時間：2023-03-30 11:37:53
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2有限元分析
門蓋閉合過程中，門蓋與汽車殼體之間存在接觸非線性.同時，工作過程中汽車殼體的剛度不是恒定的，它隨著變形的大小而變化，即存在幾何非線性.因此本文作SOL601，106高級非線性靜力學分析.非線性分析和線性分析相比，非線性分析的計算時間和計算機存儲量要大得多，而且在數值計算方法和求解參數的設定上有較大區別[2].邊界條件包括載荷、約束和仿真對象[3].在門蓋的左右軸套上分別施加軸承力，力的大小為800KN，方向為沿著油缸的軸向，指向門蓋.在汽車殼體的底部作固定約束、門蓋的旋轉軸處作銷釘約束.同時，忽略門蓋組件各結合面之間的接觸變形，近似將各接觸部分看作剛性接觸，在FEM下為門蓋的各邊、面之間添加1D連接[4-5].門蓋與汽車殼體之間的接觸是非線性的，在仿真模型下，定義高級非線性接觸，汽車殼體作為“源區域”，門蓋底板作為“目標區域”，“接觸參數”保持默認.有限元計算模型如圖3所示，分析結果如圖4所示（只顯示門蓋）.根據圖形可知門蓋最大等效應力為170.76MPa.應力主要集中在門蓋的左右軸套上，即油缸與門蓋連接處.門蓋的材料為Q235號鋼，屈服強度為235MPa，可見在該工況下門蓋滿足強度要求.
3優化設計
有限元分析的最終目的是進行優化設計，現在需要對門蓋結構進行優化，優化的目標是模型的重量最小[6-7].約束條件是在不改變門蓋模型網格劃分、邊界約束和載荷大小，并能滿足強度要求的前提下，控制最大等效應力值不超過材料屈服強度的70%（約165MPa）.
3.1筋板的布置
根據分析結果可知，應力主要分布在左右軸套處，大部分的筋板受力極小，因此，可通過布置筋板的分布進行優化設計.為便于加工和裝配，門蓋筋板布置采用均勻分布的方式.設計變量為筋板的數量，原結構中單行設置的筋板數量為10，考慮減重的目標及結構的穩定性，取筋板數量為3-7.圖5為筋板數量與門蓋最大應力和位移關系，圖6為不同筋板數量對應底板的應力分布圖.結果表明筋板數量對門蓋的最大應力（軸套處）影響較小，對門蓋底板的應力分布位置影響較大.底板最大應力發生在門蓋油缸軸線方向上的臨近筋板與主橫筋板接觸處，最大應力為N=4時σmax=61.52MPa.綜合考慮最大應力、最大位移和底板的應力分布，以及實現減重的目的，確定新結構的筋板數量為4.
3.2筋板厚度的優化
3.2.1靈敏度分析
靈敏度分析是為優化設計做鋪墊.通過靈敏度分析可以確定模型各參數對輸出結果影響的大小.在模型校正過程中重點考慮對輸出結果影響較大的參數，排除那些對輸出結果影響很小的參數，這將在很大程度上減小模型校正的工作量，提高優化設計的效率[8-9].NX高級仿真中幾何優化模塊下提供了全局靈敏度解算方案.設計目標為門蓋的重量最小，約束條件為門蓋的最大應力，設計變量為筋板厚度.為便于加工與安裝，門蓋結構中相同結構的尺寸應保持一致.筋板厚度參數主要包括底板厚度T1、主橫筋板厚度T2、橫筋板厚度T3、豎筋板厚度T4、軸套厚度T5、前板厚度T6、門蓋耳套幫板厚度T7和其他筋板厚度T8.對上述筋板厚度進行全局靈敏度分析，獲得各參數對設計目標影響的全局靈敏度曲線，最后將所有靈敏度曲線調整到一幅圖表中進行比較，根據各參數的全局靈敏度曲線的斜率大小判斷設計參數對設計目標的靈敏程度，最終確定T1、T2、T3、T4.根據各參數對約束條件的影響曲線，確定T5.全局靈敏度曲線如圖7所示.由圖7（a）可知底板、主橫筋板、橫筋板及豎筋板的厚度對門蓋的重量影響較大，其中底板的影響最大.由圖7（b）可知軸套的厚度對約束條件的影響最大.為提高門蓋強度以及減輕門蓋的重量，主要對底板、主橫筋板、橫筋板、豎筋板厚度進行減小，同時適當增加軸套的厚度.
3.2.2尺寸優化
尺寸優化是建立在數學規劃論的基礎上，在滿足給定條件下達到最佳經濟技術指標[10].NX高級仿真結構優化的解算器采用的是美國Altair公司的AltairHyperOpt，它擁有高效、強大的設計優化能力.結合以上分析結果，進行筋板數量等于4時筋板厚度的優化分析.在“幾何優化”對話框中作如下設置：①定義目標：重量定為最小；②定義約束：門蓋上的最大等效應力為165MPa；③定義設計變量見表1；④控制參數：選擇最大迭代次數為20.經解算，找到最佳方案：底板厚度由原來的52mm修改為45mm，主橫筋板厚度由原來的50mm修改為45mm，橫筋板厚度由原來的25mm修改為20mm，豎筋板厚度由原來的20mm修改為16mm，軸套厚度由原來的34.5mm修改為35.2mm，為了便于生產，將軸套的厚度圓整為35.5mm.優化后與優化前的分析結果對比見表2.從計算結果可看出，優化后的門蓋強度得到明顯提高.另外，重量由原來的10496kg降低為8786kg，減重17.2%，取得了優化設計的預期效果.
