发布时间：2023-03-17 18:03:55
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的电子机械工程论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词:机械工程;创新设计;教学改革
在现有国内高职学校的机械专业中,很少有关于机械设计创新的课程,致使很多从该专业毕业的学生尽管具备相关的基础知识却难以从事创新的设计。在科学技术日新月异的今天,中国要想由“制造大国”转变为“创造强国”,职业教育应走在教育的前列。因此在《机械工程基础》课程教学中加强对学生创新意识、创新能力和实践能力的培养,是机械专业教学的一个重要环节。为了适应形势的发展,给学生创造良好的创新才能发挥环境,由教育部负责组织的全国大学生机械创新设计大赛,以大赛为载体,在引导学生课外科技活动,促进学生“教中学、学中做、做中学”方面起到了积极的推动作用。笔者结合教学与指导学生参加比赛经验,谈谈在《机械工程基础》教学中如何培养学生的创新思维。
一、以培养创新能力为主线设置课程内容
众所周知,一个产品的优劣关键在于设计,而设计的本质在于创新。但是,传统《机械工程基础》课程只注重向学生传授基础理论知识,而忽略了工程意识和创新能力的培养,致使许多学生学完了课程,仍然对机械没有一个完整的认识。因此教学课程的内容设置要保证学生创新能力的培养,必须把能力培养放在首位,以新的思维方式创造性地解决问题,提高未来职业变化的应变能力。为此,我们对《机械工程基础》课程进行改革,新增机械创新设计教学内容,建立以培养学生的工程意识和创新设计能力为主的新体系。
按照高职机械类大学生创新能力培养的目标以及历次创新大赛的比赛要求,我们把课程分为理论授课和实践操作两部分。理论部分的内容主要介绍机械学科发展的新方向、新内容,讲解创新设计的方法,培养学生创新设计能力,向学生提供创新思维方法,通过大量实际机械创新设计的示例分析,开阔学生的思路,拓宽学生的知识面和视野,激励学生的学习欲望,调动学生的积极性,提高学生的独立工作和解决实际问题的能力。为达到上述要求,新增机械创新课程的内容包括:①机械创新方法与大学生创新能力体系结构;②创新产品的市场调研与开发;③创新产品的方案设计;④CAD软件在创新设计中的应用;⑤机械产品机电一体化系统设计的实现;⑥创新产品的制造。学生通过《机械工程基础》创新设计课程的学习,不仅要掌握这些阶段所需的基本理论知识,还应掌握其现代设计的基本方法,创新设计的基本思路。因此需要明确课程在培养学生工程意识和综合创新设计能力方面的任务。如机械原理课程由传统的以机构分析为主转向以培养学生综合能力为主,突出机构设计的思想,加强机械运动方案设计的内容,强化机电一体化思路,介绍气、液、电驱动的机构和机电一体化的执行机构,以开阔学生的思路。
实践操作部分是让学生进行创新设计的初步训练,培养学生的创新设计能力、产品开发和制作能力。比如软件知识、电脑仿真技术、动画模拟、产品的市场调研和前景分析、制作产品的先进加工方法、与人沟通和演讲技巧、团结协作精神等。让学生有动手训练机会,学生以组为单位在教师指导下,亲自参与到产品的设计制作与过程中,使他们在实践中学习,在学习中再实践,将“教中学、学中做、做中学”落实到实处,有效弥补了学生在知识应用及动手能力上的不足,极大地调动了学生的学习积极性和主动性。
二、发挥教师主导与学生主体作用,营造培养创新能力的环境
教师应该激发和培养学生自主学习、自主创新的积极性,激发学生主动参与课堂教学,成为课堂的主人,变“要我学”为“我要学”,让学生积极主动地参与教学的全过程。教师对每堂课的教学过程,从头到尾要精心设计,别出心裁,努力尝试将问题教学法、情景教学法、范例教学法、探索教学法等多种教学方法引入课堂,向学生讲授创造性思维、创造原理、常用创新技法、机械创新设计方法及创新设计典型实例分析等内容;让学生了解机械领域发展的现状和趋势,找出有创意的机械产品进行分析,让学生感到新奇独特;激发学生对周围所熟悉的问题或物品进行分析、探索,使学生打破思维定势,提出改进的思路。比如,机械设计课程改革了过去仅罗列常用零部件的繁杂内容,建立以机械传动方案设计、机械零部件的工作性能设计、类比设计、改造设计和创新设计的授课内容,学生在老师的引导下,应用先进的计算机辅助设计软件,进行执行机构和传动机构的运动分析、动力分析的仿真与方案比较,以及零部件的三维造型设计,不仅可以大大节省分析计算和方案比较时间,而且直观、形象、准确,还可以提高学生的空间想象力,这样激发了学生创新设计的兴趣。在导学上下工夫,注重学习方法的指导,教会学生思维方法,对典型的有创意的产品进行拆装实验,分析其创新点,总结创新的思路和方法,完成小论文、研究报告、创新作品。学生对这些问题充满好奇和求知欲,因此会积极地去发现问题、提出问题、解决问题。学生在这种环境中充分发挥自己的想象力,激发创新设计的兴趣和欲望,提高了创新设计的能力。
