利工程、农业生物环境与能源工程和农业电气化与自动化五个硕士学位授权点。昆明理工大学农业机械化及自动化专业虽然成立时间不长，但具有特色和优势。昆明理工大学的办学理念是建设理、工、文、法、经、管多科性协调发展的高水平大学。昆明理工大学办学定位、人才培养目标和生源情况是：建设成为特色鲜明的高水平大学，成为我省和西部地区培养高层次科技人才和应用人才的重要基地。生源来自全国各地。昆明理工大学理、工、文、法、经、管多科性协调发展，学科门类比较齐全，学科综合优势十分明显，而且农业机械化及自动化专业的主要学科基础正是学校的一批优势学科。这就使得农业机械化及自动化专业能很好地汲取学科交叉的优势，在学科交叉中获得新的生长点，使专业得到再生和发展。同样，依托学校理工综合优势，对农业机械化及其自动化专业教学改革将形成有利条件。与从农业院校中成长起来的农业机械化及自动化专业相比，在培养学生实践动手能力、工程素质、创新能力和创新精神上具有无以比拟的优势。《优化设计》课程正是突出专业理工特色和优势的一门学科基础课。在农业机械化及其自动化本科专业的培养方案中，《优化设计》课程一直列为学科基础课，旨在培养学生的工程设计能力，掌握科学的设计方法，培养学生在农业机械领域的工程设计能力，突出学生的理工优势和特色。

三、《优化设计》课程特点

优化设计是现代设计方法中的一个重要领域，是工程设计的重要组成部分，也是工程技术人员必须掌握的设计方法，《优化设计》课程已经成为高校普遍开设的重要课程之一。《优化设计》课程以重在培养学生的创新精神和实践能力的教育思想为指导，更新教育观念，坚持“强化基础，恰当拓宽，提高综合能力”的原则，加强学生的综合素质和工程设计能力的培养，向以“知识、技能、方法、能力、素质”综合培养目标的教育体系转化。《优化设计》课程将“基本设计方法”与“优化设计思想”紧密结合，着重介绍优化设计的基本概念、基本原理和基本方法，学习优化设计方法的实用程序，使学生在学习“优化设计方法”的同时，也能够获得工程应用能力的训练。进而培养他们的创新能力和科学思维方法。通过《优化设计》课程的学习，培养学生掌握优化设计的基本概念和基本知识，掌握常用优化方法的基本原理和计算方法，熟悉常用工程软件的优化分析和计算的功能，了解优化设计在工程设计方面的应用。所以，学生应达到下列四个基本要求，一是树立工程优化设计和优化决策的思想；二是掌握优化设计的基本概念、基本知识和常用方法；三是了解常用工程软件进行优化分析和计算的功能；四是具有解决工程设计中一般优化设计问题的能力。优化设计的教学大都是基于机械优化设计的。因此，以优化设计理论为基础，以计算机为工具，将优化设计方法用于机械设计中，形成了机械优化设计，成为优化设计的典型代表和重要内容。机械优化设计是机械现代设计方法中的重要方法之一。在国内大多数机械类本科专业中，大都开设了机械《优化设计》课程，为将来从事机械设计工作打下一定基础。甚至也有很多机械类硕士研究生培养方案中开设有机械《优化设计》课程，进行更深入的理论学习。《优化设计》课程的教学改革，应根据专业培养方案，从专业特点和实际需要出发，对教学内容进行改革，因此，结合农业机械化及其自动化专业本科培养，开展《优化设计》课程教学改革是十分必要的。

四、教学内容改革

【关键词】机械产品 外观设计 方法 构图

1机械产品外观设计现状及要求

1.1现状

纵观市场上大多数石油机械产品外观情况，产品外观设计种类多、呈现多样化趋势。外观设计能够赋予产品欣赏价值和便捷性，社会多元化形势下，人们消费需求也随之发生变化，个性化特点日渐突出，除了产品本身功能之外，还需要对价格和售后服务进行对比，最后，选择符合自身审美的机械产品，这也使得一部分厂家在机械设备设计环节，忽视了外观设计，缺少流畅线条，缺乏对简约构图方法的运用，如：曲线构图、三维线等。我国机械外观设计发展较晚，还需要进一步深入研究[1]。

1.2要求

不同于一般机械设备，石油机械设备工作环境相对恶劣，针对其外观设计也要考虑特殊性，兼顾其尺寸和实用价值，前者主要是能够便于施工人员操作，例如：装置力度设计等，力度如同门上的手柄，要充分考虑是否能够适应人体力度，如果力度过小，那么机械在施工人员难以有效发挥积极作用，也就是说力度是机械产品外观设计需要考虑的要素之一，坚持人性化、绿色化等理念，从而设计出更符合石油事业发展的机械设备。

另外，石油机械产品外观在设计过程中，要符合国家相关规定、产品理念及功能等，突出自身价值定位。因此，要合理规划机械设备比例，现阶段，在设计行业中，黄金比例、相加数级比例等都能够为机械产品设计提供参考和支持。

2机械产品外观设计与构图理论依据及具体方法

2.1理论依据

外观是机械产品给消费者的第一印象，外观设计并非盲目进行的，其是多个学科共同作用下的结果，基于此，在机械产品外观设计过程中，要明确其理论依据，以此来指导外观设计工作顺利进行。母线，石油机械产品外观设计理论主要包括以下几个方面：首先，三次设计理论，主要是通过对产品进行系统、参数及容差设计，实现机械产品各个零件之间的优化组合，有效降低成本及不良影响，提升产品性能；其次，公理化理论，公理化理论主要是针对一些设计理论较为复杂的产品进行优化，其本质上来说，是一种概念理论设计方法；最后，普适理论，其理论基础是建立在经验之上的，通过对机械各项功能机构进行能量输入和输出计算，从而设计出机械设备。了解和掌握相关理论知识，能够帮助我们更好地理解机械外观设计方法。