為了推進本課程理實一體化教學，我們采用任務驅動、項目導向式的教學。圍繞工作項目來組織教學，打亂原有的章節順序，邊學邊做，邊做邊學，將所學理論與實踐完全融合起來。讓學生在操作過程中掌握理論知識，并學會如何運用專業知識去分析問題和解決問題。“沖壓工藝與模具設計”教學內容主要涉及沖裁模具、彎曲模具、拉深模具設計等內容。分析企業的工作情境與工作流程，構建6個典型項目，每個項目包括若干模塊。
2.實施理實一體化教學
在教學項目的基礎上，進行課程理實一體化教學的實施。本文以項目二沖裁模的設計教學過程實施為典型案例，介紹理實一體化教學模式實施過程。
3.創新理實一體化教學考核評價方法
實施理實一體化教學，必須創新考核評價方法。本課程的考核內容主要是對學生的專業知識、應用能力、動手能力、團結協作能力、職業素養等進行考核。首先，將教學項目實施過程中各模塊的理論知識學習效果納入考核成績，如教師布置的工藝分析、工藝計算、模具零部件設計計算等完成質量；其次，將項目實施過程各模塊的實踐操作納入考核成績，如模具拆裝，模具零部件加工，模具裝配，調試等完成情況；第三，將模具零件加工工藝編制，圖紙完成質量和答辯成績納入考核成績；第四，將學生的學習態度和工作狀況，學習紀律、與同學之間的交流合作等方面納入考核成績。考核過程中采取多元化的評價主體和評價方法，將學生自評、學生互評、教師評價按比例計入成績，這樣既調動了學生學習的積極性，也保證了成績的客觀公正。
二、課程理實一體化教學模式實踐的幾點體會
1.需要高素質的教師團隊
要完成理實一體化教學，必須要有一支精通模具專業理論知識，而且具有豐富模具制造經驗的“雙師型”教師團隊作為保障。首先，要求教師深入模具生產一線鍛煉，積累模具制造經驗，了解行業先進技術及信息；其次，要求教師具有跨學科綜合教學能力。模具設計教學項目的完成涉及多學科教學內容，是以學生對“機械制圖”“公差測量”“模具材料”“模具制造”等課程的掌握為基礎的，這要求教師不僅熟悉本學科和本專業知識，還要了解相鄰學科或專業領域的發展狀況。本課程在理實一體教學實施過程中，采取一名專業教師與兩名實訓教師的組合授課方式。專業教師負責教學項目中理論知識的講授，并指導學生完成模具設計和圖紙繪制；實訓教師指導學生完成模具零件加工，裝配與調試。整個教學過程使專業教師與實訓教師優勢互補，發揮教師團隊的作用。
2.需要突出學生職業能力和職業素養的培養
理實一體化教學實施過程中，需要加強學生職業能力和職業素養的培養，為以后進入模具企業快速適應崗位要求打下良好基礎。本課程在理實一體化教學實施過程中，教師加強了學生模具零件加工工藝編制能力的訓練，根據教學項目結合現有加工設備條件，指導學生制定出合理的加工工藝流程。在模具零件生產過程中，教師嚴格要求學生按模具零件圖和加工工藝流程加工模具零件，確保模具零件的加工精度。整個教學過程與企業生產過程緊密結合，并將教學目標與企業對人才的需求相統一。
3.需要科學的管理方法
理實一體化教學實踐表明，這種教學模式更能激發學生的潛能，使學生快速融入教、學、做的過程中，但課堂管理難度較大。在課程實踐操作環節，教師需要投入更大的精力，科學管理課堂。首先，確保學生的操作安全問題，操作前對設備線路進行檢查；其次，操作過程的管理，如果學生動手操作加工模具零件，教師指導不及時，可能出現零件加工不合格而報廢，不僅浪費了耗材，也達不到教學目標。此外，應根據學生的實際能力和個性發展，因材施教，合理施加壓力，進行適當的引導和督促。
終端：匯聚了芯片生產廠商、終端制造商、OS平臺提供商、應用開發商等在內的生態系統，當前OS平臺提供商是核心，未來應用開發商（如基于HTML5技術的瀏覽器開發商）可能成為核心，主要輸出終端能力，是客戶感知移動互聯網的入口以及消費云服務的出口。
用戶關系網絡：匯聚了關系網絡平臺提供商、應用開發商等在內的生態系統，主要輸出的是用戶信息、用戶行為信息、用戶與用戶的關系、用戶與信息的關系等的能力。用戶關系網絡是社會生態系統中人際網絡在虛擬網絡世界的一種映射，其中又包括基礎關系網絡，例如人與人之間基于血緣、朋友等關系建立的關系網絡，以及人與人之間基于某種興趣愛好、等建立的關系網絡。基于用戶關系網絡，人與人的網絡行為甚至真實社會行為彼此影響和依賴。用戶關系網絡包含的用戶關系越豐富，對現實社會關系的映射就越真實，對人的行為影響力就越大。
支付服務：匯聚了包括支付服務平臺提供商、支付應用開發商、支付終端制造商等在內的生態系統，其中支付服務平臺提供商是核心，主要輸出移動支付能力。支付服務是貫穿其他4個層次的輔助生態系統。除了終端OS平臺外，其他各層次中的平臺通常都在云端進行管理，例如Facebook既是用戶關系網絡平臺又是云平臺。
這4個層次的子生態系統構成的多樣化能力集復雜生態系統形成了從內容、應用、平臺到用戶關系網絡的完整的生態循環：更多的內容、應用、平臺吸引更多的用戶（通過關系網絡彼此影響），更多的用戶促進更多的終端生產，更多的終端帶來更多的通信網絡使用，更多的通信網絡使用激發更多的內容、應用、平臺開發。這4個層次的作用并不一定等同，哪個層次與客戶更貼近，更能掌控客戶的需求和體驗，哪個層次的重要性就更高，其中的主導企業就越可能成為整個生態系統的主導者。當然，生態系統的主導者要促進這個生態循環的可持續健康發展，還離不開其他的輔助能力，其中最關鍵的是移動支付能力。移動支付能力幫助主導者簡化客戶支付程序，為客戶提供安全、流暢的支付體驗，更快地將客戶的支付意愿轉化為收入。