三、课程教学特点
1.课程采取理论与实践相结合的方式,突出综合应用能力训练
学生既要学习理论知识,又要主动去动脑筋想方案,更要亲自动手,全方位锻炼自己的能力。如为培养学生机构创新设计的能力,我们开设了“机构系统综合实验”。学生可将自己创新设计的执行机构系统的方案,通过搭接组装,使创新设计的方案模型化、实体化,并可验证方案的可行性。再如,为提高学生对机械系统的总体认识,我们开设了“机械系统方案综合实验”。学生自行设计、自己动手完成包括原动机、传动装置和执行机构的简单机械系统的组装,形成一个完整的机械系统的概念。学院数控加工教学中心承担了机械创新设计大赛的大部分作品制作工作,制作中的简单零件,由学生在教学中心的钳工车间依靠有经验的师傅辅助完成,较复杂的零件,自己首先编写好数控加工程序,在具体操作师傅的监督下,在数控车床、数控铣床上完成加工。同时,加工师傅协助学生完成加工零件的工序设计、检测方法设计和装配的调整等工作。作品的制作锻炼了学生的动手能力和对工艺知识的理解。
2.改进作业内容与考核方式
针对过去侧重典型零部件分析的机械设计作业,我们改为以设计为主的简单机械设计训练。学生通过调查、查阅资料,设计出了多种具有实际价值的作品,如汽车用千斤顶、单一螺旋千斤顶、手动剥壳器、脚踏式拖把拧干器、灭火拖把等。通过各种方案的设计比较,学生不仅掌握了传动方案的设计方法,开阔了眼界,同时培养了创新设计的能力。课程结业时,最后提交的作业是小组集体创作的完整的方案设计书或作品,由教师进行评比和打分。评选方式与国家组织的机械创新大赛相同,要求有:书面的设计计划书,内容涵盖作品的创新点、设计计算说明书、产品市场定位、开发产品的市场前景等;电脑制作的产品仿真动画图、CAD制作装配图、三分钟视频讲解;小组答辩,接受教师和专家的提问等等。最后评出一、二、三等奖,再给出创新学分。不对学生进行传统的书面考试,而是采取让学生以组为单位交一份“作业”,内容是学生自主设计或制作一件作品,既让学生在轻松的气氛中学习,又启发和调动了学生主动学习的积极性,锻炼他们的动手能力,提高他们的创新意识和创新能力。
3.训练学生的团队合作精神
我们强调要团结协作,要求学生分组学习,组成4～5人的团队,小组成员不受班级的限制,男女搭配,但必须是相同的专业,分工协作。各团队在队长的领导下,开展与设计有关的各项工作,如设计方案讨论分析、方案的工艺计算、设计结构的讨论等等,这样可以让学生在设计中得到充分交流。因为每一名学生都不可能很完美,但也不可能是一无是处,只要运用好每个人的长处,精诚团结,饱含创新的热情,拥有那份自信,团员之间相互沟通协作,那么这个团队的工作效率就是最高的,完成项目过程的可操作性强的概率就大,同时学生能力在团队中得到尽情施展。团队合作的基础之一就是建立信任,要建设一个具有凝聚力并且高效的团队,第一个且最为重要的一个步骤,就是建立信任。团队的精神是平时一点一滴积累的,团队精神就是团结、协调。只有拥有团队精神,一个团队才能集思广益,凝聚一起,那么作任何事都会事半功倍。队长要懂得如何分工协调,他不仅要求自己进步,还要做到整个团队所有成员共同进步。为了这个目标,团队所有成员必须营造一个有利于学习讨论的和谐环境,在一次次讨论后同学们的思路越来越清晰,方案越来越完善,大家心往一处想,劲往一处使,相互鼓励,那么在这个团队面前就没有克服不了的困难。
培养学生创新思维的途径还有很多,教师在教学中要根据不同的课程、不同的知识点灵活运用、合理选择。当然,任何一种方法都不是万能的,但只要教师转变教育观念,用创新培养创新,用创新激发创新,及时捕捉和诱发学生学习中出现的灵感,一切从培养学生的创新思维出发,学生的创造能力就一定能得到提高。
参考文献:
[1] 陈洁营,马慧勇.论大学生创新能力培养[J].中国成人教育,2008,(4).
