时间：2023-03-20 16:21:20
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可变功能机械系统由不同的分功能组成，且功能间会发生耦合。笔者基于FBS概念设计模型对可变功能机械系统进行研究，先将各分功能独立，分别建立自顶向下的设计模型，即先对功能进行分解，由功能-行为映射求解得到相应的行为层级结构，分析相应的行为模型，得出映射层结构方案。可变功能机械的FBS模型详解如图1所示。在研究可变功能机械系统时，本研究将分功能到行为和行为到结构的映射并行研究，功能总和代表了各分功能不同模型的集合，系统实现其中一个功能时，另一个分功能处于待用模式，为加以区分，用功能符号“F”+“i”（数字）代表分功能序号，用“or”（或者）连接各分功能。之后本研究建立分功能的层级结构及相应的功能分解模型、行为过程层级结构及其行为过程模型，最后进行映射求解。这种并列的设计过程存在交集，即这些分功能间具有耦合性，系统的功能分解有部分相似，例如当农用拖车的连接器连接不同的耕作设备可以完成不同的生产功能，施肥机可以进行移动施肥，洒水机完成浇灌工作等，系统的动力功能和传动功能并未发生改变，改变的仅是执行端的功能。本研究将相似的功能结构和行为结构以及方案层的具体实施构件组合用虚线连接，代表它们之间存在的特殊联系。为具体表达该设计过程中的模型联系，基于经典相似理论中对序结构的定义，本研究将系统要素按一定组成规律、一定顺序出现的序列结构称为序结构，序结构与系统有着紧密的联系。根据可变功能机械系统概念设计层次，笔者对序结构进行特征分析，分为功能序结构、行为序结构以及方案序结构。由于篇幅原因，本研究仅对功能分解和行为结构的序结构表达进行描述，并构建相似模型。
2相似模型构建
2.1功能序结构和行为序结构模型相似包括功能相似以及行为相似，功能具有相同的效果不代表行为也具有相似性。研究系统相似度时需要衡量功能相似度和行为相似度不同的权重值，建立相似模型，从系统的角度将不同的功能及其行为映射用序结构表达出来，用系统要素的方式进行模型构建。功能是表达系统特性最抽象的方式，功能的表达需满足：（1）能根据给定要求表示设计者的意图；（2）能准确描述满足设计要求的设计对象；（3）能被定性或者定量地评价，并可以测定设计意图的满意度。功能的系统要素为能量、物质和信息，每个功能要素都有其输入和输出，因此可以运用“输入流-输出流”的方法进行功能描述。功能要素在时间和空间上有一定的顺序，即功能序。本研究将功能序的关系进行分类，分别有组成关系、时序关系和因果关系如图2、图3所示。时序关系又有顺序关系，并存关系。功能序是功能序结构的基础组成。在概念设计模型中，功能是一个模糊而粗糙的概念，而行为相对而言更为具体，能激发设计者的灵感，引导设计者保证三大流（即物质、能量、信息）的有序流动，不违背自然规律。行为的系统要素包括运动学要素、力学要素和能量要素。结合目前行为结构的表达方法，本研究统一用“输入流-输出流”的方式表达行为序结构。行为可以分为基本行为和组合行为。基本行为对应基本结构，较为简单；组合行为由基本行为构成，包括运动转换行为、执行行为、检测行为、控制行为等，这些基本行为通过一定的顺序连接起来形成组合行为。行为序就是指这些基本行为和组合行为间的连接，行为序结构则表达了行为序间的连接关系。行为序结构分类如图4所示。行为序的关系有以下几种：①串联顺序关系；②并联同时关系；③选择发生关系。
2.2基于序结构的相似模型构建由相似第一定律即序结构定律可知，不同类型、不同层次系统存在一定的序结构，当系统序结构存在共同性时，系统之间出现相似特性，相似性大小随序结构的共同性程度增大而上升，反之则下降。上节已将可变功能机械系统概念设计中的功能层和行为层用序结构进行表达来探索功能和行为的相似性，本节在此基础之上运用数学建模对相似度进行计算。可变功能机械系统具有一定的相似性，即相似度大于零，某些功能或行为能通过改变一些系统组成就能形成新的功能系统，若是没有相似性即相似度为零，那么整个分功能系统就转变成了多功能的单个系统的集合，不在本研究的研究范围之内。本研究将系统或者系统的一部分进行序结构构建和分析之后，为每个序进行编码，用eik表示序要素的集合，要素包含属性和特征值，属性由所属功能或者行为的输入输出流决定，i是分功能编号，k是序的编号。相似序的概念是将分功能序结构的要素和特征联系形成两两组合的有序偶，用(e1k,e2k)表示。相似度由相似序的个数和相似序对相似的影响权重所决定，相似度以q表示，相似序个数决定的相似度为q1，影响权重决定的相似度。权重的分配也是相似度量的重要环节之一，主要包括主观权重分配方法和客观权重分配方法。相似序模型分析之后根据经典相似理论进行数学建模，系统的总相似度由功能、行为和结构的相似度综合得出。本研究根据所建立的序结构进行系统知识表达，计算可变功能间的相似性，设机械系统共有两个可变分功能，特征参数取自输入输出流的类型和数值，如功能的能量类型和所代表的数值等，对整个系统进行相似模型构建，并计算相应的相似度数值。相似求解模型如图5所示。建模的一般步骤可表述如下：（1）分别对分功能系统进行层次划分，建立基于功能或者行为结构的模型。可用输入流输出流的方式按2.1节所述分别建立分功能的具体模型，对应的序结构统计如表1所示。
