時間：2023-03-20 16:21:20
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可變功能機械系統由不同的分功能組成，且功能間會發生耦合。筆者基于FBS概念設計模型對可變功能機械系統進行研究，先將各分功能獨立，分別建立自頂向下的設計模型，即先對功能進行分解，由功能-行為映射求解得到相應的行為層級結構，分析相應的行為模型，得出映射層結構方案?？勺児δ軝C械的FBS模型詳解如圖1所示。在研究可變功能機械系統時，本研究將分功能到行為和行為到結構的映射并行研究，功能總和代表了各分功能不同模型的集合，系統實現其中一個功能時，另一個分功能處于待用模式，為加以區分，用功能符號“F”+“i”（數字）代表分功能序號，用“or”（或者）連接各分功能。之后本研究建立分功能的層級結構及相應的功能分解模型、行為過程層級結構及其行為過程模型，最后進行映射求解。這種并列的設計過程存在交集，即這些分功能間具有耦合性，系統的功能分解有部分相似，例如當農用拖車的連接器連接不同的耕作設備可以完成不同的生產功能，施肥機可以進行移動施肥，灑水機完成澆灌工作等，系統的動力功能和傳動功能并未發生改變，改變的僅是執行端的功能。本研究將相似的功能結構和行為結構以及方案層的具體實施構件組合用虛線連接，代表它們之間存在的特殊聯系。為具體表達該設計過程中的模型聯系，基于經典相似理論中對序結構的定義，本研究將系統要素按一定組成規律、一定順序出現的序列結構稱為序結構，序結構與系統有著緊密的聯系。根據可變功能機械系統概念設計層次，筆者對序結構進行特征分析，分為功能序結構、行為序結構以及方案序結構。由于篇幅原因，本研究僅對功能分解和行為結構的序結構表達進行描述，并構建相似模型。
2相似模型構建
2.1功能序結構和行為序結構模型相似包括功能相似以及行為相似，功能具有相同的效果不代表行為也具有相似性。研究系統相似度時需要衡量功能相似度和行為相似度不同的權重值，建立相似模型，從系統的角度將不同的功能及其行為映射用序結構表達出來，用系統要素的方式進行模型構建。功能是表達系統特性最抽象的方式，功能的表達需滿足：（1）能根據給定要求表示設計者的意圖；（2）能準確描述滿足設計要求的設計對象；（3）能被定性或者定量地評價，并可以測定設計意圖的滿意度。功能的系統要素為能量、物質和信息，每個功能要素都有其輸入和輸出，因此可以運用“輸入流-輸出流”的方法進行功能描述。功能要素在時間和空間上有一定的順序，即功能序。本研究將功能序的關系進行分類，分別有組成關系、時序關系和因果關系如圖2、圖3所示。時序關系又有順序關系，并存關系。功能序是功能序結構的基礎組成。在概念設計模型中，功能是一個模糊而粗糙的概念，而行為相對而言更為具體，能激發設計者的靈感，引導設計者保證三大流（即物質、能量、信息）的有序流動，不違背自然規律。行為的系統要素包括運動學要素、力學要素和能量要素。結合目前行為結構的表達方法，本研究統一用“輸入流-輸出流”的方式表達行為序結構。行為可以分為基本行為和組合行為?；拘袨閷窘Y構，較為簡單；組合行為由基本行為構成，包括運動轉換行為、執行行為、檢測行為、控制行為等，這些基本行為通過一定的順序連接起來形成組合行為。行為序就是指這些基本行為和組合行為間的連接，行為序結構則表達了行為序間的連接關系。行為序結構分類如圖4所示。行為序的關系有以下幾種：①串聯順序關系；②并聯同時關系；③選擇發生關系。
2.2基于序結構的相似模型構建由相似第一定律即序結構定律可知，不同類型、不同層次系統存在一定的序結構，當系統序結構存在共同性時，系統之間出現相似特性，相似性大小隨序結構的共同性程度增大而上升，反之則下降。上節已將可變功能機械系統概念設計中的功能層和行為層用序結構進行表達來探索功能和行為的相似性，本節在此基礎之上運用數學建模對相似度進行計算?？勺児δ軝C械系統具有一定的相似性，即相似度大于零，某些功能或行為能通過改變一些系統組成就能形成新的功能系統，若是沒有相似性即相似度為零，那么整個分功能系統就轉變成了多功能的單個系統的集合，不在本研究的研究范圍之內。本研究將系統或者系統的一部分進行序結構構建和分析之后，為每個序進行編碼，用eik表示序要素的集合，要素包含屬性和特征值，屬性由所屬功能或者行為的輸入輸出流決定，i是分功能編號，k是序的編號。相似序的概念是將分功能序結構的要素和特征聯系形成兩兩組合的有序偶，用(e1k,e2k)表示。相似度由相似序的個數和相似序對相似的影響權重所決定，相似度以q表示，相似序個數決定的相似度為q1，影響權重決定的相似度。權重的分配也是相似度量的重要環節之一，主要包括主觀權重分配方法和客觀權重分配方法。相似序模型分析之后根據經典相似理論進行數學建模，系統的總相似度由功能、行為和結構的相似度綜合得出。本研究根據所建立的序結構進行系統知識表達，計算可變功能間的相似性，設機械系統共有兩個可變分功能，特征參數取自輸入輸出流的類型和數值，如功能的能量類型和所代表的數值等，對整個系統進行相似模型構建，并計算相應的相似度數值。相似求解模型如圖5所示。建模的一般步驟可表述如下：（1）分別對分功能系統進行層次劃分，建立基于功能或者行為結構的模型。可用輸入流輸出流的方式按2.1節所述分別建立分功能的具體模型，對應的序結構統計如表1所示。
