c64[教育学]机械设计系列课程教学改革中的创新能力培养课件.ppt

北京理工大学北京理工大学 张春林张春林机械设计系列课程教学机械设计系列课程教学改革中的创新能力培养改革中的创新能力培养汇报的主要内容：汇报的主要内容：一、机械设计系列课程的内涵一、机械设计系列课程的内涵二、机械设计方法概述二、机械设计方法概述三、不同设计方法的实例分析三、不同设计方法的实例分析四、加强创新能力培养的建议四、加强创新能力培养的建议一、机械设计系列课程内涵一、机械设计系列课程内涵 这里的机械设计指广义的机这里的机械设计指广义的机械设计，其内容含盖机械原理、械设计，其内容含盖机械原理、机械设计、几何精度设计、机械机械设计、几何精度设计、机械创新设计等多门课程内容。创新设计等多门课程内容。二、机械设计方法概述二、机械设计方法概述介绍以下三种方法的异同点介绍以下三种方法的异同点1、常规机械设计、常规机械设计2、现代机械设计、现代机械设计3、机械创新设计、机械创新设计 1 1、常规机械设计、常规机械设计 常规机械设计方法是依据力学和数常规机械设计方法是依据力学和数学建立的理论公式和经验公式为先导，学建立的理论公式和经验公式为先导，以实践经验为基础，运用图表和手册等以实践经验为基础，运用图表和手册等技术资料，进行设计计算、绘图和编写技术资料，进行设计计算、绘图和编写设计说明的过程设计说明的过程。该方法强调以成熟的技术为基该方法强调以成熟的技术为基础，目前常规机械设计方法仍然是础，目前常规机械设计方法仍然是机械工程中的主要设计方法。机械工程中的主要设计方法。各高等工科学校的机械设计教科各高等工科学校的机械设计教科书主要讲授这种方法。书主要讲授这种方法。如轴的结构设计过程中，按功率计算如轴的结构设计过程中，按功率计算出轴的最小直径出轴的最小直径根据轴上零件的周向固定和轴向固定根据轴上零件的周向固定和轴向固定情况，查阅设计手册，再进行结构设情况，查阅设计手册，再进行结构设计和强度校核。计和强度校核。2 2、现代设计方法、现代设计方法 现代设计方法强调以计算机为工具，现代设计方法强调以计算机为工具，以工程软件为基础，运用现代设计理念进以工程软件为基础，运用现代设计理念进行的机械设计。行的机械设计。现代设计方法从不同角度深化了机械现代设计方法从不同角度深化了机械设计，提高了产品的设计质量，也降低设计，提高了产品的设计质量，也降低了产品的成本。了产品的成本。可靠性设计、优化设计、有限元可靠性设计、优化设计、有限元设计、计算机辅助设计、虚拟设设计、计算机辅助设计、虚拟设计等都是常用的现代设计方法。计等都是常用的现代设计方法。现代设计方法在强调运用计算现代设计方法在强调运用计算机、工程设计与分析软件和现代设机、工程设计与分析软件和现代设计理念的同时，其基本的设计内容计理念的同时，其基本的设计内容是建立在常规设计的基础上。是建立在常规设计的基础上。在强调现代设计方法的时候，在强调现代设计方法的时候，不可忽视常规设计方法的重要性。不可忽视常规设计方法的重要性。3 3、创新设计方法、创新设计方法 机械创新设计是指充分发挥设机械创新设计是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相计者的创造力，利用人类已有的相关科学技术知识，进行创新构思、关科学技术知识，进行创新构思、设计出具有新颖性、创造性及实用设计出具有新颖性、创造性及实用性机械产品的一种实践活动。性机械产品的一种实践活动。创新设计强调发挥创造性，创新设计强调发挥创造性，提出新方案，提供新颖的而且提出新方案，提供新颖的而且成果独特的设计。成果独特的设计。其特点是运用创造性思维，其特点是运用创造性思维，强调产品的创新性和新颖性。