机械模块化设计
机械模块化设计范文第1篇
关键词：模块化设计;机械设计;运用操作
1前言
随着我国经济的高速发展下，越来越多的集中式体户变为了个体户，更多的是要求机械制造商在制作的过程中降低成本。当然传统的机械设计方法已经不再适用于现在的要求了。而从设计的角度来看，我国模块化设计方法在机械设计的运用中得到肯定，而这样就可以缩短工期，从而降低机械制造陈本，所以说模块化设计无论是从设计为理念还是制造上为基础，都是机械制造商最好的选择。
2模块化设计的概念与特点
(1)模块化设计方法是目前机械设计当中的一种尤为重要的方法，它指的是在进行机械化设计中，将原有得不同的部分规划与想对应的模块里，并对每个模块的设计进行了全方位的思考，然后将其各个部位重新组装在一起，最后完成整个机械设计的所有概念、内容。在机械设计的过程中，要对模块做好划分，并且全方位做好规划，确保知道每个模块具有的功能，然后考虑到每个模块相互之间组合在一起的意义。同时，还要保证每个模块之间的独立性能，并且做到能够进行相互的更换，才能促进了系统功能的升级。模块设计方法作为一种新的观点理念，它本身具有显著的特点存在着［1］。(2)模块化在设计当中的主要方式分为以下几种:①横向式的模块化设计方式，在不改变原产品的基础上，利用到模块化设计成变种形态的产品，而这种模块化设计的形式容易实现操作、更易于广为推出。②纵向式的模块化设计方式，在不改变原产品的基础上，在同一形式当中对不同规格的产品进行统筹的设计。③横向式和跨系式的综合型模块化设计，当然，除了发展横向式系列的产品以为，改变了某种模块的设计还可以得到出了其他不同系类的产品，从而便于横向系类和跨向系类模块的设计。④全种系类的模块化设计包括了纵向形式与横向形式，而全种系类更是在基础之上用于制造出类似于跨系列产品模块化设计。(3)模块化设计的推出方便了维修。模块化设计方法能使维护变得简单操作，以少量应多量，以及尽可能的投入少的生产得到多的产品的理念，以最具有划算的方法满足于现在各种需求。由于模块化设计法本身具有可替换性，并且在当中出现了一个模块的故障，那么在机械设计应用中就可以通过检查，将出现问题的模块部位进行更换即可，免去了不必要的资源流失。(4)模块化设计方法节约成本。模块化设计简化了包装的整个过程，以前机械制造商在包装设备的时候只能根据产品自身的特点为其采取指定包装过程。而这样的范围规定太过于狭小，设计出来的包装只适合运用到同一种规模下的产品，然后其他的系列的产品又要从新制造出新的包装，从而给包装带来很大的不方便。这样不仅仅是在人力、物力上的一种铺张浪费，更是难以提高机械制造商运行的成效。然而运用模块化设计方法形成出的产品，在具体的运用中，能满足于各种产品，从而使包装简单化。模块化设计的方法能够节省成本，并且可以用在于有较少的模块当中去完成更多的机械的包装上，从而有效的节省了资源的设计成本［2］。
3模块化设计与其他具有现代化技术的融合
3．1模块化与成组技术的共同的特点
模块化的组成技术都是针对于现代生产的产物提出多样化的。成组的技术主要是利用零件的形状及工艺上具有某种的相似性为其理论，利用有关数据以及事物本体的相似性做到问题的归类化。并通过对具有相似零件的标准形式，做规范的处理，从而使小批量的产品成为具有流水生产方式的一种。而规模化技术也是秉着生产出小批量的产品、中批量的模块、大批量的零件的方法，也充分的利于机械机床部件上的相似性，把具有相似的部件经过同意的归类所形成的模块。而两者具有共同点是:集中的处理具有相似的事物，并把具有一定相似性的事物规范化［3］。
3．2模块化与柔韧性制造的技术
柔韧性制造技术自始以来，一直以多样化、快节奏作为前提，重点强调出系统对生产反应的可变、多变性能。然而模块化正好符合柔韧性技术这一特点的前提依据，模块化技术在利用模块化解决机械机床上的共同特性之后，又具有集中的解决单独的个性问题。并且达到以最少的模块组成最大机床的思想来实现当今社会的多样化。当机床为生产工具的时候，则其利用模块化的特点，灵活多用，并通过模块的组合达到了柔韧性的制造技术。
3．3模块化与高科技辅助技术
将高科技辅助系统和数据库里的技术引用到模块化技术里，在相当大的程度上取代了人类完成大量工作无法完成的复杂、重复性的工作当中。并且，具有一定的稳定性等方面超越了人类。而在另一面。通过模拟化的方法，把复杂系统分解成各个简单的系统，并对各个简单的系统做高科技的技术分导，可以充分发挥高科技的重要性以及具有强大的功能。
4模块化技术在机械设计中的运用
4．1机械设计的理念
机械设计指的就是满足于当代社会经济指标配合着相对式的技术条件，并对其功能的需求锁定出最有综合性方案的进程，而机械设计本身具有综合性能、相近性能、多层次性能等特点。而这些性能更是成为创造新型的机械产品必不可少的基础，从而根本上的决定了生产出的产品功能、质量以及性能。而用户群体对机械产品有着多样化、个性化、高品质、低消费的要求也是逐步扩大。而加入了模块化设计方法更是能面对广大群众对机械设计要求上的一种挑战。
4．2对模块进行划别区分
