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【關(guān)鍵詞】動態(tài)優(yōu)化方法;農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計;應(yīng)用

1前言

農(nóng)業(yè)是我國的支柱性產(chǎn)業(yè)。結(jié)合我國實(shí)際情況可知，雖然相關(guān)政策及城市改造等措施提升了農(nóng)民的就業(yè)率，但仍然存在許多以農(nóng)業(yè)為主要經(jīng)濟(jì)來源的農(nóng)民。為了促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的良性發(fā)展，幫助農(nóng)民獲得更多的經(jīng)濟(jì)利潤，可以應(yīng)用動態(tài)優(yōu)化方法提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計的質(zhì)量。

2動態(tài)優(yōu)化方法

2．1動態(tài)優(yōu)化方法的概念

動態(tài)優(yōu)化方法建立在優(yōu)化遺傳算法、計算機(jī)輔助技術(shù)等相關(guān)技術(shù)或技能的基礎(chǔ)上［1］。這種方法是指，根據(jù)設(shè)計要求確定相應(yīng)的參數(shù)或模型之后，通過動力學(xué)建模的方式，對所得參數(shù)或模型進(jìn)行動態(tài)分析，將參數(shù)或模型中存在的不合理問題識別出來，進(jìn)而提升參數(shù)或模型的設(shè)計質(zhì)量。

2．2動態(tài)優(yōu)化方法的應(yīng)用優(yōu)勢

就農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計而言，動態(tài)優(yōu)化方法的應(yīng)用優(yōu)勢主要包含以下幾種:第一，可修正優(yōu)勢。在基于動態(tài)優(yōu)化方法的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計工作中，設(shè)計人員可以通過遺傳算法、動態(tài)控制等技術(shù)，將農(nóng)業(yè)機(jī)械模型中存在的問題找出來，并通過修正措施的利用，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計質(zhì)量。第二，使用優(yōu)勢。動態(tài)優(yōu)化方法以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際使用要求為參考依據(jù)。相對于其他設(shè)計方法而言，基于動態(tài)優(yōu)化法的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品性能更加完美。

2．3動態(tài)優(yōu)化方法的應(yīng)用流程

就農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計工作而言，動態(tài)優(yōu)化方法的應(yīng)用流程主要包含以下幾個步驟:第一，項(xiàng)目確立步驟。根據(jù)農(nóng)民的實(shí)際要求或相關(guān)部門的指示等依據(jù)，將農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計項(xiàng)目確定下來。第二，建模步驟。當(dāng)項(xiàng)目確立之后，設(shè)計人員需要結(jié)合自身的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建出符合實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計模型。第三，優(yōu)化步驟。在該步驟中，設(shè)計師需要根據(jù)實(shí)際的農(nóng)業(yè)機(jī)械模型特點(diǎn)或性能，利用適宜的動態(tài)優(yōu)化方法(如優(yōu)化遺傳算法或計算機(jī)輔助技術(shù)等)，對第二步驟中所得模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。第四，農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字虛擬樣機(jī)建模步驟。在解決原始數(shù)字模型中存在的不合理問題之后，需要以優(yōu)化后的農(nóng)業(yè)機(jī)械模型為參考依據(jù)，建立農(nóng)業(yè)機(jī)械的數(shù)字虛擬樣機(jī)模型［2］。第五，動態(tài)控制步驟。在該步驟中，設(shè)計師需要利用模糊控制和動態(tài)控制對所得農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。第六，實(shí)物模型。農(nóng)業(yè)數(shù)字虛擬樣機(jī)模型經(jīng)過動態(tài)控制、模糊控制檢驗(yàn)合格(或已對不合格部分進(jìn)行調(diào)整)后，應(yīng)該利用其得出農(nóng)業(yè)機(jī)械的實(shí)物模型。

3動態(tài)優(yōu)化方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用

這里主要從以下幾方面入手，對動態(tài)優(yōu)化方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行分析和研究:

3．1數(shù)字變量方面

就數(shù)字變量方面而言，利用動態(tài)優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計的過程將會受到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求、農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的規(guī)格參數(shù)、強(qiáng)度系數(shù)等因素的影響。通過對農(nóng)業(yè)機(jī)械的實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用過程可知，在所有的農(nóng)業(yè)機(jī)械中，處于連續(xù)振動狀態(tài)的農(nóng)業(yè)機(jī)械占比約為83%左右［3］。這種特點(diǎn)為農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計工作帶來了一定的困難:設(shè)計人員既要分析有害振動對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備性能產(chǎn)生的損害作用，同時還應(yīng)該利用有利振動，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計質(zhì)量。在數(shù)字變量確定環(huán)節(jié)中，動態(tài)優(yōu)化方法的應(yīng)用流程主要包含以下幾個步驟:第一，根據(jù)相關(guān)要求設(shè)計數(shù)字變量參數(shù);第二，以上述參數(shù)為參考依據(jù)，進(jìn)行動力學(xué)建模;第三，利用農(nóng)業(yè)機(jī)械的動力學(xué)模型進(jìn)行動態(tài)分析，將模型中存在的不合理數(shù)字變量識別出來［4］;第四，通過修改問題數(shù)字變量的方式，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械動力學(xué)模型數(shù)字變量設(shè)計的合理性。

3．2約束條件方面

就約束條件方面而言，基于動態(tài)優(yōu)化方法的優(yōu)化方式主要包含以下幾種:第一，能量平衡及模態(tài)柔度優(yōu)化方式。這種優(yōu)化方式的約束條件為農(nóng)業(yè)機(jī)械本身的剛度參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)。由于大多數(shù)農(nóng)業(yè)機(jī)械都需要在連續(xù)振動狀態(tài)下完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，因此，這里以農(nóng)業(yè)機(jī)械的抗振化設(shè)計為例，對能量平衡與模態(tài)柔度優(yōu)化方式進(jìn)行分析:從本質(zhì)角度來講，農(nóng)業(yè)機(jī)械的抗震性能是基于各類組成零件產(chǎn)生的。為了防止連續(xù)振動損害農(nóng)業(yè)機(jī)械的零件，應(yīng)該通過增加模態(tài)阻尼參數(shù)、降低各階模態(tài)柔度的方式，避免2個或2個以上零件在使用過程中出現(xiàn)共振現(xiàn)象。第二，變分方式。這種優(yōu)化方式以泛函數(shù)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械約束條件優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。約束條件的優(yōu)化原理為:在符合約束條件的范圍內(nèi)，將農(nóng)業(yè)機(jī)械所對應(yīng)泛函數(shù)的極值參數(shù)計算出來。第三，極小值方式。這種約束方式是指，根據(jù)以往的農(nóng)業(yè)機(jī)械使用經(jīng)驗(yàn)或設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，從眾多能夠影響農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)動態(tài)性能的因素，將該因素的形狀函數(shù)確定出來。然后以形狀函數(shù)為依據(jù)，將滿足約束條件要求的，農(nóng)業(yè)機(jī)械的最佳形狀計算出來。

3．3農(nóng)業(yè)機(jī)械模型確定方面

當(dāng)數(shù)字變量及約束條件等基礎(chǔ)工作完成之后，設(shè)計人員可以利用幾何定位點(diǎn)法將農(nóng)業(yè)機(jī)械模型的相關(guān)參數(shù)確定出來。結(jié)合以往的農(nóng)業(yè)機(jī)械建模經(jīng)驗(yàn)可知，建模的難點(diǎn)問題在于農(nóng)業(yè)機(jī)械的轉(zhuǎn)動慣量和運(yùn)動質(zhì)心。為了保證農(nóng)業(yè)機(jī)械模型的可靠性，設(shè)計人員可以將UG軟件作為該過程的輔助工具，在保證農(nóng)業(yè)機(jī)械充分契合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上，利用UG軟件將農(nóng)業(yè)機(jī)械轉(zhuǎn)動慣量、運(yùn)動質(zhì)心的相關(guān)參數(shù)準(zhǔn)確確定下來。

3．4農(nóng)業(yè)機(jī)械模型檢驗(yàn)方面

農(nóng)業(yè)機(jī)械模型的檢驗(yàn)可以利用View或者ADAMS等工具完成。在試驗(yàn)臺的檢驗(yàn)過程中，上述工具可以利用性能檢測模塊及數(shù)據(jù)采集卡發(fā)揮檢測功能，判斷基于動態(tài)優(yōu)化法的農(nóng)業(yè)機(jī)械模型是否存在不合理問題。當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在問題之后，設(shè)計人員需要根據(jù)具體的問題，再次利用動態(tài)優(yōu)化法對農(nóng)業(yè)機(jī)械模型進(jìn)行優(yōu)化處理，最終獲得性能符合實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的農(nóng)業(yè)機(jī)械模型產(chǎn)品。

4結(jié)論

為了提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)農(nóng)民增收，可以將動態(tài)優(yōu)化方法應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中，利用數(shù)字變量計算、約束條件確定、模型確定、模型檢驗(yàn)等步驟，設(shè)計出符合實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn):

［1］佟童，趙宇，王麗娟，孫鵬，陳武東．動態(tài)優(yōu)化方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用［J］．農(nóng)機(jī)使用與維修，2014(12):70～73．

［2］孫岐，楊文斌．以液壓缸為執(zhí)行元件機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用與分析［J］．農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化，2016(02):20～22．

［3］王瑋，張衛(wèi)波，韓云芳．混合離散變量優(yōu)化方法在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用［J］．吉林工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2015(02):22～24．

篇2

有限元法是一種高效能常用的計算方法。有限元法在早期是以變分原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，所以它廣泛的應(yīng)用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各類物理場中。有限元法的應(yīng)用最早出現(xiàn)在1969年，當(dāng)時早就有學(xué)者利用加權(quán)法則得到了有限元法的應(yīng)用方程，而且，將其廣泛的應(yīng)用在了各種物理場中，得到了很多重要的結(jié)論。說到其原理，有限元法的應(yīng)用原理也十分簡單易懂。主要可以理解為函數(shù)求導(dǎo)，舉個例子，比如說給了一個比較復(fù)雜的未知場函數(shù)需要求解，這時可以將整個場函數(shù)離散成若干個可以求解的函數(shù)進(jìn)行求解，另外也可以將這個未知場函數(shù)在已知空間里大致畫出簡圖，并且利用函數(shù)的節(jié)點(diǎn)標(biāo)注出來數(shù)值，例如比較有用的最大值，最小值等，這時就會把一個未知的場函數(shù)變成多個已知的離散形函數(shù)，這就是有限元法最簡單的應(yīng)用原理。

