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【摘要】我校对“机械设计”课程的实践环节进行了改革。新的课程设计以“整机”系统设计为目标编排设计内容，通过给定一个简单机械系统的功能要求，让学生综合运用所学知识。此项改革对培养学生的创新能力、加强工程设计的整体观念、培养跨世纪的高素质、宽口径工程技术人才起到了积极作用。
【关键词】机械设计；课程设计；改革
以产品的实现过程为依据进行“机械原理及设计”的教学改革。产品的实现过程主要包括需求识别、设计与开发、采购、生产与服务运作、测量与监视装置控制五大部分，其中设计与开发对产品的实现最具决定性作用。产品设计的基本知识来源于“机械原理及设计”的实践性环节，它也是机械类专业人才培养计划中的一个相对独立的设计实践，在培养学生的机械综合设计能力、创新意识及掌握基本的设计理论与实际设计技能等方面起着十分重要的作用。
“机械原理及设计”是由原先的“机械原理”与“机械设计”两门课程合并而成的，相应的课程设计也合并，于是课程设计的具体内容与安排都要作很大的调整与改革。首先，内容上要体现原设两门课程之间的联系，符合国家教育部高等工业学校机械原理及设计教学指导小组制定的《机械原理及设计课程教学基本要求》对“机械原理及设计”的课程设计提出的明确要求，即按照一个简单机械系统的给定功能要求，综合运用所学知识，拟定机械系统的传动方案、结构方案、运动方案，并结合生产和使用条件（如选用材料、考虑制造及装配工艺、润滑等），对其中的某些机构进行分析和设计，独立完成机器零部件的设计；其次，安排上也要变过去的集中时间式教学为先部分分散后集中式教学。基于这样的思想，我们制定了一套具体的实施方法。
一、以前的“机械原理”与“机械设计”课程设计基本上是按照本课程的主要教学内容来安排的，存在较大的局限性，彼此间缺乏联系，更谈不上以“整机”设计的总体观念为出发点。两门课程合并后，除课程内容要真正融合外，课程设计也应从“整机”设计的观念出发，将两者有机地统一起来。通过参观实验室陈列的各种机械产品，介绍产品的设计过程，突出“机械原理及设计”的课程设计在机械新产品的开发设计中所起的主导作用，如机械产品设计的四个阶段：初期规划阶段、总体方案设计阶段、结构设计阶段、生产施工阶段。其中初期规划阶段，即对所选题目进行市场调研和预测，并从经济、技术、市场等方面进行可行性论证，最后确定设计任务，下达设计任务书。总体方案设计阶段，即对设计任务进行功能分析，通过创新构思，拟定可行的总体设计方案，并对各可行方案进行评价，最后进行方案决策。结构设计阶段，即对总体方案中原动件的参数进行确定，对传动系统、执行系统的结构、造型、材料及尺寸进行设计。以上都属于机械原理及设计的主要内容，课程设计的主要目的就是对上述设计过程进行模拟练习。生产施工阶段，即对零部件进行工艺、工装设计及产品的施工设计。这一过程的锻炼将由后续的专业课课程设计及毕业设计去完成。由此可见，“机械原理及设计”的课程设计在机械产品设计的全过程中起着举足轻重的作用，因为设计任务确定后，总体方案设计是整个产品设计的关键，也最具创造性，它直接决定产品的性能、质量及市场竞争力；零部件的结构设计直接影响产品的设计新颖性、造型美观性、结构紧凑性及技术性能的先进性，从而决定市场竞争力，决定企业的经济效益。
二、我校的“机械原理”课程设计改革这样进行的：选用已有的典型机械，给定运动方案，让学生进行比较系统的运动学及动力学分析，这样可以使学生加深对机械原理课程各章节的理解和掌握，但是在后续的课程教学及毕业设计中发现学生的创造性设计能力与分析解决实际工作问题的能力不足。为了解决这些问题，先在部分班级进行试点，将“机械原理”课程设计的时间减为6周，主要以机构运动方案设计为主，即只给出一个简单机械系统的功能要求，让学生拟定机械系统的传动方案及运动方案，并做一些定性的分析、评价，选出较优的方案，进行传动系统运动简图的绘制，如新型自卸式汽车机构、典型的包装机构等。
