机械科技制作培训讲座PPT.ppt

机械科技制作培训 主讲 孙亮波博士 副教授e mail sunlb1979 m phone1 机械创新设计团队取得的成绩 1 2009年第三届全国计算机仿真大奖赛三等奖 2 2009年全国三维数字化创新设计大赛全国总决赛一等奖 并获优秀组织奖 3 2009年广西首届机械创新设计制造大赛一等奖 4 2009年第四届中南地区暨港澳特区机械创新设计制造大赛一等奖 5 2010年第四届全国机械创新大赛广西赛区获一等奖并排名第三 参加2010年10月全国总决赛获得二等奖 6 2011年第二届广西大学生创新设计大赛一等奖1个 二等奖1个 7 2011年第十二届挑战杯课外科技制作大赛广西赛区2个三等奖 8 2011年第四届中南地区暨港澳特区机械创新设计制造大赛三等奖 9 2011年全国三维数字化创新设计大赛全国总决赛二等奖 10 2012年第五届全国机械创新设计大赛广西一等奖1项排名第一 全国一等奖 二等奖1项 10 2012年中国 桂林创新创意文化节创意设计大赛 11 20120928期央视我爱发明节目合作播出专题片 斗牛战车 12 2013年光华 诺基亚基金创业大赛全国金奖 14 2013年湖北省工程训练综合能力竞赛二等奖 15 2013年湖北省挑战杯课外科技制作大赛二等奖 从05级开始 直接参与本团队各种竞赛的学生超过40人 近3年本专业优秀毕业生均出自本团队 2 机械专业相关竞赛介绍 全国机械创新设计大赛 全国大学生机械创新设计大赛于2007年 2008年和2010年连续三次获批为教育部和财政部联合资助的大学生竞赛项目 现已成为最具影响的全国大学生竞赛项目之一 全国大学生机械创新设计大赛的目的在于引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计意识 综合设计能力与团队协作精神 加强学生动手能力的培养和工程实践的训练 提高学生针对实际需求通过创新思维 进行机械设计和工艺制作等实际工作能力 吸引 鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动 为优秀人才脱颖而出创造条件 每届大赛均有确定的主题 挑战杯课外科技制作大赛 挑战杯 全国大学生课外学术科技作品竞赛 以下简称 挑战杯竞赛 是由共青团中央 中国科协 教育部 全国学联和地方政府共同主办 国内著名大学 新闻媒体联合发起的一项具有导向性 示范性和群众性的全国竞赛活动 自1989年首届竞赛举办以来 挑战杯 竞赛始终坚持 崇尚科学 追求真知 勤奋学习 锐意创新 迎接挑战 的宗旨 在促进青年创新人才成长 深化高校素质教育 推动经济社会发展等方面发挥了积极作用 在广大高校乃至社会上产生了广泛而良好的影响 被誉为当代大学生科技创新的 奥林匹克 盛会 挑战杯 全国大学生课外学术科技作品竞赛 类似科技作品竞赛 可以是产品 也可以是研究论文或调研报告 创业计划竞赛起源于美国 又称商业计划竞赛 是风靡全球高校的重要赛事 它借用风险投资的运作模式 要求参赛者组成优势互补的竞赛小组 提出一项具有市场前景的技术 产品或者服务 并围绕这一技术 产品或服务 以获得风险投资为目的 完成一份完整 具体 深入的创业计划 全国三维数字化创新设计大赛 全国3d大赛以 推动3d技术普及 提升自主创新能力 为主题 以 以赛促教 以赛促训 以赛促用 以赛促新 为宗旨 以 学3d 用3d 我创造 我快乐 为口号 旨在推动3d技术应用发展 