2.2具体方法

2.2.1局部及全面性方法

现代机械设计过程中，相比较而言，局部及全面性方法设计理念更具科学、合理性，立足于整个机械设计，并将其贯穿于每一个环节，实现对每一个环节的实施监督和控制，能够及时发现设计中存在的问题，并及时作出调整，不断优化机械产品，从而有效提高工作效率和质量。通过强化重点部分，简单处理次要部分进行设计，例如：巧妙地运用线条、色彩等美学视角增强艺术感，并突出设备特点吸引消费者，从而提高销售量。

2.2.2计算机辅助方法

该方法主要是将现代信息等技术作为基础，对机械设备外观进行科学、合理设计的一种方法。计算机等技术不断发展，并逐渐渗透至社会各个领域中，取得了显著成效[2]。因此，设计师可以利用计算机内部软件、网络等在画图、构思及运算方面进行整理和疏通，从而达到期望设计目标。计算机辅助设计方法，不仅具有科学设计理念，能够有效突破传统手绘及图纸设计存在的弊端，而且还能够为下一个设计环节奠定良好的基础，进而更好地完成产品外观设计。

2.2.3智能化设计

三维CAD技术作为一项技术系统，并不是不切实际的方法，而是将设计理念、外部环境及计算机等技术有机结合的综合体，不仅如此，其与其他相关系统的集成，例如：管理信息系统等，促使在机械外观设计中发挥了更大价值。在学科交叉融合影响，CAD技术将朝着智能化趋势发展，不仅关注单纯的线面数据分析，更不需要人工进行参数化限定，而是利用历史设计数据库内相关数据信息，并结合外部环境自动形成机械尺寸（如下图），为机械设备外观设计提供支持。从某种意义上来说，机械外观智能化设计将是涉及领域的一次改革。

图 1 三维出CAD技术对机械零件进行设计和构图

2.2.4系统化设计

系统化设计方法主要是相对于传统设计方法而言的，有效突破了单一的功能性要求，促使机械设计方法更具系统化、信息化及智能化，该项系统在实际应用过程中，不仅能够保障数据信息不丢失，而且还能够结合用户信息，对程序进行有效管理，即便是数据信息丢失，也能够进行数据恢复，确保用户系统安全、可靠性，从而提高整个系统的安全性。一般情况下，这种方法能够通过多种方式和方法，进行针对性保护，从而为外观设计提供支持。

3结语

根据上文所述，石油机械设备外观设计作为一项具体、复杂性工作，在提高石油开采效率等各个方面占据不可替代的位置。因此，在机械外观设计过程中，要明确机械设计要求，掌握相关理论基础，选择科学、合理的设计方法，提高外观设计合理性，从而促使机械设备在具体应用中发挥最大效用。

参考文献：

【关键词】现代设计理论及方法；煤矿机械设计；实施要点

前言

随着经济的发展，社会对于煤炭资源的需求不断增加，如何在保证生产安全的同时，进一步提升煤矿的生产效率，是煤矿企业当前重点考虑的问题。煤矿机械设备作为煤矿生产中的重要设备，其性能和质量直接影响着整个煤矿的生产和安全。做好煤矿机械的设计工作，确保设计质量，不仅可以有效降低生产成本，还可以提高其使用性能和使用寿命，产生更大的经济效益。应用现代设计理论和方法来进行煤矿机械设计，能更好地满足煤矿生产和安全的需要。

1 现代设计理论及方法概述

现代设计理论，是应用科学的思想和方法创造出性能先进、结构合理的产品。概括地说，现代设计理论及方法，是使传统的设计即感性的、经验的、静态的、手工式的方法转变为理性的、科学的、动态的、计算机化的方法。现代设计理论是在研究设计竞争规律和分布式资源环境设计活动中发展起来的，其研究重点，在于信息传递的灵活性和对分布资源的集成利用，以提高设计竞争力。与传统的设计方法相比，现代设计理论及方法涵盖了自然学、经济学和社会学等诸多元素，是科学发展与社会进步的结晶，可以有效保证设计的科学性、稳定性、系统性和准确性。

2 现代设计理论及方法在煤矿机械设计中的实施要点

现代工业的不断发展，带动了生产力水平的提高，也推动了社会经济的发展，社会对于能源和资源的需求不断增大。为了促进煤矿企业的可持续发展，需要对煤矿资源进行合理地开发和利用。那么，如何在确保开采安全和开采质量的基础上，提升开采效率呢？这就需要对现有的煤矿设备进行改造，通过科学合理的设计方法，提升设计质量，降低设计成本。因此，利用现代设计理论及方法，做好煤矿机械设计工作，是非常重要的。

在现代设计理论及方法的应用过程中，其实施要点包括以下几点：

首先是计算机辅助设计技术的运用；计算机辅助设计技术是一种运用计算机软件系统的辅助，对煤矿机械进行设计的方法。从目前的发展情况看，我国的煤矿机械产品已经步入了相对稳定的发展阶段，在机械设计中应用CAD、PRE/E等制图软件，可以实现产品的模块化设计、系统化设计以及并行设计等，可以加强设计环节与制造环节之间的相互联系，提高煤矿机械产品开发的效率，缩短产品开发周期，具有非常显著的成效。

其次是可靠性设计，可靠性是对产品质量进行衡量的重要指标，利用现代设计理论及方法，可以有效满足煤矿机械可靠性设计的相关要求。在实际设计中，一方面，需要对煤矿机械所要求的相关定量指标进行明确，另一方面，需要对相应的零件数据进行收集和统计分析，建立起合理有效的模型，方便对其进行定量计算，对设备的可靠性进行评价，从而确保最终设计方案的合理性和可靠性，保证煤矿机械设备的使用安全。

第三是优化设计，优化设计主要是指按照一般的设计理论和方法，遵循相应的设计规范和国家相关标准，将工程设计问题转化为相对简单明确的数学模型问题，之后结合计算机技术和优化技术，从大量的可用设计方案中，选出最优设计。这样，不仅能够有效提升煤矿机械产品的设计水平，对产品的质量进行改进，也可以推动计算机辅助设计的发展。例如，在对煤矿机械减速器进行设计时，合理运用优化设计的相关方法，可以在保证机械设备工作性能和工作效率、工作安全的前提下，使得设备的体积减少13%，自重减少12%。在设计阶段，越早应用优化设计，则越能够显示出其对于产品设计的优势。