2.有限元法的基本應(yīng)用步驟

有限元法的基本原理和概念已經(jīng)了解，以后應(yīng)該了解的就是有限元法的基本步驟，掌握了基本的步驟才能夠更快速的掌握工作原理。首先進(jìn)行剖分，顧名思義，就是對需要求解的未知數(shù)進(jìn)行離解，將未知數(shù)離解成多個元素的集合，并且，每個元素都是每一處離解過方程的解，之后通過剖分的方法得到函數(shù)的最大值和最小值，這里可以叫其節(jié)點(diǎn)。第二個步驟是單元分析，單元分析聽起來十分的簡單，但是依然是要考慮細(xì)節(jié)的一個步驟。要進(jìn)行分片插值，即將分割單元中任意點(diǎn)的未知函數(shù)用該分割單元中形狀函數(shù)及離散網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)上的函數(shù)值展開，即建立一個線性插值函數(shù)。第三個步驟是對變分方程進(jìn)行求解，在整個方程的求解過程中可以看出，有些方程的解并不是用簡單的方法就可以計算出來，通常情況下要有很大的邏輯思維，要能夠?qū)⒍喾N方法在一起分析計算。用有限元法對已知的單元進(jìn)行離散，然后將每一個數(shù)據(jù)和不同的問題進(jìn)行結(jié)合求解，這是物理學(xué)上解決問題常用的方法。離散，顧名思義，就是指對待一個比較復(fù)雜的方程，要有能夠?qū)⑵浞纸庥嬎愕哪芰ΑＳ邢拊ò堰B續(xù)體離散成有限個單元。

3.有限元法在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用

有限元法在日常的生產(chǎn)生活中都有很廣泛的應(yīng)用。如今在機(jī)械設(shè)計中也有很廣泛的應(yīng)用。機(jī)械設(shè)計在機(jī)械制造過程中起到至關(guān)重要的作用，因?yàn)闄C(jī)械設(shè)計是整體工程的第一步。機(jī)械設(shè)計，顧名思義，首先要考慮的是設(shè)計，就是根據(jù)整體的零件大小，程度，應(yīng)用高度和范圍和整個工程的施工特點(diǎn)來制造最適合的方案和圖紙，不錯，機(jī)械設(shè)計對產(chǎn)品的尺寸大小，相對位置的計算等方面都有很大的要求，這時運(yùn)用有限元法大大的加快了運(yùn)算的速率，得到需要的數(shù)據(jù)。

4.有限元法的在機(jī)械設(shè)計中的具體應(yīng)用

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計方法為何會在如今的時代越來越被淘汰，究其原因可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計方法比較笨重，耗費(fèi)的人力物力較大，不能夠快速的完成工程項(xiàng)目，所以造成的工作效率不會很高，進(jìn)而大大的減少利潤增大了成本的消耗，而且，在成本上也會有很大的消耗，如果設(shè)計質(zhì)量不高，甚至?xí)匈r本的可能。造成這種結(jié)果的原因是傳統(tǒng)設(shè)計一般都是采用對比分析法，簡單來說，就是在幾個比較合理的方案中選擇一個最優(yōu)方案進(jìn)行設(shè)計，這樣看來設(shè)計具有很大的盲目性。同時選擇的方案也沒有一個十分精確的評價標(biāo)準(zhǔn)來衡量其優(yōu)劣情況。如何通過比較來進(jìn)行選擇呢，這就需要不斷地對比，修改，之后再重新確認(rèn)設(shè)計方案，由此可見，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計方法太過浪費(fèi)時間，而且在設(shè)計方案上不能做到別具一格，引人入勝。而這時就要引入有限元法，在機(jī)械設(shè)計中將有限元法融匯貫通。這樣的辦法可以大大優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)的效率，可以準(zhǔn)確的得到數(shù)據(jù)，也可以在得到數(shù)據(jù)的同時通過整體的調(diào)控分析來確定設(shè)計的合理性。另外，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)設(shè)計方案中往往忽略了機(jī)器設(shè)備自重性這個因素，所以對人力物力的損失很大。目前，在機(jī)械設(shè)計中有限元法應(yīng)用在如下幾個方面，首先是靜力學(xué)分析，顧名思義，可以說是在靜態(tài)下的應(yīng)用。當(dāng)整體的受力情況并不明顯的時候，可以說物體處于靜止或勻速運(yùn)動的時候，內(nèi)部存在的載荷不動或運(yùn)動的浮動特別小的時候，此時就可以用有限元法進(jìn)行靜態(tài)分析。其次是模態(tài)分析。模態(tài)分析，其實(shí)就是指載荷有位移之后的分析。當(dāng)物體處于運(yùn)動狀態(tài)時，而且內(nèi)部兩個接觸物體會有一定的接觸受力時，這時可以作用模態(tài)的動態(tài)分析和應(yīng)用有限分析法，這樣也可以準(zhǔn)確的得到數(shù)據(jù)，進(jìn)而完成機(jī)械設(shè)計。之后，在機(jī)械設(shè)計中還要在熱應(yīng)力方面上應(yīng)用有限元法。主要考慮到在機(jī)械設(shè)計中溫度的不同改變了內(nèi)部的應(yīng)力，所以需要有限元法進(jìn)行分析調(diào)整。

5.結(jié)語

篇3

1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法的發(fā)展過程及其面臨的形勢

1.1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方式的發(fā)展歷程

迎合科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計理念的重要要求，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計工作的現(xiàn)代化標(biāo)準(zhǔn)。同時要求機(jī)械設(shè)計的產(chǎn)品質(zhì)量得到保障，進(jìn)一步加快機(jī)械設(shè)計產(chǎn)業(yè)鏈條的生產(chǎn)速度，逐步摸索出了對現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的方法，形成了相關(guān)的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。將這樣的理論實(shí)踐基礎(chǔ)與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計向結(jié)合，形成了當(dāng)前的設(shè)計方法，也即現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法。由于機(jī)械設(shè)備的設(shè)計和設(shè)計方法存在已久，對于機(jī)械設(shè)計的形成，可以分為傳統(tǒng)設(shè)計方法和傳統(tǒng)設(shè)計理論，它的存在僅有100多年的歷史。由于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計方法存在著諸多的局限性，導(dǎo)致其已經(jīng)逐漸的推出了機(jī)械設(shè)計的歷史舞臺。隨著社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境的不斷發(fā)展，人們的生活水平也得到了顯著提升計算機(jī)科學(xué)也得到了廣泛地普及和應(yīng)用，以致人們對設(shè)計的要求更加的嚴(yán)格，這使得人們對現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理念的產(chǎn)生了巨大的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計方法向現(xiàn)代化的設(shè)計理念發(fā)展，全面利用優(yōu)化設(shè)計、計算機(jī)輔助設(shè)計和機(jī)械仿真模擬等方法進(jìn)行更加精確的計算和圖形顯示進(jìn)而使機(jī)械設(shè)計更加的人性化合理化。

1.2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計所面臨的形勢

對于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計來說它所面臨的主要形勢為：設(shè)計領(lǐng)域逐漸由單一性趨向于多元化發(fā)展，機(jī)械領(lǐng)域多學(xué)科滲透，機(jī)械設(shè)備的設(shè)計由單機(jī)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，從業(yè)人員由原來的單人擴(kuò)大到群體合作分工明確，產(chǎn)品的更新速度加快，出產(chǎn)的設(shè)計更加穩(wěn)定，面對當(dāng)今先進(jìn)的科技技術(shù)發(fā)展有進(jìn)一步對現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計理念提出了全新的設(shè)計要求。

2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法的特征

2.1 與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計方法的對比

對于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計過程我們可以把它分為：分析和方案優(yōu)化、評價修改、繪制圖樣和撰寫文件、問題綜述、產(chǎn)品需求調(diào)查、問題歸納定義。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計依賴于設(shè)計人員或者行業(yè)經(jīng)驗(yàn)以及類比，而當(dāng)今的機(jī)械設(shè)計則上升到理性邏輯以及系統(tǒng)的方式。由于傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計方法存在著很多的局限性：利用經(jīng)驗(yàn)類比進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，致使機(jī)械設(shè)計的水平低下；人員通過試湊的方式得到參數(shù)以致設(shè)計的指標(biāo)不準(zhǔn)；采取靜態(tài)假設(shè)為基礎(chǔ)，致使機(jī)械的設(shè)計成功率低，花費(fèi)較大，而且對于信息的反饋周期較長效率差。對于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計來說是以傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計為基礎(chǔ)進(jìn)行繼承和發(fā)展的，期間現(xiàn)代設(shè)計又將系統(tǒng)科學(xué)引入機(jī)械設(shè)計，這使得機(jī)械設(shè)計的技術(shù)水準(zhǔn)更加準(zhǔn)確，技術(shù)水平更為先進(jìn)。所需要設(shè)計的產(chǎn)品被視為一個總的系統(tǒng)，在CAD的基礎(chǔ)上使得從事設(shè)計的人員、計算機(jī)和現(xiàn)場工況等有充分的互相促進(jìn)；也就是把一個設(shè)計產(chǎn)品劃分為幾個部分，在當(dāng)今的設(shè)計理念和方法基礎(chǔ)上，在各部分獨(dú)自設(shè)計基礎(chǔ)上，最終協(xié)調(diào)配合，完成整個系統(tǒng)的設(shè)計。就目前而言，我們可以看出現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計技術(shù)是一門綜合性強(qiáng)、多學(xué)科交叉滲透的基礎(chǔ)科學(xué)，它將信息技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、設(shè)計方式、控制技術(shù)等通過系統(tǒng)的工程設(shè)計把它們更加有效的結(jié)合，最終通過系統(tǒng)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)整個機(jī)械設(shè)計技術(shù)的最有配置。

2.2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法分類

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的方法可從多層面多角度進(jìn)行劃分。

2.2.1.從機(jī)械的工程學(xué)角度分類：機(jī)械模具設(shè)計方法、機(jī)械材料設(shè)計方法等。

2.2.2.從其是否成熟得到應(yīng)用分類：應(yīng)用計算機(jī)數(shù)據(jù)設(shè)計、模型一優(yōu)化設(shè)計、機(jī)電一體化設(shè)計等：

2.2.3.從其涵蓋范圍的角度對現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法進(jìn)行分類：可分為狹義設(shè)計類和廣義設(shè)計類。

