序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇機械系論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

關鍵詞 非線性；機械系統；PID控制；漸進穩定性

中圖分類號TH13 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）64-0099-02

雖然當前控制理論與技術實現了持續的發展和進步，同時人們也提出了不同的非線性比例的積分和微分方程，有效改善了傳統線性PID品質，但大多數的實際機械控制系統依舊采用傳統的線性PID進行控制。而PID控制的非線性機械系統的穩定性分析一直是研究中的難點。

Arimoto提出了不確定的非線性機械系統PID局部控制趨向穩定性，而Kelly則提出根據飽和函數在實踐中的引入明確了非線性不確定機械系統控制的全局漸進穩定性。相應的專家還了解到自適應飽和P加D控制過程中所呈現的機械系統全局穩定性特點。根據近期的文獻研究了解到，專業的研究者所提出的新型的飽和函數，有效證明了P加D飽和同步誤差的非線性控制機器人系統的全局漸進穩定特點。

1 機械系統動力學模型與特性

n自由度的自由度旋轉關節非線性機械系統動力學模型描述如下：

上述公式中，q為關節位置， 為速度矢量， 為加速度矢量，M（q）為對稱正定慣性矩陣，而B0為關節線性阻尼摩擦力矩陣，C(q，)為哥氏力以及離心力矩陣，而g（q）是重力向量，U(q)是由于重力而形成的勢能，而則是力矩控制矢量。

非線性機械系統一般具有一下所示的結構特性：

1）當B0，實際上也是線性阻尼矩陣為對角正定矩陣，慣性矩陣保持對稱正定且并非無限，是有界的，其范圍滿足如下關系式：

其中的λm（M）以及λm(M)表示的是在M（q）矩陣中的最小特征值和最大特征值。

2）對于特定的qd以及任意的q以及α>0，有一個恒定的對角正定矩陣保證下列關系式成立：

在實際的分析過程中，也就是公式中，對于任意的qd，也就的任意給定的期望位置，設計出線性PID控制器，通過綜合的考量能與任何的模型信息適用，同時實現了非線性機械系統漸進穩定性位置的控制，從而致使非線性機械系統從初始的位置漸進穩定達到目標狀態。

2 非線性機械系統PID控制漸進穩定性分析

2.1 傳統線性控制半全局漸近穩定性

傳統PID線性控制:

公式中的Kp+Ki為恒定對角正比例，而Kd為微分增益矩陣；Ki為積分增益矩陣。

將上述兩個公式帶入非線性機械系統的動力學模型后，可得出閉環系統的方程如下：

其中B=B0+Kd，通過上述公式，可得知ΔqT TzT為相應系統中唯一靜態平衡點。

根據對傳統線性PID控制的非線性機械系統的分析，可得出相應的定理：

根據非線性機械系統模型定義，傳統線性PID控制系統的應用過程中，通過傳統控制器的比例與微分增益參數適宜的不等式方程的設定和完善，那么系統的位置誤差處于半全局的漸進收斂狀態。也就的存在穩定的吸引域保證。

由于公式所表示的Lyapunov函數V保持正定的。并且函數V的值將順著閉環系統實現了時間倒數在平衡點附近內部吸引域的半負定。同時實際上值為零實際上也是Δq的值為零以及的值為零。根據LaSalle的不變性原理可了解到，吸引域D的值使處于其吸引域內部的初始值都將漸進穩定實現平衡位置的收斂。這似乎達到了局部漸進穩定的結果，然而實際上影響吸引域大小的常數值沒有出現在非機械系統的控制器中，這個影響的正常數值大小可隨意自定。同時也是吸引域的大小為整體的狀態空間體系，由此，根據相關學者的相似討論可推算出閉環系統的半全局漸進的穩定性特點。

2.2 改進后的非線性PID控制的全局漸近穩定性

根據相應的仿真模擬實驗可知，改善完成之后的NPI-D控制器當中，控制系統中的等價比例的控制參數小于或者等于線性PID的控制參數，非線性機械系統控制器的位置和誤差可根據仿真試驗的結果看出，在通過了初始控制值的誤差暫時狀態過渡完成后，機器人系統位置控制誤差逐漸接近零。同時實現改善后的非線性機械控制系統，也就是NPI-D系統，與傳統的PID控制系統相比具有更快的反應速度。根據推算的理論體系和結論明確到，本論文提出的非線性機械系統NPI-D控制器的改進措施引入了較新的且將小誤差放大的飽和函數，從而明確了在較小的控制增益狀況下依舊能實現較快的過渡過程。為了保證非線性機械系統全局區域穩定性而采取的，通常所用的雙曲余切函數無法放大誤差，為了實現滿意的系統過渡，機械系統中的比例以及積分的增益都相對大一些。

首先通過相類似的勢能函數，實現對相應系統穩定性特點的推導：

針對近似的勢能函數求導可得出非線性的飽和函數如下所示：

其中唯一的靜態平衡點為

對于公式中所控制的閉環系統，可推出如下定理：

對近似勢能函數所表示的非線性機械系統，通過改進的非線性機械NPI-D控制系統，控制器比例以及微分增益都要滿足相應的不等式，那么系統位置位差呈現全局漸進收斂，也就是。

3 結論

通過對相應線性控制的非線性機械系統漸進穩定的分析，清晰明確地回答了這一開放性問題。雖然并沒有對線性控制全局的漸進穩定性進行闡述，但實際證明了實際機械系統中的半全局的漸進穩定性，同時在傳統的線性PID控制半全局漸進穩定性的分析基礎之上，提出了改進的NPI-D控制體系，通過相應專業理論的應用證明了閉環系統呈現全局漸進穩定性，通過實際的實例進一步表明了理論分析結果的正確和有效。

參考文獻

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[4]尚宏，陳志敏，任永平.一種新型非線性PID控制器及其參數設計[J].控制理論與應用，2009(4) .

篇(2)

根據國家機械設計制造及其自動化專業畢業培養標準中對畢業能力要求之4“具有設計機械系統、部件的能力”要求，整合現有教學內容，形成了基礎知識遞增和設計能力遞進的機械設計類課程教學環節結構。其中先修課程包括數學類、工程力學、機械制圖、公差與技術測量等基礎課和專業基礎課。為達到“具有設計機械系統、部件的能力”的畢業要求，設計了課程教學及課內實驗、基礎設計能力培養、創新設計能力培養三個能力遞進培養環節。