[2] 李志江.机械制造工艺基础教学方法探讨[J].考试周刊,2008,(51).
关键词：问题； 先进制造技术； 前沿科学； 应用前景
论文
制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%~55%。在一个国家的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术的竞争。其竞争能力最终体现在所生产的产品的市场占有率上。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国政府都非常重视对先进制造技术的研究。
1 当前制造科学要解决的问题
当前制造科学要解决的问题主要集中在以下几方面：
（1）制造系统是一个复杂的大系统，为满足制造系统敏捷性、快速响应和快速重组的能力，必须借鉴信息科学、生命科学和社会科学等多学科的研究成果，探索制造系统新的体系结构、制造模式和制造系统有效的运行机制。制造系统优化的组织结构和良好的运行状况是制造系统建模、仿真和优化的主要目标。制造系统新的体系结构不仅对制造企业的敏捷性和对需求的响应能力及可重组能力有重要意义，而且对制造企业底层生产设备的柔性和可动态重组能力提出了更高的要求。生物制造观越来越多地被引入制造系统，以满足制造系统新的要求。
（2）为支持快速敏捷制造，几何知识的共享已成为制约现代制造技术中产品开发和制造的关键问题。例如在计算机辅助设计与制造(CAD／CAM)集成、坐标测量(CMM)和机器人学等方面，在三维现实空间(3-Real Space)中，都存在大量的几何算法设计和分析等问题，特别是其中的几何表示、几何计算和几何推理问题；在测量和机器人路径规划及零件的寻位(如Localization)等方面，存在C-空间
(配置空间Configuration Space)的几何计算和几何推理问题；在物体操作(夹持、抓取和装配等)描述和机器人多指抓取规划、装配运动规划和操作规划方面则需要在旋量空间(Screw Space)进行几何推理。制造过程中物理和力学现象的几何化研究形成了制造科学中几何计算和几何推理等多方面的研究课题，其理论有待进一步突破，当前一门新学科--计算机几何正在受到日益广泛和深入的研究。
（3）在现代制造过程中，信息不仅已成为主宰制造产业的决定性因素，而且还是最活跃的驱动因素。提高制造系统的信息处理能力已成为现代制造科学发展的一个重点。由于制造系统信息组织和结构的多层次性，制造信息的获取、集成与融合呈现出立体性、信息度量的多维性、以及信息组织的多层次性。在制造信息的结构模型、制造信息的一致性约束、传播处理和海量数据的制造知识库管理等方面，都还有待进一步突破。
（4）各种人工智能工具和计算智能方法在制造中的广泛应用促进了制造智能的发展。一类基于生物进化算法的计算智能工具，在包括调度问题在内的组合优化求解技术领域中，受到越来越普遍的关注，有望在制造中完成组合优化问题时的求解速度和求解精度方面双双突破问题规模的制约。制造智能还表现在：智能调度、智能设计、智能加工、机器人学、智能控制、智能工艺规划、智能诊断等多方面。
这些问题是当前产品创新的关键理论问题，也是制造由一门技艺上升为一门科学的重要基础性问题。这些问题的重点突破，可以形成产品创新的基础研究体系。
2 现代机械工程的前沿科学
不同科学之间的交叉融合将产生新的科学聚集，经济的发展和社会的进步对科学技术产生了新的要求和期望，从而形成前沿科学。前沿科学也就是已解决的和未解决的科学问题之间的界域。前沿科学具有明显的时域、领域和动态特性。工程前沿科学区别于一般基础科学的重要特征是它涵盖了工程实际中出现的关键科学技术问题。
超声电机、超高速切削、绿色设计与制造等领域，国内外已经做了大量的研究工作，但创新的关键是机械科学问题还不明朗。大型复杂机械系统的性能优化设计和产品创新设计、智能结构和系统、智能机器人及其动力学、纳米摩擦学、制造过程的三维数值模拟和物理模拟、超精度和微细加工关键工艺基础、大型和超大型精密仪器装备的设计和制造基础、虚拟制造和虚拟仪器、纳米测量及仪器、并联轴机床、微型机电系统等领域国内外虽然已做了不少研究，但仍有许多关键科学技术问题有待解决。