例如，在通信網絡時代，電信運營商能夠更好地滿足用戶當時的通信需求，因而成為主導者，盡管當時的生態系統僅僅覆蓋了網絡這一層次。而在移動互聯網發展初期，云和終端這兩個層次的重要性超越了網絡，正是因為客戶的需求發生了變化，從通信需求向內容和應用需求的更高層次發展，而云和終端能夠更好地掌控客戶的需求和體驗，蘋果公司就是這一時期主導企業的典型代表。未來，人與人之間溝通交流的需求日益凸顯，內容和應用的消費將更多地基于用戶關系網絡展開，因此，客戶關系網絡由于能夠更好地掌控客戶需求和體驗，有可能超越現在“云+終端”的重要性，成為最重要的層次。隨著HTML5技術的發展，終端的角色可能進一步弱化，因此，“云+終端”將可能被“云+用戶關系網絡”取代，其中的主導企業也就可能成為整個生態系統的主導者。
未來，隨著競爭的進一步加劇，各個層次的關系將會越來越密切，互相的影響和依賴也會日益加深。任何企業想要在移動互聯網領域占據主導地位，必定要將其生態系統完整覆蓋5個層次，并盡力將自身或其合作伙伴的能力滲透到5個層次成為核心力量，這樣才可能鞏固其在整個生態系統中的主導地位。
4個典型企業在多樣化能力集生態系統各層次參與模式對比當前，多樣化能力集生態系統還處在發展初期，遠沒有達到穩定的狀態。每個層次的參與者都在發展多樣化的能力，盡力將自己的生態系統覆蓋4個層次，朝著成為整個生態系統主導者這一目標進發。4個典型企業在生態系統各層次參與情況分析見表1。
從表中可以看出，4個企業在各個層次的主導者角色方面都盡力以自己為主導，在非主導者角色方面主要依賴第三方合作伙伴。在當前“云+終端”模式還占據重要地位的情況下，終端OS平臺提供商蘋果和谷歌成為生態系統的主導者。但隨著用戶關系網絡的重要性日益提升，谷歌在這一層次開始大手筆投入，甚至希望通過收購Pinterest拓展自己的關系網絡。Facebook除了通過收購Instagram強化自己的關系網絡之外，在云基礎設施服務和終端層面還比較薄弱。Facebook曾與運營商合作推廣Facebook手機，但效果不明顯，因此Facebook積極推動HTML5技術發展，力圖通過HTML5的跨平臺特性繞過終端OS平臺的控制，以彌補終端能力的不足。
電信運營商如何建設多樣化能力集生態系統電信運營商要成為生態系統的主導者，并推動整個生態系統的良性循環，最后形成規模發展的格局，需要在幾個方面進行努力：努力成為重要層次生態系統的平臺提供商從上述分析可見，云、通信網絡、終端、用戶關系網絡、支付服務這5個生態系統中，主導者實際上都是平臺提供商，哪怕是電信運營商，其通信網絡背后也是大量的平臺。因此，要成為整個生態系統的主導者，首先要成為各個層次的主導者，也就是平臺提供者，尤其是重要層次生態系統的平臺提供者，例如用戶關系網絡、云、終端OS平臺提供者。在用戶關系網絡和終端OS平臺方面，電信運營商普遍不具有優勢，因此成為云平臺的提供者就成了運營商當前可行的首選方式。
2機電一體化系統異地設計多能量域集成仿真技術解析
結合早期設計經驗分析,有關產品功能需求與工作原理需要得到進一步重視,所以在設計計算期間應該針對系統內部組件形態加以簡化,包括線性近似、阻尼剛性影響忽略等。目前設計精確度不斷提升,有關CAD、行為、配置模型逐步完善;現實中系統中組件主要采用實際模型搭配,其間有必要針對系統實際性能指標加以預測。因為非線性、時變、離散等實際情況都要考慮在內,涉及傳遞函數形式開始不再適用,數值求解便成為唯一出路。需要特別注意的是,透過產品模型中推導出如果所有組件的行為模型都已知,則根據系統的配置模型,利用Mapple等工具包可以進行符號求解。但由于整個開發項目參與者之間存在競爭合作并重關系,這便導致系統組件行為模型的形式多樣性,包括HDL、XML等可執行代碼及其他MDL等。這時可將系統組件模型進行封裝,通過提供封裝器的標準API接口,可以開發出各種系統組件模型的封裝器。利用封裝器可以實現基于配置的多能量域集成聚臺仿真改造。在此基礎上,如果利用CORBA/JAVA/XML/Web技術,則可實現機電一體化系統異地設計的分聚臺仿真目標。此外,基于XML的多能量域集成產品建模機電一體化系統異地設計的演化過程對組件的可演化性提出了很高的要求。就是在設計的早期階段,強調組件的功能需求及性能、結構與形狀方面的約束,此時主要定義復合組件的接口、配置模型、附加的約束;而在設計的后期階段,強調組件在系統中的裝配關系、端口連結關系以及組件內部各能量域內的行為屬性參數件是否滿足設計需求,此時需要詳細定義組件的端口模型、配置模型、行為模型、幾何模型、關聯模型、約束模型。需要特別注意的是,整個開發項目中,任何參與者之間都存在競爭、合作關系,這便令行為組件模型樣式更加豐富多樣,如XML、可執行代碼等,此時技術人員可考慮進行組件模型封裝處理,并透過封裝器標準化API接口實現配置多能量域集成聚合仿真操作目標。
機電一體化機械系統通過運用計算機技術，由計算機系統進行協調及控制，從而完成運動、能量流和機械力等各項動力學相關的任務，同時其各個機電部件相互聯系、相互配合和相互協調，組成完整的系統結構。基于該系統結構的程序性和任務性，在機電一體化機械系統的設計與研究上應該站在“系統”的相關角度，以便進行有效科學的安排設計。