第四，创新环保设计，在当今社会的发展中，创新和环保可以说是非常重要的两大元素，同时也是现代设计理论的重要组成部分。创新设计，主要是要求产品设计人员结合自身的设计经验，充分发挥创造性思维，对产品进行改进和创新，从而促进产品性能的不断完善。环保设计要求在设计过程中，将产品的基本属性与环境属性紧密结合起来，确保产品物理目标和环境目标的同时实现。例如，在对煤矿机械进行设计时，要对材料资源进行合理利用，在充分满足产品基础功能的前提下，对机械设备的结构进行简化，减少产品在设计和运行过程中对于环境的污染以及对于能源的消耗，提升煤矿企业的社会效益和环境效益。

第五指有限元法，有限元法是指通过相应的计算工具，进行数值计算的一种方法，可以将复杂的、具有无限个质点的连续弹性体，简化为有限个单元组成的集合体，并对其进行求解，之后，将单元拼合成为离散的结构物，替代原来的连续弹性体。有限元法不仅可以对工程项目中复杂的非线性问题以及非稳态问题等进行分析和求解，也可以实现对复杂结构的动力分析和静力分析。煤矿机械自身的受力是非常复杂的，正好可以使用有限元法进行分析。例如，在对电动挖掘机进行设计时，由于其斗杆和动臂的受力情况比较复杂，如果采用正常的力学知识进行分析，几乎无从下手，在这种情况下，应用有限元法，可以很好的解决机械设备的受力分析问题，确保其结构设计的合理性和有效性。

最后是智能化设计，在现代设计理论及方法中，可以将智能化设计理解为智能工程，简单来说，就是通过对各种传感器、控制器和执行器的有效利用，实现煤矿机械的自动化工作模式。煤矿的开采和挖掘由于多处于地下矿井中，存在一定的危险性，在机械设计中引入智能化设计，可以提升机械设备的自动化和智能化，在保证煤矿生产顺利进行的同时，减少生产中的安全风险和隐患。例如，目前在煤矿勘探中广泛使用的红外技术和机器人技术，都是智能化设计的直接成果。

3 结语

综上所述，现代设计理论及方法的特点主要表现在以下两个方面：其一，计算机技术的广泛应用。计算机技术的飞速发展和广泛应用，带动了人们设计思想和方法的飞跃，极大地提高了设计的效率，丰富了设计手段，设计方式由传统的串行设计发展为并行设计，可以推动企业组织模式的转变，提高其管理水平；其二，多学科理论与技术的交叉与融合。现代设计理论及方法，是现代设计方法学、计算机辅助设计技术、有限元方法等多种学科的交叉和融合。例如，可靠性设计不仅涉及产品的设计、生产、使用和管理，还是涉及产品的运输、贮存等不同环节，包含有概率统计理论、机械学等相关学科，具有极强的综合性。

与传统设计理论相比，现代设计理论与方法具有先进性、科学性、时代性的特点，将其应用于煤矿机械设计中，可以极大地提高煤矿机械的稳定性、可靠性和安全性，推动煤矿产业的持续健康发展。

参考文献：

[1]高焕，刘潇骁.分析现代设计理论和方法在煤矿机械设计中的应用[J].煤炭技术，2013（5）.

[2]刘凤志.现代设计方法在矿山机械设计中的应用[J].中国高新技术企业，2014（7）.

关键词：精品课程；机械设计基础；教学内容；人才培养；专业建设

中图分类号：G6420 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）11-0148-03

一、引言

精品课程建设工作是高等学校教学质量与教学改革工程的重要组成部分，也是高等院校教学工作重要的基本建设内容。教育部关于“本科教学工程（原称“质量工程”）”的建设文件指出：“精品课程”是具有一流教师队伍、一流教学内容、一流教学方法、一流教材、一流教学管理等特点的示范性课程。教育部的这一文件精神，为各级精品课程的建设与实践工作指明了方向和课程建设的标准与目标。

西安外事学院的“机械设计基础”课程经过多年建设，于2011年4月被评为校级精品课程，2011年11月被评为陕西省精品课程，2014年7月经省教育厅批准又被升级改造为省级精品资源共享课程。总结几年来的建设工作，我们的工作重点及特色主要在以下几个方面。

二、创建课程新体系，改革课程内容

“机械设计基础”课程是一门综合性、实践性很强的技术基础课程，在高等院校机械类、近机类专业的教学计划中具有承前启后的重要作用，是培养学生创新精神、工业意识和综合机械设计能力的一门主干课程。

西安外事学院作为我国一所走在前沿的应用型本科院校，主要肩负着为国家培养应用型本科技术人才的重任。因此，“机械设计基础”课程内容的改革，必须符合学校的人才培养目标。

针对“机械设计基础”课程的特点，我们确定了本课程的教学改革思路是：更新教育思想和教学观念，以应用型本科技术人才培养为对象，进行课程整体优化组合，建设“机械设计基础”课程新的教学体系；以提高学生的综合设计能力、创新设计能力、工程实践能力为目标，构建课堂教学、计算机辅助教学、设计训练、实验教学与课外科技创新实践活动一体化的教学体系。

为此，构建的“机械设计基础”课程是对原专业教学计划中的机械原理、机械零件两门课程的基本内容进行整合而重组的一门新课程。围绕“常用机构”和“通用零部件”两条主线介绍其有关的工作原理、结构特点、设计方法等。在常用机构内容中，主要安排有平面机构结构分析、平面连杆机构、凸轮机构、轮系和间歇运动机构；在通用零部件内容中，主要介绍常用的机械传动（带传动与链传动、齿轮传动、蜗杆传动）、常用连接（螺纹连接、轴毂连接）、轴系零部件（轴、轴承、联轴器与离合器）等；此外，还安排有机械系统设计、现代设计方法等章的内容。通过本课程的学习（包括理论教学和实践教学环节），使学生着重掌握机械设计的基本知识、基本理论、基本方法和基本技能，培养学生具有一定机械设计能力，并为以后专业课程学习打下必要的基础。

