时间：2022-08-22 10:28:24
在本次课程改革中，让学生勤于动手、乐于探究是科学教学的显著特点。
在以前的教学中，滑轮组机械效率的测量难度大，实践很仓促；距离关系已经了解，测量的意义不大；功的关系问题变成了力的关系问题，不利于对机械效率的理解；而斜面的机械效率仅作为选学内容。
新的课程将斜面的机械效率作为一个探究教学的典型。斜面机械效率的测量不像滑轮组那样难度过大，这就为更多的同学提供了操作实践的机会。同时，有利于学生对机械效率普遍意义上的认识，加深对机械效率的理解。
为此，本节课的教学要充分抓住以上特点，特别重视操作前的设计准备过程、操作测量过程
和对数据的分析论证过程，充分体现动手和探究。同时，要营造自主、合作的探究氛围，体验合作学习的重要性。
二、教学目标
（一）知识与技能
让学生学习测量斜面的机械效率，提高操作技能，加深对机械效率的理解。
（二）过程与方法
通过斜面机械效率的实验探究，学习拟订实验方案（包括实验表格的设计、测量和操作要求等），学习实验数据的分析处理等。
（三）情感态度与价值观
在实验数据的测量记录与分析论证中，培养学生合作、严谨的科学作风。
三、重点与难点
学生设计测量斜面机械效率的的方案以及测量过程是重点，对测量数据进行分析论证是重点也是难点。
四、实验器材
实验小车、光滑木板、弹簧秤、米尺、木块、毛巾、玻璃板等。
五、教学过程
（一）从生活实例中提出问题
（先放一段录像，画面上有一些工人师傅边喊着口号边把一些沉重的货物沿着斜木板推上卡车。）
师：其中的木板有什么作用？
生：有了木板可以省力。
（老师说明木板作为斜面使用，是一种简单的机械，有广泛的应用。）
师：请学生思考一下：对木板有什么要求或者木板应该怎样放才能更省力？
生：只要使木板变得光滑一点；使木板长一点，倾斜角度小一些。
师：同学们说的都很有道理。那么利用斜面把同样的物体搬上同一高度，这些做法在做功方面会带来怎样的影响呢？或者说机械效率会发生怎样的变化呢？请大家讨论交流。
（二）猜想影响机械效率的因素
（学生讨论交流）
生：木板光滑，摩擦力小，可以少做额外功；木板长一点要做更多的功；倾角小一点可以少做功；木板光滑可以提高机械效率；木板倾角小一点可能提高机械效率，也可能降低机械效率或机械效率不变。
（三）设计机械效率的测量方法和要求
师：我们要通过实验来验证一下我们的猜想。请每个实验小组的组长和你们的组员商量一下怎样测定斜面的机械效率。
讨论后，每小组组长交流汇报各自的商量结果，总结测量斜面极限效率的方法：
（1）有用功的测量与计算……用米尺测出高度h，用弹簧秤测出小车重G量，然后根据W有用=Gh求有用功。
（2）总功的测量与计算……用米尺量出小车走过的路程s，读出弹簧秤的读数F，根据W总＝Fs求总功。
师：根据实验的目的，实验过程中我们还要关注什么？测量过程中，还要注意什么问题？
师生讨论，认识实验中要关注斜面的光滑程度、斜面的倾角，以及沿斜面匀速拉动物体、使弹簧秤读数稳定等。
师：刚才老师和每个小组一起讨论了各自的实验方案，以及实验中要注意的问题。接下来请每一组设计好实验记录的表格。
教师对实验的设计安排：
全班共分成8组，每一组约6人，只做1-2次实验测量。
小车的重量有三种，斜面的表面种类有三种，每组的小车重量和斜面表面种类是固定的。
学生进行实验，实验中教师有意识地指导几组学生按几种不同倾角进行实验，并及时纠正学生操作中出现的问题。
……
（四）分析与交流
师：刚才大家都已经完成了各自的实验操作，接下来就请各个小组汇总实验数据，进行分析交流。
各组学生将数据填入事先准备好的表格中，并进行讨论，寻找规律。
学生一般能总结出以下结论：
（1）光滑程度相同时，木板的倾斜角度越小，机械效率越小。
（2）木板的倾斜角度相同时，木板越光滑，机械效率越大。
在此基础上，让学生分析交流个别组的实验数据存在的问题和原因，例如弹簧秤的校零问题，小车的轮子是否灵活，拉力的方向是否沿着斜面等等。
进一步分析和猜想，是否有其他新的发现，例如斜面的机械效率与小车重力的关系等等。
（五）总结与作业
学生总结本次实验探究中的收获，以及哪些地方要进一步加强学习研究。
布置学生完成“动手动脑学物理”。
点评：这一节课围绕斜面的机械效率的实验测量，来加深学生对机械效率的理解，锻炼操作技能，同时提高方案设计和分析论证等实验探究能力，能起到实验教学独特的教学效果。
突出实验测量方法的设计。分组操作过程让学生集中精力操作1-2次，有利于学生对知识的理解和对实验操作技能的提高。如果学生的基础不好，还可以先进行斜面机械效率的计算，为实验的设计和操作打下必要的基础。
［关键词］工程案例测试技术教学改革
［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）06-0102-02
机械工程测试技术是高等学校机械类各专业的一门专业基础课。通过本课程的学习，培养学生能合理地选用测试装置并初步掌握静、动态测量和常用工程试验所需的基本知识和技能。该课程的主要内容包括：信号的分析与处理、常用传感器的原理及特点、简单的测试系统和常见物理量的测量方法等。
机械工程测试技术内容涉及机械、电子、物理、计算机和自动控制等多学科，具有多学科交叉的特点。课程在讲授过程中知识点比较分散，理论推导复杂。同时该课程还具有很强的实践性，学生只有受到应有的实验能力的训练，获得关于测试的比较完整的概念，才能初步具有处理实际测试工作的能力。加以随着现代生产和工程科学研究的发展，新原理和新技术在测试技术中的应用，使得课程的内容进一步的增加，在有限的学时内如何让学生较好地掌握该门课程，是我们任课教师所面临的一个问题。
基于该课程的特点，为适应我校涉海类应用型工程技术人才教学要求，提高教学质量，充分调动学生的学习积极性、培养学生的工程实践能力，笔者通过将工程案例导入到教学过程中的方法，取得了良好的教学效果。
一、传统教学过程中存在的不足
（一）培养模式偏离
长期以来，高等院校一直沿用的研究性人才的培养模式，注重于概念、理论以及数学推导过程的学习，教学方式多采用“满堂灌”，这样培养出来的学生视野多被局限于书本内，对于工程实际运用所知甚少，造成理论和实践的脱节。也就是说，学生从教学中掌握了“某种系统或方法可以用”的问题，而对于“如何用”，“应用效果如何”等问题则不是很清楚。尤其对于实践性很强的机械工程测试技术等课程，表现更为突出。学生在学习过程中觉得枯燥无味，缺乏积极性，学习效果不是很好。
（二）实验实践环节弱
在学习过程中，虽然设置了一定课时的实验，但实验多以验证性实验为主，主要验证具体的传感器的一些性能，加以校内实验室很难提供大型实验系统或设备，使得学生在做实验过程中，缺乏系统性和创造性，很难掌握完整的测试系统的整体思路和对动态数据的实时测量方法，而这恰恰是工程实际应用中最重要的。
二、工程案例导入
所谓工程案例导入，就是将真实工程案例引入教学过程形成的教学内容。尽可能地将工程现场实际情况借助各种手段搬到课堂上来，通过对测试现场的介绍，总结、梳理、扩展，使学生掌握所学知识。
（一）工程案例的选择
工程案例来源于工程实践，这对于长期工作在高校的教师来说，一般不容易获得。主要有以下几种方式：为地方企业服务科技服务过程中、与地方企业共同研究科研课题过程中、指导学生实习过程中均能获得。这就要求任课教师首先自己走出去，当好工程实践和学生教学的桥梁纽带。
在获得大量的工程案例素材后，就要根据实际教学需求选择案例。这项工作非常重要，关系到案例导入在教学中应用的效果。笔者一般在选择工程案例时，主要考虑的因素包括：工程案例与学生所学基本理论的结合程度；工程案例是否可以进行拓展，更多地将所学理论包容进去；是否有助于调动学生的积极性，提高他们解决实际工程问题的能力等因素。
（二）工程案例的具体导入过程
下面以船舶轴功率的动态测量为例，介绍如何将工程案例导入“机械工程测试技术”的实际教学中。
首先提出问题： 船舶轴功率测量的工程意义？如何测量？测量原理？测量系统中选用那类传感器？测量效果与精度？能否满足实际工程需要？在教师的引导下，学生带着这些问题逐步寻求解决的办法，极大地提高了学生的积极性和创造性。
在明确了船舶轴功率测量的工程背景后，根据船舶轴功率测量原理，船舶轴系轴功率测量是通过间接测量轴系的输出扭矩和转速得到轴系的功率降，即分别测量扭矩和转速，再求得功率。测量系统组成图1所示：
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图1电阻应变式轴功率遥测系统
从测量系统图中我们可以看到，一个工程案例基本涵盖了课程的大部分内容。传感器的选择：采用四个电阻应变片组成惠斯通电桥，将轴上产生的扭矩形变转化成应变片阻值的变化。转标传感器借助轴上固定的永久磁铁将转速转换成电脉冲信号；信号的变换与传输：电阻应变片的阻值变化以电信号的形式传递给发射机，发射机将电信号转化成无线电的形式，通过特定频率的无线电波发射出去，接受机收到该信号进行相应的转化并以数字信号的形式传送到数据采集器中。会同转速的脉冲信号共同传输到便携电脑中；虚拟仪器的应用；显示记录装置等。这样就使得教材中所有的知识点进行了有机的串联，变得立体化，让学生真切地认识到学有所用，学以致用。
然后我们可以通过测试现场的一些图片、视频、测量实际数据的展示总结该测量系统的特点。将知识进行有效的扩展，例如：还可以采用什么类型的传感器对轴转矩和转速进行测量？信号是否可以用有线形式传输？测试系统是否能满足其它工程现场的实际工况？这样可以使学生很好地建立起分析实际工程问题的思路和提高解决实际工程问题的能力。
三、 结语
结合我校培养涉海类工程技术人才的实际需要，将工程案例导入到教学过程中，很大程度上提高了学生的学习兴趣，激发了他们的求知欲。结合工程案例，通过提出问题、分析问题、解决问题的思路，培养了学生解决实际工程问题的能力。
同时，在将工程案例导入到教学过程中，作为教师，笔者也从工程案例的选择、导入、讲解过程中学到了很多工程现场的知识，提高了教学能力。
当然，在工程案例的导入过程中，也会存在一些问题：不可能将全部教学内容融入几个工程案例中，可能会留下一些知识死角；在有限的课时内，提高了解决工程问题能力的同时是否会弱化了基本理论和原理的把握等。这就需要我们灵活把握，积累经验，多和学生交流沟通，让他们真正地掌握好该门课程。
［参考文献］
［1］熊诗波,黄长艺. 机械工程测试技术基础（第3版）［M］. 北京：机械工业出版社, 2006.
