智能制造背景下精密机械设计教学现状及优化对策研究

◆刘彦 苏开华 程国飞

0 引言

本文研究建立在智能制造对于机械设计所产生的作用上，全面探索智能制造背景下进行机械设计的具体状况。在精密机械设计教学过程中，教师应以工程实际需求为立足点，充分利用现代化设计软件，尤其是成熟工业应广泛应用计算机虚拟样机技术来建立工业应用场景，在调动学生精密机械设计课程学习兴趣的基础上，加强学生精密机械设计课程的实践学习，有效锻炼学生的精密机械设计能力，为学生适应当前工程实际需求提供保障。

1 智能机械制造

智能机械制造的特征智能机械制造拥有三个特征。

1）智能制造十分精准。首先必须在电脑内分析出制造方式与步骤，接下来按照设计的方案资料开展制造，进而确保机械化制造的精准性。在制造中产生问题时，设施可自行提供警报，同时可以明确设施出问题的位置，让工作人员可以及时处理问题。

2）在内部安装变压器等设施，经由智能管理达成设施间的配合，减少对资源的应用。

3）智能机械制造的作业比较简单，在智能制造中仅需工作人员按照工艺条件输入指令，系统将自行实施整个制造流程。

智能机械制造未来展望智能机械制造为新时期科技中十分普遍的形式，对促进经济发展具有无法取代的作用，从综合层面上研究，可以将其归纳成下面两点：

1）智能机械制造的进步需与时俱进，将稳定、健康发展当作核心目标，在应用智能设备时应严格把控生态原料，结合生态资源与制造，提升机械产品的运营模式，提高机械制造的整体质量和能力；

2）确保控制方式更有弹性，在智能机械制造程序内按照一定的参数运转，可以自行制造，同时对整个制造程序开展科学监管。

2 精密机械设计课程教学现状及改革的必要性分析

精密机械设计作为机械系统中机构分析设计及零部件具体设计实现的综合设计基础课程，内容相当广泛，具体有机构设计理论、机械零部件设计、工程实践训练等。在课堂理论教学环节，机械设计概念、机构运动、动力学等理论分析是主要内容；而在课堂实践教学环节，主要通过设计实验课来完成功能复杂的机械系统的综合设计，旨在提升学生的工程设计实践能力和加深学生对工程设计理论的理解。但是在精密机械设计课程教学实践中，由于精密机械设计的原理及相关基本概念等理论知识具有一定的抽象性，这使得学生在理解分析中存在一定的困难，进而导致学生的理论学习和工程实践相脱节，直接影响学生的理论学习效果，也不利于学生工程实践能力的提升。

不仅如此，在精密机械设计课程实践教学环节，教师主要按照课堂讲解、示范、提出实验要求的顺序来帮助学生感性理解精密机械设计理论和提升工程实践能力，在此过程中由于实验项目及条件的制约，使得学生无法实施自主设计的实验，不利于学生实践能力的培养。由此可见，在精密机械设计课程教学实践中仍然面临理论和实践相脱节、实践教学效果欠佳等问题，不利于学生工程实践设计能力的提升。除此之外，随着现代科技的发展，企业对人才提出更高的要求，在传统理论教学模式下培养的人才，显然无法满足企业用工需求。因此，在精密机械设计课程教学实践中，教师应立足于新时期工程设计的具体要求进行改进和优化，才能促进精密机械设计课程教学质量的提升，并培养出符合企业需求的工程人才。

3 智能制造背景下机械设计的优化对策

凸显智能技术融合在智能制造时代大环境下，机械设计技术也取得了长足的发展。在智能技术研发中必须高度关注产品的特性以及品质等诸多方面的状况，从而展现出较高的运用价值；对于已然投入使用的产品所出现的故障状况展开合理而深入的研究，向智能化制造工作提供大量信息以及数据支持；将智能机械设备安全管理工作做到位也是极其重要的，从而降低断裂以及磨损等状况发生的概率；同时必须强化产品防腐的管控，保证后期工作可以顺畅地开展。

