導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇機械優(yōu)化設(shè)計論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

《機械優(yōu)化設(shè)計》課程理論教學體系的建設(shè)主要包括優(yōu)化課程內(nèi)容、制定課程教學大綱、編寫課程教案幾個方面。如前所述，機械優(yōu)化設(shè)計課程教學需要克服“四個脫節(jié)”。因此在課程體系研究方面主要解決實現(xiàn)理論基礎(chǔ)教學和應(yīng)用能力培養(yǎng)相結(jié)合，以及課程內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展相結(jié)合兩個問題。

（1）實現(xiàn)理論基礎(chǔ)教學和應(yīng)用能力培養(yǎng)相結(jié)合針對因該課程數(shù)學基礎(chǔ)較多導(dǎo)致工科學生畏難情緒大，學習熱情不高等問題，在課程數(shù)學理論基礎(chǔ)等知識點方面，側(cè)重算法原理的講解而非算法過程的介紹；側(cè)重使學生掌握使用現(xiàn)有數(shù)學工具解決工程問題，而非自行編制算法程序求解數(shù)值問題。從而使學生從算法原理和理論基礎(chǔ)中跳出來，提升到知識的應(yīng)用的層次。

（2）課程內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展相結(jié)合機械設(shè)計問題已經(jīng)從求解小規(guī)模單一問題發(fā)展到求解大規(guī)模復(fù)雜性問題。因此優(yōu)化方法也從經(jīng)典的優(yōu)化方法發(fā)展到多學科設(shè)計優(yōu)化、智能優(yōu)化方法、基于仿真的優(yōu)化等領(lǐng)域。因此課程內(nèi)容應(yīng)和技術(shù)發(fā)展相結(jié)合，適當引入先進優(yōu)化方法的介紹。為學生從解決簡單數(shù)值問題過渡到今后解決復(fù)雜工程問題提供知識儲備。適應(yīng)“卓越計劃”提出的培養(yǎng)學生工程能力的要求。

1.2《機械優(yōu)化設(shè)計》實驗課程體系的建設(shè)

《機械優(yōu)化設(shè)計》實驗課程體系的建設(shè)主要包括實驗內(nèi)容與實驗項目的設(shè)置、制定實驗教學大綱、編寫實驗指導(dǎo)書幾個方面。實驗體系建設(shè)的主要目的是使實驗項目設(shè)置與工程問題相結(jié)合，實驗內(nèi)容與工程實踐所需的綜合性知識應(yīng)用相適應(yīng)。

（1）首先在實驗項目設(shè)置時，根據(jù)“卓越計劃”的要求，以培養(yǎng)學生的工程能力和知識的綜合運用能力為目標。通過建立知識-能力-實驗內(nèi)容關(guān)系矩陣。將各個知識點的能力培養(yǎng)落實到各個實驗項目環(huán)節(jié)。并且實驗項目的設(shè)置突出和其他相關(guān)課程內(nèi)容、工程問題相結(jié)合。避免知識點與工程應(yīng)用脫節(jié)，從而達到工程技術(shù)人才的具備知識的綜合運用能力的培養(yǎng)要求。

（2）其次在實驗項目設(shè)置時，對不同類型的實驗項目，優(yōu)化其實驗方法及其目的。主要改革體系現(xiàn)在以下三個方面：算法原理類實驗，避免要求學生采用通用語言編寫成熟優(yōu)化算法的實驗。而采用數(shù)值計算軟件驗證，并要求主要對比分析不同算法的求解過程的特點。工程問題類實驗。側(cè)重于工程優(yōu)化問題數(shù)學模型的構(gòu)建，如何選擇合適的優(yōu)化方法求解。綜合類實驗，和考核環(huán)節(jié)的課程project相結(jié)合，采取開放式的實驗方式。側(cè)重于培養(yǎng)學生對知識的綜合運用能力、工程素質(zhì)和合作意識。

1.3《機械優(yōu)化設(shè)計》教學方法研究

教學方法有多種，不同的方法有不同的特點和其適應(yīng)性。本項目研究的一個重要內(nèi)容之一是擬比較幾種方法的特點，將其融入到不同實驗的教學過程中。

（1）對于基礎(chǔ)理論的介紹，以板書教學為主，多媒體教學為輔。這樣有利于學生理解理論基礎(chǔ)，克服學生對數(shù)學推導(dǎo)的畏懼心理。

（2）對于各種算法的介紹，在簡單介紹其原理的基礎(chǔ)上，采用對比教學的方法，側(cè)重于各種算法特點和適用性的比較。并應(yīng)用結(jié)合成熟的數(shù)值計算軟件，采取現(xiàn)場實驗教學的方法進行講解。

（3）在考核形式方面。除日常的考核和實驗成績考核以外，結(jié)合課程項目教學的方法，讓學生以組為單位完成一個自選的項目（Project），并以組為單位做一個展示（Presentation）。一方面鍛煉學生運用知識綜合解決問題的能力，另一方面培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作和工程素質(zhì)。

2改革特色及成效

“卓越計劃”強調(diào)學生工程實踐能力的培養(yǎng)。因此結(jié)合“卓越計劃”的實施契機，在對課程建設(shè)中存在的問題進行系統(tǒng)深入地分析的基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷的教學研究與實踐，我?！稒C械優(yōu)化設(shè)計》實驗教學已初步形成了特色。并取得了一定的成效。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）在理論教學建設(shè)方面實現(xiàn)理論基礎(chǔ)教學和應(yīng)用能力培養(yǎng)相結(jié)合；課程內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展相結(jié)合。從而使學生從算法原理和理論基礎(chǔ)中跳出來，提升到知識的應(yīng)用的層次。適應(yīng)“卓越計劃”提出的培養(yǎng)學生工程能力的要求。

篇2

如何將中國傳統(tǒng)文化融合到現(xiàn)代廣告設(shè)計中去?其作用又有哪些?這自然不是簡單的問題，對于傳統(tǒng)文化我們是照搬照抄，還是將傳統(tǒng)文化放置一邊，不予理睬?筆者認為好的設(shè)計應(yīng)著重于人與人、人與空間和人與自然的融合上，是對傳統(tǒng)文化的再創(chuàng)造。而這種再創(chuàng)造是在理解的基礎(chǔ)上，用現(xiàn)代的審美觀對傳統(tǒng)的一些元素加以改造、提煉和運用，使其更富有時代的特征：或者把傳統(tǒng)的造型方法與表現(xiàn)形式運用到現(xiàn)代設(shè)計中來表達設(shè)計的理念，體現(xiàn)民族個性，這是對傳統(tǒng)文化再創(chuàng)造的理解。中國傳統(tǒng)文化對現(xiàn)代廣告設(shè)計的融合作用究竟體現(xiàn)在哪些方面呢?

一、中國傳統(tǒng)文化對現(xiàn)代廣告設(shè)計構(gòu)圖的作用

所謂傳統(tǒng)文化，是指中國幾千年文化發(fā)展史中在特定的自然環(huán)境、經(jīng)濟形式、政治結(jié)構(gòu)、意識形態(tài)的作用下形成、積累和流傳下來，并且至今仍在影響著當今文化的“活”的中國古代文化，這些文化又包含了國畫、剪紙、建筑、皮影、雕刻等等。而傳統(tǒng)文化又與廣告有著不解之緣，兩者在構(gòu)圖上的融和關(guān)鍵在于廣告設(shè)計中傳統(tǒng)美學的審美性。之前我們說過；中國是一個歷史文化古國，每個人都受到傳統(tǒng)文化的熏陶，這必然導(dǎo)致我們對“美”的崇拜和追求觀念不同與西方國家，形成具有中國傳統(tǒng)文化獨色的廣告作品。因此，中國傳統(tǒng)美學的審美性影響著廣告設(shè)計作品中“美”的體現(xiàn)，也影響著中國傳統(tǒng)文化的繼承和發(fā)展。

我們都知道廣告設(shè)計是屬于“瞬間藝術(shù)”，人們駐足于前的時間短，視線集中的程度有限，要想在這苛刻的條件下給人留有印象，廣告的設(shè)計就不能太過于復(fù)雜，必須要做到一目了然，簡潔明確，使人在一瞬之間、一定距離外能看清楚所要宣傳的事物。為了達到這個目的，廣告的設(shè)計總是盡可能采取假定的設(shè)計手法，將不同時間、空間發(fā)生的活動組合在一起，并經(jīng)常運用象征手法，啟發(fā)人們的聯(lián)想來吸引消費者。所以在廣告構(gòu)圖中，要突出重點，就要刪去次要的細節(jié)，甚至是背景。這種設(shè)計手法與國畫處理構(gòu)圖的手法一致。例如：在國畫構(gòu)圖中要求“以一當十”、“以少勝多”的精煉：或者“計白當黑”、“無畫處皆成妙境”的簡潔；“疏可走馬，密不透風”的對比關(guān)系等。由此我們可以看出，在現(xiàn)代廣告設(shè)計中，構(gòu)圖要概括集中，突出醒目地表達所要宣傳的事物，表現(xiàn)物與物之間的內(nèi)在聯(lián)系，賦予畫面更廣泛的含義并使人們在有限的畫面中能聯(lián)想到更廣闊的生活，感受到新的意義。我們只有將中國傳統(tǒng)文化的精髓融合到現(xiàn)代廣告設(shè)計的理念中去，才能使民族傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代廣告設(shè)計真正的融為一體，從而增強廣告設(shè)計的傳播效率與文化藝術(shù)意蘊。另外，傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代廣告設(shè)計的融和還可以有效增加廣告的附加價值，傳統(tǒng)文化由于自身特有的功能性和特殊的文化底蘊，本身就具有“滿足人們精神需要”的價值，這種價值可以在現(xiàn)代廣告設(shè)計中起到增強附加價值的作用。

