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2有限元分析
门盖闭合过程中，门盖与汽车壳体之间存在接触非线性.同时，工作过程中汽车壳体的刚度不是恒定的，它随着变形的大小而变化，即存在几何非线性.因此本文作SOL601，106高级非线性静力学分析.非线性分析和线性分析相比，非线性分析的计算时间和计算机存储量要大得多，而且在数值计算方法和求解参数的设定上有较大区别[2].边界条件包括载荷、约束和仿真对象[3].在门盖的左右轴套上分别施加轴承力，力的大小为800KN，方向为沿着油缸的轴向，指向门盖.在汽车壳体的底部作固定约束、门盖的旋转轴处作销钉约束.同时，忽略门盖组件各结合面之间的接触变形，近似将各接触部分看作刚性接触，在FEM下为门盖的各边、面之间添加1D连接[4-5].门盖与汽车壳体之间的接触是非线性的，在仿真模型下，定义高级非线性接触，汽车壳体作为“源区域”，门盖底板作为“目标区域”，“接触参数”保持默认.有限元计算模型如图3所示，分析结果如图4所示（只显示门盖）.根据图形可知门盖最大等效应力为170.76MPa.应力主要集中在门盖的左右轴套上，即油缸与门盖连接处.门盖的材料为Q235号钢，屈服强度为235MPa，可见在该工况下门盖满足强度要求.
3优化设计
有限元分析的最终目的是进行优化设计，现在需要对门盖结构进行优化，优化的目标是模型的重量最小[6-7].约束条件是在不改变门盖模型网格划分、边界约束和载荷大小，并能满足强度要求的前提下，控制最大等效应力值不超过材料屈服强度的70%（约165MPa）.
3.1筋板的布置
根据分析结果可知，应力主要分布在左右轴套处，大部分的筋板受力极小，因此，可通过布置筋板的分布进行优化设计.为便于加工和装配，门盖筋板布置采用均匀分布的方式.设计变量为筋板的数量，原结构中单行设置的筋板数量为10，考虑减重的目标及结构的稳定性，取筋板数量为3-7.图5为筋板数量与门盖最大应力和位移关系，图6为不同筋板数量对应底板的应力分布图.结果表明筋板数量对门盖的最大应力（轴套处）影响较小，对门盖底板的应力分布位置影响较大.底板最大应力发生在门盖油缸轴线方向上的临近筋板与主横筋板接触处，最大应力为N=4时σmax=61.52MPa.综合考虑最大应力、最大位移和底板的应力分布，以及实现减重的目的，确定新结构的筋板数量为4.
3.2筋板厚度的优化
3.2.1灵敏度分析
灵敏度分析是为优化设计做铺垫.通过灵敏度分析可以确定模型各参数对输出结果影响的大小.在模型校正过程中重点考虑对输出结果影响较大的参数，排除那些对输出结果影响很小的参数，这将在很大程度上减小模型校正的工作量，提高优化设计的效率[8-9].NX高级仿真中几何优化模块下提供了全局灵敏度解算方案.设计目标为门盖的重量最小，约束条件为门盖的最大应力，设计变量为筋板厚度.为便于加工与安装，门盖结构中相同结构的尺寸应保持一致.筋板厚度参数主要包括底板厚度T1、主横筋板厚度T2、横筋板厚度T3、竖筋板厚度T4、轴套厚度T5、前板厚度T6、门盖耳套帮板厚度T7和其他筋板厚度T8.对上述筋板厚度进行全局灵敏度分析，获得各参数对设计目标影响的全局灵敏度曲线，最后将所有灵敏度曲线调整到一幅图表中进行比较，根据各参数的全局灵敏度曲线的斜率大小判断设计参数对设计目标的灵敏程度，最终确定T1、T2、T3、T4.根据各参数对约束条件的影响曲线，确定T5.全局灵敏度曲线如图7所示.由图7（a）可知底板、主横筋板、横筋板及竖筋板的厚度对门盖的重量影响较大，其中底板的影响最大.由图7（b）可知轴套的厚度对约束条件的影响最大.为提高门盖强度以及减轻门盖的重量，主要对底板、主横筋板、横筋板、竖筋板厚度进行减小，同时适当增加轴套的厚度.
3.2.2尺寸优化
尺寸优化是建立在数学规划论的基础上，在满足给定条件下达到最佳经济技术指标[10].NX高级仿真结构优化的解算器采用的是美国Altair公司的AltairHyperOpt，它拥有高效、强大的设计优化能力.结合以上分析结果，进行筋板数量等于4时筋板厚度的优化分析.在“几何优化”对话框中作如下设置：①定义目标：重量定为最小；②定义约束：门盖上的最大等效应力为165MPa；③定义设计变量见表1；④控制参数：选择最大迭代次数为20.经解算，找到最佳方案：底板厚度由原来的52mm修改为45mm，主横筋板厚度由原来的50mm修改为45mm，横筋板厚度由原来的25mm修改为20mm，竖筋板厚度由原来的20mm修改为16mm，轴套厚度由原来的34.5mm修改为35.2mm，为了便于生产，将轴套的厚度圆整为35.5mm.优化后与优化前的分析结果对比见表2.从计算结果可看出，优化后的门盖强度得到明显提高.另外，重量由原来的10496kg降低为8786kg，减重17.2%，取得了优化设计的预期效果.