在课程新体系的构建中，始终坚持以应用型本科人才的培养需要为目标，开展对课程内容的改革；对于课程的基本理论以“必需”、“够用”为度，淡化公式推导，注重理论联系实际，体现应用性特色；同时对课程内容组织贯彻“少而精”及“实用性”为原则，例如：在“齿轮传动”一章，打破传统习惯，分别把传统的“齿轮机构”、“齿轮传动”、“蜗杆传动”三章内容合编为新“齿轮传动”一章，把“滑动轴承”、“滚动轴承”两章内容合编为新“轴承”一章，既避免有关内容重复，又达删繁就简自成体系。

三、教师队伍建设

教师队伍建设不仅是高等院校教学建设的重要内容之一，也是学科、专业和课程建设的基础和重要工作。目前，我校课程组已初步建成一支知识结构较为全面、年龄结构适合、学缘结构合理的“机械设计基础”课程教学团队。针对师资队伍建设工作，我们提出课程师资队伍建设要符合学校办学定位的目标，要适应教学需要和学科发展的目标，并以培养青年教师为重点，制定了具体培养计划和措施，现取得较好的效果。关于培养青年教师队伍的措施如下。

1.加强师德师风教育，以先进人物为榜样，树立爱岗敬业，忠于人民教育事业的崇高理想。

2.按照学校的师资队伍建设目标，制定好包括青年教师的师资队伍建设规划，并认真实施。

3.给青年教师压担子，让他们承担起教学和科研任务，在“干”中成长，而且教学和科研互动，协同发展。

4.实现教学岗位责任制，加强教学管理。积极开展教学教改研讨活动，提高教学素养和业务能力。

5.发挥老教师的作用，实行年轻教师导师制。为每位青年教师配备了教学指导教师，加强对青年教师的传、帮、带。

6、创造条件让青年教师走出去，到国外和国内其他大学学习访问，开拓视野。对提高学术及教学水平发挥了重要作用。

7.在实现青年教师全部硕士化的基础上，逐步实施青年教师博士化。

8.建立听课和评课制度，发挥老教师和系主任的教学监督作用，促进青年教师课堂授课质量的提高。

这些措施的实施，取得很好的效果，使青年教师茁壮成长，多名青年教师在学校举办的青年教师讲课竞赛中获得竞赛大奖，每位青年教师均已获得一项以上省级教改研究项目或省级科研项目，并在全国期刊上发表多篇教育教学教改研究论文；本课程的建设成果先后于2011年、2012年获校教学成果奖一等奖、二等奖，课程教学团队于2012年获校级优秀教学团队；已形成了一支学术和教学水平高，综合素质好、结构合理的师资队伍。

四、教学方法与教学手段

改革教学方法、采用先进的教学手段是提高课程教学质量的关键措施，在教学中，我们的做法如下。

（一）在教学方法上

1.转变教学观念，树立以学生为中心的思想，正确认识学生为主体、教师为主导的内涵，充分调动学生学习的主动性、积极性。

2.在课堂教学中，坚持理论联系实际的学风，把基础理论与生产实际、设计实践紧密结合，根据应用性技术人才培养的实际需要，对基本理论以“必需”、“够用”为度，淡化公式推导，不断将新技术、新成果引入课堂，开阔学生设计视野。

3.在课堂教学中，根据“工学结合”、“教、学、做合一”的原则，“讲-练-实践”相结合，安排设计性大作业，提高学生的动手能力、工程训练与实践能力。

4.在教学中，根据课程各章的不同特点，分别采用工程案例教学、项目任务教学、小组讨论式教学、现场教学和探究式教学等不同教学方法。同时采用工学结合教学法、课外竞赛激励法、小组研讨法等教学方法，调动学生学习的积极性、主动性，并指导和促进学生自主学习能力的发展。

5.搞好课程设计教学，培养学生掌握机械系统方案设计、机械零部件工作能力设计和结构设计的能力。

6.在教学过程中，贯彻因材施教的思想，重视学生的个性发展，鼓励和引导学生积极参加各类课外科技创新竞赛活动，提高学生的动手能力、分析问题解决问题能力、创新实践能力。

7.改变以往以期末考试成绩定课程学习成绩的方法，采用平时考核、作业考核、实验考核和期末考试多项累加的方法确定学生的学习成绩，引导学生自觉的学习，全面、系统的学习。

（二）在教学手段上

1.积极采用现代教育技术，充分利用计算机技术和网络技术等现代信息技术，将多媒体教材引入课堂教学，丰富课程的教学信息量。在本课程教学中，实现了部分网络教学。

2.结合课程特点，制作了课程教学录像片、多媒体课件、常用机构和通用零部件的三维动画插播片、图片库和课程测试题库，开发了课程CAI课件。

3.建成了常用机构和通用零部件陈列室、轴系零件拆装实验室、液压传动陈列室等，供学生参观和认知学习，提供了直观教学环境和开放式的教学环境。

4.开放了机械设计实验室和械计创新活动室，激励学生的学习兴趣，为培养和提高学生的机械设计动手能力、分析问题和解决问题能力以及参与科技创新活动提供了场所和便利。

在上述教学方法及有关措施下，本课程教学得到校内外专家的一致好评，课程组教师教学评价均获得学生“优良”的好评。学生的课程学习效果也取得丰富成果，如在教育部主持举办的“2014年全国大学生机械设计创新大赛”上，学生参赛的7件作品，全部获得陕西赛区省级奖，其中省级一等奖1项、省级二等奖1项、省级三等奖4项；学生在参加2013年“全国大学生工程训练综合能力竞赛”中，获得陕西赛区省级二等奖2项；学生积极参加Solidworks考试认证中心的认证，多名学生获得Solidworks考试认证中心颁发的“机械设计Solidworks证书”。