在对产品进行模块划分的同时，要以独立功能的单月形式作为整体的模块，既可以对已划分的功能在结构上做到独立的特性，这样模块容易拼成、组建以及搭配。并且形成了多种的变形产品，这样的模块才具有完整性，并能保证其质量的过关。而以组件部分作为模块来看，功能分解细化之后，可以通过进一步的将部件中的某些组建进行模块化，更是可以通过替换与舍掉一些零件，可以使部件产生出不同的作用与用途。而这比替换了整个部件更方便一些，而参照模块划分出来的层次，并参照其需要，结构以及功能上对产品模块做出细微的划分，而对产品本身的需求也是对客户需要的划分。要在客户需要的基础之上对该产品进行功能性的区别划分，又必要要在产品功能的基础之上对产品所处的结构进行总的区分。并且将具有同种功能的结构进行合理的区分，可以这么说，模块划分的好与坏影响着模块设计的成与败、质与量。但同时，要考虑在模块本身的发展空间里做出一定的余留，以便可以引入新的观点理念时不会出现阻碍模块构成的障碍而基于模块化设计的合理方法来看，多样化且个性化的体系更能满足于广大顾客们的需求，并且产品可以快速的分解、结合，同时还能通过大批量的生产和管理上的统一从而降低了生产和管理的经济成本［4］。
4．3对现有的模块进行编码
模块编码的意义在于对完整的模块当中的规格、参数等和模块之间相互进行完整的整合管理，并且标明其名称。并对产品的模块进行重新的编码，以便于区分产品，便于管理，从而建设出统一并且完整的标准规范化的模块，更充分的利用产品生产的开发。对模块化设计进行独特性、完整性、合理性、的编码，并实现产品的通用性能与开放性性能。
4．4进行有效率的模块组装
在产品功能确定了以后进行了模块的组合，从而保证了整个机械设计的合理性，同时也需要在实际运用中也起到关键的作用。组装产品的时候要确保组成部件的完整，不可缺失、丢失。进行模块间的合理分配，做到注重布局的合理效果。同时，因为模块又具有替换性能，所以在使用的过程中可出现问题是可以进行更换的，并且要做到某个模块的更换并不会影响到其他模块的正常运行。
4．5完成设计本职工作
在通过之前的设计、组装等时候，还是要进行完成整个产品的工作。而将模块化设计运用到机械式机床上时，包括了机床的传动式模块、执行力度模块、辅助模块等。其中传动室的模块包括了主传动力轴、水平的进给箱、垂直的进给箱等。而执行的模块又概括于、刀子架机、工作桌台等，辅助模块又包含了保护罩、刀架库、机床的电气等。
5结论
而综上所述，模块化的设计方式是实现我国当代机械设计当中大规模生产产品的主要保障，使得产品更加的符合当前的广大顾客、市场上的需求。而在提高自身的效率同时，也降低了机械设计的资金成本，并且在质量占有着相当大的优势。而模块化设计的方法在很大的程度上又满足了机械设计当中的需要，并且在机械设计的具体运作当中又有了良好的效果。它已经不仅仅是作为缩短设计时间的一个重要因素，更是又利于创造出机械设备的一个基础，提高了我国机械设计的水平。因此，往后在进行机械设计产品的时候，需要注重模块化设计方法的灵活运用。并懂得把握住重要的分析点，严格的按照规定去划分好模块，并对设计人员的综合素质做出深入的培养，重视起经验的分析与总结，使模式化设计得到更好的应用，我相信，随着模块化设计越来越标准化的进一步提升，模块化设计之间相互转化的性能也会上升，而机械设计理念与制造水平将会更得到提高，从而促进我国机械化水平的日趋增升。
作者:刘吉宝 单位:兰州理工大学
参考文献:
［1］蔡业彬．模块化设计方法及其在机械设计中的应用［J］．机械设计与制造，2005(08):154～156．
［2］蔡燕华．分析模块化设计方法及其在机械设计中的应用［J］．科技传播，2014(04):160，154．
机械模块化设计范文第2篇
机械设计制造及自动化的专业培养目标是为了培养德、智、体、美全面发展，具有较强的工程实践能力及创新精神，能够适应较复杂的工程技术环境，在机械工程及相关领域第一线从事机械设计制造、产品开发及管理和营销等方面工作的高级应用型人才．原培养方案中采用了较为传统的公共基础课、专业基础课、专业必修课课、专业选修课的设置模式，由于课程体系按“学科导向”设置，各门课程都比较强调自身的学科知识的系统性和完整性，因而不同程度地存在各自为政、自成体系的情况．部分课程之间相互孤立脱节，课程之间的分工与接口不甚明确．部分课程中的相关内容相分离，部分课程内容多有重复，有的课程则以微细差异而独立设课，课程设置的合理化、系统化、一体化问题没有得到很好解决．大部分课程教学内容仍以讲授理论知识为主，讲究知识的完整性、连贯性和逻辑性，内容经典却又抽象、单调，难以及时吸收技术发展最新成果，突出先进制造技术的应用，实验实践教学针对性不强，即以传授知识为本位，而不是以培养能力为根本．由于传统习惯的影响，教师和学生过分依赖教科书，脱不开原有课程设置的束缚，教学过程仍沿用较传统的灌输式“教”与“学”模式．各门课程均没有对学生的自主学习提出具体的过程和考核要求．存在的重理论轻实际、缺乏工程实践和工程设计的引入、教与学纸上谈兵等教学问题．学生在学习过程中自主学习的意识和能力不强，常常只是被动的接受者，参与动手的时间少，感性认识较差，学习效果难以得到保证，专业综合素质的提高受到影响．这样造成一些企业报怨毕业生没有实践经验、动手能力不强、大事做不来小事又不愿做；而学生则抱怨在学校没有机会动手、没有机会到企业实践．这种培养模式不仅影响了学生的工程实践能力的培养，也降低了学生在今后的工作中持续学习提高的后劲，严重制约了专业人才培养质量的提高，因此不能满足应用型人才的培养和专业培养目标的实现．