为了推进本课程理实一体化教学，我们采用任务驱动、项目导向式的教学。围绕工作项目来组织教学，打乱原有的章节顺序，边学边做，边做边学，将所学理论与实践完全融合起来。让学生在操作过程中掌握理论知识，并学会如何运用专业知识去分析问题和解决问题。“冲压工艺与模具设计”教学内容主要涉及冲裁模具、弯曲模具、拉深模具设计等内容。分析企业的工作情境与工作流程，构建6个典型项目，每个项目包括若干模块。
2.实施理实一体化教学
在教学项目的基础上，进行课程理实一体化教学的实施。本文以项目二冲裁模的设计教学过程实施为典型案例，介绍理实一体化教学模式实施过程。
3.创新理实一体化教学考核评价方法
实施理实一体化教学，必须创新考核评价方法。本课程的考核内容主要是对学生的专业知识、应用能力、动手能力、团结协作能力、职业素养等进行考核。首先，将教学项目实施过程中各模块的理论知识学习效果纳入考核成绩，如教师布置的工艺分析、工艺计算、模具零部件设计计算等完成质量；其次，将项目实施过程各模块的实践操作纳入考核成绩，如模具拆装，模具零部件加工，模具装配，调试等完成情况；第三，将模具零件加工工艺编制，图纸完成质量和答辩成绩纳入考核成绩；第四，将学生的学习态度和工作状况，学习纪律、与同学之间的交流合作等方面纳入考核成绩。考核过程中采取多元化的评价主体和评价方法，将学生自评、学生互评、教师评价按比例计入成绩，这样既调动了学生学习的积极性，也保证了成绩的客观公正。
二、课程理实一体化教学模式实践的几点体会
1.需要高素质的教师团队
要完成理实一体化教学，必须要有一支精通模具专业理论知识，而且具有丰富模具制造经验的“双师型”教师团队作为保障。首先，要求教师深入模具生产一线锻炼，积累模具制造经验，了解行业先进技术及信息；其次，要求教师具有跨学科综合教学能力。模具设计教学项目的完成涉及多学科教学内容，是以学生对“机械制图”“公差测量”“模具材料”“模具制造”等课程的掌握为基础的，这要求教师不仅熟悉本学科和本专业知识，还要了解相邻学科或专业领域的发展状况。本课程在理实一体教学实施过程中，采取一名专业教师与两名实训教师的组合授课方式。专业教师负责教学项目中理论知识的讲授，并指导学生完成模具设计和图纸绘制；实训教师指导学生完成模具零件加工，装配与调试。整个教学过程使专业教师与实训教师优势互补，发挥教师团队的作用。
2.需要突出学生职业能力和职业素养的培养
理实一体化教学实施过程中，需要加强学生职业能力和职业素养的培养，为以后进入模具企业快速适应岗位要求打下良好基础。本课程在理实一体化教学实施过程中，教师加强了学生模具零件加工工艺编制能力的训练，根据教学项目结合现有加工设备条件，指导学生制定出合理的加工工艺流程。在模具零件生产过程中，教师严格要求学生按模具零件图和加工工艺流程加工模具零件，确保模具零件的加工精度。整个教学过程与企业生产过程紧密结合，并将教学目标与企业对人才的需求相统一。
3.需要科学的管理方法
理实一体化教学实践表明，这种教学模式更能激发学生的潜能，使学生快速融入教、学、做的过程中，但课堂管理难度较大。在课程实践操作环节，教师需要投入更大的精力，科学管理课堂。首先，确保学生的操作安全问题，操作前对设备线路进行检查；其次，操作过程的管理，如果学生动手操作加工模具零件，教师指导不及时，可能出现零件加工不合格而报废，不仅浪费了耗材，也达不到教学目标。此外，应根据学生的实际能力和个性发展，因材施教，合理施加压力，进行适当的引导和督促。
终端：汇聚了芯片生产厂商、终端制造商、OS平台提供商、应用开发商等在内的生态系统，当前OS平台提供商是核心，未来应用开发商（如基于HTML5技术的浏览器开发商）可能成为核心，主要输出终端能力，是客户感知移动互联网的入口以及消费云服务的出口。
用户关系网络：汇聚了关系网络平台提供商、应用开发商等在内的生态系统，主要输出的是用户信息、用户行为信息、用户与用户的关系、用户与信息的关系等的能力。用户关系网络是社会生态系统中人际网络在虚拟网络世界的一种映射，其中又包括基础关系网络，例如人与人之间基于血缘、朋友等关系建立的关系网络，以及人与人之间基于某种兴趣爱好、等建立的关系网络。基于用户关系网络，人与人的网络行为甚至真实社会行为彼此影响和依赖。用户关系网络包含的用户关系越丰富，对现实社会关系的映射就越真实，对人的行为影响力就越大。
支付服务：汇聚了包括支付服务平台提供商、支付应用开发商、支付终端制造商等在内的生态系统，其中支付服务平台提供商是核心，主要输出移动支付能力。支付服务是贯穿其他4个层次的辅助生态系统。除了终端OS平台外，其他各层次中的平台通常都在云端进行管理，例如Facebook既是用户关系网络平台又是云平台。
这4个层次的子生态系统构成的多样化能力集复杂生态系统形成了从内容、应用、平台到用户关系网络的完整的生态循环：更多的内容、应用、平台吸引更多的用户（通过关系网络彼此影响），更多的用户促进更多的终端生产，更多的终端带来更多的通信网络使用，更多的通信网络使用激发更多的内容、应用、平台开发。这4个层次的作用并不一定等同，哪个层次与客户更贴近，更能掌控客户的需求和体验，哪个层次的重要性就更高，其中的主导企业就越可能成为整个生态系统的主导者。当然，生态系统的主导者要促进这个生态循环的可持续健康发展，还离不开其他的辅助能力，其中最关键的是移动支付能力。移动支付能力帮助主导者简化客户支付程序，为客户提供安全、流畅的支付体验，更快地将客户的支付意愿转化为收入。
