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机械设计原理范文1
引言
当前，我国一直倡导经济的可持续性发展，在机械制造业中因机械设计不够科学合理，造成了大量的能源资源被浪费，违背了可持续发展观的理念。因而研究分析机械设计中节能设计的基本原理与应用方法，对我国机械制造业的健康可持续发展具有重要意义。
1机械设计中节能设计的基本原理
机械设计中的节能设计主要以平衡理念为基本指导思想，平衡节能原理即是机械设计中节能设计的基本原理。功率匹配节能、减小摩擦、动力源改进是机械节能设计的三个主要方面。结合实际情况，在设计前，对机械在操作运行过程之中可能产生的能源消耗与浪费的情况进行充分考虑，从设计中每一环节的细节着手，才能从根本上实现节能的目的。
1．1动力源的节能设计原理
通常情况下一台机械设备的发动机就是其最主要的动力源。节能设计的动力源原理即是，在最大限度增加发动机输出功率的同时，最大限度减少发动机的输入功率。简单来说就是在机械设备运行过程中尽可能地提升电能与热能、动能、势能等的转化率。在实际节能设计过程中，通常是从设备的启动与减速停止这两方面体现动力源的节能设计原理。例如，在设备的启停过程中，惯性会让准备停止的设备继续运行，而通过合理的设计将这部分动能存储起来，用于设备启动时的动力能源。
1．2减小摩擦的节能设计原理
在机械设备运行过程中，各设备之间会互相发生摩擦，造成动力源输出动力的损耗。在设备运行过程中最大限度减少动力传送带、动力传送柱、齿轮等部件之间的摩擦，是节能设计中的一个重要原理。在节能设计中，通常利用表面光滑的构件组成设备的各连接部分，或是使用油、剂减少设备在运行过程中摩擦带来的能源消耗问题。
1．3功率匹配的节能设计原理
机械设备的节能设计需遵循功率匹配的原理，即根据设备具体使用环境与情况设计与之相匹配的运行功率。例如，设计装卸工厂传送带的运行功率必然会远大于设计食品加工传送带的运行功率，同时在节能设计中，对设备进行功率档位的设计，也体现了功率匹配的节能原理。
2当前机械设计中造成能源浪费的原因
2．1节能设计理念缺乏
当前我国机械设计理念依然停留在如何最大限度提升和保证机械设备的生产效益和生产能力上，机械设备的运转速度、负载能力、运行强度等是设计人员在机械设计过程优先考虑的因素，其次才是设备运行的安全性与稳定性，而节能设计被完全忽略。甚至为满足设备性能的最大化，将设备能耗设计到匪夷所思的地步。
2．2设计人员专业素质低
设计人员自身专业素质的高低直接决定机械设备质量的优劣。当前，部分设计人员的设计理念滞后，专业知识水平不高，又对新的设计理念与设计知识抱有抵触心理，这使得机械设备的节能设计难以深入开展。同时，设计与实际脱节的现象也普遍存在，这是由于大多数设计人员在设计前没有充分地考虑及考察设备在具体环境下的使用情况。
2．3技术水平偏低
当前我国机械制造业技术水平偏低的现实，制约了节能设计理念与思想的实现。即便企业引进国外的先进机械生产加工技术勉强实现设计中的节能构想或是直接引进国外节能机械设备，但这无疑大大增加了企业的投入成本。因而许多企业宁愿继续使用高耗能的机械设备，也不愿花费额外成本引进节能技术或节能设备。
3实现我国机械设计中节能设计的方法
3．1选择绿色材料和环保型动力源
在设计过程中，对机械设备的选材应优先考虑无污染、可回收、易处理的绿色环保材料。在动力源的选择尤其是发动机选择上，尽量选择污染排放小或无污染的环保型动力源。如今各种新型能源、可再生能源、洁净能源被不断地开发利用，设计过程中，在不影响机械设备运行效率的情况下，设计工作者应尽量选择环保型能源(如太阳能、风能、煤层气)作为设备的动力源。选用发动机可考虑环保型水冷增压发动机或是电控节能型发动机。
