机械概念设计篇1

[关键词]食品机械；可持续发展；绿色设计；食品安全

[DOI]10.13939/ki.zgsc.2015.20.052

1食品机械发展现状

食品机械的种类可以分为：粮油加工设备、果蔬保鲜与加工设备、畜禽产品加工设备、水产品加工设备、方便食品级加工设备、饮料加工设备和食品加工中废弃物综合利用设备等。按照食品加工的单元操作的不同，可以分为：食品输送机械、食品清理与分选机械、食品粉粹机械、食品混合机械、食品浓缩机械、食品干燥机械、食品杀菌机械、食品熟化机械、食品冷冻机械和食品包装机械等。

食品工业已经不可或缺，成为引领制造业的新方向。食品机械技术从生产自动化、原料高利用率化、机械设备节能化、食品安全化、高新技术实用化、机械设备通用化等多方面对食品机械制造业的发展提出了新的挑战。我国的食品机械不管从内部质量还是外观质量都落后于发达国家。原因是采用的设计理论、设计手段、设计方法、制造技术和检测手段落后。原材料、质量不稳定，直接影响了食品机械产品的整体质量。

2食品安全对食品机械的要求

随着《食品法》的实施，食品安全问题作为一个系统工程，不仅涉及食物本身，而且涉及食品原料、食品工艺、食品生产加工、食品包装和食品销售等所有环节。

3现代机械产品设计

机械设计可以是应用新原理、新思想、新方法开发创新的机械，也可以是在原有机械的基础上重新设计或作局部改造，从而改变原有机械性能。

机械产品的质量基本上取决于设计质量，而制造过程对机械产品质量所起的作用是实现设计所规定的质量。因此，机械设计阶段是决定产品好坏的重要环节。

在实现预期运动和动力功能的前提下，尽可能做到性能好、效率高、成本低，有一定的可靠性；而且还应考虑到操作方便、维护简单、造型美观以及便于运输。

机械设计在现代机械生产中占有重要地位，机械设计的成败往往成为产品在生产和销售中是否能够取得良好效果的决定条件。产品设计是制造业的灵魂，产品开发的成败主要决定于产品设计，因为产品结构、性能、质量、成本、交货时间、可制造性、可维护性及人、机、环境关系等。据统计，产品全生命周期成本的90%左右在产品设计阶段已经被决定，其中70%～80%在概念设计阶段被决定。概念设计的核心是创新设计。方案选择的自由度大，产品创新的空间相对就要大。

现代机械产品正在逐步向智能化、协同性、科技化发展，并且逐渐形成了较为完善的设计体系，网络技术、系统工程的理论、计算机软硬件应用和智能化应用的理论也更加广泛地被应用在现代机械设计方法之中，提高了机械产品的质量方法，也成为现代化机械设计方法中重要的技术基础。

食品机械设计的一般过程：①明确设计要求（确定机械的预期功能、有关技术指标和限制条件）；②调查研究，制动设计方案，绘制机械运动简图（确定机械的工作原理，拟定集中总体布置方案，进行粗略计算和分析比较）；③进行运动和动力分析，确定主要零部件的运动和动力参数；④进行传动零件的设计计算，确定其主要参数；⑤进行结构设计，绘制部件装配图和总装配图；⑥绘制零件工作图；⑦编制技术文件（编写设计计算说明书、标准件、外购件明细表，对较复杂的机械还应绘制详细的机械传动示意图等）。

4食品机械设计新理念

4.1绿色设计理念

绿色设计（GreenDesign，GD），就是设计和制造生命周期环境影响为最小的产品，在产品整个生命周期内，考虑产品的环境属性，即可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等，保证产品功能、使用寿命、指令等。在设计食品机械产品时，全面考虑食品机械设计、制造、使用甚至报废、处置等环节，在产品的全生命周期各个阶段，从源头上防止污染。

4.2并行式绿色设计理念

以集成并行的绿色理念设计食品机械及其相关过程，初期充分考虑机械生命周期全过程的各项因素（如用户需求、质量、成本、进度、拆卸与回收的设计体系等），使食品机械实施最优化设计。

4.3并行式绿色设计理念下设计的一般过程

绿色设计是一种基于生态学的设计，为设计人员的素质和设计方法、设计手段提出了更高要求。食品机械数据管理技术是并行式绿色设计技术的关键技术之一，是对食品机械生命周期全过程个各环节中所需要的、或生成的大量数据和信息的管理技术，可按照要求将数据或信息及时传递到制定的位置或相应的人员。

