发布时间：2022-03-17 07:23:15
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篇的机械系统设计论文样本，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。
机械设备是工业自动化生产设施，用其取代人工参与生产活动具有实用性特点，帮助企业解决高难度生产操作任务。随着工业生产与制造规模扩大化，机械设备工作期间产生的能耗系数越来越大，这与机械传动系统效能存在直接关系。对机械传动产生影响的主要因素有：（1）结构因素。当前，机械设备已广泛应用于不同领域，在工业制造与生产中发挥重要作用，自动化控制系统是主要模式。不同机械设备对内部结构要求不一样，机械传动能耗系数过大，很大一部分原因是由于内部结构不合理，机械零部件配合系数低，导致整台设备运行速率地下。机械传动有带传动、链传动、齿轮传动等不同方式，若传动结合组合不科学则会影响工作效率。（2）操作因素。实际应用阶段，操作人员掌控设备方法不标准，容易造成机械零部件损耗过大，传动系统运行带来的能耗量过大。例如，数控机床操作人员对主轴控制不稳定，传动部件启动后出现磨损，整台机床工作效能将受到很大的影响。对于手动机械来说，人工操作水平直接决定机械传动作业效率，一旦出现失误则会增大能耗系数。（3）保养因素。除了日常使用外，后期保养对机械系统功能也有很大的影响，也是降低系统能耗系数的一大原因。机械化工程普及背景下，机械设备取代人工操作是必然趋势，长期依赖机械设备也导致荷载量大增、故障率提高、维修次数增多。而后期保养措施不当将增加传动系统的能耗指标，对人员及设备安全构成威胁。
2机械传动系统节能设计方法
机械传动系统是机械系统的核心构成，传动机构的工作效率对整个机械设备运行有直接性影响。为了顺序现代机械工程改造要求，必须要提出切实可行的节能设计改造方案，维持机械工程运行速率的稳定性。结合常见的机械传动方式，其节能设计改造方法：（1）齿轮传动。齿轮传动是依靠主动齿轮依次拨动从动齿轮来传递动力的，齿轮传动节能设计的要点是保证齿轮瞬时角速度比始终保持稳定。定轴齿轮系在工作时所有齿轮的回转轴线固定不变。设计人员可根据齿轮传动类型详细设计，以最优齿轮组合方式执行传动工作。例如，从零部件耗损率控制角度考虑，设计改造时可按照两齿轮传动时的相对运动为平面运动、空间运动，再将其分为平面齿轮传动、空间齿轮传动，选择最高效的方式作为机械设备动力来源，减少了齿轮啮合磨损。（2）蜗轮蜗杆传动。涡轮蜗杆传动效率偏低，且零部件磨损较大，长时间运行会出现不同程度的故障问题，阻碍了机械设备的稳步运行。在节能改造设计中，可用专用工具安装或拆卸，禁止用锤子敲击减速机部件；根据公差配合要求装配蜗轮输出轴；严格采用原厂配备的齿轮和蜗轮蜗杆进行成对更换；在空心轴上涂红丹油或防粘剂，防止配合面积垢和过度磨损产生的生锈。（3）带传动。机械设备选用带传动系统具有安装便捷、易操控等特点，但是带传动长时间处于高速、高温旋转状态下，易容易出现断裂、耗损等问题。节能设计中，需对主动轮、从动轮、环形带等进行优化设计，进而提高传动机构的稳定性。（4）链传动。链传动由主动链轮、从动链轮和环形链条组成，环形链条作为中间挠性件装在平行轴上，动力和运动的传递依靠链轮轮齿与链条的啮合动作完成。一般来说，链传动节能设计与改造需注意链条、链轮的高效搭配。例如，链传动工作时，为了便于链条联成环形时内、外链板正好相接，链接数一般取偶数；为了便于链接的啮合，链轮轴面齿形两侧应设计成圆弧状；链传动接头处需要用开口销或弹簧夹夹紧。链传动节能设计要考虑传动机构形式，合理控制小链齿轮数量，小链齿轮数尽量多一些。
3机械传动系统防护设计
机械工程快速发展趋势下，人们对机械系统结构组合形式展开深入研究，如何在满足机械系统工作性能前提下，通过优化系统结构以实现节能化控制，这是现代机械科技改造的先进趋势。机械传动系统防护也是节能改造设计的一部分内容，可综合防范机械故障发生带来的异常损耗。（1）齿轮传动。传动系统是机械设备的核心部分，能够为整台装备提供足够的动力来源，维持内部元器件持续运转。为了保证传动系统工作的连续性和稳定性，避免传动系统零部件产生异常工况造成的危险事故，齿轮传动机构必须安装全封闭的防护装置。（2）皮带传动。动力是维持一切机器设备运行的基本条件，传动系统是机械设备创造动力的根源。皮带传动装置可以采用全封闭型防护装置或带有金属骨架的防护网，也可以采用防护栏杆，从而保证皮带传动的耐用性和连续性。（3）联轴器。除了对机械设备直接性的改造设计，还要注重设备使用后期的综合养护，才可不断延长设备的使用寿命。联轴器需要加装防护罩，确保其在工作时不被破坏，从而延长使用寿命，比如Ω型防护罩；安全联轴器可以保证其在工作时没有突出的部分，确保联轴器的工作安全。
