時間：2022-09-18 21:39:25
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇機械設計論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
機械設計具有自身的程序，圖1為設計的基本程序。圖1機械設計的基本程序目前，機械設計教學中主要存在以下問題。
1.1教學內容過于防范
目前，機械設計這門課程包含的內容較多，有機械原理和機械設計。機械設計包括材料、力學、熱處理、機械原理、公差與配合、機械零件、機械CAD等內容，所涉及的知識層面較廣，教學內容較散，且與其他課程有著很多重復，如機械設計學科中有一項螺紋連接的相關教學內容。可見，教學范圍與機械設計這門學科的學習原則不相符合。又如，減速器的類型、樣式和設計參數要求，和機械制圖中的減速器設計相關知識存在較高重復率，不僅在學科的學習層次上造成混亂，還浪費了學生的學習精力。
1.2與時俱進能力不強
機械設計這門學科的實用性較強，同時其教學內容隨著科技的不斷發展而不斷變化。所以，傳統的教學內容如果不進行更新，很難滿足現代社會的需求。現代機械設計教學應當滿足工程性和技術性需求，同時也應當具備系統性。因此，現代機械設計學科緊隨時代的變化而改變，將傳統的設計技術進行時代元素的融入。如今，很多相關院校對機械設計教學中的設備結構、設備強度和運動學等技術的教學比較注重，教學力度也較大，使能源問題、環境問題的教學很少涉及。尤其是安全、人機關系、美學等社會因素和價值工程、周期費用分析等經濟因素，導致機械設計教學無法滿足現代人們的生產需求。
1.3教學方式落后
很多相關院校對機械設計的教學仍然采用講學通用的原則，對于教學中的重點知識，讓學生采取理論知識記憶的灌輸性傳統學習方法，而對這門學科的實際應用教學涉及較少，僅僅加深了學生的相關知識或原理的理解。同時，缺乏案例式教學、現場教學以及討論啟發式教學，在學生的學習過程中沒有充足的時間進行自主探索，嚴重阻礙學生對知識的理解與掌握，同時一定程度上阻礙了學生運用所學知識解決實際工程問題能力的發展。因此，應當對機械設計教學體系進行創新。
2創新機械設計教學體系措施
2.1調整教學內容
機械設計的學科教學內容應從實際出發，注重教學的整體性、實踐性以及創新性。如今，很多學生對于機械設計的基礎知識掌握不明確。所以，機械設計教學中應當遵循適度夠用的理論知識學習原則，可采取重點學習、部分理解等方式。首先，教學內容要清晰精簡，要精簡機械設計這門課程的教學內容，避免學生在相關知識的學習中產生知識重復。同時，在學生的實際應用教學中，如實驗、實習、課程設計、社會調查、畢業論文以及課外科技活動等注重實踐運用的教學環節，不但要適度融入相關基礎知識，還要增加其課程。其次，要注重知識的整合。在機械設計的實際教學中，將其中關聯性與聯系性較大的知識急性整合學習。最后，在機械設計的教學過程中應當注重知識點的增設。不僅要注重知識的重點性，還要考慮知識的完整性，可以增設以電、液為動力的機構組合，結合實際的典型機械等新內容，使學生全面認識現代機械，以適當前生產實際需要，方便計算機輔助設計的應用和推廣。
2.2加強學生能力培養
機械設計是一門極具實踐性的課程，過程中應當注重學生設計技能和創新能力的培養，以培養學生技術應用能力為主要教學目的，同時注重學生工程意識、工程實踐能力、創新意識以及社會實踐能力的培養。實際教學過程中，教師應當徹底摒棄傳統的灌輸式教學模式，在講解相關理論知識或原理時，注重培養學生總結結論的能力。同時，在相關知識或原理的講解時，融入其在實踐中的應用，堅持產、學、研相結合，體現機械設計教學的基礎性、系統性、實踐性以及現代性。
2.3創新教學方法
目前，相關院校的招生多是面向全國，導致各種學生的機械設計學習基礎不一。因此，要不斷創新如今的機械設計教學。教學過程中，應當加強直觀教學，在學生學習相關理論知識或原理的同時，讓學生接觸各類種機械、機構、零件、部件、圖紙，提高學生相關知識或原理的實踐性。同時，教師也可以利用多媒體、電子教案、CAI課件以及錄像等現代教學技術，借助計算機和互聯網，利用虛擬現實技術和仿真軟件系統，開展機械設計的現代化、立體式教學。此外，教師在機械設計的實際教學中，應當盡量減少相關知識或原理的理論推導，運用例證講清思路，加深學生對相關理論知識或原理理解，提高課堂教學效率。
2.4增加教學實踐
機械設計是一門較注重實踐運用的學科，教學時教師不能僅僅注重學生的知識學習，要更加重視學生的知識運用，如繪制機構運動簡圖。圖2為機構簡圖的繪制步驟。以四桿機構為例，結合日常見到的篩東西、磨豆腐等，布置設計任務。在四桿機構的講解過程中，不斷提醒雙曲柄機構、曲柄搖桿、雙搖桿機構分別有什么運動特性，能轉化為什么樣的運動形式，現實生活中有哪些物品用到了這些機構，不斷啟發引導學生思考設計任務。一個機器少不了動力，因此課程中增加電動機的選用環節。學生設定自己運動機構的各種參數后，按部就班選用電動機，由此掌握效率等概念，并對整體的機器建立一個大概的認識。電動機選好后，考慮減速的問題。這時，可以引進齒輪機構（包括蝸輪蝸桿）、帶傳動、鏈傳動。齒輪機構重點講傳動比的分配、計算及選用，對于漸開線的形成等和現場應用聯系不密切的內容可忽略不講。帶傳動、鏈傳動重點講傳動特點和應用。此外，學習過程中要加入查手冊選材料環節，把時間用到應用實踐上。
3結語
目前，我國機械設計教學體系仍然存在教學內容過于龐雜、無法適應時代的快速發展以及教學方式過于陳舊和落后等問題。因此，在機械設計實際教學過程中，應當調整教學內容，加強學生能力培養，同時不斷創新教學方法，以期為國家培養更多機械設計創新性人才。
作者:李愛軍 徐紅芹 王紅梅 單位:山東理工大學機械學院
參考文獻
[1]金京，羅聲.基于創新能力培養的機械設計類課程教學改革與實踐[J].紡織服裝教育，2012，27（6）：534-536，539.
[2]錢抗抗.創新教育模式的理論研究與改革實踐——淺談機械設計基礎的微課開發與實踐應用[J].職業，2016，（11）：45.
