包装机械设计范例

随着信息技术和计算机技术的不断发展，进一步提高了计算机辅助软件的可靠性，促进了计算机辅助技术在设计和研发流程中的广泛应用，有效节省了成本，缩短了研发周期，强化企业的综合竞争实力。但是部分企业在实际设计工作中，往往只采用单一的辅助设计软件，难以将各软件的优势加以联合，导致企业缺乏竞争力、设计力和创新力。因此，在包装机械设计中联合应用计算机辅助设计软件对企业的长远发展具有重要的意义。

1计算机辅助设计软件概述

（1）优势。

计算机辅助设计软件主要包括Optistruct、Ansys和Pro/E这三个部分。对于Optistruct软件而言，其作为hyperworks软件中的重要部分，设有快速准确的有限元求解器，能够对模块进行优化分析和设计。用户可以利用Optistruct软件中的边界类型、载荷、属性以及材料等，优化线性屈曲、模态、频率和静态等。同时借助该软件的尺寸和拓扑优化等功能优化结构时，可以在图形上利用不同的颜色直观表示出可优化去除或可加强和保留的部分，其中红色显示为可保留部分；绿色和蓝色显示为可优化去除部分。Optistruct软件作为一种应用软件，其能够优化结构，因此在结构优化方面备受企业的重视。Ansys软件作为一种辅助设计软件，其具有仿真和有限元分析功能，能够对部分较为简单的结构直接进行建模，如梁结构、板件和杆件等。但是在实际的生产过程中，由于零部件较为复杂，Ansys建模无法有效满足其实际需求，必须要以专业的Pro/E软件为基础进行三维建模，在此基础上导入Ansys，从而进行有限元仿真分析。Ansys软件与Optistruct软件相比较而言，其能够将结构的数值大小、变形分布以及应力进行直观准确地反映，更侧重于有限元仿真分析。Pro/E作为一种绘图软件，其三维建模功能极为强大，能够对不同常规性的三维实体加以快速生成。一般而言，如果结构零件的外形相对较为复杂，则可以利用Pro/E软件的各种专业命令，使各种类型不规则的三维实体模型在界面内生成。

（2）联合分析流程。

计算机辅助设计软件在实际设计和研发过程中，往往需要不断循环验证和设计，从而实现最优解。在包装机械设计中联合应用Optistruct、Ansys和Pro/E软件，将会使开发的周期加以缩短，保证最优解结构的准确性和可靠性。三者在设计中的联合应用流程图如下图。首先利用Pro/E软件进行三维建模，促使实体模型加以快速生成，并借助Ansys软件进行有限元仿真分析，从而得出该模型的变形云图和应力分布云图，对2项最大值加以求解，便于结构的优化。其次利用Optistruct软件导入三维模型初始结构，并对结构加以优化，以此得出可优化区域的密度云图，并在此基础上利用Pro/E软件，对优化模型三维图加以建立。最后对Ansys再次导入加以验证，并将设计结构优化前后的应变和应力加以比较，从而确定最优解。

2包装机械设计中计算机辅助设计软件的应用价值

摘要：通过分析包装机械教学现状，文章从课程体系、教学方式、创新实践三个方面入手，提出一种针对包装工程专业课程教学改革的方案。

关键词：包装机械；教学改革；双创型；实践教学

自1984年教育部批准试办包装工程本科专业以来，我国的包装工程专业教育取得了很大发展，学科体系逐渐趋于完善，更为我国包装工业提供了有力的人才和技术支撑[1]。尽管我国包装行业取得了一定的发展，但须认清我国目前在包装工业方面仍处于探索阶段，较其他发达国家存在明显的差距[2]。为了更加适应市场需求，促进我国包装工业更快更好发展，这就需要包装工程专业积极努力培养“双创型”人才，为经济市场注入新的活力与动力。我校包装工程专业被设置为机械工程学院的一个专业分支，其开设的课程包含包装材料、包装运输、包装装潢、包装计算机辅助设计等。包装机械课程作为包装工程专业的重点教学内容，为包装机械行业发展及学生就业提供了更加广阔的平台。为在竞争日益激烈的当今社会立足，兼具创新精神与创业能力的“双创型”人才成为目前高等教育的目标。如何基于包装工程机械类课程的教学改革做好“双创型”人才培养，成为本文探讨的重点。