4结束语
戴庆辉1958年生于河北省枣强县，1982年以所学专业课全优的成绩毕业于华北电力大学，留校任教。1990年任设计专业教研室主任。1999年受聘大学教授和研究生导师。2000年至今任现代工业工程研究所主任。他是长年辛勤工作在我国高等教育第一线的教师。
恪守职责行胜于言
戴庆辉已从事高校教学工作30年，恪守职责是他在教学工作中的首要信条。执教以来，他主讲过研究生课程5门，《现代设计理论与方法》、《技术战略与创新》、《现代工业工程》、《数值分析》和《创新设计》。主讲过本科生课程12门，现主讲《机械系统设计》、《电力机械》和《工业工程概论》等。
课堂教学追求卓越。2000年他负责并主研的“机械系统设计现代化教学的研究与实践”荣获“河北省教学成果三等奖”；2002年他独立完成的“专业课教学的创新与实践”荣获“河北省高教科研成果二等奖”。同年他主讲的专业主干课《机械系统设计》被评为“河北省优秀课程”，2003年转为首批“省级精品课程”。这是全校最早获此荣誉的专业课。2007年该课程在河北省第二轮精品课程建设评估中再次斩获“省级精品课程”殊荣。
实践教学力争一流。截至目前，他已指导过27届毕业设计和23届校外生产实习，还指导了大量的课程设计和上机实习。他非常重视对学生能力的培养。1990年他指导的毕业设计“火电厂大型泵与风机节能调速装置”，被原能源部评为一等奖，并在全国电力高校优秀毕业设计中名列第一。近年来，他领导教学团队创建了工业工程专业实验室，建成了适于专业教学的现代化“微型工厂”，使实验开出率达到教学大纲要求的100%；还全力配合校工程训练中心，成功获得了“国家级实验教学示范中心”。他潜心指导创新实践，于2012年带领学生获国家发明专利2项：“多能源联合发电装置”；“一种车流碾压发电装置”。
爱岗敬业业精于勤
戴庆辉早在1991年就荣获全校首届青年教师讲课比赛一等奖；1996年荣获“河北省‘三育人’标兵”；1997年荣获“河北省优秀教师”；2008年荣获大学“教学优秀特等奖”，2009年荣获“河北省高等学校教学名师”。
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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。
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关键词：普通机床 数控改造 结构设计 精度 郑州论文 开题报告
一、课题概述、背景及意义
工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、fmc、fms外，还包括在产品开发中推行cad、cae、cam、虚拟制造以及在生产管理中推行mis(管理信息系统)、cims等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重(数控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年已达20.8%，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。
微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。① 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 ②可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。③ 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。④ 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。⑤ 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条派生的好处如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力(一个人可以看管多台机床)，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。此外，机床数控化还是推行fmc(柔性制造单元)、fms(柔性制造系统)以及cims计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。机床数控化改造有以下优点：①节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。②性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。③提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。