3．2电子控制系统
利用无线网络技术与计算机技术组成的电子控制系统，对机械运行进行精确控制，实现节能的目的。在设计过程中，加入电子控制系统，对机械设备的实际运行状态进行实时监控，智能终端根据设备运行的数据信息，控制设备在每个节点和时间段的功率输出，达到最佳的节能效果。
3．3新技术的开发与引进
节能设计方案的实施离不开节能技术的支撑，我国应加大对节能技术开发的投入力度，并学习和引进国外先进的节能技术。不能让技术发展水平限制了节能设计的发展。同时，设计工作者也应在设计方案中尝试引入更多的新型节能技术，激励和引导我国节能技术进步与发展。
4结语
除了学习和掌握现有的机械节能设计方法，还需不断地改进和创新机械节能技术。同时我国机械节能设计技术与方法需与时俱进，顺应时展的潮流，以促进我国机械制造业健康持续发展。
参考文献:
［1］车胜创．机械设计节能基本原理的分析与应用［J］．长安大学学报(自然科学版)，2011(3):95－101．
机械设计原理范文2
机械设计中，通过优化各个结构的组成形式，来减少使用期间的能源损耗，能够达到节能指标要求，并且使用期间各个零件设施的配合原理也能达到理想的标准，可以减轻使用期间的摩擦损耗，有效的延长设备安全使用时间，并在现场达到理想化的使用标准。在设计时会借助机械制图软件来进行结构优化，并通过公式来计算出设备投入使用后的节能指标，帮助设计人员对机械设备的运行情况有一个全面了解。通过计算以及局部优化，将大部分能量都提供到机械设备运行阶段，并且机械设备的各个零件之间运行受力形式也更科学。下面将对机械设计的节能原理应用进行具体论述。
2机械设计节能浪费因素
2.1缺少节能技术理念
首先是设计人员的节能思想比较落实，在设计期间以提升设备使用效率为主要研究对象，而设备的节能性并没有得到充分认识。虽然在设计期间已经能够针对设备的承载能力、运动速度进行提升，但从整体设计形式上来看，受设计技术落后的影响，节能性并没有达到足够的优化标准，设备使用后的能源损耗量也比较大。
2.2设计人员没有节能意识
设计人并没有针对自身能力进行提升，仍然按照传统的设计理念来进行机械设备模块设计。虽然在长期设计中，设计人员已经积累了足够的经验，却很难通过技术方法来解决常见的能耗过大问题。设计理念更新进步需要工作人员之间的共同努力，突破现状将先进的节能设计技术应用在其中。
2.3设计水平不满足工程需求
机械设计的技能水平整体比较低，仍然停留在理论层面，很多先进的节能措施并没有真正应用在设备的使用环节中，长时间处于这样的环境下，造成理论性强但实践应用能力不足的现象。很多节能设计理念虽然先进，但设计中并没有结合设备的实际使用情况来进行设计优化，导致机械设备制造任务难以实现。需要在实践方面强化。
3机械设计节能的应用
3.1使用环保发动机和环保材料
环保材料的使用，使机械设备的整体重量有明显减轻，设计后的方法也能更合理高效的投入到使用环节中。在前期设计期间，要充分的应用节能环保材料，材料要具有绿色无污染、可回收等性能，这样能够提升发动机的运转效率，将燃料更充分的转换成机械设备运动的能量，发动机内部摩擦被减小后，还能够提升设备的安全使用年限。发动机属于机械设备的心脏部分，选择材料时要从节能与高效两方面考虑。
3.2精确化控制电子系统