例如，在通信网络时代，电信运营商能够更好地满足用户当时的通信需求，因而成为主导者，尽管当时的生态系统仅仅覆盖了网络这一层次。而在移动互联网发展初期，云和终端这两个层次的重要性超越了网络，正是因为客户的需求发生了变化，从通信需求向内容和应用需求的更高层次发展，而云和终端能够更好地掌控客户的需求和体验，苹果公司就是这一时期主导企业的典型代表。未来，人与人之间沟通交流的需求日益凸显，内容和应用的消费将更多地基于用户关系网络展开，因此，客户关系网络由于能够更好地掌控客户需求和体验，有可能超越现在“云+终端”的重要性，成为最重要的层次。随着HTML5技术的发展，终端的角色可能进一步弱化，因此，“云+终端”将可能被“云+用户关系网络”取代，其中的主导企业也就可能成为整个生态系统的主导者。
未来，随着竞争的进一步加剧，各个层次的关系将会越来越密切，互相的影响和依赖也会日益加深。任何企业想要在移动互联网领域占据主导地位，必定要将其生态系统完整覆盖5个层次，并尽力将自身或其合作伙伴的能力渗透到5个层次成为核心力量，这样才可能巩固其在整个生态系统中的主导地位。
4个典型企业在多样化能力集生态系统各层次参与模式对比当前，多样化能力集生态系统还处在发展初期，远没有达到稳定的状态。每个层次的参与者都在发展多样化的能力，尽力将自己的生态系统覆盖4个层次，朝着成为整个生态系统主导者这一目标进发。4个典型企业在生态系统各层次参与情况分析见表1。
从表中可以看出，4个企业在各个层次的主导者角色方面都尽力以自己为主导，在非主导者角色方面主要依赖第三方合作伙伴。在当前“云+终端”模式还占据重要地位的情况下，终端OS平台提供商苹果和谷歌成为生态系统的主导者。但随着用户关系网络的重要性日益提升，谷歌在这一层次开始大手笔投入，甚至希望通过收购Pinterest拓展自己的关系网络。Facebook除了通过收购Instagram强化自己的关系网络之外，在云基础设施服务和终端层面还比较薄弱。Facebook曾与运营商合作推广Facebook手机，但效果不明显，因此Facebook积极推动HTML5技术发展，力图通过HTML5的跨平台特性绕过终端OS平台的控制，以弥补终端能力的不足。
电信运营商如何建设多样化能力集生态系统电信运营商要成为生态系统的主导者，并推动整个生态系统的良性循环，最后形成规模发展的格局，需要在几个方面进行努力：努力成为重要层次生态系统的平台提供商从上述分析可见，云、通信网络、终端、用户关系网络、支付服务这5个生态系统中，主导者实际上都是平台提供商，哪怕是电信运营商，其通信网络背后也是大量的平台。因此，要成为整个生态系统的主导者，首先要成为各个层次的主导者，也就是平台提供者，尤其是重要层次生态系统的平台提供者，例如用户关系网络、云、终端OS平台提供者。在用户关系网络和终端OS平台方面，电信运营商普遍不具有优势，因此成为云平台的提供者就成了运营商当前可行的首选方式。
2机电一体化系统异地设计多能量域集成仿真技术解析
结合早期设计经验分析,有关产品功能需求与工作原理需要得到进一步重视,所以在设计计算期间应该针对系统内部组件形态加以简化,包括线性近似、阻尼刚性影响忽略等。目前设计精确度不断提升,有关CAD、行为、配置模型逐步完善;现实中系统中组件主要采用实际模型搭配,其间有必要针对系统实际性能指标加以预测。因为非线性、时变、离散等实际情况都要考虑在内,涉及传递函数形式开始不再适用,数值求解便成为唯一出路。需要特别注意的是,透过产品模型中推导出如果所有组件的行为模型都已知,则根据系统的配置模型,利用Mapple等工具包可以进行符号求解。但由于整个开发项目参与者之间存在竞争合作并重关系,这便导致系统组件行为模型的形式多样性,包括HDL、XML等可执行代码及其他MDL等。这时可将系统组件模型进行封装,通过提供封装器的标准API接口,可以开发出各种系统组件模型的封装器。利用封装器可以实现基于配置的多能量域集成聚台仿真改造。在此基础上,如果利用CORBA/JAVA/XML/Web技术,则可实现机电一体化系统异地设计的分聚台仿真目标。此外,基于XML的多能量域集成产品建模机电一体化系统异地设计的演化过程对组件的可演化性提出了很高的要求。就是在设计的早期阶段,强调组件的功能需求及性能、结构与形状方面的约束,此时主要定义复合组件的接口、配置模型、附加的约束;而在设计的后期阶段,强调组件在系统中的装配关系、端口连结关系以及组件内部各能量域内的行为属性参数件是否满足设计需求,此时需要详细定义组件的端口模型、配置模型、行为模型、几何模型、关联模型、约束模型。需要特别注意的是,整个开发项目中,任何参与者之间都存在竞争、合作关系,这便令行为组件模型样式更加丰富多样,如XML、可执行代码等,此时技术人员可考虑进行组件模型封装处理,并透过封装器标准化API接口实现配置多能量域集成聚合仿真操作目标。
机电一体化机械系统通过运用计算机技术，由计算机系统进行协调及控制，从而完成运动、能量流和机械力等各项动力学相关的任务，同时其各个机电部件相互联系、相互配合和相互协调，组成完整的系统结构。基于该系统结构的程序性和任务性，在机电一体化机械系统的设计与研究上应该站在“系统”的相关角度，以便进行有效科学的安排设计。