目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3%。我国大量的普通机床应用于生产第一线，用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求，所以必须大力提高机床的数控化率。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能;另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±0.01，已能满足加工零件的精度要求。这几年，国家加大了对这类机床的改造力度，国防科工委更是推行了万台机床数控化计划，车床、铣床的数控化改造需求量很大。本课题以普通车床的数控改造为例，研究机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，机床改造后性能与精度的分析以及控制精度的措施等，普通车床应用微机控制系统进行改造数控改造后，可以提高工艺水平和产品质量，减轻操作者的劳动强度。基于上述分析，本课题的研究具有较高的现实意义。
二、主要研究内容
1.普通车床数控改造方案的确定，进行总体设计。
2.对普通车床数控改造进行结构设计与计算，包括主轴进给系统设计、机床纵、横进给伺服系统的设计等。
3. 对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。
4. 根据进给系统的控制原理模型，对影响伺服系统系统的因素进行分析。
5. 对影响伺服传动精度的因素齿轮传动精度、滚珠丝杠副传动精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。
6. 对影响伺服元件伺服精度的因素步进电机步矩角精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。
三、拟解决的关键问题
1. 普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算。
2. 对经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。
3. 根据进给系统的控制模型，分析系统的误差来源及影响系统精度的因素。
4. 设计步进电机细分驱动电路，提高伺服进给系统的控制精度。
四、拟解决方案及关键技术
1. 普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算内容包括：确定系统的负载，运动部件惯量计算，步进电机的选择，滚珠丝杠副的选择和计算、滚珠丝杠副的刚度验算等。
2. 对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。
3. 根据伺服进给系统控制原理模型，分别对伺服驱动元件的伺服精度、伺服机械传动元件传动精度进行分析，分析影响经济型数控车床定位精度主要因素。
4. 在伺服进给系统控制电路中加入步进电机细分驱动设计，改善步矩角特性，提高经济型数控车床的定位精度。
五、创新点
1. 运用机电一体化系统设计思路与方法进行普通车床数控改造的结构设计，在设计上达到有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙;便于操作和维修。
2. 从经济型数控车床的控制原理模型分析影响整个系统精度的关键因素，分析影响机床机床定位精度的各项误差来源，提出相应的改进方法并应用于机床结构设计中。
3. 运用步进电机细分驱动技术，设计基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，减小步进电机的步距角及机床的脉冲当量，提高经济型数控车床的加工精度，改善电机运行的平稳性，减小噪声，增加控制的灵活性。
六、课题预计目标
1.普通车床数控改造的方案的研究，进行总体设计。
2. 对经济型数控车床的伺服进给系统建立控制原理模型，并根据进给系统的控制原理模型，对影响系统精度的关键因素进行分析。
3. 研究提高机械传动部件的传动精度与刚度的方法，对普通车床数控改造进行结构设计，改善伺服进给系统的伺服特性。