3实例分析
笔者选取典型的可变功能机械系统进行研究，选取如图6所示的机床作为研究对象，通过更换不同的刀具执行机构可以获得钻孔，扩孔和铰孔3个不同的功能。可以看出，这是一种通过改变系统执行机构达到改变功能的情况。本研究按上文所述的步骤进行分析，首先由系统的可变功能得到功能的序结构模型，所建立的模型如图7所示。表3所示机床的可变功能由更换执行机构来实现，在系统层面上达到了改变功能的要求。本研究按上文所述，根据所建立的序结构模型，通过分析相似要素应用公式（1~3）得到系统功能级的相似度数值。
4结束语
学完机械制造基础课程后，学生应学会综合应用机械制图、金属材料学、金属切削原理等专业基础知识，因此该课程的涉及面广，综合性强。同时，课程内容来源于实践，经归纳、分析，进行系统理论化后又应用于实践、指导实践，故其实践性也强。
二、对机械制造基础课程教学内容改革
笔者认为，应紧扣大纲，合理调整机械制造基础课程内容。为了突出机床教学的系统性，笔者把金属切削机床及其运动、各种典型机床简介、机床夹具设计基础、典型机床夹具及其设计方法这几章放在一起讲授，这样学生对与机床有关的知识才会有全面系统的了解。
三、对机械制造基础课程教学方法的改革
教师要把握教学目标，理论密切联系实际。在该课程开讲前，学生进行车、铣、磨、刨、钻等机加工实习，加深对刀具、夹具、机床、定位与夹紧、金属切削、表面质量、加工工艺、工序、工步等概念的感性认识。学生学习理论后又要重新回到实践中去，用系统的理论来分析并解决一些简单的实际问题。经过反复的实践与理论学习，学生必将加深概念，并学会应用理论指导实践。
四、教师应不拘一格，灵活使用多种教法
1.举例引入法
讲授新课前，教师先讲有关实例以导入新课内容，把生活中与机械相关的内容与教学相相合，让学生充分体会到学以致用，调动他们的学习兴趣。如可以实板上钻孔为例，导入工步的概念。
2.提出问题法
教师因势利导地提出与新课知识相关联的问题，以激发学生的学习兴趣。如向学生提问：“普通车床的用途是什么？”学生马上就会联想到车工实习，从而进一步想到车床实习的具体内容。
3.小组讨论法
教师将学生分为几个小组，让学生围绕新课重点问题展开讨论，以培养学生的组织能力、协作精神和团队意识。
4.课堂演示法
在讲课过程中，教师可适时地展示与教学内容相关的实物、模型。这样不仅能加深学生的感性认识，激发学生的学习兴趣，而且有助于他们对所学知识的理解和掌握。
5.对比教学法
通过把同类相近知识对比教学，以使学生牢固掌握新知识。如教师讲述麻花钻切削部分结构时，拿车刀切削部分作比较，使学生认清六个刀具角度的基本定义。6.多媒体教学法教师应该从降低课堂教学的难度出发，多花时间做好多媒体课件，将相关的视频、动画等穿插教学中。如将各种机床的外形、车刀的结构等通过计算机投影技术展示给学生，使学生能够通过动态的画面，轻松地理解教师的教学意图。这样把复杂的内容简单化、抽象的概念形象化、静态的问题动态化，有助于学生理解教学内容。
五、小结
结合这几年的教学经验，本人认为课程内容应结合最近几年来该专业学生毕业从事的工作岗位特点，对本课程内容做有目的的删减和整合。例如，对于数控专业来说，在铰链四杆机构章节中，重点应该结合日常生活和生产实践介绍四杆机构的应用和特性，而对于四杆机构的设计内容，可以简单介绍甚至可以忽略，或对于接受能力强的学生做适当引导，安排其自学。另外，目前的教学内容偏重理论，比较抽象，学生听课枯燥，教学效果不佳。任课老师需根据课程教学大纲基本要求，对知识进行整合。例如，以一个实践工程为例，把大纲要求掌握的知识点运用到此工程上，把抽象的理论知识转变为形象直观的实际应用，这也为学生日后走上工作岗位奠定了坚实的基础。
二、课程教学方法改革
打破传统的教学方式，现在提倡理实教学相结合，但是《机械设计基础》理论教学还是占主要课时。如何提高课堂教学效率，是本课程教学方法改革的关键之处。传统的课堂教学方式都是“教师讲，学生听”的填鸭式教学，学生对课堂不感兴趣。师生之间没有互动或互动很少，课堂教学效果很难有提高。为了打破这种现状，我校很多老师开始尝试采取分组讨论、启发式、项目式等教学方法，课堂气氛相对较活跃，既提高了学生的参与性，又激发了学生的创造性。本人在本课程的教学过程中，主要尝试了分组式讨论教学法和案例教学法两种新的教学方法。分组式讨论教学模式，每组分4~6名学生，专门设计学案在课前下发给学生，根据学案内容，让学生在课堂上进行小组讨论，再由小组学生轮流发言。案例教学法是利用生活生产中的实例进行知识的讲授。在理论知识的基础上，结合生产中实例进行讲授。例如，在讲常用机构分类、特点及应用时，可以直接让学生观看汽车雨刮器、牛头刨床、揉面机、插床等机器的运动视频，这样可以直观地反映知识内容，增加学生的学习兴趣，使学生较快地理解和掌握所学内容。
三、考核评估体系改革