課堂理論教學是傳統教學模式的主線，實踐教學只起輔助作用，而課堂教學內容的抽象性，更加增大了學生對機械知識及設計的理解難度。機械設計的目的是要去解決機械工程的實際問題，教學脫離實踐環節必然造成學生眼高手低。目前實踐教學的不足導致學生在設計過程中忽視設計對象的加工工藝、安裝工藝以及調試、使用和維護等工藝過程，只是盲目的、機械的照搬資料，更無法對設計中出現的各種工藝問題采用創新的方法去解決。
2《機械設計》課程設計改革的思路與措施
2.1增加設計題目的多樣性和新穎性，提高教學質量和學生工程設計能力
《機械設計》課程設計題目首先滿足教學大綱的要求，即題目中應包括原動機、傳動裝置、工作機三部分內容，并能夠對機械設計課程所學大部分零部件進行設計訓練。在此前提下，應改變原來的只針對減速器的定式設計模式，從學生設計興趣入手，調動學生的能動性，培養獨立設計能力。在傳統課程設計內容基礎上，設計題目可從教師相關的科研項目中抽取，或者與工礦企業建立聯系，去實際中提煉一些綜合性、創造性的設計題目，這樣一方面替工礦企業解決技術問題，另一方面學生設計過程具有挑戰性，同時起到了學以致用的目的。機械類專業往屆畢業設計中傳動裝置設計部分一般雷同度小、綜合性強，與工程實際結合度高，整理后也可作為課程設計題目。課程設計題目的多樣化和新穎性能夠吸引學生，鍛煉學生綜合運用先修機械類課程知識的能力，促使學生建立整體設計的理念，激發學生的獨立設計能力和創新能力。
2.2采用啟發式指導，促使學生由模仿型設計轉變為思考型設計
課程設計中包含方案確定、初步計算、草圖設計、裝配圖設計、零件工作圖設計和編寫設計計算說明書等幾個階段。在每個設計階段，教師應組織學生設計小組展開討論，對設計資料進行歸納、分析和總結，從前人成功設計案例中尋求設計要點并形成獨立的設計思路。尤其進行到草圖設計和裝配圖設計階段時，牽涉到大量的結構問題，由于在《機械設計》課程講授的重點都是基礎理論，很少涉及結構方面的知識，學生在進行到這一設計階段時普遍感到困難，錯誤較多。在這一階段，指導教師應悉心引導，最好借助實物模型教學，多進行正誤結構的比較。只有通過啟發式指導，學生才能很好的把握機械設計的規律和其靈活性，達到舉一反三的訓練目的。
2.3加強計算機CAD/CAM/CAE技術在課程設計中的應用
在計算機信息技術的時代，機械工程設計領域已廣泛使用計算機CAD/CAM/CAE技術進行設計，進入數字化設計、分析與制造的新時代。傳統設計中采用的是半理論半經驗的計算公式進行靜態計算或估算的設計方法，設計過程費時費力，設計結果的可靠性驗證滯后。在CAD技術平臺上可實現機械零件的結構設計和機構運動仿真，所見即所得。運用CAE軟件進行機械零件的力學性能的分析計算以及結構性能的優化設計。在《機械設計》課程設計過程中，手工圖板式設計方式明顯落后于機械行業實際設計方法，因此要加強學生在計算機繪圖方面的訓練，增加學生用CAD軟件繪圖環節。鼓勵學生運用CAD三維造型技術進行仿真設計，由于設計過程處于三維空間，形象逼真，因而有助于學生創新潛力的發揮。通過運用計算機繪圖，將學生從大量的手工繪圖勞動中解放出來，使學生可以將精力重點放在方案設計和結構設計上，提高課程設計質量；同時模擬了真實的企業環境，培養學生使用CAD軟件進行機械設計的能力，這樣才能在今后的工作中使學生快速適應工作環境，成長為合格的機械設計工程師。
2.4加強實踐環節，提高學生的工程設計能力
理論必須聯系實際，從實踐中來，再到實踐中去。讓學生接觸機械工程實際，了解同類系列產品的性能、結構特點及生產過程。學生對設計對象有了感性認識，獲得產品的有關工藝知識后，才能建立機械設計與機制工藝之間的聯系，課程設計的機械裝置才能和實際生產相符。因此，在課程設計之前多安排學生到工廠參觀或者以多媒體的方式觀看相關的工程案例，以此拓展學生設計思路，提高機械設計能力，達到課程設計實踐教學的目的。
3結論
我院建校前幾年由于師資力量有限，主要依賴兼職教師指導課程設計，這些兼職老師大多來自一本院校，他們時間有限，指導方法基本沿襲一本院校的指導方法，每天集中一兩個小時在教室集中指導，而三本學院的學生依耐性強，老師走后基本是放鴨子，因此抄襲現象特別嚴重。此外，在教學指導過程中也存在一系列問題，比如必須掌握的知識點、知識群、關鍵內容都沒有明確，指導過程因老師而異，隨意性較大，標準不統一。因此，進一步規范課程設計的內容、指導方法、達到的目標、必須掌握的知識點和知識群，顯然是提高實踐教學質量的重要內容和措施。后來隨著一些青年教師的引進，我們對機械設計課程設計的題目、應該完成的內容及進度要求、考核方法等進行了一系列的研究與實踐，使學生達到掌握知識點的目的。
二、針對機械設計課程設計題目、指導方法，進度安排及考核方法進行改革
（一）設計題目的改革
以前兼職老師給的課程設計題目是多樣化的，鑒于我院學生的基本條件，我們把課程設計的題目統一標準化了，傳動方案也已經給定，目的是讓學生熟悉課程設計的一般方法，掌握應該掌握的知識點，并對機械設計的理論課的知識加以鞏固，并不要求他們創新設計。其設計題目、初始條件和傳動方案如下：設計題目：帶式運輸機的傳動裝置；初始條件：帶式運輸機可運送谷物、型砂、碎礦石、煤等。兩班制工作，連續單向轉動，有輕微振動，輸送帶的速度允許誤差為±5%，使用期限為10年。卷筒與輸送帶間傳動效率96%，減速器批量生產。要求學生每人按學號順序依次選一組數據進行設計計算。
（二）指導方法改革
在課程設計之前，負責人對指導機械設計課程設計的老師集中在一起開個小會，對學生必須掌握的知識點、知識群、關鍵內容都明確要求，要求指導老師每天的上午和下午至少在教室兩個小時，這樣學生有問題就能及時找到老師解決問題。還有學生課程設計進行到第一階段，尤其是課程設計的設計計算初步完成時候，要求指導老師對學生的計算數據進行初步的檢查，并要在草稿本上簽字，才可進行下一階段的工作。這樣就避免后面學生在畫草圖時候發現錯誤，又要反過來重新計算浪費大量的時間，并且可以避免了個別學生抄襲的現象。
（三）進度安排改革
以前兼職老師指導課程設計時候，一次把課程設計要求完成的內容一個半天講完，這樣內容太多，學生根本記不清楚。我們根據三本學生的特點，將機械設計課程設計分為六個階段。每個階段集中講解一次，學生按進度要求完成該完成的任務。第一階段，主要是動員和設計計算。學生在這一階段應該完成的內容包括：選擇電動機；計算總傳動比和分配傳動比；傳動裝置的運動和動力參數計算；傳動件計算；初算軸的最細處直徑；選擇聯軸器（型號、孔徑、孔長等）；初選滾動軸承及其相關參數，軸承蓋是否干涉等。要求學生按上述步驟嚴格進行，不要顛倒。第二階段是草圖繪制。設計計算完畢后，我們會帶學生到實驗室做一個減速器拆裝實驗，主要是對減速器有個感性的認識。然后在集中講解，其內容包括：減速器的結構；減速器的；設計裝配圖的準備；減速器鑄造箱體的結構尺寸；減速器裝配草圖設計；軸和鍵的強度校核，滾動軸承的壽命計算。第三階段是正式繪制裝配圖，在完成減速器裝配草圖后，校核軸、鍵強度及滾動軸承壽命無任何問題時，在此基礎上繼續完成裝配圖。要求注意兩個方面的設計：軸系零件的結構設計；減速器箱體及附件的結構設計。第四階段是裝配圖的檢查。給學生主要講解的內容包括：檢查裝配草圖；標注主要尺寸與配合；編寫減速器的技術特性；編寫技術要求；零件編號；編制零件明細表及標題欄。第五階段是零件圖的繪制。零件工作圖是零件制造、檢驗和制定工藝規程的技術文件，應包括圖形、尺寸及其極限偏差、表面粗糙度、形位公差、技術要求等。零件圖從裝配圖上測繪下來，形狀應與裝配圖一致。第六階段是編寫說明書。說明書的編寫我們也把格式基本給學生，學生按照步驟把草稿整理成冊就可以了。機械設計課程設計總共安排了三周的時間，周末時間不計，具體的進度安排我們設計了一個表。（四）考核方法進行改革課程設計結束后，我們會現場答辯，在答辯時候，會先給個預成績，這個成績非常重要，因為通過答辯，可以看出學生對課程設計掌握的情況，是否有抄襲，一問就基本可以得到答案。最后結合學生交上來的課程設計說明書、裝配圖、零件圖給每個學生單獨評定優、良、中、及格和不及格的成績等級。