引领3d新兴战略产业 促进创新人才培养 践行创新型国家建设 加速中国从 制造大国 到 创造大国 转变 更好地为经济发展方式转变和产业转型升级服务 全国3d大赛以 三维数字化 与 创新设计 为特色 分大学生组 职业组与产业组三大组别 设立工业与工程方向 工业设计 机电工程结构设计 逆向设计 工程分析 工业仿真 模具设计 数据编程 数字建筑bim等 数字表现方向 工业设计 cg与数字艺术 影视动漫 游戏与虚拟现实 建筑与室内外表现等 全国工程训练综合能力竞赛 每两年一届 由大连理工大学工程训练中心负责全国总决赛 该赛事为4人团队设计并制作能完成走s行前行绕杆 以前行并绕杆数最多为优胜 后来又增加了走8字形绕杆 以连续绕8字形最多为优胜 近年增加了对设计方案和工艺文件制作合理性 机床实际加工操作等的考核 是一个对机械方案设计 机加工方案和实际动手加工能力等的综合考核 尤其是制作过程需要不断地对实物进行调整和实验 全国大学生创新训练项目 通过实施大学生创新创业训练计划 促进高等学校转变教育思想观念 改革人才培养模式 强化创新创业能力训练 提升大学生的综合素质 增强大学生的创新能力和在创新基础上的创业能力 培养适应创新型国家建设需要 适应各行各业发展需要的高素质人才 大学生创新创业训练计划内容包括创新训练项目 创业训练项目和创业实践项目三类 创新训练项目是本科生个人或团队 在导师指导下 自主完成创新性实验方法的设计 实验条件的准备 实验的实施 数据处理与分析 报告撰写 成果 学术 交流等工作 当然还有其他的一些相关竞赛 比如机器人足球赛 数学建模大赛 各级各类机械创新设计大赛等 3 参与科技制作 培养综合能力 综合能力 分析解决问题的能力 问题既可以是专业技术难题 也可以是其他诸如沟通 表述 加工制造等难题 问题包含了整个产品制作过程的所有环节的技术难点 内涵 专业知识能力 创新能力 动手能力 科技论文写作能力 专业表达能力 团队协作能力等 专业知识能力 解决任何技术难题 如产生一个好的创意 对机械系统进行数学建模 分析 计算 仿真与机械产品加工制作等都需要掌握一些专业知识理论 在机械科技制作中 一个好的作品或思路往往来源于对生活细微的观察与敏锐的思考 需要利用所学的专业知识理论联系实际进行吸收 消化 创新和再创造 基础决定上层建筑 现在的学生从事产品创新设计 经常出现 我有一个想法 类似 我有一个梦想 但是如何使梦想成真 一般情况下只想到用什么动力输入 得到什么功能即输出 却无法去打开中间的黑匣子即复杂的运动传递系统 学过机械原理的同学都知道 实现一个简单的动作不止有一种方法 一旦功能复杂一点的产品 其可实现的方案就呈几何级数增加 随着新技术 新材料 新工艺的不断涌现 有时候甚至不可穷尽其可能方案 也就是说没有最好的方案 只有更好的方案 但是如何从浩如烟海的方案中找到一个科学 合理的方案 并论证之 必须具备一定的专业基础知识 通过学好专业基础知识 熟练掌握一个简单功能的实现方法 就具备了从事复杂系统 多功能产品的组合设计能力 在学习一门机械专业理论课程时 由于实践环节相对较少 学生往往会有一些疑问 学这门课程有什么用 将来工作中什么情况下会用到它 仅仅通过语言解释很难让学生有深刻的理解和认识 通过参与科技制作 学生学习到怎样用专业知识去认识机械世界 如何去分析一个产品的优劣 已经学到了哪些专业知识 还需要学习和补充哪些专业知识等 将毕业后的技术工作提前到学校进行 该培养模式是当前世界教育界的共识 