二、中國傳統(tǒng)文化對現(xiàn)代廣告設(shè)計構(gòu)思的作用

在現(xiàn)代廣告設(shè)計中，我們在跟隨西方現(xiàn)代設(shè)計潮流的時候，已不滿足于純粹跟隨，開始對傳統(tǒng)文化進行探索，并應(yīng)用傳統(tǒng)文化的構(gòu)思方法來結(jié)合現(xiàn)代廣告設(shè)計，體現(xiàn)中國傳統(tǒng)文化的意蘊及自身的文化內(nèi)涵，把握并創(chuàng)造出具有東方特色的廣告設(shè)計作品。廣告設(shè)計是一種“瞬間藝術(shù)”，好的廣告作品不僅要讓人“一目了然”，還要“一見傾心”，為它所吸引，留下深刻的印象。這就要求在廣告設(shè)計中要具備精湛的構(gòu)思。清代一位學者曾說過，一幅畫“與其令人愛，不如使人思”，好的廣告設(shè)計作品也是如此。它要讓人聯(lián)想、引起人的美好愿望、表現(xiàn)意境，就要有手段，我們稱之為“意匠”。如：“獨具匠心”指的就是別人沒有想到的你想到了，這也是在廣告設(shè)計中我們經(jīng)常提到的一種構(gòu)思方法?！耙饨场本唧w說來就是選材(先取最精粹部分)、剪裁(去污存清)、夸張(強調(diào)形象的特征)、經(jīng)營位置(構(gòu)圖)、表現(xiàn)(選項用恰當?shù)募挤?等，而這一切，恰恰是我國廣告設(shè)計者最為常用的構(gòu)思手段。

三、中國傳統(tǒng)文化對現(xiàn)代廣告設(shè)計內(nèi)容的作用

傳統(tǒng)文化是現(xiàn)代廣告?zhèn)鞑コ晒Φ幕A(chǔ)，而現(xiàn)代廣告?zhèn)鞑t是因為傳統(tǒng)文化的滋養(yǎng)才具備了強勁的精神發(fā)散效力，“越是民族的就越是世界的”這句話在一定程度上對于廣告同樣適用。中國傳統(tǒng)文化源遠流長，怎樣在廣告設(shè)計的內(nèi)容上體現(xiàn)傳統(tǒng)文化的精髓??這是我們值得深思的問題。筆者認為應(yīng)從一個“意”字開始，廣告設(shè)計內(nèi)容上的意字，指的是傳統(tǒng)文化所要表達的意蘊，也是意味深長之意?！耙狻笔莻鹘y(tǒng)文化在內(nèi)容設(shè)計上的關(guān)鍵，也適合于現(xiàn)代廣告設(shè)計所提出的吉祥如意的設(shè)計理念，更符合中國人在廣告設(shè)計上的要求。例如：腦白金的廣告語“今年孝敬咱爸媽，送禮還送腦白金”、“今年過節(jié)不收禮，收禮還收腦白金”，就是利用了中國傳統(tǒng)文化對“意”的理解。中國自古就有尊老愛幼、孝敬父母的傳統(tǒng)美德，“腦白金”定位成一種禮品，并且是一種能帶給人健康的禮品，極力宣傳送禮更要送健康的“意”念。這個觀念定位恰好順應(yīng)了中國的傳統(tǒng)，為廣大消費者所能接受，從而有效地樹立了企業(yè)、品牌形象。整個廣告根植于中華民族傳統(tǒng)文化，是有強烈的現(xiàn)代氣息，既符合了廣告主的要求，又達到了準確的廣告定位。

篇3

0前言

機械結(jié)構(gòu)虛擬優(yōu)化設(shè)計是以計算機建模和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，集計算機圖形學、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、機械動力學、有限元分析、優(yōu)化設(shè)計等技術(shù)為一體，由多學科知識組成的綜合系統(tǒng)技術(shù)，是機械結(jié)構(gòu)動力學設(shè)計技術(shù)在計算機環(huán)境中數(shù)字化、圖像化的映射。本文分析了機械產(chǎn)品虛擬動態(tài)優(yōu)化設(shè)計的一般過程，以數(shù)控車床關(guān)鍵部件一尾架為例，建立了三維可視化的有限元CAE模型，通過對模型進行結(jié)構(gòu)分析，實現(xiàn)該部件結(jié)構(gòu)的動態(tài)優(yōu)化。

1機械結(jié)構(gòu)虛擬動態(tài)優(yōu)化設(shè)計過程

機械產(chǎn)品虛擬動態(tài)設(shè)計的一般過程是:先建立滿足工作性能要求的產(chǎn)品初始CAD模型(初步設(shè)計圖樣)，然后對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行動力學建模和動態(tài)特性分析，再根據(jù)工程實際情況，給出結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的要求或預(yù)定的動態(tài)設(shè)計目標，按結(jié)構(gòu)動力學“逆問題”方法直接求解設(shè)計參數(shù)，或按結(jié)構(gòu)“正問題”分析法，進行結(jié)構(gòu)改進設(shè)計，直到滿足預(yù)期性能設(shè)計要求，從而獲得一個具有良好靜、動態(tài)特性的產(chǎn)品設(shè)計方案，如圖1所示。結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計的主要內(nèi)容包括:

(1)建立一個切合實際的結(jié)構(gòu)動力學模型;

(2)選擇有效的動態(tài)優(yōu)化設(shè)計方法。

2機械結(jié)構(gòu)建模分析及優(yōu)化實例

以數(shù)控車床關(guān)鍵部件尾架為例進行研究。數(shù)控車床動態(tài)設(shè)計是在“正問題”處理方法的基礎(chǔ)上進行的，數(shù)控車床共有零、部件800多個，其中對整機結(jié)構(gòu)性能影響大的零、部件主要有以下幾個:床身、主軸箱、尾架等。為使整機具有良好的動態(tài)性能，必須對關(guān)鍵部件進行優(yōu)化。為此，應(yīng)先建立數(shù)控車床主要部件的幾何模型和滿足其動力學特征的有限元模型，進行動態(tài)分析，根據(jù)動態(tài)分析的結(jié)果對原部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)進行動力學修改和結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化，最終得到一個具有良好靜、動態(tài)特性的產(chǎn)品設(shè)計方案。

數(shù)控車床的尾架安置在床身的尾架導(dǎo)軌上，并可沿此導(dǎo)軌調(diào)整其縱向位置。尾架套筒的錐孔裝有后頂尖，用以支撐工件。由于尾架頂尖與主軸箱卡盤的同軸度直接影響著車床加工零件的精度，因此，尾架的結(jié)構(gòu)是否合理對保證車床加工高精度很重要。

如圖2為尾架系統(tǒng)的有限元模型，考慮到實際情況，將尾架導(dǎo)軌與兩導(dǎo)軌座作為一體處理，尾架體與導(dǎo)軌之間以互為接觸單元為主，每個導(dǎo)軌座均布4個全約束點，系統(tǒng)共有單元7 049個。得到尾架系統(tǒng)前三階振型如圖3(a)，3(b)，3(c)所示。表1列出了尾架系統(tǒng)計算頻率及振型特性。

由分析可知，該尾架系統(tǒng)剛度很弱，相當于簡支梁，是整機結(jié)構(gòu)中非常薄弱的部分。綜合新車床的布局，考慮鑄造工藝性，尾架的導(dǎo)軌直接與床身一體，優(yōu)化后的尾架由上下2部分組成，如圖4所示，其有限元模型如圖5所示。

建立改進尾架的有限元模型，系統(tǒng)共有2 210個體單元，對尾架上下2部分禍合12個節(jié)點，前三階固有振型如表2所示。

篇4

中圖分類號：TH2文獻標識碼：A

Abstract：Taking the counterjib of T3000160 super large flattop tower crane as the research object，the structure is optimized. Firstly，the finite element simulation model of the counterjib is established. Then，the APDL algorithm language and parametric technique in Ansys are used to parameterize the design dimensions of the counterjib structure. Through the structural optimization，the optimal crosssectional dimension of the main structure of the counterjib is obtained，The results show that the overall strength and rigidity of the counterjib meet the design requirements，and the parametric design can improve the design quality of the construction machinery.

Key words：super large flattop tower crane，counterjib，optimized design，finite element

1引言

S著有限元技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機輔助設(shè)計在塔式起重機關(guān)鍵組成部件的優(yōu)化分析設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。計算機輔助設(shè)計及有限元分析技術(shù)的引進使用，使得塔機產(chǎn)品使用起來更加安全和高效。超大型平頭塔式起重機作為塔機發(fā)展的方向，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工況多樣，僅僅對其進行整體的綜合系統(tǒng)設(shè)計是不夠的，更應(yīng)該關(guān)注其細節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析，關(guān)注計算機優(yōu)化設(shè)計。

本論文選取T3000160超大型平頭塔式起重機作為研究對象，利用計算機輔助設(shè)計技術(shù)對平衡臂結(jié)構(gòu)進行有限元建模分析，使用APDL算法完成平衡臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，達到降本增效的目的。

2Ansys有限元分析優(yōu)化設(shè)計的有關(guān)概念121設(shè)計變量設(shè)計方案完成后，其中的設(shè)計元素可以用一組基本參數(shù)數(shù)值來表示，這一組參數(shù)數(shù)值就是所謂的設(shè)計變量。

22目標函數(shù)

在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可以利用一些設(shè)計指標衡量一項設(shè)計方案的好壞，通過把設(shè)計指標參數(shù)化得到相關(guān)函數(shù)來表示這些指標，這些相關(guān)函數(shù)即是優(yōu)化設(shè)計的目標函數(shù)。

計算技術(shù)與自動化2017年6月第36卷第2期郭紀斌等：基于Ansys的超大型平頭塔式起重機平衡臂優(yōu)化設(shè)計23約束性條件

所謂約束性條件是在對與目標函數(shù)相關(guān)的設(shè)計變量進行取值時加入的限制性條件。約束類型按照目標函數(shù)中設(shè)計變量的不同性質(zhì)可分為邊界性約束和性能性約束。

24合理性設(shè)計

所謂合理性設(shè)計是指滿足設(shè)計方案所有給定約束條件（包括設(shè)計變量的約束和狀態(tài)變量的約束）的設(shè)計。倘若給定約束條件中的任一條未滿足，該設(shè)計就被認為是不合理的。而最優(yōu)設(shè)計就是既能滿足所有約束條件同時目標函數(shù)值又是最小的設(shè)計。