1机电一体化机械系统的设计要求
1．1保证较高的精确性
机电相关产品的精确程度直接关系着系统整体的质量和效益，机电一体化机械的技术性能、工艺水平及功能都要求选择优质产品，也就是说，机电一体化产品的首要标准和要求便是高精确度。
1．2反应性能要强
机电系统具有良好的反应性能，即在系统接受某一指令后，能够较短时间内对该指令进行任务的执行，从而保证系统能够更加精确地完成任务。另外根据系统的运行状况，做好准确、及时获得相应指令的控制，能够增加任务完成和执行的准确性。
1．3具有较强的稳定性
在机电一体化机械设计中，为了保证更好的系统精确度和反应性能，往往会在无间隙、低摩擦、高刚度和高谐振频率等方面对系统提出较高的要求。另一方面，还要求机电一体化机械系统有寿命长、体积小、重量轻和可靠性高等优点。
2机电一体化机械系统的构成
机电一体化机械系统通常是由传动机构、导向机构和执行机构三部分构成。
2．1传动机构
机电一体化机械系统中的传动机构，不仅仅是转速和转矩的转换器，耗时伺服系统中的重要组成部分，因此，在机电一体化机械系统设计要求中，传动机构首先要具有较高的精确度，同时必须满足重量轻、噪音低、体积小、运转速度高和可靠性高等方面的要求和特点，结合机电一体化机械系统中对伺服控制的要求和标准进行传动机构的设计研究，以便更好地提升系统机械结构中的伺服性能。
2．2导向机构
导向机构在机电一体化机械系统中主要起到的是导向作用和支撑作用，一般包括导轨和轴承等。导向机构的正常作用的发挥可以有效保证机电一体化机械系统中的组成部分和各个装置能够安全、准确完成指定的任务运动。
2．3执行机构
执行机构，是指在机电一体化机械系统中直接完成任务指令的操作装置和部分，一般情况下，执行机构所具备的高灵敏度和精确度以及高重复性能和可靠性，可以保证其根据不同的任务指令和相关要求，在动力源的推动下完成预先设定的各种操作任务。在目前经济快速发展的社会，计算机的应用能通过其强大有效的功能，使传统机电的动力发动机转换成为可变速、动力和执行的多功能发动机，从而使得执行机构和传动机构得到进一步的简化。
3机电一体化机械系统的设计思想
3．1动态设计思想
在机电一体化机械系统的设计中，通过静态设计的有效协助，为了更好的研究整个机械系统结构的频率特点和性质，完成各个系统环节数字模型的建立，推动促进机电一体化机械系统的传递函数，必须充分有效地通过自控方法进行频率特性的计算，这便是动态设计。机械系统的频率特性，在一定程度上不但能够反映出整个系统在不同信号频率下的相应反应，还决定了系统的工作最大频率、抗干扰性和稳定性。
3．2静态设计思想
静态设计是指按照机电一体化各个机械系统的功能要求，通过相关的研究和经验初步、大体上制定出机械系统设计的步骤及方案。方案中主要涉及整个系统部件之间的控制、连接以及部件的种类和对能源的需求等。基本方案设计完成后，应以技术手段为基础，设计出系统中各部件的运动关系、参数及结构，确定部件及相应零件的材料、精确度和结构方式，并对执行元件发电功率、参数和过载能力进行验算，对其他相关的元件和部件进行配置系统的选择等等。
4机电一体化机械系统的性能分析
想要使机电一体化机械系统良好的伺服性能得到保证，不但需要从机械系统的静态特征方面得到更好的满足，同时还要充分的运用理论研究和自动化的控制方法对整个系统体系进行动态设计和分析。另外，机械系统的动态设计应该以系统静态的数字模型为基础，根据自动化控制的要求和方法研究分析系统的整个频率特性，并通过调整相应的频率，改善系统整体的伺服性能。
4．1数字模型的建立
机电一体化机械系统数字模型的建立和电气系统的数字模型的建立在一定程度上基本相似，即都是通过折算将比较负责的结构装置简单化，转为等效的数学函数关系，并用数学中的线性微分方程表达式将其表达出来。机电一体化机械系统的数字模型分析通常情况下都是输入与输出的联系。比如，把比较复杂的系统机械参数，弹性模量、阻尼和系统惯量等统一进行处理，并对各个机械参数进行数学方式的分析，从而得出它们对整个机械系统的影响。在数字模型的建立之前，需要先对机械系统中的不同物理量进行折算，使它们直接转化到某个元件上，从而把多变、复杂的多轴传动变为单轴传动，在此过程中，必须严格按照总机械系统性能不变的原则。这样，以单轴为基础的输入量和输出量的关系，就能够建立相关的数学表达式，从中反应出机械的相应性能，从而应用并指导实际中的设计。
4．2性能参数的影响
机电一体化机械系统设计要求必须要工作可靠、精确度高、运行平稳等，既是静态设计中的研究问题，也是动态设计对伺服机构的要求，这就应该通过对有关参数的调整，优化整体系统的性能。
5结语
通过以上论述，从机电一体化机械系统的性质、概念等方面进行相关分析，分别从机电一体化机械系统的设计要求、基本构成、设计思想和性能分析四个方面进行了研究分析，机电一体化机械系统设计研究进行了详细的论述。
作者:朱翔宇 王玉乐 单位:聊城大学机械与汽车工程学院 青岛科技大学自动化与电子工程学院
参考文献:
［1］农明武．技校生参加"机电一体化"技能竞赛的指导策略［J］．中小企业管理与科技(下旬刊)，2016(01)．