2.3.機(jī)械設(shè)計的兩類現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法

2.3.1.專業(yè)的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法

隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的不斷進(jìn)步和高速發(fā)展，由計算機(jī)系統(tǒng)專業(yè)從業(yè)人員和專業(yè)的機(jī)械設(shè)計人員共同協(xié)作開發(fā)設(shè)計的計算機(jī)應(yīng)用軟件，使的該應(yīng)用軟件可以快速準(zhǔn)確的反應(yīng)機(jī)械產(chǎn)品在工況中的損傷、失效以及破壞機(jī)理，根據(jù)這些數(shù)據(jù)定量出針對各零件和機(jī)械的動態(tài)行為的分析，形成穩(wěn)定的機(jī)械設(shè)計程序，即專業(yè)的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法。例如：摩擦學(xué)設(shè)計、強(qiáng)度設(shè)計和溫度場分析等。

2.3.2.通用的現(xiàn)代設(shè)計方法

伴隨著計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用與普及，為了進(jìn)一步使產(chǎn)品的設(shè)計滿足機(jī)械性能的需求，廠家在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計時需要應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和機(jī)械的輔助設(shè)計，這被稱為通用的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法。傳統(tǒng)的設(shè)計停留在靜態(tài)設(shè)計的水平上，基本依靠機(jī)械設(shè)計人員的經(jīng)驗(yàn)，對于設(shè)計產(chǎn)品的定量分析比較困難，對于產(chǎn)品完成后的工況不能有動態(tài)的反應(yīng)。而計算機(jī)輔助設(shè)計的產(chǎn)品是在隨機(jī)動態(tài)條件下完成的，定量設(shè)計是機(jī)械設(shè)計的發(fā)展方向。這些主要包括的內(nèi)容有可靠性、最優(yōu)化、專家系統(tǒng)、仿真和CAD圖形分析。

3.計算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計方法

CAD（ComputerAidedDesign，即計算機(jī)輔助設(shè)計）是計算機(jī)技術(shù)運(yùn)用于工程設(shè)計的產(chǎn)物，這項(xiàng)技術(shù)既發(fā)揮了計算機(jī)的快速運(yùn)算能力，也節(jié)省了工程制圖的時間成本，很大程度上使得工業(yè)設(shè)計的周期得到縮短，同時繪圖的精度也得到了很好的改善。使得工程設(shè)計人員有更多的精力放在相關(guān)的創(chuàng)意上，很好地解放了工程人員的大腦。考慮所設(shè)計產(chǎn)品整個生命周期的運(yùn)行工況，考慮其裁量強(qiáng)度以及各機(jī)械部分的損傷，通過有限元法以及數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法來達(dá)到整個產(chǎn)品設(shè)計的目標(biāo)，既極大地降低了設(shè)計時間，又保證了產(chǎn)品設(shè)計的可靠性。CAD作為一項(xiàng)計算機(jī)基礎(chǔ)上的新興技術(shù)，必然要以硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，軟件則需要有系統(tǒng)軟件，支撐軟件和應(yīng)用軟件三部分；其中系統(tǒng)軟件為了很大的統(tǒng)籌管理計算機(jī)資源，完成管理控制和數(shù)據(jù)通信的功能，支撐軟件則是為了便于軟件開發(fā)者開發(fā)應(yīng)用軟件，或者用戶依據(jù)自身需求對軟件進(jìn)行二次開發(fā)；應(yīng)用軟件是用戶或者開發(fā)者為了所確定的需求開研制的具有特定功能的程序。

而對于計算機(jī)輔助設(shè)計的機(jī)械設(shè)計來說，一般過程為：a）建立數(shù)學(xué)模型，常用的機(jī)械零件都有比較成熟的數(shù)學(xué)模型，對于沒有的，則首先要建立其模型；b）設(shè)計程序框圖，程序框圖則是人工設(shè)計及計算的步驟來實(shí)現(xiàn)；c）使用相應(yīng)的高級語言編程；d）調(diào)試，在經(jīng)過上一個步驟之后，還需要使程序進(jìn)行檢驗(yàn)性計算，甚至是邊界、轉(zhuǎn)折點(diǎn)的計算，要就與手算結(jié)果基本相符。

4.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的發(fā)展趨勢

4.1.智能化

隨著人工智能的快速發(fā)展，計算機(jī)輔助設(shè)計也隨之有了很大的進(jìn)步?；诜独评砗图s束滿足的工程設(shè)計新方法使得CAD軟件有了一定程度的智能性。而專家系統(tǒng)可以對于在設(shè)計周期中進(jìn)行方案綜合與設(shè)計評價。計算機(jī)技術(shù)在不斷地發(fā)展，而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計也在變得智能化、集成化。計算機(jī)正在變得日漸通用，不但可以用來進(jìn)行對于工程零件的機(jī)械設(shè)計，還可以經(jīng)由模型來描述機(jī)械產(chǎn)品的各種工況，在智能化的基礎(chǔ)上，為設(shè)計的工程零件的整個生命周期都有很好地把握。

4.2.注重環(huán)保

當(dāng)前，隨著環(huán)境問題正在變得日益嚴(yán)峻，人們的環(huán)保觀念也在變得越來越強(qiáng)。反映在工程設(shè)計行業(yè)中，人們開始逐步推行了綠色設(shè)計的環(huán)保理念，也即在整個工程設(shè)計周期中，注重所設(shè)計產(chǎn)品的環(huán)境屬性，在達(dá)到環(huán)保目標(biāo)后，盡量追求產(chǎn)品的功能可靠、質(zhì)量穩(wěn)定以及性價比等目標(biāo)。環(huán)保設(shè)計出的產(chǎn)品既要有所需功能，又要使得對人與環(huán)境的危害降至最低。環(huán)保設(shè)計理念是人與自然和諧相處，改造自然同時注意保護(hù)環(huán)境，這是科技發(fā)展的必然，這樣既能很好地控制企業(yè)的風(fēng)險，又能迎合消費(fèi)者的需求，增強(qiáng)市場競爭力。

5.結(jié)語

隨著計算機(jī)技術(shù)運(yùn)用于機(jī)械設(shè)計的不斷進(jìn)步，機(jī)械設(shè)計有了質(zhì)的變化，很好地結(jié)合了計算機(jī)技術(shù)的強(qiáng)大運(yùn)算能力與圖形處理技術(shù)，節(jié)省了人力，提高了工程設(shè)計的產(chǎn)品質(zhì)量，很好地減少設(shè)計時間，開發(fā)成本也得到了有效控制，在一定程度上使得產(chǎn)品的競爭力得到提高。計算機(jī)輔助設(shè)計的發(fā)展趨勢也變得智能化、注重環(huán)保、系統(tǒng)和量化；而隨著更深一步與計算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，機(jī)械設(shè)計的內(nèi)容正在變得更加豐富，而得到的產(chǎn)品也會更加的富有解放人力后的富有新意和精確。

參考文獻(xiàn)：

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【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計理論；設(shè)計方法；發(fā)展趨勢

自從我國加入WTO以來，我國制造業(yè)也開始向國際化水準(zhǔn)靠攏，市場競爭不斷升級，市場對機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、功能、性價比以及外形的多樣化和個性化提出了更高的要求，同時由于環(huán)境資源的制約，要求市場上有更多資源節(jié)約型、可持續(xù)發(fā)展的機(jī)械產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。這代表我們在新的市場形態(tài)中面臨著新的機(jī)遇，同時又存在著極大的危機(jī)。因此，提高我國制造業(yè)的生產(chǎn)水平，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，滿足國際化、動態(tài)化、環(huán)保化的高性能高質(zhì)量產(chǎn)品要求，成為時下我國制造業(yè)的一大重要任務(wù)。加強(qiáng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論方法的研究比以往任何時期都更加顯得十分重要。

1.我國現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論和方法的現(xiàn)狀

據(jù)2010 年統(tǒng)計，我國制造業(yè)的工業(yè)增加值已居世界第二位，這說明中國已經(jīng)成為世界制造大國，但遠(yuǎn)不是世界制造強(qiáng)國。 這是因?yàn)槲覈臋C(jī)械產(chǎn)品不僅缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)，缺乏自主創(chuàng)新產(chǎn)品，而且在產(chǎn)品的性能和質(zhì)量上與發(fā)達(dá)國家的差距較大。改革開放后，我國的機(jī)械設(shè)計水平雖然有較大的進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)的美德日等工業(yè)化強(qiáng)國相比，仍然相當(dāng)于他們六七十年代的水平。我國機(jī)械制造業(yè)的落后說明了我國在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計理論、方法和技術(shù)領(lǐng)域的落后，這也說明了加快發(fā)展我國機(jī)械產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計理論方法研究的重要性和緊迫性。

二十世紀(jì)八九十年代，我國機(jī)械行業(yè)為了打造“數(shù)字化”和“信息化”工廠，許多企業(yè)花巨資購買了世界高端的CAD/CAM/CAE 軟件，如AUTOCAD、PR0/E、UG、ANSYS和ADAMS 等，并培訓(xùn)了一大批機(jī)械設(shè)計人員。但很多企業(yè)在CAD 應(yīng)用的深度和廣度仍有很大局限性，他們僅僅是利用CAD 進(jìn)行工程繪圖，只實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計的“甩圖板”目的，而三維CAD/CAM/CAE、仿真設(shè)計等應(yīng)用卻很少。采用先進(jìn)的CAD 軟件進(jìn)行工程繪圖或做產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算，確實(shí)能減輕設(shè)計人員的工作強(qiáng)度，提高機(jī)械設(shè)計效率，但機(jī)械設(shè)計不等于計算，也不等于機(jī)械制圖加計算，它并不能從根本上解決中國目前機(jī)械設(shè)計水平低下的問題。在機(jī)械產(chǎn)品生命全周期中，由于設(shè)計成本只占制造總成本的3%左右，而設(shè)計階段決定了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、質(zhì)量、成本、可制造性、可維修性等主要性能指標(biāo)，所以設(shè)計階段決定了產(chǎn)品整個成本的70%左右，制造階段及后續(xù)其他相關(guān)階段只決定約30%的總成本。因此大力開展現(xiàn)代設(shè)計理論方法的研究，并把現(xiàn)代設(shè)計理論方法在我國制造業(yè)中推廣使用顯得非常有必要。