【关键词】学案导学初中物理应用策略
一、学案导学概述
所谓的学案导学指的以“学案”为载体，以“导学”为方法的一种教学模式，在这种模式下，教师和学生真正实现了传统课堂关系的互换，教师成为了指导者。学生成为了主体，这是教师和学生共同完成任务的一种教学方法。因此，物理教师应立足于教材，引导学生通过编制有效的“学案”来引导学生进行物理学习，以确保学生在学案的指导下养成主动求知的习惯，进而为学生物理素养的全面提升，为学生综合物理学习能力的提高也做出相应的贡献。
二、学案导学法应用于物理教学中的意义
1.学案导学法打破了传统课堂的弊端
在传统的物理教学中，我们一直采用教师讲课和学生学习的方式。被动式学习使得学生越来越不了解物理学习的价值。学案导学法的应用不仅突出了学生的课堂主体性，而且打破了教师单以灌输的教学模式，学案导学法也为学生自主学习提供了方向，减少了学生学习的盲目性，为高效物理课堂的实现起到了非常重要的作用。
2.贯彻以学生为本的教学理念
在整个学案导学法的应用中，学生不仅可以独立完成学习，而且还能独立地对相关问题进行讨论，而且教师还坚持了以学定教的教学思想，两方面的配合真正发挥了学生的课堂主体性地位，也确保以生为本的教学理念真正与物理教学进行了结合。
3.学案导学法的应用可以维护学生的学习兴趣
在学案导学法的应用中，可以组织学生独立学习，感受知识的形成过程。它不仅可以使学生认识到物理学习的价值，还可以维护学生对物理学习的兴趣，提高学生物理学习的效率。
三、学案导学法在初中物理教学中的运用
1.学案导学法在课前问题中的应用
学案导学法的一个重要应用方面就是引入问题。在课前教师需要对学生们进行下一节课程所要讲解的相关内容预习的要求。初中物理知识在一定程度上是抽象的。教师的作用是帮助学生通过学习更好的理解课本中的知识。通过预习学生可以知道在本课程中将要学习什么样的物理知识，对于课堂任务所有的问题能够有一个大概的思考方向。比如：在讲“机械能、动能、势能”相关知识点之前，某位教师先给学生们提出了预习的要求，在下一节课开始的时候，为了验证学生们的预习效果，他在班中挑选了两名同学进行问题回答，他让学生们将动能、势能、机械能的基本概念进行描述之后，再将这三种能量的内在联系进行解释。通过这一提问环节，他基本就可以掌握学生们的预习情况，在预习的要求之下可以对学生们的学习起到一种督促的作用，学生们不得不进行学习；有了之前教师的提问，学生们在预习的时候也更加的有针对性。采用问题导入的形式进行辅助教学，可以让老师及时掌握班里学生预习情况，在讲课的时候能够抓准课程的侧重点，将提问环节所反映出来的问题更加有目的有针对性的解决，另外学生们通过预习的机会也可以更快的找到课本内容的侧重点，可以使他们更快的理解和学习知识，这对于初中生在物理知识的学习方面是很有帮助的。
2.利用学案分层设计，满足不同学生的需求
苏霍姆林斯基肯定了每个学生的智力发展水平不平等的事实。为此，在学案的练习设计时应掌握不同学生水平的差异，分层练习。学案导学的分层具有很强的针对性。在设置学案时，教师将根据不同层次学生的实际情况，从教学目标，教学内容，教学时间，教学步骤和教学方法等方面对学案进行分类。重视针对性，适应学生的实际情况，通过分层教学，使各学生在各自明确的教学目标指导下，逐步建立自信和竞争意识，逐步完善，实现共同进步的目的。学案的分层不仅保证了教学大纲要求的实施，而且为能力较弱，智力发育较慢的学生提供了辅助性的学习，以达到教学大纲的要求，又让尖子生以及部分中等水平学生适当超过大纲要求，以达到超越的目的。物理教师在进行计算专题复习学案设计中，一般可以对一条公式分层设计5道相应练习题，让学生选做二至三题，例：滑轮组的机械效率计算复习中，我就设计了的五道题，第一道题“填写出公式，并写出该公式的各物理量及单位（用填空形式进行），计算某人用一动滑轮提物体，有用功是60J，总功是80J，该滑轮组的机械效率是多少？”。第二道题“用一动滑轮把30N的物体提高2米，所用的力是20N，该动滑轮的机械效率是多少？”第三道题：“用动滑轮提30N的物体，所用拉力是20N，该动滑轮组的机械效率是多少？”第四题：“用机械效率是80%的如图滑轮组（图中滑轮组是三条绳子）把60N的物体提至2米处，拉力应是多大？”第五道题：“用机械效率是80%的动滑轮提一物体至2米高处，所用拉力是100N，若忽略摩擦，则动滑轮有多重？”在课堂上，我通过这种分层次的练习，让优等生“吃得饱”，中等生“跳一跳，够得着”，后进生“消化得了”，使全体学生各有所获。
3.学案导学下的实验教学，提高学生的探究能力
实验环节是物理学习的重要组成部分。在初中物理课程中，实验课占有很大比例。通过物理实验，可以发展学生的观察和分析技能，可以帮助学生积极思考，提高他们独立探索的能力。在初中物理教学中，学生的实验能力也是评估学生学习效果的重要指标。在物理实验教学中引入指导课程，可以全面客观地考查学生应用所学知识的实践能力，满足探究式教学和开放式教学的客观要求。物理实验的特征在于许多变化和短暂的实验现象。这在很大程度上不利于学生观察物理实验，从而达不到物理实验课程的预期教学效果。导学案的运用很好地弥补了这一缺陷，它将实验中的注意事项、实验重点、实验观察要点明确地展现给学生，大大提高了物理实验课堂的时效性。
关键词 机械电子学 ANSYS 有限元仿真 课程教学
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.01.058
Application of ANSYS Finite Element Simulation
in Mechatronics Curriculum Teaching
QI Xinglin， SHAN Tiqiang， FAN Zhifeng， CUI Liang
（Ammunition Engineering Department， Ordnance Engineering College， Shijiazhuang， Hebei 050003）
Abstract For the mechatronics course content abstract， mathematical basis， learning and teaching difficulty and other characteristics， in order to overcome the deficiencies of conventional teaching methods to improve teaching effectiveness， proposed ANSYS FEM applied to courses in teaching mechatronics， and its secondary teaching methods were studied， teaching cases based on ANSYS finite element simulation analyzes. Practice shows that in the course of the teaching process， ANSYS finite element simulation allows students to intuitively understand the process of operation and characteristics of electromechanical systems， deepen the curriculum of basic theoretical knowledge and understanding of the concept to improve the teaching quality.
Key words mechatronics; ANSYS; finite element simulation; course teaching
0 前言
机械电子学课程的知识面非常广，并且机电融合，对实践要求较高。因此，在课程学习过程中，要求学生不仅能够掌握各个专业知识点及其关键技术，还应理解机械电子学的概念与精髓，掌握机电一体化的设计理论与实践方法，从而达到在工作中灵活运用这些技术的目的。笔者将ANSYS有限元仿真引入到教学中，模拟各种机电系统的实际工作过程，以加深学生对抽象的机电系统原理及其工程应用的理解，提高了学生分析和解决实际工程问题的能力。
1 ANSYS有限元仿真基础
有限元法是一种非常有效的数值计算方法，在工程分析领域获得了非常广泛的应用。有限元仿真能够分析系统结构参数对系统性能的影响，能够帮助设计人员对系统的制造工艺及试验方案进改进，从而实现对系统性能的全面优化。
ANSYS有限元仿真软件是由美国著名力学专家John Swanson博士创建发展起来的，其目的在于通过系统物理模型的建立与仿真，给出实际系统的行为特征。ANSYS有限元仿真的基本思想是结构离散化、单元分析和整体分析，将实际结构离散为有限数目的简单单元组合，并采用单元的集合逼近原有实际结构，从而实现整体性的分析，最终得到能够满足实际工程精度需求的分析结果。
2 ANSYS在机械电子学课程教学中的优势分析
在机械电子学课程中，含有许多对复杂机械结构进行分析的教学内容。对于这些内容，单纯讲解和板书绘图的传统教学方法导致学生普遍感到课程理论枯燥、难懂。特别是诸如模态分析等机电系统动力学分析的教学内容，由于理论抽象，一直是机械电子学课程中的教学难点。ANSYS有限元仿真能够紧密结合机电工程专业的工程实际问题，从而加强机械电子学课程教学与工程实际的结合。而且，ANSYS有限元仿真具有直观形象的图形显示功能，能够将抽象的应力、应变、位移等数据转化为形象生动的图形。在教学过程中借助于ANSYS有限元仿真软件，将原本抽象的理论和概念直观化、形象化，通过图形形式展现在学生面前，有助于提高学生的思维能力和结构分析能力，弥补了由于实际条件限制而导致的某些实验缺少的不足。
著名教育家杜威认为一种良好的教学方式就是将教材与实际经验相结合，使学生习惯于寻找这两个方面的接触点及相互之间的联系。①从该角度出发可以看出，通过ANSYS有限元仿真软件实现案例教学是将理论与实践有效结合的教学模式。②通过引导学生分析和讨论工程案例，帮助学生运用专业知识和创造性思维有效解决实际工程问题，并能够引导学生追本溯源，加深其对相关基础理论知识与概念的理解和掌握。
3 教学案例研究
模态分析能够确定机电系统结构的振动特性，即系统结构的固有频率与振型，这是进行瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析等其它动力学分析的基础。通过模态分析，在机电系统结构设计时可以有意识地避免共振现象的发生。本节采用ANSYS有限元法建立典型微机电系统――电热微驱动器模型，并进行系统模态分析。
3.1 模态分析理论基础
3.1.1 模态分析理论基础
系统结构的动力学基本方程为：
（1）
对于模态分析，通常 （） = 0，[]一般不计，因此模态分析的表达式为：
（2）
其中，[]为结构的质量矩阵，[]为结构的阻尼度矩阵，[]为结构的刚度矩阵， （）为节点的载荷向量，为结构的节点加速度向量，为结构的节点速度向量，{}为结构的节点位移向量。
在微振动的情况下，可设上述方程组的解为：
{} = {}（ + ） （3）
其中，为节点位移幅值，为节点相位。
将式（3）代入式（2），得出
[]{} = []{} （4）
上式行列式为频率行列式，系统的固有频率可以通过求解上述方程的广义特征值得到。③
3.1.2 模态分析方法
具体的机电系统结构可认为是多自由度的振动系统，具有多个固有频率，而对应该固有频率的振动形状就是该阶的主振型。固有频率和主振型与外界因素无关，只与系统结构的刚度特性与质量分布相关。硅基电热微驱动器的结构尺寸参数为：材料密度为2330kg/m3，杨氏模量为130GPa，泊松比为0.22，驱动臂长200%em，宽15%em，高2%em。由于低阶固有频率对系统结构的性能影响较大，本节采用ANSYS有限元仿真提取了硅基电热微驱动器模态分析的前三阶低阶固有频率，并给出了相应的主振型图，如图1、图2和图3所示。仿真结果对提高电热微驱动器的设计质量和正确使用提供了理论依据。
从对教学案例的分析可以看出，采用ANSYS有限元仿真进行机电系统结构的模态分析，能够以云图的形式显示出系统结构应力、应变的分布情况，系统结构的变形情况等。通过ANSYS有限元仿真，可以计算出系统结构的固有频率和振型，从而通过观察系统在固有频率下的振动状态，直观了解系统结构振型。
4 总结
在机械电子学课程教学中运用ANSYS有限元仿真软件，能通过真实再现各种机电系统工作的过程原理，使许多抽象的概念和公式形象化。实践表明，引入ANSYS进行辅助教学，可以帮助学生理解课程上的难点，使学生能够对机电系统的工作过程和特征有直观的了解，加深其对基本理论知识和概念的理解，有效提高了机械电子学课程教学的效果和质量。
注释
① 单中惠.杜威的反思性思维与教学理论浅析[J].清华大学教育研究，2002（1）：55-62.