实验教学是重在培养学生动手能力、实践能力以及创新能力的重要过程，是应用性强专业通常所采取的一种通用性的教育教学模式。机械设计基础专业技术课程的终极目标是培养现代化所需要的实践性人才，然而受到传统教育教学模式的影响，我国高职机械设计基础课程的教学往往过分重视理论教学，实验环节只是作为辅助手段。这种现象严重制约了高校机械专业学生的实践能力的培养和发展，不利用今后操作能力的提升。正是这种现象的存在，导致很多高职院校机械专业在资金投入上往往不能有效地向实验器械的购买增加上倾斜，使得高职机械设计基础课程的实验设施设备普遍滞后，实验项目仅仅是最基础、最普遍的常识性实验。这种单一性的实验，直接导致学生对机械设计基础专业的理解严重不足。尤其是有些实验虽然是以实验的形式出现，但是仍然具有极强的理论性认知，不能通过过程验证来激发学生的求知欲，导致学生兴趣和积极性的不足，失去作为实验教学的意义。如何加入更多的实际动手性操作实验势在必行。同时，高职学校机械设计基础课程的实验设置上过多地将视角放在了教师操作、学生观摩上，学生只能通过视觉感官来体验实验的内容，而不能通过亲身的实验操作来获得更加深刻的体会，导致学生当时明白，但是很快就遗忘，不利于学生综合能力的显著提升。此外，高职院校对机械设计基础课程的评价模式也存在弊端。实验教学环节由于实验实施设备的不足，导致学校在对实验教学进行评价时，只是将实验教学作为考察部分，不能有效地激发学生对实验的重视，如此一来，学生的能力如何提升？
2高职机械设计基础实验教学建议
2.1更新机械设计基础课程理念
任何体制创新、制度创新都取决于观念的更新。高职机械设计基础课程实验教学体系的改革首要的就是要更新观念，建立适应现代化发展的高等教育教学管理理念，彻底打破传统教育教学模式的影响，建立以实验为导向，以培养学生实践能力、创新能力为目标的课程理念，为优化高职院校的竞争力的全面发展奠定坚实的基础。机械设计基础实验教学是以培养学生的动手实践能力为目的，使学生掌握科学实验的基本方法和技能，具有创新设计能力及应用现代技术手段分析和解决工程实际问题的能力，最终实现由知识传授到技能培养，再由技能培养到综合素质提高的全面转变。这是机械设计基础实验教学改革的目标与核心任务。一切以优化高校发展、促进优势学科建设、规范管理为基础，切实将高职机械设计基础学科建设放在重要的位置。
2.2加大投入，优化设施设备
高职机械设计专业实验教学体系的构建作为一个系统的工程，需要大量的物质基础来保障其有效运行。这种投入涵盖了大量的人力资源和物力资源来保障其有效运行。实验室的优化首当其冲，良好的实验室、合理的实验设施设备是保证高职机械设计基础实验教学顺利进行的前提。
2.3建立适合学科发展的实验体系
总体上看，高职机械设计基础专业的实验涵盖以下几种主要的类型：基础性实验、综合性实验、创新性实验以及设计性实验。目前，高职机械设计基础实验过多的注意力放在基础性实验上，如何在实验内容上进一步优化至关重要。适当地加大创新性、综合性、设计性实验的成分，将进一步提高机械设计专业的学科建设，这些才是高职实践性教学所必需的，是培养机械专业学生解决实际问题能力的关键。只有这样，才能切实提高高职机械设计专业学生的动手实践能力。首先，在内容上的优化还应以提升学生的设计能力为基础，在实验内容上鼓励学生自主设计。如四杆机构、凸轮机构和齿轮机构等的教学，应不断地鼓励学生自主设计，并自主地查阅资料来根据机械设计基础模拟相关机构的运动规律。不断地自主实践才能真正提升学生的能力，教师充当的角色也应发生变化，切实起到主导的作用。其次，在实验教学环节上也应进一步优化，建立适应相应实验项目的不同实验分组模式，如轴系结构设计与分析实验是具有较强的分析和综合性的实验，实验目的旨在提升学生的实践能力。这就要求教师在分组时切实增加学生的动手机会，分组人数不易过多。而相反在设计性的实验教学中应适当增加小组人数，通过大家的集思广益来拓展思维，优化思维，并通过小组讨论来不断地优化小组设计，提升小组成员的合作意识。再有，高职机械设计基础实验教学应不断优化实验教学的方式、方法。在教学中不断增加开放式教学模式，提高学生的设计、创新能力，在高职机械设计的实验教学中突出学生的主体地位，鼓励学生自主思考、自主查阅相关资料、自主讨论、自主构思、自主分析。教师在实验组织上更多的应该是通过集体的分析来对学生的创意进行比较，总结学生的经验。最后，在高职机械设计基础的教学评价机制中，应不断更新机械设计基础评价模式，增加动手环节比重。切实提高实验教学成绩的比重，并将学生自主动手操作能力和设计能力的提升作为评价的重要内容。
2.4加强教师梯队建设
高职机械设计基础专业教师作为教学的管理者和具体的实施者，其能力的高低将直接影响高职机械设计实验课程的效果。因此，我国高职院校应该提高专业实验教师的综合素质，适应现代机械课程建设的高速发展，通过不断的人员培训来提高专业教师的专业素质，适应现代机械高速发展对机械设计专业的高要求。这种梯队建设应重点强化高职机械设计专业师资队伍创新精神和创新能力的培养，鼓励专业教师不断进取，不断更新个人的知识结构，不断加强自身学习，吸取国内外的先进技术，全面提升个人的综合素质，为培养优秀的机械设计专业人才奠定坚实的基础。
3结论
