◆劉彥 蘇開華 程國(guó)飛

0 引言

本文研究建立在智能制造對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的作用上，全面探索智能制造背景下進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的具體狀況。在精密機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)以工程實(shí)際需求為立足點(diǎn)，充分利用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)軟件，尤其是成熟工業(yè)應(yīng)廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)來(lái)建立工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，在調(diào)動(dòng)學(xué)生精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)學(xué)生精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程的實(shí)踐學(xué)習(xí)，有效鍛煉學(xué)生的精密機(jī)械設(shè)計(jì)能力，為學(xué)生適應(yīng)當(dāng)前工程實(shí)際需求提供保障。

1 智能機(jī)械制造

智能機(jī)械制造的特征智能機(jī)械制造擁有三個(gè)特征。

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

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

3）智能機(jī)械制造的作業(yè)比較簡(jiǎn)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(shí)施整個(gè)制造流程。

智能機(jī)械制造未來(lái)展望智能機(jī)械制造為新時(shí)期科技中十分普遍的形式，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有無(wú)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(diǎn)：

1）智能機(jī)械制造的進(jìn)步需與時(shí)俱進(jìn)，將穩(wěn)定、健康發(fā)展當(dāng)作核心目標(biāo)，在應(yīng)用智能設(shè)備時(shí)應(yīng)嚴(yán)格把控生態(tài)原料，結(jié)合生態(tài)資源與制造，提升機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)營(yíng)模式，提高機(jī)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(jī)械制造程序內(nèi)按照一定的參數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)，可以自行制造，同時(shí)對(duì)整個(gè)制造程序開展科學(xué)監(jiān)管。

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

精密機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械系統(tǒng)中機(jī)構(gòu)分析設(shè)計(jì)及零部件具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的綜合設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程，內(nèi)容相當(dāng)廣泛，具體有機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、機(jī)械零部件設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐訓(xùn)練等。在課堂理論教學(xué)環(huán)節(jié)，機(jī)械設(shè)計(jì)概念、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)等理論分析是主要內(nèi)容；而在課堂實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，主要通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課來(lái)完成功能復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)，旨在提升學(xué)生的工程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力和加深學(xué)生對(duì)工程設(shè)計(jì)理論的理解。但是在精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐中，由于精密機(jī)械設(shè)計(jì)的原理及相關(guān)基本概念等理論知識(shí)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(jìn)而導(dǎo)致學(xué)生的理論學(xué)習(xí)和工程實(shí)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(shí)踐能力的提升。

不僅如此，在精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，教師主要按照課堂講解、示范、提出實(shí)驗(yàn)要求的順序來(lái)幫助學(xué)生感性理解精密機(jī)械設(shè)計(jì)理論和提升工程實(shí)踐能力，在此過(guò)程中由于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及條件的制約，使得學(xué)生無(wú)法實(shí)施自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。由此可見，在精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐中仍然面臨理論和實(shí)踐相脫節(jié)、實(shí)踐教學(xué)效果欠佳等問(wèn)題，不利于學(xué)生工程實(shí)踐設(shè)計(jì)能力的提升。除此之外，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，企業(yè)對(duì)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(wú)法滿足企業(yè)用工需求。因此，在精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)立足于新時(shí)期工程設(shè)計(jì)的具體要求進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，才能促進(jìn)精密機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)化對(duì)策

凸顯智能技術(shù)融合在智能制造時(shí)代大環(huán)境下，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)也取得了長(zhǎng)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(yùn)用價(jià)值；對(duì)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(jī)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(shí)必須強(qiáng)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(shí)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(shí)用狀況，這是機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化的第一路徑。必須牢記產(chǎn)品制造的整個(gè)過(guò)程，方可設(shè)計(jì)出高品質(zhì)以及實(shí)用性強(qiáng)的產(chǎn)品。把控產(chǎn)品制造的全過(guò)程，并非規(guī)定所有設(shè)計(jì)人員均需掌握所有生產(chǎn)工藝，而是認(rèn)知此類產(chǎn)品在生產(chǎn)當(dāng)中存在什么特征，同時(shí)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)與研發(fā)產(chǎn)品的過(guò)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(jì)中出現(xiàn)多余的浪費(fèi)，促使產(chǎn)品更加實(shí)用。完美的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)必定具備人性化的因素，必須深入地思考運(yùn)用者的具體需要，再進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，方可具備較佳的實(shí)用性。