三、結束語
1.知識點的傳授和項目相結合。
知識點的傳授與項目相結合，有助于學生實施項目時，不存在知識點學習的困難或應用的障礙。項目中所涉及到的知識點應在課堂上提前介紹，依據學時的安排，調整知識點講授的廣度與深度。
2.項目選取和布置的注意點。
項目的選取范圍應覆蓋課程的重點內容，可以通過一個大項目覆蓋所有重點內容，也可通過幾個小項目涉及幾個重點內容。項目的難易度適中，應使學生覺得項目有點難度但自己通過努力可以完成，這樣的項目是比較好的。項目的選題還需要與實際應用相關，有了應用背景，學生做項目的興趣度也會提升。項目布置時，應明確設計要求、設計任務和設計的關鍵點，這樣學生才會有的放矢，從而順利地完成項目。
3.項目分組的注意點。
小組規模是影響學生參與的一個重要變量，如果小組規模較大，部分學生的分工會出現重復或是任務不足，如果小組規模較小，組內成員的任務過于繁重，有時導致項目不能順利完成。教師應設定小組規模的范圍（一般2~5人一組為宜），讓學生們自由組合。
4.鼓勵實驗測試和實物加工。
機械專業對學生的動手能力要求較高，實驗測試和實物加工是鍛煉學生動手能力的一個重要途徑。常常出現紙上設計的機構，看起來合適，實際做起來是不合適的，因此在學生實施項目過程中，教師應鼓勵學生完成實驗測試和實物加工，從而檢驗機構設計的合理性。
5.項目的考核。
項目的考核是檢驗學生完成項目的一個重要總結，項目的考核應包含設計文檔、口頭報告、實物或實驗展示這三部分。設計文檔鍛煉了學生總結設計過程的文字撰寫能力；口頭報告鍛煉了學生口頭匯報的能力，口頭報告還應包含教師和學生提問環節，檢驗學生的完成情況，鍛煉學生思考的能力；實物或實驗展示直觀地反映學生項目完成的效果，同時增強學生的動手能力。
二、項目驅動教學法在“電子精密機械設計”中的應用實例
下面以“陶瓷放電管全自動打印機”為例介紹如何開展項目驅動教學法。
1.知識點的講解。
由于陶瓷放電管全自動打印機涉及上料機構、打印機構、供墨機構、傳動機構（凸輪機構）、下料機構的設計，因此布置項目之前，教師應大概講解凸輪機構、上料機構、下料機構、控制系統等相關章節，為學生的項目實施掃清未了解知識的障礙。
2.項目選取和布置的注意點。
“陶瓷放電管全自動打印機”項目與實際緊密聯系，難度適中，學生在了解了相關知識點后不會出現看到題目而不知所措的現象。接下來，教師應明確項目的要求。該項目要求學生完成打印機的整機設計，包括上料機構、打印機構、供墨機構、傳動機構（凸輪機構）、下料機構等的設計，使該設備滿足打印質量要求，其中自動上料機構保證放電管的供料率；打印機構實現陶瓷放電管的打印，要求保證打印質量；凸輪傳動機構驅動打印機構，使其完成打印任務；供墨裝置是為印章提供油墨的機構，要保證油墨厚度均勻。教師還應指出項目實施的關鍵點，例如陶瓷放電管對自動上料的特殊要求：一方面該類放電管的形狀和尺寸使放電管在振動排料時出現多種姿態，給自動上料帶來一定難度，因此自動上料機構的設計必須保證放電管的供料率。另一方面，放電管在振動料斗中的振動，會造成放電管之間的碰撞和摩擦，進而影響放電管的外觀甚至質量，進而影響打印質量，因此要優化振動料斗的機構以減少放電管間的碰撞和摩擦。“陶瓷放電管全自動打印機”是一個較為復雜的系統，因此需要向學生說明設計的要求和設計的關鍵點，同時鼓勵學生組隊合作完成，培養他們的團隊精神。
3.實物的加工和實驗測試。
要求依據設計圖紙，加工陶瓷放電管全自動打印機。加工之前可通過多次文檔報告或口頭報告，不斷改進設計，從而使得加工出來的實物是可行的，實物的完成會讓學生有成就感，讓他們對學習《電子精密機械設計》增添興趣。
4.項目的考核。
項目的考核綜合設計文檔、口頭報告、實物或實驗展示這三部分，分別占40%、30%和30%。設計文檔應注意規范性，圖紙是否規范、合理；文字描述是否正確、翔實；圖標是否清晰等等。口頭報告應注意學生表述是否明朗、思路是否清晰，若發現學生的思路有誤，應及時糾正，防止后續工作的中斷。實物或實驗的展示是成果最直接的體現，教師應對完成的實物或實驗測試提問，掌握學生從項目實施過程中遇到的關鍵問題，以及他們解決的思路。
三、結語
1模塊化機械設計的應用
通過對產品的構成進行分析，考察其中的功能互換性與結構互換性的關系，將立體車庫模塊劃分為鋼結構、橫移機構、載車板等幾大模塊，包括了系統級模塊、部件級模塊和零件級模塊，以模塊為基礎進行接口，通過模塊的組合來滿足不同車庫產品的設計。同時對工藝進行優化，達到同類型零部件工藝的統一。
1.1鋼結構的模塊化設計
對升降橫移立體車庫的鋼結構立柱、前后橫梁、縱梁、斜撐等進行通用化設計，無論立體車庫方案如何變化，只要方案中的結構能由現有結構配型得到，就只需對現有結構進行橫向、縱向、豎向的組合，無法通過組合得到的，只需對不匹配模塊進行更改，以項目圖紙形式對項目模塊進行匹配搭建。新式六層升降橫移立體車庫鋼結構如圖1所示。
1.2鋼絲繩設備橫移機構與鏈條設備橫移機構的
模塊化設計
將橫移機構分解為橫移傳動系統、提升傳動系統和橫移框架3個主模塊，通過使用相同型材和改變鋼絲繩纏繞方式，實現了兩種類型橫移框架的模塊化設計（前后吊點中心距、防墜鉤中心距、定位針中心距等關鍵配合尺寸一致），達到了兩種類型的橫移機構共用一套橫移傳動系統的目的，也為鋼絲繩設備與鏈條式設備載車板的統一奠定了基礎。1.3載車板的模塊化設計載車板對邊梁結構形式進行了模塊化設計，提高了邊梁模塊的通用性，并確定了載車板自帶斜坡與載車板無斜坡兩種載車板結構，通過對斜坡的優化設計使兩種載車板結構除斜坡外其他橫向構件模塊完全通用，通過對橫向構件進行選型調整來實現載車板與設備的匹配。
1.4工藝的模塊化設計
以傳動軸的加工為例：模塊化前的傳動軸如圖5所示，模塊化后的傳動軸如圖6所示。對比可以看到，所有傳動軸（包括提升、橫移）軸身由原來的必須經過車床倒角、車內孔、齊總長的工序變為現在的直接鋸床下料；軸頭由原來的指定尺寸改為根據無縫管材料內徑的進行配車，并將原來較長的階梯進行分段處理，以方便鏈輪的安裝，焊縫由原來的角焊縫改為縫焊縫，通過工裝對焊縫寬度的調節來實現對傳動軸總長的尺寸控制，這樣極大地簡化了大軸、長軸的加工工藝，節省了工時。
2模塊化機械設計的優勢
通過前述模塊化設計在升降橫移立體車庫設計中的應用可以明顯地看出模塊化設計具有以下優勢。1）盡管升降橫移立體車庫形式多樣，具體項目方案千變萬化，給設計帶來極大不便，但是模塊化設計可以通過模塊的選擇和組合構成不同顧客定制的產品，以滿足市場的不同需求，對于設計者來說設計任務趨于簡單化、輕量化，設計周期大大縮短，可以給產品的生產加工與安裝留出更多的緩沖時間。2）模塊化設計可以在很大程度上減少圖紙的數量，同一零件可以在多種產品上使用，從一定程度上節約了紙張，也方便了圖紙的管理。3）很多通用化的零件可以批量地進行儲備式生產，這必然帶來成本的降低和人力、物力投入的減少，并能從一定程度上緩解了多個項目同時開工生產時加工工期緊張的問題，尤其是當安裝過程中項目現場零件丟或失損壞時，可以直接跳過加工，直接從備品庫中出庫發貨，節約了時間，有助于合同的按期兌現。
3結語
模塊化設計理念已被引進立體車庫的機械設計中，特別是在常規的升降橫移立體車庫中表現得更為明顯，模塊化給機械設計帶來效率和效益的大幅提升。