保证产品的实用性智能制造并非致力于效率的提升，而是高度关注产品的实用状况，这是机械设计优化的第一路径。必须牢记产品制造的整个过程，方可设计出高品质以及实用性强的产品。把控产品制造的全过程，并非规定所有设计人员均需掌握所有生产工艺，而是认知此类产品在生产当中存在什么特征，同时设计人员在设计与研发产品的过程中不得忽视此类特征，如此防止产品在生产以及设计中出现多余的浪费，促使产品更加实用。完美的机械产品设计必定具备人性化的因素，必须深入地思考运用者的具体需要，再进行设计开发，方可具备较佳的实用性。

设计中要注重创新在机械设计中除了生产以及设计以外，最为重要的就是创新。在社会运行过程中，创新已然受到民众愈来愈高的关注，产品设计必须紧跟社会主流，迎合民众以及时代的需求，实施创新设计。然而创新并不意味着把过去的全部东西丢弃掉，而应为对于过去的设计展开新的整合与优化，把当中部分设计组合在一起，观察能否产生较佳的效果，或把部分存在问题的设计予以改进以及健全。机械产品设计人员必须拥有创新思想，同时必须积极培育创新思维，不仅要促使自身方方面面的能力增强，而且必须培育创新思维，并且把创新纳入研制的产品当中。

机械设计变革能够借助各类手段来实施，主要目标为促使机械产品具备更强的功能，且改进以及创新产品技术，包括产品的便利性、适应性以及平稳性等诸多指标。另外，还能够借助研制新品来进行创新。再则，因为社会科技的持续进步，以往的设计思想以及方式已然难以同现代设计的要求相符，机械设计需要具备实用性以及创造性等诸多优势。

优化材料把控智能制造大部分时候遭受的干扰，相较于传统制造只多不少，对机械材料的改善以及优化是重点，否则难以将智能制造的主要优势展现出来。机械材料的改善以及优化必须遵从如下几个基本原则。

1）最适用原则。这是最先应当考虑的原则，也就是注意部分产品或者加工件的实用性，即将产品本身的实用性完全展现出来，且生产出品质较佳的产品。该原则并非为最为优质的产品。

2）较佳的加工条件必须同合理的加工程序以及工艺相融合。

3）可替代原则。由经济效益层面入手，由于大部分材料是能够互相替代的，因此在机械加工过程中也能够进行替代。

4 计算机虚拟样机技术及其在精密机械设计教学中的有效应用分析

要加强虚拟样机技术在精密机械设计课程教学实践中的有效应用。

辅以软件ADAMS，促进学生理解基本概念ADAMS软件中包含构件、自由度、原动件等组成形式，这些内容一一对应了设计理论当中抽象的基本概念。在精密机械设计课程教学实践中，通过教学和软件ADAMS的整合，可让学生在ADAMS软件的支持下更快地理解其中对应的基本概念。具体来说，在授课过程中，教师利用ADAMS软件辅助学生进行简单机构的建模分析，不仅有利于学生学习主动性和积极性的提高，而且有利于学生生动形象地理解抽象的基本概念。

以四杆机构、凸轮机构等典型机构建模和运动分析教学为例，在此教学内容中，教师应引导学生理解机构、自由度、运动副等基本概念，并在教学实践中培养学生的综合实践能力。若教师单纯地进行理论讲解，不仅会影响学生对自由度、机构等基本概念的理解，还会影响学生学习兴趣的激发，不利于教学效果的改善。而在教学实践中，教师辅以软件ADAMS对四杆机构、凸轮机构等典型机构进行建模及运动分析，既可让学生在建模分析实验中深化理解相关的基本概念，也有利于学生软件应用能力的提升。

软件ADAMS与设计实验相结合在精密机械设计课程教学过程中，理论与实践之间的关系是密不可分的。在学习和分析基本概念、典型机构的基础上，可让学生利用软件进行简单机构的制作，并可据此进行简单建模分析，在提升学生实践能力的同时，加深学生对精密机械设计基本理念和原理的理解。在精密机械设计实验教学过程中，教师往往会要求学生动手拆装齿轮减速器、螺旋千斤顶等典型机构来锻炼学生的实践操作能力，并鼓励学生利用ADAMS软件进行建模分析。针对一些实践能力较强的学生，教师应对学生的建模分析和拆装操作提出更高的要求，如进行综合结构相对复杂的建模分析，以在满足学生实际学习需求的同时，培养学生创新设计能力，为学生适应工程设计需求提供保障。