在转炉和连铸工艺中，钢水会在钢包内停留，随着炉外精炼的技术普及，钢水停留在钢包的时间逐渐变长，从而导致钢水在钢包内会发生一系列的温度波动和热损失。影响钢水的因素有两个方面，一方面是由于钢包本身材料决定，钢包本身在钢水转运过程中会与外界环境进行热交换，同时由于材料本身的比热容决定，会产生一定的温度内蓄现象，另一方面，钢水表面会与外界环境产生热交换，造成一定的热损失。为了缓解这两个问题为炼钢生产带来的能量损失，一般采用钢包加盖的方式解决钢水表面的热损失，采用利用新型材料来提升钢包本身的保温能力。钢包加盖后，钢水表面的散热则会被包盖吸收，并且最终使得包盖与钢水表面形成空间上的热平衡，从而起到一定的保温作用。如何缩短钢包加盖后空间内热平衡达成时间，是目前许多炼钢企业对钢包加盖设计中考虑的问题。时间缩短的越明显，炼钢生产效率就越高。而影响热平衡达成时间的主要因素为钢包加盖的工艺流程。由此可见，钢包加盖的机械设计与应用对于炼钢生产有着重要的意义，深入研究钢包加盖工艺，对于提高炼钢质量、产率是有必要的。
2钢包加盖的机械设计
钢包加盖的机械设计主要包括有钢包盖的设计和钢包回转台设计、加盖工艺设计三个方面。
2．1钢包盖设计
钢包盖的设计主要包含对钢结构和耐火材料的敷设设计。钢包盖设计吊耳很重要，方便吊车取盖，在盖的周围需要有翻转包盖的穿孔，钢包盖结构设计过程中需要考虑到包盖的机械膨胀性能和热膨胀性能。为了进一步提高钢包盖的保温性能，柳钢钢包内侧均有耐火材料的敷设设计，一般采用耐高温的耐火纤维进行包盖的内部敷设，加强钢盖的接受热辐射的能力。
2．2钢包回转台设计
钢包回转台设计是钢包加盖机械设计中的重点部分，主要是针对钢包加盖过程中的升降、回转等功能进行设计。为了达成这些功能，一般会利用一些电动设备来进行构建。常用的辅助设备包括电动机、离合器、液压系统、气动系统等。钢包回转台是实现钢包自动加工的平台，它能够完成钢包周转过程中的加盖、揭盖操作，能够保证这些操作过程中钢包以及包盖处于安全位置。钢包加盖装置包括有加揭盖机（柳钢钢包揭盖机），型号有插齿式、移动插齿式、液压升降／伸缩式、回转式、悬挂移动式等。根据炼钢厂的炼钢工艺布置采取不同的设备组合。还有一系列的辅助设备，如包盖存放台、吊具、工装、铰链座等。
2．3钢包加盖工艺设计
钢包加盖的一般性工艺设计为以下几个步骤：
1）准备工作。确保钢包与炉次之间的准备服务后，将钢包放回钢包车，钢盖一直盖在钢包上，这样可以省略下一炉的钢包预热工作，保证钢包的温度。但如果下一炉的时间相距几个小时，则需要考虑钢包的预热准备。钢包进入炼钢炉前，需要将钢包内的铸余渣，并且需要清洗水口滑板和完成填砂过程。炼钢炉出钢时，钢包经过出钢线，利用自动揭盖装置完成揭盖，包盖则放置在存放台，钢包进入炼钢炉下盛接钢水。
2）出钢后加盖。出钢完成后，钢包加盖机自动完成对钢包的加盖操作，这个过程中无需人为操作。
3）精炼揭盖、加盖。钢包经过运转进入LF精炼炉位，此时包盖被自动揭去，钢水在精炼炉中完成精炼过程，待这一过程结束后，钢包回转台将包盖带回，进行自动加盖操作。加盖后，钢包连盖一起被吊上连铸台。在这一过程中，首先要确保钢水的精炼达到标准，钢水的各项指标达到指标，钢水的温度达到要求，其次采取对钢包进行钙处理或者微合金处理，进一步提高钢水的洁净程度。
3应用效果
在炼钢生产全程中实现钢包自动加盖有效地减少了钢包周转过程的热损失，同时保证了钢包中钢水的温度趋于稳定，有助于炼钢生产提高质量并且降低生产成本，钢包全程加盖后的应用效果主要体现在以下几个方面：
1）钢包全程加盖能够起到对钢水的保温作用；并且能够降低钢水出炉温度。柳钢转炉加盖出炉钢温度较之不加盖降低了15℃左右，柳钢转炉加盖后，出钢过程中的温度损失降低4℃，钢包运输过程中温度损失减少15℃左右，全程温度损失减少19℃左右。钢包加盖后起到的保温作用还有效的减少了包内钢水的冷却作用，免除了连铸过程中对钢包的预热过程，可实现低过热度浇注，有效提高合金收得率，降低钢包废钢率和保温剂的使用率，节约了经济成本。
2）钢包全程加盖有助于延长钢包的使用寿命。连铸浇注完毕后，包盖悬挂在铰链上，钢包可实现带盖倒渣和回浇余。减少了对钢包的清理需求，同时翻铸余更加干净，降低了残渣量。钢包自动加盖降低了对包内耐火材料的机械损伤，因此提高了钢包的使用寿命。柳钢实现钢包全程加盖后，转炉出钢口寿命提高了5炉以上，钢包寿命延长至95炉。
3）钢包全程技改有助于减少LF炉的升温时间，减少RH、CAS的OB频率及时间，同时降低了废钢的产生率，有效提高了炼钢效率和质量。除此之外，采用钢包全程自动加盖可以节省钢包服务区的空间，减少人力劳动，降低人力成本。
4）钢包全程加盖有助于炼钢厂的节能减排，一定程度降低生产成本，增加收益。钢包全程加盖后，转炉出钢温度升高，降低吹氧升温的吹氧量，降低了氧气能源的使用。若采用焦炉煤气升温模式，则可降低炼钢厂眼气排放，起到节能减排的效益，有助于炼钢厂的可持续发展。除此之外，柳钢实现钢包全程加盖后，降低吨钢成本10元左右。同时由于炼钢质量的提升，进一步提高了吨钢实际收益，能够有效提高炼钢厂的经济利益，实现企业的经营目标。
4结语
关键词：质量安全；功能设计；成本；规避风险；满意度
随着机械设计行业的革新，机械设计管理已经不单纯的是产品的功用性管理，更为主要的表现在产品的知识密度，产品的多个功能性，产品的质量绝对安全和产品的推广价值以及规避高风险性的实用价值管理上来。机械产品的设计首要考虑的是产品的质量安全，其次是产品本身的价值所在，再有就是在设计流程中理论和实践的相互影响，最终形成产品，通过对管理资源的有效控制达到流程的节约化，直接化和实用性，更好地保证产品使用用户对新产品的满意度的提升。
根据当前机械设计企业的行业特点，对于机械设计行业中存在的几大管理问题做一个简单的分析。