1機電一體化機械系統的設計要求
1．1保證較高的精確性
機電相關產品的精確程度直接關系著系統整體的質量和效益，機電一體化機械的技術性能、工藝水平及功能都要求選擇優質產品，也就是說，機電一體化產品的首要標準和要求便是高精確度。
1．2反應性能要強
機電系統具有良好的反應性能，即在系統接受某一指令后，能夠較短時間內對該指令進行任務的執行，從而保證系統能夠更加精確地完成任務。另外根據系統的運行狀況，做好準確、及時獲得相應指令的控制，能夠增加任務完成和執行的準確性。
1．3具有較強的穩定性
在機電一體化機械設計中，為了保證更好的系統精確度和反應性能，往往會在無間隙、低摩擦、高剛度和高諧振頻率等方面對系統提出較高的要求。另一方面，還要求機電一體化機械系統有壽命長、體積小、重量輕和可靠性高等優點。
2機電一體化機械系統的構成
機電一體化機械系統通常是由傳動機構、導向機構和執行機構三部分構成。
2．1傳動機構
機電一體化機械系統中的傳動機構，不僅僅是轉速和轉矩的轉換器，耗時伺服系統中的重要組成部分，因此，在機電一體化機械系統設計要求中，傳動機構首先要具有較高的精確度，同時必須滿足重量輕、噪音低、體積小、運轉速度高和可靠性高等方面的要求和特點，結合機電一體化機械系統中對伺服控制的要求和標準進行傳動機構的設計研究，以便更好地提升系統機械結構中的伺服性能。
2．2導向機構
導向機構在機電一體化機械系統中主要起到的是導向作用和支撐作用，一般包括導軌和軸承等。導向機構的正常作用的發揮可以有效保證機電一體化機械系統中的組成部分和各個裝置能夠安全、準確完成指定的任務運動。
2．3執行機構
執行機構，是指在機電一體化機械系統中直接完成任務指令的操作裝置和部分，一般情況下，執行機構所具備的高靈敏度和精確度以及高重復性能和可靠性，可以保證其根據不同的任務指令和相關要求，在動力源的推動下完成預先設定的各種操作任務。在目前經濟快速發展的社會，計算機的應用能通過其強大有效的功能，使傳統機電的動力發動機轉換成為可變速、動力和執行的多功能發動機，從而使得執行機構和傳動機構得到進一步的簡化。
3機電一體化機械系統的設計思想
3．1動態設計思想
在機電一體化機械系統的設計中，通過靜態設計的有效協助，為了更好的研究整個機械系統結構的頻率特點和性質，完成各個系統環節數字模型的建立，推動促進機電一體化機械系統的傳遞函數，必須充分有效地通過自控方法進行頻率特性的計算，這便是動態設計。機械系統的頻率特性，在一定程度上不但能夠反映出整個系統在不同信號頻率下的相應反應，還決定了系統的工作最大頻率、抗干擾性和穩定性。
3．2靜態設計思想
靜態設計是指按照機電一體化各個機械系統的功能要求，通過相關的研究和經驗初步、大體上制定出機械系統設計的步驟及方案。方案中主要涉及整個系統部件之間的控制、連接以及部件的種類和對能源的需求等。基本方案設計完成后，應以技術手段為基礎，設計出系統中各部件的運動關系、參數及結構，確定部件及相應零件的材料、精確度和結構方式，并對執行元件發電功率、參數和過載能力進行驗算，對其他相關的元件和部件進行配置系統的選擇等等。
4機電一體化機械系統的性能分析
想要使機電一體化機械系統良好的伺服性能得到保證，不但需要從機械系統的靜態特征方面得到更好的滿足，同時還要充分的運用理論研究和自動化的控制方法對整個系統體系進行動態設計和分析。另外，機械系統的動態設計應該以系統靜態的數字模型為基礎，根據自動化控制的要求和方法研究分析系統的整個頻率特性，并通過調整相應的頻率，改善系統整體的伺服性能。
4．1數字模型的建立
機電一體化機械系統數字模型的建立和電氣系統的數字模型的建立在一定程度上基本相似，即都是通過折算將比較負責的結構裝置簡單化，轉為等效的數學函數關系，并用數學中的線性微分方程表達式將其表達出來。機電一體化機械系統的數字模型分析通常情況下都是輸入與輸出的聯系。比如，把比較復雜的系統機械參數，彈性模量、阻尼和系統慣量等統一進行處理，并對各個機械參數進行數學方式的分析，從而得出它們對整個機械系統的影響。在數字模型的建立之前，需要先對機械系統中的不同物理量進行折算，使它們直接轉化到某個元件上，從而把多變、復雜的多軸傳動變為單軸傳動，在此過程中，必須嚴格按照總機械系統性能不變的原則。這樣，以單軸為基礎的輸入量和輸出量的關系，就能夠建立相關的數學表達式，從中反應出機械的相應性能，從而應用并指導實際中的設計。
4．2性能參數的影響
機電一體化機械系統設計要求必須要工作可靠、精確度高、運行平穩等，既是靜態設計中的研究問題，也是動態設計對伺服機構的要求，這就應該通過對有關參數的調整，優化整體系統的性能。
5結語
通過以上論述，從機電一體化機械系統的性質、概念等方面進行相關分析，分別從機電一體化機械系統的設計要求、基本構成、設計思想和性能分析四個方面進行了研究分析，機電一體化機械系統設計研究進行了詳細的論述。
作者:朱翔宇 王玉樂 單位:聊城大學機械與汽車工程學院 青島科技大學自動化與電子工程學院
參考文獻:
［1］農明武．技校生參加"機電一體化"技能競賽的指導策略［J］．中小企業管理與科技(下旬刊)，2016(01)．