3超大型平頭塔機平衡臂優(yōu)化設(shè)計的步驟

在Ansys軟件中可以用兩種方式進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計：圖形交互式或者數(shù)據(jù)批處理來完成。在本論文中，選用數(shù)據(jù)批處理方式來進行平衡臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，以期提高優(yōu)化設(shè)計效率。

由于用戶采用優(yōu)化方式的差異（批處理或GUI方式），Ansys優(yōu)化設(shè)計步驟會有些許差別。本論文中平衡臂優(yōu)化設(shè)計步驟如下：

31分析文件的生成1311參數(shù)化建立模型通過Ansys軟件/PREP7命令把設(shè)計方案中的設(shè)計變量參數(shù)化建立數(shù)據(jù)模型的工作完成。對于本論文選定的T3000160超大型平頭塔式起重機平衡臂，設(shè)計變量是拉桿和臂架弦桿的尺寸，如表1所示。

表1設(shè)計變量

設(shè)計變量1初值（mm）1變量含義X112001平衡臂下弦桿角鋼L200X36的截面長度X21361平衡臂下弦桿角鋼L200X36的截面長度X31651平衡臂拉桿圓鋼Φ130的半徑

312計算求解

Ansys中的求解器主要是對分析類型和分析選項在優(yōu)化過程中進行定義，并完成載荷的施加，及對載荷步的指定，最后進行有限元分析計算，同時在分析過程中需要的數(shù)據(jù)都要在計算求解過程中指出。

在本論文平衡臂的優(yōu)化分析中，solution 部分輸入如下：

/SOLU

PREP7，

…

BEAM，P21X，5，PRES，-0.2c-5，…

Acc1，0，10000，0，

AUTO CP，0，0.65*2，

SOLVE，

FINISH。

313提取參數(shù)化分析結(jié)果

對分析結(jié)果進行提取并給相應(yīng)的參數(shù)賦值，這些參數(shù)通常情況下包括目標函數(shù)和狀態(tài)變量。完成本步操作使用POST1命令，尤其是與數(shù)據(jù)的存儲、加減或者其他操作相關(guān)時，而對數(shù)據(jù)的提取通常用*GET命令（Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data）來完成。

在本論文研究中，設(shè)置平衡臂總重量為目標函數(shù)。因為重量和體積成比例關(guān)系，對產(chǎn)品總體積的減小就相當于總重量的減少，因此把總體積設(shè)計為目標函數(shù)。在優(yōu)化研究中，把軸向應(yīng)力、節(jié)點位移設(shè)置為狀態(tài)變量。這些參數(shù)的設(shè)定可以用下面的方法進行定義：

/POST1

ETABLE，evolume，VOLU，

QR SSUM

*GET，VOLUME，SSUM，DEFORMED，EVOLUME

…

QR，SMAX_E，LS，0，1

CP，ETAB，SMAX_E，0，1，

*GET，SMAX_E，SORT，MAX

…

*GETT，DYMAX1，NODE，1528，Z，Y

…

32對計算結(jié)果優(yōu)化分析

建立完成分析文件之后，就可以利用計算機進行優(yōu)化分析。在優(yōu)化處理器中，這些相關(guān)參數(shù)的值被假定為一個設(shè)計序列，所有參數(shù)會在Ansys數(shù)據(jù)庫中被自動設(shè)置為設(shè)計序列1。

4超大型平頭塔機平衡臂優(yōu)化設(shè)計結(jié)果

通過10次迭代計算完成對模型參數(shù)的優(yōu)化，目標函數(shù)與設(shè)計變量的變化如圖1―圖3所示。

圖1設(shè)計變量X1優(yōu)化示意圖圖2設(shè)計變量X2優(yōu)化示意圖圖3設(shè)計變量X3優(yōu)化示意圖通過上面的優(yōu)化示意圖可以看出，三個設(shè)計變量都是平衡臂主結(jié)構(gòu)件的截面尺寸，經(jīng)過優(yōu)化計算，截面尺寸都得以減小，而與其相關(guān)的目標函數(shù)（平衡臂總體積）有總體減小的趨勢。

在優(yōu)化計算時不僅要減少平衡臂體積，同時其結(jié)構(gòu)對強度和剛度的設(shè)計要求也要滿足，所以本研究增設(shè)狀態(tài)變量1（平衡臂端部位移）和狀態(tài)變量2（截面危險節(jié)點的應(yīng)力值）為研究對象，其優(yōu)化過程如圖4―圖5所示。

圖4狀態(tài)變量1優(yōu)化示意圖圖5狀態(tài)變量2優(yōu)化示意圖從兩個狀態(tài)變量的優(yōu)化過程可以看出，在經(jīng)過多次迭代優(yōu)化后各狀態(tài)變量值變量均在設(shè)定值范圍內(nèi)變化，變化非常小。

目標函數(shù)的最優(yōu)解在Ansys優(yōu)化設(shè)計過程可以自動選出，在本論文中得出的最優(yōu)解見表2。

由優(yōu)化計算結(jié)果可以看出，平衡臂總質(zhì)量由18.87噸優(yōu)化到了17.13噸，p少了1.74噸，減重百分比為9.22%。與初始設(shè)計方案相對比，優(yōu)化后主體結(jié)構(gòu)件截面尺寸減小，從而降低了平衡臂總質(zhì)量，達到了減輕平衡臂總重量的優(yōu)化設(shè)計目標。通過對優(yōu)化模型有限元分析結(jié)果的檢查，其結(jié)構(gòu)剛度、強度均符合設(shè)計要求，如表2所示。

本論文選用Ansys一階優(yōu)化方法對以平衡臂總質(zhì)量為目標函數(shù)的方案進行計算優(yōu)化，優(yōu)化后平衡臂結(jié)構(gòu)強度剛度均在設(shè)計允許值范圍內(nèi)。通過定義主要結(jié)構(gòu)件尺寸的優(yōu)化，平衡臂總重量減少1.74噸，降幅9.22%。

5結(jié)論

本論文以T3000160超大型平頭塔式起重機平衡臂的優(yōu)化設(shè)計為研究對象，采用現(xiàn)代設(shè)計理論和方法，使用主流有限元分析軟件Ansys完成對平衡臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析，其過程主要如下。

（1）建立T3000160塔機平衡臂有限元分析模型，選用BEAM188，MASS21等作為模型分析單元，確保有限元模型結(jié)構(gòu)、重量等參數(shù)的設(shè)置符合實際情況。

（2）各項參數(shù)滿足設(shè)計方案要求。通過優(yōu)化分析，得到平衡臂主體結(jié)構(gòu)件的最優(yōu)截面尺寸，同時有限元分析結(jié)果表明整體結(jié)構(gòu)強度和剛度滿足設(shè)計方案需求。

（3）本論文選取T3000160超大型平頭塔式起重機的平衡臂進行有限元分析優(yōu)化設(shè)計，為超大型平頭塔式起重機平衡臂及其他相關(guān)部件結(jié)構(gòu)的強度分析和設(shè)計提供一個理論性的支撐，同時提高工程機械設(shè)計質(zhì)量，縮短設(shè)計周期，促進優(yōu)化設(shè)計法在起重機設(shè)計中的應(yīng)用。

參考文獻

[1]張洪信.ANSYS基礎(chǔ)與實例教程[M].北京：機械工業(yè)出版社.2013.

[2]周寧. ANSYS APDL高級工程應(yīng)用實例分析與二次開發(fā)[M].北京：中國水利水電出版社. 2007.

[3]起重機設(shè)計規(guī)范GB/T38112008[S].中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.2009.

[4]馬東輝，趙東.基于ANSYS和MATLAB的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J].制造業(yè)自動化.2013.35（10）：106-108.

[5]李新華，張毅，戴琳.塔式起重機起重臂的模糊優(yōu)化設(shè)計[J].機械與電子.2010（9）：92-93.

篇5

礦山機械中的一些大型設(shè)備大部分是結(jié)構(gòu)件。據(jù)不完全統(tǒng)計，裝載機、牙輪鉆機、挖掘機等設(shè)備，其結(jié)構(gòu)件占60%以上。對這些以結(jié)構(gòu)件為主的設(shè)備，采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，其結(jié)果是很不理想的。慶幸的是，我們這行業(yè)的研究設(shè)計人員開始關(guān)注這個問題，做了一些有益的工作。如對一些機構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，用有限原方法進行結(jié)構(gòu)的靜動強度分析等等。但到目前為止，仍沒見到有關(guān)礦山機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的文獻。

一、礦山機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的可行性和必要性

1.盡管有這樣那樣的困難，對礦山機械進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計還是有可能的。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用有三個前提條件：一是電子計算機的發(fā)展和普及，二是有限元理論和方法的發(fā)展；三是高效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。從目前情況著，電子計算機特別是微型電子計算機在科研、設(shè)計部門已日益普及，作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化基礎(chǔ)之一的有限元理論和方法是比較成熟的，而且有了不少通用的有限元分析程序；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論，經(jīng)過二十多年的發(fā)展也日臻成熟，無論是優(yōu)化準則法、數(shù)學規(guī)劃法還是兩者的統(tǒng)一方法，其解題效率都比較高。結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)目前已廣泛地應(yīng)用于航空部門、土建部門等。在礦山機械領(lǐng)域由于廣大科技工作者的努力，在有限元分析方面已取得了較大的進展。對牙輪鉆機、裝載機、挖掘機等主要礦山機械的有限元分析已全面展開。這就為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了直接的便利條件。給礦山機械的優(yōu)化提供了可靠的保證。

2.礦機中的一些主要設(shè)備如牙輪鉆機、裝載機、挖掘機等都具有一個比較明顯的特點，那就是：十分笨重，運輸不便。對這些設(shè)備采用傳統(tǒng)方法進行設(shè)計時，則往往難以找到一個理想的方案。其應(yīng)力分布和結(jié)構(gòu)往往是不太合理。而采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，可以在對原始設(shè)計方案進行有限元分析的基礎(chǔ)上，采用自動尋優(yōu)方法，就可以找到一個較理想的方案。使結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布更加均勻，結(jié)構(gòu)更加合理。而且，從現(xiàn)在的文獻來看，設(shè)備的自重可以減輕25%左右，其經(jīng)濟效益是十分顯著的。因此，有必要對礦機結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。