关键词 装卸技术；运用；设备管理；探究
中图分类号TH24 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）114-0120-02
在铁路运输货物的过程中，装卸活动是反复出现和进行的，出现的频率远远大于其他的物流活动，在进行装卸货物时，其效率的高低直接影响着物流的速度和车站的“停时”。与此同时，装卸活动还经常需要大量的人力，所以在物流的成本中，装卸费用所占的比率比较高。而随着新的装卸机械技术合理有效的运用及安全管理，不仅仅提高了铁路装卸效率，还使装卸工人的劳动强度得到了减轻，劳动条件得到改善，并且缩短了装卸活动的时间，缩短了“停时”，提高了货物在运输过程中的效率，使货物的装卸质量得到了完善，有效的保障了货物的安全性和完整性。
1 装卸机械技术的应用
在装卸货物作业过程中，要不停地重复进行装、卸的工作，这都需要合理有效的将装卸方式和设备的应用结合到一起，所以，合理的对装卸方式和设备进行选择和运用，并且优质、快速的完成货物的装卸任务，对于装卸机械自动化作用的实现，加快铁路运输的快速发展都有着非常重要的意义。
1.1 单件作业法
装卸机械在进行单件作业时，主要应用在不宜集中装箱的货物和不宜进行打包以及笨重的货物。
1.2 集装作业法
集装作业法主要包含了托盘作业法、框架作业法、集装箱作业法以及滑板作业法等装卸机械工作方式。所谓托盘作业法，就是利用托盘系统所具备的集装工具把货物用成组的方式进行运输，以此来实现叉车的机械装卸的活动方法。还有一些不是大批量的散装货物，比如粮食、食用糖以及啤酒等都可以使用箱式托盘形成货物单位，最后通过装卸机械作业来使托盘作业法被实现。框架作业法是运用框架的方式进行装卸货物的方式，而框架主要由金属材料和木质材料制成，有保护货物完整及装卸方便等特征，比较适用在各种易碎的建材和装卸管件。而集装箱作业法作为比较常见的方法，在运用过程中，主要有垂直装卸法（是采用集装箱起重机垂直装卸的方法）和水平装卸法（是利用叉车或平移装卸机在车辆间换装的方法）两种。
2 对装卸机械进行改进
首先，对相关的资料进行收集整理。在进行资料的收集和整理过程中，主要针对于货物的种类（货运量）等经济情况和所需材料的价格、以及装卸机械的现状道路条件（场库条件、自然条件）等多方面的资料。其次，根据所收集到的资料，进行严格的检查核对，计算出所配备的装卸数量以及装卸活动能力，还要跟目前的装卸机械的现状进行比较，来拟定出所需要使用的装卸机械的改进方案。最后，要对初步采用的方案进行合理有效的经济指标方面的计算，并且对动、静态经济效益的评价方法进行科学的比较和分析，最后选出最合理的方案。
在装卸机械工作中的安全管理。
2.1 完善设备管理体系和基本管理工作
完善设备管理体系和基础管理工作，是装卸机械作业安全管理的最重要的措施。为了合理有效的加强设备基础管理工作，要建立一个以维修、投资主体和运用设备者为根本的设备管理体系，并且要不断的修订和完善相关管理制度，如《装卸设备管理细则》和《日常保养维护制度》等。通过相关制度，来保证装卸机械设备的日常管理、相关人员的素质和安全生产等方面的标准，以此来实现标准化以及规范化的作业标准。
2.2 增强安全思想教育、完善使业务培训教育
安全教育的培训工作是进行安全生产和管理的基本工作，也从根本上提高了员工的安全意识。而职工的专业技术和自身素质的高低，直接影响着设备管理的标准性和规范性，科学合理的进行使用和检修，对顺利、安全的完成装卸任务是很关键的。为了安全思想教育、业务培训教育这两项任务可以顺利的完成，要结合装卸机械的实际情况，让职工的培训的内容更加的具体化、现场化和岗位化，使职工更加的了解安全生产的重要性，从而提升业务技术水平。
通过举办职工之间的技能竞赛，在装卸技能的实际工作中使职工的业务技术水平得到提升，并且需要职工之间养成一个创新争优的氛围。与此同时，我们还可以在职工间举办学习标准的一些活动，把相关的技术标准和作业标准来达到更加的具体化，让职工可以更加全。
2.3 加强对设备的监管力度
装卸机械设备的维修和保养人员，要制定一个详细的检修计划，并且按照计划有针对性的对设备进行检修，使装卸机械设备的维修方式从以往的事后修理（故障修理），可以向着防范修理及定期维修的两个方面转变。
加强对机械设备的监管力度，采取不定期与定期检查相结合的方法，对装卸机械的日常作业进行检查和监督，对于现场作业时出现的安全隐患及不规范的行为，要及时有效的进行纠正，既而加强装卸机械日常作业的标准化及规范化。与此同时，也可以经常的组织其中的技术骨干，根据装卸机械日常管理中出现的问题予以解决，集思广益，及时有效的排除日常作业中存在的隐患，并且需要定期的对装卸机械设备进行检修。
3 结论
装卸机械作业直接影响着铁路运输效率和物流的技术效果，目前我国在船运方面的装卸机械费用已经占运费的40%，而在铁路运输中明显超过了20%。因此，为了科学有效的让货物运输费用降低，提高经营生产的效益，装卸机械技术运用、改造及设备管理在其中是非常重要的。如何来适应目前这个高速发展的社会形势，就要使装卸机械在实际运用、安全管理以及改造方面的水平得到提高，来保持设备的状态，使设备的效能得到充分的发挥。本文主要研究和分析了这三个方面，希望可以为目前装卸机械在实践中及综合管理等方面能有所借鉴和帮助。
参考文献
[1]杨平权，贾华强，陈光辉.桥梁晃动对接触网设备产生的危害及加强改造方案[A].河南省铁道学会，2007年学术活动月优秀论文集[C]，2007.
[2]王磊.关于装卸机械管理机制改革的研究与思考[A].河南省铁道学会2007年学术活动月优秀论文集[C]，2007.
