導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇機械系統設計論文，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，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

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通過我們多年使用舞臺吊桿機械的經驗,我們認為泰州長江影視工程設備廠生產的產品，性能最穩定，安全最可靠，已經被上百家劇院采用。其運用了蝸輪蝸桿減速系統、材質為錫青銅，磨擦系數小，傳動效率高。有防沖頂保護、上下限保護。滑輪為鍍鋅防跳繩花輪，安裝不須焊接在滑輪梁上，如焊死，以后維修、調整極不方便。長江影視設備廠的滑輪都是用抱箍羅栓固定。當吊桿升、降至某一位置時，ABS抱死系統立即斷火緊鎖馬達，這樣確保吊桿停至此位置下滑系數最小,安全性達到最高。且強弱電分開控制。

所以在這里設計了舞臺機械的具體參數:

A、景物吊桿技術參數如下：

電機功率：2.2KW吊點數：4個

升降速度：0.27m/s桿體長暫定：16米

電機轉速：1400轉/分速比為：40：1

提升荷載為：400KG桿體為鋼管

控制方式：點控

該型吊相具有上下限位，沖頂保護裝置。制動形式：蝸輪、蝸桿自鎖，電磁抱閘。噪音≤45dB.

吊桿桿體用兩根Φ50黑鐵管焊接成吊桿，中間接頭內襯鋼管。最后均刷防銹漆兩遍，外層噴黑色油漆。

B、燈光吊桿技術參數如下：

電機功率：3KW吊點數：4個

升降速度：0.18m/s桿體長暫定：14米

電機轉速：1400轉/分速比為：50：1

提升荷載為：600KG桿體為?50黑鐵管吊桿

控制方式：點控

該型吊桿具有上下限位，沖頂保護裝置。制動形式：蝸輪、蝸桿自鎖，電磁抱閘。噪音≤45dB。

吊桿桿體用Φ50；黑鐵管焊接成吊桿，中間接頭內襯鋼管。最后均刷防銹漆兩遍，外層噴黑色油漆。

舞臺機械設計原則

（節選）1、鋼結構

a)所有承重的鋼結構件，其結構剛度大于1：1000

b)鋼結構件應設計合理，鋼結構及其接頭應能承受最大額定載荷和由緊急停車造成的沖擊載荷；

c)鋼結構件所用材料應符合有關標準；

d)鋼結構焊縫須符合有關規定，主要焊縫應進行無損探傷檢查；

2、吊物與卷揚裝置

①卷揚機卷揚機上的電動機和制動器應聯合動作，只有電動機電源接通時，才能許可制動器打開；萬一制動器打開，而電動機沒有接通電源時，只許吊桿（負載）靜止或低速下降；

②卷筒組件

卷筒直徑不小于鋼絲繩直徑的30倍；

卷筒用優質灰鑄鐵或厚壁無縫鋼管焊接并經精確機械加工而成；

鋼絲繩嶼卷筒繩槽中心線的夾角應中于2.5度；

卷筒組件應設計防止鋼絲繩在負荷或松馳狀態下跳槽的裝置。

③滑輪

滑輪的節圓直徑，不應小于鋼索直徑的28倍；

滑輪及滑輪組應采用滾動軸承支承；

滑輪及滑輪組應有防止鋼絲繩脫槽的保護裝置。

鋼絲繩與滑輪的偏角不超過2.5度。

④鋼絲繩

懸吊鋼絲繩應為帶有人造纖維芯的軟鋼絲繩；

預先檢驗：供貨時所有的鋼絲繩均應分批測試；

現場處理：鋼絲繩在安裝期間應小心處理，不能以任何方式技術打結或損壞；受損或變形的鋼絲繩不予接收。所有切斷頭都應妥善處理；

安裝：鋼絲繩不應與設備的固定或移動部分磨擦，在有損壞或卡住風險的地方，應采取正確防護措施；

懸掛支承：穿過頂樓的轉向滑輪或在其它需要懸掛支承的地方，鋼絲繩應在滑輪上進行支承。

⑤鋼絲繩配件

鋼絲繩配件應采用表面鍍鋅的標準配件；

鋼絲繩配件規格尺寸與鋼絲繩匹配；

使用鋼絲繩夾的地方，每個接頭至少使便用3個正確安裝的繩夾。

3、吊桿

a)吊桿采用圓管桿或桁架桿，管子或構架應平直、無扭曲變形；

b)管桿采用優質無縫鋼管制造；

c)桿的接頭應盡量少，接頭采用實心圓棒與管子配合；

d)懸吊鋼絲繩的端頭用單獨安裝于桿上的調節裝置進行調整；

e)管端：管端應配有帶醒目顏色的永久性塑料帽或鋼封頭；

4、限位、定位、超程開關

a)限位及定位開關

i.行程終止限們開關：行程終止限位開關應能測出設備正常行程綹并使之停車；

ii.中間定位開關：在合適的地方配置中間定位開關和減速開關；

iii.直接碰撞限位開關：行程終止限位開關也可選用直接碰撞限位開關。

b)超程限位開關

超程限位開關：所有電動設備都應安裝單獨的超程限位開關，以防行程終止限位開關發生故障導致機械損傷。

4、電動機

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1.1機械設計業務模型探索

機械設計的過程中需要對機械控制功能進行全面的分析，只有把握住機械控制功能，才能對機械功能進行全面的分析，提高機械設計業務管理水平，為機械業務模型控制和優化創造良好的平臺。在新的機械業務管理鏈條控制下，需要對信息流進行優化控制，才能提升機械設計的綜合管理控制能力，為機械綜合控制管理創造良好的內部條件和外部條件。機械設計的過程中業務模型優化需要從價值鏈角度出發，對模型化管理工具進行全面的分析，實現對管理工具的全面控制，提升對機械管理工具的綜合管理能力。