二、 礦山機械設(shè)計中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

1. 最大可靠性結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。"可靠性"的概念對我們并不陌生，但將可靠性概率引入超靜定結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，卻鮮為人知。而在工程設(shè)計中卻經(jīng)常希望在給定材料體積下盡可能合理地分布結(jié)構(gòu)材料，使結(jié)構(gòu)的可靠性盡可能地大，或是研究一個用料省、可靠性大的折衷方案。因此在礦山機械結(jié)構(gòu)件設(shè)計中，引入可靠性概率（結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)完成預(yù)定功能的概率）這一衡量結(jié)構(gòu)可靠性的指標，采用一次二階矩概率設(shè)計理論，以傳統(tǒng)的安全系數(shù)為目標進行優(yōu)化，就可以提高結(jié)構(gòu)的安全度，而且使結(jié)構(gòu)更為合理。文獻"1"以結(jié)構(gòu)桿件截面積為設(shè)計變量進行了可靠性最大的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計表明這個方法是可行的。

2. 結(jié)構(gòu)模糊優(yōu)化設(shè)計。從目前的有限元程序，對于所給定的計算模型，其結(jié)果是比較精確的。但是對實際結(jié)構(gòu)而言，這個結(jié)果是不大可信的。這是與模型、載荷，約束的簡化等多方面因素有關(guān)。本來，這些因素在實際工作或結(jié)構(gòu)中是不大容易確定的，也就是說具有一定的"模糊性"。另外，對于有限元分析的計算工況的確定也是比較困難的。目前，我們在有限元分析中，一般是選擇典型工況進行，至于這典型工況的"典型性"則是由分析者自己確定。此外，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，還有許多東西是模糊的，目標函數(shù)、約束條件、約束條件的右端項等等均具有一定的模糊性。最后，為了真正地得到滿足所有可能約束的結(jié)構(gòu)最佳組成，我們要對最后的尺寸和形狀作出決策。因為，對每種不同的工況，計算得到的"最優(yōu)值"是各不相同的，那么，在綜合所有計算工況時，究竟如何確定其最終尺寸呢？顯然，按滿應(yīng)力法則不大可行，因為滿應(yīng)力法是要求每一單元至少在一種工況下達到滿應(yīng)力狀態(tài)，這樣綜合的結(jié)構(gòu)就不可能是最輕結(jié)構(gòu)。因此，最后尺寸和形狀的決定也要借助模糊理論來解決。從模糊到精確，再從精確到模糊，這是符合歷史發(fā)展規(guī)律。

3.研制、推廣、應(yīng)用CAD軟件。根據(jù)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，借助計算機輔助設(shè)計，不但能對結(jié)構(gòu)的初始方案和改進方案快速地進行結(jié)構(gòu)分析和強度校核。而且還能開展以最輕重量的單目標優(yōu)化設(shè)計和以機器工作性能、節(jié)省鋼材和結(jié)構(gòu)強度三大要素為出發(fā)點的多目標優(yōu)化設(shè)計。因此加速研制一些多功能的計算機輔助設(shè)計軟件，對于提高礦山機械設(shè)計的質(zhì)量，是很有必要的。目前，在農(nóng)機領(lǐng)域已經(jīng)有了用于微型機的大型多功能的MAS程序系統(tǒng)，不過，在優(yōu)化設(shè)計等方面，還有待進一步完善。應(yīng)用CAD軟件，可以在以下幾個方面起到明顯作用：一是提供合理的設(shè)計方案、節(jié)省鋼材和成本。二是提高產(chǎn)品設(shè)計水平。三是可找出結(jié)構(gòu)損壞的原因和有害振動的根源。四是可以對機器系統(tǒng)進行多目標的優(yōu)化設(shè)計。在研制CAD系統(tǒng)時，應(yīng)該注意的是：一是發(fā)掘較為普及的微型機的潛力。二是結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析的完備性（結(jié)構(gòu)靜動分析、結(jié)構(gòu)靜動優(yōu)化計算機繪圖等）。三是適用于多種結(jié)構(gòu)型式，即適用于多單元的結(jié)構(gòu)（如桿、梁、板、殼等）。

三、發(fā)展方向

1.大力推廣應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展方向。航空、國防、造船等行業(yè)分別召開了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的學術(shù)交流會。土建部門還舉辦了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的專門講習班。機械工程學會召開的強度學術(shù)會議上也交流了結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的論文。這說明在這些行業(yè)和部門，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)受到重視。因此，礦山機械設(shè)計部門的工作者（包括設(shè)計師、研究生和教師）應(yīng)該注意推廣和應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)?？梢耘e辦結(jié)構(gòu)優(yōu)化枝術(shù)講習班，召開礦山機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計學術(shù)交流會。學習工程設(shè)計人員應(yīng)該掌握結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的基本知識，學會使用一些結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計軟件。對具體的結(jié)構(gòu)采用優(yōu)化設(shè)計，以提高整個礦山機械的設(shè)計水平。

2.礦機結(jié)構(gòu)從靜力優(yōu)化向動力優(yōu)化過渡。首先，我們要大力開展礦機結(jié)構(gòu)的靜力優(yōu)化設(shè)計，推廣應(yīng)用和完善現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序，研制和發(fā)展一些通用性較強而且又適合礦機特點的軟件包。其次，我們應(yīng)該在結(jié)構(gòu)靜力優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對礦機結(jié)構(gòu)進行動力優(yōu)化設(shè)入計。因為在靜力優(yōu)化時沒有考慮結(jié)構(gòu)的動力特性。如固有頻率、動態(tài)響應(yīng)等。而這些動力特性對于大部分礦山機械來說是比較重要的。如固有頻率對司機乘坐的舒適性以及共振破壞等都是很重要的。而結(jié)構(gòu)的動力優(yōu)化設(shè)計就是在靜力優(yōu)化的基礎(chǔ)上引進頻率約束，動強度約束，動剛度約束等。在理論上，進行動力優(yōu)化是沒有困難的，靜力優(yōu)化的結(jié)果可以作為動力優(yōu)化的初始值。

我們建議，在近幾年內(nèi)，應(yīng)該集中精力著手研究一些具有專業(yè)特色的典型的程序包。如底盤、車架、機架等結(jié)構(gòu)件的優(yōu)一化程序。按照結(jié)構(gòu)的通用性、統(tǒng)一性和組合性原則建立程序包，對結(jié)構(gòu)件進行選型優(yōu)化設(shè)計。當然，如果在程序包中加上對整機參數(shù)的優(yōu)化、液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、傳動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計等等，可以使礦山機械的設(shè)計更趨自動化。

參考文獻：

篇6

二、在研究方案制定過程中培養(yǎng)學生的研發(fā)能力

目前針對工科專業(yè)的研究性教學而言，以“項目和課題研究為導(dǎo)向”的教學方式非常貼切現(xiàn)行教學改革的要求和趨勢。該教學模式可以將學習、研究、實踐有機地結(jié)合起來，充分發(fā)揮學生的主體作用，使學生能創(chuàng)造性地運用所學的知識和能力，通過自己的主動探索、主動思考、主動實踐，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題。首先，教師在講課內(nèi)容中要增加具體的工程實例，同時注重引導(dǎo)學生注意身邊的工程問題，鼓勵學生參與提煉工程主題，并將工程主題與教學重點內(nèi)容結(jié)合起來。在進行項目研究方案的制訂與討論過程中，可以先介紹課題的來源、背景、研究需求和研究目標，讓學生以分組的形式去查資料，閱讀查文獻，了解目前的研究現(xiàn)狀及研究方法，制定課題的研究方案，引導(dǎo)學生展開課堂討論，并根據(jù)所學的知識提出解決問題的方法，這樣可以將抽象的理論與具體的工程背景結(jié)合，使抽象的工程問題變得豐滿有趣，從而強化學生的工程概念與背景。然后，將學生帶到企業(yè)，進入生產(chǎn)現(xiàn)場和使用現(xiàn)場，獲得對所研究課題的感性認識，掌握和了解課題實際存在的問題，形成教學與實際結(jié)合起來的課外教學方式，通過學生親身實踐、工程技術(shù)人員的介紹以及教師的深入分析，使學生對研究的內(nèi)容和課題有較為深刻的理解，便于制定更為具體和合理的研究計劃。例如在對某型號的路燈燈桿進行強度與可靠性研究時，可以運用力學知識進行理論計算，再進行實際測量，最后進行優(yōu)化設(shè)計，這一過程幾乎會涉及到機械設(shè)計類的所有課程。