关键词：机械工程控制基础；控制论；工程实践能力；教学方法。
中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A ？摇文章编号：1674-9324（2013）05-0081-03 《机械工程控制基础》是上世纪80年代初兴起的一套控制理论，是经典控制理论在机械工程领域中的应用，现已发展成为机械工程专业的一门专业基础必修课[1]。在这门课程的教学之初，我们注重的是理论教学，强调的是课程体系的理论性、系统性和逻辑性，教学形式是以课堂授课为主，教学内容以介绍基本概念和基本原理为主，这使学生初步领略到控制论的深奥，也领会到控制论的缜密性、逻辑性和系统性。但是，由于学生有限的数理基础和机械工程专业背景，普遍感受到课程内容抽象，而且理论性太强，导致了学生对这门课程普遍感觉学习难、作业难、实践难[2，3]。我们在教学过程中不断探索，不断积累经验，逐渐体会到在《机械工程控制基础》这门课程教学过程中，应该做到将抽象的内容具体化，将无形的理论有形化，将缜密的证明过程简单化，在坚持“知识点够用、典型案例恰当、实践环节有效”的原则下，不断完善教学计划，及时调整教学方法，不断更新教学内容，在保证介绍基本概念、基本原理和基本方法的前提下，注重知识的应用，强化学生的工程背景知识，培养学生的实践操作能力，用控制论的思维方式分析问题、解决问题，为此在教学过程中应在以下六个方面下功夫[4，5]。
一、基于学过的理论培养学生的抽象思维能力和逻辑分析能力
《机械工程控制基础》是应用数学手段，基于物理学、电工电子学、力学、机械原理等知识建立的系统数学模型，将机电液系统抽象为数学模型的形式，进行性能分析和设计计算。因此，要求本专业的学生具有良好的数学、物理、力学、电学、机械学的基础，有一定的机械工程方面的专业知识，而且具备多学科的知识积累。要想学好这门课程，学生首先要有一定的数学基础，具备复数、复变函数、拉氏正逆变换、傅氏正逆变换的基本概念和基本运算定理。如果学生之前没有学习过工程数学，这里需要有针对性地补充与本课程直接相关的知识，尽量做到教会学生怎样应用定义、定理，而不是定理的证明过程。有些涉及到物理学、电工电子学、力学的知识，学生们虽然学过相关课程，但是时间一长就印象不深刻了，因此，在每次课程结束之前把下次课程用到的有关知识点给学生一一列出，让学生课后提前复习已学过的基础知识，在下次上课时只需对要用到的基础知识作些简单的提示或回顾，在旧知识与新知识之间架起一座桥梁，新旧知识有效衔接，达到事半功倍的效果。例如在“系统建模”这章中，用到“基尔霍夫定律”等知识，在“系统时域性能分析”这章中用到“一阶微分方程”和“二阶微分方程的求解”等知识。这时老师要及时提醒学生，或者点到为止地重复这部分内容，这样学生在建立数学模型时就会很清楚地知道这些数学模型是建立在哪些理论基础之上，并且知道如何应用原来学过的定理或定律去分析问题、解决问题，构建一个完备的知识框架，也能够从中体会到原来各门学科之间是相互联系、相互衔接的，只有融会才能贯通，学生自然逻辑清晰，分析能力自然也就提高了。
二、将生活中的典型实例引入到课程的讲解过程中，培养学生发现问题、分析问题的能力
减少抽象模型例题，增加生活实例和机械工程典型案例，同时把机械领域的前沿课题以及研究结果作为实例引入到教材之中。例如在讲解“时域性能分析”这章中的“二阶振荡环节的时域响应”这部分内容时，涉及到振动频率、系统激励、系统响应、响应幅值的概念，将货郎担振动现象作为典型实例。货郎行走就是系统激励，货郎担的上下振动就是系统响应，振动的大小就是振动幅值。不同材质、不同尺寸、不同截面形状的货郎担振动的频率就不同，如果货郎行走的频率与货郎担的频率一致，这样就发生共振，货物按照货郎行走的频率，在随着货郎向前运动的同时，做上下振动，这样货郎挑着货物就省力，这也是人们不把货郎担做得太硬，而是有一定的弹性的原因。例如在二阶欠阻尼系统中介绍无阻尼固有频率、有阻尼固有频率和阻尼系数等概念时，列举行驶在马路上的汽车发生上下颠簸的现象。汽车底盘下都有减振弹簧和阻尼器，目的是为了降低由于路面起伏引起的车体上下振动的问题。如果弹簧太硬、阻尼系数太小就起不到减振的作用；如果弹簧太软、阻尼系数太小，消振就会很慢，在路面没有起伏的情况下，车体还会振动。因此，要设计、计算汽车的减振弹簧和阻尼器参数，使汽车有合理的振动频率和阻尼比，以及得到缓冲减振的效果，同时，还要避免汽车振动频率与路面起伏频率相一致的情况。因此，在课上要介绍从具体生活实例或工程实例到各个环节模型，最后到数学模型的过程，培养学生从具体实例到数学模型的建模能力。
三、将抽象的内容具体化、实践化、工程化
控制理论中大部分定义、理论和方法都是比较抽象的，在教学过程中如果仅限于理论的介绍和论述，学生不仅会感觉空洞乏味，而且有“无本之木，无源之水”的感觉。如果教师能够结合一些具体而又形象的例子，就会产生事半功倍的效果。例如在系统的稳定性这一章中，系统的稳定性是这样描述的：系统稳定性是指系统在初始状态，或者是输入引起的初始状态的影响下，由它所引起的系统的时间响应随时间推移，逐渐衰减并趋向于零。系统不稳定性的定义是：系统在初始状态的影响下，由它所引起的系统的时间响应随时间推移而发散。教师要花很多时间解释概念的内涵和外延，可是学生还没有直观形象的感觉。每当讲到系统稳定性和不稳定性定义的时候，我们就列举两个实例，一个是倒立摆试验台，一个是起重机的起升机构的末端部分――钢丝绳、吊钩和货物组成的正摆机构。倒立摆源于火箭发射瞬间的状态，是一种不稳定的系统通过稳定控制手段，使其稳定倒立的一个典型教学实例；而起重机载荷摆动是在受到外界干扰作用下在铅垂方向附近摆动，最终在空气阻力作用下恢复到铅垂方向，这个铅垂方向就是它的平衡位置。倒立摆的平衡位置是铅垂向上的位置，如果在外界干扰作用下离开平衡位置，在无外力作用的情况下就再也无法恢复到它的平衡位置了。通过这两个工程实例形象直观地介绍了系统稳定性与不稳定性这两个抽象的概念。
四、强化学生机械工程专业背景知识
从培养学生系统的理论知识、综合应用理论的能力和提高工程素质的目标出发，依据教学大纲，对课程内容进行整合优化，注重理论与工程实践相结合、经典内容与技术发展前沿相结合，充分体现经典控制论在机械工程中的应用。从生产、科研中提炼代表性的实例，例如程序控制系统以绣花机为例，由于在绣花机里预先编写了程序，所以绣花机根据程序运行，才能绣出美丽的图案。雷达跟踪系统是随动系统代表性的工程案例。恒温室是自动调节系统，无论外界环境温度如何变化，都能保持室内温度恒定。步进电机是典型的开环控制系统，所以有可能出现失步现象，但成本低，维修方便。数控机床伺服进给系统能精确定位，这是由于有反馈环节的作用，是闭环系统的典型工程案例。将这些代表性的工程案例贯穿于整个授课过程中，强化学生机械工程专业的工程背景知识，从中悟出机器运动的本质是运动控制的结果，体会到理论源于实践，又服务于实践的真理，理论与实践相辅相成、不可分割。
五、培养学生的实践动手能力
调整实验教学计划，更新与优化现有的实验教学内容，改变实验教学从属于理论教学的现状，制订独立的实验教学计划和实验教学大纲，针对每一章节的课程内容设计实验项目，编写与教材相配套的实验指导书，减少演示型、验证型实验项目，增加综合型、设计型实验项目。学生根据实验指导书进行实验，通过实验加深理解和验证所学的理论知识。
在完成正常课程的基本实验外进一步开放实验室，为学生提供一定数量的课外实验选题，鼓励学生加入教师的科研团队，参与教师的科研活动，同时，为学生自带课题及课外科技创新活动提供技术支持，培养学生动手操作能力和应用开发能力。指导学生根据自己对知识的掌握程度，在机电液控制系统实验平台上搭建实验系统，模拟典型工程案例和科研课题，对系统的性能进行实验研究，整理实验数据，分析系统参数对系统性能的影响规律，评价系统性能，然后根据所学理论知识设计控制策略，进行系统性能校正，达到期望的性能指标，培养学生的实践设计和动手操作能力。
通过学习Matlab软件编程、Simulink软件包以及工具箱的基本理论知识和基本操作知识，从简单的典型环节着手，尝试着用计算机模拟计算每一章节的习题，然后再模拟开环系统和闭环系统的设计及其性能分析方法，熟练掌握系统数学建模、时域性能分析、频域性能分析、稳定性分析、性能校正的计算机仿真方法。同时，进一步进行机电控制系统的数学建模、创新设计、性能分析，尝试用Matlab软件编程或Simulink软件包进行复杂机电控制系统的创新设计，培养学生的计算机辅助设计能力。
六、培养学生用控制论解决工程实践问题的能力
要实现机器运动可以通过机构驱动的方式，也可以通过控制手段，还可以通过机构与控制系统相结合的方式。不同的机器具有不同的固有特性，只有在掌握了其动力学特性的基础上，才能确定驱动方案，其中必有一种方案是最佳的。学生在机械原理课程中学习了各种机构，掌握了机构的运动规律。而本课程教会学生除了应用机构驱动机器外，还可以应用控制手段实现机器更加复杂的运动，培养学生如何将经典控制论应用于机械工程实践中，根据“时域性能分析和频域性能分析”的知识分析系统的动态性能，根据“系统性能校正”的知识设计控制系统，改变系统的运动特性，达到期望的运动目标。
七、结论
在《机械工程控制基础》的教学过程中，首先要培养学生的抽象思维能力和逻辑分析能力，通过生活实例和典型工程案例巧妙地将课程的基本理论与工程实践有机地结合起来，变空洞的理论具体化、实践化、工程化，激发学生的学习兴趣，通过强化机械工程专业背景知识，加强实验教学、计算机模拟仿真、综合实验周训练等教学环节，培养学生用经典控制论的方法去解决机械工程领域的实践问题，使该课程逐渐成为广受学生欢迎的实用性较强的一门专业基础课程。
参考文献：
[1]杨叔子，杨克冲，等.机械工程控制基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2005.
[2]周先辉.面向工程能力培养的《机械工程控制基础》课程教学方法探索[J].高教论坛，2010，（1）：81-83.
[3]雷文平，郝旺身，等.关于“机械工程控制基础”课程的教学探索[J].中国电力教育，2010，（32）：68-69.
[4]宋强，鲍雅萍.机械专业“控制工程基础”课程的教学改革与探索[J].中国电力教育，2010，（10）：60-61.
[5]阎绍泽，申永胜.研究型大学机械类精品课程教学的六个基本要素[J].中国大学教学，2009，（9）：42-44.