3實例分析
筆者選取典型的可變功能機械系統進行研究，選取如圖6所示的機床作為研究對象，通過更換不同的刀具執行機構可以獲得鉆孔，擴孔和鉸孔3個不同的功能。可以看出，這是一種通過改變系統執行機構達到改變功能的情況。本研究按上文所述的步驟進行分析，首先由系統的可變功能得到功能的序結構模型，所建立的模型如圖7所示。表3所示機床的可變功能由更換執行機構來實現，在系統層面上達到了改變功能的要求。本研究按上文所述，根據所建立的序結構模型，通過分析相似要素應用公式（1~3）得到系統功能級的相似度數值。
4結束語
學完機械制造基礎課程后，學生應學會綜合應用機械制圖、金屬材料學、金屬切削原理等專業基礎知識，因此該課程的涉及面廣，綜合性強。同時，課程內容來源于實踐，經歸納、分析，進行系統理論化后又應用于實踐、指導實踐，故其實踐性也強。
二、對機械制造基礎課程教學內容改革
筆者認為，應緊扣大綱，合理調整機械制造基礎課程內容。為了突出機床教學的系統性，筆者把金屬切削機床及其運動、各種典型機床簡介、機床夾具設計基礎、典型機床夾具及其設計方法這幾章放在一起講授，這樣學生對與機床有關的知識才會有全面系統的了解。
三、對機械制造基礎課程教學方法的改革
教師要把握教學目標，理論密切聯系實際。在該課程開講前，學生進行車、銑、磨、刨、鉆等機加工實習，加深對刀具、夾具、機床、定位與夾緊、金屬切削、表面質量、加工工藝、工序、工步等概念的感性認識。學生學習理論后又要重新回到實踐中去，用系統的理論來分析并解決一些簡單的實際問題。經過反復的實踐與理論學習，學生必將加深概念，并學會應用理論指導實踐。
四、教師應不拘一格，靈活使用多種教法
1.舉例引入法
講授新課前，教師先講有關實例以導入新課內容，把生活中與機械相關的內容與教學相相合，讓學生充分體會到學以致用，調動他們的學習興趣。如可以實板上鉆孔為例，導入工步的概念。
2.提出問題法
教師因勢利導地提出與新課知識相關聯的問題，以激發學生的學習興趣。如向學生提問：“普通車床的用途是什么？”學生馬上就會聯想到車工實習，從而進一步想到車床實習的具體內容。
3.小組討論法
教師將學生分為幾個小組，讓學生圍繞新課重點問題展開討論，以培養學生的組織能力、協作精神和團隊意識。
4.課堂演示法
在講課過程中，教師可適時地展示與教學內容相關的實物、模型。這樣不僅能加深學生的感性認識，激發學生的學習興趣，而且有助于他們對所學知識的理解和掌握。
5.對比教學法
通過把同類相近知識對比教學，以使學生牢固掌握新知識。如教師講述麻花鉆切削部分結構時，拿車刀切削部分作比較，使學生認清六個刀具角度的基本定義。6.多媒體教學法教師應該從降低課堂教學的難度出發，多花時間做好多媒體課件，將相關的視頻、動畫等穿插教學中。如將各種機床的外形、車刀的結構等通過計算機投影技術展示給學生，使學生能夠通過動態的畫面，輕松地理解教師的教學意圖。這樣把復雜的內容簡單化、抽象的概念形象化、靜態的問題動態化，有助于學生理解教學內容。
五、小結
結合這幾年的教學經驗，本人認為課程內容應結合最近幾年來該專業學生畢業從事的工作崗位特點，對本課程內容做有目的的刪減和整合。例如，對于數控專業來說，在鉸鏈四桿機構章節中，重點應該結合日常生活和生產實踐介紹四桿機構的應用和特性，而對于四桿機構的設計內容，可以簡單介紹甚至可以忽略，或對于接受能力強的學生做適當引導，安排其自學。另外，目前的教學內容偏重理論，比較抽象，學生聽課枯燥，教學效果不佳。任課老師需根據課程教學大綱基本要求，對知識進行整合。例如，以一個實踐工程為例，把大綱要求掌握的知識點運用到此工程上，把抽象的理論知識轉變為形象直觀的實際應用，這也為學生日后走上工作崗位奠定了堅實的基礎。
二、課程教學方法改革
打破傳統的教學方式，現在提倡理實教學相結合，但是《機械設計基礎》理論教學還是占主要課時。如何提高課堂教學效率，是本課程教學方法改革的關鍵之處。傳統的課堂教學方式都是“教師講，學生聽”的填鴨式教學，學生對課堂不感興趣。師生之間沒有互動或互動很少，課堂教學效果很難有提高。為了打破這種現狀，我校很多老師開始嘗試采取分組討論、啟發式、項目式等教學方法，課堂氣氛相對較活躍，既提高了學生的參與性，又激發了學生的創造性。本人在本課程的教學過程中，主要嘗試了分組式討論教學法和案例教學法兩種新的教學方法。分組式討論教學模式，每組分4~6名學生，專門設計學案在課前下發給學生，根據學案內容，讓學生在課堂上進行小組討論，再由小組學生輪流發言。案例教學法是利用生活生產中的實例進行知識的講授。在理論知識的基礎上，結合生產中實例進行講授。例如，在講常用機構分類、特點及應用時，可以直接讓學生觀看汽車雨刮器、牛頭刨床、揉面機、插床等機器的運動視頻，這樣可以直觀地反映知識內容，增加學生的學習興趣，使學生較快地理解和掌握所學內容。
三、考核評估體系改革