这一改革促使学生主动地进行独立思考，自觉地查阅资料，开发了学生的创新思维能力，部分方案既精巧又实用，极具独创性。但是由于学生没有进行一次比较系统的设计过程训练，没能对所设计的机构进行运动学及动力学分析，所以方案的优劣无法从量化的角度进行评判，至于实现产品化更是没有把握。
“机械设计”课程设计作为机械设计教学的一个实践性环节，是学生第一次碰到的比较完整的机械设计，是理论联系实际、培养初步设计能力的重要教学环节。传统的教学都是给定传动方案，如带传动和两级斜齿圆柱齿轮传动、蜗轮蜗杆传动或圆锥圆柱齿轮传动减速器，课程体系改革以后，课程设计的时间缩短，部分班级曾延续以前的做法，仍然以两级减速器为设计内容，结果学生迫于在规定的时间内完成任务，设计质量大大下降。
因此，两门课程合并以后，我们进一步对课程设计实行改革，首先将原先的两门课程设计融合成一体，从产品设计的全过程出发，编排课程设计的内容，做到了课程设计的完整性、系统性和综合性。此外，采用先分散后集中的教学方式，解决了设计内容多而时间紧的矛盾。
三、课程设计选题，两门课程合并以后，所选的课程设计题目应当具备相当的综合性、完整性和系统性，能覆盖两门课程的主要内容，同时体现两者的设计要求，并能满足两者的主要设计内容。我们以精压机设计为例，精压机一般以电动机为原动件，通过带传动、齿轮传动，驱动执行机构的送料板从侧面将坯料送至待加工位置，上模先以较大速度接近坯料，然后匀速下冲，进行拉延成形，以后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回，完成一个工作循环。这一环节要求以转动的电机为动力，上模作上下往复直线运动，先快速接近坯料，再匀速冲压，最后快速返回；机构具有较好的传力性能，生产批量为小批量。该设计题目是一种典型的机械产品，既包含了机械传动系统的设计，即根据机械预期完成的生产任务，确定机械工作原理、选型和组合、运动形式的变换与协调；又包含了机构设计（如凸轮机构、连杆机构、齿轮机构等）、传动设计（如带传动、齿轮减速器等）及结构设计。由此可见，它几乎涵盖了产品设计的前三个阶段，具有相当的系统性和综合性，完全满足“机械原理及设计”的课程设计要求。
四、前面我们已经提到目前课程设计的时间减少，而设计要求并没有降低。这就要求我们要改变传统的过程模式，变集中时间式教学为先部分分散后集中式教学，如将执行机构设计的一部分内容融于机械原理及设计课程教学中，在连杆机构内容教完后就将课程设计题目布置给学生，要求学生将执行机构用连杆机构组合而成，学生可以通过创新实验验证方案的可行性，以后每讲完一种机构，学生就可以在原有机构的基础上进一步改进和创新，当齿轮机构及其他常用机构教完后，学生通过参观样机、查阅资料、讨论及教师辅导等方法可以构思出多种执行机构的运动方案，最后以大作业的形式要求学生提交该题目执行系统运动方案。对于较好的方案可在实验室的帮助下搭建实验模型，进行机构的实体造。通过设计与实验的结合，既开发了学生的创新思维，又培养了他们的动手能力。随着机械设计课程的进行，当带传动、齿轮传动课程结束后，新开传动系统实验课，让学生了解各种典型的传动类型，为他们进行传动方案的拟定开阔眼界，并对传动零件进行设计计算；当轴系零、部件讲完后，要求学生完成大作业轴系的结构设计，同时选择电机进行传动装置运动和动力参数的计算。这些工作可让学生在平时学习的过程中借助计算机完成，以加强学生在结构设计方面能力的培养。