2.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法理論的范疇

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論和方法是對傳統(tǒng)設(shè)計方法的繼承、創(chuàng)新和發(fā)展，它是將機(jī)械技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和管理科學(xué)等有機(jī)地加以綜合，形成的一門多學(xué)科、多專業(yè)相互交融的系統(tǒng)設(shè)計科學(xué)。如果從系統(tǒng)的觀點(diǎn)分析，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論和方法又是一個由時間維、邏輯維、方法維組成的三維系統(tǒng)。時間維反映了產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和加工設(shè)計流程的時間順序；邏輯維是指解決問題的邏輯步驟，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計采取先分析、再綜合、然后評價、最后決策的步驟；方法維是指機(jī)械設(shè)計設(shè)計過程中的各種思維方法和工作方法?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計采用各種先進(jìn)的設(shè)計理論方法，使機(jī)械設(shè)計進(jìn)入優(yōu)質(zhì)、高效和創(chuàng)新的新時代?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計具有的范疇如下：（1）信息論方法。如信息分析法，技術(shù)預(yù)測等。（2）系統(tǒng)論法。如系統(tǒng)分析法，人機(jī)工程等。（3）控制論法。如動態(tài)分析法等。（4）優(yōu)化論法。它是現(xiàn)代設(shè)計法的目標(biāo)。（5）對應(yīng)論方法。如相似設(shè)計、反求工程設(shè)計等。（6）智能論方法。如CAD，計算機(jī)輔助分析等，它是現(xiàn)代設(shè)計方法的核心。（7）壽命論方法，如可靠性和價值工程等。（8）離散論方法。如有限元和邊界元方法。（9）模糊論方法。如模糊評價和決策等。（10）突變論方法。如創(chuàng)造性設(shè)計等，它是現(xiàn)代設(shè)計方法的基礎(chǔ)。（11）藝術(shù)論方法。如藝術(shù)造型等。

3.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法理論的特點(diǎn)

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計方法設(shè)計者是根據(jù)機(jī)械設(shè)計的任務(wù)和目標(biāo)，以生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為設(shè)計依據(jù)，運(yùn)用一些基本的設(shè)計計算理論，采用模擬、類比、試湊等方法進(jìn)行設(shè)計。由于試驗(yàn)和測試條件差、技術(shù)水平低，整機(jī)的性能分析也難以深入，因此新產(chǎn)品的研發(fā)往往需要經(jīng)多次試驗(yàn)和修改，從而造成產(chǎn)品設(shè)計時間長、耗費(fèi)大、所謂滿意往往帶有很大的主觀性等問題。而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論與方法是在多學(xué)科（思維科學(xué)、信息科學(xué)、系統(tǒng)工程、計算機(jī)技術(shù)等學(xué)科）支持下，研究機(jī)械設(shè)計規(guī)律、設(shè)計技術(shù)和工具、設(shè)計實(shí)施方法的工程技術(shù)科學(xué)，它具有下列特點(diǎn)：

（1）創(chuàng)新性。創(chuàng)新是一個國家和民族的靈魂，是生存、發(fā)展壯大的前提?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計依托的是先進(jìn)設(shè)計理論和設(shè)計工具，它能使設(shè)計者的創(chuàng)造性思維能力得到充分發(fā)揮，使設(shè)計者靈活運(yùn)用各種創(chuàng)造性的手法，開發(fā)出高質(zhì)量、低成本、服務(wù)優(yōu)且符合環(huán)保概念的產(chǎn)創(chuàng)新品。

（2）系統(tǒng)性。 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計注重用系統(tǒng)的觀點(diǎn)來看待設(shè)計問題它既考慮產(chǎn)品本身，還考慮對系統(tǒng)和環(huán)境的影響，即注重人-機(jī)-環(huán)境的大系統(tǒng)關(guān)系。

（3）動態(tài)性。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計只考慮產(chǎn)品的的靜態(tài)特性，而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計需要同時考慮產(chǎn)品的靜態(tài)和動態(tài)特性。

（4）前瞻性。在產(chǎn)品設(shè)計初期，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計不僅考慮產(chǎn)品生命周期的全過程和各個階段的性能要求，同時還考慮系統(tǒng)和環(huán)境的影響。這種具有前瞻性的設(shè)計可以讓人們及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的潛在缺陷，將可能發(fā)生的機(jī)械故障減小到最低程度，它能保證自然生態(tài)資源的平衡，實(shí)現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展。例如，電動汽車的出現(xiàn)就是一個反映現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計具有前瞻性的例證，在電動汽車設(shè)計過程中，設(shè)計人員既考慮了有關(guān)電動汽車的技術(shù)問題，又考慮了駕駛操作方便、乘客安全舒適以及動力燃料供應(yīng)、城市布局、道路發(fā)展規(guī)劃等社會問題。

（5）多學(xué)科理論和技術(shù)的交融性。 現(xiàn)代設(shè)計理論方法是一門新興的綜合叉學(xué)科，它交叉與融合了現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)、可靠性設(shè)計技術(shù)、有限元方法、計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)、工業(yè)造型設(shè)計等多種學(xué)科。例如，可靠性設(shè)計涉及產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、使用、管理、貯存、運(yùn)輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)，它是將概率與統(tǒng)計理論、失效物理和機(jī)械學(xué)等多種學(xué)科有機(jī)相結(jié)合起來的一門綜合性很強(qiáng)的科學(xué)。由于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論方法具有多學(xué)科理論和技術(shù)的交融性，因此現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計減小了傳統(tǒng)設(shè)計中經(jīng)驗(yàn)設(shè)計的盲目性和隨意性，提高了設(shè)計的主動性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

（6）并行化、自動化、計算機(jī)化。傳統(tǒng)設(shè)計方式是由許多部門用串行工作方法參與設(shè)計，由于信息是串行的，采用人工檢索資料、手工計算和繪圖，因此易造成大量返工，且質(zhì)量難保證，設(shè)計過程漫長?，F(xiàn)代設(shè)計方法是新理論與計算機(jī)應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物，采用計算機(jī)化后可進(jìn)行并行設(shè)計，可把人們的經(jīng)驗(yàn)、智慧和創(chuàng)造力與計算機(jī)高速運(yùn)算的功能有機(jī)地結(jié)合起來。隨著計算機(jī)軟硬件的發(fā)展以及工程數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，機(jī)械設(shè)計數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性大大提高，提高了工程技術(shù)人員的設(shè)計效率，設(shè)計手段也更加精確，設(shè)計方法更加現(xiàn)代化。

4.我國現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論和方法的發(fā)展方向

隨著市場需求的多元化與產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，我國現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論方法的發(fā)展也在不斷的發(fā)生變化。總體來說，我國現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論方法將在以下幾個方向進(jìn)行發(fā)展：（1）在性能上向高精度、高效率、智能化的方向發(fā)展；（2）在功能上向小型、輕型、多功能化方向發(fā)展；3）在層次上向集成化方向發(fā)展。具體來說，我國現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計理論方法的發(fā)展機(jī)械設(shè)計對象由單機(jī)走向系統(tǒng)，設(shè)計要求由單目標(biāo)走向多目標(biāo)，產(chǎn)品設(shè)計周期縮短；設(shè)計所涉及的領(lǐng)域由單一領(lǐng)域走向多個領(lǐng)域；產(chǎn)品設(shè)計由自由發(fā)展走向有計劃的發(fā)展；設(shè)計工作的人員從單人走向小組；設(shè)計的發(fā)展要適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展；綠色設(shè)計思想。

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關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

引言

高職教育主要是為生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線培養(yǎng)輸送高等技術(shù)應(yīng)用性人才。為此，學(xué)校的一切教學(xué)活動都必須圍繞實(shí)現(xiàn)“高等技術(shù)應(yīng)用性”人才培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行。高職實(shí)驗(yàn)課教學(xué)是高職實(shí)踐教學(xué)體系中重要組成部分，是培養(yǎng)高等技術(shù)應(yīng)用性人才的前沿陣地。 “機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)”作為機(jī)械類各專業(yè)教學(xué)計劃中的主干課程，在培養(yǎng)合格機(jī)械工程人才方面起著極其重要的作用，，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。因此，其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，不僅對學(xué)生鞏固所學(xué)知識、培養(yǎng)實(shí)踐和動手能力，而且對培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力都具有很重要的意義。

1.存在的問題

1.1教師方面

很多教師依舊采用陳舊的教學(xué)模式。在實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中，只是枯燥地演示。雖然有些教師很認(rèn)真、詳細(xì)、具體的編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，但是學(xué)生有依賴性，學(xué)生根據(jù)老師提供的操作步驟和方法，操作出大致相同的結(jié)果，編寫出步驟相同的實(shí)驗(yàn)報告。教師在編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書時，沒能將最新的技術(shù)動態(tài)通過操作技能訓(xùn)練體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教材上，使學(xué)生跟不上需求的發(fā)展步伐，遠(yuǎn)離生產(chǎn)實(shí)踐。

1.2學(xué)生方面

大部分學(xué)生對實(shí)驗(yàn)不夠重視，在操作實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐過程中，大部分學(xué)生的動手操作積極性、主動性不高，只草率地按要求完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書給的步驟，對于實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的提示或結(jié)果正確與否，為什么會出現(xiàn)這樣的結(jié)果想都不想，甚至有些學(xué)生等實(shí)驗(yàn)課快結(jié)束時，拿同學(xué)的實(shí)驗(yàn)報告來抄抄改改了事。

1.3學(xué)校方面

學(xué)校對實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏全程的監(jiān)督檢查，實(shí)驗(yàn)課的質(zhì)量，也只是簡單地表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)報告的上交。如果實(shí)驗(yàn)報告僅僅是抄抄實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，那就完全失去為了上實(shí)驗(yàn)課的意義。 所以，必須改革以往監(jiān)管手段，形成有全面考查學(xué)生綜合素質(zhì)能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

2.改革措施

2.1加強(qiáng)師資隊伍的建設(shè)

（1）構(gòu)建一支具有高職特色的“雙師型”教師隊伍。引進(jìn)有豐富企業(yè)工作經(jīng)歷的師資，對現(xiàn)有師資進(jìn)行培訓(xùn)，鼓勵專業(yè)教師到企業(yè)頂崗實(shí)踐，積累現(xiàn)場的工作經(jīng)歷，從而提高實(shí)踐教學(xué)能力。