2機械設計類課程教學及課內實驗

課程教學及課內實驗教學環節分為機械原理和機械設計兩個部分，每部分。含課內實驗，課程內容及培養目標如下：機械原理課程是一門培養學生機械機構運動設計與分析的技術基礎課，主要研究機構的結構分析、運動分析和動力分析，常用機構設計的基本理論和方法，機械系統傳動方案的規劃與設計，其主要任務是培養學生：第一，理論聯系實際的學風，設計實踐能力和創新精神。第二，掌握機構運動方案設計的能力。第三，具有機械系統運動簡圖的繪制，計算機輔助機構分析和設計的能力。機械原理實驗教學是機械原理課程教學中的實踐環節。在實驗中通過安排部分課程基本理論的驗證性實驗，使學生進一步加深對課堂教學內容的理解。通過增設一些綜合性、設計性實驗，培養學生基本知識、基礎理論與實際項目需求的理論知識應用能力，同時培養學生創新意識和能力。通過設立較多的選修實驗，促進學生的個性發展。機械設計課程是一門培養學生機械設計能力的技術基礎課，在教學內容方面著重掌握機械設計的基本知識、基本理論、基本方法和創新思維，通過對本課程的學習，使學生掌握常用機構和機器中各種通用零件的基本理論和基本知識，初步具有機械結構方面的分析、設計能力，同時注意培養學生正確的設計思想和嚴謹的工作作風。機械設計實驗教學通過設立部分驗證性實驗，使學生進一步加深理解課堂教學的內容；通過設立一些綜合性、設計性實驗，培養學生理論聯系實際的能力及機械結構設計的創新意識和創新能力；通過強調學生參與實驗的全過程，培養學生的動手操作能力；通過設立較多的選做實驗，滿足學生的求知欲，促進學生的個性發展。

3基礎設計能力培養

機械設計課程設計是機械設計基礎類課程的重要實踐性環節，通過對機械傳動裝置和簡單機械的設計，使學生綜合運用機械設計課程和其他先修課程的理論和實際知識，熟悉機械設計的一般規律，掌握機械通用零部件及簡單機械的設計理論及設計方法。培養學生理論聯系實際的正確設計思想，樹立工程意識，培養獨立分析和解決工程實際問題的能力，為畢業設計和以后從事工程設計工作打下良好的基礎。課程的教學目的：第一，學習機械設計的一般方法、步驟，掌握機械設計的一般規律。第二，學會從機器的功能要求出發，合理選擇傳動機構的類型，制定傳動設計方案，正確計算零件的工作能力，確定它的結構、形狀、尺寸及材料，并考慮制造工藝、使用、維護、經濟和安全等問題，培養機械設計能力。第三，進行機械設計基本技能訓練，例如計算、繪圖，運用標準、規范、手冊、圖冊和設計資料，以及使用經驗數據和處理數據等。第四，通過編寫設計說明書，提高學生文字表達能力，掌握撰寫技術文件的有關要求；培養學生運用計算機撰寫論文的能力。第五，訓練學生用CAD繪圖的能力。機械綜合課程設計是形成機械裝備設計能力的重要實踐性教學環節。內容以車床或銑床的主傳動系統設計為主線，以所學過的機械制造裝備的基礎知識為支撐，完成主傳動系統設計、操縱裝置布置、工程分析計算等環節的訓練。其目的是在相關先修課程學習后，進行機械結構設計綜合訓練，使學生掌握機械系統分析和設計的基本步驟和方法，培養和鍛煉學生綜合運用所學知識解決實際工程問題的能力。

4創新設計能力培養

學生創新設計能力培養包括機械產品創新設計與仿真和機械創新設計與制作兩個環節：機械產品創新設計與仿真是學生以項目組的形式自主開展的為期一年的研發與制作項目，在學院的統一命題下完成一項任務。提高學生自主學習、問題求解、團隊協作、項目管理、綜合創新等方面的能力和素質。機械創新設計與制作是結合學生已有的知識儲備，充分發揮學生的創新設計思維，通過機構綜合模擬現實自然界生物的動作行為，并輔以相應的控制系統達到機構的協調運動。在教師的啟發和指導下，學生以組為單位自主地進行相關內容科技文獻檢索、方案設計、虛擬仿真、繪制加工圖紙、撰寫設計說明書并進行答辯，通過工程實踐培養學生靈活運用所學機械設計知識的能力。

5結論

篇(3)

關鍵詞：專業學位；培養模式；實踐環節；工程特色

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）31-0131-02

一、引言

專業學位工程碩士從培養方式上分為非全日制在職工程碩士和全日制工程碩士兩種，在職工程碩士通常有實際工作經驗，而全日制工程碩士與工學碩士相似，其學生大多數為應屆本科畢業生，缺乏實際的工作經驗。全日制工程碩士雖然在招生對象上與工學碩士相似，但由于二者的培養目標不同，其培養模式、培養方法、教學體系、論文標準均有較大的區別。以往的非全日制工程碩士和工學碩士的培養模式、評估標準和保障體系已不能完全適用，必須構建出適合全日制工程碩士培養目標的各種體系和機制，以適應專業學位研究生教育的發展。

我校機械工程學科作為最具綜合性和工程實踐特征的學科之一，從1999年開始，在培養管理工作中積極探索、改革創新，通過學科建設、人才隊伍建設、實踐基地建設等有效措施，保持工程碩士教育的健康發展，取得較大進展。

二、全日制專業學位研究生培養存在的問題

（一）培養模式與定位不能全面體現工程特色

目前，許多機械類的研究生教育仍沿用學術型研究生的培養方式，無法突出專業學位研究生的工程特色和應用背景，達不到學術型研究生在理論與創新方面的要求。

（二）課程體系不能全面突出實踐性和應用性

大多數院校目前沒有專門用于培養專業學位研究生的課程教學體系，在必修課和選修課方面沿襲學術型研究生的課程體系，忽略對專業學位研究生工程實踐能力的培養。

（三）教學內容和教學方法與工程需求存在差距

專業學位研究生大多是應屆本科畢業生，目前教學內容存在“重理論、輕實踐、多灌輸、少研討”的現象，達不到豐富學生實踐經驗、提高工程實踐能力的要求，不符合企業需求。

（四）研究課題單一，不能全面體現工程實際

部分專業學位研究生在校期間從未參與過工程實際項目，學位論文幾乎是理論分析與公式推導，既不符合專業學位研究生的培養目標，也背離了國家設立專業學位研究生的初衷。

因此，在全日制專業學位研究生的培養過程中，探索出理論和實踐相結合的培養機制，研究出具有機械類行業特點、產學研結合的培養模式，制訂切實可行的培養方案、教學體系和教學方法，使機械類專業學位研究生具有綜合的專業知識和良好的實踐能力，具備較強的可持續發展能力，注重全面綜合發展，這無疑是一個重大的課題，對以大機械人才觀，培養更具特色與競爭力的高素質、實用復合型人才具有重要的意義。

三、改革思路

（一）創新培養模式

工程碩士的培養必須改革傳統的“重學術、輕實踐”的培養模式，明確培養工程實踐能力強、具有解決工程實踐問題和創新能力的應用型、復合型高層次工程技術和工程管理人才的培養目標，制訂符合現代化建設要求的專業學位研究生教學計劃、教學內容，堅持“強基礎、重實踐，求創新”的指導思想，以綜合素質培養為基礎，以能力培養為主線，對知識、能力、素質等方面進行合理安排，力求整體優化，培養具有工程背景的高素質工程技術人才。

（二）注重課程設置

制訂專業型工程碩士的培養計劃是保證人才培養的重要基礎。培養計劃中的課程設置應充分體現“厚理論基礎、重實際應用、拓前沿知識、強工程實踐”的特點，采用學分制和模塊化，將模塊分為必修模塊和選修模塊。減少公共必修課學時，增加能代表學科前沿、富有實用性的案例課和高水平選修課，增加實踐環節。針對專業學位研究生的工程實踐背景，在實踐環節方面要求學生深入企業，時間為0.5～1年，兩個學分，撰寫出實踐環節總結報告，由企業導師簽字認定，而且，其學位論文也可以此為背景展開，充分體現專業學位工程碩士的培養特色。