作者:丁翔 單位:江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院
參考文獻：
智能設計方法、以產品特性為基礎的特性設計方法、模塊結構化設計方法以及系統化的設計方法是設計產品方法的類型。智能化設計方法將產品的設計向高智能時代推送，高端技術科學利用CAD等虛擬技術得以實現。在整體思想過程中，融匯了產品的實施、開發以及規劃，而產品的規劃則是首要階段，確定外部特性的立體模型可采用CAD實現，配置分析產品可按照合成系統的原理，最終將產品加工成型。通過模塊結構化設計方法能夠形成不同產品，以及相異的效果。設計方法的系統化思維體現在統一上，由各個單元組成了設計的整體，各項單元互相獨立，具有層次性和聯系性。根據用戶需求進行實施、設計、規劃、分析、構思，設計方法的系統化將客戶的需求變為在開發產品時的程序和目標。換言之，將系統化設計方法應用于機械設計中，設計過程就是整體系統，而設計作品也應看成一整體系統。
二、機械產品設計多層次規劃原理
在設計產品之前，為有效提升設計成功率以及設計效率，整體而全面地對產品設計進行規劃，通過設計質量檢驗層、設計業務層、設計戰略層等層面來有效實現規劃功能。其中，包括了質量評價的設計、存在問題設計分析、設計過程、設計方法、設計內容、設計目標、設計思想、設計環境等。該設計規劃原理對于整體產品設計工作具有著關鍵的作用及意義，其成果能夠形成指導設計工作或者管理工作的措施或方案。
三、規劃產品設計戰略層
利用與戰略的關系式相輔相成，要想企業發展取得成就，就離不開戰略性目標。該層次具體有設計目標、設計思想與設計環境。
1.設計目標
如果確定的設計目標過高或者過低，都會對企業的終極利益產生影響，不利于產品的優質設計，因此，設計目標是通過實際中設計人員的設計，滿足水平或狀態的描述。在對產品設計目標進行制定時，應對各個影響因素進行充分考慮，分析各項目標因素。技術水平、設計思想、內部資源、市場環境等是對因素產生影響的四個方面，而技術水平和設計思想則被視為軟因素，設計目標的制定從宏觀上受到影響；而內部資源與市場環境則為硬因素，是能夠直接影響產品設計目標的因素。一定要仔細和慎重制定設計目標，因為后續設計任務的實施的可行性會受到設計目標的直接影響。
2.設計思想
設計方法只有在正確的設計思想的指導下才能真正獲得創新，設計的成功來自于科學、正確的設計理念，而產品設計正是以經驗和知識為基礎的一項創新的過程。在設計產品前，必須對設計人員設計工作的順利開展進行指導，事先將設計產品思想確定，將市場作為向導，秉承文化內涵，將科技作為武器，樹立良好、科學的自主創新意識，在科學發展觀的有效指導下開展、完善產品設計。設計原則為設計系統化，設計理念為主觀能動性的充分調動，指導思想為科學發展觀。企業的設計思想可以按照模型進行規劃，要想獲得創新的成果，離不開創新的意識，對其設計思想的促進意義深遠。
3.設計環境
產品設計所處的環境決定了產品設計活動。從以下工作中，我們不難看出對設計環境規劃進行研究所體現的內容。一是產品設計環境的規劃方法的科學提出；二是總結和歸納出影響產品設計環境因素。產品設計環境在諸多方面得以表現，并是客觀存在的。在科學分析產品所處設計環境的前提下，才能進行設計環境的合理配置。為了規避環境威脅，可提出相應的應對措施來克服設計環境中存在的不利因素。產品的研發所具有的含義如下：第一，產品的開發所指的產品具體是什么；第二，在低端、中端、高端等檔次定位中，劃分出在該類產品中所要開發的產品定位。
四、規劃產品設計業務層
1.規劃機械產品設計內容
設計目標的制定受到設計內容的牽制，通常機械產品的設計內容通過機械產品設計流程角度及機械產品結構功能的視角展開分析。從設計流程的視角來看，實際設計機械產品階段的主要內容為樣機實驗、模擬與仿真、裝配設計、零部件設計等詳細設計、方案設計、功能的設計等等。從結構功能的視角來看，分別由控制操縱系統、執行系統、傳動系統、動力系統共同構成。
2.規劃設計內容具體流程
在規劃產品設計內容的過程中，表現了設計任務的確定、設計資源的利用、設計內容的規劃、設計目標的有效分析等。為了提升設計效率，防止重復設計等情況的發生，在規劃設計內容時，需要對已成形的零部件設計資料以及工程設計經驗預先考慮。
3.規劃設計方法
促使工程設計者高效率進行設計工作的具體手段和工具就是科學、有效的設計方法。要完成產品的設計應選擇適當的方法、結合所確定的設計內容和設計目標，這就是規劃產品設計方法目標。下面以降低地基受設備傳來的動載荷為例進行介紹。要將其有效削減，就必須設計隔振，可運用如下公式進行求解：假設傳給地基未隔振的動載荷為Q（t）=Q0sinωt，而N（t）為傳給地基隔振后的動載荷，將一次隔振作為方法，處理Q（t）為內容，O=N（t）定義為設計目標。
4.規劃設計過程
在實際設計工作之前，應制定出合理的規劃，因此有必要嚴謹研究產品設計過程。針對設計目標進行求解的一系列活動就是所謂的設計過程，在設計現代產品與物力、財力、人力息息相關。一般情況下，設計產品過程，可分為四個設計階段，具體為設計概念、具體設計、分析設計、試制樣機。但是，這些設計的過程往往將設計前期規劃忽略，僅注重設計的具體的實施，所以在過程的完整性上存在不足。非完整性和完整性是技術系統中的兩派，技術系統是所有設計工作的統稱。為了提升設計產品的質量，應在完整技術系統中納入設計產品的過程，這樣就可以有效避免設計中存在的隨意性、盲目性和片面性。設計過程管理方法的合理提出、設計計劃的具體制定、設計任務的科學劃分、設計步驟的合理確定是處理好產品設計過程中主要問題的關鍵。在劃分設計任務過程中，同時應結合具體設計團隊與各個子任務，對任務中存在的集成性、并行性、獨立性進行充分考慮。在設計過程中，設計計劃的制定不能忽略。在進行設計計劃的制定時，應對設計活動時間進行估計，將各個子任務所需完成的時間科學地確定，需要形成計劃表，從宏觀上、整體項目中，具體到每項設計內容完成所需要的時間來進行設計。除此之外，還應將管理的理念運用于整體設計過程。在規劃產品設計階段，要重視研發設計項目的復雜性，而復雜性來自于任務組織，同時也來自于工程自身方面。
1．1材料決定成本
機械設計的本質就是要把機械產品(可能是零部件，也可能是一套設備)在最初的設計要求下設計出來，并投入于實際的使用中。我們知道，有時，一種機械設備有很多種材料都能滿足設計要求，但材料不同，其生產成本會存在一定的差異。若在具體的設計中，選擇使用價格較高的材料，則會由于其成本過高，而使得生產的機械無法在市場中取得價格優勢。成本不止是機械產品在市場中保持競爭力的關鍵，同時也是企業引進設備時的主要考慮因素。所以，為了使機械設備可以讓更多的企業認可，機械設計首先就要把成本問題考慮進去。作為成本的重要組成部分———材料是必須優先考慮的因素。
1．2材料決定性能
一般情況下，材料的特性不同，會表現出不同的性能;但不同材料在一定條件下往往也能表現出同樣的性能。這就為材料的選擇提供了多種思路。拿我們常見的機械設計材料來說，金屬材料的特性在于有良好的性能且有較高的強度，但是有不少金屬材料會在潮濕環境下改變其使用性能;高分子材料往往有較強的彈性以及耐腐蝕性，但是在高溫條件下很容易出現變形，從而導致性能發生變化。所以我們在選擇相應的材料時，一定要考慮其未來的工作環境。因此，機械設計要以合理的成本為前提，同時還要把材料的性能考慮進去，以使得材料可以滿足機械設計的根本要求。只有滿足使用性能要求，才能夠從質量上保證產品能經得起市場的檢驗。
1．3材料決定質量