在机械设备中植入电子控制芯片，通过对控制程序的编写达到更理想的控制效果，电子系统能够将控制参数精切到人力控制所不能达到的标准，并且使用期间如果出现其他的控制功能改变需求，也能通过这种方法来优化解决。智能控制系统设计完成后，能够将机械设备运行时的输出功率检测并反馈，对比参数是否达到最优化的标准，如果存在误差控制系统也能自动发出调节指令，达到理想的节能设计标准。
3.3液压系统的防渗漏和清洁
液压系统在运行使用期间，能够为设备提供运行需要的压力，传统设计理念中，结构之间的优化性不足，导致使用中的液压系统发生泄漏问题，设备所得到的压力不足，使用效率自然也会下降。设计时要针对液压系统进行加密处理，重点对防渗漏部分进行加强，并制定合理的情结周期，液压系统内存在杂质也很容易导致损坏问题出现。
3.4新技术的应用
设计过程中要注重对创新技术方法的应用，观察在现场是否存在需要完善的内容，为新技术应用创造空间。新能源代替传统能源也能够达到节能效果，比较典型的是太阳能技术应用，这样能够节省一部分油品的损耗。在对设备进行设计时，由于制造工艺已经足够先进，在设备的体积与重量上也有明显减小，投入使用后效果才更加理想。
3.5应用在加工设备中
将节能设计理念与设备生产加工技术相互融合，达到更加理想化的使用标准，日常加工制造中也会充分的融合这一技术标准，发现质量不达标的现象后，及时通过技术方法来解决，在有限的输出功率内，最大限度的提升设备使用阶段的效率，通过节能设计，可以将设备的使用效率提升到30%以上，能源损耗自然得到减轻。
机械设计原理范文3
关键词：仿生学；产品设计；仿生设计
中图分类号：J524文献标识码：A
自然界中的生物经过亿万年的自然进化，有很多具备了美妙的形态、巧妙的结构和神奇的功能，这为人们解决产品设计工作难题提供了新思路。研究、学习、借鉴自然界中生物体的神奇特性，并把它们应用于产品设计中，改进产品的功能和形态，这已成为国内外的研究热点。仿生学的研究成果被广泛用于军事、医学、制造、航空等方面，与人类的生产、生活、未来发展有着密切关系。
1.仿生学概述
仿生学的标志是一个巨大的积分符号，把解剖刀和电烙铁积分在一起。这个标志的含义不仅显示出仿生学的组成，而且也指出了仿生学的研究途径。仿生学作为一门独立学科，1960年9月诞生于美国。仿生学主要研究自然界中神奇的生物，研究其独特能力和原理，并进行科学模拟试验，然后将得出的结论运用到产品设计和制造中去。仿生学是交叉学科，按研究领域可以大致分为形态仿生、功能仿生、结构材料仿生等等。
2.形态仿生
澳大利亚悉尼歌剧院是一座典型的仿生学建筑，如图1所示，贝壳形屋顶就是最大亮点。歌剧院的主体结构新颖，由3组壳片组成。1959年悉尼歌剧院开工，如何建造这些巨大的异形混凝土壳体，这是施工单位遇到的最大困难。1973年竣工后，立即成为悉尼市地标性建筑。2007年6月被联合国教科文组织评为世界文化遗产。
“鸟巢”是2008年北京奥运会主体育场，由中外著名的建筑设计师合作设计，外观如图2所示，建筑结构特别新颖，立面与结构的组件相互支撑，形成了网络状的构架，就像树枝编织的鸟巢，非常生动。
3.功能仿生
自然生物经过长期进化，不仅完全适应了自然，而且其进化程度接近完美，有一些已超越了人类现有的科技成果。正因为如此，人们才会由衷地感叹大自然造物的鬼斧神工，而研究和借鉴它们的优异结构和奇妙的功能，已经成为技术革新的新方向。
雷达的发明灵感来源于蝙蝠。蝙蝠能在黑夜里捕捉昆虫，从来不会撞上障碍物，这引起了科学家们的好奇心。经过大量研究，科学家发现其中的奥秘，蝙蝠在飞行中发出超声波，并能及时感知该超声波遇到障碍反射的回波，所以它们能成功避开飞行中的障碍物。雷达的发明受此启发，雷达发出的是一种频率更高，能量更大的电磁波。飞机装上雷达，飞行员如同有了千里眼，可以穿透黑夜和云雾，感知眼睛看不到的遥远目标。