通过对产品的构成进行分析，考察其中的功能互换性与结构互换性的关系，将立体车库模块划分为钢结构、横移机构、载车板等几大模块，包括了系统级模块、部件级模块和零件级模块，以模块为基础进行接口，通过模块的组合来满足不同车库产品的设计。同时对工艺进行优化，达到同类型零部件工艺的统一。
1.1钢结构的模块化设计
对升降横移立体车库的钢结构立柱、前后横梁、纵梁、斜撑等进行通用化设计，无论立体车库方案如何变化，只要方案中的结构能由现有结构配型得到，就只需对现有结构进行横向、纵向、竖向的组合，无法通过组合得到的，只需对不匹配模块进行更改，以项目图纸形式对项目模块进行匹配搭建。新式六层升降横移立体车库钢结构如图1所示。
1.2钢丝绳设备横移机构与链条设备横移机构的
模块化设计
将横移机构分解为横移传动系统、提升传动系统和横移框架3个主模块，通过使用相同型材和改变钢丝绳缠绕方式，实现了两种类型横移框架的模块化设计（前后吊点中心距、防坠钩中心距、定位针中心距等关键配合尺寸一致），达到了两种类型的横移机构共用一套横移传动系统的目的，也为钢丝绳设备与链条式设备载车板的统一奠定了基础。1.3载车板的模块化设计载车板对边梁结构形式进行了模块化设计，提高了边梁模块的通用性，并确定了载车板自带斜坡与载车板无斜坡两种载车板结构，通过对斜坡的优化设计使两种载车板结构除斜坡外其他横向构件模块完全通用，通过对横向构件进行选型调整来实现载车板与设备的匹配。
1.4工艺的模块化设计
以传动轴的加工为例：模块化前的传动轴如图5所示，模块化后的传动轴如图6所示。对比可以看到，所有传动轴（包括提升、横移）轴身由原来的必须经过车床倒角、车内孔、齐总长的工序变为现在的直接锯床下料；轴头由原来的指定尺寸改为根据无缝管材料内径的进行配车，并将原来较长的阶梯进行分段处理，以方便链轮的安装，焊缝由原来的角焊缝改为缝焊缝，通过工装对焊缝宽度的调节来实现对传动轴总长的尺寸控制，这样极大地简化了大轴、长轴的加工工艺，节省了工时。
2模块化机械设计的优势
通过前述模块化设计在升降横移立体车库设计中的应用可以明显地看出模块化设计具有以下优势。1）尽管升降横移立体车库形式多样，具体项目方案千变万化，给设计带来极大不便，但是模块化设计可以通过模块的选择和组合构成不同顾客定制的产品，以满足市场的不同需求，对于设计者来说设计任务趋于简单化、轻量化，设计周期大大缩短，可以给产品的生产加工与安装留出更多的缓冲时间。2）模块化设计可以在很大程度上减少图纸的数量，同一零件可以在多种产品上使用，从一定程度上节约了纸张，也方便了图纸的管理。3）很多通用化的零件可以批量地进行储备式生产，这必然带来成本的降低和人力、物力投入的减少，并能从一定程度上缓解了多个项目同时开工生产时加工工期紧张的问题，尤其是当安装过程中项目现场零件丢或失损坏时，可以直接跳过加工，直接从备品库中出库发货，节约了时间，有助于合同的按期兑现。
3结语
模块化设计理念已被引进立体车库的机械设计中，特别是在常规的升降横移立体车库中表现得更为明显，模块化给机械设计带来效率和效益的大幅提升。
作者:丁翔 单位:江苏省特种设备安全监督检验研究院
带着这样的问题笔者阅读学习了《新一轮课程改革探索与实践》对其中体会较深的内容做了笔记并结合自身教育教学的实践体会如下
首先为达到这样的教学目的教师要努力为学生创设必要的情境
在《新一轮课程改革探索与实践》中有一个典型的教学案例一位美国历史教师在教授南北战争的历史背景时成功的创设了必要的背景他先进行一次考试看到成绩后很多学生垂头丧气这时教师提出可以加分但只能给白人学生加分而且十美元加一分这样激起班里大部分学生的不满学生们向教师投掷书本食物教师拿出事先准备好的盾牌掩护自己并用水枪扫射学生事后教师才向学生点明刚才那混乱的一幕正是南北战争前林肯所面临的历史背景
无疑这次教学的情景设计是成功的类推到目前的初中思想政治课教学无论是讨论经济现象还是学习法律常识只有创设好情境使学生能尽快进入角色才能更多更充分的激发学生的积极性和创造性使下面问题的打开水到渠成尤其是在许多教师报怨死气沉沉的班级这一点尤其重要
下面试举一例进行分析说明在上海市八年级思想政治课本《依法保护自己合法经济权益》一课的教学设计中笔者导入新课用的就是一段录像录像中具有代表性地反映了学生们所熟悉的社会上打的付假钞或赖车费等现象其目的就是要在引起同学们对本课兴趣的基础上使同学们能摆脱目前课堂环境的束缚更快更全身心地投入经济权益的特定概念范围
而紧跟其后的问题设计中笔者也是作了精心的安排没有习惯地按照保护消费者的经济利益这一惯常思路来提出问题而是相反从经营者的经济利益也需要保护这一较冷僻思路来引出问题令学生觉得经济权益这个看似熟悉的概念还有着广阔的拓展空间其效果是值得肯定的
其次好的问题必须给学生的思维创造留下充分的空间
在《新一轮课程改革探索与实践》中关于这个方面有一个典型的教学案例有一次苏格拉底的一个学生很苦恼的来问苏格拉底说自己怎麽也学习不进苏格拉底端给他一盆水让他把头浸在水中然后自己用手摁住他的头不让他出来当那个学生终于挣扎着抬起头苏格拉底问他刚才他在水中最渴望什麽那位学生说空气于是苏格拉底让他回去自己思考刚才他自己提出的问题第二天那个学生兴高采烈地来找苏格拉底他已经能够回答自己的问题只要自己象渴望新鲜空气版权所有，全国公务员共同的天地!一样渴望学习肯定是能够学进去的
