智能制造背景下精密機械設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀及優(yōu)化對策研究

◆劉彥 蘇開華 程國飛

0 引言

本文研究建立在智能制造對于機械設(shè)計所產(chǎn)生的作用上，全面探索智能制造背景下進行機械設(shè)計的具體狀況。在精密機械設(shè)計教學(xué)過程中，教師應(yīng)以工程實際需求為立足點，充分利用現(xiàn)代化設(shè)計軟件，尤其是成熟工業(yè)應(yīng)廣泛應(yīng)用計算機虛擬樣機技術(shù)來建立工業(yè)應(yīng)用場景，在調(diào)動學(xué)生精密機械設(shè)計課程學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，加強學(xué)生精密機械設(shè)計課程的實踐學(xué)習(xí)，有效鍛煉學(xué)生的精密機械設(shè)計能力，為學(xué)生適應(yīng)當(dāng)前工程實際需求提供保障。

1 智能機械制造

智能機械制造的特征智能機械制造擁有三個特征。

1）智能制造十分精準。首先必須在電腦內(nèi)分析出制造方式與步驟，接下來按照設(shè)計的方案資料開展制造，進而確保機械化制造的精準性。在制造中產(chǎn)生問題時，設(shè)施可自行提供警報，同時可以明確設(shè)施出問題的位置，讓工作人員可以及時處理問題。

2）在內(nèi)部安裝變壓器等設(shè)施，經(jīng)由智能管理達成設(shè)施間的配合，減少對資源的應(yīng)用。

3）智能機械制造的作業(yè)比較簡單，在智能制造中僅需工作人員按照工藝條件輸入指令，系統(tǒng)將自行實施整個制造流程。

智能機械制造未來展望智能機械制造為新時期科技中十分普遍的形式，對促進經(jīng)濟發(fā)展具有無法取代的作用，從綜合層面上研究，可以將其歸納成下面兩點：

1）智能機械制造的進步需與時俱進，將穩(wěn)定、健康發(fā)展當(dāng)作核心目標，在應(yīng)用智能設(shè)備時應(yīng)嚴格把控生態(tài)原料，結(jié)合生態(tài)資源與制造，提升機械產(chǎn)品的運營模式，提高機械制造的整體質(zhì)量和能力；

2）確保控制方式更有彈性，在智能機械制造程序內(nèi)按照一定的參數(shù)運轉(zhuǎn)，可以自行制造，同時對整個制造程序開展科學(xué)監(jiān)管。

2 精密機械設(shè)計課程教學(xué)現(xiàn)狀及改革的必要性分析

精密機械設(shè)計作為機械系統(tǒng)中機構(gòu)分析設(shè)計及零部件具體設(shè)計實現(xiàn)的綜合設(shè)計基礎(chǔ)課程，內(nèi)容相當(dāng)廣泛，具體有機構(gòu)設(shè)計理論、機械零部件設(shè)計、工程實踐訓(xùn)練等。在課堂理論教學(xué)環(huán)節(jié)，機械設(shè)計概念、機構(gòu)運動、動力學(xué)等理論分析是主要內(nèi)容；而在課堂實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，主要通過設(shè)計實驗課來完成功能復(fù)雜的機械系統(tǒng)的綜合設(shè)計，旨在提升學(xué)生的工程設(shè)計實踐能力和加深學(xué)生對工程設(shè)計理論的理解。但是在精密機械設(shè)計課程教學(xué)實踐中，由于精密機械設(shè)計的原理及相關(guān)基本概念等理論知識具有一定的抽象性，這使得學(xué)生在理解分析中存在一定的困難，進而導(dǎo)致學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和工程實踐相脫節(jié)，直接影響學(xué)生的理論學(xué)習(xí)效果，也不利于學(xué)生工程實踐能力的提升。