三、在項目實施過程中鍛煉學生的實踐能力

對于工科的本科生和研究生而言，我們現(xiàn)在的人才培養(yǎng)非常重視專業(yè)知識的學習，畢業(yè)后學生可以掌握本專業(yè)系統(tǒng)的理論知識和一定的實踐能力。但很多畢業(yè)生在進入工作崗位后，往往還需要2～5年時間的重新學習與培訓(xùn)，才能具備較好的工程素養(yǎng)，也才能獨立解決工程實際問題，從而造成企業(yè)人力與財力的浪費，使得企業(yè)在招聘人才時，首先考慮的不是學生的文憑和學習成績，而是工作經(jīng)歷和工作經(jīng)驗。近幾年本科教學大綱經(jīng)歷了至少兩次修訂，修訂過程中已經(jīng)注意到這個問題，并且正在進行較大幅度的改革，其主要做法是加大實踐性教學環(huán)節(jié)的比重，實行企業(yè)與學校的聯(lián)合培養(yǎng)模式，其目標就是在工程應(yīng)用、生產(chǎn)實際中培養(yǎng)學生獨立思考與解決問題的能力。如果能夠讓學生參與到教師與企業(yè)合作的課題中來，在項目研究與實施的過程中，讓學生將學到的知識應(yīng)用于解決具體的工程問題，就可以實現(xiàn)新大綱修訂的宗旨，滿足新大綱的要求。橫向課題是企業(yè)在生產(chǎn)過程中或客戶在使用過程中發(fā)現(xiàn)和提出來的技術(shù)難題，往往具有一定的難度，課題的研究也是一項系統(tǒng)工程，其研究成果可以直接提升產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)生明顯的社會和經(jīng)濟效益。所以首先需要對研究的對象進行全面的了解、分析、調(diào)研與查閱資料，包括設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能、使用方法、產(chǎn)品質(zhì)量的評估等，這方面的研究可以培養(yǎng)學生畫圖、識圖、查閱文獻的能力。確定了詳細的研究方案之后，就要進行課題的研究，該研究過程往往歷時幾個月，甚至一年以上。在此研究過程中，學生需要參與大量的研究工作，可以在教師的指導(dǎo)下將學到的系統(tǒng)知識應(yīng)用于理論計算，通過對理論知識的復(fù)習和應(yīng)用，了解理論研究的價值，加深對理論知識的理解；學生還可以從事實驗分析和實際測試，不但可以在實驗室對試樣進行試驗，進一步熟悉實驗室儀器與設(shè)備的使用方法和技巧，還可以到車間進行實際測量，掌握現(xiàn)代測試儀器的操作和使用，并在試驗和測試完成后，進行數(shù)據(jù)的處理工作；在試驗研究的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學生利用先進的計算機仿真手段進行優(yōu)化設(shè)計，通過學習先進的三維設(shè)計軟件、有限元計算軟件等進行結(jié)構(gòu)的改進設(shè)計研究工作，并將計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比，及時了解優(yōu)化設(shè)計的效果，從而達到研究的目的。讓學生深度參與課題的研究過程，一方面可以使學生獲得較為全面、系統(tǒng)的學習與訓(xùn)練。對機械專業(yè)學生而言，可以對實驗應(yīng)力分析、有限元分析、機械振動、機械結(jié)構(gòu)的測試分析以及優(yōu)化設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計類的重要課程和知識點有非常深刻的了解；另一方面還可以對企業(yè)的產(chǎn)品、要求、技術(shù)、研發(fā)甚至市場都有比較全面的接觸。這樣對畢業(yè)生就業(yè)而言，所提供的參與這些企業(yè)課題研發(fā)的經(jīng)歷，對企業(yè)來說無疑具有極大的吸引力。最為關(guān)鍵的是，這些學生一旦進入相關(guān)行業(yè)，馬上可以發(fā)揮很大的作用，能夠獨當一面解決企業(yè)面臨的具體工程問題。

四、在項目成果的總結(jié)中提高學生的綜合能力

學生通過參與科研項目的研究過程，可以了解企業(yè)的技術(shù)改進與研發(fā)過程，可以應(yīng)用到所學的很多知識，也可以掌握很多新的思想、理念、方法和研究手段，可以培養(yǎng)動手能力和創(chuàng)新意識，但更為重要的是還需要通過對項目的總結(jié)來進一步提升他們的綜合能力和素質(zhì)。項目研究過程還包括對研究結(jié)果的總結(jié)，尤其是需要對照預(yù)期的研究指標進行分析與匯總，形成一系列的研究成果。這一過程可以提供學生撰寫總結(jié)報告、學術(shù)論文與專利的機會。相對于知識的學習和動手能力的培養(yǎng)，我們目前對這種能力的要求不是很高，甚至不作要求，一般總是認為本科生沒有能力獨立撰寫和發(fā)表學術(shù)論文。但實際上對很多學生來說，只要閱讀過一定數(shù)量的科技文獻，再經(jīng)過一定的指導(dǎo)和鍛煉，加上教師的認真修改，本科生完全可以發(fā)表學術(shù)論文，甚至是質(zhì)量較高的國際論文。相對于較為專業(yè)的學術(shù)論文而言，撰寫專利，尤其是實用新型專利或外觀設(shè)計專利，相對來說比較容易，只要鼓勵學生善于觀察、敢于思考、勇于創(chuàng)新，再加上一定的指導(dǎo)，應(yīng)該可以完成專利的授權(quán)，這一點對將來學生在企業(yè)工作非常有利。目前所有大學都越來越重視大學生的第二課堂，對工科學校來說這是培養(yǎng)“卓越工程師”的主陣地，也是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新意識和動手能力的主課堂，對拓展學生的綜合素質(zhì)起到非常重要的作用。學生可以從參與的課題中提煉新的內(nèi)容，作為大學生課外科技活動項目，也可以將研究成果進行整理，參加各項科技競賽活動，如“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽、機械設(shè)計創(chuàng)新大賽等。通過競賽調(diào)動學生的主動性、積極性、創(chuàng)造性，激發(fā)學生的潛能，展示學生的才能。

篇7

【關(guān)鍵詞】減速器優(yōu)化設(shè)計

傳統(tǒng)的減速器設(shè)計一般通過反復(fù)的試湊、校核確定設(shè)計方案，雖然也能獲得滿足給定條件的設(shè)計效果，但一般不是最佳的。為了使減速器發(fā)揮最佳性能，必須對減速器進行優(yōu)化設(shè)計，減速器的優(yōu)化設(shè)計可以在不同的優(yōu)化目標下進行。除了一些極為特殊的場合外，通常可以分為從結(jié)構(gòu)形式上追求最小的體積(重量)、從使用性能方面追求最大的承載能力、從經(jīng)濟效益角度考慮追求最低費用等三大類目標。第一類目標與第二類目標體現(xiàn)著減速器設(shè)計中的一對矛盾，即體積(重量)與承載能力的矛盾。在一定體積下，減速器的承載能力是有限的；在承載能力一定時，減速器體積(重量)的減小是有限的。由此看來，這兩類目標所體現(xiàn)的本質(zhì)是一樣的。只是前一類把一定的承載能力作為設(shè)計條件，把體積(重量)作為優(yōu)化目標；后一類反之，把一定的體積(重量)作為設(shè)計條件，把承載能力作為優(yōu)化目標。第三類目標的實現(xiàn)，將涉及相當多的因素，除減速器設(shè)計方案的合理性外，還取決于企業(yè)的勞動組織、管理水平、設(shè)備構(gòu)成、人員素質(zhì)和材料價格等因素。但對于設(shè)計人員而言，該目標最終還是歸結(jié)為第一類或第二類目標，即減小減速器的體積或增大其承載能力。

一、單級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計

單級主減速器可由一對圓錐齒輪、一對圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、成本低、使用簡單等優(yōu)點。但是其主傳動比i0不能太大，一般i0≤7，進一步提高i0將增大從動齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動齒輪熱處理困難。單級主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車的驅(qū)動橋中。單級圓柱齒輪減速器以體積最小為優(yōu)化目標的優(yōu)化設(shè)計問題，是一個具有16個不等式約束的6維優(yōu)化問題，其數(shù)學模型可簡記為：

minf(x)x=[x1x2x3x4x5x6]T∈R6

S.t.gj(x)≤0(j=1，2，3∧，16)

采用優(yōu)化設(shè)計方法后，在滿足強度要求的前提下，減速器的尺寸大大地降低，減少了用材及成本，提高了設(shè)計效率和質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計法與傳統(tǒng)設(shè)計密切相關(guān)，優(yōu)化設(shè)計是以傳統(tǒng)設(shè)計為基礎(chǔ)，沿用了傳統(tǒng)設(shè)計中積累的大量資料，同時考慮了傳統(tǒng)設(shè)計所涉及的有關(guān)因素。優(yōu)化設(shè)計雖然彌補了傳統(tǒng)設(shè)計的某些不足，但該設(shè)計法仍有其局限性，因此可在優(yōu)化設(shè)計中引入可靠性技術(shù)、模糊技術(shù)，形成可靠性優(yōu)化設(shè)計或模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計法，使工程設(shè)計技術(shù)由“硬”向“軟”發(fā)展。

二、混凝土攪拌運輸車減速器的優(yōu)化設(shè)計

1.主要參數(shù)

混凝土攪拌運輸車攪拌筒(罐)的設(shè)計容積為8～10m3，最大安裝角度12°，工作轉(zhuǎn)速2～4r/min和10～12r/min(卸料時的反向轉(zhuǎn)速)；減速器設(shè)計傳動比131∶1，最大輸出轉(zhuǎn)矩60kN·m，要求傳動效率高、密封性好、噪聲低、互換性強。2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括前蓋組件、被動輪組件、第一級行星輪總成、第二級行星輪總成、機體中部組件和法蘭盤組件6大部分。機體間采用螺栓和銷釘連接與定位，機體與內(nèi)齒圈之間采用彈性套銷的均載機構(gòu)。為便于用戶在使用時裝配與拆卸，減速器主軸線與安裝面設(shè)計有15°的傾角，法蘭盤軸線可以向X、Y和Z方向擺動±6°，并選用專用球面軸承作為支承。軸承裝入行星輪中，彈簧擋圈裝在軸承外側(cè)且軸向間隙≤0.2mm，減速器最大外形尺寸467mm×460mm×530mm，總質(zhì)量(不含油)為290kg。

2.傳動系統(tǒng)設(shè)計

該減速器采用3級減速方案：第一級為高速圓柱齒輪傳動，其余兩級為NGW型行星齒輪傳動。其中，第二、三級分別有3個和4個中空式行星輪，行星輪安裝在單臂式行星架上，行星架浮動且采用滾動軸承作為支承；第二級行星架與法蘭盤之間采用鼓形齒雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器連接，混凝土攪拌運輸車減速器對齒面接觸疲勞強度、齒根彎曲疲勞強度和齒面磨損等要求十分苛刻，因此合理地選擇變位系數(shù)和進行修形計算十分重要。

三、減速器優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學模型

1.目標函數(shù)

對于C型問題，目標函數(shù)是A=min{f(x)}=min{f(x1，x2，…，xn)}式中：A——減速器總中心距，即各級中心距之和；x——各設(shè)計變量(包括各級中心距、模數(shù)、螺旋角、齒數(shù)、齒寬和變位系數(shù)等)；n——設(shè)計變量的個數(shù)。對于P型問題，目標函數(shù)是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，…，xn)}。式中：P——減速器的許可承載功率；x——同C型；n——同C型。

