现代设计方法的资料

现代设计理论与方法在毕业论文(设计)中的应用与实践摘要：文章针对传统机械类专业本科毕业论文(设计)中存在的问题，结合现代设计理论与方法的内容及特点，探讨了现代设计理论与方法在大学毕业论文(设计)中应用的方法。关键词：现代设计方法；机械工程；毕业设计；教学《现代设计理论与方法》是机械工程类专业本科生的一门专业限选课，是一门涉及多个学科综合性较强的课程。毕业论文(设计)(以下统称为毕业设计)是教学过程中最后一个实践性教学环节，能够培养和提高学生综合运用所学知识分析和解决工程技术问题的能力。目前，在高等理工科院校机械工程类本科生培养过程中存在着一些问题，致使毕业设计质量不断下滑。因此，分析和研究造成上述问题的原因，探索新的毕业设计指导模式和方法具有重要的现实意义。1采用现代设计理论与方法的必要性1.1现代设计理论与方法的内容及特点现代设计理论与方法融合了信息技术、计算机技术、知识工程和管理科学等领域的知识，具有系统性、创造性、社会性的特点，实现了设计的最优化、动态化、计算机化，使设计的产品更具宜人性。随着科学技术的飞速发展,新的设计方法不断涌现，因此现代设计方法的范畴十分广泛。对于本科阶段课程内容，应该结合专业特点、培养目标、学时安排、实验条件等因素综合考虑。该课程在本校（华北水利水利水电学院）讲授的内容包括:机械优化设计、可靠性设计、产品造型设计、并行设计、虚拟设计、绿色设计等。1.2机械工程类专业传统毕业设计中存在的问题目前，高等教育规模持续扩大，高等学校教学工作面临许多新问题，毕业设计中存在的问题表现在以下几个方面。1.2.1完成毕业设计的有效时间不足目前，大学生毕业前面临着较大的就业和考研压力，参加招聘会与研究生复试在给学生造成了较大的心理压力的同时难免会占用毕业设计的有效时间。1.2.2选题范围窄，不利于就业机械工程类传统本科毕业设计课题大多是关于机械产品的结构设计，尽管有时涉及液压、电气控制等方面的知识，但课题大多停留在方案设计阶段，其任务也主要集中在计算和绘图方面。由于时间、精力及能力等原因，设计中绘制的图纸从质量和数量上都存在很大的不足。1.2.3设计手段单一，难以保证设计质量传统设计是在大量经验数据基础上，采用直觉法、类比法的经验性设计，通常是将研究的问题简化处理，运用相关的理论进行计算与选型，这种方法计算精度低，设计周期长，设计成果评价困难，难以获得最优的设计结果。1.2.4不利于培养学生的创新精神传统设计大多采用串行模式，设计过程需要不断的反复，周期较长，很难对设计成果进行分析评价，因此，传统毕业设计模式不具备完成创新设计的条件，更谈不上培养创新精神。2管理措施及方法针对毕业设计中存在的问题，建立科学的、易于操作的质量监控措施是保证毕业设计质量的有效方法。近年来，笔者做了大量实践工作，在科学选题、质量监控和成绩考核等方面积累了一些经验。2.1科学选题选题是毕业设计的首要环节，也是高质量地完成毕业设计的前提。选题应具有科学性、新颖性、创造性，保证学生能够在指定的时间内如期完成。选择与现代设计理论与方法相关的课题时应注意以下几个方面：2.1.1选题符合机械工程专业培养目标选题应结合机械工程专业特点及培养目标，注重培养学生运用机械、电子等多领域理论知识和工程设计、调试等方面的综合能力。力求全面考核前期课程的基础理论和基本技能，并着眼课题与现代设计理论与方法的结合点，使学生得到全面、综合的训练。2.1.2选题应与生产实践和科学研究相结合将与生产实践和科学研究相关的课题引入毕业设计，一方面，可以开阔学生的视野，激发学生的积极性；另一方面，培养学生理论联系实际独立解决问题的能力。使学生能够主动的去分析实际工程问题，找到解决问题的方法和途径。当然，学生的成果也可以作为生产实践和科学研究项目有益的补充。2.1.3饱满的工作量和适当的难度选题要考虑到课题研究所涉及的工作范围，充分估计到各个环节所需的时间，保证在规定的时间内，能够顺利完成毕业设计的全部工作，同时保证学生在规定的时间内工作量饱满。课题的难度控制在学生经努力能够完成的范围内。2.1.4现代设计方法与传统设计方法的有机结合现代设计理论与方法与传统设计方法有着密切的联系，熟练运用传统设计方法也是要求学生掌握的基本技能，因此，二者的有机结合十分必要。笔者在实践中，要求学生在毕业设计中运用现代设计方法的同时进行传统的设计计算，通过对比验证结果的合理性。综上所述，选题是一项复杂的工作，选择时必须综合考虑教学大纲的要求、课程设置、市场需求以及指导教师专业背景等因素，力争使学生在毕业设计中得到系统全面的训练和能力的迅速提高。2.2质量管理与指导模式由于毕业设计历经的时间长、环节多，如果没有严格、规范的管理，很难保证毕业设计质量。与传统的毕业设计相比，采用现代设计理论与方法完成毕业设计将面临更多的新问题。对于上述问题应该有一些针对性的解决方法，具体体现在以下几个方面。