机械设计的过程不再是一种串行设计模式，而是一种在设计过程中逐级反馈的设计模式。将概念设计做大最全面、最优化。从概念上影响整个设计过程和设计环节。

4.4新设计理念下食品机械设计的实施要点

设计理念的更新：可持续发展理念、食品安全理念、并行式绿色设计理念。

食品机械设备的材料设计：直接接触食品加工过程的设备材料要求（如抗菌、容易清洗），非直接接触食品的设备材料要求（如节能、环保、对操作人员无害等），直接接触食品成品或半成品的包装设备的材料要求（无害、抗菌、不能对食品造成附着添加等）。

食品机械产品结构的设计：产品整体结构要易于制造和装配，具有良好的可拆卸性，动力和液压系统要考虑到绿色设计。对于目前发展势头迅猛的中小型家用食品机械要在使用中易于或加入清洗系统的设计，能够一机多用，环保节水等。

食品机械生产线设备的设计：对于目前的大型标准化生产设备，要采用GMP（GoodManufacturingPractice，良好生产规范）的标准化生产为指导，同时还要用先进的科学预防性食品安全保证体系HACCP（HazardAnalysisCriticalPoint，危害分析与关键控制点）来规范生产线设备的设计研发。

在食品机械概念设计阶段，全盘考虑。基于食品安全和绿色生产，对食品机械设备进行全程的监控。如设置设备的使用监控和警报系统等。

参考文献：

机械概念设计篇2

下面以高中物理［3］《波的形成与传播》为例简析如何运用概念变化策略运用于教学当中。

1本节教学主要内容

参照教材及近几年的高考考试说明，本节教学内容中，学生要建构的物理概念主要有：

（1）在介质中，前面的质点带动后面质点，后面的质点重复前面质的运动而形成机械波。

（2）机械波是机械振动在介质中的传播，传播的是机械振动这种形式，质点不会随波迁移。

（3）机械波是大量质点的集体表现，是宏观现象。

2学生的机械波前概念调查分析

实施教学内容之前，通过问卷的方式对学生的前概念进行调查，情况如下：

确定教学任务了解学生前概念分析前概念，确立概念变化的方式、途径建立物理概念

2.1教材中为引入课题所列举机械波的现象中，大部分不会得到学生的认可

教材中回避了以给机械波定义的方式去开始讲解机械波，而是通过一些具体的现象让学生了解什么是机械波，之后再分析机械波是如何形成与传播的。但是，通过调查发现书上的列举的现象大部分得不到学生的认可。

如大部分学生不认为“五星红旗迎风飘扬，是波在旗子上传播”、“舞蹈演员舞动的长绸显示了波的传播情况”。不认可的学生前者约占85%，后者约占81%。同样，也只有极少数人（6%左右）知道“地震对建筑物的破坏是通过地震波实现的”。但对于“水波是机械波”的说法大部分学生（74%）觉得可以理解，这可能与学生生活中经常接触到“水波”有关系。