关键词：机械基础 思维方式 教学方法
随着控制技术在机械行业中的广泛应用，掌握机械基础的基本概念、基本原理和基本方法已成为机械专业学生进行机电液产品设计、制造、生产管理必备的基本知识和基本技能。《机械基础》课程具有理论性强、系统性强、逻辑性强的特点，导致学生普遍感觉这门课程学习难、作业难、实践难。要学好这门课程，对学生提出三个基本要求：较好的数理功底、一定的机械背景、较强的逻辑分析能力。尤其是机械专业的学生，前期学习了机械制图、机械原理、机械设计等课程，初步培养了学生的形象思维方式，然后再将抽象的内容具体化、实践化、工程化，教学过程中应在以下几个方面下功夫。
一 基于所学理论培养学生的逻辑分析能力
《机械基础》是应用数学手段，基于物理学、电工电子学、力学、机械原理等知识建立系统数学模型，将机械系统抽象为数学模型的形式，进行性能分析和设计计算。因此，要求本专业的学生具有良好的数学、物理、力学、电学、机械学的基础，有一定的机械方面的专业知识，而且具备多学科的知识积累。要想学好这门课程，如果学生之前没有学习工程数学，这里需要有针对性地补充与本课程直接相关的知识，尽量做到教会学生怎样应用定义、定理，而不是定理的证明过程。有些涉及到物理学、电工电子学、力学知识，学生们虽然学过相关课程，但是时间一长就印象不深刻，因此，在每次课程结束前把下次课程会用到的有关知识点给学生一一列出，让学生课后提前复习已学过的基础知识，在下次课堂上只需对要用到的基础知识作些简单的提示或回顾，在旧知识与新知识之间架起一座桥梁，新旧知识有效衔接，达到事半功倍的效果。例如：在机械建模这章中，用到"牛顿第三运动定理"、"基尔霍夫定律"等知识，在系统时域性能分析这章中用到一阶微分方程和二阶微分方程的求解知识。这时老师要及时提醒学生，或者点到为止地重复这部分内容，这样学生在建立数学模型时就会很清楚地知道这些数学模型是建立在哪些理论基础之上，并且知道如何应用原来学过的定理或定律去分析问题、解决问题，构建一个完备的知识框架，也能够从中体会到原来各门学科之间是相互联系、相互衔接的，只有融会才能贯通，学生自然逻辑清晰，分析能力自然提高。
二 将抽象的内容具体化、实践化、工程化
《机械基础》中大部分定义、理论和方法都是比较抽象的，在教学过程中如果仅限于理论的介绍和论述，学生不仅会感觉空洞乏味，而且有无本之木、无源之水的感觉。如果教师能够结合一些具体而又形象的例子会产生事半功倍的效果。例如：在机械系统的稳定性这一章中，讲到系统稳定性和不稳定性定义的时候，笔者就列举两个实例，一个是倒立摆试验台，一个是起重机的起升机构的末端部分--钢丝绳、吊钩和货物组成的正摆机构。倒立摆源于火箭发射瞬间的状态，是一种不稳定的系统通过稳定控制手段，使其稳定倒立的一个典型教学实例；而起重机货物摆动是在受到外界干扰作用下在铅垂方向附近摆动，最终在空气阻力作用下恢复到铅垂方向，这个铅垂向下的方向就是它的平衡位置；而倒立摆的平衡位置是铅垂向上的位置，在外界干扰作用下离开平衡位置，如果无外力作用再也无法恢复到它的平衡位置。通过这两个机械实例形象直观地介绍了系统稳定性与不稳定性这两个抽象的概念，不需要太多的解释。
三 从生活实例中发现问题、分析问题，培养学生的洞察力
减少抽象模型例题，增加生活实例和机械典型案例，同时把机械领域的前沿课题以及研究结果作为实例引入到教材之中。例如：在讲解机械摆动性能分析这章中的二阶振荡环节的时域响应这部分内容时，涉及到振动频率、系统激励、系统响应、响应幅值的概念，将货郎担振动现象作为典型实例。货郎行走就是系统激励，货郎担的上下振动就是系统响应，振动的大小就是振动幅值。不同材质、不同尺寸、不同截面形状的货郎担振动的频率不同，如果货郎行走的频率与货郎担的频率一致，这样就发生共振，货物按照货郎行走的频率，在随着货郎向前运动的同时，做上下振动，这样货郎挑着货物就省力，这也是人们不把货郎担做得太硬，而是有一定弹性的原因。例如：在二阶欠阻尼系统中介绍无阻尼固有频率、有阻尼固有频率和阻尼系数等概念时，列举行驶在马路上的汽车发生上下颠簸的现象。汽车底盘下都有减振弹簧和阻尼器，目的是为了降低由于路面起伏引起的车体上下振动问题。汽车的质量是m，减振弹簧刚度为k，阻尼器阻尼系数是b，则系统固有频率，阻尼比，如果弹簧太硬、阻尼系数太小起不到减振的作用；如果弹簧太软、阻尼系数太小消振太慢，路面没有起伏的情况下，车体还在振动。因此，如何设计、计算汽车的减振弹簧和阻尼器参数。使汽车有合理的振动频率和阻尼比，得到缓冲减振的效果，同时，还要避免汽车振动频率与路面起伏频率相一致的情况。介绍从具体生活实例或工程实例到各个环节模型，最后到数学模型的过程，培养了学生从具体实例到数学模型的建模能力。
四 培养学生用创新的思维方式解决机械实践问题
要实现机器运动可以通过机构驱动的方式，也可以通过控制手段，还可以通过机构与控制系统相结合的方式。不同的机器具有不同的固有特性，只有在掌握了其动力学特性的基础上，才能确定驱动方案，其中必有一种方案是最佳的。学生在机械原理课程中学习了各种机构，掌握了机构的运动规律。而本课程教会学生除了应用机构驱动机器，还可以应用控制手段实现机器更加复杂的运动，让学生了解如何将经典控制论应用于机械实践中，根据"时域性能分析和频域性能分析"的知识分析系统的动态性能，根据"系统性能校正"的知识设计控制系统，改变系统的运动特性，达到期望的运动目的。
参考文献
[1] 杨叔子:《机械基础》(第三版）,华中科技大学出版社，2011年
[2] 周先辉：面向能力培养的《机械基础》课程教学方法探索，《高教论坛》，2012年第11期
关键词 机械原理 实例教学 课程改革
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.03.047
Abstract "Principle of Mechanical" is an important professional basic course in teaching plan of mechanical professional in higher industrial school， occupying the trunk status in the entire mechanical professional curriculum system， playing an important role in cultivating students' ability to analyze and solve problems and improve their innovation . In this paper， we combine and summary the preliminary work we have done in the content of the mechanical principle course reform and teaching methods in the North China University of Technology in recent years， mainly introducing "driven by instance teaching"， which aims to arouse the students' learning positivity and closely combines the principle with engineering practice to make students have a better understanding of the course， exercising the ability to apply the theory to solve practical engineering problems.
Key words principle of mechanical； instance teaching； curriculum reform
0 引言
“机械原理”是一门专业基础课，主要研究内容包括机器与机构的分析与设计的原理，机构与机器的运动与动力学分析，对机械系统运动方案给出初步的设计。通过“机械原理”的学习，使学生掌握、了解机器与机构分析与设计的基本原理与方法，锻炼学生运用所学基本原理与方法分析、解决工程实际问题的初步能力。①
机械原理以往的课程体系主要体现的是一种学科体系，该体系对系统掌握机械原理的理论与方法是有益的，但这对初学者是有一定学习要求的，具体来说只对部分学习能力强的学生适用，而对部分学习能力较弱的学生将存在一定的难度，对该部分学生来说若不付出较大的努力，则机械原理课程的内容难以完全掌握。这种情况对于普通高校的机械专业学生具有一定的普遍性，针对这种情况需要在教学内容的安排与教学方法进行改变；而实例教学就是针对工程中的设计问题与工程案例而组织的一种教学方法，这种教学方法的实施也可以达到机械原理课程教学的基本要求。
1目前机械原理教学存在的主要问题
1.1 学生的课堂参与度不高
机械原理的知识体系是建立在高等数学、普通物理、机械制图和理论力学等先修课程的理论基础之上，而且本课程的许多理论知识又直接为学习机械设计及相关专业课等后续课程建立理论基础，②虽然本课程的教学具有专业基础课的性质，但同时在一定程度上又具有专业课的性质。
对于普通高等院校而言，部分学生的理论学习能力相对下降，再加上总体课业存在较重的情况，学生很难预先进行课程内容的预习，随着课程内容的增加与深入，与要达到的课程教学目标也渐远，造成进一步的学习困难，主动参与课程学习的积极性更低，如若授课人数过多，客观上也不利于学生主动参与课堂教学，再加上移动网络的广泛应用，吸引了部分同学的注意力。课堂教学如何最大程度地吸引学生，提高学生的参与度与积极性是一个现实的问题。
1.2 工程背景薄弱
一般机械基础研究除了具备基础性、科学性和创新性以外，也应具有应用型的本质特征，③而对于本科学生来讲，由于大多数学生缺乏工程实践知识和经验，对所讲的机构结构学、运动学和机器动力学等内容缺乏必要的感性认识，在一定程度上感到抽象、难学，实际机器与表达其运动特征的机构运动简图之间存在较大差距，很难将两者有机地联系起来，对于现实生活的机械产品也难有较好的感性认识，这就致使学生在机械系统运动方案创新设计环节中和完成习题时经常出现和所学理论脱节，甚至感到无从下手的状况。所提出的运动机构设计方案过于简单，或者作业完成耗时过长，教学效果不够理想。
因此，在讲授课程原理与方法时，应着力加强讲清相关的工程实例或工程应用背景，明确设计要求与具体的设计任务，这样有助于提高学生的注意力与兴趣。在教学过程中以学生为中心，结合工程实例与应用背景，不但可以丰富课堂教学内容，对提高学生学习的积极性，也具有积极的意义。