4. 设计一种基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，提高伺服进给系统的分辨率。
七、课题研究进展计划
预计本课题研究进展主要分以下几个阶段：
1. 2007年11月～2007年12月 查看文献资料并撰写开题报告
2. 2007年12月～2008年03月 收集相关方面的资料，以普通车床数控改造为例进行总体设计
3. 2008年03月～2008年04月 学习机床伺服进给系统的设计等方面知识
4. 2008年04月～2008年07月 进行结构设计，绘制普通车床数控改造纵、横向进给系统装配图
5. 2008年07月～2008年08月 学习机床控制精度等方面知识
6. 2008年08月～2008年09月 对机床进行精度分析
7. 2008年09月～2008年10月 研究提高机床控制精度的措施
8. 2008年11月～2008年12月 完成毕业论文
9. 2008年12月 毕业答辩
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关键词：机械技术，传感检测技术，智能化，系统化
不断发展的现代科学技术推动了不同学科的交叉与渗透；推动了工程领域的技术改造与革命；推动了机械工业的技术结构、产品结构、功能与构成、生产方式及管理体系发生巨大变化；推动了工业生产由“机械电气化”迈入以“机电一体化”为特征的发展阶段。机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。
一、机电一体化的核心技术
机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、计算机技术与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术及伺服传动技术，根据系统功能目标要求，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。
1、机械技术：是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。
2、计算机与信息技术：其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。
3、系统技术：即以整体概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，是实现系统各部分有机连接的保证。
4、自动控制技术：其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。
5、传感检测技术：传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。
6、伺服传动技术：包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。
二、机电一体化的发展过程
机电一体化的发展过程大体可以分为三个阶段
1、初级阶段
20世纪60年代以前为第一阶段，也称为初级阶段。论文大全。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时，研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。
2、高速发展阶段
20世纪70—80年代为第二阶段，也称为高速发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是:mechatronics一词首先在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电一体化技术和产品得到了极大发展；各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。
3、智能化阶段
20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，使机电一体化进一步建立了坚实的基础，并且逐渐形成完整的学科体系。
三、机电一体化的发展趋势
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面。
1、智能化
智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。
2、网络化
20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