1.2通過IT工具實現機械設計的模型優化

隨著信息技術的發展，機械設計所利用的IT工具越來越多，因此要從云計算、互聯網、大數據等角度出發，充分發揮機械工具的控制管理要求，保證新興IT技術能夠在機械設計中得到全面的應用。IT工具在業務需求控制管理的過程中需要進行流程化管理，確保權責控制能夠符合機械化的具體要求，實現機械的流程化管理和控制，提高對機械控制管理的總體需求，在具體實施的過程中需要從價值創造和管理效率角度出發，實現機械設計的管理模型優化，為管理方案的探索和優化創造良好的條件，通過搜集整理和數據管理分析，保證機械設計能夠符合管理決策控制的要求，實現機械系統的全面優化。機械設計中需要通過軟件診斷和經驗分析等手段，保證模型能夠按照機電一體化控制的要求進行系統設計。機械設計咨詢與機械設計軟件和機械設計軟件服務融合在一起的，需要按照一體化管理和控制的具體要求，積極推進機械系統的綜合控制管理，從機械模型主脈出發，積極穩妥的推進機械系統優化控制。機械設計軟件本身就是一種模型，因此管理模式存在固化現象，需要從全面預算管理的角度出發，解決機械設計中出現的問題，對機械系統進行全面的風險控制，保證機械系統設計符合模型化的具體要求。

2機械設計管理模型控制和優化

機械設計管理過程中需要從全面預算管理的角度出發，控制和優化機械設計的方案，提高機械模型的綜合控制管理水平，對范式有效控制具有積極的作用，通過對機械業務的全面控制，才能對管理模型進行優化，提高對機械系統的綜合管理水平。

2.1機械設計中多業務模型控制

機械設計過程中需要對不同的功能進行不同的分析，確保功能業務能夠被全面的掌控，實現對機械設計的管理模型優化，讓參數能夠符合機械設計中多業務管理的要求，提升對多業務模型的綜合控制管理水平。機械設計要和參數及控制點緊密結合在一起，實現對情景的有效匹配，為機械控制管理和模型優化創造良好的條件。機械系統多業務模型控制管理的過程中需要從風險控制角度出發，按照管理模型的綜合管理要求，提升機械系統的優化管理要求。

2.2機械系統設計的質量模型控制優化

機械系統設計的過程中需要建立完善的質量管理和控制體系，通過對質量模型的優化和管理，實現對算法的全面管理，讓機械系統設計能夠符合質量標準要求，機械系統的質量控制與機械系統的效率是緊密結合在一起的，只有把機械系統的質量和系統的模型融合在一起，才能提升機械系統的綜合控制管理水平，質量控制需要從機械元件出發，對每個元件進行機械模型優化，提高對機械模型的控制管理水平。機械系統模型設計與質量控制要從不同的方案出發，建立完善的質量控制管理體系，為模型管理創造良好的內部環境和外部環境。在機械設計平臺中植入質量管理方案，可以實時對機械系統的質量進行監控，確保機械系統的質量管理能夠符合質量控制的具體要求，實現對模型的全面分析和優化，對模型應用具有重要的作用。機械系統設計質量控制與機械系統模型管理是緊密結合在一起的，需要從不同的方案設計出發，提高機械系統的管理控制能力。

3機械系統設計模型控制和管理機制

機械系統設計模型控制要從模型管理的角度出發，加強管理機制建設，提高對機械系統的控制管理水平，為機械設計系統的綜合管理創造良好的條件。

3.1機械系統設計模型控制

機械系統設計需要從機械控制角度出發，建立完善的機械模型，保證機械系統能夠得到全面的運行。機械系統設計模式控制需要遵循一定的規范，全面提升機械系統的綜合控制、管理功能。機械系統功能模塊設計過程中要從技術創新出發，確保CAD解決方案能夠符合功能設計的總體要求，從機械系統操作角度進行模型控制，按照機械資源管理器的控制理念，提升機械系統的資源控制和管理能力，為機械系統更好的管理文件創造良好的條件。機械系統要實現高質量的模型控制，必須要從資源管理角度出發，促進機械系統模型優化管理工作。機械系統設計要和零件設計、部件設計緊密結合在一起，形成工程模式管理，全面優化機械系統的綜合功能，提高機械系統的優化控制和管理功能。機械系統模型設計過程中需要建立一套完整的動態管理界面，減少不必要的操作流程，提高機械系統設計的控制管理能力。機械模型設計中要從特征模塊出發，建立完善的標準控制管理系統，通過特征模型設計，可以實現對其標準的優化和控制，實現零件系統的信息共享。機械系統設計控制模型優化要與調用標準緊密結合在一起，形成機械配置管理的模式，從部件設計、零件設計、工程圖角度出發，確保機械系統設計能夠符合機械控制管理的具體要求。機械系統設計中需要通過不同的參數組合和變換，提高機械系統的綜合控制管理水平。

3.2機械設計模型管理機制設計

機械設計模型管理機制要從信息資源共享角度出發，建立完善的信息共享平臺，提高機械設計的信息共享能力，為其更好的實現機械控制創造良好的平臺。機械設計模型管理中要利用先進的工具，通過互聯網進行協同控制和管理，保證機械系統能夠得到全面的優化，為機械系統的管理模式創新創造良好的條件。機械設計中信息管理機制建設需要從文件控制管理角度出發，通過實體模型優化控制，確保互聯網信息能夠協同工作，在機械部件設計中進行參數信息管理，使設計能夠符合機械控制管理的具體要求。通過智能零件技術能夠實現系統的自動重復設計，保證智能零件能夠符合創新技術方案設計的具體要求。機械設計模型與管理模式要緊密結合在一起，確保管理模式能夠符合機械設計平臺設計的管理要求，從不同平臺實現信息資源的共享。

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2.教學手段和方法仍存在不足。雖然CAI等教學課件的引入提高了課堂容量和課堂效率，但從培養學生能力尤其是創新能力上看，效果不顯著。