2实例教学在机械原理教学中应用
以实例教学为驱动的教学方法是一种将具体工程实例应用于教学，在此过程中能够提高学生理论水平和实践能力的教学方法，能够较有针对性地运用理论知识去分析问题，从而可以加深对课堂教学内容的理解。
2.1合理设计教学实例
机械原理课程不仅表现专业基础课的性质，而且会更多地表现专业课的性质，无论是概念设计还是方案设计，机械原理课程都起重要作用，对于创新设计机械原理的作用更加突出。从实际问题中提取出课程的教学实例，对于实现课程的教学目的，将起到支撑的作用。教学实例可来自工程案例、工程的设计问题、科研的实践过程中，该教学实例应尽可能涵盖机械原理课程多个教学知识点，应具有一定的综合性，不脱离现有的教学内容体系，而是将其融入其中。实际工程问题往往是复杂的，进行教学实例设计时，应在不失真的前提下，进而合理简化，形成规范的机构运动简图，明确已知条件和分析、设计任务，解决该任务所涉及的理论与方法，由于这种实际分析与设计任务的驱动，从而带动机械原理课程的教学。
在设计教学实例中应注重与其他机械基础学科的联系，要从机械系统的角度去分析机构的工作原理、特点及其在系统中的作用，确定机构设计的要求，要将整个机械课程为基础来研究机械问题。因此对工程实例的选择要尽量选择围绕本专业知识、技能与技能培养方向的实例，围绕该实例中所涉及的知识、能力、技能培养等重点；再有就是要选择贴合工程实际的实例，选择在生产生活中比较容易接受的、学生认可并容易理解的实例，最后就是工程实例的内容要对课程教学重点、难点有所侧重，利于学生快速把握关键问题，能够提出自己的见解。
2.2实例教学的实施
（1）实例1：压力机六杆运动与力分析。压力机六杆机构可用于冲裁成形、剪切成形等成形加工。该机构要求分析其滑块输出的速度、加速度，在受到成形阻力后，作用于曲柄轴上的驱动力矩的大小，为了要得到成形机的运动、受力、运转平稳及效率等性能，要对其进行图解法的运动与受力分析，为了要得到杆的合理尺寸及机械效率，要对整个成形过程进行解析法的运动与力分析，结合压力机六杆机构的设计分析要求，通过图解法与解析法进行运动与受力的分析的讲解，对压力机六杆机构再布置作业，要求学生课下完成。在这种项目驱动下，去分析讨论学习机械的运动分析，机械运动与力分析，会增强真实性与目的性，提高学习效率。
（2）实例2：牛头刨六杆机构的运动与力分析。牛头刨是一种常见的六杆机构形式，对该机构的设计包括有机构的速度、加速度、考虑摩擦与不考虑摩擦的受力分析等。从机构的结构的设计上根据六杆机构的综合方法可以设计出多种的六杆机构类型。对该六杆机构的分析可以分解为两种较简单的机构形式，导杆、连杆与滑枕组成摆杆滑块机构、曲柄、滑块与导杆组成摆动导杆机构，进行机构的运动分析时，对摆杆滑块机构的速度分析是一种典型的基点法，对摆动导杆机构的速度分析是一种典型的复合运动分析方法，这两种方法是图解速度分析的基本方法，同时设计要求给出切削全过程的速度分析，这时候可以采用矢量分析解析法，进行受力分析时，实施采用考虑摩擦的静力分析方法，不考虑摩擦的考虑惯性动态静力方法。同时还可以对机构的机械效率进行分析，对它的传力特性（压力角）进行分析。通过这个教学项目的实施把课程中的运动、力及效率的知识理论方法融在一个实际的问题当中，学生接受起来相对直观一些。
（3）实例3：成形机的动力学分析。成形机是一种由伺服电机驱动，通过减速器，滚珠丝杠带动滑台，滑台上装有辊膜，靠辊模实现对钢板的连续弯曲成形，辊模相当于数控机床的刀具。在成形过程中，辊模带载沿机床横向左右运动，其移动的位置有严格的要求，为此要对其进行运动力学分析，分析其稳态响应时间等，此项目的形成带动了机械运动方程分析的等效动力学方法教学，如何进行等效量的变换，如何建立等效动力学模型，如何对模型进行求解，理论与实践达到了较好的统一，也说明了理论对实践的指导意义。
（4）汽车雨刷器的机构设计：汽车雨刷器的机构设计可简化为根据雨刷的摆角范围进行四杆机构的设计。结合按急回特性要求设计四杆机构的方法，获得曲柄铰链中心的位置，讨论曲柄铰链中心的位置对该四杆机构的传力性能与连续性的影响，结合雨刷器无急回特性的要求，令极位夹角等于零获得曲柄铰链中心的位置。通过这个实例使学生加深了对四杆机构急回特性、传力特性及运动连续性的理解。
2.3实例教学驱动的教学方法的效果与问题
通过这种教学方法，能够使课堂上比较单一的理论、方法与工程实际有机联系起来，吸引了学生的注意力，并且提高了学生的积极性，从而提高了学生对课程教学内容的接受程度，由于工程实例的设计分析大多带有一定的综合性，对于提高学生的分析问题与解决问题的能力有较大帮助作用。实例驱动教学法的实施对工程实例设计还需要更加深入，特别是应带有一定的综合性，与其它课程内容的融合，不一定一次讲完，结合教学内容分次讲解，另外对学生布置作业完成实例的分析设计任务。
3 总结
通过一些工程实例教学，提高了学生的注意力与学习兴趣，调动了学生的学习积极性，使原先课程上较单一的理论、方法有了应用背景，加深了学生对课程理论、方法的理解，同时结合工程实例讲解课程内容，通常还带有一定程度的综合性，这种综合性的教学与实际的工程设计过程更为接近。对工程实例进行更深入的设计和引入更多的工程实例，相信对机械原理课程的教学会提供更大的帮助。
注释
① 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006：2-4.
作者：郭晓霞 单位：装甲兵学院
价值工程的实质就是一个提出问题、分析问题、解决问题的过程。价值工程着眼全寿命成本，以提高价值为目标，以功能分析为核心，是有组织的集体创造活动。价值工程的分析重点是选择对象与资料分析、功能分析和方案的创新设计。
价值工程原理在课程教学中的表述有效教学的基本原则是用最少的代价，最少的干预获得最大效益，教学的有效性表达为：教学效率=有效教学时间/实际教学时间如果我们把课程教学理解为一项工程时，实际教学时间是成本，有效教学时间是功能，教学效率便是教学工程的价值。教学效率中最关键的因素是有效教学时间。有效教学时间取决于学生的有效学习。学生的有效学习是学习时间、结果和体验。有效教学时间∝有效学习=f{学习时间，学习结果，学习体验}学习时间指学习特定内容所花费的时间，它意味着学习效率，即学习速度的快慢，显然，学习速度快，学习特定内容所花费的时间就少，效率也就高。学习结果指学生经过学习所发生的变化、获得的进步和取得的成绩。学习体验指的是学生的学习感受，即学习活动所伴随或生发的心理体验。
确定研究对象有效教学的根本在于提高学生的有效学习，教学价值只有通过有效学习才能转变成教学的效率。教学基本价值包括认识价值、发展价值、智力价值、教会学生学习的方法价值、教学发展学生思想品格的价值等，[1]教学价值的最高境界是创造性。我们分析目前《机械设计》课程教学中存在的主要问题，寻求解决问题的钥匙，提高教学效率。目前《机械设计》课程教学存在的主要问题表现在一下三个方面：第一，《机械设计》课挺堂教学、《机械设计课程设》计实践活动、实验课程，相互脱节，影响这种思维品质的发展。第二，学生自主学习不够，学习处于完全的被动状态。在课程设计中反应出设计能力不足，不善于发现问题，寻找不到解决问题的有效途径，再学习和探究能力不足，无法对未知的领域进行探索，创造力明显达不到课程教学目标的要求。第三，试验教学的基本程序是学生对着书本预习试验，试验教师讲解试验或演示试验，学生按教师和试验指导书提示做一遍，写试验报告。没有兴趣，只为完成；没有自主，被动操作；没有问题，思维受阻；没有创造，更谈不上创新。
收集资料收集资料和分析问题的根源收集整理资料的工作贯穿于价值工程所有阶段的全过程。这个阶段的主要目的是价值工程工作小组能尽量详细地了解各方面资料和相关知识。学生的有效学习在课程教学中的抽象的客观存在，是一个不断发展的客观存在。把握它是一个相对一个复杂的问题，我们采用了以下方法：①课堂反馈和问卷：课堂反馈是学生有效学习的最直接和有效的方法。②作业与作业分析：作业是学生直接的表现有效学习的地方，作业载带着学生的学习体验。③课程的考试与分析：课程的考试和作业有相似的地方，但课程考试表现比作业表现来得全面和系统，但没有作业分析详细。④后续课程学习与跟踪分析：实践过程是学生有效学习的发展。实践的第一站是后续课程的学习。⑤学生工作与跟踪分析：工作后的跟踪和企业的评价是对有效学习的思维和创造能力的表征。教学资料的收集采用学生作业和课程考试成绩的分析值和问卷相结合的方法，最终确定有效教学时间。对数据的采用模糊理论的方法进行分析处理。在课程教学中，实际的教学时间是现有的教学大纲规定的。
资料的分析和决策价值分析是价值工程的关键和核心。按照价值工程理论，对其进行教学效率评价有以下三种情况：①若教学效率=1，教学任务完成。近期可以维持教学现状，可以考虑教学改革，其目标是通过缩短实际教学时间。②若教学效率>1，教学任务完成过剩。可以考虑缩短实际教学时间。实际教学时间的缩短对有效教学时间的影响大小，决定缩短的时间。③若教学效率<1时，可以考虑增加实际教学时间或迫切需要对课程进行改革。必须注意，教学功能具有特殊性，因此当课程教学出现教学投入和产出功能不匹配的时候，调节过程是复杂的和非线性的，涉及复杂系统的诸多问题。由于教学过程是由人的思维主导的过程，我们采取专家评价的方法对方案进行比较。我们分别提出以实践为主导的教学体系、以研究问题为主导的教学体系，以实验教学牵引，以问题解决的教学模式为主导教学体系等，请专家评定后，给方案打分，并提出意见和评语，最终选定了提出以培养创造性为中心，以问题解决的教学模式为主导，课堂教学、课程设计实践、课程试验三位一体的模块化有效教学体系，以达成提高《机械设计》课程教学效率的目的。
培养学生的创造性是《机械设计》教学改革的灵魂有效教学的根本在于提高学生的有效学习，教学价值只有通过有效学习才能转变成教学的效率。教学基本价值包括认识价值、发展价值、智力价值、教会学生学习的方法价值、教学发展学生思想品格的价值等，[3]教学价值的最高境界是创造性。我们的整体教学方案紧紧围绕“创造力培养”作文章，以培养学员的创造力为出发点和归宿。
问题教学模式是《机械设计》教学改革主导模式问题教学模式是近年来最受到关注的教学模式之一，它是依据教学内容和要求，以问题的发现研究和解决来激发学生求知欲和主体意识，培养学生实践和创新能力的一种教学模式。问题教学模式的优势切中现在《机械设计》课程教学提高效率的部位。因此，《机械设计》有效教学选择问题教学模式为教学设计的基本模式。问题教学模式的教学过程的关键是问题的提出和解决。