3、微型化
兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS)，泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
4、绿色化
工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有很好的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。论文大全。论文大全。
5、系统化
系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强。一般除RS232外，还有RS485等智能化通信接口。
综上所述，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展与应用也将更加广阔。
【参考文献】
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关键词：ADAMS；虚拟样机；仿真
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）51-0089-02
一、前言
随着科技的快速发展，世界经济已由原来的卖方市场转化为买方市场。现代企业要在激烈的市场竞争中占有一席之地，必须解决TQCSE难题，即以快速交货T（Time）、高质量Q（Quality）、低成本C（Cost）、优质服务S（Service）和保护环境E（Environment）来满足不同客户的需求，快速响应市场需求。
虚拟样机技术是20世纪80年展起来的现代设计方法，是以虚拟样机模型代替物理样机，在计算机模拟物理样机的运行。近年来，虚拟样机技术飞速发展，现已成为机械专业方向研究生以上层次人才的必修课程。用户可以利用ADAMS软件或使用其他三维软件建立虚拟样机模型后，导入ADAMS软件，通过添加各种约束、驱动或接触力进行动态仿真，模拟物理样机的运行。通过ADAMS强大的后处理功能生成各种曲线、动画等，进而了解设计的复杂机械运动性能，为物理样机的试制提供理论依据。在大学本科教学中开展ADAMS的教学工作，采用ADAMS多体动力学仿真软件对机械原理中各种机构进行三维运动仿真后验证机构设计的合理性，观察主要机构的运动轨迹、运动速度、加速度等数据变化情况，可以使学生更好地理解机械原理、机械设计中的相关机构运动原理，在进行毕业设计时，能运用ADAMS软件对其所设计的各种机构进行验证，培养和提高学生的设计分析能力，为毕业后能尽快适应专业技术工作打下良好的基础。
二、面向产业需求，开设专业导论课程
机械设计制造及其自动化专业是桂林理工大学机械工程与控制工程学院重点发展的优势和核心专业。每年大学新生入学时，都需要进行专业导论课程教育。为了将一些现代设计方法及理论传授给新生，面向装备制造业的发展需求，教师在讲授专业导论的相关内容时，会将历年学生所做的优秀仿真作品进行动画演示。为了进一步加深学生对虚拟样机技术的理解，相关教师还会组织学生参观桂林市内在虚拟仿真技术使用较多、较为成功的行业领头企业，如桂林大宇客车有限公司、桂林橡胶机械厂等大型企业。企业工程师会结合行业特点，将一些典型案例采用虚拟仿真技术进行现场演示，极大地激发学生学习虚拟样机的兴趣，为后续课程的学习打下良好的专业基础。
三、学习ADAMS动力学仿真软件，贯穿专业课程教学过程
我校机械专业在专业基础课的教学中，利用ADAMS软件三维建模技术、形象的动画展示功能以及强大的后处理功能，将机械原理课程中一些常用机构，如平面四杆机构、凸轮机构、齿轮机构的组成和运动情况进行动态仿真，弥补学生实践经验不足带来的问题。此外，学生在学习过程中还可以了解到现代设计方法高效、快捷的特点，并从中感受到ADAMS软件在机械系统设计中的魅力。以凸轮设计为例，教师讲授凸轮廓线的传统设计方法通常是图解法和解析法。传统的图解法作图过程烦琐、精度不高；解析法虽能获得很高精度，但须花费大量的时间与精力建立精确的数学模型及编制计算程序。显然，上述两种方法都存在难以实际操作的缺点，使得学生很难真正理解。通过ADAMS，则可以直接模拟凸轮的实际运动状态，设计简单、直观，还可以使凸轮运动起来。通过ADAMS的强大的后处理功能，可测量出从动件的运动规律与给定运动规律的拟合程度，图1是采用直接法设计凸轮的全过程。现代设计方法的引入，可让学生体会到先进设计技术的优越性，提高学生的学习积极性。
四、利用ADAMS搭建虚拟仿真实验平台