兴趣是最好的老师 学生从创作中体验到乐趣 更加激发其学习专业知识的积极性 当指导老师一步步引导学生走进知识的殿堂 接触的范围越来越宽广 学生获取更多专业知识的兴趣逐渐提高 能力也随之得到增强 很多情况下 仅靠课堂知识的学习 是很难达到完全解决一个产品在该方向所需的知识的要求的 这就要求我们同学在专业知识的获取上 要能够多渠道地获得技术资料并熟练掌握 比如机械系统的运动仿真 虽然我们已经学习了程序设计和机械原理课程 但是不参与课外科技制作的同学 难有实践应用的机会或是主动去应用所学的知识解决实际问题 而在实际应用中 需要解决的问题远超过课堂教学内容 科学技术 应用为先 只有通过理论与实践相结合 才能真正掌握知识的实际应用技巧 创新能力 创新能力是指个人提出新理论 新概念 新方法或发明新技术 新产品的能力 创新过程是一个学习 消化 融合 创造的过程 也是一个不断循环往复开拓性设计和思考的过程 需要有敏锐的洞察力和灵活的思路 机械创新设计方法主要有 智力激励法 基于已有的技术实现路线 启发自己能否找到更好的实现方法 比如汽车人的设计 能实现人形行走 汽车构态下遥控奔驰 并可两种构态可逆变形的汽车人 大黄蜂 仿生创新法 从生物的运动机理 生活习性等中间归纳总结出新机构 新算法等 比如仿袋鼠跳跃机器人 机器狗 遗传算法 蚁群算法 每条腿均是一个六杆机构 模仿腿部行走动作 结合小狗外观造型的机器狗 反求设计创新法 比如根据运动轨迹要求 利用优化设计方法设计能实现该轨迹的机构 比如能实现多点精确轨迹复演的4杆机构反求优化设计 设计四杆机构模拟划船动作 多级增速实现能量转化为电能的划船节能健身器 功能设计创新法 多个单一功能 揉合到一个产品中 利用动滑轮 定滑轮 限位开关 钢丝绳驱动背部按摩轮 倾斜的表面带凸点的腰部按摩盘 实现背部和腰部多处按摩功能的多功能按摩椅 移置技术创新设计法 比如将其他领域的技术引入本专业领域 或将已成熟的先进技术作为产品的一部分等 等 残疾人手动助力车 成长自行车 环保铅笔制造机 机器豹 机器人手 螺旋笔芯 瓶塞板凳 跷跷板滑板 行人发电瓷砖 折叠旅行鞋 酷跑双轮车 机械类产品在生产生活中几乎随处可见 对一两处关键部位进行技术改进 或是几个创新点组合成一个产品是可行的 所以机械创新设计与制作是 广阔空间 大有可为 一个机械作品是否优秀 是否有市场 关键在于创新点 机构的设计是否新颖 巧妙 结构是否简单 执行可靠 产品的使用是否舒适 便利 与市场同类产品相比 是否功能多样 性价比更高等 这些都是创新点的具体体现 动手能力 主要指运用机加工知识 如机械制造基础 熟悉各类加工工艺 机械制图 规范标准制图 机械设计 各类零件的设计 数控加工 熟悉各类机床及可加工工艺等 和现有设备条件制作出实物模型 它将设计思想变成现实 动手能力强调主观性 能动性 创造性 要求有耐心和坚韧的毅力 能吃苦耐劳 在机械科技制作中 学生要经历选材 购置 试加工 装配与调试等环节 由于一般制作的是单件产品和试制品 整个加工过程对于学生而言难度是无可预料的 有时甚至需要多次返工 但是正是因为经历了这样一个艰难的过程 学生的动手能力和解决问题的能力才会得到大大的提高 目前大学教育非常重视动手能力的培养 各所大学均建有工程训练中心 很多文科专业学生也被要求进行金工实习 对于机械专业学生 尤其是志在参与科技制作的同学 不能仅仅满足于在工程训练中心进行实习时 到各个工种走一遭 而是应设计一个较复杂的产品 思考其在各个加工机床上的工艺路线 