五、经过近两年的实践，“机械原理及设计”的课程设计取得了较为理想的效果，充分发挥了学生分析问题的主动性和独立性，也培养了学生的创造性和工程设计的整体观念，激发了学生的学习兴趣和创新意识。
【关键词】机械设计；课程设计；改革
以产品的实现过程为依据进行“机械原理及设计”的教学改革。产品的实现过程主要包括需求识别、设计与开发、采购、生产与服务运作、测量与监视装置控制五大部分，其中设计与开发对产品的实现最具决定性作用。产品设计的基本知识来源于“机械原理及设计”的实践性环节，它也是机械类专业人才培养计划中的一个相对独立的设计实践，在培养学生的机械综合设计能力、创新意识及掌握基本的设计理论与实际设计技能等方面起着十分重要的作用。
“机械原理及设计”是由原先的“机械原理”与“机械设计”两门课程合并而成的，相应的课程设计也合并，于是课程设计的具体内容与安排都要作很大的调整与改革。首先，内容上要体现原设两门课程之间的联系，符合国家教育部高等工业学校机械原理及设计教学指导小组制定的《机械原理及设计课程教学基本要求》对“机械原理及设计”的课程设计提出的明确要求，即按照一个简单机械系统的给定功能要求，综合运用所学知识，拟定机械系统的传动方案、结构方案、运动方案，并结合生产和使用条件（如选用材料、考虑制造及装配工艺、润滑等），对其中的某些机构进行分析和设计，独立完成机器零部件的设计；其次，安排上也要变过去的集中时间式教学为先部分分散后集中式教学。基于这样的思想，我们制定了一套具体的实施方法。
一、以前的“机械原理”与“机械设计”课程设计基本上是按照本课程的主要教学内容来安排的，存在较大的局限性，彼此间缺乏联系，更谈不上以“整机”设计的总体观念为出发点。两门课程合并后，除课程内容要真正融合外，课程设计也应从“整机”设计的观念出发，将两者有机地统一起来。通过参观实验室陈列的各种机械产品，介绍产品的设计过程，突出“机械原理及设计”的课程设计在机械新产品的开发设计中所起的主导作用，如机械产品设计的四个阶段：初期规划阶段、总体方案设计阶段、结构设计阶段、生产施工阶段。其中初期规划阶段，即对所选题目进行市场调研和预测，并从经济、技术、市场等方面进行可行性论证，最后确定设计任务，下达设计任务书。总体方案设计阶段，即对设计任务进行功能分析，通过创新构思，拟定可行的总体设计方案，并对各可行方案进行评价，最后进行方案决策。结构设计阶段，即对总体方案中原动件的参数进行确定，对传动系统、执行系统的结构、造型、材料及尺寸进行设计。以上都属于机械原理及设计的主要内容，课程设计的主要目的就是对上述设计过程进行模拟练习。生产施工阶段，即对零部件进行工艺、工装设计及产品的施工设计。这一过程的锻炼将由后续的专业课课程设计及毕业设计去完成。由此可见，“机械原理及设计”的课程设计在机械产品设计的全过程中起着举足轻重的作用，因为设计任务确定后，总体方案设计是整个产品设计的关键，也最具创造性，它直接决定产品的性能、质量及市场竞争力；零部件的结构设计直接影响产品的设计新颖性、造型美观性、结构紧凑性及技术性能的先进性，从而决定市场竞争力，决定企业的经济效益。
二、我校的“机械原理”课程设计改革这样进行的：选用已有的典型机械，给定运动方案，让学生进行比较系统的运动学及动力学分析，这样可以使学生加深对机械原理课程各章节的理解和掌握，但是在后续的课程教学及毕业设计中发现学生的创造性设计能力与分析解决实际工作问题的能力不足。为了解决这些问题，先在部分班级进行试点，将“机械原理”课程设计的时间减为6周，主要以机构运动方案设计为主，即只给出一个简单机械系统的功能要求，让学生拟定机械系统的传动方案及运动方案，并做一些定性的分析、评价，选出较优的方案，进行传动系统运动简图的绘制，如新型自卸式汽车机构、典型的包装机构等。