（2）提高教師的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)水平。實(shí)驗(yàn)課教師也要經(jīng)常集體備課，而且，實(shí)驗(yàn)課的備課比理論課要求更加細(xì)致，要合理地設(shè)計實(shí)驗(yàn)，使用啟發(fā)式教學(xué)方法來引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，而不是讓學(xué)生按照我們制定好的操作步驟完成實(shí)驗(yàn)。

2.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革

高職實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容改革，是高職實(shí)踐教學(xué)改革的核心，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革必須堅持“三個基本原則”做到 “三個有利”?！叭齻€基本原則”即實(shí)驗(yàn)課教學(xué)內(nèi)容必須反映當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平，促進(jìn)生產(chǎn)發(fā)展，反映“高等技術(shù)應(yīng)用性”人才培養(yǎng)目標(biāo)和人才培養(yǎng)規(guī)格的需要“實(shí)際、實(shí)用、實(shí)踐、實(shí)效”。“三個有利”即有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，有利于全面提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，利于增強(qiáng)學(xué)生實(shí)際操作和實(shí)踐動手能力。開設(shè)具有應(yīng)用性、設(shè)計性、綜合性強(qiáng)的、體現(xiàn)現(xiàn)代先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，削減以驗(yàn)證理論為主的、內(nèi)容單一的實(shí)驗(yàn)。實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由“單一型”向“綜合型”轉(zhuǎn)變。

“機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)”課程的任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生掌握常用機(jī)構(gòu)和通用零件的基本知識、設(shè)計基本理論和方法，具有設(shè)計機(jī)械傳動裝置和簡單機(jī)械的能力，掌握運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關(guān)設(shè)計資料的能力。為使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課程教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的綜合技能訓(xùn)練，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力可以著重進(jìn)行下列綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)。

（1）機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案創(chuàng)新設(shè)計實(shí)驗(yàn)。在課程講授完各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性和設(shè)計方法之后，給學(xué)生提供的一個創(chuàng)新設(shè)計環(huán)節(jié)。其目的在于加深學(xué)生對機(jī)構(gòu)組成原理的認(rèn)識，進(jìn)一步掌握機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動特性和創(chuàng)新設(shè)計方法。

（2）機(jī)械傳動方案實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，了解傳動方案設(shè)計的多樣性及機(jī)械設(shè)計中常見測試方法，并通過多種方案的比較，擇其較好的方案。

（3）計算機(jī)輔助工程分析實(shí)驗(yàn)。加深學(xué)生對理論力學(xué)中靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)分析以及機(jī)械原理機(jī)構(gòu)等概念的理解，并初步了解機(jī)械動力學(xué)仿真軟件的應(yīng)用范圍及使用方法和動力學(xué)仿真的過程，開闊學(xué)生的視野。

2.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革

實(shí)驗(yàn)方法由“示范型”、“驗(yàn)證型”向“參與型”、“設(shè)計型”、“創(chuàng)新型”轉(zhuǎn)變。

（1）不同層次的學(xué)生，設(shè)計不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。要建立一種以能力培養(yǎng)型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。一方面，以學(xué)生為主體，采用“自主教學(xué)”教學(xué)法。教師必須根據(jù)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況來設(shè)計不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

（2）實(shí)驗(yàn)前精講實(shí)驗(yàn)過程和方法。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，改變以前那種教師講述一遍、操作一遍，讓學(xué)生按部就班地做一次的舊模式。采用實(shí)驗(yàn)前精講實(shí)驗(yàn)過程和方法，在上實(shí)驗(yàn)課時，把課上所有的時間留給學(xué)生，讓學(xué)生自己動手實(shí)踐所學(xué)的理論知識，并使學(xué)生掌握的理論知識升華為操作技能。讓學(xué)生真正地體會到實(shí)驗(yàn)的過程、目的和效果，最終達(dá)到做實(shí)驗(yàn)的目的。

（3）重視教師的指導(dǎo)作用。一次成功的實(shí)驗(yàn)是與教師的工程實(shí)踐能力和悉心的指導(dǎo)是分不開的，為此應(yīng)改變以前“集中指導(dǎo)的方式”為“集中與分段相結(jié)合式指導(dǎo)”，實(shí)驗(yàn)前針對具體的實(shí)驗(yàn)任務(wù)如何入手去做，通過教師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生解決初期入手難的問題。

2.4加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，創(chuàng)立機(jī)械創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，使其具有職業(yè)崗位場景特征、實(shí)用技術(shù)強(qiáng)化特征、行業(yè)及地域經(jīng)濟(jì)突出特征、體現(xiàn)能力本位特征等。充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的職能，在原有機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計陳列室的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充一些新型的機(jī)械和典型的機(jī)械模型和實(shí)物，在一些工礦企業(yè)收集各種典型的失效零部件和各種機(jī)械，為學(xué)生認(rèn)知零件的失效情況和學(xué)生親自動手裝拆機(jī)器，認(rèn)識和掌握各種傳動方式提供條件，實(shí)驗(yàn)室全天開放，便于學(xué)生參觀學(xué)習(xí)。創(chuàng)立“機(jī)械創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，組織學(xué)生參加開外科技活動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及動手能力，為學(xué)生以后能適應(yīng)工作崗位提供條件。

高職教育的最終目標(biāo)就是培養(yǎng)應(yīng)用技能型人才，院校實(shí)驗(yàn)室是實(shí)現(xiàn)教育與社會實(shí)踐相結(jié)合的發(fā)生器、整合機(jī)，反映高職院校辦學(xué)方向、教學(xué)資源和核心能力的本質(zhì)特征，意義十分重要。實(shí)驗(yàn)室要不斷充實(shí)與改進(jìn)培訓(xùn)內(nèi)容，改革培訓(xùn)方法，培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技術(shù)技能、獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]龐珊.《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)改革探討》

篇6

[關(guān)鍵詞]現(xiàn)代 機(jī)械設(shè)計 創(chuàng)新 特點(diǎn) 發(fā)展 研究

中圖分類號：F407 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）34-0338-01

隨著社會發(fā)展的迅速，且傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計存在很多弊端，因此傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計已經(jīng)無法在當(dāng)今社會繼續(xù)發(fā)展，被現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計所取代。為了能夠?qū)ξ覈臋C(jī)械制造業(yè)做出巨大的貢獻(xiàn)，促進(jìn)我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，必須不斷加強(qiáng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的創(chuàng)新力度。

1 傳統(tǒng)機(jī)械與現(xiàn)代機(jī)械的特點(diǎn)分析

1.1 傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計特點(diǎn)

機(jī)械設(shè)計經(jīng)過漫長的發(fā)展時期進(jìn)行了不斷變化與完善，直至今日我國的機(jī)械設(shè)計已形成了一個健全的設(shè)計體系，其廣泛應(yīng)用在社會各個領(lǐng)域。以往我國的機(jī)械設(shè)計由于受社會發(fā)展速度與生產(chǎn)力水平等諸多因素的影響，使得其發(fā)展速度只能靠長期以來的經(jīng)驗(yàn)來支持，所以導(dǎo)致其發(fā)展速度非常緩慢。為了避免這些錯誤的產(chǎn)生，常常依賴于從業(yè)人員的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，所以人們往往按部就班，從而忽略了創(chuàng)新意識的重要性，阻礙了機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新的步伐。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計存在很多問題，在實(shí)際投產(chǎn)后收到的回報較少。并且傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計嚴(yán)重降低了工程的施工效率，其操作過程非常煩瑣，耗時、耗力，給工作人員帶來了諸多的困難。

1.2 現(xiàn)代機(jī)械以及現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的特點(diǎn)

第一，高性能，結(jié)構(gòu)簡單。傳統(tǒng)機(jī)械要想在功能上做出改變，采取的辦法比較單一，只能將裝置與設(shè)備進(jìn)行改變才能實(shí)現(xiàn)。對比傳統(tǒng)機(jī)械發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代機(jī)械在革新方法這一方面顯得非常靈活，可以綜合使用結(jié)合后的技術(shù)，也可以從其他的方面入手，從而使結(jié)構(gòu)滿足科學(xué)化的特點(diǎn)。第二，效率高，降低了成本?，F(xiàn)代機(jī)械的工作時間與傳統(tǒng)機(jī)械相比較要節(jié)省許多，工作成果能夠被直觀看出，產(chǎn)品質(zhì)量也得到了充分的保證。第三，現(xiàn)代機(jī)械功能多，柔性高?，F(xiàn)代機(jī)械發(fā)展前景十分廣闊，涉及對象也較為廣泛，且機(jī)械方式也較為多元，例如在進(jìn)行機(jī)械操作的過程中，合理應(yīng)用電子通訊技術(shù)就可以有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)操作過程中所表現(xiàn)出來的不足。對比以往的機(jī)械設(shè)計而言，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的思路與理念都較為新穎獨(dú)特，由于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計具有多元化的特點(diǎn)，其本身所涉及的學(xué)科也非常多，并且關(guān)系到許多的行業(yè)，涵蓋了很多領(lǐng)域的研究成果，如思維科學(xué)、智能科學(xué)、哲學(xué)以及心理學(xué)等，不局限于機(jī)械專業(yè)的技術(shù)和理論知識，現(xiàn)代物理學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的重要理論也包含于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計之中。另外機(jī)械電子學(xué)與檢測技術(shù)等相關(guān)技術(shù)在自動化領(lǐng)域的研究成果中也發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計提供了有利依據(jù)$而對于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新而言，更加富有特色，這是傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計所無法相比的。

2 機(jī)械設(shè)計創(chuàng)新思維的特點(diǎn)介紹

創(chuàng)新思維，突出的就是一個“新”字，創(chuàng)新思維要求人們的思想活躍并富有創(chuàng)造力。在社會生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中，創(chuàng)新思維是必不可少的，它是一個被人們所廣泛接受和推崇的思維進(jìn)步過程。創(chuàng)新思維側(cè)重于思維的創(chuàng)新，具有一定的推理性#創(chuàng)造性、綜合性和多向性特點(diǎn)。重在打破傳統(tǒng)陳舊模式的限制，得出具有創(chuàng)造性價值的全新理論。然而在創(chuàng)新的過程中必須要注意一點(diǎn)，那就是創(chuàng)新不是臆造，不是憑空的想象，創(chuàng)新必須要以豐富的知識和經(jīng)驗(yàn)為前提，在實(shí)際操作的過程中，要求機(jī)械設(shè)計人員本身必須具備扎實(shí)的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計理論，要能夠整合現(xiàn)有資源逐步推進(jìn)創(chuàng)新的發(fā)展，要能夠從不同的角度和層面去進(jìn)行深度的思考，總結(jié)歸納出完整的機(jī)械設(shè)計的設(shè)計理念與技術(shù)方案。