對于機械行業而言，往往是一個機械產品設計由多種材料來制成的，尤其是一套設備。若機械設計中使用了合理的材料，機械產品中的一切環節，就可以在機械產品的使用性能得以確保的情況下，把其優點全部體現出來，并盡可能地減少其中的缺點，使機械產品的質量真正收到1+1＞2的效果;相反，機械產品任何一個環節出問題，都會導致整體質量下降，機械設備無法達到相應的效果。所以，質量也是企業引入機械產品時考慮的另一重要因素。只有質量過得硬，才能夠在企業中獲得較好的口碑，才真正地能立足于市場。
2機械設計中材料的應用特質
2．1金屬材料
金屬材料在機械設計中是一種非常常見的材料。通常來說，金屬材料主要有鐵、錫、鋁、金、銀、銅等，材料不同，產品的價格也會有所不同，同時性能也會有較大的區別。但是，總的來看，金屬材料的優勢就在于:容易得到、耐磨損、耐熱性和導熱性強，還有一些金屬有較強的硬度和柔韌性。
2．2陶瓷材料
陶瓷材料也是機械設計中一種常用的材料。陶瓷材料的優勢在于有較高的硬度，其硬度基本上與金屬材料差不多;它也可以承受一定的腐蝕，尤其是對于化學材料的侵蝕不敏感，所以不會有太大的影響;重量不是太重，和同體積金屬材料相比，其重量遠低于金屬。然而，陶瓷材料不僅較硬，且抗沖擊能力較差，一旦受到沖擊，就很有可能再無法使用;同時陶瓷材料的價格也偏高。
2．3復合材料
復合材料主要指的是兩種不同性能的材料的組合，從而達到取長補短的效果。這比單一性能的材料的優勢更加明顯。復合材料主要有鋁不銹鋼、玻璃鋼、碳纖維等，不同的復合材料往往價格差異較大。考慮到復合材料可以把單一材料的性能優點全部綜合在一起，所以復合材料在設計時會被經常使用。在不久的將來，隨著人們不斷地對材料的性能提出越來越多的要求，會有大量的新型復合材料出現在機械產品中，復合材料也會在機械設計中被越來越多地選用。
2．4高分子材料
在機械設計中，高分子材料雖然使用的頻率不高，但是其在一些重要的機械產品中也有使用。主要的高分子材料有纖維材料、塑料材料、橡膠材料等。高分子材料最大的優勢在于重量不重，且性價比高，所以有不少的企業喜歡使用。在一些較為特殊的情況下，高分子材料可以使機械產品提升性價比。但高分子材料本身也有自己的不足，例如橡膠材料的耐腐蝕性差，如果有化學物品出現侵蝕，就會使其原有性能失去;塑料材料耐高溫性差，若是碰到了高溫環境，就會進一步降低其使用性能。
3機械設計中材料的選擇與應用要關注的因素
3．1性能因素
機械的設計對材料的要求主要體現在對材料性能的要求上。材料的性能符合設計的標準時，設計出來的產品才能保證其質量;當材料無法滿足設計諸多方面的要求時，意味著設計就無法達到預期的效果。比如，有些產品在強度和載荷等方面有嚴格的要求，這就要求選擇的材料必須滿足產品生產所需的性能，如果在設計的環節忽視了產品的性能要求，設計出來的產品將會受到材料的制約無法生產，或者即便能夠生產，也達不到設計要求。所以在產品設計的環節，考慮生產產品的材料性能是非常重要的。
3．2工藝因素
產品從設計到成品還要經歷一個重要的環節，就是產品的加工。而產品的加工，不僅會受到設計理念的影響，還會因為加工工藝的差異導致產品質量下降、性能降低等問題。因為產品的加工是復雜的環節，包括了多種工藝流程，每一個流程中的細小疏漏和差異都會對產品的性能產生一定的影響。比如說在焊接產品的過程中，焊接強度的不同，工人焊接技術的差異，都會對產品的加工質量產生一定的影響。所以在考慮材料性能的同時還應該考慮加工工藝對材料的使用產生的影響。
3．3環境因素
產品的加工對環境也有一定的要求。比如說金屬材料在一定的溫度條件下，受其熱脹冷縮的特征影響，會出現變形或者其他難以預測的情況，所以在對原材料進行設計的過程中應該考慮生產場地的溫度、濕度等環境因素，當金屬原材料在特殊環境中進行加工生產時，會因為環境的不同導致產品的性能降低，從而導致產品的質量出現無法彌補的問題，給企業帶來損失。因此在設計機械產品前，應該充分分析生產環境會對產品加工帶來哪些影響，適當調整產品加工的時間，確保產品的質量。
3．4價格因素
任何產品的質量安全都是頭等大事，機械設計也不例外。在機械設計行業中，設計人員一定要有嚴謹，負責的工作態度，嚴格按照設計思想，嚴格排查安全隱患，在設計中杜絕因管理疏忽而帶來的安全問題。在機械設計過程中要把安全問題落實到每個人，責任明確，分工具體使質量得到保證，安全隱患消除與萌芽狀態。
2設計工藝流程的規范化管理
機械設計屬于嚴謹的學科范疇，一切的設計行為要遵循科學，遵循設計原理。在整個設計工藝中要考量圖紙的可行性，理論的靈活運用和靈活變通，對于設計所需要數據要進行深入的運算，確保達到數據的嚴密性。對于不確定的數據要進行多個論增，對于不明確的，不理解的理論要加以掌握理解，確保設計工藝的規范化，科學化，工藝流程的萬無一失。只有嚴格地執行規范化的設計工藝流程才能保障設計成果的規范化以及它的市場價值所在。
3機械設計中的誤區以及出現問題的解決
在過去的機械設計的過程中，我們往往注只是重了設計成果的使用性，但是對于設計成果的實用性以及它的多個功能，我們并沒有過多地關注。趕時髦。為求“省事”，追蹤市場新產品和暢銷產品，對顧客的需求一片模糊，又不愿花力氣搞清，你上我也上，一轟而起，一轟而下。缺乏科學而準確的市場(需求)調查、需求分析和產品規劃，是一種盲動行為，失敗的可能性極大。實踐證明，好多機械設計企業經營失敗的根本原因首先是設計人員忽略顧客、缺乏市場調查與可行性認證，它們將導致90%的企業失敗。其他導致失敗的原因還有：由于管理者忽略變化、過分自信、過分自信與傲慢而錯誤地估計市場接受能力、吸收了不必要的合作伙伴、不能跨專業全面思考、企業缺乏長遠的目標與規劃，以及企業的經驗沒有公司和產品的特色。“現在供應，以后修理”。忘記了企業生產的產品(可觸摸的)和服務(不可觸摸的)只能在被顧客接受并使其滿意的前提下才能獲得競爭勝利和實現經濟與社會效益。這是企業缺乏“信譽資本(良好的社會信譽認同感)”的表現，它的嚴重后果是導致企業的成員沒有誠信、弄虛作假，最終使企業。所以企業的管理層應該清楚地知道，信譽資本有多少進展，以便即時采取擴大信譽資本的措施。對機械設計中出現的類似誤區，機械設計人員一定要有高度的市場敏銳感，嚴謹的設計理念，積極負責的工作作風，才能徹底矯正因為設計思維而帶來的對新產品的影響。
4核心技術的保護管理
機械產品及其制造系統的創新是提高企業競爭力的關鍵因素。從本世紀初到60年代，機械設計業的競爭是以成本為測度的數量擴張時代，企業核心競爭力因素是成本最低，即規模經濟方式，在這種情況下對大多數進行工業化的國家和地區來講，需要的不是產品創新，而是引進產品與生產設備。70年代到80年代末它轉變為質量的競爭。幾十年的成本與質量的競爭，使多數國家和地區已經實現或可重現至今仍占主流的中低技術產品(占80%~90%的世界產品)的制造，且彼此間質量的差距越來越小，而成本的優勢在發展中國家與地區。在未來的市場競爭中，企業競爭力的主要因素變化為：新產品創新與改進的設計開發能力及其上市的速度；為保證新產品上市速度、產品質量(特別是可靠性與安全性)的控制和成本控制要求創新和改進制造系統及其運作；創新與改進服務及其質量。設計產品及其制造系統和制造過程控制的創新成為提高企業競爭力的關鍵因素，而產品的設計與制造質量、成本、開發上市速度成為企業活動的第一類核心自變量。
5機械設計的風險管理
機械設計是一項高風險投資。新產品的成功創新或改進將有利于形成機械企業新的經濟增長點，促進經濟的發展，有助于合理的產品結構和產業結構形成，以及企業競爭力的提高。但是各國多年的產品開發實踐證明，它是高風險、高投資、高收益的活動。其最突出的特征是高風險性。如何應對這種風險，其主要依托應當是對于新產品的市場前景和潛在前景科學的分析，通過分析和觀察做出有利的判斷，盡可能在設計之初就規避因為設計帶來的市場風險。