加工方法等 科技论文写作与专业表述 用专业的语言和文字打动 说服评委和专家 对于初步掌握专业知识的学生来说是比较难做到的 科技论文写作 报告和沟通要求具有宽广的知识面和对所研究内容的深入理解 同时还应具有良好的口头表达能力和慎密的思维能力 合理的随机应变能力 当前的大学阶段学习偏重专业知识学习 而对科技论文写作能力培养主要放置在研究生阶段 但是通过参与科技制作培养 阅读大量相关的科研论文 并撰写调研报告和研究论文 本科阶段学生也可以具有较好的科技论文写作和报告能力 不论是参与各类学科竞赛的说明书 还是大学生创新训练项目等的申报书 都需要回答或撰写一下的内容 项目实施的内容和目的 本项目的国内外研究现状 本项目的关键技术及解决途径 本项目的特色或创新点等 首先是确定做什么样的产品 市场调查与专利检索 突出创新点与实用价值 强调进行技术可行性论证 其次是技术实现手段分析与确定 文献查阅已有的研究成果和研究方法 强调技术的先进性 简易性 在进行写作之前 应有相应的知识积累过程 仔细阅读相关论文10篇以上 熟悉专业论文的写作思路 整体布局 问题陈述与表达特点 学习新知识就是一个模仿 消化 再创造的过程 以说明书为例 写作步骤建议如下 1 理清提纲明确写作内容和写作思路 写作内容即研究内容的科学概括 从理论高度概括所做的研究工作 不是记流水帐 也不是头发胡子一把抓地不分重点和难点 写作思路一般为 1 提出问题 研究内容的相关综述 最好有近3年国外 国内的相关研究工作 并评述这些已经完成的工作所使用的研究方法 达到的研究效果 研究的不足或需要继续深入研究的地方 以佐证你的研究是有科学和实用价值的 2 分析问题 基于先进的专业知识和理论 提出你的解决思路 3 解决问题 详细地论述具体实现方法 如数学模型建立 计算分析 结果分析归纳等 要使得看到论文的人能根据提供的数据复现你的研究成果 4 总结或结论 在实用的角度是否为市场提供了一种新的产品 是否增加了新的功能 理论方面有什么突破等 2 表达规范 确立了大纲 就是一棵大树有了主干 要使论文更加丰满 还得加上枝叶 枝叶对于论文来说就是具体的文字表述 科技论文的表述要求客观 公正 严谨 以第三人称描述 言简意赅 注意论述应遵从一定的逻辑次序 如设计一个机械产品 应先客观地表述现有产品的优缺点 基于此提出自己的设计方案和实现功能 分析产品整体设计思路 再论述其传动系统 使用运动仿真来科学地论证方案的合理性和可行性 然后是关键零部件的设计与加工制造 最后是整体产品的评价 不使用 很 非常 之类的较为夸张的形容词 论述别人的成果时候 忌极度贬低 也不宜过度夸赞别人的工作 本着实事求是的精神 3 深入提炼理论 总结高屋建瓴 理论功底的浅薄是本科生的硬伤 在座的学生很多专业课都没有学到 参与科技制作很多同学都是边学边做 即便是学完专业知识的大四学生 也只是掌握了入门级别的专业知识 要求学生在专业领域独立地去运用专业知识和理论研发产品 超出了绝大部分学生的能力范围 就如同做实验 本科生就是一遍遍地重复验证一些课本知识 真正地要求大家去独立开发一个自主性实验内容 对部分老师都是一个大的考验 何况是学生 反映在科技制作中 学生往往只知道想设计的产品可能具有什么功能 动手能力强的学生进一步还知道具体细节可以如何设计 但是从做的事情中总结将要或已经用到的理论 很有难度 解决这个难度的最好方法就是研读论文 初次看论文犹如看天书 但是万事万物都有一个陌生到熟悉的过程 