通過對產品的構成進行分析，考察其中的功能互換性與結構互換性的關系，將立體車庫模塊劃分為鋼結構、橫移機構、載車板等幾大模塊，包括了系統級模塊、部件級模塊和零件級模塊，以模塊為基礎進行接口，通過模塊的組合來滿足不同車庫產品的設計。同時對工藝進行優化，達到同類型零部件工藝的統一。
1.1鋼結構的模塊化設計
對升降橫移立體車庫的鋼結構立柱、前后橫梁、縱梁、斜撐等進行通用化設計，無論立體車庫方案如何變化，只要方案中的結構能由現有結構配型得到，就只需對現有結構進行橫向、縱向、豎向的組合，無法通過組合得到的，只需對不匹配模塊進行更改，以項目圖紙形式對項目模塊進行匹配搭建。新式六層升降橫移立體車庫鋼結構如圖1所示。
1.2鋼絲繩設備橫移機構與鏈條設備橫移機構的
模塊化設計
將橫移機構分解為橫移傳動系統、提升傳動系統和橫移框架3個主模塊，通過使用相同型材和改變鋼絲繩纏繞方式，實現了兩種類型橫移框架的模塊化設計（前后吊點中心距、防墜鉤中心距、定位針中心距等關鍵配合尺寸一致），達到了兩種類型的橫移機構共用一套橫移傳動系統的目的，也為鋼絲繩設備與鏈條式設備載車板的統一奠定了基礎。1.3載車板的模塊化設計載車板對邊梁結構形式進行了模塊化設計，提高了邊梁模塊的通用性，并確定了載車板自帶斜坡與載車板無斜坡兩種載車板結構，通過對斜坡的優化設計使兩種載車板結構除斜坡外其他橫向構件模塊完全通用，通過對橫向構件進行選型調整來實現載車板與設備的匹配。
1.4工藝的模塊化設計
以傳動軸的加工為例：模塊化前的傳動軸如圖5所示，模塊化后的傳動軸如圖6所示。對比可以看到，所有傳動軸（包括提升、橫移）軸身由原來的必須經過車床倒角、車內孔、齊總長的工序變為現在的直接鋸床下料；軸頭由原來的指定尺寸改為根據無縫管材料內徑的進行配車，并將原來較長的階梯進行分段處理，以方便鏈輪的安裝，焊縫由原來的角焊縫改為縫焊縫，通過工裝對焊縫寬度的調節來實現對傳動軸總長的尺寸控制，這樣極大地簡化了大軸、長軸的加工工藝，節省了工時。
2模塊化機械設計的優勢
通過前述模塊化設計在升降橫移立體車庫設計中的應用可以明顯地看出模塊化設計具有以下優勢。1）盡管升降橫移立體車庫形式多樣，具體項目方案千變萬化，給設計帶來極大不便，但是模塊化設計可以通過模塊的選擇和組合構成不同顧客定制的產品，以滿足市場的不同需求，對于設計者來說設計任務趨于簡單化、輕量化，設計周期大大縮短，可以給產品的生產加工與安裝留出更多的緩沖時間。2）模塊化設計可以在很大程度上減少圖紙的數量，同一零件可以在多種產品上使用，從一定程度上節約了紙張，也方便了圖紙的管理。3）很多通用化的零件可以批量地進行儲備式生產，這必然帶來成本的降低和人力、物力投入的減少，并能從一定程度上緩解了多個項目同時開工生產時加工工期緊張的問題，尤其是當安裝過程中項目現場零件丟或失損壞時，可以直接跳過加工，直接從備品庫中出庫發貨，節約了時間，有助于合同的按期兌現。
3結語
模塊化設計理念已被引進立體車庫的機械設計中，特別是在常規的升降橫移立體車庫中表現得更為明顯，模塊化給機械設計帶來效率和效益的大幅提升。
作者:丁翔 單位:江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院
帶著這樣的問題筆者閱讀學習了《新一輪課程改革探索與實踐》對其中體會較深的內容做了筆記并結合自身教育教學的實踐體會如下
首先為達到這樣的教學目的教師要努力為學生創設必要的情境
在《新一輪課程改革探索與實踐》中有一個典型的教學案例一位美國歷史教師在教授南北戰爭的歷史背景時成功的創設了必要的背景他先進行一次考試看到成績后很多學生垂頭喪氣這時教師提出可以加分但只能給白人學生加分而且十美元加一分這樣激起班里大部分學生的不滿學生們向教師投擲書本食物教師拿出事先準備好的盾牌掩護自己并用水槍掃射學生事后教師才向學生點明剛才那混亂的一幕正是南北戰爭前林肯所面臨的歷史背景
無疑這次教學的情景設計是成功的類推到目前的初中思想政治課教學無論是討論經濟現象還是學習法律常識只有創設好情境使學生能盡快進入角色才能更多更充分的激發學生的積極性和創造性使下面問題的打開水到渠成尤其是在許多教師報怨死氣沉沉的班級這一點尤其重要
下面試舉一例進行分析說明在上海市八年級思想政治課本《依法保護自己合法經濟權益》一課的教學設計中筆者導入新課用的就是一段錄像錄像中具有代表性地反映了學生們所熟悉的社會上打的付假鈔或賴車費等現象其目的就是要在引起同學們對本課興趣的基礎上使同學們能擺脫目前課堂環境的束縛更快更全身心地投入經濟權益的特定概念范圍
而緊跟其后的問題設計中筆者也是作了精心的安排沒有習慣地按照保護消費者的經濟利益這一慣常思路來提出問題而是相反從經營者的經濟利益也需要保護這一較冷僻思路來引出問題令學生覺得經濟權益這個看似熟悉的概念還有著廣闊的拓展空間其效果是值得肯定的
其次好的問題必須給學生的思維創造留下充分的空間
在《新一輪課程改革探索與實踐》中關于這個方面有一個典型的教學案例有一次蘇格拉底的一個學生很苦惱的來問蘇格拉底說自己怎麼也學習不進蘇格拉底端給他一盆水讓他把頭浸在水中然后自己用手摁住他的頭不讓他出來當那個學生終于掙扎著抬起頭蘇格拉底問他剛才他在水中最渴望什麼那位學生說空氣于是蘇格拉底讓他回去自己思考剛才他自己提出的問題第二天那個學生興高采烈地來找蘇格拉底他已經能夠回答自己的問題只要自己象渴望新鮮空氣版權所有，全國公務員共同的天地!一樣渴望學習肯定是能夠學進去的