3.重視理論，重視知識的培養，重視教師的主導作用，因而對綜合分析能力、實際應用能力、創新能力的培養不足，學生主動學習精神較差。

二、機械設計系統教學法研究

系統教學法是以具體機械設備（項目）為背景；以學生、項目和實際經驗為中心，而不是傳統的教師、教材和課程。把整個課程內容在一臺具體機械設備上得到有機的整合，使機械設計各章節內容與課程體系銜接地更加緊湊、順暢。學生開始接觸課程就了解了科 學、嚴謹的設計思想。教師在授課過程中根據相關章節的零部件在機械設備中的作用，通過結合具體實物講述，使學生對相關內容零部件的作用產生較高認識，對每一個零部件的理解與選擇，必然會達到“學有所用”的要求。系統教學法課堂理論教學以改變過去傳統單獨各章節的分散學習，知識體系雜亂無章，使學生出現“知其然不知其所以然”的現象。通過對這些基本內容的學習去掌握有關的設計規律和技術措施，從而使學生具有設計其他通用零部件和某些專有零部件的能力。系統教學法特點：①系統性。整個課程內容作為一個系統，每個章節內容作為要素。②典型性。具體機械設備包含大多數機械設計課程的知識。③目的性。學習通用機械零件的設計與選型。④科學性。根據學生理解具體情況，靈活掌握、實施教學。⑤直觀性。設備結構和各個零部件的作用一目了然。⑥應用性。應用書本理論直接解決設備失效的問題。⑦關聯性。充分體現各個零部件相互關聯關系。

三、機械設計系統教學法實踐

“系統教學法”的核心是一臺具體機械設備，具體如何實施教學，可以根據具體情況靈活掌握。設備應具有形象化、具體化的特點，與傳統教學中的舉例有本質的區別，是把整個課程知識作為一個系統，而系統又是以一臺具體設備而體現的，各章節的知識通過設備零部件的設計和選型來學習。設備零部件具有形象化、具體化的特點，以提升絞車作為一臺具體設備實例教學。課程教學前，學生首先通過視頻了解這臺設備的用途，然后到實驗室參觀，讓學生確實感受到設備的外形。教師上課根據視頻首先介紹其工作原理以及各個部件的功能和作用，讓學生清楚認識到學習這門課程的目的就是要學會這臺機器的設計。在教學中要始終貫穿“使用場合—失效形式—受力分析—強度計算—結構設計”這一主線，本課程的學習分成三個單元進行，機械零件的疲勞強度設計和主要零部件，諸如齒輪傳動的強度計算、軸的設計、滾動軸承的選擇及組合設計、螺紋連接的強度計算及螺栓組連接的受力分析等內容列為重點內容作為減速器的重要組成部分，作為第一單元知識，在課堂上重點講授；而把比較易于理解的某些章節，如機械零件常用材料和選擇原則、過盈連接、摩擦輪傳動等列為一般性內容，安排學生自學。第一單元———減速器。①減速器原理。強調是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，是一種相對精密的機械，用來降低轉速和增大轉矩，以滿足工作需要。設計減速器時，應根據工作機的選用條件、技術參數、動力機的性能、經濟性等因素。②齒輪。通過視頻和圖片，讓學生理解齒輪的失效形式，然后講解制造齒輪需要材料和熱處理、齒輪的受力和強度計算、齒輪的加工精度和效率、齒輪的和齒輪的設計、材料、加工熱處理。③軸。根據減速器中軸具體結構進行教學，還要結合齒輪的結構和受力分析講授軸的結構，對軸的設計、材料、加工工藝、熱處理和精度公差要結合實際詳細講解，并對軸的失效形式和國內外最新維修方法進行介紹。④鍵連接。結合減速器的齒輪和軸進行教學，解釋鍵的作用，重點學習平鍵和花鍵的選型計算和實效形式，其他類型的鍵作為擴展知識進行介紹。⑤軸承。結合減速器的軸系，解釋軸承的作用，介紹軸承的種類，重點學習軸承的選型計算；結合減速器的工作特點學習軸承的和實效失效形式。⑥螺栓連接。以減速器箱體的各種螺栓為例，學習螺栓連接的種類、應用特點和使用場合、預緊力的作用、防松的措施、引伸學習螺栓的強度計算和提高強度的措施。第二單元———提升絞車其他部件。①聯軸器。首先根據提升絞車介紹各個聯軸器的作用，重點學習聯軸器的選型設計，聯軸器的種類以自學和課堂討論為主。②剎車器。教師簡單介紹提升絞車中剎車器的作用和類型。第三單元———機械其他知識。①帶、鏈和蝸輪蝸桿傳動。學習這部分知識時，要把這三章內容進行整合，改變過去按章節分別教學的方式。首先采用對比法進行教學，就是以齒輪傳動為參照物，重點介紹三種傳動的特點、應用場合，然后再分開單獨學習。②摩擦、磨損及。學習時以減速器為例，講解摩擦和磨損的危害以及的作用。重點學習劑的選用和方式。③機械零件強度。結合齒輪、軸和軸承的失效形式，學習材料的疲勞特性；結合齒輪、軸和軸承的工作中的受力形式，學習交變應力特性。要通過具體減速器齒輪、軸和軸承的失效案例，使學生掌握零件疲勞破壞的危害。

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課程設計論文準備

（1）課程設計（論文）開始前應準備好教學大綱、任務書和指導書等必要

的教學文件，以及教學參考資料、范例等。

（2）在滿足教學大綱和教學基本要求的前提下，課程設計選題應使學生得

到較全面的能力訓練，達到培養學生實踐技能的目的。題目的深度、廣度和難度要適當，使學生能在規定時間內完成任務。必須明確每個學生獨立完成的部分，做到參數、指標或側重點不同，避免因工作任務雷同而出現抄襲現象。