2.2对于机械波的形成与传播过程，几乎没有学生能给正确的、全面的理解

学生中较为典型的错误认识是：

（1）介质中的质点会随着机械波的传播而迁移；

如认为声音在传播时把空气传播出去了、在池塘中激起的水波向岸边传播时也把水推向岸边。

（2）一个质点也能形成机械波；

（3）机械波可以在真空中传播；

当然学生认识中也有合理的成份：

（4）机械波是和机械振动相联系的；

（5）机械波具有周其性；

另外，通过分析学生的前概念，发现还有以下特点：

2.3前概念中有合理的成份，也有不合理的成份

学生的某些前概念是与科学概念相一致的（前科学概念）。如：机械波是某种振动相联系、波在传播时具有周期性和水波是一种波等。

大多数前概念是不科学的（相异构想）。如机械波传播时介质会随波迁移、一个质点也可以形成机械波等等。

2.4不同学生的前概念不尽相同

如虽然大多数同学不认为五星红旗迎风飘扬是波在旗子上传播，但也有少部分学生却认可。

2.5就学生个体而言，其前概念体系往往自相矛盾

如有的学生认为，水波传播时会将水送到岸边，但同时又认为声音传播时不会把空气传播出去。

上述特点和有关文献中提出的前概念特点是一致的。

3教学策略设计及实施过程

3.1教学设计时需要注意的问题

根据学生具有的前概念及其特点，在实施概念变化策略时要注意以下几点：

(1)要重视学生的前概念中的合理成分，以便在此基础上进行发展以建构科学概念；

(2)针对学生前概念的自相矛盾之处，要巧妙设置物理情景，引发学生的认知冲突，将学生的错误前概念转变科学的概念；

(3)由于不同学生间的前概念结构并不相同，在教学中注意加强学生间的交流的合作，促使学生团体共同建构一个科学的概念。

3.2教学过程

3.2.1从分析实例开始，发展学生“机械波”的概念

基于大部分学生都承认水波是机械波这一事实，教学之初从分析讨论水波这一常见的现象对学生“机械波”概念进行发展。

演示：用光学投影仪、水槽、振动源演示水波现象（图1）。

先提出一个总体性的问题：水波是如何形成的？然后层层设疑，将问题引向教学核心：水波是否与水做机械振动有关系？一个水分子是否可以形成机械波？

针对教师的问题，师生共同讨论后得出这样的认识：

①水波是大量水共同形成的，是大量质点的集体行为，是一种宏观现象；

②水波和水上下振动有关。

3.2.2建立机械波传播的物理模型，转变学生机械波中错误前概念

（1）实验演示现象，引发学生的认知冲突

由调查知道，不少学生认为机械波是由于介质不停的向前传播而形成的。因此，首先通过实验或生活中的例子让学生看到实际情况并非如此，从而引发认知冲突。

演示：在水波中入一小的纸屑或泡沫，可以看到，纸屑或泡沫只是在上下振动，并没有随水波传到盛水盒的边缘（图2）。

同样的例子生活中也会遇到，当皮球、气球、纸船、落叶等漂浮在水面中央上时，想把它弄到岸边检起来，若通过朝水中扔石子激起水波将东西送至岸边的方法总是不奏效（这个现象也可以播放真实情况的录像让学生了解）。

以上的实验和例子说明，机械波的形成与传播，并非因为介质向前运动．介质仅在原来的位置附近振动。

此时学生头脑中就产生了强烈的疑问：机械波到底是如何形成的？

（2）通过实验，建立正确的机械波形成与传播的概念

为了便于分析机械波是如何形成与传播的，必须建立波传播的简化模型：一维波传播模型。该模型不能从水波直接建立，通过下面过程逐步进行：

①演示“绳波”（直接用软绳演示效果不好，可用装满钢珠的乳胶管代替软绳演示［4］）如图3：上下振动，可以看到一孤立的向上凸起的波向前传播，水平振动，可以看到连续完整的波向前传播（图4）。

②比较绳波与水波，找出二者共同点：介质各部分均振动、均形成凹凸相间的形状向前传播。最后得出结论：绳中传播的是机械波，它的形成与传播原理，就是所有机械波的形成与传播的原理。

③建立物理模型．将软绳简化为若干质点连接而成（图5）

④利用箱式横波演示仪演示机械波是如何形成与传播的（图6）。

通过以上教学过程，学生建立起如下概念：

①在介质中，前面质点振动，带动后面质点也跟着振动，但时间上有延迟，大量质点相互“配合”形成机械波；

②质点只是在各自的平衡位置附近振动，不会随波迁移；机械波传播的是“机械振动”这种运动形式。

（3）学生亲自参与模拟机械波的形成与传播，促使科学概念的形成

根据多元智力理论，学生参与模拟机械波的形成与传播有利用于他们对科学概念的建构。

如图，让十几个学生站成一排，让学生依次蹲下、站起，头顶形成机械波。

比较摸拟的现象和真实机械波形成与传播过程，如下：

①后面的同学看到前面同学蹲下、蹲起后重复前面同学的动作前面的质点带动后面的质点，后面质点重复前面质点的运动情况；

②每位同学只是在原位置蹲下、站立，同学们传递了蹲下、站立这种运动形式质点只是在平衡位置附近振动，不会随波迁移，机械波传播了机械振动这种运动形式；

②头顶形成“波”的形状是多个同学相互配合的结果机械波是大量质点的集体行为。

（4）解释现象，解决认知冲突

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学生对于机械波的形成与传播有了科学的认识后，接下来让学生解释前面遗留的问题：水面上的纸屑为什么不会随水波向前传播？

至此，学生对机械波的形成与传播概念有了较为科学的理解。但这种理解，建立在对机械横波的分析上。因此还需分析机械纵波的情况对该概念拓展深化。

3.2.3进一步发展科学概念，让科学概念理解更全面深刻

前面所分析的机械波均属于横波，对于一个完整科学的概念而言，还需分析纵波的情况：

①演示弹簧中传播机械波的情况（图8，上图是装置图，下图表示纵波在传播）；

②分析此现象，让学生明确该现象传播的也是一种振动形式，是机械波，并给出横波与纵波的概念；

③借助箱式纵波演示仪说明纵波是如何形成与传播的；

④总结对机械波的形成与传播概念的理解，如下：

不论是横波还是纵波，均有：

理解1，机械波的形成是因为前面的质点带动后面的质点，后面的质点重复前面的质点运动；

理解2，介质中的质点并不随波迁移，只是在各自的平衡位置附近振动；

理解3，机械波是大量质点的集体行为，机械波传播的是振动这种形式

4结束语

运用概念变化策略促使学生建构物理概念，最重要的环节就是准确了解学生前概念和现有的知识水平。由于学生个体不同、生活环境不同均会导致学生前概念的不同，因此，运用此策略时要充分考虑不同班级学生、不同学生个体的具体情况。

