淺談如何更好地對“機械設(shè)計”課程教學(xué)進行有效改革

創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達的不竭動力。21世紀(jì)是知識經(jīng)濟時代，國際間的競爭將主要體現(xiàn)為綜合國力的競爭，而綜合國力的關(guān)鍵是一個國家的科技創(chuàng)新能力?？梢哉f，未來的國際競爭將主要表現(xiàn)為科技創(chuàng)新能力和科技創(chuàng)新人才的競爭。目前，我國的創(chuàng)新能力與發(fā)達國家相比還存在較大差距。據(jù)統(tǒng)計，科技創(chuàng)新對美國經(jīng)濟增長的貢獻率達到了80%，而我國尚不足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)新能力的努力從來就沒有停止過，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。
一、現(xiàn)代設(shè)計理念與方法
（一）大批量定制技術(shù)及其設(shè)計方法
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的普遍提高，人們對產(chǎn)品的個性化追求越來越強烈。同時，由于計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代管理技術(shù)的發(fā)展和先進制造技術(shù)的應(yīng)用，使得產(chǎn)品設(shè)計和制造過程高度柔性化，按照客戶的個性化需求進行定制生產(chǎn)從理想轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實。在市場需求的拉動和技術(shù)進步的推動共同作用下，傳統(tǒng)的制造業(yè)正面臨著一場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)方式對開發(fā)設(shè)計的要求也和傳統(tǒng)生產(chǎn)方式不一樣：傳統(tǒng)的設(shè)計通常是面向單一產(chǎn)品的，是面向產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計過程的。而大批量定制的開發(fā)設(shè)計是面向整個產(chǎn)品族和產(chǎn)品全生命周期的。面向大批量定制的開發(fā)設(shè)計技術(shù)需要充分考慮到零部件以及工藝過程、工藝裝備的可重用性，盡可能減少零部件以及工藝過程、工藝裝備的種類。
1．產(chǎn)品模塊化設(shè)計
模塊化設(shè)計是在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構(gòu)成不同的產(chǎn)品，滿足市場不同需求的設(shè)計方法。模塊化設(shè)計技術(shù)是成功實施大批量定制的前提。采用模塊化設(shè)計有利于簡化設(shè)計，實現(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、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性等。
2．產(chǎn)品變型設(shè)計
變型設(shè)計是指設(shè)計者通過提取已存在的設(shè)計方案或設(shè)計計劃，然后在其基礎(chǔ)上作相應(yīng)的修改，以產(chǎn)生一個與原設(shè)計相似的新設(shè)計方案的設(shè)計方法。變形設(shè)計是在原有平臺產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，按市場需求進行結(jié)構(gòu)重組，它的實現(xiàn)過程可以最大限度地重用企業(yè)已有的成熟產(chǎn)品資源，具有很強的靈活性和適應(yīng)性，不但可以快速開發(fā)產(chǎn)品、響應(yīng)市場，而且還可以極大地降低產(chǎn)品設(shè)計階段的成本，是一種適應(yīng)于大規(guī)?？蛻艋ㄖ粕a(chǎn)模式的現(xiàn)代設(shè)計方法。變形設(shè)計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、長生產(chǎn)周期的統(tǒng)一問題。
3．產(chǎn)品配置設(shè)計
產(chǎn)品配置設(shè)計是指根據(jù)預(yù)定義的零部件集以及它們之間的相互關(guān)系，通過合理的組合，形成滿足客戶個性化需求的產(chǎn)品設(shè)計過程。產(chǎn)品配置設(shè)計是聯(lián)系客戶個性化需求和企業(yè)生產(chǎn)的橋梁，是大批量定制的核心支撐技術(shù)，對大批量定制的成功實施有著重要的影響和意義。
（二）新的設(shè)計理念與方法
1．綠色設(shè)計
綠色設(shè)計是在產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性（可拆卸性、可回收性、可維護性、可重復(fù)利用性等），并將其作為設(shè)計目標(biāo)，在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時，保證產(chǎn)品應(yīng)有的功能、使用壽命、質(zhì)量等的一種設(shè)計方法。
綠色設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計在設(shè)計依據(jù)、設(shè)計人員、設(shè)計工藝和技術(shù)、設(shè)計目的等方面都有很大的不同。綠色設(shè)計要求設(shè)計人員在設(shè)計構(gòu)思階段就要把降低能耗、易于拆卸、再生利用和保護生態(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)過程中能夠順利實施。
綠色設(shè)計是20世紀(jì)90年代初期圍繞在發(fā)展經(jīng)濟的同時，如何節(jié)約資源、有效利用能源和保護環(huán)境這一主題而提出的新的設(shè)計概念和方法，被認為是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一，已成為現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的研究熱點和主要內(nèi)容。
2．產(chǎn)品全生命周期設(shè)計
所謂全生命周期設(shè)計，就是面向產(chǎn)品生命周期全過程的設(shè)計。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計主要考慮產(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)計要考慮從產(chǎn)品的社會需求分析、產(chǎn)品概念的形成、知識及技術(shù)資源的調(diào)研、成本價格分析、詳細機械設(shè)計、制造、裝配、使用壽命、安全保障與維修計劃，直至產(chǎn)品報廢與回收、再生利用的全過程，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。產(chǎn)品全生命周期設(shè)計也已成為現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的研究熱點。
由以上可以看出，隨著時代的進步和科技的發(fā)展，生產(chǎn)方式已發(fā)生重大改變，一些新的設(shè)計理念和設(shè)計方法不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)代設(shè)計理念和設(shè)計方法與傳統(tǒng)的設(shè)計理念和方法相比，發(fā)生了很大的變化。因此，很有必要對“機械設(shè)計”課程教學(xué)內(nèi)容進行改革，增加反映時代需求的新的設(shè)計理念和設(shè)計方法。
二、結(jié)束語
文中探討的創(chuàng)新設(shè)計以及模塊化設(shè)計、產(chǎn)品變型設(shè)計、產(chǎn)品配置設(shè)計等內(nèi)容在某高校的“機械設(shè)計”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)計能力得到了訓(xùn)練和提高，同時對最新的設(shè)計理念與方法有了初步了解，開闊了思路，轉(zhuǎn)變了設(shè)計觀念，有利于適應(yīng)時代的要求。作者相信，如果高校對“機械設(shè)計”課程教學(xué)內(nèi)容進行相應(yīng)的改革，有望取得令人滿意的效果。