五、教材建设

教材建设是高等教育课程改革的重要组成部分，也是教学内容和课程体系改革的成果体现。早在1988年国家教委颁发的《高等学校教材工作规程（试行）》中就指出：高等学校教材是体现教学内容和教学方法的知识载体，是进行教学的基本工具，也是深化教学改革，提高教学质量的重要保证。基于高校教材是传授知识、培养技能的重要工具，在人才培养过程中扮演着极其重要的角色，所以，我们在精品课程建设规划中，针对教材建设制订了规划，组织了教材编写力量，先后出版了质量较好的《机械设计基础》、《机械设计基础课程设计》（国防工业出版社出版）两部精品教材。在《机械设计基础》教材编写中，我们坚持以应用型本科技术人才培养的实际需要为宗旨，遵循对机械的认识规律及循序渐进的原则，遵循理论联系实际和注重机械设计能力培养的要求，优化了课程知识体系；以常用机构和通用零部件为对象，以设计为主线，突出了机械系统方案设计、机械零部件的工作能力与结构设计，并吸纳了现代设计方法及技术。

由于“机械设计基础”课程的主、辅教材配套齐全，使用效果好。为培养厚基础、强能力、高素质、宽口径应用型本科技术人才发挥了重要作用。

六、实践教学活动创新

“机械设计基础”课程实践教学环节包括实验教学、课程设计、设计作业训练和课外科技创新实践活动等内容。

1.实验教学。以培养学生动手能力为中心，利用机构和机械零件陈列室、机械设计基础实验室、汽车工程实验实训基地的开放式教学环境和条件，采用课内外相结合的教学体系和分模块、分项目的实验教学内容，全面培养学生理论联系实际的工作作风、动手操作能力、分析解决问题能力，促进学生的个性发展。

2.课程设计教学。“机械设计基础课程设计”是工科院校机械类、近机类学生在学习了机械制图、工程力学、工程材料、公差与配合、机械设计基础、机械制造基础等课程之后首次进行的一次较全面、较系统、较长时间、较贴近工程实际的综合性设计训练，对于培育学生的设计意识，锻炼学生的设计能力，培养学生的创新精神，激发学生的学习兴趣，加深学生对课堂教学内容的理解和掌握都具有十分重要的作用和意义。为了突显上述功能，我们对课程设计教学进行认真改革与建设，丰富和深化课程设计内容，实现设计题目多样化。以设计为主线，既有传动装置设计的传统题目，也有从生产实践中新开发的新题目。对完成的设计图纸，既可采用手工绘图方式完成，也可采用计算机辅助绘图方式完成。在完成的设计项目计算说明书中，必须有设计方案评价、设计工作总结等内容，否则不予通过。通过这些措施的实施，培养的学生设计能力发挥，促进学生分析解决问题能力和创新能力的提高。

3.设计作业训练。机械设计基础课程是一门设计性、实践性、综合性很强的课程，为了实现基础理论与设计实践的有机配合、实现“教、学、做合一”和“讲-练-实践”相结合，我们安排了“轴系零件”测绘、上机进行“计算机辅助设计”等的设计作业训练。通过设计作业训练，培养学生的机械结构设计能力、计算机辅助设计能力和绘图能力，为后续的专业课程学习以及日后从事机械设计工作打下良好的基础。

4、课外科技创新实践活动教学。借助本课程的学习，为了培养学生的创新意识、综合设计能力和团队协作精神，我们借助汽车工程实验实训中心和汽车工程技术创新基地，开展了学生课外科技创新实践及机械创新设计的实践教学环节。几年来，这一课外科技创新实践教学活动取得了丰硕的成果。

七、本课程的建设成果

1.建设出了一支知识结构和年龄结构合理，学术水平和教学水平高的师资队伍。教学与科研互动，共同协调发展，成果显著。几年来，课程组一位教师受到省级教书育人先进个人表彰；课程组先后完成了省级教改研究项目3项、省级科研项目4项、校教改项目5项，获校级教学成果奖4项，并获校级优秀教学团队一支；几年来，教学团队在国内外各类期刊及国际学术会议上发表科研论文40余篇、教改研究论文10余篇，获国家发明专利和新型专利2项。

2.创建了“机械设计基础”课程新体系，面向应用型本科技术人才，以培养学生综合设计能力为主线，以工程应用为目的，以“必须、够用”为度，以讲清概念、强化应用为重点的原则来确定本课程的主要内容和体系结构，对教学内容作了重大的改革，以机械设计为主线，将机械原理、机械零件等课程的主要内容进行精选和融合，优化组合，使其成为一门完整体系的综合化课程，并编写出版了配套教材。

3.适应应用型本科技术人才培养需要，构建了“工学结合”、“教、学、做合一”的课程教学模式，注重实践性教学环节，加强基本设计训练，培养学生的工程意识和综合分析与设计能力，构建了课程的直观教学陈列室和新的实验教学体系，开放了课程实验教学环境，促进了学生的个性化发展。

4.重视教材建设，编写出版了“机械设计基础”课程教材3部，主、辅教材配套齐全，水平高，使用效果好，并将教学改革思路与成果融入到教材中。

5.以理论教材为蓝本，利用现代计算机信息技术和网络技术，建设出本课程的立体化教材系统及其素材库，并实现了网络化教学和精品资源共享。

本课程于2011年评为省级精品课程，2014年经陕西省教育厅批准又被升级改造为省级精品资源共享课程，本教学团队将以此为新起点，继续奋发努力建设好这一省级精品课程。

参考文献：

[1]教育部.关于启动高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作的通知[R].教高[2003]1号.

[2]姚恩全.高校精品课程建设的理论与实践研究[J].东北财经大学学报，2006，（6）：88-90.

[3]宋宝玉，张锋，王黎钦.机械设计精品课程建设的探索与实践[C]//中国机械工程学会机械设计分会主编.机械设计教学研究论文集（2009）.北京：机械工业出版社，2009：95-97.

[4]张鄂.机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2010.

[5]张鄂.机械设计基础[M].北京：国防工业出版社，2014.

