智能制造背景下精密機械設計教學現狀及優化對策研究

◆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計所產生的作用上，全面探索智能制造背景下進行機械設計的具體狀況。在精密機械設計教學過程中，教師應以工程實際需求為立足點，充分利用現代化設計軟件，尤其是成熟工業應廣泛應用計算機虛擬樣機技術來建立工業應用場景，在調動學生精密機械設計課程學習興趣的基礎上，加強學生精密機械設計課程的實踐學習，有效鍛煉學生的精密機械設計能力，為學生適應當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。首先必須在電腦內分析出制造方式與步驟，接下來按照設計的方案資料開展制造，進而確保機械化制造的精準性。在制造中產生問題時，設施可自行提供警報，同時可以明確設施出問題的位置，讓工作人員可以及時處理問題。

2）在內部安裝變壓器等設施，經由智能管理達成設施間的配合，減少對資源的應用。

3）智能機械制造的作業比較簡單，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，對促進經濟發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，將穩定、健康發展當作核心目標，在應用智能設備時應嚴格把控生態原料，結合生態資源與制造，提升機械產品的運營模式，提高機械制造的整體質量和能力；

2）確保控制方式更有彈性，在智能機械制造程序內按照一定的參數運轉，可以自行制造，同時對整個制造程序開展科學監管。

2 精密機械設計課程教學現狀及改革的必要性分析

精密機械設計作為機械系統中機構分析設計及零部件具體設計實現的綜合設計基礎課程，內容相當廣泛，具體有機構設計理論、機械零部件設計、工程實踐訓練等。在課堂理論教學環節，機械設計概念、機構運動、動力學等理論分析是主要內容；而在課堂實踐教學環節，主要通過設計實驗課來完成功能復雜的機械系統的綜合設計，旨在提升學生的工程設計實踐能力和加深學生對工程設計理論的理解。但是在精密機械設計課程教學實踐中，由于精密機械設計的原理及相關基本概念等理論知識具有一定的抽象性，這使得學生在理解分析中存在一定的困難，進而導致學生的理論學習和工程實踐相脫節，直接影響學生的理論學習效果，也不利于學生工程實踐能力的提升。

不僅如此，在精密機械設計課程實踐教學環節，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生感性理解精密機械設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，使得學生無法實施自主設計的實驗，不利于學生實踐能力的培養。由此可見，在精密機械設計課程教學實踐中仍然面臨理論和實踐相脫節、實踐教學效果欠佳等問題，不利于學生工程實踐設計能力的提升。除此之外，隨著現代科技的發展，企業對人才提出更高的要求，在傳統理論教學模式下培養的人才，顯然無法滿足企業用工需求。因此，在精密機械設計課程教學實踐中，教師應立足于新時期工程設計的具體要求進行改進和優化，才能促進精密機械設計課程教學質量的提升，并培養出符合企業需求的工程人才。

3 智能制造背景下機械設計的優化對策

凸顯智能技術融合在智能制造時代大環境下，機械設計技術也取得了長足的發展。在智能技術研發中必須高度關注產品的特性以及品質等諸多方面的狀況，從而展現出較高的運用價值；對于已然投入使用的產品所出現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據支持；將智能機械設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生的概率；同時必須強化產品防腐的管控，保證后期工作可以順暢地開展。

保證產品的實用性智能制造并非致力于效率的提升，而是高度關注產品的實用狀況，這是機械設計優化的第一路徑。必須牢記產品制造的整個過程，方可設計出高品質以及實用性強的產品。把控產品制造的全過程，并非規定所有設計人員均需掌握所有生產工藝，而是認知此類產品在生產當中存在什么特征，同時設計人員在設計與研發產品的過程中不得忽視此類特征，如此防止產品在生產以及設計中出現多余的浪費，促使產品更加實用。完美的機械產品設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，再進行設計開發，方可具備較佳的實用性。

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

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

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

1）最適用原則。這是最先應當考慮的原則，也就是注意部分產品或者加工件的實用性，即將產品本身的實用性完全展現出來，且生產出品質較佳的產品。該原則并非為最為優質的產品。

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及其在精密機械設計教學中的有效應用分析

要加強虛擬樣機技術在精密機械設計課程教學實踐中的有效應用。

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

以四桿機構、凸輪機構等典型機構建模和運動分析教學為例，在此教學內容中，教師應引導學生理解機構、自由度、運動副等基本概念，并在教學實踐中培養學生的綜合實踐能力。若教師單純地進行理論講解，不僅會影響學生對自由度、機構等基本概念的理解，還會影響學生學習興趣的激發，不利于教學效果的改善。而在教學實踐中，教師輔以軟件ADAMS對四桿機構、凸輪機構等典型機構進行建模及運動分析，既可讓學生在建模分析實驗中深化理解相關的基本概念，也有利于學生軟件應用能力的提升。

軟件ADAMS與設計實驗相結合在精密機械設計課程教學過程中，理論與實踐之間的關系是密不可分的。在學習和分析基本概念、典型機構的基礎上，可讓學生利用軟件進行簡單機構的制作，并可據此進行簡單建模分析，在提升學生實踐能力的同時，加深學生對精密機械設計基本理念和原理的理解。在精密機械設計實驗教學過程中，教師往往會要求學生動手拆裝齒輪減速器、螺旋千斤頂等典型機構來鍛煉學生的實踐操作能力，并鼓勵學生利用ADAMS軟件進行建模分析。針對一些實踐能力較強的學生，教師應對學生的建模分析和拆裝操作提出更高的要求，如進行綜合結構相對復雜的建模分析，以在滿足學生實際學習需求的同時，培養學生創新設計能力，為學生適應工程設計需求提供保障。