2、課程設計（論文）指導教師的配備和職責

（1）指導教師應在課程設計（論文）開始時向學生下達任務書并公布具體

考核方式。

（2）指導教師應檢查和監督學生的出勤、工作進度，保證足夠的指導時間，

對學生遇到的問題要及時指導，注重啟發、引導、鼓勵學生提出獨立見解，適當組織討論，充分發揮學生的主體作用，發掘學生的創新潛能。

（3）指導教師應認真審查學生完成的設計論文，客觀公正地評價學生成績；

將課程設計論文資料整理齊全，按要求存檔，并填寫有關報表。

3、課程設計論文的任務書和指導書

（1）課程設計（論文）任務書和指導書由指導教師擬訂、撰寫，經系主任

審查后，在布置課程設計（論文）任務時印發給學生。

（2）課程設計（論文）任務書的內容應包括：設計（論文）題目、已知技

術參數（題目背景）、設計（論證、調研）要求、設計（分析）方法、指導教師與系主任簽字。

（3）課程設計（論文）指導書應包括設計步驟、設計要點、主要技術步驟

和關鍵分析、方案比較內容等。

4、成績評定與資料歸檔

（1）學生課程設計論文完成后，由學生按要求裝訂成冊，指導教師應組織

評審。課程設計論文成績根據學生的考勤、課程設計論文完成質量綜合評定，其權重由教學基層單位確定。成績采用五級分制評定。

（2）指導教師在課程設計論文工作結束后填寫《內蒙古科技大學課程設計

（課程論文）工作總結表》。

（3）課程設計（論文）成果及相關材料由學院保留四年。對于優秀課程設

計（論文），保管期限可適當延長或移交學校檔案室存檔。

課程設計論文要求

課程設計論文的內容應包括：

1．封面

2．任務書

3．目錄

4．正文

（1）．論文題目；

（2）．技術參數、設計步驟；

（3）．設計理論分析方法

（4）．設計結論及其分析

5．參考文獻

注意：絕不允許課程設計論文雷同，一經發現全部計為零分！ （即便課程設計的內容相同或相近，在文字敘述中也要有自己獨有的文字表達出 來，所有的圖都要自己畫，一旦發現報告中出現網絡下載的圖片取消成績） 課程設計論文的格式要求：

論文使用A4紙打印，中文字符一律使用宋體，西文字符一律使用Times New Roman字體

一級標題采用小三號字加粗，兩端對齊，段后空一行；二級標題采用四號字加粗，兩端對齊；三級標題采用小四號字加粗，兩端對齊；正文采用小四號字，兩端對齊，1.5倍行距，首行縮進2字符。題目、目錄、附錄、參考文獻等標題采用小三號字加粗，居中對齊，段后空一行。

圖標題應在一級編號下順序編號，如圖1.1、圖1.2、圖2.1、圖2.2??，居中置于圖的正下方，段后空一行。

表標題應在一級編號下順序編號，如表1.1、表1.2、表2.1、表2.2??，居中置于表的正上方，段前空一行。

頁眉采用五號字居中注明“內蒙古科技大學課程設計論文”字樣，頁腳采用五號字居中標注頁碼（摘要和目錄采用羅馬數字，其它采用阿拉伯數字）。

（1）篇幅

課程設計論文的篇幅為3--4千字左右。

（2）裝訂

論文按封面、任務書、目錄、正文、附錄、參考文獻的順序裝訂成冊。

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通過合作學習，使學生在新的教育模式下能從書本系統的觀點和復雜的理論知識中去發掘和分析關于機械產品設計的特點和規律，增強其整機和系統的設計能力，從而掌握一定的復雜機械系統開發設計能力。因此，傳統的以講授式為主的課堂教學，不與實際聯系，很大程度上已經不適應該課程的教學，存在缺陷有：教學內容相對滯后，講授內容與實際脫節，較為空洞，講授方式單一，使學生對課堂的參與度低。我們要引入合作學習，那么我就應該明白以下要點。

一、引入合作學習的動因

合作學習（cooperative learning）是20世紀70年代初興起于美國，并在70年代中期至80年代中期取得實質性進展的一種富有創新和實效的教學理論和策略。由于它在改善課堂內的社會心理氣氛，大面積提高學生的學業成績等效果，很快引起了世界各國的關注。

在引入合作學習的過程中，我們更應該從實際情況出發，達到完美的結合，不能囫圇吞棗。我們要明白合作學理的理念，對它在深入理解的同時，運用到我們的實際的教學中來。改變我們當下在《機械系統設計》實際的教學中那些理論知識不能聯系實際生活，生硬的書本知識不能滿足當下社會發展，枯燥滯后的教學模式不能適應學生需求諸多矛盾。

二、合作學習對《機械系統設計》教學的實際運用

1.書本知識的劃分和學生的劃分。首先，根據我們的教學大綱，需要學生掌握的科學知識進行科學的劃分。只有那些不能適應社會發展需求的部分進行剔除，拿更多的時間給學生，讓他們了解該學科的前言科技發生的日新月異的變化和這門學科研究方向，才能讓學生樹立正確的奮斗目標。其次，就是學生人員劃分。按照通用的劃分標準：興趣愛好分組；按感情友誼分組；按特長搭配分組。

2.具體的合作學習環境設定。首先，課前，針對即將展開的知識點，預先需要學生準備的關于知識點的擴展知識告之每個學生小組。讓他們根據得到的綜合信息，在根據自己小組的組員特長進行科學的分工，最后把每個組員得到的信息匯總。其次，課后，各個組員把自己負責的知識點和擴展知識的解答，通過其他小組的合議后完成的論文或者小報告，匯總交給教師作為評價的依據。

3.評價。評價應該包括教師的評價和學生的自我評價。首先，教師根據學生對個知識點和擴展知識解答的報告或者小論文進行評價打分，該部分應該占總分的比例為65%；其次，是教師對每個學生在實際學習過程中進行打分，比例應該占總分的5%；再次，就是每個學生組的組長根據組員對該組的貢獻進行打分，該分占總分的20%；最后，每個組員根據合作學習對知識的掌握程度給彼此打分，占總分的10%。

4.效果分析。為了檢驗將合作學習教學模式引入到實際教學中對學生知識點的掌握和能力的培養方面是否起到提升作用，將該引入合作學習的教學模式引入到 2004 級（1）班機械工程及自動化學生的《機械系統設計》的課堂實踐中并追蹤問卷調查，問卷調查表顯示，將合作學習引入該課程的教學過程是有效的，它在很大程度上激發了學生學習的積極性，提高了學生在整個教學過程中的參與性。

對未將合作學習教學模式引入《機械系統設計》教學的 2004 （2）班機械工程及自動化學生和將合作學習教學模式引入教學的2004級機械工程及自動化學生共 100 名學生進行了問卷調查，問卷1主要測試學生的學習積極性，合作意識，創新意識。問卷 2 主要測試學生對該課程幾個重要知識點的掌握程度。

圖2 知識掌握從圖一中可清晰得出這樣的結論，在將合作學習引入《機械系統設計》課堂教學后，學生各方面能力都有較為明顯的提高，尤其在合作意識、學習積極性和創新意識方面有了大幅度提高。