昆虫复眼结构独特、功能优异，是重要的仿生对象。复眼结构虽然简单，但是视场大，对运动物体的感应十分灵敏。人眼和普通相机都是使用单个透镜聚焦光线，这种排列能够制造高分辨率图像；而复眼是天然的多孔径光学成像系统，可以产生全景视角，呈现显著的深度感官。科学家受到昆虫复眼结构的启发，成功设计了复眼照相机，半球状相机排列着180个显微透镜，视野达到了160度，能够同时聚焦物体的不同深度。复眼照相机在微型广角监视设备、内视镜等监视技术领域有应用前景。
4.结构和材料仿生
随着仿生学的深入开展，人们不但从外形、功能去模仿生物，而且从生物奇特的结构中得到启发。鲨鱼皮泳衣就是国际游泳界的神话。科学研究表明，鲨鱼皮肤粗糙的V形皱褶能够降低水流阻力，鲨鱼皮泳衣的超伸展纤维表面模仿了鲨鱼皮肤。根据这种特殊构造生产的泳衣富有弹性，另外还在接缝处模仿人类的肌腱，为运动员向后划水时提供额外动力。
蜜蜂蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由3个相同的菱形组成，蜜蜂为什么要弄这么复杂的结构呢？这引起了科学家的关注。科学研究发现了其中的秘密，蜂巢中菱形的钝角和锐角大小竟然完全符合数学原理，即如何使用最少的材料制造出结实耐用的大房子的要求。蜜蜂筑蜂巢使用了最少的蜂蜡，就能做到蜂巢内部空间最大，结构稳定性最好，真是令人惊叹。
芳纶蜂窝是一种模仿自然界蜜蜂蜂巢结构、经由树脂浸渍的芳纶纤维纸制成的非金属复合材料，图3是芳纶蜂窝结构图，具有重量轻、强度高、抗冲击、耐腐蚀、隔音隔热，阻燃性能好、便于大面积整体成型等优点，被誉为飞机的“瘦身专家”。目前，美国波音公司和欧洲空中客车公司的所有民航客机都已全面使用芳纶蜂窝作为结构材料，主要用于图4中飞机机翼、发动机罩、舱门、地板、行李箱、侧板等。此外，芳纶蜂窝在高速列车、雷达、皮划艇、直升机、无人机也有广泛用途。
美国麻省理工学院科学家丹尼尔.诺塞拉成功研发了“人造树叶”，为解决能源枯竭问题提供了新解决方案。这是一种神奇的太阳能人造树叶，只要有太阳光，它就能将水分解成氢气和氧气，这些气体再被输送到一个分离的燃料电池中储存并发出电力。
自然神奇，创意无限。虽然人类在仿生学研究领域已经取得了大量重要进展，设计、制造了许多优秀的产品，但是神奇的大自然中仍然有无穷的秘密等着我们去探索，例如昆虫的变色隐身、神奇的壁虎、大豆的生物固氮。大豆有着神奇的生物固氮功能，直接吸收空气中的氮气变成植物蛋白造福人类；人们为了提高农产品产量大量生产和使用化肥和尿素，化肥和尿素工业化生产过程复杂，长期使用化肥提高了农业产量，却污染环境。借鉴容易，结合不易，认识自然、模仿自然、超越自然是仿生设计的三重境界。我们只有掌握了相关的专业知识，再经过仔细观察、分析、思考、研究、实验等过程，才能发现自然界的种种神奇之处和内在机理，才能真正找到产品设计、开发的新思路。
作者：赵智博
参考文献
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机械设计原理范文4
关键词：UG 机械原理 课程设计 新模式
机械原理课程是车辆工程专业的主要技术基础课程之一，在专业课程体系中处于承上启下的重要地位，机械原理课程设计是课程教学的重要实践环节，其目标是提高学生基础知识运用能力并增强机械设计创新意识[1]。随着时代的进步，赋予传统实践教学新教学手段的教学改革势在必行，作为目前流行的集成化系统软件UG，凭借其卓越的设计分析应用功能，可为课程设计教学提供十分强大的支持。针对我院车辆工程专业机械原理课程设计存在的瓶颈，基于专业特点，提出了基于UG平台的课程设计新模式，并通过实例分析探讨了具体实施方法，为机械原理课程设计的教学改革提供了新思路。
