机械设计能力 [机械设计教学能力培养]

机械设计教学能力培养

一、建立现代设计方法课程体系的必要性 随着科学技术的迅速发展，特别是自20世纪60年代以来， 许多软科学技术大量涌现，并进入实用阶段，加上计算机技 术的迅速发展，为设计科学和设计方法的现代化提供了理论 基础和先进手段，机械设计领域发生了深刻变革，进入了一 个新的发展阶段。长期以来，在设计领域及各种专业产品设 计中多讲授传统设计方法，这种方法的特点大多是凭借现有 的专利、图纸等资料和设计者自己的经验，通过类比法来确 定方案。然后，根据强度和刚度理论对零部件进行必要的设 计和验算。这种方法不仅在方案的构思上很大程度取决于设 计者的经验，提供的选择方案少，局限性大，不一定保证获 取最佳设计方案，而且在分析计算中多采用古典力学理论， 使用大量的近似方法，降低了设计质量。因此，这种方法是 一种以静态分析、近似计算和经验设计为特征的方法，已经 不能适应时代发展的需要。科学技术的飞速发展使新的设计领域不断开辟，新技术不断涌现，加之现代机械日益向大型 化、精密化和智能化方向发展，对工业产品与工程设计提出 了新的要求，具体表现为：（1）设计对象由单机走向系统；

（2）设计要求由单目标走向多目标；
（3）设计所涉及的领 域由单一走向多个；
（4）承担设计工作的人员从单人走向 团队，等等[3]。为了适应现代科学技术迅速发展的需要， 在设计时必须运用系统工程思想，把产品开发和设计放在一 个人-机-环境系统中进行。设计过程中，采用动态分析、优 化设计、有限单元分析、可靠性分析、价值分析、故障分析、 外观造型分析等各种现代方法，使问题的分析动态化。由于 这些现代方法学理论的逐渐完善、技术的不断成熟以及在工 程与产品设计中的成功运用，“现代设计方法”便作为一门 新兴学科于20世纪70年代中期陆续走进发达国家的大学课 堂。目前，中国设计领域正面临着由传统设计向现代设计的 过渡，需要推行现代设计理念，提高机电产品的性能、质量、 可靠性和市场竞争能力。为适应这种变革，要求现代机械工 程专业的学生和工程技术人员对现代设计方法有一个较为 全面的了解和掌握。为此，本校也逐渐开设了“现代设计方 法”课程以适应科技发展和市场经济体制对人才的需求。

二、现代设计方法课程的现状分析 从20世纪60年代末开始，设计领域中相继出现了一系列 新兴理论和方法，表1列出了目前现代设计方法的主要内容 [4]。由表1可以看出，现代设计方法涉及的知识面很广，是一门综合性学科。为了培养具有创新意识、思维和能力、基 础更强、适应面更宽的新型设计人才，各高校普遍开设了现 代设计方法课程。由于各高校的传统和特色不同，这门课程 并没有统一的教材和教学内容。现代设计理论与方法课程教 学任务是通过本课程学习,使学生了解、认识和掌握部分现 代设计的思想、理论与方法，掌握许多既相对独立又有联系 的设计方法的设计思想，提高学生的设计素质，增强学生的 创新设计能力。高校教师纷纷在教材建设、教学内容选取、 教学过程组织、教学手段改进、考核方式改革等方面进行探 索，并取得较好成绩[5-6]。由于受传统教学模式的影响及 教学资源和学时的限制，各个高校根据本校的特点，一般都 采用了重点介绍几种常用设计方法，而对其他现代设计方法 进行简单介绍的教学模式，普遍存在“篇名大、核心内容少、 群星齐步、平铺直叙”的弊端。同时，由于受到课时限制， 一些高校只重视理论讲解、轻实践操作，导致学生对所接受 的知识没有具体概念,造成教学效果不理想，达不到提高学 生现代设计技能的教学目的。

三、课程体系设置的改革 现代设计理论及方法开设10年来，深受机械工程本科学 生的欢迎，并为他们毕业后的工程设计工作打下良好的基础。

在教学过程中，教学团队重视教学研究与教学改革，汲取国 内外的先进经验，拟建立以现代设计理论及方法为龙头的更 加完善的课程体系，建设思路如图1所示。在该体系中，现代设计理论及方法为课程体系的“龙头”和基础，通过后续 开设一系列选修课程可供不同兴趣爱好、毕业设计需要的学 生选修；
巩固学生掌握现代设计理论与方法的教学成果，并 增强学生解决工程实际问题的能力。基于现代设计理论及方 法的教学内容，开设“动态设计”“有限单元法”“优化设 计法”“可靠性设计”“虚拟样机技术”等一系列相关的专 业选修课程，供对某一种设计理念有兴趣和独到理解，而又 学有余力的学生进一步深入学习；
通过参与更多的专项实践 环节和综合设计实例，更加细致地掌握设计思想、设计步骤 及具体操作要领，提高学生解决工程实际问题的能力现代产 品涉及多学科和多目标优化、系统化和智能化的综合设计成 果，对设计人才的要求既要专又要博，有必要面向机械、电 子、信息和控制等工科专业的学生开设一系列公共选修课程， 让学生掌握MATLAB、ANSY、ADAMS等成熟软件工具在现代设 计中的应用。通过对这些大型通用软件的教学，学生不但可 以在毕业设计阶段综合运用这些技能，同时也为他们将来的 工作奠定坚实的基础。综上所述，“注重专业必修课、深化 专业选修课，扩展公共选修课”，是构建和完善现代设计方 法课程体系的思路和目标。基于切实可行、合理有效的课程 体系培养和储备优秀的设计人才，力求在未来产品设计实践 的工作过程中，能够不断发展、交叉和创新现代设计理论和 方法，从而推动人类设计事业的进步。

四、结语现代设计理论及方法课程作为机械类学生的专业必修 课程已经开设10年，随着教学改革的逐渐深化和现代技术对 设计人才的要求不断提高，完善现代设计方法的课程体系建 设，建立合理高效的教学模式一直是教学团队努力探索的方 向和目标，即：注重专业必修课，深化专业选修课，扩展公 共选修课，构建多层次的现代设计方法课程体系；
重视理论 教学，强化实践环节，开拓课外教辅，探求最优化的教学模 式。