在教學過程中，要求教師采用主題式的教學模式，按工程項目、工程案例和工程問題組織教學內容，針對不同內容提出設計主題，注重課程內容的銜接，不斷激發學生的創新欲望，營造創新環境，培養創新意識、思維、方法和技能。通過淡化分析，加強綜合，強化學生對機械系統的綜合訓練。同時，要求教師針對課程內容，以企業實踐、實驗研究、參加科研、協助導師指導本科生實踐等方式強化實踐環節，為論文寫作奠定基礎。

（三）突出實踐環節

校內實踐環節。在選修課中，應規定每門課程必須有實踐操作，同時構建高水平的校內實踐基地，承擔與理論課程配套開設的實驗教學任務，并為研究生完成學位論文工作提供必要的工作場地和實驗設備。

企業實踐環節。企業實踐環節是機械工程專業學位研究生培養過程中的重要環節，充分的、高質量的企業實踐是專業學位研究生培養質量的重要保證。通過該環節，應達到基本熟悉本行業工作流程和相關職業及技術規范，培養實踐研究和技術創新能力，并結合實踐完成論文選題工作。

全日制專業學位研究生的實踐環節內容由校內外導師共同協商決定，認真組織開展相應的企業實踐活動，并進行必要的總結和考核評估，獲得相應的學分。

（四）體現工程特色

強化工程實踐的總體思路是：面向工程，建設基地，提升工程實踐能力；依托課程，融合課外，協調開展創新教育。在與相關企業建立研究生培養基地與社會實踐基地的同時，不斷豐富學位論文的選題來源，使其有明確的職業背景和應用價值。在指導方式上，以校內導師指導、校外導師參與為主，合理運用理論知識和技術解決實際問題。

培養過程采取課程學習、企業實踐和學位論文相結合的方式。注重對工程應用和創新能力的培養，增長工作經驗，縮短就業適應期。在研究生入學后，導師要從學生的實際和社會需求出發，為其制訂培養計劃。課程設置要以實際應用為導向，以職業需求為目標，以綜合素養和應用知識與能力的提高為核心。

對于企業實踐環節，可采取集中實踐與分段實踐相結合的方式。通過建立校企培養基地，共同培養專業學位研究生，改革創新實踐教學模式，積極探索人才培養機制。

四、實施效果

（一）建立具有科學性、實用性的培養模式及課程體系

機械工程專業學位碩士的課程內容要根據企業需求和近幾年畢業生的就業情況來設置。機械工程專業學位研究生開設《機械工程領域工程實踐問題案例分析》、《機械制造技術應用與實踐》、《機械工程實驗與分析》及《實踐環節》等工程實踐與案例課程；同時還開設了相關的選修課，充分體現培養特色。

（二）確立科學、系統、前后呼應的教學內容

機械工程專業將《現代制造技術》、《現代控制理論及應用（機械）》、《現代設計理論與方法》集設計、制造、控制于一體，與選修課《復雜表面制造技術》、《數控設備設計與分析》等制造、設計、測試、分析相呼應，形成完整的課程體系。同時，將教師的典型科研項目加入課堂教學，按工程項目、工程案例和工程問題組織教學內容，提高學生的學習興趣和綜合實踐能力。

（三）建立實踐教學基地，提高學生的工程實踐能力

注重吸納使用社會資源，加強合作辦學，建立聯合培養基地，充分發揮我校機械工程專業學位人才培養的優勢。從2000年開始，以機械工程領域為依托，先后與沈陽多家大型裝備制造業企業建立研究生聯合培養基地，并保持長期合作關系，邀請該領域實踐經驗豐富的專家參與專業學位研究生培養，參加學位論文評審、答辯等環節。2010年5月，由沈陽市政府牽頭，我校與沈陽六家企業共同組建“沈陽鐵西裝備制造業聚集區公共研發促進中心”，為機械專業型工程碩士的培養提供更大的平臺。

（四）穩步實施“雙導師”制，建設一只具有工程實踐背景的師資隊伍

建設一支專兼結合，既有較高學術水平又有豐富教學經驗，具有工程實踐背景的師資隊伍，是做好工程碩士培養工作的關鍵。為體現工程碩士的培養特點，積極探索校內外“雙導師”制，即以校內導師為主，企業導師為輔，共同指導實踐環節、項目研究與學位論文等多個培養環節，共同承擔專業學位研究生教育的培養工作。

通過聘任更多有著較高理論水平和豐富實踐經驗的企業單位專業人才做兼職導師，同時不斷提高校內師資隊伍的專業化水平，鼓勵教師參與橫向課題，加強內部培訓，參加專業技能培訓等方式，豐富教師的實踐經驗，不斷提高專業課教師的專業實踐能力，提升整個專業學位研究生教育師資隊伍的專業化水平。自開始招收機械工程工程碩士始，即要求其導師由學術造詣深、工程實踐能力強，且有企業橫向科研課題背景的教授擔任，保證工程碩士的培養質量。幾年來，有20余位校內教師及每年吸納10余名不同學科領域的專家、學者和實踐經驗豐富的人員做校外導師，參與實踐課程、項目研究與學位論文等多個培養環節，共同承擔專業學位研究生的培養工作，增加學生的實際工作經驗，縮短就業適應期，取得良好效果。

（五）強化結合工程實踐背景的學位論文選題

論文選題應源于生產實際，或具有明確工程背景與應用價值，或具有一定的技術難度，體現所學知識的綜合運用，或有足夠工作量。論文研究應體現作者的知識更新及在具體工程應用中的新意，研究結果能對行業特別是所在單位的技術進步起到促進作用。

篇(4)

關鍵詞：虛擬制造技術；現代機械工程設計；機械制造；機械產品；機械設計

文獻標識碼：A中圖分類號：TH166文章編號：1009-2374（2016）05-0073-02

作者簡介：伊紀斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學國防教育學院學生，研究方向：機械設計

隨著知識經濟和工業制造的快速發展，現代化的市場要求產品生產廠商要以最快的速度、最優的品質、最短的研發時間、最低的成本消耗和最佳的服務來滿足顧客的需求。傳統設計一般是在圖紙結合產品的特性和設計的具體要求進行的，在機械設計的過程中需要提前對設計中的設備裝配的干擾因素的不確定進行考慮，但是產品在裝配中的缺陷只有在產品開發的后期才能暴露出來或者在產品的試制階段和裝配中顯現出來。如果設計的零件已經開始投入生產了，那么損失就更加嚴重了。產品的質量在傳統的設計和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統設計的工藝比較粗糙、開發的效率低、花費時間比較長、耗費的資金比較大。在變化速度快、持續性發展和不可預測性市場中難以適應。因此，企業的生產活動需要具備高度的柔性和快速的反應，與此同時信息技術的飛速發展保證了機械制造的先進性，信息化的使用對于現代機械工程設計十分重要。