为加深学生对枯燥无味的理论知识的理解，提高学生的工程实践能力、动手能力和创新能力，实验教学活动提供了一个真实直观、可以动手操作的平台。工程技术人员利用虚拟仿真技术，可以在虚拟环境中模拟真实的机器运行，观测各构件的相互运动及受力情况，不断调整设计方案后进行仿真试验，对整个系统进行优化，直到获得较为满意的优化设计方案以后再投入人力和物力制造物理样机，从而大幅降低新产品的开发费用，提高产品开发效率及缩短产品的研发生产周期。为了进一步提高学生学习ADAMS的积极性，如在大学生科技竞赛、创新大赛、机器人大赛、学院组织的ADAMS大赛等一系列竞赛活动中，在指导教师的指导下，在计算机上利用ADAMS动力学仿真软件对机构的运动轨迹、速度变化规律、加速度变化规律及受力分析等做一个前期试验，并在虚拟试验的基础上对整个系统进行优化后再加工出物理样机进行相应的实验。利用ADAMS强大的后处理功能，将实验数据导入计算机中，与计算机仿真得到的结果进行对比分析，找出实验数据、理论数值和仿真结果之间的差距，改进虚拟样机模型或调整实验方案，并对一些优秀作品给予物质奖励。通过上述一系列活动，可加深学生对常用机械机构的构造和运动原理的掌握，提高分析问题和解决问题的能力。
五、熟练使用ADAMS仿真软件，提高毕业设计质量
毕业设计是学生即将结束大学学习生涯的最后在校学习环节，是对大学四年所学的基础知识、专业知识的一次全面检验。在毕业设计的过程中，学生将机械原理、机械设计、力学和数学等相关知识综合运用于设计过程中，经过毕I设计的磨炼，他们的工程实践能力、分析问题和解决问题的能力有了提高，学校的办学水平和人才的培养能力也得到了提升。毕业设计是学生即将走上新工作岗位的一个重要过渡。为了进一步提高学生使用ADAMS软件的能力，根据学生毕业设计课题选题实际情况，教师可在学生的毕业设计论文中增加ADAMS虚拟仿真分析技术，提升毕业论文的档次。
W生在开始进行毕业设计的初期，可在指导教师的指导下查阅相关文献，运用已掌握的相关专业知识，通过原理构思进行初步设计后，利用相关软件建立一个粗略的虚拟样机模型，利用ADAMS软件对方案进行动态仿真，将机构的运动轨迹、速度（角速度）、加速度（角加速度）或机构运动过程中所受的力（力矩）与理论计算值进行比较，通过对仿真结果和理论值的比较，找出问题的症结，对模型或理论分析进行修正，并再次进行仿真。之后，在仿真的基础上，对各设计参数进行优化并确定最终方案，最后采用三维CAD软件对模型进行进一步的细化，导出二维图纸。通过这样一个设计、仿真、分析的过程，较为真实地模拟了机械新产品开发的全过程，学生按照这个模式进行毕业设计，其设计能力和毕业设计质量可以有较大提高，为即将走上工作岗位打下良好基础。
六、结束语
虚拟样机技术在现代产品设计中不断地体现了优越性。为提升学生的工程实践能力和综合素质，通过专业导论课程教育、创新大赛、专业学习和毕业设计等一系列活动，可将ADAMS仿真技术融入系列的教学活动中，让学生在学习机械专业理论知识的同时，能熟练使用ADAMS软件解决一些具体工程实际问题。并在毕业设计过程中使用ADAMS模拟机械新产品开发的全过程，使学生的设计能力和毕业设计质量有了较大提高，增强就业核心竞争力。
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Application of ADAMS in Practice-Teaching Reform of Mechanical Professional
SHEN Zhong-hua1，2，CHEN Jing1，2
（1.Metallurgy and Environmental Science Experimental Center，GuiLin University of Technology，Guilin，Guangxi 541004，China；2.College of Mechanical and Control Engineering，Guinlin University of Technology，Guilin，Guangxi 541004，China）
[关键词]工程能力；课程体系；机械类人才培养
[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）02-0047-03
机械工业是经济和社会发展的支柱产业之一。打造具有国际竞争力的机械制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》明确提出，提高教育质量是高等教育发展的核心任务， 是建设高等教育强国的基本要求。《中国制造2025》也明确提出要建设一支素质优良、结构合理的制造业人才队伍，走人才引领的发展道路。高校的主要任务就是培养大批应用型和创新型人才，服务于国家建设。因此，探索一条适合培养学生工程能力和创新能力的培养计划，对于提高大学生工程能力和实践能力，培养优秀的专业技术人才具有重要意义。