（1）毕业设计任务书在保证毕业设计质量的前提下，应具有一定灵活性。现代设计方法种类很多，往往对同一问题有多种求解方法，毕业设计任务书不应局限于某一种方法。例如，现代设计方法中，建立机械系统的几何模型是进行运动学、动力学及有限元分析的前提之一，而可以选择的建模软件有Pro/E、UG、Solidworks等多种。考虑工程软件都具有良好的接口技术，因此，我们只需根据学生的学习掌握情况灵活确定即可。（2）制定较为详细的毕业设计指导书和时间进程计划表。一般来讲，学生都是第一次采用现代设计方法完成某个课题，没有任何经验，往往遇到一些问题时，一筹莫展。毕业设计指导书应该针对课题的意义、实施方法路线以及设计过程中具有普遍性的问题详加说明。同时，指导学生结合毕业设计任务书与指导书，制定严格的时间进程计划表，将课题划分为不同的阶段，考核学生如期完成阶段性目标的情况。（3）组织相关教师和学生建立毕业设计课题组，并完善课题组师生的信息交流机制。由于时间、知识背景等原因，本科学生很难独立的完成某个课题，解决的办法是将课题分成几部分，由不同的学生组成课题组共同完成。基于课题所需知识较广的特点，可由不同专业背景的指导教师加入课题组共同指导。同时，充分运用现代通讯工具，不断的完善答疑机制，保障师生、同学间顺畅的信息交流。2.3考核与评定体系答辩是毕业设计的最后一个环节，其目的旨在考核学生对所选课题的研究情况，设计方案以及毕业设计的深度、广度和真实程度。答辩成绩从设计过程、答辩过程和成果质量3个方面考核。设计过程考核包括毕业设计态度、考勤等。答辩过程考核包括语言组织表达能力及答辩情况。成果质量考核主要包括成果的科学性、论文的撰写质量以及创新情况等。最终，由专业教师组成的答辩委员会给出答辩成绩。3指导实践3.1课题简介本校工程机械专业前身为水利施工机械专业，学生的就业方向集中在水电行业中与工程机械相关的领域。结合这一情况，笔者指导学生对工程机械领域的常见设备(例如起重机、启闭机、架桥机等)进行了设计与研究，所选课题的主要任务是针对上述设备的结构设计与优化、动力学建模与动态仿真、有限元分析等，使用的软件包括建模软件UG、Solidworks、动力学分析软件ADAMS、有限元分析软件ANSYS等。从近几届学生的毕业设计完成情况看，取得了良好的效果，具体表现在以下几个方面。（1）提高了设计速度，充分利用了有效的毕业设计时间。现代设计方法用计算机完成了传统的设计计算，避免了大量的反复校核任务，提高了计算的精度与速度，加快了毕业设计的进度。（2）考核更加全面，毕业设计质量较高。学生通过毕业设计的实践，开阔了视野，巩固了前期学习的理论知识，解决了传统设计不能解决的问题，提高了毕业设计质量。例如，箱型结构件是机械系统中常见的部件，而运用传统的设计方法很难实现强度和刚度的校核。利用有限元理论，选择相应的工程软件如ANSYS、I-DEAS等，不仅能够完成刚度和强度分析，还可以对结构进一步的优化。（3）更加贴近社会需求，有利于学生就业及进一步的深造。目前，国内企业已经认识到现代设计理论与方法的重要性，优化设计、虚拟设计、有限元分析等现代设计方法得到广泛的推广与应用，显然掌握了现代设计理论与方法的毕业生更能适应社会需求，在职场必将具有更强的竞争力。对于考取研究生的同学，掌握了部分现代设计方法，更加有利于将来开展科学研究工作。3.2问题与思考毕业设计指导过程中，也面临着一些突出问题值得我们思考与改进，具体体现在以下几个方面。（1）优化课程体系。运用现代设计理论与方法完成毕业设计，要求学生掌握一定理论知识，能够熟练的操作计算机，至少掌握一两种常用工程软件。目前，毕业生很难在短时间内把上述技能融会贯通，完成一个实践性课题。因此，需要做好前期准备工作，应根据教学大纲要求，不断的优化课程体系，开设相关选修课程，例如Matlab、Pro/E、ANSYS等。（2）培养学生理论联系实际，独立解决问题的能力。现代设计理论与方法通常以工程软件作为支撑，软件掌握的熟练程度直接影响毕业设计质量。一方面，我们鼓励学生重视软件的学习，力求精益求精；另一方面，要避免学生片面地认为毕业设计就是单纯的软件学习，忽视了课题本身研究的问题。因此，要求学生注重理论联系实际，加深对课题的理解，运用现代设计方法不断发现、解决工程中的实际问题。（3）加强培养团队合作意识，鼓励创新精神。在指导过程中，笔者发现尽管组建了毕业设计课题组，由于各种原因，学生仍普遍缺乏团队合作意识及创新精神。因此，在设计之初需要进一步强化团队合作意识，针对不同的学生，做到因材施教，使学生具有足够的信心和动力，真正发挥其专业特长和运用综合知识的能力，同时，鼓励学生运用现代设计方法将创新理念付诸实践。4结束语在机械类本科毕业中引入现代设计理论与方法，有效的解决传统毕业设计中存在的一些问题。对培养学生树立正确的设计思想和掌握现代设计方法，完善毕业设计指导模式，提高毕业设计的水平和质量，增强学生的科研与创新能力具有一定的指导意义。