設(shè)計(jì)中要注重創(chuàng)新在機(jī)械設(shè)計(jì)中除了生產(chǎn)以及設(shè)計(jì)以外，最為重要的就是創(chuàng)新。在社會(huì)運(yùn)行過(guò)程中，創(chuàng)新已然受到民眾愈來(lái)愈高的關(guān)注，產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須緊跟社會(huì)主流，迎合民眾以及時(shí)代的需求，實(shí)施創(chuàng)新設(shè)計(jì)。然而創(chuàng)新并不意味著把過(guò)去的全部東西丟棄掉，而應(yīng)為對(duì)于過(guò)去的設(shè)計(jì)展開新的整合與優(yōu)化，把當(dāng)中部分設(shè)計(jì)組合在一起，觀察能否產(chǎn)生較佳的效果，或把部分存在問(wèn)題的設(shè)計(jì)予以改進(jìn)以及健全。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員必須擁有創(chuàng)新思想，同時(shí)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(qiáng)，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(jī)械設(shè)計(jì)變革能夠借助各類手段來(lái)實(shí)施，主要目標(biāo)為促使機(jī)械產(chǎn)品具備更強(qiáng)的功能，且改進(jìn)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(biāo)。另外，還能夠借助研制新品來(lái)進(jìn)行創(chuàng)新。再則，因?yàn)樯鐣?huì)科技的持續(xù)進(jìn)步，以往的設(shè)計(jì)思想以及方式已然難以同現(xiàn)代設(shè)計(jì)的要求相符，機(jī)械設(shè)計(jì)需要具備實(shí)用性以及創(chuàng)造性等諸多優(yōu)勢(shì)。

優(yōu)化材料把控智能制造大部分時(shí)候遭受的干擾，相較于傳統(tǒng)制造只多不少，對(duì)機(jī)械材料的改善以及優(yōu)化是重點(diǎn)，否則難以將智能制造的主要優(yōu)勢(shì)展現(xiàn)出來(lái)。機(jī)械材料的改善以及優(yōu)化必須遵從如下幾個(gè)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(shí)用性，即將產(chǎn)品本身的實(shí)用性完全展現(xiàn)出來(lái)，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(jì)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(jī)械加工過(guò)程中也能夠進(jìn)行替代。

4 計(jì)算機(jī)虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在精密機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)中的有效應(yīng)用分析

要加強(qiáng)虛擬樣機(jī)技術(shù)在精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐中的有效應(yīng)用。

輔以軟件ADAMS，促進(jìn)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(dòng)件等組成形式，這些內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)了設(shè)計(jì)理論當(dāng)中抽象的基本概念。在精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)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(duì)應(yīng)的基本概念。具體來(lái)說(shuō)，在授課過(guò)程中，教師利用ADAMS軟件輔助學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的建模分析，不僅有利于學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性的提高，而且有利于學(xué)生生動(dòng)形象地理解抽象的基本概念。

以四桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等典型機(jī)構(gòu)建模和運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)、自由度、運(yùn)動(dòng)副等基本概念，并在教學(xué)實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。若教師單純地進(jìn)行理論講解，不僅會(huì)影響學(xué)生對(duì)自由度、機(jī)構(gòu)等基本概念的理解，還會(huì)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(shí)踐中，教師輔以軟件ADAMS對(duì)四桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等典型機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模及運(yùn)動(dòng)分析，既可讓學(xué)生在建模分析實(shí)驗(yàn)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(jì)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合在精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程教學(xué)過(guò)程中，理論與實(shí)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(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可讓學(xué)生利用軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)的制作，并可據(jù)此進(jìn)行簡(jiǎn)單建模分析，在提升學(xué)生實(shí)踐能力的同時(shí)，加深學(xué)生對(duì)精密機(jī)械設(shè)計(jì)基本理念和原理的理解。在精密機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師往往會(huì)要求學(xué)生動(dòng)手拆裝齒輪減速器、螺旋千斤頂?shù)鹊湫蜋C(jī)構(gòu)來(lái)鍛煉學(xué)生的實(shí)踐操作能力，并鼓勵(lì)學(xué)生利用ADAMS軟件進(jìn)行建模分析。針對(duì)一些實(shí)踐能力較強(qiáng)的學(xué)生，教師應(yīng)對(duì)學(xué)生的建模分析和拆裝操作提出更高的要求，如進(jìn)行綜合結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的建模分析，以在滿足學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)需求的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，為學(xué)生適應(yīng)工程設(shè)計(jì)需求提供保障。