一、机械设计制造及其自动化专业面临问题
随着科学技术的发展，企业对员工队伍的素质要求越来越高，由原来的单一专业型、理论型向应用型、复合型和创新型转变，要求毕业生既要拥有扎实的专业理论基础知识，也要有工程实践的实际技能，还要具备利用各种技术信息解决现实问题的能力和开发能力。这种需求与培养之间的落差，导致我国就业市场的矛盾日益明显和突出。一方面现企业招不到合适的人才，另一方面大学毕业生面临巨大的就业压力，造成了找工作难，找理想的工作更难的现象。究其根源，在于高等院校办学定位不准确，人才培养体系不完善， 课程设置不合理，教学内容更新不及时， 教学方法、教学手段落后于时代和社会发展；同时，学校对学生工程应用能力、动手能力和实践能力重视不够，创新教育和创业教育缺失；工科教育和生产实际脱节，学生不能学以致用等。
齐鲁工业大学在2011年成为山东省应用型名校工程第一批建设单位，明确提出了把学校建设成为高素质应用型人才培养基地，在全国同类院校形成较为突出的人才培养优势特色。机械制造及其自动化专业作为学校重点建设专业之一，结合卓越工程师培养和工程教育专业认证的要求，制订了有利于学生工程应用能力培养的课程体系，从而为培养具有国际化视野的高素质工程应用型人才提供了保证。
二、课程体系的构建
课程体系包括课堂教学、实践教学环节和课外社会实践等几个板块。总体培养目标是，使学生获得机械工程师素质和技能的基本训练，具有良好的专业理论基础、外语交流能力、知识更新能力、创新能力和综合设计能力；具有规范的工程素质，动手能力强，掌握多种专业技能；掌握机械工程领域内的研发、设计、制造、运行管理和经营销售等方面的基本理论和实际技能。课程体系的构建，贯彻“加强基础、拓宽专业、注重学科交叉”的基本原则，体现素质、能力和知识的培养，强化专业基础与应用，同时紧密结合现代科学技术的新发展和新突破，全面更新教学内容，注重引进新成果、新技术和新工艺。
按照上述指导原则，我们构建形成了“三类别、多模块” 的课程体系。“三类别”即三类课程，包括素质能力必修课、专业出口核心课和兴趣特长选修课。“素质能力必修课”包含了通识教育必修课和专业必修课；“专业出口核心课”包含见习式训练、毕业设计、毕业论文及其他与就业关联度高、针对性强的课程；“兴趣特长选修课”包含了通识教育选修课和专业选修课。所谓“多模块”，就是指紧密围绕学生就业出口的实际需要，设置不同的职业出口课程，培养学生就业、职业能力，提高学生的专业核心能力。
通过“增”、“减”、“删”、“并”、“借”等措施重构课程内容，进行课程体系的整体优化，以“素质”和“能力”培养为目标，教学内容跟随学科最新发展，引进装备制造新技术、新工艺，渗透工程问题，对实践性教学环节（如课程设计和毕业设计等）进行多方位的改革及实践，提高学生的工程实践能力。课程体系层次如图1所示。
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图1 课程体系层次图
（一）理论教学体系的构建
根据课程内容、教学目的和对学生素质和能力培养侧重点不同，大学期间所学理论课程分为核心课程、创新课程和职业出口课程，分别建设成为核心课程群、创新课程群和职业出口课程群。
核心课程群主要包括理论力学、材料力学、机械制图、机械原理、机械设计、微机原理及应用、工程材料、机械制造技术基础、液压与气动技术等，以培养机械学科基本理论和基本能力为主。该类课程主要采用讲授式、启发式教学方法讲授机械与机器的组成原理、运动分析方法、力学分析方法等，让学生掌握宽广扎实的基础知识。
建设两大创新课程群，以培养创新思维、创新能力和工程应用能力。“典型机械结构创新件设计、制造和检测”的创新课程群主要包括金属切削原理与刀具、机械精度设计、机械课程设计、创新设计与制作等，以典型机械结构为例，让学生完成机械结构的创新设计、加工制造、检测和装配。“机电一体化”创新课程群，主要包括控制工程基础、微机原理、机械工程测试技术、电机拖动、计算机控制技术、现代物流装备与技术等。创新课程群的教学方法，主要有启发式、项目式、头脑风暴式，重在培养和锻炼学生的综合实践能力和创新能力。以组建的项目小组为创新团队，开设机械工程创新实践综合训练课，进行典型轻工机械结构部件的设计、制造和检测等全过程的实践训练。由此，学生把学到的相关知识应用于真实具体的生产过程，不仅可以把零散知识点形成有机整体，而且也有利于培养学生的团队意识、合作精神和沟通表达能力。