信息科学、纳米科学、材料科学、生命科学、管理科学和制造科学将是改变21世纪的主流科学，由此产生的高新技术及其产业将改变世界的面貌。因此，与以上领域相交叉发展的制造系统和制造信息学、纳米机械和纳米制造科学、仿生机械和仿生制造学、制造管理科学和可重构制造系统等会是21世纪机械工程科学的重要前沿科学。
2．1 制造科学与信息科学的交叉--制造信息科学
机电产品是信息在原材料上的物化。许多现代产品的价值增值主要体现在信息上。因此制造过程中信息的获取和应用十分重要。信息化是制造科学技术走向全球化和现代化的重要标志。人们一方面对制造技术开始探索产品设计和制造过程中的信息本质，另一方面对制造技术本身加以改造，以使得其适应新的信息化制造环境。随着对制造过程和制造系统认识的加深，研究者们正试图以全新的概念和方式对其加以描述和表达，以进一步达到实现控制和优化的目的。
与制造有关的信息主要有产品信息、工艺信息和管理信息，这一领域有如下主要研究方向和内容：
(1) 制造信息的获取、处理、存储、传递和应用，大量制造信息向知识和决策转化。
(2) 非符号信息的表达、制造信息的保真传递、制造信息的管理、非完整制造信息状态下的生产决策、虚拟管理制造、基于网络环境下的设计和制造、制造过程和制造系统中的控制科学问题。
这些内容是制造科学和信息科学基础融合的产物，构成了制造科学中的新分支--制造信息学。
2．2 微机械及其制造技术研究
微型电子机械系统(MEMS)，是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的完整微型机电系统。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS的发展将极大地促进各类产品的袖珍化、微型化，成数量级的提高器件与系统的功能密度、信息密度与互联密度，大幅度地节能、节材。它不仅可以降低机电系统的成本，而且还可以完成许多大尺寸机电系统无法完成的任务。例如用尖端直径为5μm的微型镊子可以夹起一个红细胞；制造出3mm大小能够开动的小汽车；可以在磁场中飞行的像蝴蝶大小的飞机等。MEMS技术的发展开辟了技术全新的领域和产业，具有许多传统传感器无法比拟的优点，因此在制造业、航空、航天、交通、通信、农业、生物医学、环境监控、军事、家庭以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。
微机械是机械技术与电子技术在纳米尺度上相融合的产物。早在1959年就有科学家提出微型机械的设想，1962年第一个硅微型压力传感器问世。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60~120μm的硅微型静电电动机，显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构并与集成电路兼容制造微小系统的潜力。微机械技术有可能像20世纪的微电子技术那样，在21世纪对世界科技、经济发展和国防建设产生巨大的影响。近10年来，微机械的发展令人瞩目。其特点如下：相当数量的微型元器件(微型结构、微型传感器和微型执行器等)和微系统研究成功，体现了其现实的和潜在的应用价值；多种微型制造技术的发展，特别是半导体微细加工等技术已成为微系统的支撑技术；微型机电系统的研究需要多学科交叉的研究队伍，微型机电系统技术是在微电子工艺的基础上发展的多学科交叉的前沿研究领域，涉及电子工程、机械工程、材料工程、物理学、化学以及生物医学等多种工程技术和科学。转贴于
目前对微观条件下的机械系统的运动规律，微小构件的物理特性和载荷作用下的力学行为等尚缺乏充分的认识，还没有形成基于一定理论基础之上的微系统设计理论与方法，因此只能凭经验和试探的方法进行研究。微型机械系统研究中存在的关键科学问题有微系统的尺度效应、物理特性和生化特性等。微系统的研究正处于突破的前夜，是亟待深入研究的领域。
2．3 材料制备／零件制造一体化和加工新技术基础