1 当前课程设计在教学中面临的瓶颈
1.1 设计思路单一，技术手段滞后
设计思路以参照机械原理课程教学中机械系统方案设计的知识体系进行，每名学生针对所选机械系统提出设计方案，通过对比方案选出最优设计，最终通过二维设计软件AutoCAD将设计构思表达出来。显然，这种基于传统图解法的二维设计已无法有效激发学生的设计热情，使本应生动的实践过程变得枯燥。
1.2 专业特色不突出，难以调动学生积极性
课程设计选题仍以通用机械为主，且学院各专业选题内容没有区别，车辆工程专业学生在设计中很难将本课程与车辆工程联系起来，这种有效关联学生难以构建，因而难以有效调动学生的积极性。
1.3 缺乏现代工程软件应用能力
我院隶属于农科院校，先进设计手段在教学中的应用还较为滞后，尤其是在现代工程软件的应用方面，至今学生还未系统地学习一款三维设计软件。先进的设计工具凝聚着先进的设计思想，如何借助现代工程软件平台，最大化地将现代设计思想灌输给学生，是我院亟待解决的问题。
1.4 缺乏设计分析一体化的整体思维能力
由于缺乏现代工程软件的应用支撑，学生在课程设计中往往只是一些机构的简易拼凑，对方案的可行性、合理性、工作是否会相互干涉等问题无法进行深入思考与切实验证，从而无法有效获得机械系统整体思维能力。
2 课程设计新模式
为了改变目前我院车辆工程专业机械原理课程设计的现状，提出了基于UG平台的课程设计实施新模式，通过将现代工程软件融入课程设计中，提高学生的设计能力。
2.1 工程设计软件平台的选择
针对机械原理课程设计特点，选择的软件平台应具有三维建模、机构仿真、运动及动力学分析功能，另外，考虑到本科阶段学生能力和精力有限的特点，不宜涉及多款专业软件，尽量以学习一款能解决设计中诸多问题的集成化软件为佳， UG正是集CAD/CAE/CAM一体化的大型系统软件，而且实用性好，越来越受到中国高校及企业用户的青睐，而且UG每个版本的更新都能同步反映当代最新的设计方法和理念，为学生今后的知识更新与扩容奠定基础。
2.2 具有专业特色的课题选择
在课程设计题目的选择上，紧紧围绕车辆机械这条主线，针对车辆工程领域常见的机械结构进行传动方案设计、运动仿真以及动力分析。选题基本方针是将各种车辆机械中相应的常见机构作为优选课题，并且为避免课题单一，必须在题目设计上实现多样化、个性化。例如同一机构类型在不同车辆类别、不同型号车辆、不同设计参数下进行设计，这样既能保证学生设计不重题，又能有效促进学生之间的讨论与交流。以专业特点为导向的课题选择，不仅实现了课程学习与专业学习的融合，达到了学以致用的效果，而且也很好地激发了学生的学习动力。
2.3 分层次的设计与指导
分层设计与指导从两个层面展开，其一，扩大选题范围并增加选题层次；其二，基于因材施教的原则，将3～6人作为一个小组，新模式下的分层设计是将一个大课题细化为若干层次的小课题，组员根据自身能力和兴趣选择一个，小课题难度分层次且关联递进，整个大课题只有在每个小课题都完成的情况下才能完成。这种模式不仅便于指导教师的分类指导，也有利于学生独立思考与团队合作。
2.4 新模式的实施框架与目标