從圖二說明了將合作學習引入課堂教學后，學生對本門課的幾個重要的知識點掌握程度有所提高，但其中對操作系統設計和冷卻系統設計知識點提高相比較而言較小，還應在該知識點多思考教學模式的改進，而傳動系統設計和控制系統設計，由于學生有先學課程《機械設計》的基礎，所以掌握程度較前提高較大。通過課堂實踐證明，將合作學習教學模式引入機械專業課《機械系統設計》，有助于調動學生學習的積極性，有助于培養學生的合作意識和創新意識，更有益于學生對知識的掌握。

三、在引入合作學習過程中我們應該注意的問題

在引入合作學習《機械系統設計》教學中，雖然解決了目前我們在固定模式教育的弊端，但是有很多問題值得我們思考和重視。

怎么樣在分組上做到科學化，避免有的個人主義較強的學生的反感情緒尤其重要。如果在實際操作運用中，教師一旦把握不好就會有這樣那樣的矛盾產生，是課堂不和諧因素存在的可能。

其次合作學識原本主旨是打破學生與學生不能充分交流，積極發揮團體的力量解決一系列問題。這中間教師怎么樣去保護個體的積極性，怎么樣去發現對學科有獨到理解的學生，并加以培養。教師還是科學地掌握團體與個人的矛盾，不去回避。

參考文獻：

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本文主要討論了旋轉運動柔性梁實驗平臺的設計。首先介紹了實驗平臺的總體結構，對其中的機械系統部分和控制系統部分做了簡單介紹和說明。然后重點介紹了機械系統的結構設計，對結構中的各組成部分進行了設計，并繪制了相關0件的工程圖。

關鍵詞：柔性多體動力學；旋轉柔性梁；實驗平臺；結構設計

The mechanical system design of experiment platform for rotating flexible beams

Abstract：The flexible arm has been the most direct application for flexible multi-body system dynamics analysis and control theory. Because it had characteristics of simple physical model and easy to computer models and physical tests, the flexible arm has become a key subject for the development of the next generation robot, aviation and aerospace technology.

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一、引言

隨著信息、處理、計算機技術的發展，人們對于機器能夠僅僅獲取以一些平面的二維視覺信息越來越不滿意，人們設想借助計算機的技術，能使機器人真正能“看到”精彩的三維世界。計算機技術、視覺傳感器技術、攝像技術以及立體視覺理論的發展，利用視覺傳感器來獲取環境圖像，并用計算機實現對視覺信息的處理，從而形成立體視覺，逐漸使這一設想變成現實[1-4]。本文采用了目前國內外進行機電一體化系統設計時最常用的虛擬樣機技術，基于3D數字化設計平臺UG，采用赫爾姆霍茨模型作為參考設計了一種新型的具有三自由度的雙目立體視覺運動平臺，如圖1所示。

二、運動學仿真驗證立體視覺運動平臺的運動空間范圍

運動學仿真的目的是為了驗證立體視覺運動平臺動力模型建模的合理性，檢查運動自由度范圍是否達到設計指標中要求的“眼睛”左右偏航運動空間范圍（±60o）、“頭部”俯仰運動空間范圍（±45o）。同時通過運動學仿真，還可以檢查視覺運動平臺動力模型各個部件的之間有沒有產生運動碰撞干涉。本文采用機械系統動力學自動分析軟件ADAMS對運動平臺進行運動仿真分析[5]。

經過運行運動學仿真，可以得知各個自由度的運動空間范圍如下：

（一）左偏航極限±60度、右偏航極限±60度、俯仰極限±45度位置，如圖2所示

（三）沒有發生偏航運動，仰視極限負45度位置，如圖4所示

偏航和俯仰運動各個自由度運動范圍曲線圖如圖5，圖6，圖7所示。從上面各個極限位置、偏航和俯仰運動各個自由度運動空間范圍曲線圖可以觀察到部件之間沒有產生運動碰撞干涉現象，各個自由度的運動空間范圍達到了設計的要求，從仿真結果也可以看出本運動平臺運動空間范圍廣，驗證了本視覺運動平臺達到了運動功能的要求，說明本立體視覺運動平臺的機械系統結構設計是合理的，這為一般機器人立體視覺運動平臺的機械結構設計提供實用的改進和參考依據。

三、驅動電機的輸入扭矩分析

要驗證選擇的驅動電機的輸入扭矩是否夠，那么要測量俯仰電機和偏航電機的扭矩。在立體視覺運動平臺中，電機主要是要克服轉動過程中轉動頭和攝像機等運動部件的負載轉矩。運動部件的負載扭矩在ADAMS中通過測量扭矩的方式測量出來，如下圖8，圖9分別是偏航電機和俯仰電機的負載扭矩。

通過圖8和圖9，可以知道偏航和俯仰電機的負載是時間連續曲線。當偏航或俯仰運動到極限點時，驅動電機要進行變向運行，負載扭矩的方向也發生變化而出現突變拐點，拐點的值便是負載扭矩最大值，可以得知選擇的電機的扭矩是足夠的。仿真結果對雙目立體視覺運動平臺的控制系統的性能定性分析提供了一種評價手段。

四、結論

仿真的結果驗證了視覺運動平臺的俯仰和左右偏航自由度的運動空間范圍符合設計要求。根據仿真結果可以看出本運動平臺運動空間范圍廣，驗證了本視覺運動平臺達到了運動功能的要求，說明本立體視覺運動平臺的機械機構設計是合理的，這為一般機器人立體視覺運動平臺的機械系統結構設計提供實用的改進和參考依據。

并通過仿真求解出俯仰電機和左右偏航電機的負載扭矩曲線，仿真結果對雙目立體視覺運動平臺的控制系統的性能定性分析提供了一種評價手段。

參考文獻：

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中圖分類號：G420 文獻標識碼：A

Curriculum Reform of "Mechatronics System Design" in Universities

ZENG Yudan, DU Liuqing, ZHANG Mingde, YANG Xiangyu, WANG Yali

(Chongqing Automobile Institute, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054)

Abstract "Mechatronics System Design" as a core curriculum in group of mechanical engineering curriculum, has strong comprehensive and practical features. In this paper, our undergraduate institutions in the curriculum development and teaching reform emerged as the major issue, the demand for the industry, for engineering applications, emphasizing awareness and sense of innovation and engineering training, a typical mechatronic systems - NC special main design feature for teaching, student-centered, self-study students for the purpose of awareness and self-learning ability, the students involved in the actual design process was focused on teaching content, teaching reform, to build and improve enhance undergraduate project quality, to develop students' practical ability and creative ability of the curriculum and teaching model are discussed.