由于教学内容的不同，采取的教学策略也会不相同，“概念变化”策略并不排斥其它策略，甚至是同一堂课的教学设计，也有可能会多种教学策略并用。但是，关注学生原有的知识经验，采取恰当的教学策略有效促进学生对物理概念的理解，是每一个教师应当具备的教学理念，这也正是新课程中所提倡的，“概念变化”教学策略恰好反映了这一要求。

参考文献：

［1］张建伟、陈琦.从认知主义到建构主义.北京师范大学学报（社科版)，1996,4:75-82．

［2］P.H.Scott,H.M.Asoko,R.H.Driver著郭玉英、卢俊梅译.“为概念转变而教”策略综述.物理教师，2003，Vol.24No.5

［3］人民教育出版社物理室编著.全日制普通高级中学教科书（必修加选修）物理（第二册）.北京：人民教育出版社出版，2003

机械概念设计篇3

机械电子系统在近年来不断发展中已逐渐成为集计算机技术、机械电子学、控制技术以及信息技术等于一体的综合学科。其最早由日本提出，被定义为利用电子技术完成控制学与动力学相关内容的操作，以此促进机械使用效率的提高。而后期在广泛应用中，美国机械工程师又在此基础上提出机电一体化概念，具体指为在计算机技术应用的同时发挥网络信息协调作用，使机械运动下的机械与机电部件等保持相互作用的系统。从我国当前机械电子系统建设情况分析，其主要集中在机械技术的发展以及产品发展两方面，通过技术理论指导促进产品生产中技术应用水平的提高，以此使产品使用效果得以发挥[1]。

2机械电子系统发展现状

在世界经济发展处于低迷状态的背景下，许多如机械电子行业等领域已呈现趋缓态势，而且国际机电产品以其自身高生产效能与科技含量等优势很快占领我国市场，致使本土机电产品的销量开始下滑，机械电子系统的发展进入瓶颈期。例如，据相关数据表明，国内机电产品在2012年大多依托进口，且前三季度所进口的总额达168.2亿美元，使国内机械电子设备难以在市场中占有一席之地。从目前行业整体发展的现状分析，主要表现在：①关于新技术研发，与发达国家相比，国内技术研究水平较低，大多产品设备不具备较高的科技含量，无法实现科技成果转换为经济效益的目标。加上大多企业关于产品与技术研发方面的投入较少，产品设备的生产仍处于模仿阶段。②传统机械电子设备应用较为广泛。为节约成本，大多企业仍青睐于传统机械电子设备的应用，不具备较高的智能化与自动化水平。③许多集成化与网络化等技术未得到广泛应用，制约行业的整体发展[2]。

3机械电子系统未来发展趋势

机械电子技术自产生以来，应用与发展的情况可以三个阶段进行概括，其中在20世纪60年代前处于电子技术应用的初期阶段，人类生产生活活动中对电子技术的应用了解较少，但也在电子产品制造中有所涉及。而第二阶段主要为20世纪80年代，机械电子技术在前期发展的基础上得到进一步提高，也为整个行业的发展奠定了坚实的基础。第三阶段则为20世纪90年代以后，机械电子行业整体的发展趋向于自动化与智能化，在理论与技术应用等方面都为机械电子技术的发展提供了重要的支撑。其在未来发展整体趋势上主要表现为以下几方面：

3.1集成化与网络化方向发展

集成技术的应用强调结合现代许多先进技术，要求在机械电子系统中引入集成概念，确保产品生产包含创新理念的同时，使生产各环节得到有效监督与跟踪，促进产品生产过程保持良性状态。而在网络化方面，由于互联网技术的应用使许多网络信息资源已可实现共享，为机械电子系统的发展提供重要工具，可利用其进行企业之间的交流或直接学习国外先进机械电子技术。同时，对于机械电子系统操作过程中存在的难题也可利用远程技术解决，带动行业的整体发展。