通过框架图可以看出，新模式的技术载体是UG软件，UG软件工具运用的熟练程度直接决定了整个课程设计的进展情况。因此，新模式的前期准备阶段至关重要，为了在课程设计正式开始之前使学生对软件有一定的了解，需要教师将工程软件有效引入整个机械原理课程教学中，这方面已有许多教学工作者将之引入机械原理课程教学中，并在提高教学效果的同时就如何提高学生软件运用能力方面作了有益的研究和实践[2，3]，值得借鉴。教师指导重点是把握课题的分层次布置、设计方法的引导以及软件使用技巧的点拨。在整个设计过程中，小组成员共同讨论方案的拟订，然后根据能力层次分工完成机构建模、运动分析、动力分析、设计优化等环节，每个环节在独立设计的基础上又离不开团队合作，在设计完成后以期每名学生既能对所选课题建立起系统的认识，又能熟练掌握相应设计环节的软件运用。
通过这种新模式的实施，所要达到的实践教学目标如图2所示。借助UG平台进行的课程设计，基本目标是使学生同时获取综合运用基础知识和软件应用能力，理想目标是学生完成课程设计后能形成系统的设计思维，创新能力有所提高。
3 新模式实施案例
以具有车辆工程专业特点的典型汽车发动机机械系统为例说明，新模式的实施。三维虚拟设计模型框图如图3所示。
3.1 针对专业特点挖掘设计课题
挖掘具有专业特点的设计题目，发动机是车辆的心脏，透彻了解它的结构是车辆工程专业相关课程教学的一个重点。如图3所示，将发动机整个机械系统作为一个大课题，以发动机活塞运动仿真与分析a、发动机气门运动仿真与分析b、发动机气阀联动运动仿真与分析c为子课题，其中a对应于曲柄滑块机构，b对应于凸轮机构，c对应于齿轮机构，这些常用机构建模、装配及仿真，教师在前期准备环节中，都应通过UG软件平台将其融入机械原理课程教学中。类似的课题还可以从车辆传动机械系统转向机械系统、制动机械系统等中挖掘，车辆类别可从普通汽车扩展到农用车辆、铁路车辆等。
3.2 分层次地设计指导
本课题可根据学生能力和成绩，按分层教学思想和模式分配给3～6名学生共同完成。其中对于成绩差的学生，指导重心应放在运用基础知识创建典型机构的运动方案上，如活塞运动、气门运动、气阀联动的工作原理拟定及运动尺寸的确定，并学会运用UG创建单个零件的三维模型；对于成绩较好的学生，指导重心应是学会运用UG进行单一机构的装配设计和干涉检查；对于成绩好、能力强的学生，指导侧重点放在整机的运动仿真及方案优化上。在整个设计过程中，每个层次的指导又不是割裂的，每个子课题相互关联递进，强调每名学生在有所侧重的基础上共同参与，实现系统思维的构建、综合能力的培养。
3.3 基于UG的设计过程
在机械原理课程设计中，UG软件平台主要借助建模、装配和运动仿真三大模块功能。首先，学生要对UG建模模块中的常见操作命令熟练掌握，领会三维建模思想，这是每一名学生在课程设计开始之前必须达到的要求；其次，学生进入UG装配模块进行机构的装配设计并进行干涉检查，这一环节需要教师进行示范演示并穿插上机强化；最后，在机构装配完成后进入UG运动仿真模块，学生通过仿真结果，给出方案评价或方案优化。
4 结束语
UG软件平台背后的CAD/CAE技术已逐步成为现代产品设计的主流技术，我们必须树立新的教育质量观念，调整和改进机械原理课程设计的内容和手段，提高课程设计的技术含量和设计质量。如何更有效地发挥诸如UG这一类现代工程软件在工科教学中的作用，是我们教学工作者面临的一个重要课题。
参考文献
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机械设计原理范文5
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[3]顾秉林.中国高等工程教育的改革与发展[J].高等工程教育研究，2004，（5）：5-8.