材料是人类进步的里程碑，是制造业和高技术发展的基础。每一种重要新材料的成功制备和应用，都会推进物质文明，促进国家经济实力和军事实力的增强。21世纪中，世界将由资源消耗型的工业经济向知识经济转变，要求材料和零件具有高的性能以及功能化、智能化的特性；要求材料和零件的设计实现定量化、数字化；要求材料和零件的制备快速、高效并实现二者一体化、集成化。材料和零件的数字化设计与拟实仿真优化是实现材料与零件的高效优质制备／制造及二者一体化、集成化制造的关键。一方面，通过计算机完成拟实仿真优化后可以减少材料制备与零件制造过程中的实验性环节，获得最佳的工艺方案，实现材料与零件的高效优质制备／制造；另一方面，根据不同材料性能的要求，如弹性模量、热膨胀系数、电磁性能等，研究材料和零件的设计形式。进而结合传统的去除材料式制造技术、增加材料式覆层技术等，研究多种材料组分的复合成形工艺技术。形成材料与零件的数字化制造理论、技术和方法，如快速成形技术采用材料逐渐增长的原理，突破了传统的去材法和变形法机械加工的许多限制，加工过程不需要工具或模具，能迅速制造出任意复杂形状又具有一定功能的三维实体模型或零件。
2．4 机械仿生制造
21世纪将是生命科学的世纪，机械科学和生命科学的深度融合将产生全新概念的产品(如智能仿生结构)，开发出新工艺(如生长成形工艺)和开辟一系列的新产业，并为解决产品设计、制造过程和系统中一系列难题提供新的解决方法。这是一个极富创新和挑战的前沿领域。
地球上的生物在漫长的进化中所积累的优良品性为解决人类制造活动中的各种难题提供了范例和指南。从生命现象中学习组织与运行复杂系统的方法和技巧，是今后解决目前制造业所面临许多难题的一条有效出路。仿生制造指的是模仿生物器官的自组织、自愈合、自增长与自进化等功能结构和运行模式的一种制造系统与制造过程。如果说制造过程的机械化、自动化延伸了人类的体力，智能化延伸了人类的智力，那么，"仿生制造"则可以说延伸了人类自身的组织结构和进化过程。
仿生制造所涉及的科学问题是生物的"自组织"机制及其在制造系统中的应用问题。所谓"自组织"是指一个系统在其内在机制的驱动下，在组织结构和运行模式上不断自我完善、从而提高对于环境适应能力的过程。仿生制造的"自组织"机制为自下而上的产品并行设计、制造工艺规程的自动生成、生产系统的动态重组以及产品和制造系统的自动趋优提供了理论基础和实现条件。
仿生制造属于制造科学和生命科学的"远缘杂交"，它将对21世纪的制造业产生巨大的影响。
仿生制造的研究内容目前有两个方面：
2．4．1 面向生命的仿生制造
研究生命现象的一般规律和模型，例如人工生命、细胞自动机、生物的信息处理技巧、生物智能、生物型的组织结构和运行模式以及生物的进化和趋优机制等；
2．4．2 面向制造的仿生制造
研究仿生制造系统的自组织机制与方法，例如：基于充分信息共享的仿生设计原理，基于多自律单元协同的分布式控制和基于进化机制的寻优策略；研究仿生制造的概念体系及其基础，例如：仿生空间的形式化描述及其信息映射关系，仿生系统及其演化过程的复杂度计量方法。
机械仿生与仿生制造是机械科学与生命科学、信息科学、材料科学等学科的高度融合，其研究内容包括生长成形工艺、仿生设计和制造系统、智能仿生机械和生物成形制造等。目前所做的研究工作大多属前沿探索性的工作，具有鲜明的基础研究的特点，如果抓住机遇研究下去，将可能产生革命性的突破。今后应关注的研究领域有生物加工技术、仿生制造系统、基于快速原型制造技术的组织工程学，以及与生物工程相关的关键技术基础等。 3 现代制造技术的发展趋势
20世纪90年代以来，世界各国都把制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，如美国的先进制造技术计划AMTP、日本的智能制造技术（IMS）国际合作计划、韩国的高级现代技术国家计划(G--7)、德国的制造2000计划和欧共体的ESPRIT和BRITE-EURAM计划。
随着电子、信息等高新技术的不断发展，市场需求个性化与多样化，未来现代制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、绿色集成化、全球化的方向发展。
当前现代制造技术的发展趋势大致有以下九个方面：
(1) 信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，现代制造生产模式会获得不断发展。
(2) 设计技术与手段更现代化。
(3) 成型及制造技术精密化、制造过程实现低能耗。
(4) 新型特种加工方法的形成。
(5) 开发新一代超精密、超高速制造装备。
(6) 加工工艺由技艺发展为工程科学。
(7) 实施无污染绿色制造。