一、包装机械教学现状分析

（一）课程设置不合理，学生机械专业知识匮乏

包装工程课程涉猎广泛，涉及机械、材料、食品、艺术、力学、管理、计算机等学科，属于多学科交叉性专业。这就造成学生课程科目看似面面俱到，实则专业特色不明显，学生在学习各科课程时缺乏基本的专业基础知识。包装工程机械类课程缺乏机械类机械设计、机械原理等专业基础课程知识的支撑。

（二）教材内容陈旧，课程知识更新慢

1现代机械设计技术创新的重要性

随着科学技术的迅速发展，现代机械工程得到了很大的发展，现代机械设计技术作为机械工程的重要组成部分之一，也获得了很大的提高和进步。我国的现代机械设计技术和理念是建立在以往的机械设计技术基础上的，但现代的机械设计技术也是新技术与新理论结合的产物。这样的观念使很多创新思路和理念在现代机械设计技术中得到了应用和发展。因此，创新现代机械设计技术具有战略意义，我们应使现代机械设计技术向着智能化、绿色化、系统和定量化等方向发展。

2现代机械设计技术

现代机械设计技术综合运用了很多领域的理论基础，比如现代力学和应用数学等重要的基础理论。此外，现代机械设计技术还运用了机械电子学、自动化等领域的很多研究理论和成果，特别是在现代计算机技术迅猛发展的状态下，计算机技术为现代机械设计技术提供了重要的技术支持。

2.1CAD技术的应用

随着计算机技术的迅猛发展，尤其是计算机仿真技术的不断提高，利用计算机CAD软件可进行三维建模仿真演示机械设计产品，可实体演示某一个机械的零部件，并进行产品性能分析，还可以模拟组装机械系统的各个部件、查阅机械运动分析系统的资料、运动过程中试验装配某部件所在的位置。同时，还可以生成部件装配图，利用虚拟装配分析各个现代机械产品在机械系统中的性能参数。机械CAE系统主要分析工程数值、优化设计机械结构、评价机械强度设计、预估机械寿命和动力学仿真等。运用CAD技术解决了现代机械产品的造型问题后，由CAE系统解决现代机械设计的合理性、强度、寿命和动态特性等问题。CAD技术彻底更新了机械设计的设计手段和方法，摆脱了传统机械设计模式的束缚，引进了现代机械设计的观念。利用CAD技术可以使现代机械产品的设计过程得到改善，也可以使现代机械产品拥有三维造型功能；可实现现代机械系统产品的敏捷适用化；可动态化控制设计现代机械系统产品的过程；可实现现代机械产品数字化，将现代机械产品转化为数据，并应用数学知识集成化管理数据。随着机械制造业的不断发展，机械制造生产的设备已从普通的机械机床发展到了数控机床和数控加工中心，机械设计也从传统的机械设计发展成为了现代机械设计，且在现代机械设计中大量使用了CAD技术。将来实现现代机械设计无图样生产的关键技术之一是三维CAD技术。随着现代机械设计领域CAD技术和其他新技术越来越普及，现代机械工业的发展处于前所未有的繁荣阶段。

2.2自动化技术

1模块设计的内涵及特点

1.1模块化设计内涵

模块化包装的机械产品，是指由特定的模块在一定的范围内，组成不同种类和不同功能的包装机械。在对模块化进行设计的时候，有以下几种内涵：

1）纵向设计；

2）横向设计。也就是在保证参数的情况下，通过不同的模块之间的转换完成产品的变化；3）全系列的设计。其包括以上两种设计方式。

1.2设计的特点

1）便于维修在使用模块化设计的时候，由于模块具有可更换的特点，所以如果在机械包装的过程中发生故障的话，只需要将不合适的模块更换就可以。这样省去了在设计的时间，以及方便维修；

1现代机械设计方法概述

近几十年来，出现了新的现代机械设计方法，比如创造性、系统性、优化性、综合性、CAD等设计方法，与传统的、静态的、手工的机械设计方法相比，现代机械设计方法是动态的、科学的、系统的，且可设计出产品参数。