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机械设计原理范文6
关键词：OBE；工程教育；《机械原理》课程设计
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0057-02
为了推进工程教育改革，促进中国工程教育的国际互认，培养与国际接轨的中国工程师，由专门的职业或行业协会（联合会）、专业学会针对高等教育机构开设了工程类专业实施专门性认证，工程教育认证强调工科专业人才培养质量达到行业提出的基本质量标准要求，是一种合格性评价[1，2]。工程教育专业认证强调的三个核心理念：产出导向（Outcome based education，简称OBE）、学生为中心、持续改进，这些理念代表了工程教育改革的方向，是一种先进的教育理念[3]。我国若要成为《华盛顿协议》正式签约组织，就必须基于OBE理念，深化我国的工程教育改革和工程教育认证体制。
《机械原理》是机械类专业必修的一门重要的技术基础课，它是研究机械的工作原理、构成原理、设计原理与方法的一门学科，而《机械原理》课程设计是紧随《机械原理》课程之后的实践性教学环节，是《机械原理》课程的延伸[4]。基于OBE工程教育认证的12条毕业能力要求及课程规划，《机械原理》课程设计需培养的主要能力包括：1）掌握工程基础理论知识并能将其应用于工程问题（毕业要求1）；2）具有分析和解释数据，得到合理、有效结论的能力（毕业要求2）；3）具有综合运用机械设计理论和技术手段设计复杂机械系统、部件和过程的能力（毕业要求3）。
本文基于OBE工程教育理念对《机械原理》课程设计课程能力的上述四条要求，结合近年实践经验，阐述我校《机械原理》课程设计改革模式，并为其《机械原理》课程设计改革提供参考。
一、机械传动系统设计能力
《机械原理》内容包括两部分，其一是对现有机构的学习，包括构型分析、运动学和动力学的学习；其二是针对具体任务，利用所学机构学知识，设计传动方案。前者称为分析，后者称为型综合，《机械原理》学习的最终目的，就是要达到型综合的高度，《机械原理》课程设计正是锻炼综合能力的实践教学。
遗憾的是，传统的《机械原理》课程设计，体现不出OBE所要求的设计系统的能力，复杂机械系统更无从谈起，因此，改革势在必行。
基于OBE教学理念的课程设计改革使设计题目多样化，调动学生设计的积极性而不限制其思维，并且课程设计只提出最终要求而不限制方法，为了让学生在规定的时间内独立完成设计任务，题目不宜太深太复杂，其原则为：题目具有综合性，以运动方案设计为主；题目要覆盖《机械原理》课程的主要内容；题目应结合生产实际，是学生在日常生活、生产实践中所熟悉的；题目的设计结果应包括两到三种基本机构，也允许选用其他常用机构或组合机构；题目要有一定的灵活性和创新性，有利于发挥学生的创造力。
在设计题目确定后，需对已选题目提出三种运动方案，并经反复论证，确定一种最佳运动方案进行设计和分析。这种自由选题的模式可大大提高同学的兴趣。设计方案由学生独立提出，经独立地分析、比较后确定最佳方案，以发挥其主观性、创造力，使学生受到一次真实的设计训练，进而提升其机械传动系统设计能力。
此外，改革后的课程设计，学生们可以自由组合，每个小组自由选择设计题目，小组成员分工协作，共同完成设计任务。从选题、论证、设计到最后提交设计成果，共同讨论、研究，各自发挥自己的长处，不仅培养了创新意识和创新能力，也使他们体会到团队合作的作用。这也符合OBE培养大纲中工程毕业生个人能力和人际团队能力培养的要求。
二、工程基础理论知识应用能力
传统的《机械原理》课程设计中，方案确定之后，其相关运动参数也随之给定，每个学生需要做的就是绘制机构运动简图，利用图解法和解析法对所选机构的位移、速度、加速度及力进行分析，并绘制机构运动线图和作误差分析，最后编写课程设计说明书。从本质上来说，这样的设计仅能算一次作业，效果并不理想。尽管学生都能按部就班地完成设计任务，但却调动不了学生的设计兴趣，对工程基础理论知识的应用缺乏深刻理解，谈不上对学生的毕业能力的培养。