笔者从自己的教学实践中试举一例以进一步探讨在对话式课堂教学中问题设计的新思路上海市九年级政治教材第六课《明确社会责任》第二框中社会责任意识与社会贡献的关系既有区别又有一致性这个问题面临的困难是教材所上升的理论高度主观条件客观条件要与社会责任意识相结合才能为社会做贡献主观条件客观条件这些概念属于哲学范畴对于初三的学生来说学习起来是有难度的如果把相应的哲学概念理论解释一遍恐怕既占用了太多时间学生又不得要领
笔者原本在教学设计时对这个问题还没有很详细的思路只是设计了一个问题你认为只要有了社会责任意识就一定能为社会做贡献吗请举例说明可是在上课的时候学生的一句话却令笔者茅塞顿开一个女同学举例上海市劳动模范徐虎是一名优秀的水暖工是具有很强社会责任感的可是他也不见得每一次都修得好
受到启发的笔者马上把问题展开话说有一次徐虎接到报修一户居民水管爆裂请他去修可这次徐虎却没有修好这根水管请你设想一下有哪些可能的原因同学们觉得很有趣不假思索就回答出了几个原因①徐虎真的遇到了技术难题不能解决②这户居民家用的水管是进口产品国内没有生产徐虎手头没有备用零件来替换所以没法修③水暖工各有各的管辖范围这户居民恰好不在徐虎的管片上而负责这个范围的水暖工不高兴让徐虎帮忙④徐虎住在上海的东部报修的居民住在上海的西部这家人想想太不划算索性在附近找人修了了事越回答到后来难度越大因为容易想到的都被说过了但同学们的兴趣却越来越浓课堂里一片沸腾大家争先恐后地举手发言
通过学生和教师的相互启发学生又说出了几种可能的原因⑤这户居民的水管已经彻底地烂透了徐虎觉得修了是浪费干脆建议他们换一根新的⑥徐虎在路上遇到了塞车错过了与客户约定的时间⑦这户居民的水管是私接的违章用水徐虎不能为他们修……
最后同学们说出了大约十条原因如果不是时间原因可能还会有更多的解释在这个基础上笔者对已经分析出来的原因进行区分这里有的是属于来自徐虎自身的原因有的是属于来自外部社会的原因而这里面又可区分来自不同方面的原因……也不尽相同
这时候笔者进行了总结一个人的社会责任意识同有利的主观和客观条件结合起来付诸于社会实践才能有效地履行自己的社会责任为社会多作贡献这是二者区别的一方面
接着笔者又乘胜追击问徐虎作为我们上海乃至全国的著名劳动模范在困难面前会不会就此罢手轻易就放弃努力同学们自然而然地分析徐虎有极强的责任意识会想出各种办法来解决所遇到的困难技术难题他会想办法攻克没有零件他会通过技术革新来代替……
这样教学中的下一个问题也就迎刃而解了社会责任意识和为社会作贡献还有一致性的一面有没有社会责任意识大不一样
这样本来高深的理论变成了身边的日常生活枯躁的灌输变成了自主愉快的获取通过这一次教学实践其实笔者的收获和学生一样多甚至更多因为它向笔者显示了教学改革的无穷魅力和永无止境告诉笔者什么叫作教学相长教师并不应该用俯视的态度来对待学生而应该认为学生比老师想得更多做得更好是正常的苏格拉底曾说过教师的作用就是通过他的帮助使学生把自己头脑中本已存在的东西表达出来他还形象地将其比喻成催生婆想来意即在此
2课程设计的实施方式
课程设计实施方案：设计报告书是对整个设计过程的总结和提升，也是进行工程交流的重要文献资料，通过指导学生撰写课程设计报告书，培养学生撰写工程技术文档的能力。对设计说明书的撰写，提出如下要求：1）严禁课程设计报告抄袭，基本工作独立完成；2）根据任务书能提出合理的设计方案和机构的工作原理；3）设计要符合国家标准，学会使用设计手册、专业术语、专业名词规范；4）设计图图纸规范，符合设计说明书的要求，不照抄手册和案例，设计参数与图纸相一致；5）学会使用专业相关软件，对设计的机械机构和控制部分进行分析和仿真，是验证设计正确的有效手段之一；6）课程设计配备了一些实际的零部件可供学生设计使用，以及基本的控制电路，学生要具备一定的实践操作能力，掌握器件的选择与焊接，会进行程序的编写，掌握系统故障的检测与维修能力。课程设计采用分组式进行，每个小组3～5人，视工作量而定。课题难度较大可以分五人，原则上一般三人为一组。每个小组在规定的时间完成基本要求，每个学生都要参与该组课程设计答辩，通过问题了解学生在课程设计中所做的主要工作，检查有无抄袭情况、有无坐享其成的学生，结合设计报告书的撰写质量和实际所做的产品质量进行综合评定。
3实施效果
通过在重庆大学机械电子工程专业的实践，在机械电子工程专业中开设机电一体化课程设计，已基本摸索出培养机电复合型技术人才的规律。普通型题目实现机电融合、知识整合理论教学与工程实践并重。由于在教学中缺乏机电知识综合运用能力的培养和训练，学生在学习了机械设计、机械制造和电子技术、计算机技术和传感器技术等基础课程后，不能很好地将机、电的知识融会贯通，大多数学生也只是了解基本的机电设备的基本功能，在系统运用中存在问题，在机电一体化系统的综合设计方面存在不少困难。通过开设机电一体化课程设计实践教学环节，通过理论设计与实际操作，比如数控工作台进给系统的设计，从电机、联轴器、丝杠、导轨的设计到型号的选择、控制单片机的设计与仿真，最终实现数控工作台进给系统的装配与调试。机电一体化课程设计对学生的理论知识与实践紧密地连接起来，提高了学生的综合应用能力。创新型题目为学生参加机械创新竞赛做了铺垫通过课程设计，为机械学科学生参加如全国大学生机械创新设计大赛做了铺垫。在第六届全国大学生机械创新设计大赛（重庆赛区）中，学生荣获重庆赛区一等奖一项、二等奖一项。其中，“幻显黑板”作品获得国家专利。该作品包括了框架的设计、传动系统布置，控制系统采用单片机控制，执行元件有步进电机、直流电机、电磁离合器、电磁制动器、光电编码器等器件。本次参赛作品充分运用机电一体化技术，机电一体化课程设计改革效果显著。