1虛擬機械制造技術

以往傳統的機械設計技術的設備條件比較差，設計技術性不強，傳統的設計觀念比較保守，設計的手段主要依靠的是粗略的計算和估算，主要是在較多的簡化和靜止化假設中完成機械工程的設計，傳統設計具有較大的隨意性，并且設計的關鍵過程還對設計者的經驗和設計習慣具有很大的依賴性。設計的過程很難實現合理、高效和準確。但是在現代化虛擬設計的相關技術可以很好地實現設計經驗依賴性強、設計過程靜態性和設計理念隨意性向現代化設計精確性、以數據知識工程和專家系統為保證的設計方式的發展，虛擬計算機技術需要對必要的信息進行檢索、分析和收集。最終找出最優的設計方案和數值運算的方式，當然也會對CAD技術和人工智能技術、數據庫技術等進行大量的應用。虛擬機械制造技術主要是在虛擬環境下對計算機的模型進行虛擬分析的一種計算機設計技術。該技術集成并綜合應用了綜合性的機械制造環境，主要包括了各種仿真、分析、應用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經歷的主要階段有裝配產品的概念設計、動態仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術，機械設計人員不需要將所有的零件設備生產制造出來，可以通過對零件模型的建立，隨后對零件進行虛擬裝配，并對各零件部位之間的裝配間隙進行干涉、對裝配的狀態實現檢查，對零件設計中的錯誤及時發現，如果零件不符合設計要求，可以依靠計算機技術方便及時更改模型，最后形成新的零部件設計圖和裝配圖，達到設計、裝配和制造檢驗的協調。

2虛擬制造技術的關鍵

虛擬制造技術包含了許多方面，主要有設計技術的提出、產品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎結構、建模仿真等。下面就對虛擬制造技術中的關鍵技術進行詳細的介紹：

2.1虛擬技術中的建模技術

虛擬指的是在系統中將現實制造系統映射到虛擬環境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計算機化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內容有生產模型建立、產品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結構的建立。生產模型中有靜態描述和動態描述兩種。靜態描述主要是關于對系統生產能力和生產特性。動態描述是在已經被得知的系統狀態和需求的性質上對產品的整個過程進行全面的預測。在制造過程中我們將種種實體對象總的稱之為產品模型。在產品的模型建立中需要對產品的明細、形狀特征等方面進行描述。對于VMS而言，要實現產品實施過程的全部繼承必須具備完整的產品模型。因此在虛擬制造中的產品模型不再是單一和靜止的，它可以運用抽象的技術實現各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產品的工藝參數和關于產品功能的各種因素進行聯系，最終實現對產品模型和生產模型之間相互作用的反映。

2.2虛擬制造技術中的仿真技術

仿真指的是通過計算機實現復雜現實系統的抽象化和簡潔化最終形成的系統模型，并且在仿真的基礎上對模型進行應用，最終得到相應的系統性性能分析。仿真主要以系統模型為主體的研究方法，它對實際的生產系統沒有直接的干擾作用，并且仿真系統可以對計算機的計算能力進行應用，實現在短時間內完成在實際工作中需要很長時間的工作，有效縮短了生產決策的時間，最大化地避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費。計算機技術還有很好的仿真修復功能，最大化地保證了方案的最優。仿真技術過程的主要步驟有系統研究、數據收集、系統模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計算、仿真模型的運行、結果的輸出和分析。仿真在產品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統產品的開發中主要涉及的是產品建模、設計交互行為仿真等。方便對設計結果的評價，及時進行反饋，降低產品設計中的錯誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對獨立的，兩者不能實現集成，而VM中應建立全面過程的統一仿真。

2.3虛擬制造中的虛擬現實技術

虛擬現實技術的目的是改善計算機的交互方式，提高計算機的可操作性，它是在對計算機圖形系統和多種顯示以及控制等接口設備的基礎上，以交互的三維環境為人提供沉浸體驗的技術。虛擬現實技術主要由圖形系統和多種接口設備組成，使人在虛擬環境中感受到真實的沉浸感覺，交互性計算機系統是虛擬現實系統的基礎。虛擬現實系統中有操作者、機器和人機接口。它幫助提升人和計算機間的和諧度，同時也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實現對真實世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環境的條件下，使人達到身臨其境的沉浸感覺。VM的關鍵技術之一就是虛擬現實技術。

3機械虛擬樣機技術介紹

虛擬樣機技術在機械工程設計中被稱作機械系統動態仿真技術，它是20世紀80年代在計算機技術的快速發展中發展起來的一種計算機輔助技術。在計算機建立樣機模型后，對模型的多種動態性能進行具體的分析，最后對樣機方案實現改進。用數字化模型代替物理性的樣機。通過虛擬樣機技術的作用，簡化了機械產品的設計開發過程，有效縮短產品開發的時間，最大程度降低產品的開發成本和費用，實現產品質量和系統性能的提升，使設計產品實現最優化和最具創新性。綜合以上優勢，該技術一經出現就受到了眾多工業發達和高等院校及設計和生產企業的重視，許多著名的產品開發設計者都對該技術進行了引入并運用在自身產品的開發中，并且取得了極好的經濟和生產效益。在機械工程設計

中應用仿真技術對零件進行設計、生產工序等方面的選用以及工藝參數、加工工藝、裝配工藝等構件的運動性等均可以實現建模仿真。

4虛擬制造技術在機械工程中發揮的優勢

4.1強大的通用性和分析處理復雜問題的能力

虛擬樣機技術建立和發展的基礎是分析力學和多體運動力學，該技術的關鍵是對復雜機械系統進行自動建模。因此，大多數的虛擬樣機技術軟件主要運用的是帶約束乘子的微分代數混合方程。令每個構件都有六個自由度是它的核心，還要要求其對多余的自由度進行限制，實現其具有良好的通用性，達到適用性強的目的。與此同時，虛擬樣機技術還對機械系統的詳細環節進行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。

4.2為機械系統建模帶來便利

傳統的機械系統建模中要先建立運動分析，隨后在運動分析的基礎上進行動力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導。但是圖形的分析和公式的推導過程往往比較復雜，并且錯誤率高。同樣的建模過程中設計人員只需要將機械的構成方式和連接方法以及相應的物理參數實施輸入，其后的建模和求解只需要計算來完成就可以了，極大地幫助設計人員承擔了許多的設計難度。

4.3強大的后期處理能力

在傳統的分析方法上通常得出的是大量的數據，數據的理解還要依靠豐富的經驗和理論。但是運用虛擬樣機計算軟件為復雜性的數據提供了可視化技術，使得設計人員直觀地看到機械設計的性能和運動效果。

5結語

虛擬制造技術實現了現代工程機械工程設計領域中的設計、試制等一系列過程的直觀性。實現了在產品真正制造出來前，可以在虛擬的制造環境中生成產品的原型，更好地替代現實中的硬件產品，更方便地對設計產品的性能和可生產性進行評估，極大地縮短了產品的設計和生產周期，最大化地節約了產品開發的成本，保證產品的開發和設計可以適應市場的靈活性的變化。虛擬制造技術是現實技術和計算機仿真技術在機械制造中的綜合應用。在現代化計算機虛擬設計技術的幫助下實現對眾多產品的開發和設計，不僅不會造成實際物質的浪費，并且還能更直觀地了解產品生產的具體情況，打開了機械制造和設計的全新局面。

參考文獻

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[3]孫福臻，閻勤勞，單忠德，等．機械虛擬現實技術的應用與發展[J]．機械設計與制造，2010，（5）．

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[5]陶表達，姚桂玲．虛擬技術在現代機械產品研發中的應用[J]．湖北第二師范學院學報，2010，（2）．

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關鍵詞 機電一體化系統設計 工程應用 創新能力 實踐能力

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A

Curriculum Reform of "Mechatronics System Design" in Universities

ZENG Yudan, DU Liuqing, ZHANG Mingde, YANG Xiangyu, WANG Yali

(Chongqing Automobile Institute, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054)

Abstract "Mechatronics System Design" as a core curriculum in group of mechanical engineering curriculum, has strong comprehensive and practical features. In this paper, our undergraduate institutions in the curriculum development and teaching reform emerged as the major issue, the demand for the industry, for engineering applications, emphasizing awareness and sense of innovation and engineering training, a typical mechatronic systems - NC special main design feature for teaching, student-centered, self-study students for the purpose of awareness and self-learning ability, the students involved in the actual design process was focused on teaching content, teaching reform, to build and improve enhance undergraduate project quality, to develop students' practical ability and creative ability of the curriculum and teaching model are discussed.