實驗教學是重在培養學生動手能力、實踐能力以及創新能力的重要過程，是應用性強專業通常所采取的一種通用性的教育教學模式。機械設計基礎專業技術課程的終極目標是培養現代化所需要的實踐性人才，然而受到傳統教育教學模式的影響，我國高職機械設計基礎課程的教學往往過分重視理論教學，實驗環節只是作為輔助手段。這種現象嚴重制約了高校機械專業學生的實踐能力的培養和發展，不利用今后操作能力的提升。正是這種現象的存在，導致很多高職院校機械專業在資金投入上往往不能有效地向實驗器械的購買增加上傾斜，使得高職機械設計基礎課程的實驗設施設備普遍滯后，實驗項目僅僅是最基礎、最普遍的常識性實驗。這種單一性的實驗，直接導致學生對機械設計基礎專業的理解嚴重不足。尤其是有些實驗雖然是以實驗的形式出現，但是仍然具有極強的理論性認知，不能通過過程驗證來激發學生的求知欲，導致學生興趣和積極性的不足，失去作為實驗教學的意義。如何加入更多的實際動手性操作實驗勢在必行。同時，高職學校機械設計基礎課程的實驗設置上過多地將視角放在了教師操作、學生觀摩上，學生只能通過視覺感官來體驗實驗的內容，而不能通過親身的實驗操作來獲得更加深刻的體會，導致學生當時明白，但是很快就遺忘，不利于學生綜合能力的顯著提升。此外，高職院校對機械設計基礎課程的評價模式也存在弊端。實驗教學環節由于實驗實施設備的不足，導致學校在對實驗教學進行評價時，只是將實驗教學作為考察部分，不能有效地激發學生對實驗的重視，如此一來，學生的能力如何提升？
2高職機械設計基礎實驗教學建議
2.1更新機械設計基礎課程理念
任何體制創新、制度創新都取決于觀念的更新。高職機械設計基礎課程實驗教學體系的改革首要的就是要更新觀念，建立適應現代化發展的高等教育教學管理理念，徹底打破傳統教育教學模式的影響，建立以實驗為導向，以培養學生實踐能力、創新能力為目標的課程理念，為優化高職院校的競爭力的全面發展奠定堅實的基礎。機械設計基礎實驗教學是以培養學生的動手實踐能力為目的，使學生掌握科學實驗的基本方法和技能，具有創新設計能力及應用現代技術手段分析和解決工程實際問題的能力，最終實現由知識傳授到技能培養，再由技能培養到綜合素質提高的全面轉變。這是機械設計基礎實驗教學改革的目標與核心任務。一切以優化高校發展、促進優勢學科建設、規范管理為基礎，切實將高職機械設計基礎學科建設放在重要的位置。
2.2加大投入，優化設施設備
高職機械設計專業實驗教學體系的構建作為一個系統的工程，需要大量的物質基礎來保障其有效運行。這種投入涵蓋了大量的人力資源和物力資源來保障其有效運行。實驗室的優化首當其沖，良好的實驗室、合理的實驗設施設備是保證高職機械設計基礎實驗教學順利進行的前提。
2.3建立適合學科發展的實驗體系
總體上看，高職機械設計基礎專業的實驗涵蓋以下幾種主要的類型：基礎性實驗、綜合性實驗、創新性實驗以及設計性實驗。目前，高職機械設計基礎實驗過多的注意力放在基礎性實驗上，如何在實驗內容上進一步優化至關重要。適當地加大創新性、綜合性、設計性實驗的成分，將進一步提高機械設計專業的學科建設，這些才是高職實踐性教學所必需的，是培養機械專業學生解決實際問題能力的關鍵。只有這樣，才能切實提高高職機械設計專業學生的動手實踐能力。首先，在內容上的優化還應以提升學生的設計能力為基礎，在實驗內容上鼓勵學生自主設計。如四桿機構、凸輪機構和齒輪機構等的教學，應不斷地鼓勵學生自主設計，并自主地查閱資料來根據機械設計基礎模擬相關機構的運動規律。不斷地自主實踐才能真正提升學生的能力，教師充當的角色也應發生變化，切實起到主導的作用。其次，在實驗教學環節上也應進一步優化，建立適應相應實驗項目的不同實驗分組模式，如軸系結構設計與分析實驗是具有較強的分析和綜合性的實驗，實驗目的旨在提升學生的實踐能力。這就要求教師在分組時切實增加學生的動手機會，分組人數不易過多。而相反在設計性的實驗教學中應適當增加小組人數，通過大家的集思廣益來拓展思維，優化思維，并通過小組討論來不斷地優化小組設計，提升小組成員的合作意識。再有，高職機械設計基礎實驗教學應不斷優化實驗教學的方式、方法。在教學中不斷增加開放式教學模式，提高學生的設計、創新能力，在高職機械設計的實驗教學中突出學生的主體地位，鼓勵學生自主思考、自主查閱相關資料、自主討論、自主構思、自主分析。教師在實驗組織上更多的應該是通過集體的分析來對學生的創意進行比較，總結學生的經驗。最后，在高職機械設計基礎的教學評價機制中，應不斷更新機械設計基礎評價模式，增加動手環節比重。切實提高實驗教學成績的比重，并將學生自主動手操作能力和設計能力的提升作為評價的重要內容。
2.4加強教師梯隊建設
高職機械設計基礎專業教師作為教學的管理者和具體的實施者，其能力的高低將直接影響高職機械設計實驗課程的效果。因此，我國高職院校應該提高專業實驗教師的綜合素質，適應現代機械課程建設的高速發展，通過不斷的人員培訓來提高專業教師的專業素質，適應現代機械高速發展對機械設計專業的高要求。這種梯隊建設應重點強化高職機械設計專業師資隊伍創新精神和創新能力的培養，鼓勵專業教師不斷進取，不斷更新個人的知識結構，不斷加強自身學習，吸取國內外的先進技術，全面提升個人的綜合素質，為培養優秀的機械設計專業人才奠定堅實的基礎。
3結論