2模块化课程体系的构建
机械设计制造及其自动化专业是一门实践性很强的学科，因此要求教学不仅要向学生系统地传授基本理论和方法，而且要特别注重培养他们应用理论、方法解决工程问题的能力．合肥学院利用本专业与德国应用科技大学合作共建的优势，学习借鉴德国成功培养工程应用型人才的教学理念，在课程体系构建和课程教学内容设置上紧紧围绕专业培养目标，从原有的“学科导向”转变为“专业导向”，构件模块化课程教学体系，改“知识输入”为“能力输出”．着力提高学生的实践能力、工程应用能力、自主学习能力以及专业综合素质．德国高等教学中“模块”（Module）是围绕特定能力培养而进行的相关教学活动的有机组合，一个模块构成一个相对独立的教学单元．模块以培养学生的能力为目标，不过分强调学科的知识性和内在逻辑性．每个模块都制定了相应的教学目标、能力培养要求、教学内容、学量、授课时数、授课形式及自学时间等．为了实现不同的能力可采取不同的教学活动，主要有讲座课、研讨课、练习课、实验训练课、项目教学课、学生自学、等等．为了实现专业能力应多使用讲座课，而实现方法能力、社会能力和自我能力则多采用研讨课、练习课、项目教学课等不同形式的教学活动．其中项目教学课就是用实践项目进行新知识的引入，激发学生学习的源动力，教师在传授知识时紧密结合实践项目，使学生在实践中间巩固新学的知识，并做到融会贯通，培养理论和实践的综合应用能力和分析问题、解决问题的能力，因此达到了全面提高学生综合素质能力的目的．
2．1本专业学生专业能力的确立
通过走访、问卷、调研等形式在机械行业领域中广泛深入地调研本专业毕业生适应的岗位群以及岗位对知识、能力、素质的要求等．合肥学院机制专业培养的学生主要是面向基层、面向生产第一线的应用型工程技术人才，在人才培养目标定位上，应突出强调以胜任所需求的职业岗位为目的．通过调研明确了企业对本专业应用型人才的要求，从而确定机制专业学生的六大专业能力，进而对抽象的专业能力进行梳理细化，优化分解成能力要素．本专业的能力及其要素如图1所示．
2．2模块及模块化课程体系的构建
根据专业培养目标对抽象的专业能力进行梳理细化，优化分解成能力要素，确定能力要素对应的支撑知识点，由相关联的知识点的有机组合即形成了“模块”，通过若干个相关模块的有机搭配，把传统的以学科为主的课程体系，转变成以能力为目标的模块化教学体系．根据机制专业对学生知识、能力和素质等的要求，通过打破课程之间界限，整体构建模块化课程体系，有针对性地将一个专业内相关的教学活动组合成不同的模块，并使每个模块对应明确的能力培养目标，当学生修完某一模块后，就应该能够获得相关方面的能力．通过模块与模块之间层层递进、相互支撑，实现本专业的培养目标．同时整合传统课程体系的教学内容，实现模块教学内容的非重复性．通过将课堂教学、企业学习、研讨、项目、实验、练习、第二课堂和自主学习等不同的教学形式引入模块化教学环节，实现理论教学与实践教学的紧密结合，强化对学生工程能力和职业素质的训练．以培养学生能力为导向，应用“合并－删减－增加”等手段，打破原有课程之间的界限，将教学内容进行优化整合，下面是部分模块教学内容整合情况．
（1）将原分别课设的工程图学，计算机辅助绘图，UG三维软件基础三门课程内容整合，删除了原有教学内容中部分抽象的、很少用的画法几何理论分析成机械产品表达模块，打破原有各门课程的界限，从发展学生空间想象和空间构思、培养识图绘图能力入手，培养学生综合应用手工方法及二维、三维CAD／CAM等软件进行机械产品表达和构形设计表达方面的能力．
（2）将原有“工程材料”、“材料成型工艺”两门课程，整合为“机械制造基础”模块，教学内容更趋合理紧凑．该模块与前期所进行的“工程训练”模块实践教学紧密配合，力求使学生在获得初步的金属工艺学基本图2机制专业模块化课程体系构建思路示意图技能的前提下，较好掌握有关材料、热加工等制造工艺的基础知识．
（3）把切削原理与刀具的内容与数控技术中数控编程并入机械制造技术I模块，而把数控机床的电控内容并入机械制造装备及其控制模块内容．这样处理的好处是机械制造I、机械制造II模块以编制机械制造工艺规程为主线，系统介绍了编制工艺规程所需要的知识，包括数控加工知识．从而大大提高编制工艺规程能力．
（4）把机床设计、数控技术部分内容，机电传动控制部分内容整合成机械制造装备设计及其控制模块，主要针对学生具有设计、维护、改造机械制造装备能力而设置的，主要涉及机械制造装备的电气控制的基本理论及方法，及其主进给运动设计，它主要零件的结构设计等内容．通过上述模块知识的重组，使教师和学生明确了本模块所达到专业和能力，不过分强调学科知识系统性和内在逻辑性，更加注重理论知识和实践知识的有机融合．
3模块化课程的教学实践
按照模块化的教育理论，为实现不同的能力，可采取不同的教学活动，根据工科专业的特点，对不同的教学方法进行了探索，来实现模块所要求的能力．
（1）项目驱动方法的教学实践．机械制造技术模块中的工艺规程编制这一章大部分内容涉及的是如何编制的规则，如果照本宣科，学生无法理解，只能死记硬背通过考试，无助于提高工程能力．因此，我们以项目设计方法来完成教学，就是把学生置身于工作现场中，以一个典型零件的工艺规程编制为项目，通过互动教学，以学生为主体，来完成该项目，通过教学实践，该种教学方法的好处是学生能真正理解编制规则，以提高编制工艺规程能力．