Key words Mechatronics System Design; engineering applications; innovation ability; practical ability

0 引言

機電一體化系統設計涉及機械、電子、計算機、自動控制及信息處理技術、系統工程、檢測傳感技術、伺服傳動技術等多學科領域，是機械工程專業學科課程群中的核心課程。本課程技術含量高，內容更新快，要求學生能綜合運用機械、電子、控制與信息處理等多學科的知識，完成對系統的分析、設計、優化等一系列過程，具有很強的綜合性和工程實踐性，相比其它專業課程而言，課程建設和教學改革面臨更多問題，具有更大難度。

目前課程建設中存在的主要問題有：①教學內容過分側重于工程科學理論知識的灌輸，缺少工程分析設計的實踐過程，遠遠不能滿足工程應用要求；②教學模式基本還是傳統的以教師傳授知識為主，學生被動學習的模式，“以教師為中心，以課堂為中心，以書本為中心” 的單向灌輸式教學模式方法仍然占據主導地位，學生動手解決實際工程問題的機會很少。以上問題使得學生理論知識與工程實踐相脫離，實踐能力和創新能力薄弱，不能適應現代化經濟建設和工程技術發展的要求。

1 課程教學改革研究

我校自1999年開設機電一體化專業方向以來，一直對《機電一體化系統設計》課程建設和教學改革進行了不斷的探索，現將教學內容和教學模式改革的過程小結如下：

1.1 教學內容改革

高檔數控機床和基礎制造裝備是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》16個重大專項之一，也是國家振興計劃的重要組成部分，因此在教學內容設置上，緊跟這一重大決策，響應國家戰略需求，將典型的機電一體化系統――數控專機系統設計專題作為主要內容，在前續課程所講授的理論知識和工程應用實例基礎上，教師指導學生結合工程實例，對機電一體化系統，特別是數控專機系統的設計過程進行較系統完整的學習，并循序漸進地進入實際設計過程，并最終完成數控專機的方案設計和優化、各元部件選型、軟件流程圖、電氣原理圖等所有理論設計和功能模塊細部設計過程。教學所用的工程設計案例大部分來自學校教師所承擔的實際科研項目，如數控電焊專機設計、錐齒輪傳動質量智能檢測分析系統設計、數控彎管機控制系統設計等，避免了空泛地照搬教材進行照本宣科，而是由教師指導學生在設計過程中自主查閱、了解相關知識，進一步掌握相關技能，并將所學所得結合實際設計過程進行鞏固，在此過程中，教師將自己的設計思路、方法和經驗毫無保留地對學生進行傳授和討論，從而實現對學生自學能力、創新能力、實踐動手能力等機電復合型工程技術能力的培養。這對于在校學生來說是非常難得的學習和實踐的機會，也真正體現出課程面向社會需求、面向工程應用的實質。

1.2 教學模式和教學方法改革

本課程是一門面向工程應用，分析解決實際工程問題，對“系統”進行“設計”和“整合優化”的專業核心課程。因此在教學中指導學生始終要以系統工程的角度出發，以整體全局性的高度，對所設計的數控專機進行化整為零、化繁為簡的分析，將一個大系統的設計任務分解為各個子系統乃至各個單獨的功能模塊和功能部件的設計和選型，再經過接口設計，將各功能模塊有機地融合在一起，組成一個整體性能高于各部件之和的完整系統。

在教學過程中，始終堅持面向工程應用，以學生為主體的模式，課堂時間主要用于重要理論和技能、關鍵問題和練習作業的學習和討論，其余所需知識技能交由學生課后通過圖書館、網絡等查閱設計案例、論文、產品技術手冊等相關資料和自學完成，同時學習運用一些常用設計工具，并通過作業和小組討論等方式進行鞏固，有疑難問題可提出并在全班進行討論，最后在教師指點下得出正確結論。這種以具體工程設計任務為教學主線的方式讓學生明確意識到課內外所學知識技能在實踐生產中大有用武之地，認識到教師布置的作業均是完成設計任務必需環節，從而大大提高了學生的學習積極性，使其在課堂上的注意力非常集中，課后能根據任務所需而主動自發地進行學習和討論以完成任務，而不再像以往那樣由于不明白所學知識具體有何用處而造成理論和實際脫節，甚至產生忽視和厭學心理。在此過程中學生逐漸認識到自己理論知識上的薄弱點和缺少的實踐經驗，有針對性地學習參考相關理論知識和前人的方法經驗，彌補以往知識技能系統的缺失環節，并能及時將所遇到的問題及心得體會在課內課外與教師和同組同學進行交流討論，最終較系統完整地完成對各相關知識和技能進行總結，并在工程項目中綜合應用的過程。

本課程是涉及到機械、電子、控制、信息等多學科知識和技術的一門交叉課程，在課堂教學環節，普遍出現的情況是將本課程作為前續課程中“機”、“電” 、“控制”等學科知識的簡單組合和回顧，導致本課程應具有的系統性、綜合性、實踐性不能體現，與其余專業課程間也無法形成科學合理的承接脈絡。改革教學模式和方法后，以整個工程設計過程為主線，將所涉及到的各學科關鍵理論知識，進行系統性邏輯性的梳理，形成清晰的脈絡和層次，并指導學生在完成設計任務的過程中，有意識地綜合運用所學知識、工具和技能，達到學以致用的目的。