3.2智能化方向发展

机械电子系统在人工智能概念提出后，无论从工作环境的改善或保证机械电子系统操作的稳定性都可通过人工智能计算完成。以当前社会电子行业整体发展趋势分析，企业的发展也需充分利用人工智能实现生产管理全过程中的智能化，通过其与计算机科学与模糊数学等结合，带动机械产品质量的进一步提高。

3.3模块化方向发展

机械电子产品在许多行业领域中都有涉及，所以产品种类繁多，若单纯依靠传统模式进行机电一体化产品的制造，如动力接口或机械接口等将面临较多的难题，而通过模块化的应用便可解决这些难题，有利于数控系统实现标准化、集成化。许多如PLC、CPU或接口等模块都可满足不同功能需求，并利用增减模块数量或以积木形式裁剪相应的功能，使数控系统具有不同的档次。

3.4科学计算可视化方向

机械电子系统中科学计算可视化的应用主要进行对数据的解释与处理，改变传统信息交流过程中完全依靠文字或语言表达的现状，可通过引入许多可视信息如图形或动画等。同时，结合虚拟环境技术的应用，机械电子产品的设计周期也得以缩短，保证产品质量的同时也使产品成本得以降低。另外，在可视化技术的应用下，许多如数控技术中涉及的道具管理或参数设定等都可进行仿真演示，为产品的加工生产提供重要的参考[3]。

4结论

机械概念设计篇4

20世纪初,全球社会生产力的发展中只有5%是依靠技术创新取得的,而现在发达国家中的40%是依靠技术创新取得的｡

美籍奥裔经济学家熊彼特(JosephA.Schumpeter)于1912年在其著作《经济发展理论》中将“创新”作为一个经济学概念首次提出｡

熊彼特认为创新是发明的第一次商品化,也就是说,把发明引入生产体系并为商业化生产服务的过程就是创新,它意味着建立新的生产函数或供应函数,是在生产体系中引进一种生产要素和生产条件的新的组合｡

而发明实际上就是一个产品创新的过程,其关键是设计的创新,设计创新是实现产品创新的根本基础｡因此,创新设计的重要性就显而易见了｡

创新设计是一种创造性的智力活动,是设计者充分发挥自己的创造力,利用人类已有的科学技术成果,进行创新构思,应用新技术､新原理､新方法进行产品分析和设计的过程｡

2创新方法的发展

创新是一个及其复杂的过程,人类对创新本质的认识与研究还远远达不到科学的层次｡但是众多创新学者,经数十年的研究发现,科学技术的发明创造有一定的规律可循,他们大多是以原则､诀窍､思路形式指导人们克服心理和思维的障碍,改善思维的灵活性的过程｡

自20世纪30年代至80年代,世界上出现了300多种创新技法,10多种创造原理｡这些创新技法,各自从不同的角度､在一定程度上突破了制约创新的相关因素的限制｡

所谓创新技法就是在创造心理､创造性思维方法和认识规律基础上的技巧｡这些创新技法不存在科学的逻辑关系,大多数目前在理论上处于“初生期”,还远远未达到纯粹的科学水平｡

从思维的角度,创新是人类驾驭形象思维与逻辑思维､发散思维与收敛思维的过程｡

经过数十年的发展,在掌握已有创新技法的基础上,结合认知科学､人工智能､设计方法学､科学技术哲学等前沿学科,创新设计方法已成为一门独立且有待于开发的新的设计技术和方法｡

创新设计方法的发展历程如图1所示｡

最初的创新研究侧重于人的创造性思维,总结出一些具有指导意义的规律,形成各种创新技法,如:头脑风暴法､联想法､类比法､侧向思考､仿生法等｡

后来,创新方法的研究开始注重以知识(专利)为基础,通过对专利的分析与研究,总结创造活动所遵循的创新原理,该阶段的典型创新方法是TRIZ理论｡

随着计算机技术的发展,创新方法的研究也出现新的趋势,在现阶段,各种成熟的创新设计方法开始集成化研究与应用,并与计算机(包括网络)技术相结合,形成计算机辅助创新(CAI:ComputerAidedInnovation)技术,如:QFD､可靠性设计､网络协同创新技术､有限元分析等各种成熟的技术和方法开始融入到创新设计过程中｡

3机械产品创新设计的研究

机械产品创新设计的研究对于提高机械产品的设计水平､提高产品的竞争力有着重大的意义,受到世界各个国家的普遍重视｡

机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力,利用人类己有的相关科学技术成果(含理论､方法､技术原理等),进行创新构思,应用新技术､新原理､新方法进行产品的分析和设计,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｡