筆者從自己的教學實踐中試舉一例以進一步探討在對話式課堂教學中問題設計的新思路上海市九年級政治教材第六課《明確社會責任》第二框中社會責任意識與社會貢獻的關系既有區別又有一致性這個問題面臨的困難是教材所上升的理論高度主觀條件客觀條件要與社會責任意識相結合才能為社會做貢獻主觀條件客觀條件這些概念屬于哲學范疇對于初三的學生來說學習起來是有難度的如果把相應的哲學概念理論解釋一遍恐怕既占用了太多時間學生又不得要領
筆者原本在教學設計時對這個問題還沒有很詳細的思路只是設計了一個問題你認為只要有了社會責任意識就一定能為社會做貢獻嗎請舉例說明可是在上課的時候學生的一句話卻令筆者茅塞頓開一個女同學舉例上海市勞動模范徐虎是一名優秀的水暖工是具有很強社會責任感的可是他也不見得每一次都修得好
受到啟發的筆者馬上把問題展開話說有一次徐虎接到報修一戶居民水管爆裂請他去修可這次徐虎卻沒有修好這根水管請你設想一下有哪些可能的原因同學們覺得很有趣不假思索就回答出了幾個原因①徐虎真的遇到了技術難題不能解決②這戶居民家用的水管是進口產品國內沒有生產徐虎手頭沒有備用零件來替換所以沒法修③水暖工各有各的管轄范圍這戶居民恰好不在徐虎的管片上而負責這個范圍的水暖工不高興讓徐虎幫忙④徐虎住在上海的東部報修的居民住在上海的西部這家人想想太不劃算索性在附近找人修了了事越回答到后來難度越大因為容易想到的都被說過了但同學們的興趣卻越來越濃課堂里一片沸騰大家爭先恐后地舉手發言
通過學生和教師的相互啟發學生又說出了幾種可能的原因⑤這戶居民的水管已經徹底地爛透了徐虎覺得修了是浪費干脆建議他們換一根新的⑥徐虎在路上遇到了塞車錯過了與客戶約定的時間⑦這戶居民的水管是私接的違章用水徐虎不能為他們修……
最后同學們說出了大約十條原因如果不是時間原因可能還會有更多的解釋在這個基礎上筆者對已經分析出來的原因進行區分這里有的是屬于來自徐虎自身的原因有的是屬于來自外部社會的原因而這里面又可區分來自不同方面的原因……也不盡相同
這時候筆者進行了總結一個人的社會責任意識同有利的主觀和客觀條件結合起來付諸于社會實踐才能有效地履行自己的社會責任為社會多作貢獻這是二者區別的一方面
接著筆者又乘勝追擊問徐虎作為我們上海乃至全國的著名勞動模范在困難面前會不會就此罷手輕易就放棄努力同學們自然而然地分析徐虎有極強的責任意識會想出各種辦法來解決所遇到的困難技術難題他會想辦法攻克沒有零件他會通過技術革新來代替……
這樣教學中的下一個問題也就迎刃而解了社會責任意識和為社會作貢獻還有一致性的一面有沒有社會責任意識大不一樣
這樣本來高深的理論變成了身邊的日常生活枯躁的灌輸變成了自主愉快的獲取通過這一次教學實踐其實筆者的收獲和學生一樣多甚至更多因為它向筆者顯示了教學改革的無窮魅力和永無止境告訴筆者什么叫作教學相長教師并不應該用俯視的態度來對待學生而應該認為學生比老師想得更多做得更好是正常的蘇格拉底曾說過教師的作用就是通過他的幫助使學生把自己頭腦中本已存在的東西表達出來他還形象地將其比喻成催生婆想來意即在此
2課程設計的實施方式
課程設計實施方案：設計報告書是對整個設計過程的總結和提升，也是進行工程交流的重要文獻資料，通過指導學生撰寫課程設計報告書，培養學生撰寫工程技術文檔的能力。對設計說明書的撰寫，提出如下要求：1）嚴禁課程設計報告抄襲，基本工作獨立完成；2）根據任務書能提出合理的設計方案和機構的工作原理；3）設計要符合國家標準，學會使用設計手冊、專業術語、專業名詞規范；4）設計圖圖紙規范，符合設計說明書的要求，不照抄手冊和案例，設計參數與圖紙相一致；5）學會使用專業相關軟件，對設計的機械機構和控制部分進行分析和仿真，是驗證設計正確的有效手段之一；6）課程設計配備了一些實際的零部件可供學生設計使用，以及基本的控制電路，學生要具備一定的實踐操作能力，掌握器件的選擇與焊接，會進行程序的編寫，掌握系統故障的檢測與維修能力。課程設計采用分組式進行，每個小組3～5人，視工作量而定。課題難度較大可以分五人，原則上一般三人為一組。每個小組在規定的時間完成基本要求，每個學生都要參與該組課程設計答辯，通過問題了解學生在課程設計中所做的主要工作，檢查有無抄襲情況、有無坐享其成的學生，結合設計報告書的撰寫質量和實際所做的產品質量進行綜合評定。
3實施效果
通過在重慶大學機械電子工程專業的實踐，在機械電子工程專業中開設機電一體化課程設計，已基本摸索出培養機電復合型技術人才的規律。普通型題目實現機電融合、知識整合理論教學與工程實踐并重。由于在教學中缺乏機電知識綜合運用能力的培養和訓練，學生在學習了機械設計、機械制造和電子技術、計算機技術和傳感器技術等基礎課程后，不能很好地將機、電的知識融會貫通，大多數學生也只是了解基本的機電設備的基本功能，在系統運用中存在問題，在機電一體化系統的綜合設計方面存在不少困難。通過開設機電一體化課程設計實踐教學環節，通過理論設計與實際操作，比如數控工作臺進給系統的設計，從電機、聯軸器、絲杠、導軌的設計到型號的選擇、控制單片機的設計與仿真，最終實現數控工作臺進給系統的裝配與調試。機電一體化課程設計對學生的理論知識與實踐緊密地連接起來，提高了學生的綜合應用能力。創新型題目為學生參加機械創新競賽做了鋪墊通過課程設計，為機械學科學生參加如全國大學生機械創新設計大賽做了鋪墊。在第六屆全國大學生機械創新設計大賽（重慶賽區）中，學生榮獲重慶賽區一等獎一項、二等獎一項。其中，“幻顯黑板”作品獲得國家專利。該作品包括了框架的設計、傳動系統布置，控制系統采用單片機控制，執行元件有步進電機、直流電機、電磁離合器、電磁制動器、光電編碼器等器件。本次參賽作品充分運用機電一體化技術，機電一體化課程設計改革效果顯著。
