淺談如何更好地對(duì)“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)進(jìn)行有效改革

創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。21世紀(jì)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，國(guó)際間的競(jìng)爭(zhēng)將主要體現(xiàn)為綜合國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)，而綜合國(guó)力的關(guān)鍵是一個(gè)國(guó)家的科技創(chuàng)新能力?？梢哉f(shuō)，未來(lái)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)將主要表現(xiàn)為科技創(chuàng)新能力和科技創(chuàng)新人才的競(jìng)爭(zhēng)。目前，我國(guó)的創(chuàng)新能力與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在較大差距。據(jù)統(tǒng)計(jì)，科技創(chuàng)新對(duì)美國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率達(dá)到了80%，而我國(guó)尚不足30%。高等學(xué)校是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的基地和搖籃，肩負(fù)著重要的歷史使命。如何提高大學(xué)生特別是工科大學(xué)生的創(chuàng)新能力，已成為當(dāng)前高等教育改革的核心。
創(chuàng)新來(lái)源于創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，人們探索培養(yǎng)和提高創(chuàng)新能力的努力從來(lái)就沒(méi)有停止過(guò)，并已經(jīng)取得了一些規(guī)律可循的。人們只要遵循一定的科學(xué)方法和法則，就能比較迅速地實(shí)現(xiàn)新的發(fā)明創(chuàng)造。在這一方面，TRIZ理論做出了卓越的貢獻(xiàn)。
一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念與方法
（一）大批量定制技術(shù)及其設(shè)計(jì)方法
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的普遍提高，人們對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性化追求越來(lái)越強(qiáng)烈。同時(shí)，由于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代管理技術(shù)的發(fā)展和先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程高度柔性化，按照客戶的個(gè)性化需求進(jìn)行定制生產(chǎn)從理想轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。在市場(chǎng)需求的拉動(dòng)和技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)共同作用下，傳統(tǒng)的制造業(yè)正面臨著一場(chǎng)極其深刻的重大變革。生產(chǎn)方式正由大批量生產(chǎn)向大批量定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。大批量定制是指以接近大批量生產(chǎn)的成本和速度，提供定制的個(gè)性化產(chǎn)品和服務(wù)的生產(chǎn)模式。大批量定制生產(chǎn)方式兼顧了企業(yè)和客戶雙方的利益，近些年來(lái)得到了迅速的發(fā)展，正在成為21世紀(jì)制造業(yè)的主流生產(chǎn)方式。大批量定制生產(chǎn)方式對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的要求也和傳統(tǒng)生產(chǎn)方式不一樣：傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常是面向單一產(chǎn)品的，是面向產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程的。而大批量定制的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)是面向整個(gè)產(chǎn)品族和產(chǎn)品全生命周期的。面向大批量定制的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)需要充分考慮到零部件以及工藝過(guò)程、工藝裝備的可重用性，盡可能減少零部件以及工藝過(guò)程、工藝裝備的種類。
1．產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)
模塊化設(shè)計(jì)是在對(duì)一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計(jì)出一系列功能模塊，通過(guò)模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，滿足市場(chǎng)不同需求的設(shè)計(jì)方法。模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)是成功實(shí)施大批量定制的前提。采用模塊化設(shè)計(jì)有利于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)和資源重用；有利于發(fā)展產(chǎn)品品種；有利于提高設(shè)計(jì)、生產(chǎn)效率，縮短交貨期；有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性；使產(chǎn)品具有良好的可維護(hù)性等。
2．產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)
變型設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)者通過(guò)提取已存在的設(shè)計(jì)方案或設(shè)計(jì)計(jì)劃，然后在其基礎(chǔ)上作相應(yīng)的修改，以產(chǎn)生一個(gè)與原設(shè)計(jì)相似的新設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)方法。變形設(shè)計(jì)是在原有平臺(tái)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，按市場(chǎng)需求進(jìn)行結(jié)構(gòu)重組，它的實(shí)現(xiàn)過(guò)程可以最大限度地重用企業(yè)已有的成熟產(chǎn)品資源，具有很強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，不但可以快速開(kāi)發(fā)產(chǎn)品、響應(yīng)市場(chǎng)，而且還可以極大地降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的成本，是一種適應(yīng)于大規(guī)模客戶化定制生產(chǎn)模式的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。變形設(shè)計(jì)有效地解決了大批量生產(chǎn)的低成本、短交貨期與定制生產(chǎn)的高成本、長(zhǎng)生產(chǎn)周期的統(tǒng)一問(wèn)題。
3．產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)
產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)是指根據(jù)預(yù)定義的零部件集以及它們之間的相互關(guān)系，通過(guò)合理的組合，形成滿足客戶個(gè)性化需求的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程。產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)是聯(lián)系客戶個(gè)性化需求和企業(yè)生產(chǎn)的橋梁，是大批量定制的核心支撐技術(shù)，對(duì)大批量定制的成功實(shí)施有著重要的影響和意義。
（二）新的設(shè)計(jì)理念與方法
1．綠色設(shè)計(jì)
綠色設(shè)計(jì)是在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性（可拆卸性、可回收性、可維護(hù)性、可重復(fù)利用性等），并將其作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品應(yīng)有的功能、使用壽命、質(zhì)量等的一種設(shè)計(jì)方法。
綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)人員、設(shè)計(jì)工藝和技術(shù)、設(shè)計(jì)目的等方面都有很大的不同。綠色設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)構(gòu)思階段就要把降低能耗、易于拆卸、再生利用和保護(hù)生態(tài)環(huán)境與保證產(chǎn)
品性能、質(zhì)量、壽命、成本等要求列為同等的目標(biāo)，并保證在生產(chǎn)過(guò)程中能夠順利實(shí)施。
綠色設(shè)計(jì)是20世紀(jì)90年代初期圍繞在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，如何節(jié)約資源、有效利用能源和保護(hù)環(huán)境這一主題而提出的新的設(shè)計(jì)概念和方法，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一，已成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的研究熱點(diǎn)和主要內(nèi)容。
2．產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)
所謂全生命周期設(shè)計(jì)，就是面向產(chǎn)品生命周期全過(guò)程的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要考慮產(chǎn)品在使用期間的性能指標(biāo)和可靠性等因素。而產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)要考慮從產(chǎn)品的社會(huì)需求分析、產(chǎn)品概念的形成、知識(shí)及技術(shù)資源的調(diào)研、成本價(jià)格分析、詳細(xì)機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、裝配、使用壽命、安全保障與維修計(jì)劃，直至產(chǎn)品報(bào)廢與回收、再生利用的全過(guò)程，全面優(yōu)化產(chǎn)品的功能性能、生產(chǎn)效率、品質(zhì)質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和能源資源利用率等目標(biāo)函數(shù)，求得其最佳平衡點(diǎn)。產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)也已成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。
由以上可以看出，隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，生產(chǎn)方式已發(fā)生重大改變，一些新的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和方法相比，發(fā)生了很大的變化。因此，很有必要對(duì)“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，增加反映時(shí)代需求的新的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法。
二、結(jié)束語(yǔ)
文中探討的創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及模塊化設(shè)計(jì)、產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)、產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)等內(nèi)容在某高校的“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中得到了應(yīng)用，取得了較好的效果。學(xué)生們普遍反映創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力得到了訓(xùn)練和提高，同時(shí)對(duì)最新的設(shè)計(jì)理念與方法有了初步了解，開(kāi)闊了思路，轉(zhuǎn)變了設(shè)計(jì)觀念，有利于適應(yīng)時(shí)代的要求。作者相信，如果高校對(duì)“機(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的改革，有望取得令人滿意的效果。