一、机械设计质量安全管理
任何产品的质量安全都是头等大事，机械设计也不例外。在机械设计行业中，设计人员一定要有严谨，负责的工作态度，严格按照设计思想，严格排查安全隐患，在设计中杜绝因管理疏忽而带来的安全问题。在机械设计过程中要把安全问题落实到每个人，责任明确，分工具体使质量得到保证，安全隐患消除与萌芽状态。
二、设计工艺流程的规范化管理
机械设计属于严谨的学科范畴，一切的设计行为要遵循科学，遵循设计原理。在整个设计工艺中要考量图纸的可行性，理论的灵活运用和灵活变通，对于设计所需要数据要进行深入的运算，确保达到数据的严密性。对于不确定的数据要进行多个论增，对于不明确的，不理解的理论要加以掌握理解，确保设计工艺的规范化，科学化，工艺流程的万无一失。只有严格地执行规范化的设计工艺流程才能保障设计成果的规范化以及它的市场价值所在。
三、机械设计中的误区以及出现问题的解决
在过去的机械设计的过程中，我们往往注只是重了设计成果的使用性，但是对于设计成果的实用性以及它的多个功能，我们并没有过多地关注。赶时髦。为求“省事”，追踪市场新产品和畅销产品，对顾客的需求一片模糊，又不愿花力气搞清，你上我也上，一轰而起，一轰而下。缺乏科学而准确的市场(需求)调查、需求分析和产品规划，是一种盲动行为，失败的可能性极大。实践证明，好多机械设计企业经营失败的根本原因首先是设计人员忽略顾客、缺乏市场调查与可行性认证，它们将导致90%的企业失败。其他导致失败的原因还有：由于管理者忽略变化、过分自信、过分自信与傲慢而错误地估计市场接受能力、吸收了不必要的合作伙伴、不能跨专业全面思考、企业缺乏长远的目标与规划，以及企业的经验没有公司和产品的特色。“现在供应，以后修理”。忘记了企业生产的产品(可触摸的)和服务(不可触摸的)只能在被顾客接受并使其满意的前提下才能获得竞争胜利和实现经济与社会效益。这是企业缺乏“信誉资本(良好的社会信誉认同感)”的表现，它的严重后果是导致企业的成员没有诚信、弄虚作假，最终使企业。所以企业的管理层应该清楚地知道，信誉资本有多少进展，以便即时采取扩大信誉资本的措施。对机械设计中出现的类似误区，机械设计人员一定要有高度的市场敏锐感，严谨的设计理念，积极负责的工作作风，才能彻底矫正因为设计思维而带来的对新产品的影响。
四、核心技术的保护管理
机械产品及其制造系统的创新是提高企业竞争力的关键因素。从本世纪初到60年代，机械设计业的竞争是以成本为测度的数量扩张时代，企业核心竞争力因素是成本最低，即规模经济方式，在这种情况下对大多数进行工业化的国家和地区来讲，需要的不是产品创新，而是引进产品与生产设备。70年代到80年代末它转变为质量的竞争。几十年的成本与质量的竞争，使多数国家和地区已经实现或可重现至今仍占主流的中低技术产品(占80%~90%的世界产品)的制造，且彼此间质量的差距越来越小，而成本的优势在发展中国家与地区。在未来的市场竞争中，企业竞争力的主要因素变化为：新产品创新与改进的设计开发能力及其上市的速度；为保证新产品上市速度、产品质量(特别是可靠性与安全性)的控制和成本控制要求创新和改进制造系统及其运作；创新与改进服务及其质量。设计产品及其制造系统和制造过程控制的创新成为提高企业竞争力的关键因素，而产品的设计与制造质量、成本、开发上市速度成为企业活动的第一类核心自变量。
五、机械设计的风险管理
机械设计是一项高风险投资。新产品的成功创新或改进将有利于形成机械企业新的经济增长点，促进经济的发展，有助于合理的产品结构和产业结构形成，以及企业竞争力的提高。但是各国多年的产品开发实践证明，它是高风险、高投资、高收益的活动。其最突出的特征是高风险性。如何应对这种风险，其主要依托应当是对于新产品的市场前景和潜在前景科学的分析，通过分析和观察做出有利的判断，尽可能在设计之初就规避因为设计带来的市场风险。
六、机械设计的成本管理
好的设机械计不但要技术先进，制造可行，操作方便，而且要经济合理，同样也要求它易与管理，尤其是对成本的控制。所谓成本管理，其核心就是降低产品的成本。可以说，产品成本的高低，在产品设计的阶段就基本上确定了，因此，降低产品成本，永远是设计人员的一项主要任务，是机械设计领域中的一个永恒的技术经济问题。设计人员进行产品设计时，必须牢固地树立经济效益的观念，对每一个零部件进行功能成本分析，确定合理的技术指标和成本目标。加强成本管理直接决定企业参与市场竞争的成败，这个环节至关重要，我们在成本预算中永远要把最低的成本核算到设计体系中，也就是说最低的成本就是开拓市场最大的资本，由此可见成本管理在机械设计企业举足轻重的作用。
七、机械设计产品的质量评估管理
树立长效果的评估机制，对于设计成果的安全性能，可靠性，稳定性要有一个明确的认知。通过评估掌握设计过程中的问题解决方法，发现不足，在此基础上寻求更好的解决方案。为今后的设计打下良好的技术基础和理论基础。
八、对设计人才团队的管理
人才永远是企业获得核心竞争力的根本保证。为了实现建设机械工业新高地的战略目标，加快各类人才队伍，特别是科技人才队伍的建设，通过企业内在机制的建立和外部环境的改善，充分发挥市场对人才资源配置的基础性作用，吸引和凝聚各类优秀人才，在企业内部形成优秀人才在数量、结构和综合素质等方面具有相对优势的人才高地，为企业的持续发展提供组织保证。此外对于优秀的人才，企业更要做到敢于用，敢于叫他们走出去，请进来，灵活的用人机制无疑是保证机械设计技术人员设计生命力的灵丹妙药。