这一改革促使学生主动地进行独立思考，自觉地查阅资料，开发了学生的创新思维能力，部分方案既精巧又实用，极具独创性。但是由于学生没有进行一次比较系统的设计过程训练，没能对所设计的机构进行运动学及动力学分析，所以方案的优劣无法从量化的角度进行评判，至于实现产品化更是没有把握。
“机械设计”课程设计作为机械设计教学的一个实践性环节，是学生第一次碰到的比较完整的机械设计，是理论联系实际、培养初步设计能力的重要教学环节。传统的教学都是给定传动方案，如带传动和两级斜齿圆柱齿轮传动、蜗轮蜗杆传动或圆锥圆柱齿轮传动减速器，课程体系改革以后，课程设计的时间缩短，部分班级曾延续以前的做法，仍然以两级减速器为设计内容，结果学生迫于在规定的时间内完成任务，设计质量大大下降。
因此，两门课程合并以后，我们进一步对课程设计实行改革，首先将原先的两门课程设计融合成一体，从产品设计的全过程出发，编排课程设计的内容，做到了课程设计的完整性、系统性和综合性。此外，采用先分散后集中的教学方式，解决了设计内容多而时间紧的矛盾。
三、课程设计选题，两门课程合并以后，所选的课程设计题目应当具备相当的综合性、完整性和系统性，能覆盖两门课程的主要内容，同时体现两者的设计要求，并能满足两者的主要设计内容。我们以精压机设计为例，精压机一般以电动机为原动件，通过带传动、齿轮传动，驱动执行机构的送料板从侧面将坯料送至待加工位置，上模先以较大速度接近坯料，然后匀速下冲，进行拉延成形，以后上模继续下行将成品推出型腔，最后快速返回，完成一个工作循环。这一环节要求以转动的电机为动力，上模作上下往复直线运动，先快速接近坯料，再匀速冲压，最后快速返回；机构具有较好的传力性能，生产批量为小批量。该设计题目是一种典型的机械产品，既包含了机械传动系统的设计，即根据机械预期完成的生产任务，确定机械工作原理、选型和组合、运动形式的变换与协调；又包含了机构设计（如凸轮机构、连杆机构、齿轮机构等）、传动设计（如带传动、齿轮减速器等）及结构设计。由此可见，它几乎涵盖了产品设计的前三个阶段，具有相当的系统性和综合性，完全满足“机械原理及设计”的课程设计要求。
四、前面我们已经提到目前课程设计的时间减少，而设计要求并没有降低。这就要求我们要改变传统的过程模式，变集中时间式教学为先部分分散后集中式教学，如将执行机构设计的一部分内容融于机械原理及设计课程教学中，在连杆机构内容教完后就将课程设计题目布置给学生，要求学生将执行机构用连杆机构组合而成，学生可以通过创新实验验证方案的可行性，以后每讲完一种机构，学生就可以在原有机构的基础上进一步改进和创新，当齿轮机构及其他常用机构教完后，学生通过参观样机、查阅资料、讨论及教师辅导等方法可以构思出多种执行机构的运动方案，最后以大作业的形式要求学生提交该题目执行系统运动方案。对于较好的方案可在实验室的帮助下搭建实验模型，进行机构的实体造。通过设计与实验的结合，既开发了学生的创新思维，又培养了他们的动手能力。随着机械设计课程的进行，当带传动、齿轮传动课程结束后，新开传动系统实验课，让学生了解各种典型的传动类型，为他们进行传动方案的拟定开阔眼界，并对传动零件进行设计计算；当轴系零、部件讲完后，要求学生完成大作业轴系的结构设计，同时选择电机进行传动装置运动和动力参数的计算。这些工作可让学生在平时学习的过程中借助计算机完成，以加强学生在结构设计方面能力的培养。
五、经过近两年的实践，“机械原理及设计”的课程设计取得了较为理想的效果，充分发挥了学生分析问题的主动性和独立性，也培养了学生的创造性和工程设计的整体观念，激发了学生的学习兴趣和创新意识。