2.約束條件

約束條件是判斷目標函數(shù)中設(shè)計變量的取值是否可行的一些規(guī)定，因此減速器優(yōu)化設(shè)計過程中提出的每一個供選擇的設(shè)計方案；都應(yīng)當由滿足全部約束條件的優(yōu)化變量所構(gòu)成。對于減速器來說，在列出優(yōu)化設(shè)計的約束條件時，應(yīng)當從各個方面細致周全的予以考慮。例如，設(shè)計變量本身的取值規(guī)則，齒輪與其它零件之間應(yīng)有的關(guān)系等等。減速器優(yōu)化設(shè)計應(yīng)考慮以下約束條件：

（1）設(shè)計變量取值的離散性約束

齒數(shù)：每個齒輪的齒數(shù)應(yīng)當是整數(shù)；模數(shù)：齒輪模數(shù)應(yīng)符合標準模數(shù)系列(GB1357-78)；中心距：為避免制造和維護中的各種麻煩，中心距以10mm為單位步長。

（2）設(shè)計變量取值的上下界約束

螺旋角：對直齒輪為零，斜齒輪按工程上的使用范圍取8°~15°；總變位系數(shù)：由于總變位系數(shù)將影響齒輪的承載能力，常取為0~0.8。

（3）齒輪的強度約束

齒輪強度約束是指齒輪的齒面接觸疲勞強度與輪齒的彎曲疲勞強度，這兩項計算根據(jù)國家標準GB3480-83中的方法進行。強度是否夠，根據(jù)實際安全系數(shù)是否達到或超出預(yù)定的安全系數(shù)進行檢驗。

（4）齒輪的根切約束

為避免發(fā)生根切，規(guī)定最小齒數(shù)，直齒輪為17，斜齒輪為14~16。

（5）零件的干涉約束

篇8

本文介紹傳統(tǒng)與現(xiàn)代優(yōu)化方法近年來在國內(nèi)機械工程界的應(yīng)用情況，并展望優(yōu)化方法應(yīng)用研究的方向。

1傳統(tǒng)優(yōu)化方法的應(yīng)用與改進

1.1傳統(tǒng)優(yōu)化方法的應(yīng)用

從近幾年發(fā)表的工程優(yōu)化設(shè)計論文可以看出，傳統(tǒng)優(yōu)化方法仍有較為廣泛的應(yīng)用，具有不可忽視的作用。在機械工程領(lǐng)域，傳統(tǒng)優(yōu)化方法主要應(yīng)用于機構(gòu)或機械零部件的優(yōu)化設(shè)計，在結(jié)構(gòu)、形狀、性能和可靠性等方面進行優(yōu)化，改善了機械產(chǎn)品的質(zhì)量，減輕了重量，提高了性能。在優(yōu)化設(shè)計中，隨機方向法、復(fù)合形法、增廣拉格朗日乘子法、懲罰函數(shù)法等應(yīng)用都十分廣泛。

1.2傳統(tǒng)優(yōu)化方法的改進

針對廣泛采用的基本復(fù)合形法存在著搜索不完全、映射系數(shù)取值不靈活、復(fù)形多樣性保持差等缺陷，提出了相應(yīng)的改進措施，如動態(tài)全域映射收縮算子以及最大冗余點映射準則，形成了一類新型的復(fù)合形法，大大提高了尋優(yōu)成功率。文獻[7]利用改進的離散變量懲罰函數(shù)法解決離散變量的工程問題，將整個優(yōu)化過程分為連續(xù)變量懲罰函數(shù)法的初始優(yōu)化、帶離散變量的懲罰函數(shù)法優(yōu)化和網(wǎng)格法檢驗三步進行，消除了優(yōu)化變量初始值對優(yōu)化結(jié)果的影響，使優(yōu)化結(jié)果更為準確合理。提出了連續(xù)變量及非均勻離散變量的均勻離散化處理方法，并借鑒離散變量的搜索優(yōu)化法，在連續(xù)變量的復(fù)合形法基礎(chǔ)上，探討了一種求解有約束非線性混合離散變量的優(yōu)化設(shè)計問題的方法――混合離散復(fù)合形法，該算法可用于工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，其結(jié)果不需圓整，解題可靠性和效率大大提高。 1.3懲罰函數(shù)法

懲罰函數(shù)法，是約束優(yōu)化問題中一種比較常用的間接解法。采用基于Powell的內(nèi)點懲罰函數(shù)法對實際偏心擺式飛剪機剪切機構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，使飛剪機的機械參數(shù)滿足了剪切過程要求，同時提高了飛剪機剪切性能和軋件的剪切質(zhì)量。文獻[10]運用內(nèi)點懲罰函數(shù)法將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束問題后，用共軛梯度法進行機床主傳動系統(tǒng)中零件參數(shù)的優(yōu)化，使機床主傳動系統(tǒng)方案達到最優(yōu)，同時可提高設(shè)計精度、縮短設(shè)計周期。文獻[11]利用懲罰函數(shù)法對汽車動力傳動系優(yōu)化數(shù)學模型進行了優(yōu)化，使整車綜合性能均有顯著改善。文獻[12]針對混合懲罰優(yōu)化法存在的初始點選擇、可能的局部最優(yōu)點及計算時間等問題，提出了遺傳懲罰復(fù)合算法GPCM。

2現(xiàn)代優(yōu)化方法的應(yīng)用

隨著20世紀70年代初期計算復(fù)雜性理論的形成，科學工作者發(fā)現(xiàn)并證明了大量來源于實際的組合最優(yōu)化問題是非常難解的問題，其中許多問題如0―1背包問題、旅行商問題（TSP）、裝箱問題等，都被證明為NP完全問題，因而傳統(tǒng)的優(yōu)化算法就顯得無能為力了。20世紀80年代初期，應(yīng)運而生了一系列現(xiàn)代優(yōu)化計算方法，如遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法等，它們的共性是基于客觀世界中的一些自然現(xiàn)象，通過與組合最優(yōu)化求解進行類比，找出它們的一些共性，建立相應(yīng)的算法。

2.1遺傳算法

遺傳算法(GeneticAlgorithm簡稱GA)，是20世紀70年代初期由美國密執(zhí)根（Michigan）大學霍蘭（Holland）教授提出的一種全新概率優(yōu)化方法。GA是一種非確定性的擬自然算法，它仿造自然界生物進化的規(guī)律，對一個隨機產(chǎn)生的群體進行繁殖演變和自然選擇，適者生存，不適者淘汰，如此循環(huán)往復(fù)，使群體素質(zhì)和群體中個體的素質(zhì)不斷演化，最終收斂于全局最優(yōu)解。

2.2模擬退火算法

模擬退火算法(SimulatedAnnealing簡稱SA)，最早的思想由Metropolis在1953年提出，Kirkpatrick在1983年成功地應(yīng)用在組合最優(yōu)化問題。SA是一個全局最優(yōu)算法，以優(yōu)化問題的求解與物理系統(tǒng)退火過程的相似性為基礎(chǔ)，利用Metropolis算法并適當?shù)目刂茰囟鹊南陆颠^程實現(xiàn)模擬退火，從而達到求解全局優(yōu)化問題的目的。模擬退火算法是一種通用的優(yōu)化算法，用以求解不同的非線性問題；對不可微甚至不連續(xù)的函數(shù)優(yōu)化，能以較大概率求得全局優(yōu)化解；具有較強的魯棒性、全局收斂性、隱含并行性及廣泛的適應(yīng)性；并且能處理不同類型的優(yōu)化設(shè)計變量(離散的、連續(xù)的和混合型的)；不需要任何的輔助信息，對目標函數(shù)和約束函數(shù)沒有任何要求。目前已在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，諸如VLSI生產(chǎn)調(diào)度、控制工程、機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、數(shù)值分析等領(lǐng)域。

2.3蟻群算法

蟻群算法(AntColonyAlgorithm簡稱ACA)，是受自然界中真實蟻群的集體行為的啟發(fā)而提出的一種基于群體的模擬進化算法，是1991年由意大利學者M.Dorigo等人首先提出，通過人工模擬螞蟻搜索食物的過程來求解旅行商問題(TSP)。蟻群算法對系統(tǒng)優(yōu)化問題的數(shù)學模型沒有很高的要求，只要可以顯式表達即可，避免了導(dǎo)數(shù)等數(shù)學信息，使得優(yōu)化過程更加簡單，遍歷性更好，適合非線性問題的求解。主要應(yīng)用在：旅行商問題(TSP)、二次分配問題(QAP)、車間任務(wù)調(diào)度問題(JSP)、車輛路線問題(VRP)、圖著色問題(GCP)、有序排列問題(SOP)、機構(gòu)同構(gòu)判定問題、數(shù)據(jù)的特征聚類過程、集成電路布線設(shè)計、電信路由控制、交通建模及規(guī)劃等的求解。 2.4三種算法應(yīng)用的比較分析

遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法都是隨機搜索算法，它們的搜索過程都具有非確定性，具有避免陷入局部最優(yōu)以收斂于全局最優(yōu)(或次優(yōu))的能力。三種算法的共同特點是魯棒性較強，對基本算法模型稍加修改，便可以應(yīng)用于其它問題；具有并行性，易于并行實現(xiàn)；很容易與多種啟發(fā)式算法結(jié)合，以改善算法的性能。在背包問題的求解中，遺傳算法有較強的全局搜索性能，但容易產(chǎn)生早熟收斂的問題，而且在進化后期搜索效率較低。模擬退火算法具有很好的局部搜索能力，但對參數(shù)的依賴性較強。因而將它們結(jié)合使用，在優(yōu)化性能、優(yōu)化效率、可靠性方面具有明顯的優(yōu)越性。