关键词：机械设计；工业设计；融合；发展

21世纪是一个充满创新的时代，中国正在迎接经济发展和科技创新的新时代，新的科学理论、科学技术和设计理念不断涌现，传统的专业和学科正在加速调整和融合，要求人们在继承传统的基础上开拓创新。机械设计与工业设计的结合是时展的要求，尤其是中国加入WTO后，给机械设计与工业设计提出了新的机遇和挑战，这就要求人们要加强合作，设计出符合国际需求的新产品。然而，目前，人们对机械设计和工业设计两个学科关系的研究还不深入，也没有形成科学的理论体系。因此，加强对机械设计与工业设计融合的研究，有助于推动机械设计行业的快速发展。

1.机械设计的内涵

机械的概念是广义的，它除了人们通常所说的机械以外，还包括各种各样的设备、设施、仪器、仪表、工具、器具、家具、交通车辆以及劳动保护用具等。可以说，机械是各类机器的通称。①机械是人类改造自然、发展自己的重要劳动工具。在现代社会里，任何产业和工程领域都要一个用机械，即使是人们的日常生活，也越来越多的应用机械了，如汽车、自行车、钟表、照相机、空调机、吸尘器等。因此，可以说机械在现代社会里发挥着重要作用。

机械设计既是一门学科，也是一门艺术。机械设计就是据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。机械设计是机械工程的重要组成部分，是机械生产的第一步，是决定机械性能的最主要的因素。机械设计的努力目标是：在各种限定的条件（如材料、加工能力、理论知识和计算手段等）下设计出最好的机械，即做出优化设计。优化设计需要综合地考虑许多要求，一般有：最好工作性能、最低制造成本、最小尺寸和重量、使用中最可靠性、最低消耗和最少环境污染。这些要求常是互相矛盾的，而且它们之间的相对重要性因机械种类和用途的不同而异。设计者的任务是按具体情况权衡轻重，统筹兼顾，使设计的机械有最优的综合技术经济效果。过去，设计的优化主要依靠设计者的知识、经验和远见。随着机械工程基础理论和价值工程、系统分析等新学科的发展，制造和使用的技术经济数据资料的积累，以及计算机的推广应用，优化逐渐舍弃主观判断而依靠科学计算。

2.工业设计分析

工业设计是一门新兴的综合性学科，它集多门学科知识于一身，既包括科学技术知识，又包括美学艺术知识，以及人机工程学、经济学等等。②工业设计具有狭义和广义之分。从广义上来说，工业设计就是指为了达到某一特定目的，从构思到建立一个切实可行的实施方案，并且用明确的手段表示出来的系列行为。它包含了一切使用现代化手段进行生产和服务的设计过程。而从狭义来讲，工业设计就单指产品设计，即针对人与自然的关联中产生的工具装备的需求所作的响应。包括为了使生存与生活得以维持与发展所需的诸如工具、器械与产品等物质性装备所进行的设计。产品设计的核心是产品对使用者的身、心具有良好的亲和性与匹配。狭义的工业设计与传统的工业设计的概念是一致的。因此，总的来说，工业设计是一种创造性的活动，其目的是为物品、过程、服务以及它们在整个生命周期中构成的系统建立起多方面的品质。

3.工业设计在机械设计中的重要作用

机械产品的传统设计主要考虑机械产品本身的功能，而产品的设计功能也没有得到充分的重视。机械工程师往往借助于专业的技术知识来设计产品，由于缺乏专业的艺术培训和设计理念，使得设计出来的产品在外观质量和使用方式上存在欠缺，导致产品缺乏强有力的竞争力。③目前，工业设计在机械设计中的应用主要体现在人机工程学方面。在产品设计上根据以人为本的原则，设计理念也要从人的自身中去获取，通过研究人、机器以及环境这三个要素，将消费者或使用者和设计的产品，以及将人与产品作为一个系统来实现共同研究。

工业设计还能够实现产品造型、功能结构和材料的科学合理化，在提高产品的整体美与社会文化功能方面起到了非常积极的作用。随着我国社会技术的竞争逐渐激烈，要想在竞争中占有优势就必须充分利用现有技术，依靠工业设计来实现用较低的费用提高产品的功能与质量的目的，从而增强企业的竞争力，提高企业的经济效益。

4.机械设计与工业设计融合的发展特征

21世纪，我国的机械产品在激烈的国际竞争中，如果不加快产业结构、产品结构的调整，不改变传统的设计观念，学习先进的设计理论、技术和方法，不抓技术创新，不通过设计提高附加值，不抓规模效益，就很难立于世界强手之林。也就是说，传统的机械设计理论需要与新的设计理论相结合并加以创新，需要采用新结构、新工艺、新材料以适应现代化机械产品在多功能、可靠、高效、节能、小型、轻量、美观等方面的要求，并且要满足信息化、自动化和智能化对机械设计的要求。

从工业设计角度看，产品设计中的功能设计、人机方式设计、造型设计（形态、色彩、肌理、装饰等）是确保产品内外质量、提高产品附加值、增强市场竞争力等密不可分的整体。就产品造型设计而言，在设计、表现和推出的新款产品中只有那些符合功能、结构、加工工艺技术、人机工程、环境等要求，符合人的审美意识、心理、生理要求，符合市场需求的产品才是好的、美的设计作品。

4.1.机械产品造型设计的特征

4.1.1.机械产品的造型设计首先应服从于功能目的，机械产品是通过大量材料、一定的结构、生产工艺来完成的，是科学技术、材料、结构、工艺、造型艺术完美的统一。

4.1.2.机械产品的造型设计必须适应现代化生产方式，使设计的产品加工方便，符合标准化、通用化、模块化、系列化及批量生产的要求，体现经济性。

4.1.3.机械产品的造型设计，必须符合人的生理、心理特征，设计合理的人机界面，使人-机-环境相适应，体现宜人性。一个产品拥有友好的人机界面往往令使用者倍感亲切。

4.1.4.产品是人类文化的重要载体之一，高精尖的技术产品是人类文明进步的重要标志。机械产品应通过造型设计去反映时代精神和社会物质生活，以及科学技术的面貌、水平，去反映产品特定的内容、情趣，以及民族与文化的特征，以适应市场及消费者需求，产品总是这样具有极其强烈的时代性。