3 完成現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計的措施

其一，加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫的管理。當(dāng)前，管理數(shù)據(jù)庫的軟件種類非常多，并且做好數(shù)據(jù)庫管理的工作對機(jī)械設(shè)計來說具有重要的意義$針對眼前的設(shè)計形式，需要一個能夠儲存大量數(shù)據(jù)并且管理方便的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，所以對數(shù)據(jù)庫的管理進(jìn)行不斷創(chuàng)新顯得極其重要，在建立數(shù)據(jù)庫的過程中，應(yīng)該按照機(jī)械設(shè)計的實(shí)際需求來進(jìn)行設(shè)計，最終創(chuàng)建出理想的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。其二，充分運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)開展機(jī)械設(shè)計是大勢所趨，在設(shè)計過程中有很多步驟都可以借助計算機(jī)制圖軟件來實(shí)現(xiàn)。在計算#畫圖以及設(shè)計等方面，CAD軟件是非常得力的助手。在軟件使用的過程中，設(shè)計人員可以自由地施展才華，設(shè)計的效率和精準(zhǔn)度也得到了全面的提高。CAD軟件主要包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件3個部分。而人是CAD軟件應(yīng)用的主體，需要注意的是，在運(yùn)用CAD軟件的過程中，必須要具備扎實(shí)的專業(yè)知識與設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，不能夠完全依賴軟件而不去調(diào)動思維，只有做到人腦與電腦的結(jié)合，才能靈活地運(yùn)用計算機(jī)設(shè)計出完美的作品。

4 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計的具體措施

4.1 加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫的管理

當(dāng)前的數(shù)據(jù)庫管理軟件種類繁多，在機(jī)械設(shè)計方面，數(shù)據(jù)庫管理發(fā)揮著非常重要的作用。為了滿足實(shí)際設(shè)計的需求，通常需要一個便于管理并且儲存量較大的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，因此必須加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫管理的創(chuàng)新，根據(jù)機(jī)械設(shè)計的實(shí)際需建立與之匹配的數(shù)據(jù)庫，以方便、準(zhǔn)確、科學(xué)地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而達(dá)到理想的管理效果。設(shè)計人員在機(jī)械設(shè)計過程中，必須要經(jīng)常性地查找有關(guān)的文獻(xiàn)與數(shù)據(jù)，如果說按照傳統(tǒng)方法逐一排查所消耗的時間過多，那么充分運(yùn)用計算機(jī)軟件所建立的龐大數(shù)據(jù)庫，則能夠快速搜索出想要的內(nèi)容，設(shè)計者只需將機(jī)械設(shè)計資料輸入到數(shù)據(jù)庫中就能夠建立起一個數(shù)據(jù)的存儲空間，并能迅速地分析和查找出所需要的資料，從而大大節(jié)省了時間。

4.2 充分運(yùn)用CAD軟件

充分運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)開展機(jī)械設(shè)計是大勢所趨，在設(shè)計過程中有很多步驟都可以借助計算機(jī)制圖軟件來實(shí)現(xiàn)。在計算、畫圖以及設(shè)計等方面，CAD軟件是非常得力的助手。在軟件使用的過程中，設(shè)計人員可以隨心所欲地施展才華，設(shè)計的效率和精準(zhǔn)度也得到了全面的提高。CAD軟件主要包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件3個部分。而人是CAD軟件應(yīng)用的主體，要注意的是，在運(yùn)用CAD軟件的過程中，必須要具備扎實(shí)的專業(yè)知識與設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，不能夠完全依賴軟件而不去調(diào)動思維，只有做到人腦與電腦的結(jié)合，才能靈活地運(yùn)用計算機(jī)設(shè)計出完美的作品。

5 結(jié)語

隨著新時期的到來，在這種新形勢下加強(qiáng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計的創(chuàng)新與特點(diǎn)研究顯得至關(guān)重要，其不僅影響著企業(yè)的自身發(fā)展，還關(guān)系到社會的發(fā)展，在很大程度上決定著社會經(jīng)濟(jì)的繁榮。對于創(chuàng)新而言，它是現(xiàn)代化機(jī)械中不可替代的重要組成部分，合理的創(chuàng)新能夠有效地提高機(jī)械性能。因此必須著眼于現(xiàn)在與未來的發(fā)展，找到當(dāng)前機(jī)械設(shè)計的不足，加以創(chuàng)新與完善，拓展工作人員的思維，最終提高機(jī)械設(shè)計的發(fā)展速度，促進(jìn)我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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篇7

關(guān)鍵詞：有限元法；機(jī)械設(shè)計；實(shí)際應(yīng)用

有限單元法有著模型精確以及便于工程軟件進(jìn)行處理等很多的優(yōu)勢，在機(jī)械結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計中得到了廣泛的認(rèn)可。在掌握彈性力學(xué)等機(jī)械結(jié)構(gòu)力學(xué)分析的基本原理的基礎(chǔ)上，可以應(yīng)用有限元法的相關(guān)原理解決相關(guān)問題，因?yàn)橛邢拊ú捎玫慕M裝方法，使得每一個步驟都能夠容易的實(shí)現(xiàn)計算機(jī)軟件的模塊化，有利于計算機(jī)軟件的實(shí)現(xiàn)，使得相關(guān)的機(jī)械設(shè)計成果得到了優(yōu)化，還能夠維持機(jī)械機(jī)構(gòu)良好的運(yùn)行性能，而且在此基礎(chǔ)上不斷發(fā)展，能夠使得自己的能力得到大幅提高。

1 有限元法的基本內(nèi)容及其平面應(yīng)用

1.1 有限元技術(shù)特點(diǎn)

因?yàn)橛邢拊夹g(shù)的實(shí)用與通用的能力，其相關(guān)聯(lián)應(yīng)用越來越廣泛的被應(yīng)用，與此同時，有限元技術(shù)整體也比較的成熟，它的計算能力以及相關(guān)的處理能力都比較的杰出，也更加造成了人們對該技術(shù)的熱愛。雖然在很多的設(shè)計中都有所應(yīng)用，但是其特點(diǎn)并不復(fù)雜，一般是以下幾點(diǎn)：第一，在機(jī)械產(chǎn)品上，對械產(chǎn)品進(jìn)行多場耦和以及機(jī)構(gòu)等分析，并能夠合理處理復(fù)合材料、土壤物質(zhì)、巖石甚至是金屬材料，具有非常杰出的適用性；第二，可以針對數(shù)據(jù)的修正需求，做好相關(guān)工作，因?yàn)樗梢宰詣踊倪M(jìn)行自檢網(wǎng)絡(luò)求解精度以及單元形態(tài)，為機(jī)械設(shè)計保持完整的開發(fā)環(huán)境，使得操作人員可以依據(jù)自己的需要，利用自定義功能，進(jìn)行靈活多變的設(shè)計、擴(kuò)充軟件；第三，有限元技術(shù)和多個CAD軟件實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)互通”，也就是有著非常緊密的連接，通過CAD軟件制作的相應(yīng)配件或機(jī)構(gòu)配合有限元軟件集成使用，能夠?qū)⒃撆浼驒C(jī)構(gòu)合理劃分有限元網(wǎng)格進(jìn)行合理的分析與設(shè)計，與此同時，還要注意相關(guān)的調(diào)整工作。

1.2 板殼問題的有限元法

作為彈性力學(xué)別經(jīng)典的問題之一的板殼問題，是利用有限元法的一個小的鋪墊，他主要包括兩個問題，即薄板彎曲問題以及殼體問題，之所以沒有厚板問題，是因?yàn)閷τ诤癜?，目前為止還沒有便于解決工程問題的分析方法，而薄板，已經(jīng)通過一些計算，進(jìn)行了假定，建立了一套完整的理論，在殼體問題上要特別的注意設(shè)置的計算假定。在了解了相關(guān)方法后，列出相關(guān)問題進(jìn)行求解，這里不再贅述。

1.3 平面問題有限元法的實(shí)施步驟

對于平面問題使用有限元法時的主要步驟，主要按照以下的順序進(jìn)行：首先將結(jié)構(gòu)離散化，也就是要將計算對象進(jìn)行離散化，即把結(jié)構(gòu)劃分為許多三角形單元，并對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號，最后確定全部節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值是多少；其次是選擇單元位移模式，這里需要對單元進(jìn)行編號，并列出各單元三個節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號；第三個步驟是，對單元剛度進(jìn)行分析，計算外載荷的等效節(jié)點(diǎn)力，列寫結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)載荷列陣，這是很關(guān)鍵的一部，否則數(shù)據(jù)將出現(xiàn)大面積的錯誤，不利修改；第四步是將等效節(jié)點(diǎn)力計算出來，具體做法是計算各單元的常數(shù)b1、c1、b2、C2、b3、c3及行列式2，計算單元剛度矩陣；第五部署進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)平衡方程的建立，對結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣進(jìn)行組集；第六步要引入邊界的約束條件，與此同時，處理約束，消除剛移；第七步需要特別的細(xì)心，它需要一定程度上的求解，要求解未知的節(jié)點(diǎn)位移以及單元應(yīng)力，利用求解線性方程組，得到節(jié)點(diǎn)位移；最后一步也是非常關(guān)鍵的一步，整理計算結(jié)果，利用計算應(yīng)力矩陣，求得單元應(yīng)力，并根據(jù)需要計算主應(yīng)力和主方向。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析的有限元法

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)固有的特性的有限元分析

機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率和固有振型求解是模態(tài)分析的關(guān)鍵。求解固有頻率和振型的方法主要有振型截斷法、矩陣逆迭代法、里茨法、廣義雅可比法等。對于一個連續(xù)體結(jié)構(gòu)，其固有頻率有無萌限多階。在有限元中，結(jié)構(gòu)被離散成小的單元，固有頻率的階次就是有限的。但是，對于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，單元的數(shù)目可能數(shù)以萬計，由這些單元形成的動力學(xué)方程組的規(guī)模很龐大，其特征方程的階次通常會很高。在有限元中，經(jīng)常只求解結(jié)構(gòu)的低階模態(tài)。另外，同樣規(guī)模的特征值問題，其計算量比靜力問題的計算量要高出幾倍。因此，如何降低特征值問題的計算規(guī)模、減少計算量是一個重要的課題。如下介紹求解特征值問題的振型截斷法（即Guvan縮聚原理）。對于一個機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)其靜力學(xué)問題的整體剛度方程為K×q=P