九、加强知识产权管理
1.1具体改革内容
（1）改革课程教学模式，设置有利于学生自由发展的教学环节。引导学生“主动参与”的教学模式，教师在课程教学初期提出目标，如以往届“机械创新设计竞赛”为主题，并明确目标完成质量，将纳入期末考核并给定所占总成绩的比例，一般不应大于50%；学生自行提出任务，3人一组自由组队，寻找方法，教师在目标提出约两周后组织学生对任务进行答辩，对任务进行客观、准确评价，指出下一步学习的重点；在学期中组织“机构创意搭接”活动，在学期末组织“机构设计及动力学仿真”活动，激发学生热情。课程教学模式不局限于教师课堂讲授，可以是学生任务汇报、教师指导答疑、活动演示等多种形式并存。教师引导：提出目标、不规定任务；不规定方法；督促实施、解答疑问。学生主动参与：明确目标，提出任务；寻找方法；边学边干，完成实践。
（2）改革课程教学方法，营造学生自主探究的环境。引导学生“主动参与”的教学方法，教师在课程讲授过程中取材以教材为线索，又不局限于教材，在学生自行寻找的任务中，找到具有共性的问题，引入课堂；在各章节围绕技术的发展，增加新的内容；不拘泥于程式方法的符合度，看重对方法（路径）的找寻过程，看重结果的创新度。
（3）改革课程考核方式，重点以考核学生能力为主，多种考核形式并存，客观准确评价学生成绩。打破传统的以考核学生对书本知识掌握程度的限时书面考试方式，传统考试方式会使学生临时抱佛脚，放松平时的学习。加强对平时任务完成情况考核、对组织活动参与情况考核、对实验室开放参与程度考核，加大平时考核在综合成绩中所占的比重，在一定程度上促使学生重视平时各个教学环节，使学生的学习过程变成循序渐进的过程，防止学生考前的突击应付，提高平时学习的自觉性和主动性，考试题目增加一定量的设计型题目，强调工程背景，克服传统考试中题目的限时性、定向性、唯一性、单纯性的弊端，着意考察学生综合运用知识解决实际问题和创新思维的能力。
（4）改革课程对应集中性实践环节教学内容，将任务从课内延伸至课外。多数作品可作为课程设计继续研究，丰富课程设计内容；部分作品可作为毕业设计题目深入分析；优秀作品可参加辽宁省机械创新设计大赛。
1.2改革目标
通过课堂讲授与学生自主实践，培养学生具有：
（1）根据目标范围找寻社会需求提炼课题的能力；
（2）对于机械工程问题进行系统表达、建立模型、分析求解和论证的能力；
（3）独立创新设计机械系统与零部件的能力；
（4）在团队中工作、与他人合作的能力。
2机械设计基础课程改革实施方案
学生的学习分别通过若干个学习任务来完成，每个任务均要求学生通过小组动手实践直接掌握实践知识。在实践中遇到了问题，又使学生对理论的学习变成内在需要。学生在学习专业理论之时，又通过实践巩固理论知识，从而使理论知识学习与实践知识学习有机地结合在一起。以学生“主动参与”为中心，进行各方面能力的培养与锻炼，每个任务都是一个完整的工作过程，是一个获取信息—制定计划—做出决定—实施计划—检查控制—评定反馈的过程。
3机械设计基础课程改革成效
3.1组织与课程密切相关的教学活动
在2013/2014学年第二学期，对机械设计基础课程进行了改革的尝试，涉及三个班级。在课程前半部分常用机构理论内容讲解完，组织学生开展“首届机构创意搭接竞赛”活动。
3.2机械设计基础课程改革取得成果
共收集作品32件，分别是：颚式破碎机、飞机起落架、活塞泵、压盖机、蛋糕切片机、汽车雨刷器、印花机、台式电风扇摇头机构、带式输送机、鹤式起重机、摄影升降台、机器人腿部机构、车载起重机、多连杆式独立悬挂机构、机械手手指机构、精压机机构、缝纫机踏板机构、机械手手臂机构、筛料机机构、内燃机、活塞泵、插床插削机构、带传动传送机构、飞剪机构、后备箱开启闭合机构、单缸四冲程内燃机、牛头刨床机构、门式起重机、振动筛料机、挖掘机、洗瓶器、浴室搓澡器。每件作品包括：设计任务书、答辩PPT、机构搭接视频、活动总结。评选出特等奖1项，一等奖3项，二等奖6项，三等奖6项。其中，单缸四冲程内燃机获特等奖；颚式破碎机、后备箱开启闭合机构、牛头刨床机构获一等奖；飞机起落架、汽车雨刷器、摄影升降台、精压机机构、插床插削机构、飞剪机构获二等奖；活塞泵、压盖机、门式起重机、振动筛料机、挖掘机、洗瓶器获三等奖。
4结语
功能分解策略
广义上说，功能是对于某一机械产品工作能力的抽象，它包括产品的功用、用途、性能、能力等。从系统工程学的角度来看，可将机械产品看成是技术系统，功能是以实现某种任务为目标，对其输入量(信息流、能量流、物料流)和输出量之间的相互转换。在概念设计阶段之初，通常要对产品的功能进行分解。通过对现有机械系统的分析，笔者提出功能分解的三个策略:①从解决问题的目的和手段着手;②从产品生产的工艺动作过程(生产的空间顺序和时间顺序)着手;③从机械系统四大模块着手。在实际的产品功能分解中，往往需要采用多种功能分解策略。对机械系统而言，执行系统是机械系统的核心，最终决定产品的功能输出。执行系统的功能是通过工艺动作过程来实现，因此可通过工艺动作过程对其进行分解;而对于机械系统的其他子系统(包括传动系统、控制系统、驱动系统)，可采用“目的－手段”进行功能分解。下面详细介绍这三个功能分解策略的运用方法和步骤。