Key words Mechatronics System Design; engineering applications; innovation ability; practical ability

0 引言

機電一體化系統設計涉及機械、電子、計算機、自動控制及信息處理技術、系統工程、檢測傳感技術、伺服傳動技術等多學科領域，是機械工程專業學科課程群中的核心課程。本課程技術含量高，內容更新快，要求學生能綜合運用機械、電子、控制與信息處理等多學科的知識，完成對系統的分析、設計、優化等一系列過程，具有很強的綜合性和工程實踐性，相比其它專業課程而言，課程建設和教學改革面臨更多問題，具有更大難度。

目前課程建設中存在的主要問題有：①教學內容過分側重于工程科學理論知識的灌輸，缺少工程分析設計的實踐過程，遠遠不能滿足工程應用要求；②教學模式基本還是傳統的以教師傳授知識為主，學生被動學習的模式，“以教師為中心，以課堂為中心，以書本為中心” 的單向灌輸式教學模式方法仍然占據主導地位，學生動手解決實際工程問題的機會很少。以上問題使得學生理論知識與工程實踐相脫離，實踐能力和創新能力薄弱，不能適應現代化經濟建設和工程技術發展的要求。

1 課程教學改革研究

我校自1999年開設機電一體化專業方向以來，一直對《機電一體化系統設計》課程建設和教學改革進行了不斷的探索，現將教學內容和教學模式改革的過程小結如下：

1.1 教學內容改革

高檔數控機床和基礎制造裝備是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》16個重大專項之一，也是國家振興計劃的重要組成部分，因此在教學內容設置上，緊跟這一重大決策，響應國家戰略需求，將典型的機電一體化系統――數控專機系統設計專題作為主要內容，在前續課程所講授的理論知識和工程應用實例基礎上，教師指導學生結合工程實例，對機電一體化系統，特別是數控專機系統的設計過程進行較系統完整的學習，并循序漸進地進入實際設計過程，并最終完成數控專機的方案設計和優化、各元部件選型、軟件流程圖、電氣原理圖等所有理論設計和功能模塊細部設計過程。教學所用的工程設計案例大部分來自學校教師所承擔的實際科研項目，如數控電焊專機設計、錐齒輪傳動質量智能檢測分析系統設計、數控彎管機控制系統設計等，避免了空泛地照搬教材進行照本宣科，而是由教師指導學生在設計過程中自主查閱、了解相關知識，進一步掌握相關技能，并將所學所得結合實際設計過程進行鞏固，在此過程中，教師將自己的設計思路、方法和經驗毫無保留地對學生進行傳授和討論，從而實現對學生自學能力、創新能力、實踐動手能力等機電復合型工程技術能力的培養。這對于在校學生來說是非常難得的學習和實踐的機會，也真正體現出課程面向社會需求、面向工程應用的實質。

1.2 教學模式和教學方法改革

本課程是一門面向工程應用，分析解決實際工程問題，對“系統”進行“設計”和“整合優化”的專業核心課程。因此在教學中指導學生始終要以系統工程的角度出發，以整體全局性的高度，對所設計的數控專機進行化整為零、化繁為簡的分析，將一個大系統的設計任務分解為各個子系統乃至各個單獨的功能模塊和功能部件的設計和選型，再經過接口設計，將各功能模塊有機地融合在一起，組成一個整體性能高于各部件之和的完整系統。

在教學過程中，始終堅持面向工程應用，以學生為主體的模式，課堂時間主要用于重要理論和技能、關鍵問題和練習作業的學習和討論，其余所需知識技能交由學生課后通過圖書館、網絡等查閱設計案例、論文、產品技術手冊等相關資料和自學完成，同時學習運用一些常用設計工具，并通過作業和小組討論等方式進行鞏固，有疑難問題可提出并在全班進行討論，最后在教師指點下得出正確結論。這種以具體工程設計任務為教學主線的方式讓學生明確意識到課內外所學知識技能在實踐生產中大有用武之地，認識到教師布置的作業均是完成設計任務必需環節，從而大大提高了學生的學習積極性，使其在課堂上的注意力非常集中，課后能根據任務所需而主動自發地進行學習和討論以完成任務，而不再像以往那樣由于不明白所學知識具體有何用處而造成理論和實際脫節，甚至產生忽視和厭學心理。在此過程中學生逐漸認識到自己理論知識上的薄弱點和缺少的實踐經驗，有針對性地學習參考相關理論知識和前人的方法經驗，彌補以往知識技能系統的缺失環節，并能及時將所遇到的問題及心得體會在課內課外與教師和同組同學進行交流討論，最終較系統完整地完成對各相關知識和技能進行總結，并在工程項目中綜合應用的過程。

本課程是涉及到機械、電子、控制、信息等多學科知識和技術的一門交叉課程，在課堂教學環節，普遍出現的情況是將本課程作為前續課程中“機”、“電” 、“控制”等學科知識的簡單組合和回顧，導致本課程應具有的系統性、綜合性、實踐性不能體現，與其余專業課程間也無法形成科學合理的承接脈絡。改革教學模式和方法后，以整個工程設計過程為主線，將所涉及到的各學科關鍵理論知識，進行系統性邏輯性的梳理，形成清晰的脈絡和層次，并指導學生在完成設計任務的過程中，有意識地綜合運用所學知識、工具和技能，達到學以致用的目的。

例如，在講授“機械子系統設計”章節時，把握住“各子系統有機融合”這一本質，讓學生不僅掌握書本上陳述的對機械系統的性能要求等知識點，更要明白這些要求的提出不是孤立地從機械系統本身穩定性、快速性、準確性等性能指標出發，而更要從控制系統、伺服驅動系統與機械系統有機結合的角度來看待。通過運用經典控制理論中的時域分析和頻率分析兩種方法，了解機械系統參數中系統阻尼比和無阻尼固有頻率這兩個最基本的參數，對機械系統參數變化引起的控制性能變化的過程、原理進行分析推導，同時通過課堂上采用MATLAB對系統進行設計與仿真的實例演示，使學生了解這一控制設計領域的經典工具，經過教師指導和課后自學，掌握該軟件的基本使用方法并在設計中加以運用，從而將控制工程領域的相關知識、技能與機電一體化系統設計任務緊密聯系起來。