2现代机械设计方法的发展

随着计算机行业发展的日新月异和现代机械设计方法的不断改革，由传统的以经验为主的设计理念转变成了以系统设计方法为主。

3现代机械设计方法的特点

现代机械设计方法特点鲜明，设计时不仅要对机械的工作原理、构造、运作方式、力和能量的转换方式、物流技术，以及各零部件的材料、形状、大小和润滑方法等进行思考、核对、研究，还要结合创造性工程、仿生学、控制论和机械电子学等众多学科知识进行产品设计，从而使设计出的机械产品在市场中具有竞争力。现代机械设计方法以传统设计方法为基础，经过改进和发展，使现代机械设计方法更加科学、合理。现代机械设计的综合性非常强，且设计的知识领域广泛，将控制技术、机械技术和科技信息技术等理论相结合，并实现了对整个机械系统的优化设置。现代机械设计属于三维体系，包括时间维、逻辑维和方法维。其中，时间维主要体现在对产品策划、产品设计方案等其他设计流程的步骤上；逻辑维是指解决问题的逻辑顺序；方法维是指对设计过程中的思维和方法的具体体现，从而使现代机械设计实现更高效、更优质的目标。

4现代机械设计方法分析

1可拓学基本理论

1.1可拓学的主要内容

可拓学是一门由可拓论、可拓方法和可拓工程构成，研究创意产生规律和生产创意方法的学科。1983年，中国学者蔡文在《科学探索学报》上发表的一篇文章中首次提出可拓论，通过研究可拓集合和不相容问题处理矛盾问题。可拓论研究事物拓展的可能性和开拓创新的规律，是可拓学的基本理论。目前，可拓学的快速发展已经研究出了人们解决矛盾问题、产生创意的基本规律。可拓法已经成为当前机械设计人员生产创意产品、提出新想法和新方案、开拓新思路、解决新问题的最主要、最实用的方法，不仅有利于决策者、管理者和工程技术人员，还对解决家庭矛盾有一定的帮助。

1.2物元理论

在物元理论中，将一维物元即描述事物的基本元，定义为以Om为对象、以Cm为特征时，Om的量值Vm构成的有序三元组。多元以多个物为基础，所有对象及其量值会构成一个矩阵，根据物元理论建立的物元数学模型，可对物元进行定量和定性分析。在精确分析下，多维物元几乎可以描述所有事物，是机械设计方案选择的理论基础。

1.3关联函数

可拓集合将可拓学与可拓理论通过数学的方式联系起来，从而以定性和定量的方式对决策过程进行详细描述。假定以U为论域，其中，任意一个元素设为x，则以函数形式表示可拓集A：A={（x，y）x∈U，y=K（x）∈（－∞，+∞）}.（1）式（1）中：y=K（x），为与可拓集合相关的关联函数。将论域U中的各个元素都映射到（－∞，+∞）后，可按照一定的程序产生创意，利用计算机和网络生产创意，这必将在人类历史上引发一场“创意革命”。

摘要：为提高地方院校机械专业学生的现代机械设计能力，文章通过齿轮传动及减速器设计的典型案例，将机械专业核心课程与课程设计、实训、生产实习、毕业设计等实践环节深度融合，形成规范、完整的机械设计能力培养体系，培养学生分析、解决机械工程问题的能力，夯实学生的现代机械设计能力，提升学生的工程素养。

关键词：机械工程；机械设计能力；培养模式；典型案例

机械制造业不仅是现代工业发展建设的发动机，更是国民经济的支柱产业。近年来随着科技的进步，“中国制造2025”正推进制造业由传统制造向现代制造与智能制造进行转型与发展。“科技强国，人才兴国”，为适应产业的飞速发展与转型的需求，社会对具有较强机械工程实践与创新能力的高素质应用型高级专业人才需求量增大。因此，在高校机械专业人才培养中，亟须强化工程实践能力与现代机械设计能力的培养[1]。为提高机械专业人才培养质量，各高校在人才培养体系、核心课程的教学内容与教学方法等方面都进行了大量的有益探索[2-3]。但目前，相关教改研究主要集中在教学内容与教学方法的改进与优化以及实践教学改革研究等方面[4]，而对深度融合多课程、多环节的全过程专业能力培养的研究较少。为提高毕业生的现代机械设计能力，开展基于典型案例的多课程、多环节、深度融合的培养模式研究，符合机械专业工程教育专业认证的大潮流，具有重要的意义和推广价值。