一般来说,创新设计包括全新设计和适应型创新设计两类｡

需要指出的是,创新设计和概念设计并不是同一个概念,概念设计的核心是进行设计创新,而创新设计并不尽限于概念设计阶段｡在产品设计的各个阶段均有创新设计的问题,但是最主要的是在概念设计阶段进行创新｡

国内外学者针对机械产品创新设计,分别从设计的本质､设计的过程以及设计的方法等不同方面,做了大量的研究工作｡

创新设计理论和方法的研究现状见表1｡

4机械产品创新设计存在的问题及展望

通过上述文献的研究可以看出,尽管人们从不同角度对创新设计进行了数十年的研究,取得了一些成果,但是产品创新设计过程中还有一些问题仍没有解决,成为今后研究的重点｡

(1)创新设计本质过程的研究这实际上也是对设计的创新本质的认识｡尽管人们从思维方法､设计手段等多方面对创新问题进行探索,现在对创新的实质过程仍没有一个统一的､深层次的认识,无法形成一个完整的理论去指导创新实践｡在这方面我们仍需要做大量的工作｡

(2)创新设计中知识的表达与应用首先,产品创新过程涉及多学科､多种技术,如何将设计知识组织管理,满足设计主体对知识的需求是今后的研究重点｡其次,为创新设计过程建立科学的产品模型,结合现代CAD技术,支持创新方案的快速表达,对于提高设计效率有重要意义｡

(3)设计理论研究与设计工具开发存在严重脱节人们对于设计理论及创新问题进行了大量研究,但是理论研究与设计工具,特别是产品的结构设计工具存在严重的脱节｡一方面某些机械结构设计理论和方法的研究较少考虑计算机实现的问题;另一方面设计工具开发时,又没有适合计算机进行的结构设计自动化和智能化理论｡需要深入研究机械产品设计中功——构映射的本质规律｡

(4)创新设计过程的集成化技术研究创新设计过程的集成化技术的重点在于概念设计的集成化实现,主要是指产品的原理方案创新与结构方案创新的集成｡现有的设计理论或设计工具多是从不同的角度,考虑某阶段的创新实现问题,如:TechOptimizer可以辅助实现产品原理方案的创新,但需要其他CAD系统完成结构的设计工作;一些大型的CAD/CAE/CAM商品化软件,如:UG､Pro/E等均开发出了支持概念设计的工业设计模块或草图设计模块,但是这些模块基本上仍是计算机辅助绘图的工具,几乎不支持原理方案的创新｡缺乏统一的创新设计理论指导创新设计过程,是造成原理方案创新与结构方案创新的集成度低的主要原因｡

参考文献

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机械概念设计篇5

关键词：《机械制图》《制图基本知识与技能》单元设计

一、前言

《机械制图》是高等职业技术学院机械系机械专业的一门重要的技术基础课，是后续专业课学习的基础。从高职学生的培养目标看，高职院校培养的主要是技术应用型人才，其就业岗位以生产一线的操作工和一般性技术工作岗位为主，机械专业学习《机械制图》需达到的目标为“正确识读和绘制机械图样”。就以往的教学实践，机械类高职学生在学习《机械制图》课程中存在不少问题，如对国家标准意识不清，难以理解和完成比较复杂的投影关系，空间想象力的建立过程较长，等等。针对上述问题《机械制图》课程教学改革势在必行。

二、单元设计

职业教育课程的教学改革从课程的单元设计开始。所谓课程单元就是在时间上紧密相连的课。教师的备课是以单元形式进行的，教案也是针对课程的一个单元写的。学生的学习客观上也被分成这样的单元进行。单元设计就是对一定的教学内容进行设计规划，其目的是综合教学系统内的资源，实施最优化教学，促进学生学习。单元设计属于课堂应用层面，是教学设计的重要组成部分。