二、教学体系创新思考
（一）创新教学方法
（1）培养大工程观。
在职高机械设计制造与自动化创新教学过程中，应该引进并重视世界上一些先进的职业技能培养理念，注重机械设计制造与自动化理论与实践的结合，培养学生形成客观的、理性的大工程观，充分理解和重视机械设计制造理论与实践相互支撑以及相互促进的重要作用。
（2）重视实践教学。
只有通过具体实践，才能真正将书本理论知识转化成相关的职业技能，才能真正将机械设计制造与自动化知识学以致用，并在不断的实践过程中积累经验，提升自我职业技能以及创新能力，因此，在职高机械设计制造与自动化创新教学过程中，必须重视实践教学，努力培养学生的实践能力。
（3）强化实习基地。
提高职高学生机械设计制造与自动化专业技能以及实践能力的一个最重要的途径就是通过在实习基地的实践与学习。因此，在实际创新教学过程中，应该重视校外实习基地的作用，着重发展和建设一些先进的、功能性较强的现代化实习基地，让职高学生能够很好用来进行工程机械方面的训练和实践。
（4）强化设计能力。
在职高学生机械设计制造与自动化创新教学过程中，能够很好地反映出学生综合能力和设计能力的途径就是进行课程设计。在我国目前的职高机械课程设计教学过程中，往往不利于学生的个性化发展和需求，应该重视课程设计的内容和目标设计，突出对实践过程中的应用，选择综合质量较高的设计课题，减少学生之间雷同设计的可能性，最大化地提升职高学生的设计能力、综合能力以及个性化发展能力。（5）提高新型教师。教师在职高机械设计制造及自动化教学中发挥着巨大的作用，直接影响着学生的学习效果和各项技能的提高，在创新教学体系中，应该重视和培养一批高素质新型教师，除了具备熟练的专业技术技能外，还应该能全面培养学生的综合素质，重视学生在教学过程中的主体地位，积极培养学生的实践能力、综合能力以及创新思维及创新能力。
（二）创新教学体系
（1）在职高机械设计制造及自动化创新教学中
应该建立和健全专业的知识教育体系，强化学生的专业技术和技能的培养，优化专业知识的教学环节和教学内容，提高专业知识的教学效率。
（2）在职高机械设计制造及自动化创新教学中
应该建立和健全学生能力培养体系，通过参加实习以及参加各种课外技能活动的形式等，培养和提升学生的实践能力。
（3）在职高机械设计制造及自动化创新教学中
应该建立和健全培养学生综合素质的教育体系。现代化建设和现代教育改革不断重视综合素质较高的新型人才，在实际创新教学过程中，应该通过各种实践活动、专业学术报告等形式，提高职高学生的综合素质，培养职高学生的创新思维以及创新能力。
（三）创新教学方式
（1）启发式教学。
在职高机械设计制造及自动化创新教学过程中，学生应该作为教学过程的主体，教师对学生起着引导作用，应该善于启发学生对相关知识的思考和讨论，引导学生自动地进行设计及相关的学习，提高学生自己解决问题的能力，充分发挥学生的主体作用。
（2）信息网络教学。
在信息科学技术迅猛发展的时代，信息网络技术在教学过程中的运用越来越重要。在职高机械实际制造及自动化创新教学过程中，可以充分利用多媒体教学方式，给学生的视觉和听觉造成新的冲击，激发学生的学习兴趣，提高学习效率。
（3）企业内部教学。
应该将传统的课堂教学与企业教学结合起来，将机械设计制造及自动化教学中的理论和实践有机地整合在一起，使学生对所学专业有深刻和全面的了解。
1.1种类比较少
现在市场上常见的有各种修剪机、洒水机等，这些比较单一，还有许多机电一体化机械并不常见，如移植机等。在许多发达国家，其园林设计机电一体化设备更加多样化，在美国、欧洲等国家，其园林设计设备种类就更多，用途也更广泛。国内也有许多知名品牌的销售，如绿友、东方园林等，在国内还有许多生产园林机械的著名厂家，在淮安、扬州等地就有许多知名厂家。
1.2普及率低
与数十年前相比，园林设计中采用机电一体化机械的频率虽然有所升高，但就目前来讲，机械的使用率还是偏低，还不够普及。与发达地区相比，我国大部分地方还在用半自动化机械工作，距离全自动机械工作还有一定距离。
1.3利用率较低
部分园林机电设备会投入使用，但机电设备的使用效率不高，其原因有二，一是存在人为操作的问题，错误的操作规程对机电设备造成很严重的破坏，导致维修费用升高，使成本不降反增；二是没有将机电设备的利用效率最大化，导致资源浪费，增加了管理与维护的成本，阻碍了机电设备在园林设计方面的投入和使用。
1.4保管和维护不到位
机械是易损耗的，使用过程中难免会出现故障，但有些企业由于缺乏技术人员维修不到位，有的根本不进行定期维修，故障的机器多数被弃置仓库，却利用人力完成作业，这成为园林设计中机电一体化的缺点。不懂得机械结构和原理，不熟悉机械的操作，不知道如何保养机械，导致机械使用寿命降低。对上述问题，企业必须制定相关的操作规程，让员工认真学习操作规范以及正确的使用方法。另外，在大规模使用园林机电一体化机械时引起的噪音、环境污染等问题也有待解决。机电一体化的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，专业化是必不可少的。由于各类科技学科发展及相互渗透，促使了机电一体化技术和产品在各行业、部门的飞速发展。其中机电一体化在园林设计中也得到了应用。