4.1.5.机械产品造型设计要注意继承与创新。要继承前人的设计理论、技术、方法和设计成果，进而创新并形成具有企业自己风格，具有时代特征的新产品。

4.1.6.机械产品的造型设计应同时具有作为物质产品的实用性、使用价值和作为造型艺术的审美性体现物质与精神功能的双重特征。

4.1.7.造型设计应体现出总体设计、结构设计、造型设计、人机设计，甚至管理、销售等的系统性、综合性，达到实用、经济、美观、宜人、创新的设计原则。

4.2.把造型设计中的美学原则融入到机械设计中

4.2.1.比例与尺度：正确的比例尺度，是造型设计的基础。机械产品造型比例的基本构成条件是产品功能。如加工细长零件的普通车床、外圆磨床等，其造型应该是低而长，成为卧式加工机床。不同用途的机械产品，其造型比例关系亦不相同。而不同时代又有不同的审美要求，使产品在比例、现行风格和色彩等方面形成不同的时代风格，具有不同时代特征的形式美。

4.2.2.均衡与稳定：一般情况下应有意识地运用不同结构布局、质量、几何形状、肌理、色彩、装饰件等的精心处理，形成既有造型变化，又产生视觉上均衡、稳定效果的完美整体。

4.2.3.（3）统一与变化：这是产品设计中最为重要、最能发挥工业设计师才华的美学原则，应从机械产品的整个系统、主体造型一直到装饰的细微处全面考虑。这应由工业设计师自始至终与工程技术人员密切协作，发挥各自的长处，从系统、整机一直至细部均统一协调。

4.3.机械产品的色彩设计

机械产品的色彩，不仅具有保护、防锈的作用，更具有美化产品、美化环境、提高工作效率、增加产品价值等作用。当然，机械产品的色彩设计不同于工艺品、装饰品、日用品，而有其特定的基本原则。其特点是色彩设计应符合功能要求、环境要求、人机工程要求，应符合人的审美情趣及经济性。色彩应简洁、单纯、美观、大方，既协调柔和又富有时代性、装饰性。

5.机械设计与工业设计融合的发展趋势

机械设计和工业设计的有机融合的实现能为企业带来更多的经济效益，最终实现企业的综合竞争力。但是，工业设计的发展不能照搬照抄，要进行合理的筛选。目前，我国很多企业的工业产品现代设计仍然很落后，主要是由于企业对实践探索的忽略，加之政府的不重视，不能进行科学的引导和有效的支持。由此可知，政府对设计的重视才能使得各种设计组织展开有效的工作，政府应该构建扶持型的发展模式，使得工业设计的组织及活动得到科学规范，通过政府的干预使得工业设计向节能节约方向发展，应该积极促进我国工业设计和机械设计的联合发展，通过制定相应的法律法案和政策，以及建立合作发展战略和加强国际间交流，实现国外优秀设计人才的引进和设计理念的发展。在财政上还要注重扶持中小企业开发机械设计和工业设计结合的发展策略，实现传统机械设计理念的转变。为此作为开发培养机械设计和工业设计综合性人才的高等中学教育，应该开设相应的工业设计课程，逐步建立研发中心来实现高水平设计人才的培养。

总而言之，一项产品的推出总是以社会需要为前提的，没有需要就没有市场。但是社会需要是变化的，不同的时期、不同的环境，就会有不同的市场行情和需求。因此，机械设计也要不断的改进和创新，更要不断开发新产品以满足市场的变化和市场的需求。在当今全球化的大潮中，无论是机械设计，还是工业设计，都要树立市场观念，以真实的社会需求作为出发点来设计产品。机械工程师设计创造的产品、工业设计师设计创作的作品、市场营销商经销的商品是三位一体的整体，机械设计工程师与工业设计师必须密切合作，共同努力，不但要研制出功能优秀的产产品，还要为这种功能产品找到符合人们审美需要、符合时代潮流的形式，从而向市场提供适销对路的商品。机械设计和工业设计是密不可分的，成功的商品是来机械设计工程师和工业设计师共同的知识、技能、智慧和汗水的结晶。

过去的实践表明，机械设计工程师设计的纯功能产品是缺乏市场竞争力的，艺术家创作的纯艺术作品只是仅供观赏，缺乏实用价值。在经济全球化、社会变异和技术创新的新世纪，生产与工艺趋通化，大部分行业受到相当程度的冲击，工业设计与机械设计在现代社会中所扮演的角色与任务也面临重新自我检视与调整。工业设计与机械设计进行更紧密的结合是时展的需要，是提高我国产业技术创新能力和国际竞争力的有效途径。机械设计工程师和工业设计师迫切需要携手并进、通力合作、提高设计水平，为市场提供优质的设计服务和优秀的产品，开辟工业设计与机械设计合作的新篇章。

6.结语

机械设计与工业设计的结合，是未来机械设计发展的重要方向。作为制造业价值链中最具增值潜力的重要环节，工业设计对于提升产品附加值、增强企业核心竞争力、促进产业结构升级等方面具有重要作用。因此，在机械设计中融入工业设计，对提高机械设计产品的性能将会起到非常重要的作用。机械设计与工业设计的融合，将会使工业设计向节能节约方向发展，也会提高机械设计产品的主要功能。

参考文献：

[1]沈乐年，刘向锋：《机械设计基础》，清华大学出版社（北京），1997年版

[2]帅德瑞：《工业设计与机械设计结合应用的发展趋势》，《硅谷》，2012年第18期

【关键词】机械产品；可靠性设计；优化

【 abstract 】 with the deepening of economic globalization, the mechanical products put forward higher request, in addition to its good performance, but also to have high reliability, through the reliability design to make up for the deficiency of the conventional design process, which can efficiently make a design scheme is more close to the product manufacturing production practice. This paper the author of mechanical reliability was related summarized, and this led to the basic thinking of the reliability design.