（2）现场教学方法的教学实践．本专业很多模块都是实践性很强的课程，而学生大都是高中直接进入大学，缺乏现场实践经验．比如滚齿机教学中，学生连滚齿机都未见过，教学效果较差．在夹具教学中，对限制自由度、定位基准的选择一直是教学难点，学生无法理解．究其原因，主要是学生的空间想象能力和实践能力较差．因此，我们可通过现场教学方法来完成教学．在滚齿机教学中，首先带学生到现场了解滚齿机的组成及所需的运动，然后到教室分析其传动链组成及其调整原理，课后完成某个齿轮挂轮的计算，最后学生分组到现场对滚齿机挂轮进行调整来完成本模块的实践教学．在夹具的设计教学中，对夹具的组成、定位原理进行讲解，然后把学生分组对某个夹具进行测绘、组装，并画成相应的装配图．通过这几年的教学实践，我们体会到这样做法的好处是学生不仅了解夹具的组成，而且对定位原理有着比较直观的了解，现场教学弥补实践经验的不足，使学生的工程能力有了进一步提高．
（3）毕业设计结合实习基地产品进行真刀真枪完成．过去毕业设计大多偏重于理论，满足于公式推导，计算机模拟，学生不知道自己设计产品，能否满足于生产工程需要，这不仅能培养学生工程思维，而且也不能提高学生的工程设计能力．现在，学生在教师、现场工程师共同指导下，围绕工厂的产品进行研发设计，以及该产品的生产工艺进行设计．学生不仅从理论上考虑设计问题，还要考虑成本、效率、市场等各方面因素，为自己成为优秀工程师打下良好的基础．
4结语
通过对机械设计制造及自动化专业模块化教学改革与实践，我们可以得到以下结论．
（1）以能力为导向，通过优化和整合了教学内容，使课程设置更加实用化．真正实现了做到了“基础知识适用、专业基础知识够用、专业知识管用”这一教学目标，有利于学生应用能力的培养．具体做法是：在增加实践性教学环节的学时的同时，突出工程实践应用能力的培养．
（2）在教学改革中，教师实现了从“知识的传授者”到“学习的促进者”角色转型，为了培养学生的应用工程能力，通过探索了项目驱动方法，现场教学，毕业设计真题真做等教学方法，提高了学生的学习兴趣和学习的自主性，实现了学生由被动学习到主动找东西要学的转变．教与学的有机互动，在增强了教师教学的责任感和危机感和同时，教师自身的知识专业水平和教学能力也得到了不断的提高．通过教学改革提高了学生的工程实践能力，培养了学生的工程意识和科学严谨的工作作风．
机械模块化设计范文第3篇
关键词 机械电子工程 研究生培养 教学改革 模块化教学
中图分类号：G642 文献标识码：A
Modular Design of "Mechanical and Electronic
Engineering" Graduate Course Teaching
SUI Xiuwu， NIU Xuejuan， DU Yuhong， SANG Hongqiang
（Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387）
Abstract To address the basics of mechanical engineering graduate course big difference in disciplines， research areas scattered， weak technological base of electronic problem， this paper Tianjin Polytechnic University's "Mechanical and Electronic Engineering" course teaching reform projects and excellent graduate students in the teaching content will be re-planning to mechatronics design as the main line， the implementation of modular teaching of sensing technology， computer and information technology， automatic control technology， servo drive technology， system integration technology were the basis for the requirements module， high demand module ， demanding three-level design module. Teaching practice over the years shows that the modular design and implement teaching guide students according to their own conditions and needs of a targeted selection of research to learn the content， teaching according to the need， individualized， and achieved very good results.