在轉爐和連鑄工藝中，鋼水會在鋼包內停留，隨著爐外精煉的技術普及，鋼水停留在鋼包的時間逐漸變長，從而導致鋼水在鋼包內會發生一系列的溫度波動和熱損失。影響鋼水的因素有兩個方面，一方面是由于鋼包本身材料決定，鋼包本身在鋼水轉運過程中會與外界環境進行熱交換，同時由于材料本身的比熱容決定，會產生一定的溫度內蓄現象，另一方面，鋼水表面會與外界環境產生熱交換，造成一定的熱損失。為了緩解這兩個問題為煉鋼生產帶來的能量損失，一般采用鋼包加蓋的方式解決鋼水表面的熱損失，采用利用新型材料來提升鋼包本身的保溫能力。鋼包加蓋后，鋼水表面的散熱則會被包蓋吸收，并且最終使得包蓋與鋼水表面形成空間上的熱平衡，從而起到一定的保溫作用。如何縮短鋼包加蓋后空間內熱平衡達成時間，是目前許多煉鋼企業對鋼包加蓋設計中考慮的問題。時間縮短的越明顯，煉鋼生產效率就越高。而影響熱平衡達成時間的主要因素為鋼包加蓋的工藝流程。由此可見，鋼包加蓋的機械設計與應用對于煉鋼生產有著重要的意義，深入研究鋼包加蓋工藝，對于提高煉鋼質量、產率是有必要的。
2鋼包加蓋的機械設計
鋼包加蓋的機械設計主要包括有鋼包蓋的設計和鋼包回轉臺設計、加蓋工藝設計三個方面。
2．1鋼包蓋設計
鋼包蓋的設計主要包含對鋼結構和耐火材料的敷設設計。鋼包蓋設計吊耳很重要，方便吊車取蓋，在蓋的周圍需要有翻轉包蓋的穿孔，鋼包蓋結構設計過程中需要考慮到包蓋的機械膨脹性能和熱膨脹性能。為了進一步提高鋼包蓋的保溫性能，柳鋼鋼包內側均有耐火材料的敷設設計，一般采用耐高溫的耐火纖維進行包蓋的內部敷設，加強鋼蓋的接受熱輻射的能力。
2．2鋼包回轉臺設計
鋼包回轉臺設計是鋼包加蓋機械設計中的重點部分，主要是針對鋼包加蓋過程中的升降、回轉等功能進行設計。為了達成這些功能，一般會利用一些電動設備來進行構建。常用的輔助設備包括電動機、離合器、液壓系統、氣動系統等。鋼包回轉臺是實現鋼包自動加工的平臺，它能夠完成鋼包周轉過程中的加蓋、揭蓋操作，能夠保證這些操作過程中鋼包以及包蓋處于安全位置。鋼包加蓋裝置包括有加揭蓋機（柳鋼鋼包揭蓋機），型號有插齒式、移動插齒式、液壓升降／伸縮式、回轉式、懸掛移動式等。根據煉鋼廠的煉鋼工藝布置采取不同的設備組合。還有一系列的輔助設備，如包蓋存放臺、吊具、工裝、鉸鏈座等。
2．3鋼包加蓋工藝設計
鋼包加蓋的一般性工藝設計為以下幾個步驟：
1）準備工作。確保鋼包與爐次之間的準備服務后，將鋼包放回鋼包車，鋼蓋一直蓋在鋼包上，這樣可以省略下一爐的鋼包預熱工作，保證鋼包的溫度。但如果下一爐的時間相距幾個小時，則需要考慮鋼包的預熱準備。鋼包進入煉鋼爐前，需要將鋼包內的鑄余渣，并且需要清洗水口滑板和完成填砂過程。煉鋼爐出鋼時，鋼包經過出鋼線，利用自動揭蓋裝置完成揭蓋，包蓋則放置在存放臺，鋼包進入煉鋼爐下盛接鋼水。
2）出鋼后加蓋。出鋼完成后，鋼包加蓋機自動完成對鋼包的加蓋操作，這個過程中無需人為操作。
3）精煉揭蓋、加蓋。鋼包經過運轉進入LF精煉爐位，此時包蓋被自動揭去，鋼水在精煉爐中完成精煉過程，待這一過程結束后，鋼包回轉臺將包蓋帶回，進行自動加蓋操作。加蓋后，鋼包連蓋一起被吊上連鑄臺。在這一過程中，首先要確保鋼水的精煉達到標準，鋼水的各項指標達到指標，鋼水的溫度達到要求，其次采取對鋼包進行鈣處理或者微合金處理，進一步提高鋼水的潔凈程度。
3應用效果
在煉鋼生產全程中實現鋼包自動加蓋有效地減少了鋼包周轉過程的熱損失，同時保證了鋼包中鋼水的溫度趨于穩定，有助于煉鋼生產提高質量并且降低生產成本，鋼包全程加蓋后的應用效果主要體現在以下幾個方面：
1）鋼包全程加蓋能夠起到對鋼水的保溫作用；并且能夠降低鋼水出爐溫度。柳鋼轉爐加蓋出爐鋼溫度較之不加蓋降低了15℃左右，柳鋼轉爐加蓋后，出鋼過程中的溫度損失降低4℃，鋼包運輸過程中溫度損失減少15℃左右，全程溫度損失減少19℃左右。鋼包加蓋后起到的保溫作用還有效的減少了包內鋼水的冷卻作用，免除了連鑄過程中對鋼包的預熱過程，可實現低過熱度澆注，有效提高合金收得率，降低鋼包廢鋼率和保溫劑的使用率，節約了經濟成本。
2）鋼包全程加蓋有助于延長鋼包的使用壽命。連鑄澆注完畢后，包蓋懸掛在鉸鏈上，鋼包可實現帶蓋倒渣和回澆余。減少了對鋼包的清理需求，同時翻鑄余更加干凈，降低了殘渣量。鋼包自動加蓋降低了對包內耐火材料的機械損傷，因此提高了鋼包的使用壽命。柳鋼實現鋼包全程加蓋后，轉爐出鋼口壽命提高了5爐以上，鋼包壽命延長至95爐。
3）鋼包全程技改有助于減少LF爐的升溫時間，減少RH、CAS的OB頻率及時間，同時降低了廢鋼的產生率，有效提高了煉鋼效率和質量。除此之外，采用鋼包全程自動加蓋可以節省鋼包服務區的空間，減少人力勞動，降低人力成本。
4）鋼包全程加蓋有助于煉鋼廠的節能減排，一定程度降低生產成本，增加收益。鋼包全程加蓋后，轉爐出鋼溫度升高，降低吹氧升溫的吹氧量，降低了氧氣能源的使用。若采用焦爐煤氣升溫模式，則可降低煉鋼廠眼氣排放，起到節能減排的效益，有助于煉鋼廠的可持續發展。除此之外，柳鋼實現鋼包全程加蓋后，降低噸鋼成本10元左右。同時由于煉鋼質量的提升，進一步提高了噸鋼實際收益，能夠有效提高煉鋼廠的經濟利益，實現企業的經營目標。
4結語
關鍵詞：質量安全；功能設計；成本；規避風險；滿意度
隨著機械設計行業的革新，機械設計管理已經不單純的是產品的功用性管理，更為主要的表現在產品的知識密度，產品的多個功能性，產品的質量絕對安全和產品的推廣價值以及規避高風險性的實用價值管理上來。機械產品的設計首要考慮的是產品的質量安全，其次是產品本身的價值所在，再有就是在設計流程中理論和實踐的相互影響，最終形成產品，通過對管理資源的有效控制達到流程的節約化，直接化和實用性，更好地保證產品使用用戶對新產品的滿意度的提升。
根據當前機械設計企業的行業特點，對于機械設計行業中存在的幾大管理問題做一個簡單的分析。