首先从目的和手段来分解功能，可以把目的称为上位功能，手段称为下位功能，目的功能是主功能，手段功能从属于目的功能，为实现目的功能起手段作用，属于下一级分功能，在下一级分功能中，手段功能又称为目的功能，如图1所示，手段功能2在下一级分功能中称为目的功能3。通过“目的－手段”可以将复杂的产品进行功能分解，同时又可将各个分功能之间的逻辑关系联系在一起，最终获得产品的功能系统图。接着按照工艺动作过程对功能进行分解。工艺动作过程是实现机器功能所需要的一系列动作型式，按一定顺序组合而成的系列动作。机械产品的执行系统功能是通过其工艺动作过程来完成的。例如，汽水灌装自动机的功能包括瓶、盖、汽水的贮存与输送、灌装、加盖、封口、贴商标、成品输送的工艺动作过程来实现灌装功能。又如，平板印刷机的功能是通过上墨、刷墨、印刷的工艺动作来实现印刷功能。
最后是从机械系统四大子系统模块来对产品的功能进行分解，这四大系统分别为驱动系统(动力系统)、执行系统、控制系统和架体支撑系统。任何机械产品的技术过程(主体功能)都是原动机到传动部分，再到工作机构(即执行系统)部分。原动机主要提供机械能或转换为有效的机械功，传动部分主要传递运动和动力要求，工作部分是机器的执行机构，架体支撑系统主要起支撑部件的作用。在主体功能的基础上，再添加辅助功能，通过控制系统来控制协调各部件的工作。下面综合前面讲述的三种分解策略，以挖掘机为例进行功能分解，如图2所示。
寻求功能作用原理策略思想
机械产品功能目标确定后，可针对产品的主要功能提出原理性构思，这可以通过科学原理向技术原理的转变加以实现，技术的需求是科学发展的动力，而技术开发必须以科学规律为基础，产品开发过程就是科学原理与技术经验相结合的过程。作为设计开发人员，应在产品概念设计阶段中，掌握广泛的科学原理，善于实现科学原理向技术原理的转变，例如，在机电行业中，为能实现电能向机械能的转换，一般通过能量转换科学原理向“电磁效应”这一技术原理转变，开发出了电动机。其次，可由已有的技术原理形成新的技术原理，有些技术的产生是在已有技术成果的基础上进行移植、综合和革新的结果。例如，爱因斯坦提出受激辐射理论奠定了激光技术的理论基础。微波波谱的成果进而为激光的应用提供了技术原理。现今，激光已应用于机械制造行业，可对材料进行热加工，如表面热处理，焊接和切割打孔等。因此，在产品概念设计阶段，不断寻找适合的作用原理有利于产品的创新。
执行系统概念设计过程模型探讨
基于FBS概念设计过程模型进行研究，此模型在“功能分解－载体”映射模型的基础上引入行为作为桥梁，即“功能－行为－载体”过程模型。在此基础上进行改进，提出了“功能－作用原理－工艺动作过程－执行动作－行为－功能载体”概念设计过程模型。根据机械产品的功能要求和工作性能要求来驱动寻找实现功能的作用原理。同一功能可通过不同的作用原理来实现功能，从而实现产品创新。
其次，工艺动作过程取决于所需实现功能的工作原理，不同的工作原理有不同的工艺动作过程，本过程模型可通过工艺动作过程支持功能分解。工艺动作过程包括一系列按照时间顺序排列的工艺动作，通过工艺动作进一步分解可以得到按照一定时间顺序的执行动作。最后，通过执行动作与功能载体之间引入机械动作行为作为桥梁，以实现寻找实现功能的载体。图3给出了基于“功能－作用原理－工艺动作过程－执行动作－行为－功能载体”的概念设计过程模型。
执行系统概念设计过程模型映射分析
上述概念设计过程模型的关键是各阶段的求解映射策略，使得寻求作用原理解的关系脉络更为清楚和详细，这使得设计人员在概念设计中能符合设计思维逻辑，并促进开发人员的创新能力。为此笔者提出如图4所示的求解映射策略。从图4中映射层之间的关系，可以看出产品的功能可以通过不同的作用原理来实现，子功能(F123)可由原理层的多个作用原理分别来实现。由于执行系统功能是通过工艺动作过程来实现的，同时工艺动作过程的分解又能实现产品功能分解，而工艺动作过程的分解又取决于工作原理，不同的工作原理有不同的工艺动作过程，例如对齿轮进行加工，有两种不同的工作原理，分别为滚齿原理和插齿原理，显然这两种工作原理的工艺动作过程是不一样的。同时，同一种工作原理的工艺动作过程也可以有不同的工艺动作过程，因此在进行工艺动作过程分解时，可通过增加、减少或者合并工序改变机器的工艺动作，这有利于获得新的结构，创造新的机械设备。如果工艺动作比较简单，可直接采用工艺动作到载体的直接映射求解;反之，就需要对工艺动作进行分解。对于每一个具体分解的执行动作，如果执行动作比较简单，可采用直接映射求解。反之，需要通过行为层为桥梁，来更好的实现从执行动作到载体的映射求解。对于同一个执行动作可采用不同行为关系来实现。行为库中主要包括执行动作的类型、连续性、运动速率特性和运动往复性，由于执行动作的的类型很多，按照机构的运动类型进行分类，主要包括以下几种类型，其分类如表1所示。
应用分析