强调产品的创新性和新颖性。结论：结论：无论设计方法如何，常规设计仍无论设计方法如何，常规设计仍然是最基本的设计方法，是机械然是最基本的设计方法，是机械设计课程的根本内容。有关常规设计课程的根本内容。有关常规设计的基本理论、基本方法与基设计的基本理论、基本方法与基本技能不应减少。本技能不应减少。三、不同设计方法的实例分析三、不同设计方法的实例分析设计实例一：薯条加工机的设计设计实例一：薯条加工机的设计设计实例二：椰肉加工机的设计设计实例二：椰肉加工机的设计设计实例三：内平动齿轮传动装设计实例三：内平动齿轮传动装 置置的设计的设计 设计实例一：薯条加工机的设计设计实例一：薯条加工机的设计1、常规设计：、常规设计：2、现代设计：、现代设计：3、创新设计：、创新设计：1 1、常规设计方法常规设计方法第一道工序：清洗：设计清洗机。第一道工序：清洗：设计清洗机。第二道工序：削皮：设计削皮机。第二道工序：削皮：设计削皮机。红薯固定，刀旋转，完成削皮的任务。红薯固定，刀旋转，完成削皮的任务。第三道工序：切片后再切条。第三道工序：切片后再切条。需要设计清洗、削皮、切条三套设备，由需要设计清洗、削皮、切条三套设备，由 于于红薯红薯形状和大小差异很大，控制削皮的厚形状和大小差异很大，控制削皮的厚度较难，导致浪费严重，生产率也低。度较难，导致浪费严重，生产率也低。刀刀1、常规设计：、常规设计：2 2、现代设计：、现代设计：在设计思想没有改变时，通过计算机仿真、在设计思想没有改变时，通过计算机仿真、优化设计等，可减少削皮的损失、提高生产优化设计等，可减少削皮的损失、提高生产率，但仍然不理想。率，但仍然不理想。红薯红薯3 3、创新设计：、创新设计：清洗清洗 粉碎粉碎 过滤去皮过滤去皮 挤压成型挤压成型 油炸成产品油炸成产品 创新导致加工设创新导致加工设备的改变备的改变红薯泥红薯泥薯条薯条椰子椰子椰肉椰肉刀具刀具 设计实例二：椰肉加工机的设计设计实例二：椰肉加工机的设计 1、常规设计：、常规设计：椰子剖开椰子剖开 旋转旋转 刀具切削刀具切削结果不理想结果不理想2 2、现代设计：、现代设计：在设计思想没有改变时，通过计算机在设计思想没有改变时，通过计算机仿真、优化设计等，可减少椰肉的损仿真、优化设计等，可减少椰肉的损失、提高生产率，但结果仍然不理想失、提高生产率，但结果仍然不理想3 3、创新设计：、创新设计：注入溶剂，椰肉溶化成汁注入溶剂，椰肉溶化成汁椰子椰子创造性思维改变了产品创造性思维改变了产品加工方法加工方法由机械加工方法到化学方法生产由机械加工方法到化学方法生产设计实例三设计实例三：内平动齿轮传动装置内平动齿轮传动装置1 1、单齿轮平动机构、单齿轮平动机构 2 2、三齿轮平动机构、三齿轮平动机构 3 3、变异的平动机构、变异的平动机构 4 4、三维仿真装置、三维仿真装置 机械设备到机械设备机械设备到机械设备5 5、结构创新、结构创新平行四边形设计成偏心轴结构平行四边形设计成偏心轴结构结论：结论：1、常规设计方法是一切方法的基础、常规设计方法是一切方法的基础2、现代设计方法是在常规设计方法、现代设计方法是在常规设计方法 的基础上，提高设计效率、产品的基础上，提高设计效率、产品 可靠性和质量的设计方法可靠性和质量的设计方法3、创新设计的要素是强调创造性的、创新设计的要素是强调创造性的 设计思维，其结果具有巨大效益设计思维，其结果具有巨大效益4、加强创新教育是高等学校的职责、加强创新教育是高等学校的职责四、加强创新能力培养的意见四、加强创新能力培养的意见(一一)加强创新教育势在必行加强创新教育势在必行 我们国家正在建立一个国家创新我们国家正在建立一个国家创新体系，他包括知识创新系统、技术创体系，他包括知识创新系统、技术创新系统、知识传播系统和知识应用系新系统、知识传播系统和知识应用系统。