不僅如此，在精密機械設(shè)計課程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，教師主要按照課堂講解、示范、提出實驗要求的順序來幫助學(xué)生感性理解精密機械設(shè)計理論和提升工程實踐能力，在此過程中由于實驗項目及條件的制約，使得學(xué)生無法實施自主設(shè)計的實驗，不利于學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)。由此可見，在精密機械設(shè)計課程教學(xué)實踐中仍然面臨理論和實踐相脫節(jié)、實踐教學(xué)效果欠佳等問題，不利于學(xué)生工程實踐設(shè)計能力的提升。除此之外，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，企業(yè)對人才提出更高的要求，在傳統(tǒng)理論教學(xué)模式下培養(yǎng)的人才，顯然無法滿足企業(yè)用工需求。因此，在精密機械設(shè)計課程教學(xué)實踐中，教師應(yīng)立足于新時期工程設(shè)計的具體要求進行改進和優(yōu)化，才能促進精密機械設(shè)計課程教學(xué)質(zhì)量的提升，并培養(yǎng)出符合企業(yè)需求的工程人才。

3 智能制造背景下機械設(shè)計的優(yōu)化對策

凸顯智能技術(shù)融合在智能制造時代大環(huán)境下，機械設(shè)計技術(shù)也取得了長足的發(fā)展。在智能技術(shù)研發(fā)中必須高度關(guān)注產(chǎn)品的特性以及品質(zhì)等諸多方面的狀況，從而展現(xiàn)出較高的運用價值；對于已然投入使用的產(chǎn)品所出現(xiàn)的故障狀況展開合理而深入的研究，向智能化制造工作提供大量信息以及數(shù)據(jù)支持；將智能機械設(shè)備安全管理工作做到位也是極其重要的，從而降低斷裂以及磨損等狀況發(fā)生的概率；同時必須強化產(chǎn)品防腐的管控，保證后期工作可以順暢地開展。

保證產(chǎn)品的實用性智能制造并非致力于效率的提升，而是高度關(guān)注產(chǎn)品的實用狀況，這是機械設(shè)計優(yōu)化的第一路徑。必須牢記產(chǎn)品制造的整個過程，方可設(shè)計出高品質(zhì)以及實用性強的產(chǎn)品。把控產(chǎn)品制造的全過程，并非規(guī)定所有設(shè)計人員均需掌握所有生產(chǎn)工藝，而是認知此類產(chǎn)品在生產(chǎn)當(dāng)中存在什么特征，同時設(shè)計人員在設(shè)計與研發(fā)產(chǎn)品的過程中不得忽視此類特征，如此防止產(chǎn)品在生產(chǎn)以及設(shè)計中出現(xiàn)多余的浪費，促使產(chǎn)品更加實用。完美的機械產(chǎn)品設(shè)計必定具備人性化的因素，必須深入地思考運用者的具體需要，再進行設(shè)計開發(fā)，方可具備較佳的實用性。

設(shè)計中要注重創(chuàng)新在機械設(shè)計中除了生產(chǎn)以及設(shè)計以外，最為重要的就是創(chuàng)新。在社會運行過程中，創(chuàng)新已然受到民眾愈來愈高的關(guān)注，產(chǎn)品設(shè)計必須緊跟社會主流，迎合民眾以及時代的需求，實施創(chuàng)新設(shè)計。然而創(chuàng)新并不意味著把過去的全部東西丟棄掉，而應(yīng)為對于過去的設(shè)計展開新的整合與優(yōu)化，把當(dāng)中部分設(shè)計組合在一起，觀察能否產(chǎn)生較佳的效果，或把部分存在問題的設(shè)計予以改進以及健全。機械產(chǎn)品設(shè)計人員必須擁有創(chuàng)新思想，同時必須積極培育創(chuàng)新思維，不僅要促使自身方方面面的能力增強，而且必須培育創(chuàng)新思維，并且把創(chuàng)新納入研制的產(chǎn)品當(dāng)中。