本节以缝纫机中的GC30型平缝机的执行系统设计为例，对以上提出的执行系统概念设计过程模型进行实例说明。缝纫机的总功能是完成对棉、皮革、人造纤维的缝制作用，完成此功能的工艺动作过程为刺布－供线－勾线－收线－送布来实现此功能的。对于每一个具体工艺动作来说，如果工艺动作比较简单，只需某一种机构就能实现，如果比较复杂，需对每一个工艺动作进行按照实现工艺动作一系列执行动作来完成，即按照实现每一个执行动作的简单机构的组合。机构每一个执行动作的类型可以参照表1，下面主要以送布机构设计为例。需要对送布工艺动作进行分解为具体的执行动作，一般分解的结果会有很多种，容易设计出新的结构，把送布工艺动作分解为:实现针迹距的调节运动－旋转到直线运动－直线到摆动。然后分别通过实现不同执行动作的简单机构来进行组合即可实现送布这一工艺动，送布机构如图5所示。基于图5所示的执行动作过程，简述其传动关系，通过送料调节器螺钉改变送料调节器凸轮面的工作位置，实现不同的针迹距，当针迹距一定时，上轴带动送料偏心轮旋转，通过送料连杆使送料曲柄绕着送料轴摆动形成送料牙的水平运动。
首先在进行机械设备的管理中，应该根据不同煤矿矿井的应用实际状况进行相关设备的选择，确保设备管理过程中安全性、高效性、经济性原则得以合理发挥，确保选择使用的设备符合煤矿发展。其次，相关的机械设备必须安排专业的、有责任心的工作人员对其进行日常的保养、维护，保证煤矿机械设备达到干净、整洁、安全、高效的要求；在相关工作人员进行换班交接的过程中，应该将相关的注意事项以及管理过程中出现的细节问题、没有进行的工作等进行详细的交接，避免出现不必要异常状况的发生；矿井内部的管理工作人员应该每天二十四小时监督煤矿机械设备的日常保养，对其认真的进行检查，并做好相关的记录，确保机械设备能够正常运行使用。第三，在机械设备的使用中应该严格的按照操作要求进行，确保使用的合理性以及准确性，降低设备在使用过程中的零件磨损，确保设备工作性能以及寿命的延长，从而节约管理资金。同时，还应该对现有的设备进行合理的整合利用，使其能够在有限的时间内发挥最大的机械工作效率，提高使用的社会性及经济性。第四，设备在使用周期达到之后需要进行必要的检查、检修，并应该通过制定维修保养计划的方式保证相关工作能够顺利开展，确保管理工作有序的进行，避免机械设备出现闲置或者损坏的现象，实现相关设备利用价值的最大化。第五，合理的规划设备的使用方式，将设备的应用价值发挥到最大，对设备进行及时的改造及换代维修，节约资金的使用，实现煤矿机械设备的长远使用。第六，在设备以及设备零部件的彩果以及验收过程中，相关的采购、验收管理人员应该按照相关规定对设备进行检查、验收，确保相关部件以及设备的可靠性，严把质量关，避免出现配件质量影响的使用问题；第七，应该建立一种制度化的煤矿设备的使用管理、保养检修制度，对设备的管理进行定期的检查检测，确保设备能够随时使用。并且，管理人员应该按照规定周期对设备进行检测维修，并做好相关记录，为日后的管理提供依据。
2机械设备的磨损与检修
设备的磨损有两种模式体现，分为有形磨损和无形磨损。如在煤矿机械设备中的挖煤机、铲车、矿车、输送机等在使用过程中就会常常容易发生有形磨损的情况，但是机械设备的磨损程度并不是相同的。按正常设备磨损的规律来看，一般设备磨损分为三大阶段：初级阶段磨损、正常磨损和剧烈磨损。初级阶段的磨损表现在设备表面不平，磨损速度较快。正常阶段磨损是随着时间的增加磨损程度也随之增加，机械设备的磨损程度较慢。剧烈磨损是指前期磨损程度比较缓慢，但长时间以后，设备的故障增多，磨损的程度也随之增加。所以，我们可以根据机械设备的磨损程度制定出不同的维修计划。无形磨损比较抽象，它是看不见的，但是在使用过程中已经对设备的价值贬值了，和新设备有了一定的差距。为了减小新设备和旧设备之间的差距，我们可以对旧设备进行改造，提高设备的最大的价值。做好煤矿机械设备的检修，面对出现磨损的部件进行及时的更换维修，做好机械设备的保养工作，在交班过程中做好相关事宜的交接，相关技术维修人员应该通过学习不断的提高自身的维修专业技术水平，提高自身对突发事故的应变能力，快速的寻找出故障发生的原因，在第一时间对机械设备进行处理，提高设备的运行效率。
3煤矿机械设备的改造
煤矿工作的环境一般是十分恶劣的，由于地下工作环境受到的影响因素较多，较大的湿度对地下煤矿的机械设备及使用设施具有较为严重腐蚀作用，在长时间的积累作用下，往往会对煤矿机械设备造成严重的损伤，这些设备由于工作过程中已经发生了严重的磨损，在受到为在因素的影响，就会导致机械设备使用性能大打折扣，无法满足实际的施工应用条件，所以，为了能够继续工作，就必须对相关的机械设备进行加工改造或者换代更新。在进行设备的改造过程中需要根据煤矿的实际发展状况以及生产状况等综合条件进行分析，需要在相关技术的支持下结合实际状况设计出改造方案，尽可能的降低设备改造检修的时间，节约资金的使用，朝现代化的机械设备改造方向进行加工，尽可能的提高设备在复杂环境的适应性以及工作效率。在煤矿机械设备的使用的应用中难免会出现设备的损坏，最终导致相关设备在生产工作开展中出现了停滞、效率低下、消耗能源较大、检测维修的费用较高等经济性问题。面对这种问题发生的时候，相关煤矿就应该考虑进行设备的换代更新，从而在解决了设备工作性能的基础上，还能够提高生产最大化。并且，在机械设备的改造过程中，应该对相关的机械设备部件进行备份处理，避免再次发生故障时没有相关同类型部件的更换。所以，这就需要专业的机械维修技术人员时刻在施工现场进行监督，对机械设备的工作状态进行实时记录，一旦设备发生问题，就应该在第一时间进行设备的抢修，降低维修时间，发挥维修技术应用价值的最大化，避免生产损失的扩大。