二、教學體系創新思考
（一）創新教學方法
（1）培養大工程觀。
在職高機械設計制造與自動化創新教學過程中，應該引進并重視世界上一些先進的職業技能培養理念，注重機械設計制造與自動化理論與實踐的結合，培養學生形成客觀的、理性的大工程觀，充分理解和重視機械設計制造理論與實踐相互支撐以及相互促進的重要作用。
（2）重視實踐教學。
只有通過具體實踐，才能真正將書本理論知識轉化成相關的職業技能，才能真正將機械設計制造與自動化知識學以致用，并在不斷的實踐過程中積累經驗，提升自我職業技能以及創新能力，因此，在職高機械設計制造與自動化創新教學過程中，必須重視實踐教學，努力培養學生的實踐能力。
（3）強化實習基地。
提高職高學生機械設計制造與自動化專業技能以及實踐能力的一個最重要的途徑就是通過在實習基地的實踐與學習。因此，在實際創新教學過程中，應該重視校外實習基地的作用，著重發展和建設一些先進的、功能性較強的現代化實習基地，讓職高學生能夠很好用來進行工程機械方面的訓練和實踐。
（4）強化設計能力。
在職高學生機械設計制造與自動化創新教學過程中，能夠很好地反映出學生綜合能力和設計能力的途徑就是進行課程設計。在我國目前的職高機械課程設計教學過程中，往往不利于學生的個性化發展和需求，應該重視課程設計的內容和目標設計，突出對實踐過程中的應用，選擇綜合質量較高的設計課題，減少學生之間雷同設計的可能性，最大化地提升職高學生的設計能力、綜合能力以及個性化發展能力。（5）提高新型教師。教師在職高機械設計制造及自動化教學中發揮著巨大的作用，直接影響著學生的學習效果和各項技能的提高，在創新教學體系中，應該重視和培養一批高素質新型教師，除了具備熟練的專業技術技能外，還應該能全面培養學生的綜合素質，重視學生在教學過程中的主體地位，積極培養學生的實踐能力、綜合能力以及創新思維及創新能力。
（二）創新教學體系
（1）在職高機械設計制造及自動化創新教學中
應該建立和健全專業的知識教育體系，強化學生的專業技術和技能的培養，優化專業知識的教學環節和教學內容，提高專業知識的教學效率。
（2）在職高機械設計制造及自動化創新教學中
應該建立和健全學生能力培養體系，通過參加實習以及參加各種課外技能活動的形式等，培養和提升學生的實踐能力。
（3）在職高機械設計制造及自動化創新教學中
應該建立和健全培養學生綜合素質的教育體系。現代化建設和現代教育改革不斷重視綜合素質較高的新型人才，在實際創新教學過程中，應該通過各種實踐活動、專業學術報告等形式，提高職高學生的綜合素質，培養職高學生的創新思維以及創新能力。
（三）創新教學方式
（1）啟發式教學。
在職高機械設計制造及自動化創新教學過程中，學生應該作為教學過程的主體，教師對學生起著引導作用，應該善于啟發學生對相關知識的思考和討論，引導學生自動地進行設計及相關的學習，提高學生自己解決問題的能力，充分發揮學生的主體作用。
（2）信息網絡教學。
在信息科學技術迅猛發展的時代，信息網絡技術在教學過程中的運用越來越重要。在職高機械實際制造及自動化創新教學過程中，可以充分利用多媒體教學方式，給學生的視覺和聽覺造成新的沖擊，激發學生的學習興趣，提高學習效率。
（3）企業內部教學。
應該將傳統的課堂教學與企業教學結合起來，將機械設計制造及自動化教學中的理論和實踐有機地整合在一起，使學生對所學專業有深刻和全面的了解。
1.1種類比較少
現在市場上常見的有各種修剪機、灑水機等，這些比較單一，還有許多機電一體化機械并不常見，如移植機等。在許多發達國家，其園林設計機電一體化設備更加多樣化，在美國、歐洲等國家，其園林設計設備種類就更多，用途也更廣泛。國內也有許多知名品牌的銷售，如綠友、東方園林等，在國內還有許多生產園林機械的著名廠家，在淮安、揚州等地就有許多知名廠家。
1.2普及率低
與數十年前相比，園林設計中采用機電一體化機械的頻率雖然有所升高，但就目前來講，機械的使用率還是偏低，還不夠普及。與發達地區相比，我國大部分地方還在用半自動化機械工作，距離全自動機械工作還有一定距離。
1.3利用率較低
部分園林機電設備會投入使用，但機電設備的使用效率不高，其原因有二，一是存在人為操作的問題，錯誤的操作規程對機電設備造成很嚴重的破壞，導致維修費用升高，使成本不降反增；二是沒有將機電設備的利用效率最大化，導致資源浪費，增加了管理與維護的成本，阻礙了機電設備在園林設計方面的投入和使用。
1.4保管和維護不到位
機械是易損耗的，使用過程中難免會出現故障，但有些企業由于缺乏技術人員維修不到位，有的根本不進行定期維修，故障的機器多數被棄置倉庫，卻利用人力完成作業，這成為園林設計中機電一體化的缺點。不懂得機械結構和原理，不熟悉機械的操作，不知道如何保養機械，導致機械使用壽命降低。對上述問題，企業必須制定相關的操作規程，讓員工認真學習操作規范以及正確的使用方法。另外，在大規模使用園林機電一體化機械時引起的噪音、環境污染等問題也有待解決。機電一體化的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，專業化是必不可少的。由于各類科技學科發展及相互滲透，促使了機電一體化技術和產品在各行業、部門的飛速發展。其中機電一體化在園林設計中也得到了應用。