基于OBE教学理念的课程设计改革使设计题目多样化，只提出最终要求而不限制方法，学生可以充分地利用所学的理论知识去解决实际的问题。考虑到《机械原理》课程设计时间较短，教师在《机械原理》课程教学中，需提前做出安排，如现代工具的使用、软件的学习、各种方法的比较、综合性作业安排等。
任务的不确定性导致解决方法的多样性。学生需要根据所选择任务，基于所学的机构学知识，甚至查阅相关文献去设计解决方案，当多个设计方案确定后，需要比较各方案的优缺点，必然会深入了解每个所设计的传动方案，最终方案确定后，需对其进行结构、运动学和动力学分析，因有了方案设计的深刻理解，设计的目的已非常清楚，在相应分析时，对方法的选择和掌握自然水到渠成，加深了对所学理论知识的认识，明确了理论知识的实际应用，从而不至感觉学无所用。
三、分析和解释数据能力
在我国的工程教育认证中，第二条毕业要求学生能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论[5]。传统课程设计整个传动方案为教师所指定，分析方法固定，无需学生深入了解，只需按部就班完成画图和分析即可，可见，传统课程设计在第二条毕业能力要求上基本没起到培养作用。
改革后的课程设计，从设计任务到设计方案的确定，均需要学生根据具体情况进行分析，然后根据所学知识，自己设计传动方案，并需要通过多方案的比较而得出可行方案。在方案确定后，详细设计传动系统时，需要根据实际任务确定各参数，最后对机构进行分析，并对数据进行误差分析。为了更真实地让学生理解数据的意义和正确性，要求学生对所设计的传动方案进行全部或者部分的搭接实验，通过搭接实物并测量参数，再与理论分析数据进行对比，找出误差存在原因，从而得出相应结论。
四、考核方式的改进
评估学习产出是OBE教育模式中十分重要的环节，如何合理地对各项能力进行客观评价，对课程的改革及持续改进有非常重要的作用，与课程设计所培养能力相对应，《机械原理》课程设计成绩分为四部分：选题成绩、平时成绩、设计成绩及答辩成绩。各部分成绩分值及考核依据如下。
选题成绩占总成绩的30%。主要考查设计机械传动系统方案能力。每个团队均需通过PPT形式，结合参考文献查阅或调研情况，对自己团队的设计任务进行说明，根据所定任务设计两到三种机械传动方案，每个方案中必须包含两至三种典型传动机构，并且必须包含四杆以上连杆机构。根据传动方案是否合理、考虑是否周全、有无创新点、是否实用进行综合考核。
平时成绩占总成绩的10%，主要依据设计阶段的出勤情况和态度评定，这是设计正常进行的基本保证，也是初步对毕业要求9中个人与团队能力的培养。
设计成绩占总成绩的40%，主要评估工程基础理论知识应用能力与分析和解释数据能力，根据所选择分析方法、数据分析的正确性、模型建立、运动仿真、简图绘制等进行评价。
答辩成绩占总成绩的20%，各组将集中设计阶段的工作及成果以PPT形式作汇报，主要介绍组员分工及完成情况，组员自评分，搭接视频等，并回答提问，据此评判答辩成绩。
通过此类考核方式，对毕业生的能力9（个人与团队）和10（沟通，包括撰写报告和陈述发言、清晰表达或回应指令）也起到初步培养的效果。
此外，上述基于OBE工程教育理念的考核方式对教师的教学投入提出很高要求。例如：教师需要投入较多的精力和心血研究繁琐的教学目标分解和教学方法选择，要求其自身具有扎实的专业理论知识、较广博的基础知识面、较强的动手能力及计算机应用能力。对设计中可能出现的各种方案及其特点要有充分认识，能够正确引导学生，使他们经过认真思考和分析比较后，可以选择一个适当的方案。这样才能适应当前实践教学改革和发展的需要，从而有效引导学生积极思考，培养他们的创新能力。
五、结束语
经过近两年的实践，发现根据OBE教学理念改革后的《机械原理》课程设计，为学生机械传动系统设计能力、工程基础理论知识应用能力、分析问题和解决问题的能力以及团队合作和工程实践能力的锻炼和提高提供了很好的平台，并确实取得了较好的效果。然而，OBE工程教学模式是一个系统的工程，无论是在设计内容，还是在设计方法和评估方式上，还有很多需要完善之处，需要进一步的改革和探索，持续改进，以更好地培养学生相应的毕业能力，实现培养与国际接轨的中国工程师的目标。
参考文献：
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