问题提出和解决是《机械设计》教学改革的关键第一，引导学生提出问题，提出问题是问题教学模式教学实践的第一步。教师的中心任务是创设问题情境激活学生的思维。调动学员思维的积极性和主动性。围绕一个主题，学生提出的问题是多种多样的，有宏观的，有微观的。这时，应适时引导学生运用分析和评价手段，从纷繁复杂的问题当中，寻找首先解决的关键问题，解决问题的顺序，达成问题定向。第二，启发学生解决问题。依照提出的问题，提炼成技术语言描述的设计问题，对设计问题进行进行讨论、探究。提示学生自主学习，指导学员围绕问题进行不同方式的思考，寻找分析解决问题方法路径。在形成解决问题方案的过程中后，注意及时评价和反馈，导引学生探索最优化方案。第三，挖掘学生的创造力，在作品的展示中，启发学生进行展望，自由发言，引领学生进行发散思维，给任何学生以积极的评价。当学生进入不断的发散思维状态时，创造的潜能被激发出来，对教学而言意味着主体性的凸显，个性的表现，创造性的解放。第四，教会学生宏观把握问题，问题教学模式强调教学开始于问题的提出，终结于问题的解决。在教学中充分利用课程设计的讲评，使学员从整体上独立把握机械设计课程的学科体系。为学生提供《机械设计》学科的学习获得的价值理念、经历、独特视角、路径及不同思维方式，提高思维能力和思维品质。#p#分页标题#e#
《机械设计》教学改革的评价通过两期学员的教学实践，学生的课堂作业成绩和课程考试有了比较明显的提高。在学习兴趣方面，问卷调查中很感兴趣的学生比例提高了7%，占调查人数的22%，感兴趣的提高了20%，占调查人数的59%。由于教学的效果的滞后性缘故，其他调查在进行中。3结束语以价值工程为方法论基础的以追求教学效率为目标，同时还着力关注教学价值的全面实现，提高教学效率。在教学设计中，注重问题教学模式中关键问题和重要环节的研究，力求将课程内容单元融入到解决问题的途径中。在教学过程中，以教学价值关怀贯穿教学的全过程，达成有效教学效益的最大化。在完成课程教学任务的同时为学生奠定发展的基础。教学改革是一个长期的任务，它随着教学对象需求变化曾现动态性，前一轮改革评价的结果是新的改革的基本数据资料之一。
“大众创业，万众创新”是现时代的鲜明主题，创业创新离不开扎实的工科基础，高等工程教育则为创业创新提供理论基础和人才储备。CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。如何将这个工程教育界的最新成果引入国内，并本土化服务于我国的工程教育，国内学者做了大量的研究和工作。潘柏松等提出的S-CDIO培养模式，该教育模式是基于协同理论的CDIO工程教育模式，参与各方必须通力协作，在合作共赢的基础上致力于学生工程知识和能力的培养。吴鸣等提出以工程能力培养为导向的CDIO培养模式，认为工程能力是工科毕业生最重要、最基本的素质之一，工程教育从内容组织、培养方式、实施过程都要着力于培养学生的工程能力，借以提高工科学生的就业适应面。以上的研究成果对CDIO工程教育模式的本土化起了很大的引领作用，加速了CDIO工程教育理念在我国的进程和发展，推动了我国工程教育的发展。但是，纵观以上的研究成果，只就CDIO工程教育模式本土化过程提出相应的框架、课程体系、实施过程以及评价体系，鲜有将CDIO工程教育模式与具体专业知识、专业技能传授过程有机结合的本土化CDIO培养模式，因此，在我国CDIO工程教育模式本土化进程中，有必要研究CDIO工程教育理念与具体专业教学内容的深度融合。笔者在深入研究CDIO工程教育模式的理念、内涵和实施过程后，将CDIO工程教育模式与机械本科专业的基本知识与基础理论传授过程深度融合，提出了机械工程领域的CDIO（Mechanical CDIO，简称M-CDIO）项目教学体系，并对M-CDIO项目教学体系的内涵、特征以及实施过程进行了详细的阐述。
一、CDIO工程教育模式与机械本科专业教学的嵌合
1.CDIO工程教育模式。CDIO工程教育模式是由美国麻省理工学院和瑞典皇家理工学院等四所大学组成的工程教育改革团队提出、并持续发展和倡导的全新工程教育理念。CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、和运作（Operate），它是以工程能力培养为目标，将工科毕业生的能力分为工程理论知识、个人能力、人际交流与团队协作能力和企业工程系统运作能力4个层面，涵盖17种不同的主要能力，在执行操作层面细分为更具体的73种不同的技能。国外高等工科院校的实践证明：实施CDIO工程教育模式的学校，这4个层面得到充分培养和训练的工科学生，就业前景普遍看好，大都供职于大型的跨国公司。
2.机械工程本科专业的CDIO项目教学体系。以“厚基础，强能力”为人才培养目标的应用型技术大学，更重视学生工程能力的培养。CDIO工程教育模式的实施必须与专业教学内容深度融合，赋予它新的内涵与特色，图1（见下页）表示了CDIO工程教育模式与机械本科专业的有效嵌合。
由图1可知：机械领域产品开发的四个环节（模糊前端、设计阶段、制造阶段和产品销售）与CDIO工程教育的四个阶段（构思阶段、设计阶段、实施阶段和运作阶段）不谋而合。这样，在机械本科专业的教学中，以CDIO工程教育模式为纲领，以机械产品研发到产品运行的生命周期为载体，以学生为中心，以工程能力培养为目标，以“项目”、“微项目”为手段，将机械领域的基本知识和基础理论糅合在“项目”、“微项目”的方案原理构思，装配图、零件图设计，零件制作实施和产品销售、售后四个阶段，赋予CDIO工程教育模式中构思、设计、实施和运作四个阶段新的内涵，实现CDIO工程教育模式与机械领域教学的有机结合，形成了机械工程领域的CDIO（Mechanical CDIO，简称M-CDIO）项目教学体系，并具有以下特征。
1.良好的工程能力培养。在M-CDIO项目教学体系中，随着糅合了机械领域的基本知识和基础理论的“项目”、“微项目”实施，学生的工程理论知识、个人能力、人际交流与团队协作能力和企业工程系统运作能力4个层面都得到了全面、系统、具体的训练，培育满足现代社会和现代工程需要的、具有较强工程能力的工程技能型人才，符合我国应用型高校的办学定位和人才培养目标。
2.“情境式”、“体验式”学习工程理论知识的环境。在M-CDIO项目教学体系中，学生组成学习小组，通过相互分工、协作完成“项目”、“微项目”的形式学习机械领域基本知识和基础理论，改变了传统以“记忆、考试、拿证”为目的的工程理论知识学习模式，为学生提供了在学中用，在用中学的情境，实现理论与实践的有机联系和良性互动，使知识从实践中来，又回到实践中去，符合哲学领域的认识实践观。
3.“学生中心，教师主导”的授课模式。在M-CDIO项目教学体系中，需以学生为中心，以“项目”、“微项目”为抓手，针对机械工程专业每门课程的特点，设置若干个糅合了课程的基础知识和基本技能不同的“项目”、“微项目”。课程的学习，先通过教师授课，讲解本课程的基本概念、知识点，然后让学生完成这些“项目”、“微项目”来再现、巩固课程知识，使一些抽象的概念具体化，使过去从实践中抽象而获得的知识、理论重新回到工程实践中，指导实践，学生在实践中主动、积极地学习课程知识。
二、M-CDIO项目教学体系在机械工程本科专业的实施过程
机械系统一般由动力系统、传动系统、执行和控制系统等子系统组成。机械类本科专业毕业生应该具备根据机械系统的功能，能够独立地完成机械系统构思、设计、制造和运作的基本能力，为社会、企业提供优质高效、物美价廉的机械产品。如果将机械系统功能、结构的完整呈现看作是一个大“项目”，则系统中的子系统功能、结构的呈现可以看作是一个“微项目”。M-CDIO项目教学体系的实施，关键在于对“项目”、“微项目”的具体落实和完成，大致要经过以下过程。
1.“?目”总体方案原理设计。根据机械系统的功能要求，确定机械系统的基本工作原理，进而获得完成该功能的技术系统，确定总体的主要参数和结构布局设计，形成机械系统总体方案设计图和结构布局图，同时编写总体设计报告及技术说明书，为“项目”的顺利实施和完成奠定基础。
2.“微项目”方案原理设计。根据图的机械系统组成，设计实现各个子系统功能的方案原理，确定实现各个功能的具体机构，形成机构原理图，编写“微项目”方案设计报告及技术说明书。比如原动机采用电动机还是内燃机，传动系统、执行系统采用什么样的机构来实现，是集中驱动还是分散驱动等。“微项目”的功能原理与结构设计服务于“项目”的总体功能，受“项目”的总体结构布局约束。
3.“项目”、“微项目”的工程图设计。根据前面二步形成的图纸和设计报告，对“项目”、“微项目”进行详细的技术设计和结构设计，最终得到“项目”、“微项目”的总装配图、子装配图和零件图及设计技术说明书等资料。
4.“项目”、“微项目”制造工艺、工装设计。根据现有的制造工艺水平和设计的技术要求，设计零件的制造工艺和装配工艺以及相应的工装夹具。形成“项目”、“微项目”完整的制造工艺过程，并编写制造工艺规程及技术文件，比如绘制工序图，制定工序卡，确定切削参数等。最终得到能完成预定功能的机械产品。
5.“项目”、“微项目”过程管理与运作。由于团队的分工和协作，上述过程离不开“项目”、“微项目”的过程管理与运作。过程管理与运作可以使“项目”、“微项目”按顺序、有步骤、有目的地齐头并进，而不至于出现“短腿”现象，缩短“项目”、“微项目”进程。同时，过程管理与运作还与机械产品后期的营销与售后服务等业务流程有关，也与学生个人的组织、沟通、交流与协作能力息息相关。
上述过程中，第一、二步为“项目”的方案设计阶段，属于M-CDIO项目教学体系中的C阶段，即构思阶段；第三步为“项目”的图纸结构设计阶段，属于M-CDIO项目教学体系中的D阶段，即设计阶段；第四步为“项目”的生产制造阶段，属于M-CDIO项目教学体系中的I阶段，即实施阶段；第五步为“项目”的营销与售后服务阶段，属于M-CDIO项目教学体系中的O阶段，即运作阶段。在M-CDIO项目教学体系中，随着糅合了机械专业基础知识和基本技能的一系列“项目”、“微项目”的实施和完成，学生不仅在工程理论知识、个人能力、人际交流与团队协作能力和企业工程系统运作能力4个层面都得到了全面、系统、具体的训练，而且熟悉了“项目”、“微项目”的操作流程，模拟企业项目的运作过程，使学生毕业后能更好的了解和融入企业，寻找到理想的工作。
三、机械本科专业实施M-CDIO项目教学体系的成效