三、《制图基本知识与技能》单元教学设计

我院为提高教学质量，开展了教学单元设计评比活动，下面是笔者以《机械制图》中《制图基本知识与技能》这一章节为例进行的单元设计：

（一）课程概述

以教具、多媒体课件为载体设计单元项目，组织系统的教学项目，从学生的感性认识入手设计教学情景，建立任务与知识、技能的联系，增加学生的直观体验，激发学生的学习兴趣。

（二）教学情境创设

课程载体：教具、多媒体课件。

以多媒体课件，让学生观看机械图样开始，提出问题让学生用已有的知识解决问题，教师进行有针对性的点评，并归纳总结出结论。

（三）教学目标

知识目标：

1.通过单元教学使学生掌握正确使用绘图工具。

2.通过单元教学使学生了解图样的作用并掌握图样的概念。

3.通过单元教学使学生掌握国家标准《机械制图》的有关规定。

4.通过单元教学使学生掌握平面图形的绘制并标注相关尺寸。

技能目标：

1.知道图样的作用、图样的概念。

2.具有按制图标准选用图纸幅面、比例、字体及图线等能力。

3.会使用尺规绘图的工具和仪器。

4.具有绘制常见几何图形的能力。

5.具有圆弧与直线、圆弧与圆弧的光滑连接的能力。

6.对平面图形进行分析、具有正确的作图方法和步骤、具有尺寸标注的能力。

素质目标：

1.具有查找资料的能力。

2.具有分析问题、独立解决问题的能力。

3.具有团队合作能力。

（四）内容与过程设计

任务：a.认识机械图样。b.线形练习。

教学内容：图样的作用、图样的概念、国家标准《技术制图》和《机械制图》的有关规定、尺规绘图的工具和仪器用法。

能力要求：知道图样的作用、图样的概念、具有按制图标准选用图纸幅面、比例、字体及图线等能力。会使用尺规绘图的工具和仪器。

（五）教学方法与教学模式

传统的教学方法为知识体系教学法，即以知识为目标，以教师讲授为主，由概念引入并结合例题进行分析，然后由学生独立完成作业。缺乏学生的主动参与，整个过程基本以教师为主体，这就造成了学生学习热情不高、教学效果不理想的结果。新的职教理念要求课程应以职业活动为导向，以素质为基础，突出能力目标，以学生为主体，注重学生的能力培养。以往教师总希望在学校里把尽可能完整的知识灌输给学生，没有考虑树立“自我学习，终生学习”的现代学习观。而理论的理解和实践运用并不完全相同，两者的转化不是一件容易的事情。只有参与和体验，通过完成具体的任务才能让学生掌握一定的技能。单元教学法以学生的认知过程为主导采用任务驱动教学法、案例教学法和六步教学法。

单元教学法以六步教学法为例：

六步教学法分为：a.资讯：布置任务。b.决策：针对任务讨论解决方法。c.计划：教师针对任务提出问题，学生思考、查找资料。d.实施：学生回答问题，教师对学生的回答进行点评、归纳总结得出结论。e.检查：布置实训任务学生练习。f.评估：针对练习情况进行评估、讲解。

教学过程举例：

任务：a.认识机械图样，教学情境为机械零件图样。

教学过程：

1.布置任务：掌握图样的概念。

2.学生讨论解决问题的方法。

3.教师提出问题：工程中以何种载体作为交流的工具?这种载体有一定的规定和要求吗?这种载体应具有哪些内容和信息?什么样的图可以称为图样？

（学生查资料，思考。）

4.学生回答问题，教师针对学生的回答进行点评，教师对回答的情况归纳总结，得出图样的作用和概念。

任务：b.线形练习。

教学过程:

1.布置任务:掌握制图标准中图纸幅面、比例、字体、图线等制图规定，掌握尺规绘图的工具和仪器用法。

2.学生讨论解决问题的方法。

3.教师提出问题：图样中图纸的形式与大小是随便选择的吗?图样中图的大小与零件大小有何关系?图中的字体可以随便选择吗?图样中线条的形式和粗细是随便选择的吗?你从图样的线条使用情况中可以总结出哪些规律?

（学生查资料，思考。）

4.学生回答问题，教师针对学生的回答进行点评，教师对回答的情况归纳总结，得出结论。

5.布置练习任务，学生练习。

6.教师针对学生练习情况进行评估，对出现的问题加以辅导。

（六）单元考核与评价方案

单元考核采用过程性考核，即每个单元结束都安排一次小测验。

评价方案：问题的回答、平时练习、作业占30％，小测验占70％。

四、结语

《机械制图》教学中存在的问题在高职院校中具有普遍性，教师要改变传统的教学模式，彻底改变教学方法，进而提高教学效果。以上以《机械制图》课程中《制图基本知识与技能》一章节为例进行的单元教学设计，是笔者在制图课程教学中的点滴体会和对教学方法改革的尝试，尚有很多不成熟之处，求教于方家。

参考文献：

［1］戴士弘.职业教育课程教学改革［M］.清华大学出版社，2007.

［2］姜大源.职业教育学研究新论［M］.科学教育出版社，2007.