一、機械設計質量安全管理
任何產品的質量安全都是頭等大事，機械設計也不例外。在機械設計行業中，設計人員一定要有嚴謹，負責的工作態度，嚴格按照設計思想，嚴格排查安全隱患，在設計中杜絕因管理疏忽而帶來的安全問題。在機械設計過程中要把安全問題落實到每個人，責任明確，分工具體使質量得到保證，安全隱患消除與萌芽狀態。
二、設計工藝流程的規范化管理
機械設計屬于嚴謹的學科范疇，一切的設計行為要遵循科學，遵循設計原理。在整個設計工藝中要考量圖紙的可行性，理論的靈活運用和靈活變通，對于設計所需要數據要進行深入的運算，確保達到數據的嚴密性。對于不確定的數據要進行多個論增，對于不明確的，不理解的理論要加以掌握理解，確保設計工藝的規范化，科學化，工藝流程的萬無一失。只有嚴格地執行規范化的設計工藝流程才能保障設計成果的規范化以及它的市場價值所在。
三、機械設計中的誤區以及出現問題的解決
在過去的機械設計的過程中，我們往往注只是重了設計成果的使用性，但是對于設計成果的實用性以及它的多個功能，我們并沒有過多地關注。趕時髦。為求“省事”，追蹤市場新產品和暢銷產品，對顧客的需求一片模糊，又不愿花力氣搞清，你上我也上，一轟而起，一轟而下。缺乏科學而準確的市場(需求)調查、需求分析和產品規劃，是一種盲動行為，失敗的可能性極大。實踐證明，好多機械設計企業經營失敗的根本原因首先是設計人員忽略顧客、缺乏市場調查與可行性認證，它們將導致90%的企業失敗。其他導致失敗的原因還有：由于管理者忽略變化、過分自信、過分自信與傲慢而錯誤地估計市場接受能力、吸收了不必要的合作伙伴、不能跨專業全面思考、企業缺乏長遠的目標與規劃，以及企業的經驗沒有公司和產品的特色?！艾F在供應，以后修理”。忘記了企業生產的產品(可觸摸的)和服務(不可觸摸的)只能在被顧客接受并使其滿意的前提下才能獲得競爭勝利和實現經濟與社會效益。這是企業缺乏“信譽資本(良好的社會信譽認同感)”的表現，它的嚴重后果是導致企業的成員沒有誠信、弄虛作假，最終使企業。所以企業的管理層應該清楚地知道，信譽資本有多少進展，以便即時采取擴大信譽資本的措施。對機械設計中出現的類似誤區，機械設計人員一定要有高度的市場敏銳感，嚴謹的設計理念，積極負責的工作作風，才能徹底矯正因為設計思維而帶來的對新產品的影響。
四、核心技術的保護管理
機械產品及其制造系統的創新是提高企業競爭力的關鍵因素。從本世紀初到60年代，機械設計業的競爭是以成本為測度的數量擴張時代，企業核心競爭力因素是成本最低，即規模經濟方式，在這種情況下對大多數進行工業化的國家和地區來講，需要的不是產品創新，而是引進產品與生產設備。70年代到80年代末它轉變為質量的競爭。幾十年的成本與質量的競爭，使多數國家和地區已經實現或可重現至今仍占主流的中低技術產品(占80%~90%的世界產品)的制造，且彼此間質量的差距越來越小，而成本的優勢在發展中國家與地區。在未來的市場競爭中，企業競爭力的主要因素變化為：新產品創新與改進的設計開發能力及其上市的速度；為保證新產品上市速度、產品質量(特別是可靠性與安全性)的控制和成本控制要求創新和改進制造系統及其運作；創新與改進服務及其質量。設計產品及其制造系統和制造過程控制的創新成為提高企業競爭力的關鍵因素，而產品的設計與制造質量、成本、開發上市速度成為企業活動的第一類核心自變量。
五、機械設計的風險管理
機械設計是一項高風險投資。新產品的成功創新或改進將有利于形成機械企業新的經濟增長點，促進經濟的發展，有助于合理的產品結構和產業結構形成，以及企業競爭力的提高。但是各國多年的產品開發實踐證明，它是高風險、高投資、高收益的活動。其最突出的特征是高風險性。如何應對這種風險，其主要依托應當是對于新產品的市場前景和潛在前景科學的分析，通過分析和觀察做出有利的判斷，盡可能在設計之初就規避因為設計帶來的市場風險。
六、機械設計的成本管理
好的設機械計不但要技術先進，制造可行，操作方便，而且要經濟合理，同樣也要求它易與管理，尤其是對成本的控制。所謂成本管理，其核心就是降低產品的成本。可以說，產品成本的高低，在產品設計的階段就基本上確定了，因此，降低產品成本，永遠是設計人員的一項主要任務，是機械設計領域中的一個永恒的技術經濟問題。設計人員進行產品設計時，必須牢固地樹立經濟效益的觀念，對每一個零部件進行功能成本分析，確定合理的技術指標和成本目標。加強成本管理直接決定企業參與市場競爭的成敗，這個環節至關重要，我們在成本預算中永遠要把最低的成本核算到設計體系中，也就是說最低的成本就是開拓市場最大的資本，由此可見成本管理在機械設計企業舉足輕重的作用。
七、機械設計產品的質量評估管理
樹立長效果的評估機制，對于設計成果的安全性能，可靠性，穩定性要有一個明確的認知。通過評估掌握設計過程中的問題解決方法，發現不足，在此基礎上尋求更好的解決方案。為今后的設計打下良好的技術基礎和理論基礎。
八、對設計人才團隊的管理
人才永遠是企業獲得核心競爭力的根本保證。為了實現建設機械工業新高地的戰略目標，加快各類人才隊伍，特別是科技人才隊伍的建設，通過企業內在機制的建立和外部環境的改善，充分發揮市場對人才資源配置的基礎性作用，吸引和凝聚各類優秀人才，在企業內部形成優秀人才在數量、結構和綜合素質等方面具有相對優勢的人才高地，為企業的持續發展提供組織保證。此外對于優秀的人才，企業更要做到敢于用，敢于叫他們走出去，請進來，靈活的用人機制無疑是保證機械設計技術人員設計生命力的靈丹妙藥。