Key words Mechanical and Electronic Engineering； graduate training； teaching reform； modular teaching
1 机械电子工程教学内容的总体规划
机械工程学科的研究生，大多数来自机械工程及自动化本科专业，一般具有较扎实的机械专业的基础，在“机械设计、机械制造”领域具备一定的专业知识，但是电子方面的基础知识却比较薄弱，许多研究生连常识性的电子知识都不具备，甚至对“测量”、“控制”领域一无所知。因此需对其在电子技术、计算机技术、机电系统集成技术等方面进行专业培养。
由机械电子系统的构成要素可见，机械电子工程技术一般包括六大共性关键技术：机械技术、传感检测技术、计算机与信息技术、自动控制技术、伺服传动技术、系统集成技术。如图1所示。
图1 机械电子系统的构成要素
因此，机械电子工程的教学将以机械电子工程的原理与系统设计为主线，在上述各关键技术为主要模块深入展开，而在每一关键技术中，又分别设置三个层次的教学内容：基础要求模块、较高要求模块、高要求模块，形成“一纵三横”的模块化结构。模块化教学设计很好地实现了引导学生根据自身条件及科研需要有针对性地选择要学习的内容，做到因需施教，因材施教。
2 “一纵三横”的模块化教学
“一纵”是指按机械电子工程原理与系统设计为主线的纵向结构，具体包括：传感检测技术模块、计算机与信息技术模块、自动控制技术模块、伺服传动技术模块、系统集成技术模块。“三横”是指在每个技术模块中又细分为三个层次的教学内容：基础要求模块、较高要求模块、高要求模块。具体内容如下：
传感检测技术模块：基础要求模块包括传感与测试技术基础知识（传感器的基本构成、传感器的静态数学模型及其静态特性指标、传感器的选用），机电系统最常用的位移检测（光栅传感器、绝对码编码器、增量码编码器），力学量检测（应变式多维测力弹性体、扭矩传感器等），视觉检测（线阵CCD和面阵CCD的基本原理）。较高要求模块包括双目视觉检测的基本原理及标定，触觉传感器（指端应变式触觉传感器、多功能触觉传感器）。高要求模块包括机电测试新技术，现场总线系统，虚拟仪器技术，多传感器数据融合等。
计算机与信息技术模块：基础要求模块包括计算机控制技术基础，计算机控制系统的组成、分类，及常用控制器（工控机、 PLC、单片机），软件方面要求测量数据的预处理，数字滤波，线性化处理，标度变换。较高要求模块包括PLC、单片机的应用高级技巧。高要求模块包括PMAC原理及应用，基于DSP的运动控制及DSP运动控制卡。
自动控制技术模块：基础要求模块包括PID控制算法的基本原理，标准PID算法的改进，数字PID参数的选择。较高要求模块包括模糊控制，模糊控制的定义及特点，模糊控制系统的组成，模糊控制系统的基本原理，应用模糊控制算法解决实际问题。高要求模块包括其它先进控制方法，如智能控制、自适应控制、模型预测控制、神经控制等。
伺服传动技术模块：主要讲解直流电动机、交流电动机、步进电机及其控制。基础要求模块讲解三种电机的基本原理、机械特性及最常用的控制方法。较高要求模块讲解更深一层次的原理，如直流电机的电枢电动势、电磁转矩，交流电机的旋转磁场和定转子的电路分析，变频控制的原理及实现方法，步进电机的磁阻最小原理等。高要求模块讲解三种电机的先进控制技术，如直流电机的双闭环控制、交流电机的矢量控制等。
系统集成技术模块：基础要求模块主讲机电系统各模块之间的级联设计，重点讲解模块之间的电气性能的相互匹配、信号耦合、时序配合、电平转换接口。较高要求模块主讲机电系统的电磁兼容技术，重点讲解接地技术、屏蔽技术、共模干扰的抑制、差模干扰的抑制、供电系统抗干扰、印刷电路板的抗干扰等。高要求模块重点讲解软件抗干扰技术，如软件冗余技术、软件陷阱技术、“看门狗”技术等。
3 以案例为载体，推进模块化教学设计
针对上述的模块化教学内容，设计了针对不同教学内容相应的数字化资源，建设了课程网站，开发了多媒体课件，设计了多个教学案例。在典型的机电一体化的应用领域，将“加工中心”、“工业机器人”、“自动导引车”、“汽车防抱死刹车系统”制作了教学案例，并对一些复杂系统进行了分解设计。采用单片机进行直流电机控制、采用PLC对交流电机进行变频控制，基于MATLAB的模糊控制仿真等案例模块在教学中起到了很好的效果。通过这些案例，是将机械电子工程领域的科研成果及前沿技术引入教学，最大程度地吸引了学生的学习兴趣，激发了研究生的学习动力。
4 结语
以研究生的应用能力、创新能力培养为目标，对机械工程专业的研究生的“机械电子工程”的课程内容进行全面规划，进行模块化设计。形成一条主线贯穿全过程，基本要求、较高要求、高要求三个层次延伸的“一纵三横”的模块化教学，研究生们可以根据自身的知识背景，不同的科研方向需求，进行有针对性的选择，在完成“机电一体化”通用知识教育的基础上，因材施教、因需施教。
模块化教学在近几年的研究生培养中积累了丰富的经验，取得了良好的效果，并已在其它相关学科得到了一定的推广。
参考文献
[1] 隋修武.机械电子工程原理与系统设计[M].北京：国防工业出版社，2014.
[2] 王孙安.机械电子工程原理[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3] 武自芳，虞鹤松，王秋才.微机控制系统及其应用（第4版）[M].北京：电子工业出版社，2007.
[4] 王耕，王晓雷等.控制电机及其应用[M].北京：电子工业出版社，2012.
