浅谈如何更好地对“机械设计”课程教学进行有效改革

创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。21世纪是知识经济时代，国际间的竞争将主要体现为综合国力的竞争，而综合国力的关键是一个国家的科技创新能力。可以说，未来的国际竞争将主要表现为科技创新能力和科技创新人才的竞争。目前，我国的创新能力与发达国家相比还存在较大差距。据统计，科技创新对美国经济增长的贡献率达到了80%，而我国尚不足30%。高等学校是培养创新人才的基地和摇篮，肩负着重要的历史使命。如何提高大学生特别是工科大学生的创新能力，已成为当前高等教育改革的核心。
创新来源于创新思维和创新能力，人们探索培养和提高创新能力的努力从来就没有停止过，并已经取得了一些规律可循的。人们只要遵循一定的科学方法和法则，就能比较迅速地实现新的发明创造。在这一方面，TRIZ理论做出了卓越的贡献。
一、现代设计理念与方法
（一）大批量定制技术及其设计方法
随着经济的发展和人们生活水平的普遍提高，人们对产品的个性化追求越来越强烈。同时，由于计算机和网络技术的发展，以及现代管理技术的发展和先进制造技术的应用，使得产品设计和制造过程高度柔性化，按照客户的个性化需求进行定制生产从理想转变为现实。在市场需求的拉动和技术进步的推动共同作用下，传统的制造业正面临着一场极其深刻的重大变革。生产方式正由大批量生产向大批量定制生产转变。大批量定制是指以接近大批量生产的成本和速度，提供定制的个性化产品和服务的生产模式。大批量定制生产方式兼顾了企业和客户双方的利益，近些年来得到了迅速的发展，正在成为21世纪制造业的主流生产方式。大批量定制生产方式对开发设计的要求也和传统生产方式不一样：传统的设计通常是面向单一产品的，是面向产品的开发设计过程的。而大批量定制的开发设计是面向整个产品族和产品全生命周期的。面向大批量定制的开发设计技术需要充分考虑到零部件以及工艺过程、工艺装备的可重用性，尽可能减少零部件以及工艺过程、工艺装备的种类。
1．产品模块化设计
模块化设计是在对一定范围内的不同功能或相同功能不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，满足市场不同需求的设计方法。模块化设计技术是成功实施大批量定制的前提。采用模块化设计有利于简化设计，实现技术和资源重用；有利于发展产品品种；有利于提高设计、生产效率，缩短交货期；有利于提高产品的质量和可靠性；使产品具有良好的可维护性等。
2．产品变型设计
变型设计是指设计者通过提取已存在的设计方案或设计计划，然后在其基础上作相应的修改，以产生一个与原设计相似的新设计方案的设计方法。变形设计是在原有平台产品的基础上，按市场需求进行结构重组，它的实现过程可以最大限度地重用企业已有的成熟产品资源，具有很强的灵活性和适应性，不但可以快速开发产品、响应市场，而且还可以极大地降低产品设计阶段的成本，是一种适应于大规模客户化定制生产模式的现代设计方法。变形设计有效地解决了大批量生产的低成本、短交货期与定制生产的高成本、长生产周期的统一问题。
3．产品配置设计
产品配置设计是指根据预定义的零部件集以及它们之间的相互关系，通过合理的组合，形成满足客户个性化需求的产品设计过程。产品配置设计是联系客户个性化需求和企业生产的桥梁，是大批量定制的核心支撑技术，对大批量定制的成功实施有着重要的影响和意义。
（二）新的设计理念与方法
1．绿色设计
绿色设计是在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等的一种设计方法。
绿色设计与传统设计在设计依据、设计人员、设计工艺和技术、设计目的等方面都有很大的不同。绿色设计要求设计人员在设计构思阶段就要把降低能耗、易于拆卸、再生利用和保护生态环境与保证产
品性能、质量、寿命、成本等要求列为同等的目标，并保证在生产过程中能够顺利实施。
绿色设计是20世纪90年代初期围绕在发展经济的同时，如何节约资源、有效利用能源和保护环境这一主题而提出的新的设计概念和方法，被认为是实现可持续发展的有效途径之一，已成为现代设计技术的研究热点和主要内容。
2．产品全生命周期设计
所谓全生命周期设计，就是面向产品生命周期全过程的设计。传统的产品设计主要考虑产品在使用期间的性能指标和可靠性等因素。而产品全生命周期设计要考虑从产品的社会需求分析、产品概念的形成、知识及技术资源的调研、成本价格分析、详细机械设计、制造、装配、使用寿命、安全保障与维修计划，直至产品报废与回收、再生利用的全过程，全面优化产品的功能性能、生产效率、品质质量、经济性、环保性和能源资源利用率等目标函数，求得其最佳平衡点。产品全生命周期设计也已成为现代设计技术的研究热点。
由以上可以看出，随着时代的进步和科技的发展，生产方式已发生重大改变，一些新的设计理念和设计方法不断涌现。现代设计理念和设计方法与传统的设计理念和方法相比，发生了很大的变化。因此，很有必要对“机械设计”课程教学内容进行改革，增加反映时代需求的新的设计理念和设计方法。
二、结束语
文中探讨的创新设计以及模块化设计、产品变型设计、产品配置设计等内容在某高校的“机械设计”课程教学中得到了应用，取得了较好的效果。学生们普遍反映创新设计能力得到了训练和提高，同时对最新的设计理念与方法有了初步了解，开阔了思路，转变了设计观念，有利于适应时代的要求。作者相信，如果高校对“机械设计”课程教学内容进行相应的改革，有望取得令人满意的效果。