6機械設計的成本管理
好的設機械計不但要技術先進，制造可行，操作方便，而且要經濟合理，同樣也要求它易與管理，尤其是對成本的控制。所謂成本管理，其核心就是降低產品的成本。可以說，產品成本的高低，在產品設計的階段就基本上確定了，因此，降低產品成本，永遠是設計人員的一項主要任務，是機械設計領域中的一個永恒的技術經濟問題。設計人員進行產品設計時，必須牢固地樹立經濟效益的觀念，對每一個零部件進行功能成本分析，確定合理的技術指標和成本目標。加強成本管理直接決定企業參與市場競爭的成敗，這個環節至關重要，我們在成本預算中永遠要把最低的成本核算到設計體系中，也就是說最低的成本就是開拓市場最大的資本，由此可見成本管理在機械設計企業舉足輕重的作用。
7機械設計產品的質量評估管理
樹立長效果的評估機制，對于設計成果的安全性能，可靠性，穩定性要有一個明確的認知。通過評估掌握設計過程中的問題解決方法，發現不足，在此基礎上尋求更好的解決方案。為今后的設計打下良好的技術基礎和理論基礎。
8對設計人才團隊的管理
人才永遠是企業獲得核心競爭力的根本保證。為了實現建設機械工業新高地的戰略目標，加快各類人才隊伍，特別是科技人才隊伍的建設，通過企業內在機制的建立和外部環境的改善，充分發揮市場對人才資源配置的基礎性作用，吸引和凝聚各類優秀人才，在企業內部形成優秀人才在數量、結構和綜合素質等方面具有相對優勢的人才高地，為企業的持續發展提供組織保證。此外對于優秀的人才，企業更要做到敢于用，敢于叫他們走出去，請進來，靈活的用人機制無疑是保證機械設計技術人員設計生命力的靈丹妙藥。
9加強知識產權管理
機械設計人員每開發一個技術產品，都應注意在整個開發過程中的知識產權保護，及時申請專利或作好專有技術保密工作。通過加強知識產權工作，在激烈的市場競爭中有效保護了自主知識產權，最大限度地發揮核心技術產品的競爭優勢，從而全面提高機械設計企業的核心競爭力。
機械設計管理工作正朝著多元化的方向邁進，當前我國由于機械設計管理實現方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的管理體系，能夠達到上述目標管理的企業基本上是鳳毛麟角。筆者認為，綜合運用文中八個管理辦法是增強機械設計健康有序發展有效途徑。當然，在實際的管理中還存在著這樣或者那樣的問題以及更好的管理辦法，無論如何事實說明，加強機械設計的管理是機械設計企業日益發展壯大的一把利器。
在高校機械設計制造及自動化專業教學的過程中，注重對學生的創新能力和應用技能指導，是當前時展的具體要求，也是教學體制改革的重要表現，應用型人才培養模式在機械設計制造及自動化專業教學中的應用，能夠有效的提升學生的機械水平，促進學生的全面發展。
（一）時展的具體要求
隨著經濟全球化腳步不斷深入，我國逐漸進入高效機械化時代，各行各業都開始逐漸使用機械設備進行高效率的生產和制造，機械設計制造及自動化專業可謂是一門具有較大發展潛力的專業。但是目前我國大部分機械設計制造及自動化專業的畢業生多數存在理論知識較強，但沒有實際操作能力，而且沒有自己的主觀想法。當今時代是人才競爭的時代，而大量的畢業生卻不能滿足現代企業的生產和發展需求[1]。所以說，加強對機械設計制造及自動化專業學生的創新思想和實踐性能力指導成為了當今時代的具體發展需求，使學生能夠更加靈活的應用知識進行靈活的工作和創造，成為眾多企業所渴望擁有的創新性應用型人才。
（二）促進學生的全面發展
在教學的過程中，如果僅僅是講解理論基礎知識，就會造成學生的片面性思維想法，學生無法更加直觀的理解理論知識，特別是在機械設計制造及自動化專業的教學過程中，復雜而具有強大邏輯性思想的理論知識如果不加以實踐證明，學生將會非常難以深入理解[2]。在教學的過程中，組織學生進行實際操作訓練，在實踐的過程中，注重引導學生進行自主思考和自主創造，不斷培養學生形成良好的思維能力和邏輯思想，并通過不斷的學習，促進學生的全面發展，真正成為社會和企業真正需要的創新性應用型人才，在激烈的市場就業環境中，成為眾多企業爭相需要的人才
二、機械設計制造及自動化專業創新性應用型人才培養模式
在高校機械設計制造及自動化專業的教學過程中，教師要注重以培養學生的創新性能力，成為創新性應用型人才為主要教學目標，使學生能夠適應現代快節奏的發展規律，更好的成長和發展。
（一）構建實踐性課堂模式
在對機械設計制造及自動化專業學生教學之前，教師應該對教學的內容進行科學的規劃，在機械設計制造及自動化專業中，主要有基礎教育課程、專業教學課程和任選課程，教師要結合教材要求，根據學生的性格特點等因素進行合理、科學的課程規劃。實踐性課堂的構建過程中，主要的教學體系有基本素質訓練、基本技能訓練、專業技能訓練、專業綜合實踐和創新能力訓練這五個模塊。在每個模塊的教學過程中，從簡單的知識帶動課堂的氛圍，再通過問題引導、實踐活動等方式，逐漸加深學生對知識內容的深入理解，通過一系列前后鏈接、循序漸進的教學過程，使學生能夠通過對不同環節的直觀感受和體驗，提升對機械制造的認識和靈活應用，將實踐性理論和活動貫穿于教學的始終。
（二）注重更新課堂內容
在教學的過程中，教師要注重不斷更新教材內容。近年來，隨著我國經濟的快速發展，科學技術水平也在不斷提升，而教材的編寫通常具有一定的年份限制，固定的教材內容有時會無法跟上時代和社會發展的腳步，機械理論知識較為落后，滯后于科技現實，無法跟上科技創新的節奏。所以在教學的過程中，教師要注重實時科技信息，結合教材內容，將最先進的科學技術知識為學生講解，并補充相關理論信息，優化課堂結構模式，可以通過引入多媒體教學方法，以視頻或者圖片的方式為學生生動、形象的展現理論知識，增加學生的學習記憶。
（三）注重培養學生的創新意識
在教學的過程中，教師要鼓勵學生積極參加各類競技活動或者比賽項目，并幫助學生、引導學生，使學生能夠通過各類機械比賽活動不斷展現自己的個性化創作思維和創新意識，并在各類大賽項目中，不斷的豐富自己的知識理論、擴展學生的視野，加強對自身能力和素質的鍛煉，成為具有高技能、新想法的應用復合型型人才。
（四）增加學生的社會適應能力
隨著我國科學技術的不斷發展與社會的不斷變革，給機械制造行業帶來了前所未有的發展機遇與挑戰。在機械化迅速發展的今天，機械自動化技術創新也取得了長足的發展。而機械自動化主要指的是在機械制造領域當中應用自動化相應的技術，在機械加工生產當中實現自動化，從而加快生產材料的流動速度以及對于加工形式的變化，最終實現自動生產過程的優化。當前機械制造領域當中，機械自動化的技術改進與發展已經成為了主要方向之一。對于我國的機械行業來說，機械領域所具備的水準高低，不僅僅關系到了機械制造當中的發展的關鍵問題，更是直接影響到了國民經濟的有關部門的技術進步。在機械制造領域當中，機械設計是重中之重，而自動化技術創新與機械設計的有效融合，能夠將機械制造服務做到更好。
一、自動化技術創新在機械設計中的應用
不斷的將機械產品的創新能力優化與提高，與國家、機械領域的企業單位發展與生存有著密切的聯系。在美國，相關的機械工程的設計委員會制定了2005年到2030年的有限資助計劃領域中，將機械創新設計作為重要的資助之一；另外，機械個性化的發展趨勢以及機械市場的復雜多變也要求了企業需要在機械設計當中不斷的更新、設計，迎合市場的需要，而自動化技術創新的運用是確保企業能夠在第一時間內研發出迎合市場需求的產品的有利武器。因此，對于21世紀的機械工程設計學科來說，創新性與快速性就成為企業是否能夠適應市場需要、社會發展的關鍵所在。在機械產品概念設計的初期階段，也就是原理方案的設計當中決定了產品是否具備創新性。