万事开头难 要有打硬仗的准备和把握 不过 如果等 靠学生自己成长 自己完整地设计作品 本科阶段也做不了多少事情 所以老师的辅导是很重要的 最近半个多世纪 科学技术发展进步神速 其原因就在于知识传播的信息化 站在巨人的肩膀上 我们可以看的更高 更远 要论证项目的科学性和可行性 实际上就是要说明你所使用的研究方法 理论的前沿性 而不是只知道这样做能行 知其然而不知其所以然 总结或创新点的提炼 一般以3个为宜 结构复杂 学科知识交叉较多的产品可以有5个 太多的创新点会有滥竽充数的感觉 所以并不是越多越好 不管是项目申请 还是参与竞赛 都要经历陈述答辩的环节 该环节对于竞赛获奖 项目申请审批的重要性 占到整个竞赛或项目的5成左右 可以说 作品的复杂性 先进性是基础 陈述答辩是关键 这里一定要注意赛事要求 陈述场合 时间等因素 比如竞赛环节中专家评委现场评审 观看产品演示 陈述时应以功能展示为主 最后简要介绍创新点 且以产品创新为重点 在有限的时间 比较嘈杂的环境中 抓住专家评委主要想了解产品功能 产品特色及创新点 切忌拖泥带水 主次不清 而在专门的答辩环节 比如包含5分钟陈述 10分钟专家提问 则应详细论述作品的设计思路 所使用的先进方法和技术 功能演示 创新点总结等 陈述过程要注意详略得当 简单的内容一带而过 与产品相关的重难点详细论述 要善于引导专家评委思考 如果我来做这个 我会怎么办 最后提出自己的解决方法 可以起到 恍然大悟 的效果 加深了专家评委对作品的良好印象 在短短的3 5分钟 让所有专家评委 尤其是专业或研究方向有所偏颇的专家 了解一个复杂的产品的新颖性 独创性 团队所做的工作 是很有难度 也是需要技巧的 回答专家评委的问题 是一个最难把握的环节 回答的好 可以锦上添花 回答的差 整体效果大打折扣 尽管答辩前团队都会做好各种提问的准备 并预备好合理的回答 但是在实际答辩过程中往往 防不胜防 因此要做好充足的准备 比如答辩学生必须具备一定的专业知识储备 教师辅导团队熟悉整个设计 制造加工过程的技术难点 邀请同学和老师参加模拟答辩 提出各种专业的 业余而刁钻的问题 老师根据学生的回答再给予指导补充等 一定要注意答辩的技巧 做到有理有据 谦恭自信 不排除有的专家故意刁难 或是问一些与本作品关联度不大的问题 能回答自然好 不好回答要立即打住 老实承认自己在这方面的缺乏 避免钻进死胡同 在一个不是问题的问题上耗费时间 从而影响到其他保持 中立 态度的评委 要善于 引导 评委询问自己熟悉的内容或是做的比较好的方面 这样容易出彩 博得大多数评委的赞赏 陈述 答辩中要声音洪亮 逻辑缜密 相信一点 产品是自己设计和加工制造的 任何问题都难不倒我 总之 做任何事情 立足自身产品 搞清楚每一个技术环节及其相关专业知识 不留漏洞 同时要设身处地从对方角度考虑问题 想对方所想 坚决摒弃以我为主的思想 团队协作能力 任何成绩的取得都是集体智慧的结晶 一个好的团队是善于充分挖掘每个成员的优点和潜力 术业有专攻 这句话对于同属机械专业的学生团队来讲也是适合的 科技制作从项目申请 方案论证 再到实物制作 报告演示甚至竞赛答辩 各个环节都需要不同方面和宽广的知识 如资料收集 论文写作 材料采购 机械加工 安装调试 视频制作 讲解答辩等 仅靠一个人的能力是难以全部实现的 这就需要一个团队多容纳多才多艺的同学 如前所述 如果一个团队个个都埋头公干 都是闷罐子 不善于表达 这不是一个好的团队 团队成员分工协作 相互补充 集体研讨 