职业出口课程群以培养专业技能和就业竞争能力为主。制造装备设计与制造方向职业出口课程群主要包括机械系统设计、机械现代设计导论、机电传动控制、现代制造技术、模具CAD/CAM和数控加工技术等；轻工装备设计与制造方向职业出口课程群主要包括轻工产品生产工艺与装备概论、轻工装备现代设计概论、机电鞫控制、过程装备、过程装备控制技术等。职业出口课程提倡校企合作教学，提倡小班上课和小班讨论，由专业教师和企业兼职教师共同承担，以讲座式、探究式、企业项目案例式、技术难题招标式等方式开展教学，提高学生的工程素质水平，强化学生分析问题和解决问题的能力以及创新能力。
（二）实践教学体系的构建
实践教学环节包括：物理实验和专业方向综合性实验、课程设计和创新设计、工程训练、生产实习、电工和电子实习、毕业实习与设计、军事训练等。安排实践教学体系时，要注意合理调整理论课学时和开课时间，留出更多的时间进行实践教学。为了增强学生的企业现场的实践教学，把第四学年上学期生产实践由3周增加到6周，并调整到学期期末进行，这样就便于和第四学年下学期的毕业实习和毕业设计相联系，可以让学生在企业中完成与工程实际有关的毕业设计，通过工程实践提高学生的工程能力。
针对专业方向综合性实验，积极构建实践教学体系，以综合性、设计性、应用性为主，既重视基本技能训练，又强化开发创新，打破各专业课程间的壁垒，加强相关课程之间的交叉与渗透，在系列课程或课程群起点上，建立具有一定柔性、实验与实习一体性的实训环节，进一步优化基本技能、专业技能、技术应用能力训练，和创新能力培养有机结合，形成具有特色的“四层次”实践教学体系。
以工程能力培养为中心，构建机械类实验教学中心。为了改善和提高实验实践教学计划，学院投入500多万元购买了新的实验设备。按照国家“标准化实验室”的建设标准，整合原来分散建设和管理的实验教学资源，建立机械类专业教学的机械工程实验教学中心。综合实验中心建立后，学生通过预约，可以随时到开放实验室从事课外科技创新活动。通过“机电产品创新与综合实验课”等系列课程，向学生传授创造学、创新设计的基本理论与方法。通过选修课的形式，对近机械类学生开展创新教育，将“机电产品设计创新大赛”作为实验教学的重要内容之一，评选产生创新实验课的优秀作品，每年举办，每年评选，形成长效机制。通过竞赛活动，营造创新氛围，鼓励学生发挥聪明才智，在比赛中脱颖而出。
改革实验教学方法，建立全开放实验教学模式。在不断解放思想、转变观念的基础上，树立先进的教育理念和教学理念，引入现代化的实验技术和实验内容，按照“课内与课外相结合，教学与科研相结合”的原则，积极构建模块化、分层次、开放式的实践教学体系，其中包括机械认知实践、工程综合实践、研究创新实践、机械基础实验、产品制造基础工程训练、机械基础综合课程设计等。通过这一课程体系，培养学生独立工作能力、创新能力，促进学生个性的发展。
增加实验教学的比重，强化能力培养。根据现代企业和经济社会发展对人才的需要，研究制订了新的人才培养方案，主动适应市场，调整教学计划，更新教学内容，拓宽实践教学空间。充分利用校内科技实验站和校外实践教学基地，大大增加学生实践课的比重，促使学生的实际应用能力、动手能力明显提高。结合科研课题、大学生研究训练计划项目和生产实践的需求，积极开发综合设计型和研究创新型实验项目，着重培养学生解决生产实际问题的能力和研发创新能力，使毕业生能够提前与生产实际“对接”，更好地适应将来岗位需要。
三、课程体系建设成效
自2011年应用型名校建设工程开展后，机械设计制造及其自动化专业经过对课程体系的删减和优化，形成了特色鲜明的三类课程群，初步构建了适应工程应用型人才培养的专业课程体系。该专业现已成为山东省高等学校特色专业和山东省高等学校省级卓越工程师教育培养计划试点专业。
专业形成了“基础实验、综合设计实验、研究创新实验”的三级实验教学平台，实施多层次实验教学；实现了实验教学与理论教学相结合，开放式工程实践动手能力与课程实验相结合，创新实践与科学研究相结合，增强了学生的工程实践能力，提高了学生的综合素质，培养了学生的创新精神和创新能力。开设的典型机械零件综合实验，通过让学生在机械零件的设计、制造和检测过程中进行实践和实训，把所学专业知识应用于真实具体的生产过程，以生产实际为导向，使零散孤立的知识点形成有机整体，提高了学生的工程实践能力和创新能力。
四、结束语
为了达到企业对学生工程能力的要求，结合本校的实际情况，构建适应学生工程能力培养要求的机械设计制造及其自动化专业的课程体系。该课程体系既兼顾培养学生扎实的工程理论知识，又重视学生的工程基本技能、工程思维和素质、学生的工程实践能力培养，突出专业特色，保障专业培养目标的实现。
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