九、加強知識產權管理
1.1具體改革內容
（1）改革課程教學模式，設置有利于學生自由發展的教學環節。引導學生“主動參與”的教學模式，教師在課程教學初期提出目標，如以往屆“機械創新設計競賽”為主題，并明確目標完成質量，將納入期末考核并給定所占總成績的比例，一般不應大于50%；學生自行提出任務，3人一組自由組隊，尋找方法，教師在目標提出約兩周后組織學生對任務進行答辯，對任務進行客觀、準確評價，指出下一步學習的重點；在學期中組織“機構創意搭接”活動，在學期末組織“機構設計及動力學仿真”活動，激發學生熱情。課程教學模式不局限于教師課堂講授，可以是學生任務匯報、教師指導答疑、活動演示等多種形式并存。教師引導：提出目標、不規定任務；不規定方法；督促實施、解答疑問。學生主動參與：明確目標，提出任務；尋找方法；邊學邊干，完成實踐。
（2）改革課程教學方法，營造學生自主探究的環境。引導學生“主動參與”的教學方法，教師在課程講授過程中取材以教材為線索，又不局限于教材，在學生自行尋找的任務中，找到具有共性的問題，引入課堂；在各章節圍繞技術的發展，增加新的內容；不拘泥于程式方法的符合度，看重對方法（路徑）的找尋過程，看重結果的創新度。
（3）改革課程考核方式，重點以考核學生能力為主，多種考核形式并存，客觀準確評價學生成績。打破傳統的以考核學生對書本知識掌握程度的限時書面考試方式，傳統考試方式會使學生臨時抱佛腳，放松平時的學習。加強對平時任務完成情況考核、對組織活動參與情況考核、對實驗室開放參與程度考核，加大平時考核在綜合成績中所占的比重，在一定程度上促使學生重視平時各個教學環節，使學生的學習過程變成循序漸進的過程，防止學生考前的突擊應付，提高平時學習的自覺性和主動性，考試題目增加一定量的設計型題目，強調工程背景，克服傳統考試中題目的限時性、定向性、唯一性、單純性的弊端，著意考察學生綜合運用知識解決實際問題和創新思維的能力。
（4）改革課程對應集中性實踐環節教學內容，將任務從課內延伸至課外。多數作品可作為課程設計繼續研究，豐富課程設計內容；部分作品可作為畢業設計題目深入分析；優秀作品可參加遼寧省機械創新設計大賽。
1.2改革目標
通過課堂講授與學生自主實踐，培養學生具有：
（1）根據目標范圍找尋社會需求提煉課題的能力；
（2）對于機械工程問題進行系統表達、建立模型、分析求解和論證的能力；
（3）獨立創新設計機械系統與零部件的能力；
（4）在團隊中工作、與他人合作的能力。
2機械設計基礎課程改革實施方案
學生的學習分別通過若干個學習任務來完成，每個任務均要求學生通過小組動手實踐直接掌握實踐知識。在實踐中遇到了問題，又使學生對理論的學習變成內在需要。學生在學習專業理論之時，又通過實踐鞏固理論知識，從而使理論知識學習與實踐知識學習有機地結合在一起。以學生“主動參與”為中心，進行各方面能力的培養與鍛煉，每個任務都是一個完整的工作過程，是一個獲取信息—制定計劃—做出決定—實施計劃—檢查控制—評定反饋的過程。
3機械設計基礎課程改革成效
3.1組織與課程密切相關的教學活動
在2013/2014學年第二學期，對機械設計基礎課程進行了改革的嘗試，涉及三個班級。在課程前半部分常用機構理論內容講解完，組織學生開展“首屆機構創意搭接競賽”活動。
3.2機械設計基礎課程改革取得成果
共收集作品32件，分別是：顎式破碎機、飛機起落架、活塞泵、壓蓋機、蛋糕切片機、汽車雨刷器、印花機、臺式電風扇搖頭機構、帶式輸送機、鶴式起重機、攝影升降臺、機器人腿部機構、車載起重機、多連桿式獨立懸掛機構、機械手手指機構、精壓機機構、縫紉機踏板機構、機械手手臂機構、篩料機機構、內燃機、活塞泵、插床插削機構、帶傳動傳送機構、飛剪機構、后備箱開啟閉合機構、單缸四沖程內燃機、牛頭刨床機構、門式起重機、振動篩料機、挖掘機、洗瓶器、浴室搓澡器。每件作品包括：設計任務書、答辯PPT、機構搭接視頻、活動總結。評選出特等獎1項，一等獎3項，二等獎6項，三等獎6項。其中，單缸四沖程內燃機獲特等獎；顎式破碎機、后備箱開啟閉合機構、牛頭刨床機構獲一等獎；飛機起落架、汽車雨刷器、攝影升降臺、精壓機機構、插床插削機構、飛剪機構獲二等獎；活塞泵、壓蓋機、門式起重機、振動篩料機、挖掘機、洗瓶器獲三等獎。
4結語
功能分解策略
廣義上說，功能是對于某一機械產品工作能力的抽象，它包括產品的功用、用途、性能、能力等。從系統工程學的角度來看，可將機械產品看成是技術系統，功能是以實現某種任務為目標，對其輸入量(信息流、能量流、物料流)和輸出量之間的相互轉換。在概念設計階段之初，通常要對產品的功能進行分解。通過對現有機械系統的分析，筆者提出功能分解的三個策略:①從解決問題的目的和手段著手;②從產品生產的工藝動作過程(生產的空間順序和時間順序)著手;③從機械系統四大模塊著手。在實際的產品功能分解中，往往需要采用多種功能分解策略。對機械系統而言，執行系統是機械系統的核心，最終決定產品的功能輸出。執行系統的功能是通過工藝動作過程來實現，因此可通過工藝動作過程對其進行分解;而對于機械系統的其他子系統(包括傳動系統、控制系統、驅動系統)，可采用“目的－手段”進行功能分解。下面詳細介紹這三個功能分解策略的運用方法和步驟。