2機電一體化在園林設計中的應用
隨著現代化技術的廣泛應用，機電一體化技術也逐漸滲透進了園林設計。經過兩千多年的發展，中國古典傳統園林所講究的意境已經到了爐火純青的地步，雖然可能會有更好的園林出現，但是機電化已經成了一個重要的發展趨勢，這是大勢所趨。園林設計中會融入更多的機電一體化等元素。沿著這個思路走，創造園林的科技文明和傳統意境對園林現代化的普遍需求相結合，是成就上流園林的必要條件之一。
由于每屆或每班的指導教師不同，設計題目、內容、要求、難易程度偏離太大。如有數控機床改造設計、伺服系統控制設計、交通燈控制設計等，要求、工作量也不相同。有的設計任務偏難，有的設計任務又太簡單。
（2）設計資料缺乏。
由于機電一體化是一門新興的技術和專業，這方面的知識內容都在相關的雜志刊物登載，書籍相對少一些。要進行課程設計，收集這方面的資料較困難。沒有現成的資料匯編及設計手冊，學生要花費較多的時間找資料，往往是教師幫助尋找資料。而且沒有像機械零件設計那樣的系統完整的課程設計指導書。在設計中盲目性較大。
（3）師資不足。
最早幾年機電專業方向只有一個班或兩個班，指導教師有2~4人即可。一般由主講或熟悉機電一體化控制系統課程的教師指導。近幾年隨著學生的擴招，機電專業擴展到4~5個班，指導教師需要8~10人，明顯不夠，因此有必要進行培養。
2機電一體化課程設計改進措施
（1）編寫合適的機電一體化課程設計指導書，配齊設計資料。
到目前為止未見過公開出版的機電一體化課程設計指導書，所以有必要編寫合適的機電一體化課程設計指導書，并收集較全的資料進行匯編，與指導書匯編成冊。
（2）規范設計題目，統一要求。
規范設計題目不是整個設計都用同一個題目，而是在一個范圍內選擇題目，教師根據所選的題目按統一的要求下達任務書。設計題目一般以簡易數控機床設計、數控機床改造設計、機器人及控制設計較為合適。在市場上可見的機電產品多得很，不是所有的機電產品都適合做題目，因其難易程度是不同的。機電專業的課程設置是以機床設計、機器人設計控制為典型產品的，在機電一體化課程設計中要反映課程設置的內容。機電專業方向課程有機電一體化系統設計、計算機控制技術、機械制造裝備設計、機器人導論等課程。這些課程的內容在電的方面主要介紹了以計算機為核心的控制系統；機械方面介紹了機械運動、機械傳動、機械結構及相關的標準部件，如滾動導軌、滾珠絲杠等。在選題及設計中要反映上述的內容。因此規范化的題目主要為數控車床（或銑床、鉆床等）設計、車床（或銑床、鉆床等）數控化改造設計、或是工業機器人及控制設計。這些都具有一定的機械部分內容，如數控機床進給軸傳動部件，機器人的腰身、手臂運動部件及滾珠絲杠、導軌的應用等。電的方面包含數控系統電路設計，計算機控制系統設計及對機械部分的控制；從而實現了機電結合。對規范化的題目、要求及上述設計內容都已編入指導書中。
（3）指導教師的培養。
首先被培訓的教師可以跟班聽課，熟悉掌握相關的課程內容，然后在機電一體化課程設計進行中跟班輔導，以培養出合格的指導教師。
（4）加強督察。
當指導教師接到指導課程設計任務后，首先拿到機電一體化課程設計指導書，根據要求寫出課程設計任務書；并由教研室主任或院教學指導委員會審查，合格才可向學生下達任務。指導中，教師要填寫指導日志，隨時記錄指導中的難點、及出現的問題和解決方法，并進行小結，以便下一次指導時提高設計水平。
3機電一體化課程設計指導書主要內容
3.1設計題目確定及要求
3.2總體方案確定
（1）總體方案設計；
（2）繪制總體方案圖。
3.3伺服系統機械傳動部件設計
（1）切削力計算；
（2）滾動絲杠螺母副的計算與選型；
（3）伺服系統傳動設計；
（4）步進電機當量扭矩計算及選型；
（5）機械傳動結構設計（繪制一個軸的機械裝配圖）。
3.4控制系統硬件電路設計
（1）確定控制系統方案及繪制系統框圖；
（2）單片機的選用；
（3）存儲器的選用與擴展；
（4）譯碼電路設計；
（5）接口電路設計；
（6）繪制控制系統硬件電路原理圖。
3.5基本的參考圖表匯編。
4近一屆學生機電一體化課程設計進行情況
4.1教師配備
近一屆機電專業學生，每屆有四個班進行機電一體化課程設計，共配備6名教師；其中有四名為獨立指導教師，兩名為輔導教師，為培養新的指導教師儲備力量。
4.2指導書的使用及設計過程
設計學生和指導教師每人一份機電一體化課程設計指導書。教師按照要求寫出機電一體化課程設計任務書，并經研究所長審查后發給學生。設計題目主要有CA6140普通車床數控化改造設計、C6132普通車床數控化改造設計。在同一個題目的學生中，要求設計進給軸部件時，一部分學生設計X軸進給部件，另一部分學生設計Z軸進給部件。整個過程根據設計任務書的題目、要求和機電一體化課程設計指導書給出的設計步驟、方法，先進行總體方案設計，再進行機械傳動部件設計，最后進行CNC硬件電路設計。整個過程經過了機械、電子兩方面的訓練，實現了機電結合，達到預期效果。
4.3填寫指導日志
教師在指導設計的過程中，及時填寫指導日志，記錄設計中的難點、問題，并進行小結。