又如，在進行“伺服驅動系統設計”章節的教學時，通過課堂討論和課后作業，讓學生將伺服驅動器、變頻器等驅動系統，以及交直流伺服電機、步進電機、力矩電機等常用伺服電機的性能、特點、應用場合、性價比等主要指標逐一進行分析和比較，針對數控專機任務要求設計合適的驅動方案，并查閱技術資料，完成電機選型計算以及電機與驅動器的接口設計，從而將前續課程所學的機電控制知識通過設計任務進行系統完整地運用。

再如，在“控制系統設計”環節，教師通過簡要講解和演示PLC梯形圖編制、單片機編程和仿真、VB/VC++或LABVIEW等高級語言編程驅動運動控制卡等控制實例，使學生了解各控制系統的軟、硬件組成及其設計過程和設計方法，課后自行查閱資料，對各種控制系統的優缺點、最新應用現狀和發展趨勢進行分析總結，設計出合適的控制方案，并在課堂演示實例基礎上，學習運用相關工具，進行初步的控制系統軟、硬件設計。

運用以上教學模式和方法，使學生在系統性地了解基礎理論和技術的基礎上，迅速地掌握關鍵理論知識和必要技能，并有效地在工程設計項目中加以應用，在培養學生自學能力、創新能力和理論聯系實踐的能力方面頗有成效，為其今后的工程應用和技術研究工作打下了良好的基礎。

2 結論

我國政府在2006年初已將建設創新型國家確立為一項重要的戰略目標，高質量的工程科技人才正是建設創新型國家的重要力量。我國高校機電一體化專業必須積極面向社會的迫切需求，以培養能滿足產業需求、具有較強創新能力和綜合能力的機電一體化科研技術人才作為最重要的工作目標。本文對機電一體化專業的核心課程――機電一體化系統設計的課程內容建設和教學模式方法改革進行了探討，提出了面向產業需求、面向工程應用、以典型機電一體化系統――數控專機設計過程為教學主線，以學生為主體，以學生參與實際設計的過程為教學重點等改革措施，以期逐步構建科學合理的課程內容體系和教學模式，實現培養學生的工程素質、提高學生實踐能力和創新能力的目標。

基金資助：重慶市重大教改項目“以培養學生工程設計能力為目標的機械工程系列核心課程教學改革研究與實踐（09-1-005）”

重慶理工大學高等教育研究立項項目 “《機電一體化系統設計》課程教學改革研究（2010009）”

參考文獻

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論文關鍵詞：建筑機械施工安全管理設備調配

論文摘要：建筑企業的機械設備，是完成施工任務的物資基礎。建筑機械施工的安全管理工作在建筑企業運作中占有重要位置.現代建筑機械對設備調配管理工作也提出了更高的要求。筆者根據自己多年的從業經驗，分析了施工機械設備安全管理問題的原因及安全管理改革的對策，接著也對施工機械的調配進行了研究。

隨著我國建設行業的迅速發展,特別是城市住宅區的不斷增加,使機械化施工在工程建設中發揮越來越重要的作用。但伴隨著工程施工的發展,搶速度、保質量、要效益,三者之間的矛盾也日益突出,這就對工程施工提出了新的要求。也就是要解決快速、高效、高質量地對工程進行施工的問題。傳統的人力,簡單機械的施工方式已不適應工程施工的要求,對于現代化建筑的施工只有采用機械化作業。因此,對施工機械的安全管理以及選型和配置都顯得十分重要,也十分迫切。

1.施工機械設備安全管理問題原因分析及對策

建筑機械施工安全是一門科學，它主要研究在一定的條件下，建筑機械在工作或在裝拆、調試、運輸等狀況下，對操作者所產生的傷害及其保護措施。建筑機械安全關系到施工人員的人身安全、企業的財產安全，是可持續發展的重要組成部分。我國建筑機械安全事故發生率雖然近幾年總體呈下降趨勢，但形勢依然嚴峻，存在問題還較多。因此，如何科學實行并加強建筑施工機械的安全管理，是我們目前面臨的一個問題。

1.1施工機械設備安全管理問題原因分析

隨著建筑業的發展，各類建筑機械使用日益增多，安全問題也越來越突出，這些安全問題主要是由以下原因造成：

(1)安全管理法律體系不健全。

(2)不能嚴格執行國家和行業規范性文件。

(3)安全監督存在多頭管理。

(4)建筑機械操作人員管理不善。

(5)建筑機械技術檔案不完善。

(6)機械設備施工現場管理不善。

(7)機械設備施工環境惡劣。

1.2建筑機械安全管理改革對策

1.2.1健全安全規制法律體系

健全安全法律、法規及規章。結合我國安全律體系現狀和存在問題，做好以下幾個方面：1）加快安全管理立法。2）制定配套規章。3）實行機械強制報廢制度。

1.2.2安全監督部門權限依法嚴格劃分

依法嚴格劃分部門權限，強化行業監管職責；及時制定執法所需的法律法規，認真清理部門間交叉打架的法律法規條文。國家設置各部門，都有明確的職責分工，各部門只有各司其職，才能保證社會的健康運行。各級建設行政主管部門承擔著對安全生產日常性監督檢查的工作職責，在建筑工程安全監管工作中屬于核心地位，發揮著極其重要的作用。部門規章交叉必然導致執法行為的混亂，有關部門應充分認識到這個問題的危害性，對現行的法律法規也要組織人員盡快清理，確保法律、法規的尊嚴和權威性。

1.2.3嚴格執行規范、建立現場規章制度

施工現場使用的機械設備必須嚴格執行現行有關標準和規范。并在現場機械管理中應制定有效的現場管理制度：1）施工現場各方主體應配備專職(兼職)機械設備管理人員，負責施工現場機械設備使用安全管理工作。2)施工現場應建立相應的機械設備安全管理的規章制度（安全管理職責、安全技術交底、交接班、維護保養、檢查、資料管理等）。3）主要機械設備實行定機、定人、定崗位責任的三定制度。4）機械設備、電氣設備和施工機具不得帶病運轉。5）施工現場機械設備應做到正確使用和安全運行，嚴禁拼設備和超負荷使用。21寫作秘書網

1.2.4完善技術檔案

根據建設工程施工進度對不斷進退場的各種類建筑機械進行動態跟蹤、收集整理發生在整個施工過程中的安全管理技術資料，能及時建立起有關建筑機械的安全管理技術檔案。安全管理技術檔案可以清晰地反映建筑機械在工程施工中的狀態，便于各種安全生產檢查，落實安全生產責任。是具體貫徹執行《中華人民共和國安全生產法》一項有效措施；既滿足了建設工程竣工驗收中施工生產安全管理檔案資料的要求，又符合建立技術檔案的原則。

2.施工機械調配的研究

機械化施工是一個具有聯系的機械系統的綜合作業過程和管理體系,其目標是實現整個系統過程和體系最佳經濟和技術效果。要做到建筑的機械化施工,就必須根據各類工程的特點,按照建筑施工內容和要求解決施工機械的合理調配問題。滿足施工工程對施工任務、質量、工期的最基本要求,保證工程的各項強度指標。提高施工機群的協調性。目的是提高機械的利用和施工任務的質量和效率,同時提高工程效益,降低機械成本。提高機械的系統性。使機械的性能、生產能力適應建筑施工的特殊要求,盡量降低設備的投資額。