例如，在講授“機械子系統設計”章節時，把握住“各子系統有機融合”這一本質，讓學生不僅掌握書本上陳述的對機械系統的性能要求等知識點，更要明白這些要求的提出不是孤立地從機械系統本身穩定性、快速性、準確性等性能指標出發，而更要從控制系統、伺服驅動系統與機械系統有機結合的角度來看待。通過運用經典控制理論中的時域分析和頻率分析兩種方法，了解機械系統參數中系統阻尼比和無阻尼固有頻率這兩個最基本的參數，對機械系統參數變化引起的控制性能變化的過程、原理進行分析推導，同時通過課堂上采用MATLAB對系統進行設計與仿真的實例演示，使學生了解這一控制設計領域的經典工具，經過教師指導和課后自學，掌握該軟件的基本使用方法并在設計中加以運用，從而將控制工程領域的相關知識、技能與機電一體化系統設計任務緊密聯系起來。

又如，在進行“伺服驅動系統設計”章節的教學時，通過課堂討論和課后作業，讓學生將伺服驅動器、變頻器等驅動系統，以及交直流伺服電機、步進電機、力矩電機等常用伺服電機的性能、特點、應用場合、性價比等主要指標逐一進行分析和比較，針對數控專機任務要求設計合適的驅動方案，并查閱技術資料，完成電機選型計算以及電機與驅動器的接口設計，從而將前續課程所學的機電控制知識通過設計任務進行系統完整地運用。

再如，在“控制系統設計”環節，教師通過簡要講解和演示PLC梯形圖編制、單片機編程和仿真、VB/VC++或LABVIEW等高級語言編程驅動運動控制卡等控制實例，使學生了解各控制系統的軟、硬件組成及其設計過程和設計方法，課后自行查閱資料，對各種控制系統的優缺點、最新應用現狀和發展趨勢進行分析總結，設計出合適的控制方案，并在課堂演示實例基礎上，學習運用相關工具，進行初步的控制系統軟、硬件設計。

運用以上教學模式和方法，使學生在系統性地了解基礎理論和技術的基礎上，迅速地掌握關鍵理論知識和必要技能，并有效地在工程設計項目中加以應用，在培養學生自學能力、創新能力和理論聯系實踐的能力方面頗有成效，為其今后的工程應用和技術研究工作打下了良好的基礎。

2 結論

我國政府在2006年初已將建設創新型國家確立為一項重要的戰略目標，高質量的工程科技人才正是建設創新型國家的重要力量。我國高校機電一體化專業必須積極面向社會的迫切需求，以培養能滿足產業需求、具有較強創新能力和綜合能力的機電一體化科研技術人才作為最重要的工作目標。本文對機電一體化專業的核心課程――機電一體化系統設計的課程內容建設和教學模式方法改革進行了探討，提出了面向產業需求、面向工程應用、以典型機電一體化系統――數控專機設計過程為教學主線，以學生為主體，以學生參與實際設計的過程為教學重點等改革措施，以期逐步構建科學合理的課程內容體系和教學模式，實現培養學生的工程素質、提高學生實踐能力和創新能力的目標。

基金資助：重慶市重大教改項目“以培養學生工程設計能力為目標的機械工程系列核心課程教學改革研究與實踐（09-1-005）”

重慶理工大學高等教育研究立項項目 “《機電一體化系統設計》課程教學改革研究（2010009）”

參考文獻

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一、引言

隨著信息、處理、計算機技術的發展，人們對于機器能夠僅僅獲取以一些平面的二維視覺信息越來越不滿意，人們設想借助計算機的技術，能使機器人真正能“看到”精彩的三維世界。計算機技術、視覺傳感器技術、攝像技術以及立體視覺理論的發展，利用視覺傳感器來獲取環境圖像，并用計算機實現對視覺信息的處理，從而形成立體視覺，逐漸使這一設想變成現實[1-4]。本文采用了目前國內外進行機電一體化系統設計時最常用的虛擬樣機技術，基于3d數字化設計平臺ug，采用赫爾姆霍茨模型作為參考設計了一種新型的具有三自由度的雙目立體視覺運動平臺，如圖1所示。

二、運動學仿真驗證立體視覺運動平臺的運動空間范圍

運動學仿真的目的是為了驗證立體視覺運動平臺動力模型建模的合理性，檢查運動自由度范圍是否達到設計指標中要求的“眼睛”左右偏航運動空間范圍（±60o）、“頭部”俯仰運動空間范圍（±45o）。同時通過運動學仿真，還可以檢查視覺運動平臺動力模型各個部件的之間有沒有產生運動碰撞干涉。本文采用機械系統動力學自動分析軟件adams對運動平臺進行運動仿真分析[5]。

經過運行運動學仿真，可以得知各個自由度的運動空間范圍如下：

（一）左偏航極限±60度、右偏航極限±60度、俯仰極限±45度位置，如圖2所示

（三）沒有發生偏航運動，仰視極限負45度位置，如圖4所示

偏航和俯仰運動各個自由度運動范圍曲線圖如圖5，圖6，圖7所示。從上面各個極限位置、偏航和俯仰運動各個自由度運動空間范圍曲線圖可以觀察到部件之間沒有產生運動碰撞干涉現象，各個自由度的運動空間范圍達到了設計的要求，從仿真結果也可以看出本運動平臺運動空間范圍廣，驗證了本視覺運動平臺達到了運動功能的要求，說明本立體視覺運動平臺的機械系統結構設計是合理的，這為一般機器人立體視覺運動平臺的機械結構設計提供實用的改進和參考依據。

三、驅動電機的輸入扭矩分析

要驗證選擇的驅動電機的輸入扭矩是否夠，那么要測量俯仰電機和偏航電機的扭矩。在立體視覺運動平臺中，電機主要是要克服轉動過程中轉動頭和攝像機等運動部件的負載轉矩。運動部件的負載扭矩在adams中通過測量扭矩的方式測量出來，如下圖8，圖9分別是偏航電機和俯仰電機的負載扭矩。

通過圖8和圖9，可以知道偏航和俯仰電機的負載是時間連續曲線。當偏航或俯仰運動到極限點時，驅動電機要進行變向運行，負載扭矩的方向也發生變化而出現突變拐點，拐點的值便是負載扭矩最大值，可以得知選擇的電機的扭矩是足夠的。仿真結果對雙目立體視覺運動平臺的控制系統的性能定性分析提供了一種評價手段。

四、結論

仿真的結果驗證了視覺運動平臺的俯仰和左右偏航自由度的運動空間范圍符合設計要求。根據仿真結果可以看出本運動平臺運動空間范圍廣，驗證了本視覺運動平臺達到了運動功能的要求，說明本立體視覺運動平臺的機械機構設計是合理的，這為一般機器人立體視覺運動平臺的機械系統結構設計提供實用的改進和參考依據。

并通過仿真求解出俯仰電機和左右偏航電機的負載扭矩曲線，仿真結果對雙目立體視覺運動平臺的控制系統的性能定性分析提供了一種評價手段。

參考文獻：

[1]唐新星.具有立體視覺的工程機器人自主作業控制技術研究[j].吉林大學博士論文,2007,(12):10-11.