首先從目的和手段來分解功能，可以把目的稱為上位功能，手段稱為下位功能，目的功能是主功能，手段功能從屬于目的功能，為實現目的功能起手段作用，屬于下一級分功能，在下一級分功能中，手段功能又稱為目的功能，如圖1所示，手段功能2在下一級分功能中稱為目的功能3。通過“目的－手段”可以將復雜的產品進行功能分解，同時又可將各個分功能之間的邏輯關系聯系在一起，最終獲得產品的功能系統圖。接著按照工藝動作過程對功能進行分解。工藝動作過程是實現機器功能所需要的一系列動作型式，按一定順序組合而成的系列動作。機械產品的執行系統功能是通過其工藝動作過程來完成的。例如，汽水灌裝自動機的功能包括瓶、蓋、汽水的貯存與輸送、灌裝、加蓋、封口、貼商標、成品輸送的工藝動作過程來實現灌裝功能。又如，平板印刷機的功能是通過上墨、刷墨、印刷的工藝動作來實現印刷功能。
最后是從機械系統四大子系統模塊來對產品的功能進行分解，這四大系統分別為驅動系統(動力系統)、執行系統、控制系統和架體支撐系統。任何機械產品的技術過程(主體功能)都是原動機到傳動部分，再到工作機構(即執行系統)部分。原動機主要提供機械能或轉換為有效的機械功，傳動部分主要傳遞運動和動力要求，工作部分是機器的執行機構，架體支撐系統主要起支撐部件的作用。在主體功能的基礎上，再添加輔助功能，通過控制系統來控制協調各部件的工作。下面綜合前面講述的三種分解策略，以挖掘機為例進行功能分解，如圖2所示。
尋求功能作用原理策略思想
機械產品功能目標確定后，可針對產品的主要功能提出原理性構思，這可以通過科學原理向技術原理的轉變加以實現，技術的需求是科學發展的動力，而技術開發必須以科學規律為基礎，產品開發過程就是科學原理與技術經驗相結合的過程。作為設計開發人員，應在產品概念設計階段中，掌握廣泛的科學原理，善于實現科學原理向技術原理的轉變，例如，在機電行業中，為能實現電能向機械能的轉換，一般通過能量轉換科學原理向“電磁效應”這一技術原理轉變，開發出了電動機。其次，可由已有的技術原理形成新的技術原理，有些技術的產生是在已有技術成果的基礎上進行移植、綜合和革新的結果。例如，愛因斯坦提出受激輻射理論奠定了激光技術的理論基礎。微波波譜的成果進而為激光的應用提供了技術原理。現今，激光已應用于機械制造行業，可對材料進行熱加工，如表面熱處理，焊接和切割打孔等。因此，在產品概念設計階段，不斷尋找適合的作用原理有利于產品的創新。
執行系統概念設計過程模型探討
基于FBS概念設計過程模型進行研究，此模型在“功能分解－載體”映射模型的基礎上引入行為作為橋梁，即“功能－行為－載體”過程模型。在此基礎上進行改進，提出了“功能－作用原理－工藝動作過程－執行動作－行為－功能載體”概念設計過程模型。根據機械產品的功能要求和工作性能要求來驅動尋找實現功能的作用原理。同一功能可通過不同的作用原理來實現功能，從而實現產品創新。
其次，工藝動作過程取決于所需實現功能的工作原理，不同的工作原理有不同的工藝動作過程，本過程模型可通過工藝動作過程支持功能分解。工藝動作過程包括一系列按照時間順序排列的工藝動作，通過工藝動作進一步分解可以得到按照一定時間順序的執行動作。最后，通過執行動作與功能載體之間引入機械動作行為作為橋梁，以實現尋找實現功能的載體。圖3給出了基于“功能－作用原理－工藝動作過程－執行動作－行為－功能載體”的概念設計過程模型。
執行系統概念設計過程模型映射分析
上述概念設計過程模型的關鍵是各階段的求解映射策略，使得尋求作用原理解的關系脈絡更為清楚和詳細，這使得設計人員在概念設計中能符合設計思維邏輯，并促進開發人員的創新能力。為此筆者提出如圖4所示的求解映射策略。從圖4中映射層之間的關系，可以看出產品的功能可以通過不同的作用原理來實現，子功能(F123)可由原理層的多個作用原理分別來實現。由于執行系統功能是通過工藝動作過程來實現的，同時工藝動作過程的分解又能實現產品功能分解，而工藝動作過程的分解又取決于工作原理，不同的工作原理有不同的工藝動作過程，例如對齒輪進行加工，有兩種不同的工作原理，分別為滾齒原理和插齒原理，顯然這兩種工作原理的工藝動作過程是不一樣的。同時，同一種工作原理的工藝動作過程也可以有不同的工藝動作過程，因此在進行工藝動作過程分解時，可通過增加、減少或者合并工序改變機器的工藝動作，這有利于獲得新的結構，創造新的機械設備。如果工藝動作比較簡單，可直接采用工藝動作到載體的直接映射求解;反之，就需要對工藝動作進行分解。對于每一個具體分解的執行動作，如果執行動作比較簡單，可采用直接映射求解。反之，需要通過行為層為橋梁，來更好的實現從執行動作到載體的映射求解。對于同一個執行動作可采用不同行為關系來實現。行為庫中主要包括執行動作的類型、連續性、運動速率特性和運動往復性，由于執行動作的的類型很多，按照機構的運動類型進行分類，主要包括以下幾種類型，其分類如表1所示。
應用分析