机械概念设计篇6

【关键词】精度设计互换性探讨

【中图分类号】TH124；G420【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2013）10-0225-01

机械设计的主要内容：强度设计、传动设计、结构设计、精度（公差，下同）设计，涉及强度设计、传动设计、结构设计的课程有材料力学、机械原理、机械设计等，互换性与技术测量主要是讲授精度设计内容。作为一名机械工程师必须很好理解和掌握精度设计，才能把设计意图落实到生产实践中，同时，精度的概念贯穿在生产实践中，产品开发、工艺设计、质量控制、生产管理都离不开精度的知识，“合不合格”、“达不达到要求”都是精度概念的常用表述。但很多学生修完了这门课程后，到做毕业设计时，好像完全忘了这门课似的，没意识要标注精度要求，好像三维建模后转为工程图，把主要尺寸标注完就结束了，即使想到要标注精度要求，但不知如何着手。不少企业反映毕业生对精度的理解和掌握很不深刻。互换性与技术测量这门课如何讲授，笔者根据多年教学经验及调查分析，结合《培养应用型高级专门人才的校企合作支持体系的研究》（2013C060，广西教育厅）的课题研究，总结如下体会：

一、重复强化本课程与其他课程的关系

修完材料力学、机械设计等专业基础课程后，同学们掌握了强度设计、结构设计的理论和方法，接着需要学习精度设计，并准确地表达在图纸上才能进行生产制造。本课程就是讲授精度设计内容，其实是标准范畴的内容，基本术语多、定义多，相对比较枯燥。在讲授过程中必须重复强度设计、结构设计、精度设计三者密不可分，是机械设计工程师必须得掌握的。一个产品完成结构设计、强度设计后，必须标注尺寸精度或标注完尺寸精度是不够的，还需要标注形位精度或表面精度要求。通过重复、递进的灌输方式，使同学们形成思维习惯。这样，同学们对本课程就会更加上心，投入。克服机械设计就是重视三维造型，轻视工程图设计的局限思维。

二、突出讲授互换性的三大要素

严格地说本课程属于标准范畴，就是描述精度和配合的，虽然术语多、定义多，但主线就是描述尺寸精度、形位精度、表面精度及相互配合。如果按照一般教材的章节内容穿插多，对缺乏实践经验的学生而言，很难思维跳跃。因此讲授时先重点讲授尺寸精度、形位精度、表面精度（粗糙度），再根据教学要求讲授测量等其它内容。建议讲授的顺序是：绪论――尺寸精度――形位精度――表面精度――配合――螺纹、轴承等案例――测量，一般教科书中，配合的概念安排在尺寸精度（孔轴的极限与配合）章节中。虽然配合在定义上只与尺寸精度有关，但实际上，必须得考虑形位、表面精度，如果讲授完所有的精度设计（尺寸、形位、表面），再推出重点配合的定义，容易让学生形成精度与配合的有机统一。

三、尽可能用图示描述概念、术语

就像写报告一样，多用图表少用文字描述现象或概念可以简洁、突出。其实本课程最行之有效的办法就是用图示，教材编排按照标准要求一步一步深入没有错，但前提是吸引人，就像电影一样，否则电影没放完，人全睡着了。其实教师本身，讲着讲着也会感到枯燥乏味。比如孔轴极限与配合（尺寸精度）这一章，术语很多，按照图示讲解的来源和定义更加顺其自然，比如在黑板上画出流程图。按照结构设计、强度设计得到一个基本尺寸（设计尺寸），这是一个理论尺寸，接着论述制造过程中（人、机、料、法、环等方面）不可能做到百分之百精确的缘由，也强调从经济角度上说是不必要，于是自然而然产生一个许可的一个范围，从而引出相关公差、最大极限尺寸、上偏差等概念。其实很多术语都是很形象的，用图示讲解可以还原其本来面目，学生容易理解和接受。

四、用典型的工程图纸作为案例讲评

即使学生修完本课程，并不意味着可以进行精度设计了，实际上会感到无从下手。如何让学生将理论过渡到实践，案例讲评很有必要。建议选择装配图、焊接图、板类零件、轴类零件、齿轮零件各一张，装配图讲评常用的配合及要求；焊接图主要讲授焊接时为了防止焊接变形需要注意的形状精度，焊后加工的位置精度；板类零件通常通过等离子切割或者冲剪，如果精度要求不高，可以不用标注精度要求，或者注明总的精度要求，如本图按GB/T1894（m）；轴类零件一般有各级不用作用的阶梯，尺寸精度、形位精度和表面要求高，还有热处理要求，作为零件设计案例讲评很代表性；齿轮作为特殊零件的代表，也要讲评标注有何特殊性。经过这些典型图纸的讲评，学生基本掌握各种图纸的精度要点。以后遇到类似图纸设计时可以得心应手。

参考文献：

[1]廖念钊，互换性与技术测量[M]，中国质检出版社，2012

[2]刘丽华，机械精度设计与检测基础，哈尔滨工业大学出版社，2012