一、现状及问题

地方院校主要为区域经济建设和社会发展服务，承担着为行业技术进步培养卓越工程人才的责任。然而，一直以来部分地方院校沿袭高水平院校机械专业人才的培养模式，未根据自身实际情况修改导致所培养的人才与社会需求错位，社会急需能胜任现代机械制造行业发展的研发、设计工作的专业技术人才。此外，地方院校学科专业硬件建设的投入较小，先进仪器设备与实训平台的台套数少，实践教学环节较为薄弱。我国已广泛开展工程教育认证工作，基于工程认证以成果为导向的教育理念，学生毕业能力是人才培养的核心任务，而现代机械设计能力是机械设计制造及其自动化毕业生的核心能力。由于机械设计类课程多、教学内容比较抽象、理论深奥且比较枯燥，学生多有畏难、厌学情绪，教师授课比较困难，导致学生机械设计知识掌握不扎实、机械设计软件应用不熟练、机械创新设计与综合设计能力较弱等现象，学生的专业能力与机械工程实际需要存在一定的脱节，不能满足机械制造业发展的人才培养需求，人才培养效果还需继续改善。本文以哈尔滨商业大学的机械专业为例，该专业已开展工程教育认证工作，根据培养方案要求毕业生须具备包括机械产品设计能力、机械零件制造能力、机电系统控制能力、特色食品包装机械研发能力的机械工程综合应用能力，其中最基本、最核心的是机械产品设计能力，专业能力形成体系如图1所示。针对培养目标，培养方案中不仅设置了“机械原理”“机械设计”“机械系统设计”等理论课程，也安排了机械设计课程设计、专业综合课程设计、专业生产实习、CAD/CAE实训及毕业设计等实践教学环节，形成了比较完整、规范的现代机械设计能力培养体系（如图2所示）。通过这些教学环节的训练，机械专业的毕业生能比较熟练地掌握现代机械设计方法及手段。但是，由于各门课程、各个实践环节的缺乏交流协商机制，都按各自的思路与模式开展教学，没有形成一个统一、有机的全过程培养体系，导致出现部分基础薄弱的学生工程软件应用不熟练、机械创新设计与综合设计能力较弱等现象，毕业生的现代机械产品设计能力还有待提高。

二、培养模式改革的具体方案与措施

在工程教育背景下，哈尔滨商业大学机械设计制造及其自动化专业优化人才培养途径，研究建立了基于典型案例的深度融合的多课程、多环节的现代机械设计能力全过程人才培养模式。

摘要:

科技的进步使得人们对机械设计也提出了更高的要求。本文主要对当前机械设计中的相关理论进行系统分析，阐述机械设计的方法和过程，并对现代机械设计的创新方法进行了详细研究，同时论述了机械的创新设计步骤。

关键词:

现代机械设计;创新方法;研究

在科技高速发展的今天，人们的思维方式也产生了很大变化，机械设计人员除了要准确掌握机械设计原理以外，还要在思维方式上有所拓展。要求机械设计人员创新理念，在结构设计上与产品的相关功能进行紧密联系，将设计手段与计算机辅助设计进行有效融合，只有这样才能够设计出令受众满意的机械产品。

1现代机械设计

与传统机械设计相比，现代机械设计更加注重计算机化、动态化和科学化。现代机械设计理论是在机械设计理论学科基础上形成的，它包括了信息、控制、优化等内容，而对于相对比较复杂的产品而言，现代机械设计的优势也体现得更加明显。现代机械设计是在传统机械设计的基础上形成的，但它又在传统机械设计的基础上进行了极大创新，进而形成了一个完美且科学合理的机械产品设计。这不仅需要传统机械设计的相关经验，而且还需要在现代机械设计中引入先进的设计方法。