2机电一体化在园林设计中的应用
随着现代化技术的广泛应用，机电一体化技术也逐渐渗透进了园林设计。经过两千多年的发展，中国古典传统园林所讲究的意境已经到了炉火纯青的地步，虽然可能会有更好的园林出现，但是机电化已经成了一个重要的发展趋势，这是大势所趋。园林设计中会融入更多的机电一体化等元素。沿着这个思路走，创造园林的科技文明和传统意境对园林现代化的普遍需求相结合，是成就上流园林的必要条件之一。
由于每届或每班的指导教师不同，设计题目、内容、要求、难易程度偏离太大。如有数控机床改造设计、伺服系统控制设计、交通灯控制设计等，要求、工作量也不相同。有的设计任务偏难，有的设计任务又太简单。
（2）设计资料缺乏。
由于机电一体化是一门新兴的技术和专业，这方面的知识内容都在相关的杂志刊物登载，书籍相对少一些。要进行课程设计，收集这方面的资料较困难。没有现成的资料汇编及设计手册，学生要花费较多的时间找资料，往往是教师帮助寻找资料。而且没有像机械零件设计那样的系统完整的课程设计指导书。在设计中盲目性较大。
（3）师资不足。
最早几年机电专业方向只有一个班或两个班，指导教师有2~4人即可。一般由主讲或熟悉机电一体化控制系统课程的教师指导。近几年随着学生的扩招，机电专业扩展到4~5个班，指导教师需要8~10人，明显不够，因此有必要进行培养。
2机电一体化课程设计改进措施
（1）编写合适的机电一体化课程设计指导书，配齐设计资料。
到目前为止未见过公开出版的机电一体化课程设计指导书，所以有必要编写合适的机电一体化课程设计指导书，并收集较全的资料进行汇编，与指导书汇编成册。
（2）规范设计题目，统一要求。
规范设计题目不是整个设计都用同一个题目，而是在一个范围内选择题目，教师根据所选的题目按统一的要求下达任务书。设计题目一般以简易数控机床设计、数控机床改造设计、机器人及控制设计较为合适。在市场上可见的机电产品多得很，不是所有的机电产品都适合做题目，因其难易程度是不同的。机电专业的课程设置是以机床设计、机器人设计控制为典型产品的，在机电一体化课程设计中要反映课程设置的内容。机电专业方向课程有机电一体化系统设计、计算机控制技术、机械制造装备设计、机器人导论等课程。这些课程的内容在电的方面主要介绍了以计算机为核心的控制系统；机械方面介绍了机械运动、机械传动、机械结构及相关的标准部件，如滚动导轨、滚珠丝杠等。在选题及设计中要反映上述的内容。因此规范化的题目主要为数控车床（或铣床、钻床等）设计、车床（或铣床、钻床等）数控化改造设计、或是工业机器人及控制设计。这些都具有一定的机械部分内容，如数控机床进给轴传动部件，机器人的腰身、手臂运动部件及滚珠丝杠、导轨的应用等。电的方面包含数控系统电路设计，计算机控制系统设计及对机械部分的控制；从而实现了机电结合。对规范化的题目、要求及上述设计内容都已编入指导书中。
（3）指导教师的培养。
首先被培训的教师可以跟班听课，熟悉掌握相关的课程内容，然后在机电一体化课程设计进行中跟班辅导，以培养出合格的指导教师。
（4）加强督察。
当指导教师接到指导课程设计任务后，首先拿到机电一体化课程设计指导书，根据要求写出课程设计任务书；并由教研室主任或院教学指导委员会审查，合格才可向学生下达任务。指导中，教师要填写指导日志，随时记录指导中的难点、及出现的问题和解决方法，并进行小结，以便下一次指导时提高设计水平。
3机电一体化课程设计指导书主要内容
3.1设计题目确定及要求
3.2总体方案确定
（1）总体方案设计；
（2）绘制总体方案图。
3.3伺服系统机械传动部件设计
（1）切削力计算；
（2）滚动丝杠螺母副的计算与选型；
（3）伺服系统传动设计；
（4）步进电机当量扭矩计算及选型；
（5）机械传动结构设计（绘制一个轴的机械装配图）。
3.4控制系统硬件电路设计
（1）确定控制系统方案及绘制系统框图；
（2）单片机的选用；
（3）存储器的选用与扩展；
（4）译码电路设计；
（5）接口电路设计；
（6）绘制控制系统硬件电路原理图。
3.5基本的参考图表汇编。
4近一届学生机电一体化课程设计进行情况
4.1教师配备
近一届机电专业学生，每届有四个班进行机电一体化课程设计，共配备6名教师；其中有四名为独立指导教师，两名为辅导教师，为培养新的指导教师储备力量。
4.2指导书的使用及设计过程
设计学生和指导教师每人一份机电一体化课程设计指导书。教师按照要求写出机电一体化课程设计任务书，并经研究所长审查后发给学生。设计题目主要有CA6140普通车床数控化改造设计、C6132普通车床数控化改造设计。在同一个题目的学生中，要求设计进给轴部件时，一部分学生设计X轴进给部件，另一部分学生设计Z轴进给部件。整个过程根据设计任务书的题目、要求和机电一体化课程设计指导书给出的设计步骤、方法，先进行总体方案设计，再进行机械传动部件设计，最后进行CNC硬件电路设计。整个过程经过了机械、电子两方面的训练，实现了机电结合，达到预期效果。
4.3填写指导日志
教师在指导设计的过程中，及时填写指导日志，记录设计中的难点、问题，并进行小结。