共同出色地完成机械产品的科技制作 同时在制作过程中多向指导老师和同学学习 努力提高自己的综合能力 4 作品设计与制作流程 作品的拟定 善于观察生活 调查市场 充分利用所学的专业知识去思考问题 作品确定后一定要查新 避免重复劳动或不必要劳动 以汽车人产品功能分析为例 运动方案分析与论证从机械的角度 某一功能就意味着某一个特定的动作 单独为一个动作设计一个运动链或运动方案是比较简单的 难度在于整体地将多个功能即多个动作揉合到一个运动链中 不仅需要考虑子运动链与整体运动链其他环节的动作协调问题 还需要考虑运动干涉 结构尺寸配置 各子动作的相互配合与影响等 因此 能巧妙地用一个运动链来实现多个动作 需要在机械创新设计方面有较深厚的功底 开式链虽然在完成动作方面具有设计简单 专业知识要求低的特点 但是却要求协调控制多个电机 力矩性能要求高 只有掌握了基本的运动链设计方法 才能灵活运动设计更高难度的多动作揉合的运动链 申请书写作计算 分析与造型加工与制造 能做实物不要做模型 让专家身临其境远比说的天花乱坠来的实际 效果更好 答辩陈述 5 大学四年规划 参考大多数高校机械专业培养计划 对于有志于参与科技制作的学生 大一应主要学习高等数学 机械制造基础课程 同时利用课余时间深化学习pro e ug等产品造型和虚拟数控加工软件 大二则学习机械原理 工程力学课程 同时课余时间学习matlab数学计算分析软件 adams机构动力学仿真软件 vc或vb等编程语言 并结合具体机械产品实例进行适当难度的机械优化设计研究 大三主要学习数控技术 机械设计课程 加强数控加工工艺和产品加工技能练习 当然 本科学生的时间和精力是有限的 作为一个团队需要具备机械科技制作的所有方面知识 但是个体可根据爱好进行有选择地学习 力争做到理论基础扎实 个别技术突出 同时 对于参与科技制作的时机 主要根据学生学习课程的进度来定 个别优秀的学生可适当提前 大一学生在团队中起辅助作用 可参与产品造型工作 大二学生可参与机构优化设计和部分简单零件加工 大三学生则作为主体 负责结构分析与计算 产品数控加工 论文写作等 强调一点 万物皆数学 数学基础好的同学 分析计算能力强 逻辑思维能力强 作为机械专业学生 一定要学好机械工程学科几门重要专业课 工程力学 机械原理 机械设计 再加上机电控制方面的课程 如机电传动控制 单片机原理等 6 机械产品的创新设计 常见机构的使用场合 优缺点 连杆机构 能实现远距离动力传递 能传递较大的力和力矩 结构简单 制造 安装方便 很难实现精确的既定轨迹 凸轮机构 只要设计得当 能实现任意的轨迹和运动学性能要求 设计和加工复杂 齿轮系 能实现精确传动比 设计好结构参数后 较易购置 槽轮机构 能实现间歇传动 设计困难 棘轮机构 能实现动力连续单向传递 设计加工困难 多是整体购置选用 此外 带传动 链传动 绳索 动 定滑轮 限位开关等在产品开发中也经常用到 在科技制作中要加以留意 灵活运用 在机械产品创新设计过程中 要特别注意构件外形创新设计与功能实现 如四杆机构为最基本 最简单的连杆机构 但是在生活中通过不同的构件动力输入输出 构件外形创新设计而有很多种产品和应用场合 如儿童摇摇椅 旋转木马 划船健身器 健骑机 踏步机等 如何提炼机械创新作品 1 善于发现生活中的机械产品 研究分析其不足之处 加以改进 或根据生活中缺乏某类功能的产品而进行原创设计 要满足实际生产生活需要 体现科技创造幸福新生活的原则 2 广泛涉猎互联网资源