對于機械產品的設計概念來說，主要是設計到了人們的創新思維，也可以看成為人腦抽象與形象思維綜合運用的一種結果。當然也受到了人們創新思維以及知識積累的局限。人們進行機械創新設計時，具有很大的隨機性，并不能夠確保想要的設計，同時兼具創新性的方案能夠在一定的時間段之內得出。因此，想要在第一時間內設計出滿足市場需求、能夠占據市場的產品，存在一定的困難局限性，也是不太現實的問題，因此，在機械產品的創新迅速實現過程中，基于計算機化的創新就是非常有效的方法之一。
從廣義的機構學的教學來看，對于機電一體化系統（包含了機、電、液與控制等等），都可以將其看成為兩個組成部分——廣義的傳動機構與傳動載體。而對于創新機電一體化系統的方案，就在于創新廣義機構。因此，筆者在本文當中針對機械設計當中自動化技術創新的運用提出了一套機械系統創新設計以及自動化的方案（基于三維平臺，以下所述都是基于三維平臺）。
二、機械設計與自動化體系
對于上述中的復雜機械系統進行創新設計以及對于機械相應的自動化系統的組成方面，主要是以下：兩種具有較強的獲得創新性設計方案的能力的、在計算機化方法當中適合于機械系統創新設計當中較為復雜的方案；直接支持產品設計方案的三維虛擬樣機裝配與仿真的自動化建模過程，能自動化地對創成的復雜機械系統符號方案進行仿真、建模以及裝配。而快速與創新則是其最大優點。
對于初期機械設計概念的這一階段放縱，主要通過自動化系統為創新設計提供兩套方案：其一，基于機械設計的基本規則而采用的創新設計方案；其二，創新方案的功能改良分解以及重組。考慮到這兩種系統設計在方案的產生原理上都是采用的符號形式將最終的方案列出。而對于機械概念設計的初期階段的使用符號的方案，機械自動化則會將方案進一步的分解成為機構的基本形式以及相互的連接這兩個方面。在進行識別基本的機構方法選取上可以考慮到進行運動分析，從而將內部各個構件運動時所產生的分析數據展示出來。為了將開發機械產品的速度進一步提高，就能夠使用面向對象的技術來進行基本機構的設計。然后，三維平臺進行的二次開發，在采用的措施當中選擇特征控制參數、數據庫驅動等等，對于整體的基本機構三維造型設計，能夠使用少量特征控制參數對其進行驅動。能夠良好的解決基本機構虛擬建模的問題。
在機械領域當中，對于剛度、美學的等方面都有著很高的要求，因此為了滿足機械運動剛度以及美學，可以最優的布局算法能夠考慮到基本機構所占據的空間以及連接關系，從而基本機構在空間當中的位置進行確定，從而可以將機械系統空間限制到最小的占有空間。對于裝配方案“后臺預置”的借用，對于基本機構的運動分析數據以及布局結構的參照，則能夠在特定的布局空間當中放置好虛擬的模型。連續的變化驅動構件的位置，在概念設計當中使用符號方案的設計，就能夠得到其三維虛擬樣機（復雜機械系統）。
在對于符合方案這一產品流程概念設計階段所得出來的能夠將自動化的生成和與之相對應的虛擬樣機進行仿真。如此操作，就能夠將產品方案的評價方案從再概念設計階段進行的價值評價，逐漸推進到在虛擬樣機階段的進行的評價——定量行為，從而依靠三維虛擬樣機，在眾多的優秀的設計方案中快速地、準確地選取最具備創新性、并且各方面性能優良的設計方案。
總之，在我國的機械制造領域當中，自動化技術創新的運用，不但要確保高起點，將眼光看向世界先進水準，還要采用多種見效快、使用成本低的技術方案，并且堅持普及與提高相互結合的仿真，這樣才能夠確保在機械制造領域當中，自動化技術創新能夠逐漸邁入高質量、高速度、高經濟效益的軌道。
1.1生產效率低
傳統的機械設計制造，使用了大量的人工勞動力。根據不同的產品部件，安排不同的技術工種對其進行操作，并由指定的工人進行產品的焊接操作。環節越多越容易發生錯誤。而且人的勞動力是有限的，精力更是有限的，隨著勞動時間的不斷增加，他們的勞動效率也在不斷下降。因此傳統的機械設計制造耗費了大量的勞動力，卻不能有效提高生產效率。
1.2產品質量不高
傳統的機械設計制造消耗了大量的勞動力，人們不斷地重復著相同的工作。隨著工作時間的增加，工人們會感覺到疲憊，此時生產流程上最容易發生錯誤。產品的生產質量會隨著時間的增加變得越來越差。如果是精細的產品，其生產過程中，需要大量精密的操作，這些操作如果是人工進行的，本身就存在著技術失誤的可能性。再加上工人們勞累程度等多方面因素，工人出現操作失誤的可能性就會變大，因此傳統的機械設計制造生產出來的產品，一定有著不同的不合格率。但如果換成機器自動化生產，那么產品的質量就會大幅度提高。
1.3工作強度大安全性低
由于傳統的工業設計制造需要大量工人，而生產廠家往往為了節省成本，會壓縮自己的生產場地，往往幾百個工人會擠在一個生產車間中。這樣雖然能夠節約成品，但是稍微一點的管理失誤就會產生巨大的安全隱患問題。擁擠的生產車間里，需要配備相當多的消防設施，但盡管如此只要稍微有一點操作失誤，就是引起整個生產車間的混亂。更重要的是一旦發生了安全問題，幾百個人在一個車間里也會發生踩踏事件。因此傳統的機械設計制造存在著安全隱患問題，設備的安全性能也是較低的。
2機械設計制造自動化的意義
2.1生產效率的大幅度提高
運用了機械設計制造自動化技術后，從人工生產變成機器流水線操作，由幾百個人的工作規格變成一兩個人。隨著自動化技術的發展，機器與機器之間也沒有了人力轉換，變成了生產線上的全自動化模式。機器比人力更加有效率，最重要的是這種效率的穩定性，機械自動化所產生的生產效率不會隨著工作時間的增加而降低，只需要幾個工人進行對機器的監測就行了。
2.2產品質量及規格的提高
機械自動化可以做到使每個產品都達到生產標準，甚至做到每一個產品都一模一樣。人工的勞力卻只能滿足生產的需要，做不到使得每一個產品都達到生產標準，機械設計制造及其自動化的最重要意義就是大大提高了產品的規格，保證了產品的質量。
2.3能源利用率提高
傳統的機械設計制造，人工的操作往往伴隨著材料的浪費和丟失，一旦人工操作出現失誤，那么一個產品的報廢處理就會帶來資源的浪費，并會對生產效率產生影響。但是自動化操作改善了這種情況，每臺機器都會使得能源利用率達到最高，隨著自動化技術的發展，能源百分之百的利用是可以實現的。
3機械設計制造及自動化未來的發展方向
3.1環保化
雖然機械自動化帶來了生產力的革新，但是大量機器的引進，也造成了廢棄物的污染問題。在今后的發展中，我們應該把機械自動化技術和環保技術相結合，機器產生的廢料和污染物應該自動循環到環保機器中，從而實現再生產。
3.2精細化
為某機械設備的自動化流程圖，與原來單個設備對比，自動化系統變得越來越復雜，越來越精細。機械設計制造及其自動化技術在未來的發展過程中，應該不斷把自動化設備做得更加精細，采用更加靈敏的機器人設備，使得生產效率更好，產品質量更高。
4結語
在傳統教學中，教師處于教學活動中的主導地位，教師講授理論知識，學生被動接受相應的知識。這樣只是對以往知識的繼承、積累和掌握，不利于培養學生現代工程技術人員的基本素質。CDIO開放式教學相比于傳統的教學模式，它不僅要求教師在教學活動中角色進行轉變，更要求教師的教學理念與思想從根本上發生轉變。隨著我國教學規模的擴大，教師隊伍數量增大，教師隊伍的年齡結構發生變化。據統計，青年教師的數量占教師隊伍總數的62%，而且青年教師的學歷水平越來越高，這是一個很好的發展趨勢。但縱看青年教師的學習經歷，他們雖然接受過一定的工程教育，并且參與過工程實踐訓練，可是，他們工程實踐的經驗仍存在不足，因此不利于青年教師教學水平的提高與學生工程實踐能力的培養。CDIO工程教育理念告訴我們，只有把《機械設計》課程的教師培養成具有工程實踐理念的準工程師，才能在教學活動不斷地將工程實踐的理念滲透給學生。《機械設計》教師的工程實踐理念與能力的培養是一個長期的、不間斷的過程。為增加青年教師工程實踐培訓的機會，在青年教師上講臺前，他們要進行半年以上的工程實踐培訓或掛職工作，讓他們走入企業尤其是畢業學生的用人單位，了解行業的尖端技術與對人才素質的實際需要，積累工程實踐的經驗，從而在以后的教學活動中有的放矢地講授相關知識，做到工程實踐性與理論性相的結合。在實踐培訓結束后，由有經驗的教授和企業工程師聯合考核青年教師水平，通過考核者方可正式走上講臺。完善學校與企業聯合培訓青年教師的制度，將實踐培訓活動不定期地進行下去，做到教師的工程教育教學理念與企業人才素質需要不脫節，為培養青年教師CDIO工程教育理念與可續發展做好重要基礎。