2.1建筑施工機械設備的調配原則

1)機械設備的調配必須與建筑施工組織相一致;2)機械設備的調配必須有利于施工,有利于機械利用率和完好率的提高,有利于提高機械化施工水平,有利于提高經濟效益;3)機械設備的配制必須適應建筑工程項目多變的特點,具有一定的應變能力;4)機械設備的調配要符合集中、分散相結合的原則。

2.2機械配套必須滿足的簡便條件

1)各機械的技術規格必須滿足既定工程的技術標準;2)在工藝允許的條件下,盡可能采用重型機械并保證為其安排足夠的工作量;3)機械必須具有良好的性能;4)機械必須具有良好的可靠性。

2.3施工機械的調配方法

施上機械的調配過程大體是:分析問題，確定目標，擬定及分析方案，方案選擇，方案實施。在進行方案選擇時，通過對影響施上機械調配方案因素的分析，應從以下四方而考慮:機械的施上質量指標;調配方案對施上任務的適應性;調配方案的經濟性與施上機械間的協調性。這此綜合指標中既有定量因素又有定性因素，即使是定量因素，在不同的管理水平和使用條件下，也有較大差異，需要根據具體情況來確定。另一方而，各個因素往往相互影響，其相關程度準確判定，也可以認為是模糊的。因此，采用模糊綜合評判法解決施上機械的調配問題既適合施上機械實際情況，又具有可操作性。

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關鍵詞：卓越教育；機械原理；機械設計；精品課程；課程改革

作者簡介：張洪雙（1976-），男，吉林梅河口人，河海大學機電工程學院，講師；樓力律（1973-），男，浙江湖州人，河海大學機電工程學院，副教授。（江蘇 常州 213022）

基金項目：本文系2013年江蘇省高等教育教改研究立項課題（課題編號：2013JSJG121）、面向“卓越計劃“的機械設計課程教學改革研究和實踐（項目編號：XZX/13A001-25）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）05-0067-03

我國提出的“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才。河海大學是首批卓越計劃的試點高校，同批的高校包括清華、北航、浙大、南大等重點高校，目前國內各高校在機械原理和設計課程上主要從課程的教學體系、課程內容、教學方法、課程的配套教材、課程的師資隊伍建設、教學管理等方面進行努力和嘗試，提高學生的創新意識和能力，提高學生的工程實踐能力。[1]國外和國內“卓越計劃”相近的工程教育模式為CDIO：[2]構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）、運作（Operate）。該工程教育模式由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學自2000年起，經過四年的探索研究后提出的，是近年來國際工程教育改革的最新成果。

機械原理及機械設計是以高等數學、機械制圖、理論力學、普通物理、材料力學和工程材料等先修課程為基礎的，并為學習有關機械類專業課程奠定必要基礎的一門課程。通過課程的學習，學生需要掌握機構學和機械動力學的基本理論、基本知識和基本技能；初步具有擬定機械系統方案、分析和設計機構的能力；掌握通用機械零、部件的設計原理、方法和機械設計的一般規律，具有設計通用機械零件和簡單的機械裝置的能力；具有運用標準、規范、手冊、圖冊和查閱有關技術資料的能力等。因此本課程具有從理論性課程過渡到結合工程實際的設計性課程，從基礎課程過渡到專業課程的承先啟后的橋梁作用。機械原理及設計課程理論性較強和實踐結合緊密，且各章節相對較獨立，內容多，因此在其教學過程中應注重貫徹少而精原則，不強調面面俱到，知識點要突出，適當增加寬廣度，注重機械發展的新概念和新方向。

國家提倡的精品課程建設是以一流教師隊伍、一流教學內容、一流教學方法、一流教材、一流教學管理等為特點的示范性課程。面向卓越工程師的機械原理及設計精品課程建設的目的是針對卓越教育的特點，從教學隊伍建設、教學內容和課程體系改革、先進的教學方法和手段、教材建設、理論與實踐結合、課程建設全面規劃等方面進行努力和發展，使卓越教育的機械原理課程教育教學在各方面符合國家示范性課程的要求。[3]

一、課程建設方法

根據精品課程建設的要求，并結合河海大學（以下簡稱“我校”）自身的發展和基礎條件，從以下幾個角度進行了相關工作：

1.面向工程應用的課程設置

機械原理及設計是機械類專業的一門重要的專業基礎課，在整個專業培養和課程體系中具有十分突出的地位，是從基礎課過渡到專業課、從理論性分析為主過渡到工程實踐為主的一門課程。該課程是學生接觸工程化的第一個實踐環節，因此如何深化工程化的概念對于機械原理的教學十分重要。

隨著各高校的擴招，年輕教師的數量越來越多，而且具有博、碩士學位的比例越來越高。目前各校新引入的年輕教師主要是從學校到學校，缺少工程經驗；企業導師具有豐富的工程實踐經驗，但在理論高度和課程教育上又有所欠缺，所以工程化教育的師資隊伍建設成為時展的需求。結合國家級“河海大學—寶菱重工卓越工程實踐中心”的建設，為增加年輕教師的工程實踐經歷，在學生進駐企業的同時，各專業指導教師需要全程陪同，參與到企業的實踐項目建設中。建立企業內實踐的各學習模塊，為各模塊配備校內教師和企業導師，采用雙導師制，企業導師負責實踐教育，校內教師負責理論教育，相互學習，既提高了校內教師的實踐能力，也為企業帶來了較新的理論分析方法。而為了提高課堂教學時課程中工程應用的比例，進一步借鑒了蚌埠學院的相關做法：[4]優先引進同時具有高學歷和工程實踐背景的師資人才，聘請企業內高級技術人員做校外兼職導師；集合學院乃至校區的力量，積極參與常州市及周邊地區的建設，增強校企聯合；鼓勵專利、產學研結合和技術服務，而不僅僅是理論研究和科技論文。

2.課程實施條件

在課程建設的具體實施過程中，主要從教師隊伍建設、教材規劃、教學條件保障等方面入手。

（1）主講教師：從機械原理及設計的教學人員構成來看，任課教師中有1名教授、1名副教授、3名講師，學歷均在碩士以上，年齡從35歲到50歲，結構合理、年富力強，形成了一個教師梯隊。課程的主講教師在本科教育教學、教改研究等方面具有十分豐富的經驗。為了提高教育教學效果，全體任課教師定期召開教學例會、集中備課、針對教學過程中出現的問題及時處理和分析，不斷總結經驗。

（2）教材規劃：理論課教學選用了由東南大學出版、吳克堅編著的《機械設計》教材。該書是教育部“高等教育面向21世紀教學內容和課程體系改革計劃”的研究成果，是面向21世紀課程和普通高等教育“十五”國家級規劃教材。該教材以機械系統設計為主線，將機械原理和機械設計內容進行有效的整合。精品課程建設中，教材規劃參考天水師范學院的立體化教材建設方法。[5]立體化教材包括主教材、教師參考書、學習指導書、電子教案、CAI課件、網絡課程、試題庫等。該教材的建設與機械原理和機械設計的課程內容、改革體系相結合，電子教案和課件能夠及時反映教學改革的要求，網絡課程建設促進教學改革的嘗試，逐步提高機械原理及機械設計的教學水平。