2.2 有限元技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的優(yōu)化工作

在機(jī)械設(shè)計中應(yīng)用有限元法，需要優(yōu)化多方面的工作，下面總結(jié)出以下的方面進(jìn)行詳細(xì)分析：在機(jī)械設(shè)計中應(yīng)用有限元技術(shù)需要簡化設(shè)計模型，將一些不影響整體力學(xué)分析的部分在機(jī)械設(shè)計的過程中去掉，并按照機(jī)械工程材料相關(guān)要求，對工程材料進(jìn)行相關(guān)定義，從應(yīng)變、楊氏模量等多個方面進(jìn)行思考后選擇；再根據(jù)力學(xué)性質(zhì)，確定接觸條件，使用高副運(yùn)動還是低副運(yùn)動等；再根據(jù)受載荷狀況確定收斂方法。這樣一系列的工作完成之后，可以確定材料的主要參數(shù)，再根據(jù)前文介紹的選擇單元類型，進(jìn)行相關(guān)的工作，例如對主要的機(jī)械設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)合有限元技術(shù)的分析等，要注意在以上的工作當(dāng)中還要注意機(jī)械精度設(shè)計與相應(yīng)的監(jiān)測與檢測，確保機(jī)械設(shè)計成果與機(jī)械精度有著合理的關(guān)系，最后對載荷進(jìn)行有限元法的處理。

2.3 機(jī)械結(jié)構(gòu)動力學(xué)有限元案例舉例

機(jī)械結(jié)構(gòu)動力學(xué)有限元分析主要有兩種方法，即固有頻率求解以及動響應(yīng)求解，其中在富有頻率求解時，利用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行求解，分為以下幾個步驟：首先選單元，并創(chuàng)建有限元模型，之后對相應(yīng)地點(diǎn)引入約束，進(jìn)行相應(yīng)的求解，對計算結(jié)果進(jìn)行結(jié)果后處理；當(dāng)動響應(yīng)求解時，要利用ANSYS的瞬B響應(yīng)分析求解程序可以確定結(jié)構(gòu)在承受任意的隨時間變化荷載的結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)，具體做法是，首先選中單元，對有限元模型進(jìn)行創(chuàng)建，之后引入約束，進(jìn)行相應(yīng)的計算求解，最后利用上面的到的數(shù)據(jù)，繪制好響應(yīng)曲線。

3 結(jié)語

實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析的需求，合理選取彈性力學(xué)的基本理論、覆蓋彈性力學(xué)的基本方程和典型結(jié)構(gòu)的彈性力學(xué)基本解法。根據(jù)機(jī)械動力學(xué)與振動分析的需求，利用機(jī)械動力學(xué)基本原理，分析動力學(xué)有限元；要想利用好在有限元法原理，應(yīng)該由淺入深，從三角形單元入手，直至復(fù)雜的等參數(shù)單元。同時還對有限元形函數(shù)理論進(jìn)行了了歸納梳理，將單元形函數(shù)構(gòu)造的基本原理掌握，并快速擴(kuò)展有限元中的單元特性知識。利用板殼有限元、動力學(xué)有限元等相關(guān)技術(shù)，全面地掌握并提高結(jié)構(gòu)分析的主要單元類型的能力，還要學(xué)會ANSYS等程序。有限元分析方法，優(yōu)化和改進(jìn)機(jī)械設(shè)計，使其滿足剛度、強(qiáng)度和應(yīng)力要求，并把產(chǎn)品應(yīng)用到各行各業(yè)中。

參考文獻(xiàn)

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篇8

計算機(jī)輔助設(shè)計在機(jī)械設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用，有利于提升學(xué)生的空間想象能力，加深學(xué)生對機(jī)械設(shè)計知識的掌握程度，并且還能豐富學(xué)生的資料收集內(nèi)容。

（1）提升學(xué)生的空間想象能力。隨著計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)了多種三維CAD設(shè)計軟件，利用這些軟件對機(jī)械零件進(jìn)行建模并展示給學(xué)生，可以使學(xué)生在頭腦中形成對機(jī)械零件結(jié)構(gòu)的空間認(rèn)識，這是傳統(tǒng)二維工程圖所無法比擬的。

（2）加深學(xué)生對機(jī)械設(shè)計知識的掌握程度。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計教學(xué)模式一般是老師在講臺上講，學(xué)生拿著課本坐在下面學(xué)，即使借助了一些多媒體教學(xué)課件，也沒有從根本上改變學(xué)生被動學(xué)習(xí)的模式。利用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)，老師可以將典型零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計步驟一步步地展示給學(xué)生，在這個過程中，還可以通過滲透，讓學(xué)生通過對老師步驟的模仿來提高他們的設(shè)計能力。以筆者所在的高職院校為例，上課時老師將自己的電腦桌面投影到大屏幕上，然后通過實(shí)例操作對三維CAD設(shè)計軟件的功能應(yīng)用進(jìn)行了演示，例如，如何創(chuàng)建草圖、如何對草圖執(zhí)行拉伸和旋轉(zhuǎn)操作等，通過老師的實(shí)例演示，學(xué)生對三維設(shè)計軟件的掌握水平明顯提高。

（3）豐富學(xué)生的資料收集內(nèi)容。以往的機(jī)械設(shè)計資料都是一些二維工程圖紙，不僅難以收集，而且不利于保存。在應(yīng)用了計算機(jī)輔助設(shè)計后，學(xué)生可以對一些典型機(jī)械零件和結(jié)構(gòu)的設(shè)計資料、模型和數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，從而為學(xué)生后續(xù)的機(jī)械設(shè)計學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

2.計算機(jī)輔助設(shè)計在機(jī)械設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐

在當(dāng)前機(jī)械相關(guān)專業(yè)的教學(xué)過程中，通常都會涵蓋一些典型機(jī)械產(chǎn)品及零部件的設(shè)計過程教學(xué)，如齒輪變速箱、剪切機(jī)等，我們可以在結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)模式優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過對計算機(jī)輔助設(shè)計的應(yīng)用，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量和效率。下面以剪切機(jī)的設(shè)計過程教學(xué)為例進(jìn)行詳細(xì)說明。第一，可以參考“工程力學(xué)”中剪切機(jī)的簡化模型進(jìn)行初步的計算機(jī)輔助設(shè)計訓(xùn)練，通過對簡化模型的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以初步掌握剪切機(jī)的工作原理及其中各部件的連接關(guān)系。第二，學(xué)生在充分掌握剪切機(jī)簡化模型的基礎(chǔ)上，就可以通過應(yīng)用三維CAD設(shè)計軟件對各部件分別進(jìn)行建模。

第三，學(xué)生可以進(jìn)一步在三維CAD軟件中建立一個裝配環(huán)境，然后將第二步所建立的各部件模型導(dǎo)入進(jìn)來，最后再根據(jù)剪切機(jī)模型中各部件間的連接關(guān)系進(jìn)行虛擬裝配，并定義好部件之間的連接傳動副。第四，在裝配模型已建立好的基礎(chǔ)上，可以應(yīng)用軟件對其運(yùn)動進(jìn)行仿真和分析。第五，還可以借助一些CAE軟件對所建模型進(jìn)行應(yīng)力和應(yīng)變的分析，學(xué)生通過本步驟的學(xué)習(xí)，能夠?qū)B桿各部位的應(yīng)力、應(yīng)變情況有一個清晰的理解，這比傳統(tǒng)設(shè)計教學(xué)中的受力分析更直觀易懂，同時也可通過對分析結(jié)果的解析，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識到各個設(shè)計參數(shù)變化對剪切機(jī)受力變化情況的影響，從而為后續(xù)進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。因?yàn)榧羟袡C(jī)模型可以簡化為一個典型的連桿傳動機(jī)械裝置，其傳動關(guān)系也比較簡單，再加上實(shí)物模型的輔助，學(xué)生易于接受和學(xué)習(xí)，從而可以使學(xué)生由易到難、由簡到繁，實(shí)現(xiàn)計算機(jī)輔助設(shè)計技能的逐步提高。

3.結(jié)束語

篇9

1.1積極引導(dǎo)中職生快速切人設(shè)計主題在講授《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程的設(shè)計時,要想確保中職生可以快速地領(lǐng)會設(shè)計教學(xué)的內(nèi)容和思想,就要求教師要以最快的速度切人到設(shè)計課的主題上來,而在布置給中職生學(xué)習(xí)任務(wù)的時候,教師要盡可能對這些任務(wù)進(jìn)行細(xì)化,如有可能,應(yīng)量化成為中職生每天完成的工作程度和詳細(xì)步驟。舉例說明:對于減速器的課程設(shè)計,教師可以通過分組形式讓中職生先參觀減速器,以對它形成一個直觀的了解,在此基礎(chǔ)上再將設(shè)計的思路、方法以及步驟進(jìn)行反復(fù)地講解,同時充分地運(yùn)用著課程的設(shè)計指導(dǎo)書這一輔助材料來幫助中職生逐步地完成前期化的設(shè)計工作,進(jìn)人到設(shè)計的主題中來。中職生要嚴(yán)格地按照設(shè)計任務(wù)書當(dāng)中的規(guī)定任務(wù)按時地完成。在后期的設(shè)計過程中,盡量確保時間的充裕,避免出現(xiàn)時間分配不合理的現(xiàn)象,更要防止因時間緊迫而出現(xiàn)剿竊、抄襲的情況,從而使設(shè)計質(zhì)量得到全面保證。

1.2全面提高中職生的綜合設(shè)計能力在《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程的整體設(shè)計過程當(dāng)中,教師要因材施教地針對不同中職生的具體情況采取分組設(shè)計的模式,在各個小組內(nèi)部認(rèn)定一名組長,這名組長組織本組學(xué)生相互討論和學(xué)習(xí),如果遇到困難的時候可以先通過小組討論的方式給予解決,這種模式的優(yōu)點(diǎn)就在于可以提升中職生的思考能力和合作能力,并且能夠?qū)⒆晕矣^念和認(rèn)知全面融進(jìn)到整個的設(shè)計當(dāng)中,取長補(bǔ)短。小組當(dāng)中無法得以解決的問題可以拿到最后的大討論當(dāng)中來給予解決。這樣,雖然學(xué)生人數(shù)多,但是在小組討論中就能解決很多問題,教師指導(dǎo)起來針對性就會加強(qiáng)。在設(shè)計過程中,學(xué)生的思考問題能力和綜合設(shè)計能力都會得到很大的鍛煉和提高,為以后的機(jī)械設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。