机械模块化设计范文第4篇
关键词：农业机械；智能化设计技术；发展现状
引言
自动化控制技术在农业机械设计方面发挥着重要作用，因为农业机械的运作环境以及设计都较为复杂，单单凭借着传感系统以及控制系统并不能实现生产的高效化，所以需要加大研发力度，针对其信息实现更高效地收集、整合、处理。在这一条件下，智能化的农业机械便由此而生，智能化农业机械能够实现针对传感器反馈信号的智能化处理，同时和控制系统与操作人员完成信息的交互，进而保证机械作业的可靠性和效率性。
1农业机械智能化设计技术发展
1.1农业机械的模块化设计
模块化设计指的是在分析产品功能性的条件下设计的一系列功能模块，而这些模块的结合则能够组成各种类型的产品供客户选择。农业机械通常较为复杂，并且模块常常无法充分适应，所以时常无法发挥模块化设计的优点。所以，对于农业机械的模块化设计需要针对模块的划分、优化和评价几个方面开展。
1.1.1模块的划分。如今常见的划分手段有聚类式及启发式等，启发式结合工程适用背景来建立数学规划模型，利用相应的算法来获得模块划分的最优解。聚类式通过矩阵和网络的设计来表现产品元素拓扑关系，同时根据聚类算法来计算其中零件的成组模块区分，最主要的方式有两点，一种是以DSM聚类作为基础的模块划分方法，另一种则是以图论作为基础的模块划分方法。启发式的划分方法较为容易得出局部最优解，而聚类法则较为复杂，一些较为复杂的产品则并不适用。结合模块划分标准可以将模块划分手段分成以产品功能性、结构、生命周期三个层面的模块划分方法。
1.1.2模块的优化及评价。产品的模块化划分较为灵活，而模块化方案的不同，模块度也会存在一定差异。根据模块的系统和属性等层面来探讨模块化产品的优化问题，找出影响产品优化的因素，构建系统成本结构，重点改善系统的运作成本。而农业机械中应用模块化设计则需要注意两个层面的问题：其一，农业机械组件和功能性一般会存在一定的异质性，同时组件间的耦合强度普遍较高。所以，在实现模块划分过程中，需要重点关注其异质性，对组件进行同质化约简。而且，因为农业机械组件较为复杂，所以需要进一步考量产品生命周期的影响；其二，需要结合客户的要求和设计知识支撑的系统模块参数设计问题。模块化的设计需要有一个较为完备的应用体系，不但要做到模块划分，而且还要设计好模块主参数[1]。
1.2计算机辅助建模
目前，CAD计算机辅助系统用作建模中，主要有PTCCreo参数化建模技术等，在农机产品数字化设计中有着普遍的应用。一般的产品模型数据与标准并不能有效地支撑几何构造历史等设计理念的传递，而通过以历史作为基础的参数化建模手段则能够利用宏命令来实现CAD模型的交换。CAD建模需要利用设计知识来实现智能化的设计，而设计知识与计算机建模的结合，则能够进一步保证模型的适用性。CAD模型的设计知识分为尺寸、标准、材料特征等几个层面的隐性知识。以NISTCPM作为基础的面向并行工程的设计数据库表示模型则将知识描述为三个层面，提出以知识为基础的参数化设计系统。这类系统通过运用KBE技术把AGMA标准结合在了直齿圆柱齿轮的CAD系统建模中。基于Web技术的CAD建模系统则能够更加快速地产生CAD模型以及CNC代码，形成一种CAD参数通用模型，利用嵌入式工程概念以及专家知识和设计标准编程与原型软件包结合的方式来创建CDM模型，实现产品的自动化开发。
1.3虚拟仿真
1.3.1农业机械中虚拟仿真技术的运用。结合生物技术及农艺技术，是集结先进制造技术和智能控制技术以及新材料的先进手段。农业机械仿真涉及到了农业科学、机械学、控制学等多个学科领域，目前仿真工具虽然能够化解多数仿真问题，不过若想进一步满足农业机械较为繁杂且多物理耦合的要求则需要根据各个农业机械领域的仿真进行分析。
1.3.2虚拟现实技术的应用。VR技术的推广也为农业机械设计带来了影响，针对一些结构繁杂，设计起来难度较大的大型农业机械来说，通过VR技术能够针对其外观、功能性、结构等完成建模，并通过虚拟现实技术来实现虚拟作业，对产品的功能性以及设计方案进行评价，并实现人与农业机械的灵活交互。现阶段，VR技术在农业机械中的运用已经成为了各界所广泛关注的话题，而这一技术的应用也有着显著的成效，主要应用于虚拟装配以及虚拟试验中。其一，虚拟装配技术。和一般的装配技术对比，虚拟装配通过VA能够在沉浸式的条件下实现农业机械的装配，并在产品装配的方向上来确定其可装配性，并设计装配方案。尤其是一些较为复杂的装配工作，VA技术拥有着显著的优势。由于VA技术的推广，国内外都针对虚拟装配技术的装配建模以及装配流程设计等进行了深入的研究；其二，虚拟试验。利用VR技术完成农业机械的虚拟试验不但可以确定产品性能的预测，而且还可以为操作人员了解农业机械提供条件。VR技术在农业机械虚拟试验中的应用尚不够成熟，而通过VR技术开发的非道路车辆虚拟样机系统则能够完成模拟驾驶的目标，通过这一手段可以还实现驾驶控制系统的评测。
2农业机械智能化设计的发展展望
2.1将客户需要作为方向的个性化设计