（3）教學保障：卓越機械原理及機械設計的教育依托于本科教學平臺，能夠充分保障課程教學的教學要求。20多年來，學校不斷加大投資力度，完善建設，學院的教學設備先進、設施齊全。學院設有本科教學的機械基礎省級實驗教學示范中心、河海大學常州校區工程訓練中心、機械基礎省級實驗教學示范中心，其中省級實驗教學中心在2007年立項建設，2010年順利通過江蘇省驗收；專用與通用儀器和設備價值達2000余萬元；學院實驗室占地4000余平方米，擁有實驗設備儀器1200余臺套。目前實驗室開設的實驗課程主要包括：機構運動簡圖測繪、齒輪參數測量和范成、機構運動參數、螺栓連接、軸系零件組合、減速器拆裝和自行車拆裝等基礎實驗，以及機構運動拼接和機構組合實驗等多個創新型實驗環節。通過基礎實驗環節，學生能夠加深對課程內容的理解和把握；通過創新型實驗環節可以進一步提供學生的創新實踐能力。除了校內的實驗環節，還依托“河海大學—寶菱重工卓越工程實踐中心”，對企業內部的設備、設計、工藝和檢驗等環節進行跟蹤學習，讓學生深入到車間生產一線，切身體會和了解企業內生產流程，為更好地適應企業環境打下良好的基礎。

（4）網絡化教學：為了提供一個自主的學習平臺，提高教師對學生的教學管理能力，增強學生全方位的素質，完善了網絡化教學模式。[6]我校機械原理及機械設計的精品課程網站內容（圖1）主要包括課程簡介、教學管理、教師隊伍介紹、教學資源等。其中教學資源主要包括助學式課件、思考題、練習題、習題答案、課程重點及難點解析等。網站中設有留言信箱，方便同學對于課程的疑問和問題能夠及時與老師溝通、聯系。

3.課程評價體系

課程評價圍繞課程培養目標，不僅要評價學生掌握的知識與技能，而且還要評價學生課堂的表現、出勤率和學習過程。評價時以課程考試為主要的評價方式，并輔助以課堂表現和出勤率等，力求評價方式的多樣化。[6]單純的期末考試不能完全反映學生對課程的掌握程度，目前各高校大多都采用多種方式，如課后作業、報告、實驗、小測驗、考試等進行考核，表1所示為根據我校卓越教育的特點采用的評分標準和比例。多樣化的考核方式使學生必須注重平時的學習積累，不能通過突擊的方式完成課程考試，學生有了積極學習的壓力和動力，更能均衡地反映學生學習的實際水平和學習效果，符合正態分布。

表1 多樣化的考核方法

考核項目

作業 實驗 隨堂測驗 企業實踐 期末測試

20% 15% 20% 15% 30%

4.課程改革與創新

機械原理及設計課程具有較強的實踐性和可動性的特點。即課程研究的所有問題都來源于生產和生活中實際的機構與機器。因此學習方法要注意課程的特點，在學習過程中尤其應注意理論知識與實踐應用的相結合、機構運動簡圖與具體實物的結合、機構的靜態分析與動態分析相結合、形象思維與邏輯思維相結合，將理論分析內容和工程軟件的應用相結合。

機械原理及設計的課堂教學、教學方法與手段等方面力求創新改革，探索適合卓越計劃學生學習的課程體系和教學方式，培養學生的學習興趣、創新思維和獨立分析問題、解決問題的能力。

（1）教學內容的創新：針對卓越計劃教育中學生的理論學習時間壓縮而需要提高實際應用能力的學習特點和需求，在機械原理及機械設計課堂教學中的主要內容為：機械運動方案選型設計、機構運動分析與尺寸綜合、機械動力學分析和設計、常用零部件的選擇、常用機構選擇及設計、機械系統設計等。此外還要重視介紹學科發展的新動態、新方向、新內容，注重激勵學生的學習欲望，調動學生的積極性，讓學生了解更多更新的理論、技術與方法。實踐教學方面主要包括小項目和專題、實驗教學、課程設計、課外創新等。[7]近年來國家以及江蘇省組織了大學生創新訓練計劃、機械創新大賽等，在創新競賽的過程中提高了學生的創新意識，使學生得到了實踐鍛煉的機會，開闊了眼界。

（2）教學方法的創新：機械原理及設計教學方法配合教學內容的改革，加強與學生的互動，將以教師為主的‘灌輸式’教學向以啟發式、問題式、討論式教學為主的新的教學方法轉變，讓學生從被動學習轉變為主動學習，真正成為教學活動的主體。

鼓勵學生應用成熟的工程軟件進行相關課程內容的學習中。例如在原理部分章節中涉及到的圖形法采用AutoCAD軟件來分析和設計，既可以得到比手工繪圖精確得多的解，又可以鍛煉利用AutoCAD軟件繪圖的能力。在解析法中可以結合matlab軟件教學，既可以直接利用matlab編程的方法，具有豐富的庫函數、編程簡單、可視化功能強，又可以采用simulink和simMechanics進行機構的運動學和動力學分析。[8]如圖2所示，某曲柄搖桿機構中，各桿件長度分別為l1=120mm，l2=40mm，l3=70mm，l4=100mm，在曲柄運動角速度250rad/s，利用simulink分析得到桿件BC和CD的角速度曲線。零件的強度分析是機械設計中的一個重要內容，應用有限元軟件可以得到非常直觀的應力及位移圖形。[9]如圖3所示為應用ANSYS 13.0對某齒輪進行強度分析的應力和位移圖，其中齒輪模數mn為2mm，齒數z為24，螺旋角β為10°，材料45鋼，在輪齒上受到20Mpa的力。對于這類專業軟件有時學習起來比較困難，耗時間，可以采用一些其他三維造型軟件自帶的一些插件進行近似的分析，如Solidworks Simulation等，雖然結果上有一定的差異，但對于受力的整體變形趨勢的分析仍然有很大的參考價值。

（3）教學手段的創新：在教學手段上，著重培養學生對機械系統的整體認識，突出課程重點，有效分析課程難點，課堂教學過程能夠吸引學生的注意力，注重學生的參與，啟發學生的思考和聯想，加深學生對課程基礎理論的理解。培養學生主動應用課程所學內容，鍛煉其獨立解決工程實際問題的能力。教學方法得當，充分利用多媒體教學，激發學生學習興趣，提高教學效果。[10]多媒體課件中除了課程的文字性內容外，還要包括自制的動畫課件和機械相關的視頻信息，如企業內各種設備、工具和零部件及加工錄像等。此外，在機械原理及設計課程中有關結構分析、運動分析、常用零部件選型、強度分析和計算等方面的教學還應該注意多媒體和板書的綜合利用。

二、總結歸納

機械原理及設計課程在“卓越計劃”教育的課程體系中處于承上啟下的地位，因此加強卓越班級機械原理及設計的精品課程建設具有非常重要的意義和作用。在課程建設過程中，從面向工程化、保證課程實施、課程評價體系以及課程改革和創新等方面采取不同的措施和方法，可進一步提高卓越計劃的教育教學質量，提高學生的學習興趣和自主性，提高學生的實踐能力和創新能力，使學生能夠牢固掌握機械原理及設計中的相關基礎知識和內容，為機械類后續課程的學習打下良好基礎。

參考文獻：

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