[2]賈云得.機器視覺[m].北京:科學出版社,2000,(4):1-10.

篇10

隨著近年來人類科學技術水平的加速發展，特別是計算機軟硬件性能的持續提高，以及計算機技術對各行各業全面深入的滲透，各技術領域的思維、觀念和方法不斷得以更新。機械設計作為一個具有幾百年歷史的技術領域，也在世界科技進步的大潮中獲得了新生。目前，計算機輔助產品的設計繪圖、設計計算、加工制造、生產規劃已得到了比較廣泛和深入的研究，并初見成效。

根據目前國內外設計學者進行機械產品方案設計所用方法的主要特征，我們可以將方案的現代設計方法概括為下述四大類型。

一、系統化設計方法

系統化設計方法的主要特點是：將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯系，并具有層次性。所有的設計要素結合后，即可實現設計系統所需完成的任務。

系統化設計思想于上世紀70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統理論為基礎，制定了設計的一般模式，倡導設計工作應具備條理性。德國工程師協會在這一設計思想的基礎上，制定出標準VDI2221技術系統和產品的開發設計方法。

由于每個設計者研究問題的角度以及考慮問題的側重點不同，進行方案設計時采用的具體研究方法亦存在差異。具有代表性的系統化設計方法有設計元素法、圖形建模法、“構思”―“設計”法、矩陣設計法、鍵合圖法，等等。

二、結構模塊化設計方法

從規劃產品的角度提出：定義設計任務時以功能化的產品結構為基礎，引用已有的產品解（如通用零件部件等）描述設計任務，即分解任務時就考慮每個分任務是否存在對應的產品解。這樣，能夠在產品規劃階段就消除設計任務中可能存在的矛盾，早期預測生產能力、費用，以及開發設計過程中計劃的可調整性，由此提高設計效率和設計的可靠性，同時也降低新產品的成本。Feldmann將描述設計任務的功能化產品結構分為四層：（1）產品（2）功能組成（3）主要功能組件（4）功能元件。并采用面向應用的結構化特征目錄，對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產品開發早期和設計初期使用的工具軟件STRAT。

這種方法認為專用機械中多數功能可以采用已有的產品解，而具有新型解的專用功能只是少數。因此，在專用機械設計中采用功能化的產品結構，對于評價專用機械的設計、制造風險十分有利。

這種方法提倡在產品功能分析的基礎上，將產品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結構，通過選擇和組合這些模塊化基本結構組建成不同的產品。這些基本結構可以是零件、部件，甚至是一個系統。理想的模塊化基本結構應該具有標準化的接口（連接和配合部），并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結合軟件構件技術和CAD技術，將變形設計與組合設計相結合，根據分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術將它們組合成不同品種、不同規格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。

這種方法以設計為目錄作為選擇變異機械結構的工具，提出將設計的解元素進行完整的、結構化的編排，形成解集設計目錄。并在解集設計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設計工程師選擇解元素。

根據機械零部件的連接特征，將其歸納成四種類型：

1）元件間直接定位，并具有自調整性的部件；

2）結構上具有共性的組合件；

3）具有嵌套式結構及嵌套式元件的連接；

4）具有模塊化結構和模塊化元件的連接，并采用準符號表示典型元件和元件間的連接規則，由此實現元件間聯接的算法化和概念的可視化。

在進行機械系統的方案設計時，用“功能建立”模塊對功能進行分解，并規定功能分解的最佳“粒化”程度是功能與機構型式的一一對應。“結構建立”模塊則作為功能解的選擇對象，以便于實現映射算法。

三、基于產品特征知識的設計方法

基于產品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產品的特征及其設計領域專家的知識和經驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現計算機輔助產品的方案設計。

機械系統的方案設計主要是依據產品所具有的特征，以及設計領域專家的知識和經驗進行推量和決策，完成機構的型、數綜合。欲實現這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協調、管理和使用。

四、智能化設計方法

智能化設計方法的主要特點是：根據設計方法學理論，借助于三維圖形軟件、智能化設計軟件和虛擬現實技術，以及多媒體、超媒體工具進行產品的開發設計、表達產品的構思、描述產品的結構。在利用數學系統理論的同時，我們考慮了系統工程理論、產品設計技術和系統開發方法學VDI2221，研制出適合于產品設計初期使用的多媒體開發系統軟件MUSE。上述各種方法并不是完全孤立的，各類方法之間都存在一定程度上的聯系。

機械產品的方案設計正朝著計算機輔助實現、智能化設計和滿足異地協同設計制造需求的方向邁進，由于產品方案設計計算機實現方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達到上述目標的方案設計工具軟件。我認為，綜合運用文中四種類型設計方法是達到這一目標的有效途徑。雖然這些方法的綜合運用涉及的領域較多，不僅與機械設計的領域知識有關，而且涉及系統工程理論、人工智能理論、計算機軟硬件工程、網絡技術等各方面的領域知識，但仍然是產品方案設計必須努力的方向。

參考文獻：

［1］鄒慧君，藍兆輝，王石剛，郭為忠機構學研究現狀、發展趨勢和應用前景.

［2］基于WEB的計算機輔助機械創新設計系統研究..計算機類.計算機應用.

［3］機械產品方案的現代設計方法及發展趨勢.中國.其它.創新論文.

［4］唐林，鄒慧.君機械產品方案的現代設計方法及發展趨勢.機械科學，2006，9，18.

［5］雷永剛，彭穎紅，阮雪輸.機械產品概念設計：綜述與分析.武漢大學學報，2006，9，13.

［6］劉曉敘，陳敏.機械產品綠色設計理念.機械設計，2006，4，12.