二、理論課教學的改革與優化
《機械設計》理論課教學通常包括課堂講授和實驗操作，內容豐富而繁雜，初次學習者在學習過程中感到教材脈絡很難把握，各章內容銜接性不強，不利于知識點的理解和掌握，因此，學生的學習興趣和主動性大打折扣。在后續的課程設計中，由于對知識點理解不透徹和遺忘，導致他們不能靈活地應用到工程實踐當中，出現生搬硬套的現象。
1.課堂教學方式的改革。
學習動力是興趣，學習的捷徑是實施。《機械設計》課程的最終目的是要培養學生將課堂學到的機械設計知識應用于工程實踐中，完成課程設計的設計項目。因此，我們可以在課程開始時，確定每名學生設計任務，從最終目的講起，激發學生學習的興趣與動力，很具象地告訴學生我們最終的目標，讓學生做到心中有數，學習時有的放矢，將所學的知識和設計任務有機地聯系起來。在課堂教學中，教師要充分利用多媒體教學手段，緊密結合專業特點，各有側重，注重講授內容的新穎性，把握專業前沿，做到講授內容廣泛新穎，突出重點和難點，啟發學生的思考和想象。階段性的設置討論課，要增加教師與學生之間的交流。教師總結前一段學習內容，針對課程設計題目，讓學生進行分組討論，聽取學生的構思與設計想法，并給予學生指導與評價。教師要減少固定模式計算的習題作業，可以針對工程實際內容，增加開發式創新型作業題目，努力培養學生解決工程實際問題的能力。
2.開放式實驗課改革。
受傳統教育模式的束縛，我國高等教育存在重理論輕實驗的現象，實驗課所占課時比例比較少，它往往作為理論課的“附屬品”存在。而且，實驗模式單一，實驗題目固定，實驗方法陳舊，與理論課及課程設計的聯系不強。學生感覺實驗課完全是在教師的指導下被動完成，這忽視了學生個性思維與動手能力的發展。然而，CDIO工程教育理念強調實驗課對學生綜合素質提高的重要性。為了更好地將實驗課與理論課有機地結合起來，做到理論課是實驗課的指導，實驗課不僅僅是理論課的驗證，筆者認為可以采取以下措施。①整合學校實驗室資源，為學生設立開放式實驗室，全天為學生開放。鼓勵學生利用學生課余時間在開發性實驗室完成CDIO教學項目中的三級項目，將這種開放性的實驗室變成學生的“實驗課自習室”。②增加實驗課課時數量，在保證一定數量的理論驗證性實驗外，增加一定數量的設計性實驗，充分發揮學生的主動構思和設計的能力。③將一部分理論課教學與實驗課相接相結合了，采用現場教學方式，直觀為學生講授機械設計理論在工程實際中的應用。這種方式可加深學生對相關知識點的理解和掌握。機械設計實驗課的改革，充分發揮實驗課培養未來機械類人才的作用，必將會全方位地提高學生的綜合素質。
三、機械設計課程設計改革思路與措施
目前，我國大部分高等院校的《機械設計》課程設計題目以帶式輸送機傳動裝置為主。課程設計題目比較單一，設計任務和數據多年未變，教師教學時程式化現象比較嚴重。這忽略了機械類各專業之間發展的差異，限制了學生個性思維的發展，不能夠充分調動學生設計研究的主動性與激發學生學習相關知識的興趣，易造成抄襲現象，影響課程設計的教學效果。
1.課程設計題目多樣化、自主化。
為了培養學生的工程實踐能力，避免設計題目的單一，激發學生的學習熱情與興趣，加強學生獨立思考的能力，機械設計的題目可以適當地多樣化、自主化。筆者認為，課程設計題目可以結合教師的科研項目或工程實際中包含機械設計課程所講內容的典型機械部件。但是，由于學習機械設計的學生大多是在大三階段，其知識的儲備有限，并且課程設計的時間基本在3～4周左右，要注意題目的難度和復雜程度。能力突出的同學也可以通過查閱相關文獻或在工程實際中所發現的問題向教師提出自主化的機械設計題目，機械設計教師掌握好題目的難度與深度。教師將每班學生分成若干小組，讓學生自己選擇有興趣的題目編成3～5人的團隊。團隊成員間的設計方案相同但是數據不同，并要求學生互相監督，檢查對方的設計思路與計算過程，督促學生養成自查互查的習慣，增進了學生團隊協作的意識和能力。
2.加強現代設計手段與方法的應用。
隨著電子計算技術的發展與國家制造業信息化進程的迅速推進，現代化的機械制造企業已經完全摒棄了復雜、冗長的手工制圖，而采用更為高效、高質量的計算機輔助制圖CAD技術。但是，機械設計課程設計的教學環節中，部分高校仍要求學生采用手工制圖，工作強度大，工作效率低，不利于學生空間思維的形成，更不利于掌握現代設計方法與設計手段，不能很好地為學生在畢業設計階段打下計算機輔助制圖的基礎。為了更好與國際先進的CDIO工程教育理念接軌，作為專業基礎課《機械設計》的實踐環節，課程設計的改革已經迫在眉睫。我們建議放棄機械設計課程中的手繪制圖階段，要求學生采用AutoCAD或CAXA作為二維圖紙繪圖工具；提倡學生應用Solidwork、creo、UG等三維設計軟件進行結構設計和運動仿真，鼓勵學生運用ANSYS、COSMOS、ABQUS等CAE軟件進行機械零件的力學性能的分析計算以及結構性能的優化設計。我們將CAD/CAE相結合的設計技術應用于實戰，能深化學生課堂所學到的計算機輔助設計相關內容的理解。在設計計算階段，《機械設計課程設計指導書》和《機械設計手冊》是必不可少的工具。但是，利用工具書查詢相關數據進行設計計算極其煩瑣，效率較低，且易錯選相關數據。現代化的設計手段要求我們培養學生利用互聯網技術檢索查閱相關文獻，利用計算機強大的數據庫功能簡潔快速地查閱相關數據。教師可以鼓勵學生采用軟件版《機械設計手冊》快捷方便查詢各種數據，運用Matlab、VB等編程軟件進行零件設計計算與校核分析。這極大縮短手工設計計算所用的時間，提高設計效率，給學生留出充裕的時間去思考學習三維軟件的應用，為學生出色地完成畢業設計打下堅實的基礎。
3.考核方式改革與激勵創新。
機械設計課程設計的考核與答辯是對學生課程設計階段所取得成果的一種總結與肯定。考核主要包括圖面成績50%、平時成績30%和答辯成績20%。圖面成績和平時成績評分標準完全由教師主觀的判斷給出，答辯成績的給出通常是由老師提出問題，每名學生逐一進行答辯。因此，教師需要在有限度的課程設計時間內擠出大量時間給答辯環節，而且每個同學的問題各不相同，這樣老師需要花費大量時間準備相關問題，而且很難做到全體學生難易程度相近。這忽略了老師與學生之間信息的相互交流。采用將題目相同的學生分成一組的方式，要求學生在結構設計與計算階段、制圖階段互相監督彼此發現存在的問題。教師定期進行小組討論，解決小組成員中的個、共性問題。這樣大大增強了同學間的團隊協作能力與交流溝通的能力，而且節省了老師和學生的時間，提高了設計的效率。答辯環節可以采用很自由的方式。評分時，每位同學的成績由組內其他成員根據評分標準給出，最終由教師綜合給出該名同學的最終分數，讓學生既是“運動員”，又是“裁判員”。這樣，學生通過總結他人設計中的得失和成敗，能夠提高自己的設計實戰經驗。在這種討論式答辯中，它能激發學生的創新意識，鼓勵學生將討論時產生的新的創新想法應用于實踐，引導學生進行課外創新活動的競賽，給學生更為廣闊的發展平臺。
四、結語