对于农业机械来说，客户的要求和选择是多样化的，也是层次化的。利用大数据技术来收集并整理客户信息，分析客户的需求和偏好，研究农业机械的使用、管理、客户要求三者之间的联系性，构建用户需求模型。除此之外，重点分析客户要求以及产品设计间的转化方式，比如人工智能算法以及AD理论等，实现客户域到功能和结构域的联系性表现，进而设计出更加科学且高性能的农业机械，以此来达到客户们多样化的要求。
2.2农业机械设计基础数据和互作机理
促进农业发展，保证粮食安全是农业机械的发展目标，而针对农业机械设计数据缺乏，以及产品质量不足等现象，通过土壤—机械—作物系统的规律，以及相关装置技术的研究，重点分析构建基于网络化的农田土壤力学参数和农业机械物理特性指标、农业机械荷载及结构力学、工程材料和农业机械通用组件数字化设计数据库等，以此来为农业机械智能化的设计基于支持。
2.3将知识重用作为动力的建模技术
以农业机械生命周期为角度，做到多系统、多层面、多环节的数据共享以及知识重用所需集成的产品建模至关重要，目前常见的建模技术有本体建模和MBD技术建模等，在航天、船舶中都有着普遍的应用，能够有效提高智能化设计和智能化生产的契合程度，特别是MBD技术，有效改善了农业机械产品的生产和研发模式，确保设计数据的可靠性，降低了针对其他信息的依赖性，促进了产品设计、产品加工与制造、产品销售的进一步交流。所以，农业机械生命周期视角下，开发农业机械产品TDP，以及拥有统一化设计理念的农业机械产品模型，利用知识重用和生命周期流程的集成，以及信息共享则是农业机械智能化设计未来主要的研发方向[2]。
机械模块化设计范文第5篇
关键词：模块化教学；机械加工；进程控制；教学进程
在当前高校机械加工专业教学中，应用模块化教学方法，能够有效改善教学质量，基于其教学中在进程控制中存在的问题，应该采取优化改进措施，提高模块化教学质量，从机械加工专业教学课程设计、师生互动以及目标培养等多个方面，实施改进优化。以下本文对此做具体介绍。
1 模块化教学优势及弊端
1.1 教学优势
在当前的机械加工专业教学安排中，通常会将课程独立设置，将理论教学与实习分开进行，在教学改革之后中，实施模块化教学模式，可以将机械加工专业中的所有课程，按照专业的培养目标进行优化的排列组合，有效实现课程之间的有机衔接，可以有效避免传统教学中学业结构弊端，不再是对机械加工课程的机械式分割，规避先基础课、后专业课的教学模式，同时也可以避免机械加工专业教学中先理论后实践课教学的模式，加强机械加工专业教学之中基础课与专业课的融合，有效培养技能型人才，提高学生实践技能。
1.2 教学弊端
在机械加工专业教学中，实施模块化教学进程控制，不仅将会在实际中面临新的课程理念转变，同时，对于教师也面临应该怎样教学生的疑惑，为有效实现模块化教学与机械加工专业教学目标的统一，应该制定明确的教学计划[1]。同时对于新课改背景下，教师应该如何开发与利用课程资源，也是机械加工专业模块化教学进程控制的关键。学生在学机械加工时，还多有死记硬背、似懂非懂的状况，故此在对机械加工专业中零件的空间形体，以及零件之间的位置、机械加工工作原理方面很难有深入的认识。对学生的模块化教学控制中缺乏实操训练，使得学生无法形成系统的机械加工技能，具有重理论轻实践的倾向；教师在模块化教学上自成体系，互不干涉，不仅在模块化教学分布上存在弊端，降低学生的专业化水平以及实际操作能力。
2 模块化教学进程中的重点
2.1 沟通问题
在机械加工专业教学中，教师对于机械加工模块的教学进程中，应该强化在模块化机械加工教学中的科学探究过程，可以使学生充分体现出在机械加工专业模块化教学中的主体性，并且还可以“指导型探究”的教学形式，提高学生对实际课堂中的机械加工知识学习兴趣[2]；并且，还可以在机械加工教学进程中，教师应该及时反馈解决学生在机械知识学习过程中遇到的难题，及时指导学生去解决实际学习中遇到的困难。
2.2 知识拓展
教师在机械加工模块教学之中，还应该注重教学要联系生活中实际，尽量在设计机械加工课程中，能够去找一些可以贴近学生实际生活的教学案例，这样不仅提高学生对机械加工知识学习的兴趣，还扩展学生视野，使模块化教学不再局限课本内容，使学生对机械加工有更加充分的认识。
2.3 学生兴趣提升
在机械加工模块教学进程控制中，还应该合理设计可以采用鼓励性的评价机制，更好的发挥学生在机械加工模块教学中的潜能[3]。激发学生在课后对课堂知识的再学习，培养学生在机械加工模块教学中的综合能力，激发学生在机械加工模块化教学中的课堂热情，更好调动学生对机械加工知识学习的积极性。
3 优化机械加工专业模块化教学控制
3.1 明确教师的指导思想
针对高校机械加工教学进程控制中，应该明确教师的指导思想，教师应该强调学生在教学中的自主性地位，有效发挥学生主体能力。教师应该帮助学生理解机械加工知识，将知识转化为能力，发挥课堂中学生的主导地位，正确分析每个学生的学习状况以及知识储备能力，适当地分析探究学生的学习情况，并给与合理的指导。提高教师将专业理论与实际结合的能力，并对现行的教学计划、课程设置进行合理的调整，增强了教师在机械加工专业模块化教学中的责任心，有效提高该专业的教学效果。
3.2 合理设置教学模式