3結(jié)論與展望

優(yōu)化方法在工程領(lǐng)域的應(yīng)用已有較長時間的研究，傳統(tǒng)與現(xiàn)代優(yōu)化方法各有其優(yōu)點和不足。一般而言，傳統(tǒng)優(yōu)化方法的理論基礎(chǔ)完整而扎實，算法理論性和通用性強，可靠性、搜索效率較高，但由于算法是基于連續(xù)函數(shù)和凸規(guī)劃構(gòu)造的，存在著對于非凸優(yōu)化問題易收斂于局部最優(yōu)點，全局最優(yōu)解難以保證，難以處理離散變量等缺點?，F(xiàn)代優(yōu)化方法中，研究與應(yīng)用最為活躍的是遺傳算法，檢索到的近幾年遺傳算法的文獻量幾倍于傳統(tǒng)優(yōu)化方法和其他現(xiàn)代優(yōu)化方法的相關(guān)文獻的總和。

參考文獻：

[1]張翔;優(yōu)化設(shè)計方法及編程[M];北京：中國農(nóng)業(yè)大學出版社，2001.7

篇9

隨著知識經(jīng)濟的到來和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，社會上對人才的需求產(chǎn)生了很大變化，用人單位對高校畢業(yè)生的社會適應(yīng)性提出了越來越高的要求，更加強調(diào)實踐能力和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。所以為了順應(yīng)國際發(fā)展趨勢，適應(yīng)國家工業(yè)、企業(yè)需求，增強我國核心競爭力，建設(shè)創(chuàng)新型國家、走新型工業(yè)化道路，2010年6月23日，教育部在天津召開“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”啟動會，聯(lián)合有關(guān)部門和行業(yè)協(xié)會，共同實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，主要目的就在于培養(yǎng)和造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，目前教育部已經(jīng)批準61所高校為第一批“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”實施高校。

對于機械專業(yè)的畢業(yè)生而言，不僅要培養(yǎng)學生熟練掌握專業(yè)基礎(chǔ)理論知識的能力，還要注重培養(yǎng)學生的實踐應(yīng)用能力、思維開創(chuàng)性和創(chuàng)新性等能力。所以“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”明確要求行業(yè)和企業(yè)必須要深度參與人才的培養(yǎng)過程，學校也要按照機械行業(yè)的通用標準來培養(yǎng)工程人才，同時要注重培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力，以提高學生的工程應(yīng)用能力和社會適應(yīng)性。在機械工程專業(yè)的培養(yǎng)方案與計劃中，現(xiàn)代機械設(shè)計系列課程毫無疑問是與工程實際與工程應(yīng)用聯(lián)系最為緊密的課程，也是將來對機械專業(yè)學生工程應(yīng)用能力和社會適應(yīng)性影響最大的主干課程，課程包括材料力學、工程力學、有限元分析、機械振動、機械設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計與理論、機械結(jié)構(gòu)測試與分析等，這類課程不僅是機械工程專業(yè)本科生與研究生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課和學習后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代設(shè)計方法與工程技術(shù)的重要組成部分，更是非常重要的培養(yǎng)學生科研水平與實踐應(yīng)用能力的系列課程。課程的培養(yǎng)方案、教學計劃以及教學方式嚴重影響機械專業(yè)學生的培養(yǎng)質(zhì)量，也直接影響機械專業(yè)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的成敗與實施效果。

1　利用教學計劃修訂的契機完善課程體系的設(shè)置

培養(yǎng)方案和教學計劃是高校根據(jù)不同層次不同專業(yè)的培養(yǎng)目標和培養(yǎng)規(guī)格所制定的實施人才培養(yǎng)活動的具體方案，一般包括課程體系、教學計劃、課程教學大綱等，其核心是課程體系。高校在編制或修訂機械工程專業(yè)的培養(yǎng)方案時，在課程體系的設(shè)計上，要針對社會對機械專業(yè)人才的需求，面向行業(yè)、企業(yè)和現(xiàn)實社會生活，既要注重傳統(tǒng)基礎(chǔ)理論的夯實和前沿專業(yè)科技的發(fā)展，又要注重學科與課程的系統(tǒng)性和專業(yè)課程的教學實踐性，還要圍繞企業(yè)的需求和市場的變化，始終保持對市場和企業(yè)的高敏感度，強調(diào)企業(yè)對學生具備的職業(yè)能力的要求，突出社會對學生具備的基本素質(zhì)的培育。所以新的機械專業(yè)課程體系，需要對機械設(shè)計系列課程的設(shè)置與安排，作較大的調(diào)整，增加開設(shè)實驗應(yīng)力分析、有限元分析、機械振動、機械結(jié)構(gòu)的測試分析以及優(yōu)化設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計類的重要課程，以保證學生接受到系統(tǒng)全面的現(xiàn)代機械設(shè)計方面的理論和方法，掌握最新的測試技術(shù)與分析手段，使學生在畢業(yè)后的短時間內(nèi)，就能夠獨當一面地運用現(xiàn)代的設(shè)計方法和計算、測試手段解決企業(yè)面臨的具體工程?，F(xiàn)代設(shè)計的技術(shù)和方法對學生的實踐性和動手能力要求較高，所以還要增加實踐教學所占學時的比例，安排足夠的時間或較多的機會讓學生接觸到社會或企業(yè)，以加強專業(yè)技能技巧的實際訓(xùn)練（即職業(yè)訓(xùn)練），培養(yǎng)動手能力、實踐能力和創(chuàng)新能力，提高實際工作能力，以便一進入社會就能很快上手，縮短適應(yīng)時間。

2　利用研究型教學的機會改進傳統(tǒng)的教學方式

研究型教學是教師在教學過程中通過優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，建立一種基于研究探索的學習模式。研究型教學模式將學習、研究、實踐有機結(jié)合起來，充分發(fā)揮學生的主體作用，使學生能創(chuàng)造性地運用知識和能力，在主動探索、主動思考、主動實踐的研究過程中，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題的一種教學模式。在研究型教學中，教師的職能將由“教”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?dǎo)”。課堂教學方面，由傳統(tǒng)的單向灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)互動式，要引導(dǎo)學生自主探究和體驗新知識；課外教學方面，將教學與實際結(jié)合起來，通過親身實踐，擴大知識視野，獲得科學研究的基本訓(xùn)練和研究技能。

機械設(shè)計系列課程研究型教學的關(guān)鍵是圍繞“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的培養(yǎng)目標和要求，培養(yǎng)具有較強的工程素養(yǎng)、工程應(yīng)用能力和實踐動手能力的機械工程師。所以在理論教學過程中，一方面保證理論體系的完整性；另一方面要提高多媒體課件的質(zhì)量，課件中要增加具體的工程實例，注重引導(dǎo)學生注意身邊的工程問題，鼓勵學生參與提煉工程主題，并將教學重點內(nèi)容提煉成具體的工程主題，引導(dǎo)學展開課堂討論，并根據(jù)所學的知識提出解決問題的方法，這樣可以將抽象的理論與具體的工程背景結(jié)合，使抽象的工程問題變得豐滿有趣，從而強化學生的工程概念與背景。在實踐教學過程中，要想方設(shè)法創(chuàng)造條件和機會讓本科生走進企業(yè)，讓碩士生進入研究生工作站。目前第一批參與“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的高校普遍提出校企聯(lián)合培養(yǎng)工程技術(shù)人才的模式，讓學生有半年以上的時間在企業(yè)實習或參加社會實踐，學生在企業(yè)的學習任務(wù)主要是培養(yǎng)他們的工程實踐能力，養(yǎng)成工程創(chuàng)新的意識。在企業(yè)學習階段安排的教學環(huán)節(jié)包括認識實習、生產(chǎn)實習、畢業(yè)實習、部分基礎(chǔ)課和專業(yè)課的學習、畢業(yè)設(shè)計等，甚至還可以讓學生在企業(yè)進行1周至3個月的中短期課程學習或者工程實踐。這種校企合作培養(yǎng)的做法基本與歐洲應(yīng)用技術(shù)型大學的培養(yǎng)模式相似，可以使畢業(yè)生將來能夠很快的適應(yīng)社會、適應(yīng)工作崗位，從而減少畢業(yè)后重新培訓(xùn)與學習的時間，縮短適應(yīng)周期。

3　利用參與項目的機會培養(yǎng)學生的工程背景與素養(yǎng)

目前很多機械專業(yè)畢業(yè)生進入工作單位，都需要較長時間的重新學習與適應(yīng)，才能具備基本的工程素養(yǎng)與概念，還要再經(jīng)過更長時間的鍛煉才能具有現(xiàn)代設(shè)計的科研能力與水平，才能獨立開展科學研究和解決具體的工程實際問題。這個過程往往需要2～5年的時間，使得企業(yè)既浪費人力又浪費財力。造成如此現(xiàn)狀的原因主要在于學生參與的項目或課題很少，不能真正將學到的知識應(yīng)用于解決具體的工程問題，所以在學校學習階段，需要注重讓學生參加項目或課題的鍛煉。

學生可以參與項目是廣義的、多種多樣的，可以是老師所研究縱向和橫向項目的子課題，可以是學生的畢業(yè)設(shè)計與論文，可以是教學過程中提煉出來的工程實例，也可以是學生在企業(yè)實習或?qū)嵺`中發(fā)現(xiàn)的工程問題，還可以是生活中與專業(yè)知識有關(guān)的現(xiàn)象，甚至可以參與博碩士研究生的研究課題等等。很多大學正在實施的“研本1+1引領(lǐng)計劃”，就是研究生根據(jù)自己的專業(yè)知識、研究方向和經(jīng)歷對本科生進行一對一的引領(lǐng)，實現(xiàn)對本科生在科技創(chuàng)新和社會實踐的引導(dǎo)。

針對學生的不同學習階段，通過自主選題或?qū)熋}的方式布置與工程實際相關(guān)的一系列項目，把學生分成若干小組，以組建學習小組的形式讓學生共同進行課題的研究，每一小組承擔相關(guān)的子課題。在教師和研究生的指導(dǎo)下，各小組的學生經(jīng)過文獻資料的查閱、研究方案的討論、導(dǎo)師的定期輔導(dǎo)、學生做演示文稿匯報等過程后，獨立或半獨立地進行理論分析、實驗測試、仿真計算以及優(yōu)化設(shè)計，最后撰寫課題研究報告并總結(jié)研究的方法與成果，從而系統(tǒng)全面地完成課題的研究工作并以成果的形式予以展現(xiàn)。這一培養(yǎng)過程的顯著特點是將學生的選擇項目與工程應(yīng)用、生產(chǎn)實際、日常生活緊密接軌，不但能夠激發(fā)學生的學習潛能，培養(yǎng)學生獨立思考與解決問題的能力，還可以培養(yǎng)學生的“團隊意識”與交流合作的素質(zhì)。最為重要的是，可以通過具體的工程課題，讓學生得到完整與系統(tǒng)的工程訓(xùn)練，這也是“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的核心。