【 key words 】 mechanical products; Reliability design; optimization

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

0 引言

机械产品是众多学科相互交叉的高新技术载体。能否确保产品安全可靠的运行，是机械产品竞争的焦点，产品“物美、价廉”等优点必须以其可靠性来为后盾。所谓机械可靠性，也即是机械产品在规定的时间内、规定的使用条件下完成规定功能的能力。目前国内机械产品可靠性设计水平还远不及国外的水平，这也成了制约我国机械行业发展的重要瓶颈，严重影响了企业产品的开发质量，使“质量取胜、质量第一”的战略无法在机械产品中得到充分发挥。随着全球经济一体化的不断深入，机械产品强制认证制度得到了广泛推行，同时也使得企业和政府部门清醒认识到投放市场产品质量的重要性，以及可靠性设计思路在机械产品研发中的重要性。

1 机械可靠性的相关概述

1.1 可靠性定义

可靠性也即是指产品在规定的使用条件下、规定时间内，完成规定功能的性质或能力。并将这种可靠性概率度量称为机械产品的可靠度。

1.2 机械可靠性的发展

机械产品可靠性技术的研究始于20世纪20年代，并于20世纪40年代开始应用于结构工程的设计中。该技术最早应用在二战末期德国的Ⅴ-Ⅱ火箭诱导装置上。由德国火箭研究员R．Lusser，首先提出了可靠性的应用概念。又从Freuenthal于1946年在国际上发表“结构的安全度”一文以来，机械产品可靠性的概念引起了工程界和学术界的高度关注。

当前，以确定性有限元为基础的随机有限元法成了随机参数结构实现不确定分析的相当有效的数值方法。张义民等人应用一节可靠性技术和随机有限元法对随机机构的可靠性问题展开了深入研究，并以此开辟了全新的以摄动技术、一次二阶矩法、使用概率统计学和有限元理论为基础的现代结构可靠性的分析及设计理论。机械产品与可靠性关系图如图-1所示。由于可靠性技术贯穿于产品的研制、设计、装配、试验、调试、保管等环节，因此应积极大力推广机械产品设计的可靠性技术。

2 机械产品可靠性设计思路

2.1 可靠性的优化设计

任何机械产品，从其建立初期的方案开始到后来的生产制造，必须经过的关键过程也即是设计过程。随着新技术、新方法、新材料、新知识、新工艺的不断涌现和发展，机械产品更新换代的周期也大大缩短，尤其是随着顾客对产品的性能、质量、功能等方面的要求不断提高，加之知识成为技术、技术发展为产品的时间缩短，这就要求设计过程必须加快步伐，必须缩短设计的周期，进而提升设计的质量。另外，产品设计的合理与否，对产品的使用价值、力学性能、制造成本等也均会造成直接的影响。因此，如何提高产品的设计质量、改进设计技术、发展设计理论以及加快设计的过程，已成了当前机械设计发展的必然趋势和方向。

产品最佳可靠性将直接影响到国家能源和资源的合理利用，机械产品设计优化的最主要目的就是根据相关的安全需要和预定需求，以最优形式实现产品。通常将可靠性优化设计分为三方面：成本、质量和可靠度，将产品总体的可靠度作为产品性能约束的优化，会产生与合理安全性相互协调的平衡设计，即在给定产品质量和结构布局或成本之下，使产品获得最大的可靠性。

图-1 机械产品与可靠性关系图

2.2 可靠性的灵敏度设计

机械产品系统模型修改、产品优化设计、系统动力控制、结构参数识别估计变化和工程近似分析中，灵敏度分析和再设计成了机械产品多功能的设计工具。在进行机械产品可靠性设计时，各因素对产品失效带来的影响程度也有所不同，因此机械产品可靠性灵敏度的研究具有很重要的现实意义。

可靠性的灵敏度设计，也即是以机械产品可靠性为基础，并在此基础上进行的灵敏度设计，并以此得出一个用以确定设计参数，以此来改变对产品可靠性的评价及影响，并以此来反映各设计参数对产品失效影响的程度。可靠性的灵敏度设计在可靠性优化设计、可靠性修改和设计、可靠性维护等方面的应用意义重大。

2.3稳健设计

文件设计是一种高质量和低成本的设计方法和思想，对机械产品的质量、性能、成本进行综合考虑，并选出最佳的设计方案，这样一来不仅可以提高产品的质量，同时还可有效降低产品的制造成本。正确运用稳健设计方法和理论，可有效使产品在使用及制造中，或在规定寿命期限中，即便是设计因素出现了微小变化也可确保产品的质量稳定。当前随着计算机技术、CAD技术以及优化技术的发展，可将稳健设计方法分为以下两类：1）以工程模型为基础同时与优化技术相结合的稳健优化设计方法，包括灵敏度法、容差多面体法、随机模型法、变差传递法等；2）以经验设计为基础的稳健设计方法，包括响应面法、田口方法、广义模型法等。

机械产品的稳健设计也即是在可靠性设计、优化设计、灵敏度设计的基础之上展开的可靠性稳健设计，它是将可靠性灵敏度融入到优化设计模型当中，同时将稳健性设计归结为满足机械产品可靠性要求的多目标优化的问题中。机械产品设计过程中，科学恰当的运用稳健性设计方法，可使产品在各种干扰因素下，依然保持其可靠性稳定，以此来实现产品可靠性设计对设计参数变化的不敏感性，以此来提高产品鲁棒稳健性和安全可靠性。

3 小结

机械产品可靠性设计目前已收到各行各业的广泛关注，可靠性设计技术已成为国内机械行业和学科迅速发展的重要方向之一。笔者以为，结合现代数学力学的基本理论，将机械产品可靠性设计、优化设计、灵敏度设计以及文件设计方法达到最优化，并最终通过相应的使用软件库，为机械行业提供科学可靠性分析和设计技术服务。

【参考文献】

[1] 苏多,张建国. PDM技术在机械可靠性设计分析中的应用研究[J].航空学报, 2007,28(z1):95-99.

[2] 谢里阳，何雪法，李佳．机电系统可靠性与安全性设计[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006：102-104.