在模块化教学进程控制之中，教师应该合理设置教学模式，例如，可以使用“目标教学”结合“自主性学习”的模式进行教学，优化模块化教学课堂氛围，激发学生的兴趣，避免学生在学习中产生枯燥、乏味之感，提高教学水平；同时还可以避免学生盲目性学习，有助于提高学生在模块化教学中的表达能力[4]。在高校的机械加工模块化教学中，可采用多媒体演示辅助手段，并结合分组讨论、识图阅读、开发问题链等教学模式，直观的将机械加工内容教给学生，还将提高学生的学习兴趣。应该将模块化教学应用到实践中，重新整合教学资源，降低理论课与实习课知识的重复，增强机械加工专业教学的直观性，强化教学中的实操训练，避免学生在教学中理论与实践脱节的问题。
3.3 注重教学中的沟通交流
在教师进行模块化教学过程中，更是应该重视与学生之间的课堂交流，关注学生的一举一动，这样可以使学生敢于参与到模块化的教学中，提高学生们的学习积极性。对于控制机械加工专业模块化教学进程中，应该注重将机械加工知识与现实生活之间的联系，可以将课堂中的知识引导渗透到日常的生活之中，从而培养学生的探索能力，提高学生分析问题的能力，有效培养学生在机械加工模块化学习中的创新能力[5]。在模块化教学控制中，可在阶梯教室进行教学，教师可以围绕特定主题作报告，并且要求学生须做笔记，然后可以按照教师给出的清单在课前以及课后进行阅读，由于该教学中课上师生之间的互动较少，故此教学质量偏低。因此，在教学进程控制中，教师应该做好模块化教学中的引导工作，能够调动同学们的积极性，指引学生运用学到的理论、原理解决实际问题。如在机械产品加工模块化教学中，可以应用数控加工系统，不仅提高生产效率，还大大促进机械生产的自动化进程，用户可以通过宏程序对变量进行运算、判，有效扩展数控机床功能，简化机械加工程序处理方法。对于机械加工教学的进程控制中，针对十分抽象的教学内容以及较为微观的知识，教师应该在课堂中注重对课程教学资源的优化整合，以生动的形式进行授课，并能够通过多媒体展现的手段，让学生可以对模块化教学中的机械加工内容有直观认知。
3.4 优化课程设计
在机械加工教学中，教师可以在上课前，去深入研究机械专业知识教材，做好对模块化教学的课前设计规划，有效提高在教学中机械加工模块化教学的逻辑内在联系；同时，教师还应该认真的做好模块化教学的课后反思、总结，在对模块化课堂教学查漏补缺，丰富教学经验，不断积累好的模块化教学方法，制定良好的模块化教学对策，有效控制模块化教学进程，改善课堂中出现的知识性错误，不断提高教学方法，更好的提高机械加工专业模块化教学方法。模块化教学进程控制中，可以根据教学活动的不同，将其分为介绍、讲授、应用三类教学课程，且每一种教学活动中也包含不同的教学目标，这样就使得机械加工专业知识中，在实际与理论之间出现分化，导致学生的实践综合素质无法得到提高，导致机械加工专业模块化教学中，其教学活动与教学培养能力之间，不再存在逻辑关联，降低模块化教学控制质量[6]。高校机械类专业模块化教学进程控制中，每个模块中包含一些课程，课程的涉及范围应该广，且在教学模块定位中，也可以将专业课程与公共课程做出明显区分，提醒教学中应该注重哪些知识，从而强化对学生机械加工专业技能的培养。
3.5 开展培训合作
在机械加工课程模块化教学设置中，针对课外项目以及培训教学中，将其列入到模块化教学控制中，有效实现对机械加工专业课程的灵活控制，也可以实现学生理论、实践以及职业技能的提升。在机械加工专业模块化教学体系下，可以通过优化课程设置，改善传统的教学方式，优化教学目标培养，实现对学生传授理论知识的同时，也可以优化培养学生的实践能力。建立校外实习基地，针对项目配置相应的设备资源，提高设备的利用率，提升模块化教学的课堂质量，将理论转化成实际，对学生进行实操训练，提高学生的实操能力，还可以有针对性地聘请专家对学生做现场操作指导。同时，在模块化教学进程控制中，可以以小组合作的形式，在课堂上进行教学结果汇报以及教学展示，提升学生的社会能力和自我能力。同时，对于机械专业模块教学中，应该打破传统中学期教学、基础教学、专业阶段教学的学业结构限制，并且还应该打破课内外教学实践时间限制，强化模块化教学控制对学生学习专业机械加工知识的影响力。
4 结论
综上所述，通过对机械加工专业模块化教学进行分析，可以看出该模块化教学方法，不仅可以更好将机械加工专业教材中存储的机械加工知识传递到学生中去，在机械加工专业教学中，模块化教学不仅会提升学生对机械加工的学习兴趣，还可以发掘学生对机械加工的探究精神，为以后学生学好机械加工打下知识基础，还可以培养学生的实践能力，有利于改善教师对机械加工专业教材把握不对的情况，提高机械加工专业教师的教学水平。
参考文献
[1] 张翠平；；浅谈《控制工程基础》的几点教学体会[J]；长春理工大学学报（高教版），2012，07（18）：41-42.
[2] 王旭飞；赵永强；刘菊蓉；；自动控制原理教学研究[J]；中国现代教育装备，2013，14（12）：76-77.
[3] 付会凯；杜川；；融入Matlab的“机械控制工程基础”教学研究[J]；牡丹江大学学报，2010，21（14）：56-57.
[4] 兰图；；浅谈如何提高机械控制工程的教学效果[J]；时代教育（教育教学），2011，06（34）：45-46.