4　利用大學生第二課堂培養(yǎng)創(chuàng)新意識和動手能力

大學生第二課堂是培養(yǎng)“卓越工程師”的主陣地，也是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新意識和動手能力的主課堂，對拓展學生的綜合素質(zhì)起到非常重要的作用。學生可以選擇參加科技競賽、、參加講座、申報專利、參加科研課題等多種方式來鍛煉自己。

對于機械專業(yè)學生來說，組織他們參加各種職業(yè)資格考試，例如見習工程師培訓(xùn)與考試，可以使學生掌握現(xiàn)代的設(shè)計理念和先進的工程設(shè)計與研究方法，增加相關(guān)行業(yè)的基本知識與技能；支持他們參與各級各類的競賽活動，如“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽、全國的大學生數(shù)學建模競賽、電子設(shè)計競賽、機械設(shè)計創(chuàng)新大賽、全國周培源大學生力學競賽、英語演講比賽等各級各類競賽，可以調(diào)動學生的主動性、積極性、創(chuàng)造性，激發(fā)學生潛能，展示學生的才能；鼓勵他們走進開放的工程力學與現(xiàn)代測試分析實驗室，為學生設(shè)計若干綜合性和研究型的實驗，在實驗室中培養(yǎng)和訓(xùn)練學生使用使用測量設(shè)備與儀器的能力；吸引他們進入研究生工作室和機械結(jié)構(gòu)分析研究中心，為學生提供有限元分析軟件、優(yōu)化設(shè)計等現(xiàn)代的分析手段，使學生掌握先進的機械設(shè)計與分析方法；最后，讓學生參加教師與研究生的項目與課題，提供他們走進企業(yè)的機會，參加工程項目的測試、分析與優(yōu)化等綜合型的研究工作，從而增強學生的工程概念與意識，提高與鍛煉學生解決工程實際問題的能力，最終提高學生的社會適應(yīng)性，成為合格的卓越機械工程師。

參考文獻

[1] 周雪梅，滕靖.面向卓越工程師培養(yǎng)的教學改革研究[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2011（5）：50.

[2] 汪木蘭，周明虎，李建啟.以項目教學為載體制訂先進制造技術(shù)卓越工程師培養(yǎng)方案[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2010（12）：15-19.

篇10

一、前言

研究生教學有其突出的特點，他們中多數(shù)人理論基礎(chǔ)扎實，獲取書本知識能力強。但同時也存在創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力不足、工程應(yīng)用背景不夠的缺點。本人通過十多年研究生教學的實踐，結(jié)合本學院研究生專業(yè)方向、課程內(nèi)容針對性強等特點，對如何在研究生教學改革中突出培養(yǎng)學生的自學能力、創(chuàng)新能力，增強學生的創(chuàng)新意識與工程應(yīng)用能力等問題進行了一些改革創(chuàng)新。

二、課程定位及課程特點

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，科學研究的深入與計算機軟、硬件的發(fā)展，計算機仿真技術(shù)已成為分析、綜合各類系統(tǒng)，特別是大系統(tǒng)的一種有效研究方法和有力的研究工具，計算機仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各技術(shù)領(lǐng)域、各學科內(nèi)容和各工程部門。仿真技術(shù)已經(jīng)在國防軍事、國民經(jīng)濟、社會生活的眾多領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，國內(nèi)外眾多學者認為，仿真技術(shù)“正在成為與理論、實驗并列的第三種認識和改造客觀世界以及科學研究的手段”，因此仿真技術(shù)被認為是“使能”技術(shù)。計算機仿真技術(shù)是仿真科學與技術(shù)涉及到的有關(guān)具體仿真技術(shù)中最為基礎(chǔ)的部分，具有綜合性、多學科交叉等特點。為了拓寬機械工程專業(yè)基礎(chǔ)，提高培養(yǎng)對象的整體素質(zhì)，更好地適應(yīng)社會對機械工程專業(yè)人才的需求，高校工科專業(yè)的研究生應(yīng)掌握一定的計算機仿真知識與技能。計算機仿真技術(shù)課程是我校機械工程學院面向所有研究生各專業(yè)方向的研究生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，考慮專業(yè)應(yīng)用需求并結(jié)合教學實踐情況，課程目的是通過本課程的學習，要求學生掌握計算機仿真技術(shù)方面的基本理論，基本知識和基本技能，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，為今后分析、綜合各類工程系統(tǒng)或非工程系統(tǒng)提供一種有力的工具，以便能靈活應(yīng)用所學的計算機仿真技術(shù)為本專業(yè)工作服務(wù)。一方面，基于仿真技術(shù)課程的內(nèi)容方法較多，實踐性強的特點；另一方面，授課對象專業(yè)方向較多、授課學時有限等特點，如何解決在有限的教學課時內(nèi)講授內(nèi)容繁多的仿真內(nèi)容、對計算機仿真技術(shù)課程進行教學方法和手段的改革探索和實踐，以達到計算機仿真技術(shù)教學目標。

三、教學內(nèi)容的設(shè)置和教學方法的選擇

課程開設(shè)初期，由于只是機械電子工程專業(yè)方向的同學選修，所以所講內(nèi)容基本針對該專業(yè)方向進行設(shè)置。隨著選修人數(shù)的不斷增加，以及選修學生所屬專業(yè)方向的擴大，專業(yè)方向包括：機械制造及其自動化、機械電子工程、機械設(shè)計及理論、車輛工程、機械工程（專業(yè)學位）等，基本涵蓋了機械工程學院的所有專業(yè)方向。計算機仿真技術(shù)課程涉及多個交叉學科，緊密相關(guān)的課程包括數(shù)值計算方法、計算機編程、計算機圖形學、高等數(shù)學、自動控制原理、現(xiàn)代控制理論、優(yōu)化設(shè)計等課程。如何講出本課程的特點，并充分結(jié)合相關(guān)課程內(nèi)容，必須在教學內(nèi)容的選排上下功夫。項目教學法是一種以任務(wù)驅(qū)動、以項目為基本教學單元，將理論教學和實踐教學有機融合在一起，強調(diào)綜合能力的培養(yǎng)在研究生教育中的重要性，突出學生在整個教學過程中的主體地位。因此，為了滿足各個專業(yè)方向?qū)W生的要求，使他們能夠掌握一門工程分析技術(shù)，為后續(xù)的學術(shù)論文和碩士學位論文的撰寫提供計算、分析和仿真手段，本人在講授該門課程的過程中，逐年對教學內(nèi)容、教學手段和教學考核方法等不斷進行調(diào)整和完善。1.采取項目專題方式進行教學內(nèi)容的講授，調(diào)整授課內(nèi)容，采用專題教學方法使課程主題內(nèi)容分明，有利于將仿真方法講深、講透。2.擴展所授課程內(nèi)容涵蓋的范圍，包括數(shù)值計算、優(yōu)化設(shè)計、圖形可視化、控制系統(tǒng)特性仿真、控制系統(tǒng)設(shè)計以及與外部軟件的接口等內(nèi)容，以滿足各專業(yè)方向?qū)W生的需求。3.增加與課程相結(jié)合的實驗教學內(nèi)容。計算機仿真技術(shù)本來是實踐性很強的綜合性技術(shù)，仿真技術(shù)本身是在對控制系統(tǒng)分析的過程中不斷完善和發(fā)展起來的。因此并結(jié)合各個專業(yè)研究生的不同研究方向，靈活設(shè)計若干個專題實驗，使學生學以致用，培養(yǎng)學生將該門課程應(yīng)用于實際工程的能力。4.采用多個工程應(yīng)用實例進行教學，從系統(tǒng)應(yīng)用、數(shù)學建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使學生從生產(chǎn)實際認知的研究對象，提升到理論高度的學習，應(yīng)用所學的各科理論知識和技術(shù)手段，進行數(shù)學建模、仿真建模的建立，并對模型求解以及特性進行分析，獲得直觀結(jié)果，提高學生學習興趣，最終解決實際工程問題，培養(yǎng)學生解決工程實例問題的能力。5.結(jié)合學科前沿，進行課堂討論。研究生在初步掌握了對系統(tǒng)的模型、仿真算法設(shè)計、仿真及結(jié)果分析這一流程后，為強化計算機仿真在實際工程的應(yīng)用概念，在此基礎(chǔ)上，以項目形式，開展課程學科前沿以及將該門課程與現(xiàn)代技術(shù)融合等專題討論。6.增加實驗環(huán)節(jié)，培養(yǎng)研究生工程實際應(yīng)用能力。利用各種平臺，擴充計算機仿真技術(shù)資料，提供最新的仿真案例，結(jié)合教學團隊的科研課題，設(shè)計實驗項目，培養(yǎng)研究生工程實際應(yīng)用能力。

四、項目教學法的教學效果

基于項目教學法計算機仿真技術(shù)課程的教學方法改革與實踐，滿足機械工程學院各個專業(yè)方向研究生的需求，教學方法和手段的完善，使研究生自主學習能力、創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力等得到了進一步的提高。計算機仿真技術(shù)作為工科研究生的必備研究手段和技術(shù)，使學生掌握一門工程分析技術(shù)，為后續(xù)的課題研究、學術(shù)論文和學位論文的撰寫提供計算、分析和仿真手段。近五年的每年30—40人研究生選課，工程碩士每年20人左右選課，課程得到了各專業(yè)方向研究生的普遍認同。本人指導(dǎo)的研究生，發(fā)表與該課程相關(guān)的學術(shù)論文近20篇，撰寫的碩士論文均用到計算機仿真技術(shù)。