機械設(shè)計變革能夠借助各類手段來實施，主要目標為促使機械產(chǎn)品具備更強的功能，且改進以及創(chuàng)新產(chǎn)品技術(shù)，包括產(chǎn)品的便利性、適應(yīng)性以及平穩(wěn)性等諸多指標。另外，還能夠借助研制新品來進行創(chuàng)新。再則，因為社會科技的持續(xù)進步，以往的設(shè)計思想以及方式已然難以同現(xiàn)代設(shè)計的要求相符，機械設(shè)計需要具備實用性以及創(chuàng)造性等諸多優(yōu)勢。

優(yōu)化材料把控智能制造大部分時候遭受的干擾，相較于傳統(tǒng)制造只多不少，對機械材料的改善以及優(yōu)化是重點，否則難以將智能制造的主要優(yōu)勢展現(xiàn)出來。機械材料的改善以及優(yōu)化必須遵從如下幾個基本原則。

1）最適用原則。這是最先應(yīng)當(dāng)考慮的原則，也就是注意部分產(chǎn)品或者加工件的實用性，即將產(chǎn)品本身的實用性完全展現(xiàn)出來，且生產(chǎn)出品質(zhì)較佳的產(chǎn)品。該原則并非為最為優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

2）較佳的加工條件必須同合理的加工程序以及工藝相融合。

3）可替代原則。由經(jīng)濟效益層面入手，由于大部分材料是能夠互相替代的，因此在機械加工過程中也能夠進行替代。

4 計算機虛擬樣機技術(shù)及其在精密機械設(shè)計教學(xué)中的有效應(yīng)用分析

要加強虛擬樣機技術(shù)在精密機械設(shè)計課程教學(xué)實踐中的有效應(yīng)用。

輔以軟件ADAMS，促進學(xué)生理解基本概念A(yù)DAMS軟件中包含構(gòu)件、自由度、原動件等組成形式，這些內(nèi)容一一對應(yīng)了設(shè)計理論當(dāng)中抽象的基本概念。在精密機械設(shè)計課程教學(xué)實踐中，通過教學(xué)和軟件ADAMS的整合，可讓學(xué)生在ADAMS軟件的支持下更快地理解其中對應(yīng)的基本概念。具體來說，在授課過程中，教師利用ADAMS軟件輔助學(xué)生進行簡單機構(gòu)的建模分析，不僅有利于學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和積極性的提高，而且有利于學(xué)生生動形象地理解抽象的基本概念。

以四桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等典型機構(gòu)建模和運動分析教學(xué)為例，在此教學(xué)內(nèi)容中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生理解機構(gòu)、自由度、運動副等基本概念，并在教學(xué)實踐中培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力。若教師單純地進行理論講解，不僅會影響學(xué)生對自由度、機構(gòu)等基本概念的理解，還會影響學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)，不利于教學(xué)效果的改善。而在教學(xué)實踐中，教師輔以軟件ADAMS對四桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等典型機構(gòu)進行建模及運動分析，既可讓學(xué)生在建模分析實驗中深化理解相關(guān)的基本概念，也有利于學(xué)生軟件應(yīng)用能力的提升。

軟件ADAMS與設(shè)計實驗相結(jié)合在精密機械設(shè)計課程教學(xué)過程中，理論與實踐之間的關(guān)系是密不可分的。在學(xué)習(xí)和分析基本概念、典型機構(gòu)的基礎(chǔ)上，可讓學(xué)生利用軟件進行簡單機構(gòu)的制作，并可據(jù)此進行簡單建模分析，在提升學(xué)生實踐能力的同時，加深學(xué)生對精密機械設(shè)計基本理念和原理的理解。在精密機械設(shè)計實驗教學(xué)過程中，教師往往會要求學(xué)生動手拆裝齒輪減速器、螺旋千斤頂?shù)鹊湫蜋C構(gòu)來鍛煉學(xué)生的實踐操作能力，并鼓勵學(xué)生利用ADAMS軟件進行建模分析。針對一些實踐能力較強的學(xué)生，教師應(yīng)對學(xué)生的建模分析和拆裝操作提出更高的要求，如進行綜合結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的建模分析，以在滿足學(xué)生實際學(xué)習(xí)需求的同時，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力，為學(xué)生適應(yīng)工程設(shè)計需求提供保障。