1.3鼓勵創(chuàng)新,大膽設(shè)計中職生在進(jìn)行設(shè)計的過程中,教師要隨時激勵他們進(jìn)行大膽的想象,不怕想象錯誤,只怕中職生沒有想法。教師在對中職生設(shè)計的評價過程中,時刻對于那些有著創(chuàng)新思想的學(xué)生給予積極性的鼓勵,這些都是為了確保中職生能夠真正地形成獨(dú)立創(chuàng)新的能力,這些能力的養(yǎng)成對于他們未來的生存、工作和發(fā)展都具有實(shí)際化的幫助和意義。

2小結(jié)

篇10

[關(guān)鍵詞] 課程設(shè)計；三維模型設(shè)計；UG軟件

[作者簡介] 梁永江，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程講師，工學(xué)碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計與制造教學(xué)和設(shè)計，廣西 柳州，545006

[中圖分類號] G42 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）03-0079-0002

《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》是高職院校機(jī)械專業(yè)設(shè)置的一項(xiàng)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，是學(xué)生首次運(yùn)用機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)及其他先修課程的理論知識解決工程實(shí)際問題的實(shí)踐。通過課程設(shè)計，學(xué)生可初步掌握簡單機(jī)械裝置的設(shè)計方法和步驟，可以了解機(jī)械設(shè)計的一般程序，熟悉和掌握機(jī)械設(shè)計的基本方法及步驟，學(xué)會查找和運(yùn)用有關(guān)技術(shù)信息及資料，逐步培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力和增強(qiáng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的工程設(shè)計能力。

一、高職高專機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的現(xiàn)狀

目前，高職院校機(jī)械類及近機(jī)械類專業(yè)課程設(shè)計一般采用減速器為設(shè)計對象，設(shè)計題目一般為單級直齒圓柱齒輪減速器。設(shè)計內(nèi)容包括電動機(jī)選型、傳動方案選擇、v帶傳動設(shè)計、傳動零件設(shè)計、強(qiáng)度校核、減速器箱體設(shè)計、螺栓連接選型、鍵連接選型、方式設(shè)計、附件設(shè)計等。設(shè)計的工作量為減速器裝配圖一張、齒輪和軸類零件工作圖各一張、設(shè)計計算說明書一份。以往的教學(xué)方式也一直沿用傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計方法：計算、查資料、圖板或Autocad繪圖。整個過程要求學(xué)生思路清晰，基礎(chǔ)知識尤其是二維制圖讀圖基本功扎實(shí)，但由于高職高專的學(xué)生理論基礎(chǔ)與綜合能力相對較薄弱，設(shè)計計算、分析、繪圖能力相對較差，很多學(xué)生在繪圖的過程當(dāng)中對基本的三視圖關(guān)系解讀困難，在工程制圖時對設(shè)計中零部件內(nèi)容，裝配關(guān)系不了解，導(dǎo)致信心不足及后面的胡編亂造、抄襲、敷衍了事，達(dá)不到課程設(shè)計的最終目的。

二、在課程設(shè)計中使用三維設(shè)計軟件的可行性和必要性

隨著CAD/CAM 技術(shù)的飛速發(fā)展和日益普及，基于三維模型的設(shè)計已日益發(fā)展和成熟，高職高專近機(jī)類的專業(yè)，在開設(shè)機(jī)械設(shè)計課程及計算機(jī)輔助繪圖的同時，也開設(shè)了三維軟件如Pro/E、UG、Catia等課程。筆者多年來從事機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)及三維設(shè)計軟件教學(xué)，從多年的教學(xué)反饋來看，由于基于三維模型的設(shè)計相對直觀，解決了令很大一部分學(xué)生讀圖識圖的困難，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣很高。從教學(xué)的效果來看，學(xué)生用三維軟件進(jìn)行課程設(shè)計是完全可行的。但由于課程設(shè)置和學(xué)時編排困難等原因造成機(jī)械設(shè)計與三維設(shè)計軟件課程的教學(xué)始終沒有有效地結(jié)合起來。一方面，學(xué)生在做課程設(shè)計時普遍感覺抽象，很多學(xué)生感覺困難甚至放棄，從而出現(xiàn)設(shè)計抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，教學(xué)效果甚微的情況。另一方面，學(xué)生學(xué)完三維軟件后也沒有有效地加以實(shí)踐。因此，應(yīng)將三維軟件應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計的課程設(shè)計甚至是后期的畢業(yè)設(shè)計，可以在很大程度上提高高職高專學(xué)生對課程設(shè)計的積極性，實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計的最終目的，也能將三維設(shè)計軟件有效應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計，培養(yǎng)出能適應(yīng)CAD/CAM 技術(shù)的飛速發(fā)展、適應(yīng)企業(yè)新技術(shù)快速發(fā)展的高技能人才。

三、UG軟件為機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計提供的功能

（一）三維實(shí)體建模與修改

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計強(qiáng)調(diào)邊計算、邊修改、邊畫圖的三邊設(shè)計過程，畫圖與計算修改是互相補(bǔ)充，交叉進(jìn)行的，一些零件的尺寸可以通過經(jīng)驗(yàn)公式獲得，但有一些零件的尺寸則需要通過畫圖、即裝配后根據(jù)結(jié)構(gòu)才能確定。如減速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，因?yàn)橄潴w中大部分尺寸的確定都是和其他零件尤其是軸系零件安裝定位的整體設(shè)計要求相關(guān)聯(lián)的，很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的設(shè)計錯誤卻難以發(fā)現(xiàn)的情況，發(fā)現(xiàn)后修改也相當(dāng)困難，有時甚至需要重新畫圖。

UG軟件的裝配建模是用于產(chǎn)品的模擬裝配，支持“由底向上”和“由頂向下”的裝配方法。即在裝配過程中可以直接建立和編緝組件，一邊裝配一邊建立組件，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題并進(jìn)行修改，所有修改直接反映到組件部件文件；也可以獨(dú)立創(chuàng)建單個組件部件，然后添加到裝配體中，一旦對組件部件進(jìn)行了修改，所有引用該組件的裝配體自動更新。這就為機(jī)械設(shè)計的邊畫圖邊修改的交叉進(jìn)行提供了技術(shù)便利。

（二）裝配與拆裝動畫

UG軟件的裝配爆炸圖能將裝配體中的組件沿指定的方向和距離偏離原來的實(shí)際裝配位置，用來表達(dá)裝配體中各組件的裝配關(guān)系。此外，UG軟件提供的裝配序列可以使用戶控制一個裝配體的裝配和拆卸順序，并可以創(chuàng)建動畫模擬組件的安裝和拆卸過程。教師可以在指導(dǎo)設(shè)計過程當(dāng)中應(yīng)用裝配爆炸圖對減速器箱體中的零件裝配關(guān)系進(jìn)行很輕松的講解，學(xué)生做完設(shè)計后也可以對成果進(jìn)行裝配演示，極大程度改變了傳統(tǒng)的二維設(shè)計中學(xué)生不理解，教師不知如何教的現(xiàn)狀。

（三）出具裝配及零件的二維工程圖

課程設(shè)計的難點(diǎn)是在裝配圖的繪制上，學(xué)生由于空間與平面的思維轉(zhuǎn)換能力不足，不管是手工繪圖還是Autocad繪圖，常出現(xiàn)讀圖制圖困難的情況。而UG軟件的二維工程圖紙可以由三維模型自動生成，且圖紙嚴(yán)格地與三維模型相關(guān)，設(shè)計的三維模型有修改會及時反映到二維工程圖中，輔助學(xué)生進(jìn)行三維與二維之間的轉(zhuǎn)換，從而也鞏固和提高了學(xué)生的二維平面圖的讀圖制圖能力。

四、運(yùn)用UG軟件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計的實(shí)施辦法和建議

教師在課程設(shè)計中所起的作用主要是引導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識進(jìn)行設(shè)計，教會學(xué)生查資料的方法，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力及與其他小組成員協(xié)同合作的能力。減速器的零件設(shè)計中，很多零件是標(biāo)準(zhǔn)件，教師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用設(shè)計軟件的外掛建立如螺栓螺母齒輪的三維模型，以減輕學(xué)生建立零件的負(fù)擔(dān)，從而將更多的精力放在結(jié)構(gòu)設(shè)計上。

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計最終要以一定的設(shè)計結(jié)果表現(xiàn)出來，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計要求學(xué)生最終上交的設(shè)計結(jié)果材料包括設(shè)計說明書、一張減速器裝配圖和若干張零件圖，設(shè)計成績的評定多數(shù)是以只看圖紙的方式，而運(yùn)用UG軟件輔助進(jìn)行的課程設(shè)計最大的弊端與多數(shù)應(yīng)用計算機(jī)輔助繪圖一樣，很容易發(fā)生學(xué)生之間互相抄襲的現(xiàn)象。所以，在設(shè)計時應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行分組，每組學(xué)生給定不同的數(shù)據(jù)。此外，設(shè)計成績的評定方式，采用成果匯報及答辯、平時設(shè)計表現(xiàn)相結(jié)合的方式。答辯過程中師生間的相互交流是教師評定設(shè)計質(zhì)量高低最有效的手段。通過答辯老師能夠發(fā)現(xiàn)總結(jié)設(shè)計過程中所存在的問題，同時也是學(xué)生自我檢驗(yàn)的最有效的方式，通過答辯鍛煉了學(xué)生的語言組織和表達(dá)能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生宏觀地看待問題的能力和總結(jié)能力。

五、結(jié) 語

在CAD/CAM技術(shù)迅猛發(fā)展的形勢下，高職高專的機(jī)械設(shè)計教學(xué)方式也要相應(yīng)地進(jìn)行改革與創(chuàng)新，在課程設(shè)計中運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計方法，進(jìn)一步開闊學(xué)生工程設(shè)計思路，提高學(xué)生工程設(shè)計水平與設(shè)計創(chuàng)新能力，能夠很大程度地激發(fā)高職高專學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計的興趣，全方位提高機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出真正意義上的高技能技術(shù)人才。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 段成燕，劉喜平，等.基于應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)模式下機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計教學(xué)的探討[J].價值工程，2010，（29）.