统。其中，知识创新系统的核心部分其中，知识创新系统的核心部分是国家科学研究机构和教学科研型的是国家科学研究机构和教学科研型的大学；技术创新系统的核心部分是企大学；技术创新系统的核心部分是企业；知识传播系统的核心是指高等教业；知识传播系统的核心是指高等教育系统以及职业培训系统；知识应用育系统以及职业培训系统；知识应用系统的主体则是企业和社会。系统的主体则是企业和社会。尽管我们的创新能力提高很快，尽管我们的创新能力提高很快，创新成果也很丰富，但与世界发达国创新成果也很丰富，但与世界发达国家的差距还很大。在高科技领域中，家的差距还很大。在高科技领域中，很多关键技术还要受制于人。很多关键技术还要受制于人。如如90%90%的发明专利掌握在发达国家的发明专利掌握在发达国家手里，我国关键技术的对外依存率达手里，我国关键技术的对外依存率达50%50%，只有亿万分之三的国有企业拥有，只有亿万分之三的国有企业拥有自主知识产权的核心技术。自主知识产权的核心技术。所以，作为国家知识创新系统和知识所以，作为国家知识创新系统和知识传播系统的核心单位，高等学校开展传播系统的核心单位，高等学校开展创新教育，提高人材培养的质量，已创新教育，提高人材培养的质量，已经是势在必行。经是势在必行。(二）加强创新能力培养的意见二）加强创新能力培养的意见1 1、在课程教学内容的改革中增加、在课程教学内容的改革中增加 创新内容是培养创新能力的重创新内容是培养创新能力的重 要措施。要措施。机械基础系列课程内容中包含机械基础系列课程内容中包含 着很多创新内容，要善于开发着很多创新内容，要善于开发如：机械原理课程：如：机械原理课程：利用机构组成原理设计新机构利用机构组成原理设计新机构利用自锁原理设计新机构利用自锁原理设计新机构利用机构演化变异原理进行机构的利用机构演化变异原理进行机构的应用创新设计应用创新设计利用机构的组合原理设计机械系统利用机构的组合原理设计机械系统 如机械设计课程：如机械设计课程：集成化设计与创新集成化设计与创新 模块化设计模块化设计这些都是最新的设计理念这些都是最新的设计理念 如轴、齿轮、轴承、法兰盘的集成化如轴、齿轮、轴承、法兰盘的集成化设计实例（用于航空轴系，德国）设计实例（用于航空轴系，德国）空心轴空心轴圆柱齿轮圆柱齿轮轴承及法兰盘轴承及法兰盘锥齿轮锥齿轮轴承及法兰盘轴承及法兰盘模块化设计实例模块化设计实例-自动机自动机电机模块电机模块电动缸模块电动缸模块2 2、开设机械创新设计课程、开设机械创新设计课程 通过开设创新设计课程，系统通过开设创新设计课程，系统地进行创新思维、创新技法的学地进行创新思维、创新技法的学习，有助于全面提高创新能力与习，有助于全面提高创新能力与创新意识。创新意识。3 3、开发与落实创新类实验、开发与落实创新类实验 机构搭接组合机构搭接组合 模块式机械组合模块式机械组合 开发综合实验开发综合实验 有助于提高创新能力、创新意有助于提高创新能力、创新意识与动手能力的培养。识与动手能力的培养。4 4、积极开展创新实践活动、积极开展创新实践活动 定期组织校级、省市级及全国定期组织校级、省市级及全国级机械创新设计竞赛，能促进创新级机械创新设计竞赛，能促进创新能力与创新意识的提高，有助于素能力与创新意识的提高，有助于素质教育。质教育。结论结论：各类课程课堂教学中讲授的创各类课程课堂教学中讲授的创新内容、单独开设的机械创新设计新内容、单独开设的机械创新设计课程与开展创新实践活动相结合的课程与开展创新实践活动相结合的创新教育方式，是提高机械类大学创新教育方式，是提高机械类大学生创新能力的有效手段。生创新能力的有效手段。谢谢 谢谢