本節以縫紉機中的GC30型平縫機的執行系統設計為例，對以上提出的執行系統概念設計過程模型進行實例說明?？p紉機的總功能是完成對棉、皮革、人造纖維的縫制作用，完成此功能的工藝動作過程為刺布－供線－勾線－收線－送布來實現此功能的。對于每一個具體工藝動作來說，如果工藝動作比較簡單，只需某一種機構就能實現，如果比較復雜，需對每一個工藝動作進行按照實現工藝動作一系列執行動作來完成，即按照實現每一個執行動作的簡單機構的組合。機構每一個執行動作的類型可以參照表1，下面主要以送布機構設計為例。需要對送布工藝動作進行分解為具體的執行動作，一般分解的結果會有很多種，容易設計出新的結構，把送布工藝動作分解為:實現針跡距的調節運動－旋轉到直線運動－直線到擺動。然后分別通過實現不同執行動作的簡單機構來進行組合即可實現送布這一工藝動，送布機構如圖5所示?；趫D5所示的執行動作過程，簡述其傳動關系，通過送料調節器螺釘改變送料調節器凸輪面的工作位置，實現不同的針跡距，當針跡距一定時，上軸帶動送料偏心輪旋轉，通過送料連桿使送料曲柄繞著送料軸擺動形成送料牙的水平運動。
首先在進行機械設備的管理中，應該根據不同煤礦礦井的應用實際狀況進行相關設備的選擇，確保設備管理過程中安全性、高效性、經濟性原則得以合理發揮，確保選擇使用的設備符合煤礦發展。其次，相關的機械設備必須安排專業的、有責任心的工作人員對其進行日常的保養、維護，保證煤礦機械設備達到干凈、整潔、安全、高效的要求；在相關工作人員進行換班交接的過程中，應該將相關的注意事項以及管理過程中出現的細節問題、沒有進行的工作等進行詳細的交接，避免出現不必要異常狀況的發生；礦井內部的管理工作人員應該每天二十四小時監督煤礦機械設備的日常保養，對其認真的進行檢查，并做好相關的記錄，確保機械設備能夠正常運行使用。第三，在機械設備的使用中應該嚴格的按照操作要求進行，確保使用的合理性以及準確性，降低設備在使用過程中的零件磨損，確保設備工作性能以及壽命的延長，從而節約管理資金。同時，還應該對現有的設備進行合理的整合利用，使其能夠在有限的時間內發揮最大的機械工作效率，提高使用的社會性及經濟性。第四，設備在使用周期達到之后需要進行必要的檢查、檢修，并應該通過制定維修保養計劃的方式保證相關工作能夠順利開展，確保管理工作有序的進行，避免機械設備出現閑置或者損壞的現象，實現相關設備利用價值的最大化。第五，合理的規劃設備的使用方式，將設備的應用價值發揮到最大，對設備進行及時的改造及換代維修，節約資金的使用，實現煤礦機械設備的長遠使用。第六，在設備以及設備零部件的彩果以及驗收過程中，相關的采購、驗收管理人員應該按照相關規定對設備進行檢查、驗收，確保相關部件以及設備的可靠性，嚴把質量關，避免出現配件質量影響的使用問題；第七，應該建立一種制度化的煤礦設備的使用管理、保養檢修制度，對設備的管理進行定期的檢查檢測，確保設備能夠隨時使用。并且，管理人員應該按照規定周期對設備進行檢測維修，并做好相關記錄，為日后的管理提供依據。
2機械設備的磨損與檢修
設備的磨損有兩種模式體現，分為有形磨損和無形磨損。如在煤礦機械設備中的挖煤機、鏟車、礦車、輸送機等在使用過程中就會常常容易發生有形磨損的情況，但是機械設備的磨損程度并不是相同的。按正常設備磨損的規律來看，一般設備磨損分為三大階段：初級階段磨損、正常磨損和劇烈磨損。初級階段的磨損表現在設備表面不平，磨損速度較快。正常階段磨損是隨著時間的增加磨損程度也隨之增加，機械設備的磨損程度較慢。劇烈磨損是指前期磨損程度比較緩慢，但長時間以后，設備的故障增多，磨損的程度也隨之增加。所以，我們可以根據機械設備的磨損程度制定出不同的維修計劃。無形磨損比較抽象，它是看不見的，但是在使用過程中已經對設備的價值貶值了，和新設備有了一定的差距。為了減小新設備和舊設備之間的差距，我們可以對舊設備進行改造，提高設備的最大的價值。做好煤礦機械設備的檢修，面對出現磨損的部件進行及時的更換維修，做好機械設備的保養工作，在交班過程中做好相關事宜的交接，相關技術維修人員應該通過學習不斷的提高自身的維修專業技術水平，提高自身對突發事故的應變能力，快速的尋找出故障發生的原因，在第一時間對機械設備進行處理，提高設備的運行效率。
3煤礦機械設備的改造
煤礦工作的環境一般是十分惡劣的，由于地下工作環境受到的影響因素較多，較大的濕度對地下煤礦的機械設備及使用設施具有較為嚴重腐蝕作用，在長時間的積累作用下，往往會對煤礦機械設備造成嚴重的損傷，這些設備由于工作過程中已經發生了嚴重的磨損，在受到為在因素的影響，就會導致機械設備使用性能大打折扣，無法滿足實際的施工應用條件，所以，為了能夠繼續工作，就必須對相關的機械設備進行加工改造或者換代更新。在進行設備的改造過程中需要根據煤礦的實際發展狀況以及生產狀況等綜合條件進行分析，需要在相關技術的支持下結合實際狀況設計出改造方案，盡可能的降低設備改造檢修的時間，節約資金的使用，朝現代化的機械設備改造方向進行加工，盡可能的提高設備在復雜環境的適應性以及工作效率。在煤礦機械設備的使用的應用中難免會出現設備的損壞，最終導致相關設備在生產工作開展中出現了停滯、效率低下、消耗能源較大、檢測維修的費用較高等經濟性問題。面對這種問題發生的時候，相關煤礦就應該考慮進行設備的換代更新，從而在解決了設備工作性能的基礎上，還能夠提高生產最大化。并且，在機械設備的改造過程中，應該對相關的機械設備部件進行備份處理，避免再次發生故障時沒有相關同類型部件的更換。所以，這就需要專業的機械維修技術人員時刻在施工現場進行監督，對機械設備的工作狀態進行實時記錄，一旦設備發生問題，就應該在第一時間進行設備的搶修，降低維修時間，發揮維修技術應用價值的最大化，避免生產損失的擴大。