自我校成为全国首批试点学校以来，机械学院在教学上始终坚持CDIO工程教育模式，经过七八年的摸索和实践，形成了自己特色的M-CDIO项目教学体系，具体体现在学生补考率、参加学科竞赛和学生就业率等硬指标上。机械专业自从实施了M-CDIO项目教学体系，专业基础课比如理论力学、材料力学、机械原理、机械设计等都是学生补考率很高的科目，近4年来学生补考率逐年下降，学生组队参加学科竞赛获奖数逐年增加，获奖质量也得到改善，2012年国家级获奖为0，2013年获得0的突破，到2015年获得国家级奖项7项，省级获奖也在逐年增加，2015年达到52项，历年最高；机械工程本科专业毕业生的平均就业率不仅从2012年的86.6%上升到2015年的95.69%，提高了近10个百分点，成效相当可观。
一、机械控制系统建立的诸问题
（1）建立专机使用和维修档案。设备因型号不同而各有差别，不仅在部件构造和使用上有特别要求，维修和养护也需要单独处理，不能靠经验而一概而论，考虑到施工单位设备的复杂存在状况，建立专机的使用登记、维修养护专门档案是非常必要的。服役期间的机械登记并完成电子化有助于调度系统的合理安排，提高施工现场的运作效率，避免机械的重复使用对寿命的损耗，将机械使用实现最大的合理化。（2）定期巡查和养护。设备使用过程中是问题发现的集中时段，技术操作员按照基础操作规程、借助设备生产说明和专业问题监测设备即能实现施工现场的设备维修工作。而设备存放的后期需要进一步检修维护，在相对静止的待工情况下设备的维修和养护是管理的关键。一方面是出于安全使用考虑，为下一次使用做准备；另一方面是出于成本、寿命的控制。（3）专业设备的特殊管理。建筑施工作业中需要重型机械支持，其中还有特殊性质的工作环节，有些机械需要使用危险系数较高的作业方式，在运转过程中需要提高安全防护级别，对于特殊设备要建立安全使用预案，使用过程中派巡查员检查设备实际情况，在保证建设质量的同时不能忽视施工现场的人员安全。特殊的设备存放和管理更要由于基本设备，建立更为严格的检查养护巡视机制。（4）技术培训与考核。技术培训内容包括机械的基本构造、使用流程、维修和养护技术、保障工作、安全工作注意事项以及国家机械使用规程和设备管理使用考核标准等。技术人员培训是企业文化的重要组成部分，应有技术顾问和管理部门建立科学的培训课程，与现代化的电子教学技术相配合，以生动的实例演示和危险教育视频等多媒体培训方式提高培训参与者的安全意识。定制与本单位机械实际相关联的设备使用和管理教程，建议与设备生产部门联合，定制专属本单位的设备的技术培训内容以作为培训和考核的重要参考。经过系统的技术和安全培训后要形成考核机制，判定参加培训技术人员的实际操作能力，合格后发放上岗证，并严格岗位审查制度，严惩无证上岗作业的情况。机械设备操作过程中人员安全是首要问题，培训时要增设安全预案设计和实况分析考察。
二、建筑机械设备管理的发展对策
(一)改革施工企业设备管理体制将大中型设备集中管理，建立设备租赁公司是深化建筑企业改革、实施项目体成本考核的重要条件。形成设备租赁管理模式，提高企业经济效益，一方面是增加产品产量和设备利用率，提高劳动生产率；另一方面是减少消耗，降低生产成本。建筑施工具有流动陛、生产条件多变等特点，只有实行机械设备租赁才能够适应这些特点的要求，才能降低建筑产品的成本，提高企业的经营效益。①设备实行集中租赁管理后，可进一步加强对设备的专业管理，确保设备有良好的运转状态；②可进一步提高设备的利用率，提高设备的生产效率。可对设备实行合理的调配与调度，加强宏观控制能力，实现设备资源共享，可减少重复配置和设备闲置，充分挖掘现有设备的潜能；③可以减少原材料和能源、配件消耗。减少修理费的支出，降低生产成本；④可进一步统一各分公司管理队伍，压缩管理层次，减少修理车间和仓库的数量，合理配置资源。鉴于国有大型施工企业的设备管理具有严格、规范、标准等特点，加上较强的技术支持，如果能加强服务意识，将会具有较强的竞争优势，这有利于提高设备的利用率，提高经济效益。建筑机械租赁行业在国外已经发展了30多年，在中国也有15年的发展时期了。但是，在国外租赁使用建筑机械占总的机械数量80%以上，而中国目前仅占30%，随着建筑工程项目管理的成熟和成本核算的精细，建筑机械租赁行业必将在中国蓬勃发展，因为它符合“建设节约型环保型社会”的国家产业导向。事实上，企业内外的租赁市场如不能进一步发展，就很难深化建筑企业的改革和真正推行项目成本管理，因此组建真正意义上的设备租赁公司是建筑施工企业设备管理体制改革的必由之路。如建筑施工企业能够在组建自己的设备租赁分公司的同时，以资产为纽带，采取多种经济形式，通过产权划转、托管、租赁、单机承包、融资和人股、职工持股等形式搞活经营管理机制，就能进一步激活管理人员的积极性，推动设备管理的发展，为深化国有大型建筑企业的体制改革。
三、结束语
综上所述，现代化的施工工艺和方法在很大程度上是依靠机械设备施工来实现的，因此，抓好设备管理工作，保证设备的安全运行，是企业管理工作中一项重要工作。本文将在分析施工现场建筑机械管理存在问题的基础上，探讨解决对策。
作者：邹艳 单位：成都铁路局西南铁路房屋建筑公司
[关键词] 模糊数学模型； 机械设备； 优化设计； 遗传算法
1 引言
煤矿行业作为我国的一种重要的传统能源行业，在国民经济、人民生活等众多领域中起着举足轻重的作用。但现阶段我国的煤矿企业普遍存在着机械化的建设水品严重的滞后，在生产中，技术资源严重的不足，开挖的成本居高不下。而与其相对的是近些年来，模糊数学模型技术的兴起，改变了传统机械设备的诸多不足之处，使得机械化技术渗透了人们生活的每个角落。在很多地方已经将引进模糊数学模型技术这种重要的辅技术作为一种衡量公司运营好坏的标准。
而现阶段我国的煤矿企业基本上受制于机械化系统不发达，从而使得各个单位之间缺乏机械运转中的协调，同时，机械内部的各个应用之间也难以连通，不利于系统集成，致使系统内沟通繁琐。不止如此，缺乏有效的机械化技术也使得领导缺乏及时有效的数据用于推断预测企业的发展与行业的发展趋势。这些问题在一定程度上严重的制约了我国的煤矿行业发展，利用现有基于模糊数学模型的煤矿机械设备优化技术完全可以大大改善这种现象。因此，将模糊数学模型的技术引入我们煤矿行业势在必行。而将机械设备的优化方案在煤矿行业可以有效的将信息资源集中到各个管理机构，从而推进煤矿行业的机械化进程，促进煤矿行业的发展。
2 模糊数学模型技术优化的应用方案
模糊数学是研究和处理模糊性现象的数学，是在美国控制论专家A. Zadeh教授于1965年提出的模糊集合（Fuzzy Set）基础上发展起来的一门新兴的数学分支。这门学科经过多年的发展。它在现实世界中的应用越来越广泛。对于普通集合A及其余集AC，任何元素x∈A或x∈AC，二者必居其一，且仅居其一；用特征函数来表示就是？滋A（x）=0或？滋A（x）=1有且仅有一个成立。然而，客观世界中存在着大量的模糊概念，如“高个子”，“老年人”，这些概念无法用普通集合表示，因为这些概念与其对立面之间无法划出一条明确的分界线。为了研究和处理这类模糊概念（或现象），就需要把普通集合引申到模糊集合，用特征函数来描述就是将集合的特征函数的值域由{0，1} 两个数扩展到闭区间[0，1]，这就是建立模糊集合的基本思想。模糊数学模型是一款强大的计算数值模型，高效率的数值分析软件，正是因为它的超强数值分析能力，受到了很多行业的青睐。在煤矿机械设备建设的领域也有不俗的变现。在基于模糊数学模型的煤矿机械设备安全优化设计方案中，改善了原有的单一矩阵单点计算的方法，加强了数据终端的信号联接，让显影的图像和数字更加直观的显现在屏幕上。在动态扑捉成像中，有更多的高保真设计，完全可以满足在煤矿生产中对井下情况的有效控制。
模糊数学模型技术正由于其强大的数值处理能力，因而用于机械的优化设计，这种设计也是最近几年才开始使用，它将机械的运转原理与数值技术应用联接在一起，最生产中自动得出施工的最佳方案组合，为生产提供了很好的科学方案设计。在使用了模糊数学模型技术优化机械系统后，可以大大提高设计效率和质量，还保障了煤矿生产中的安全。基于模糊数学模型的煤矿机械设备优化设计方案优化的目的是让机械在最少的材料和最低成本的情况下，用最合理的技术完成要求的工作，最大程度的完成机械在结构方面的性能指标，把机械内部的强度、刚度、稳定性能都 发挥出来。模糊数学模型软件就是比人工系统多出了智能识别，自动的在系统内部生成机械的最有配置，这样也可以合理的使用材料的性能，在一些技术，如切割上，达到更大的精度，对于几何尺寸要求高的构建，使用优化技术后可以完全达到设计的要求。接下来我们就优化的方法进行简单的叙述。
⑴非线性的优化设计法
非线性的优化设计是不同的约定的函数数值所产生的一种优化方案。系统在使用时，会自动生成约定之外的函数数值，这些数值直接用于机械的编程使用中，指导机械运行。这种非线性方案可以分为两种。一种是利用目标定位将一次积分和二次积分在相乘的情况下，再次加权，以得到相应的优化设计方案。这种方法具体有共轭替代法、变化模式阶层法以及多普勒开根号法。这些在基于模糊数学模型的机械优化方案中正是由于稳定性能良好，计算较为简便，所以使用比较广泛。另外一种就是假定一个多元函数，将函数在定义域范围内缩减至有效值，把目标函数的第三种类型编程可分析区域加以利用。这种方法虽然比较简单，但是用于机械优化中却很少，最主要的原因是在转变编程中多次使用模糊数学模型，导致系统的数据无法完全复制到机械中，机械执行的命令和指令都是很片面，具体变现在工作断断续续，不能系统的完成整个工程的协调指令。
⑵线性优化设计法
在机械设备安全优化设计问题大多要使用线性函数，根据线性函数出来数据时又可以分为直接法和间接法。直接法通常有复杂图形静态变现法，在机械设备在运转中会遇到一些人为情况下无法处理的事情，这时利用模糊数学模型所生成的处理技术，可以很好的在具体的点位固定目标，将机械设备指引到正确的位置。构造中，函数不断的迭代，自动加载出合适的运行模式，在一系列的数学计算后，得出线性解答，最终得到合理的解决方案。
间接法常见的有共轭函数法、增广矩阵变化法。它是将机械设备的线性优化问题转化成非线性优化问题，再通过非线性优化方法来求解，或者非线性优化问题转化成线性规划问题来处理。加运转的指令以坐标的形式发散出去，得到的目标函数在通过重复的验算，再次得到模糊数学模型中所要求的优化方案。
3 基于模糊数学模型的煤矿机械设备优化设计分析
基于模糊数学模型的煤矿机械设备优化设计是在以往传统的机械设计理念上加上了更多的计算机数据编程，是一种更加科学的现代化手段。为在煤矿生产效率中也得到了很好的优化，也能使机械产品的质量达到更好、更高的要求。接下来，我们将着重介绍在煤矿机械设备中使用模糊数学模型优化方案中的遗传算法。
遗传算法，是20世纪70年代初期由美国密执根大学霍兰教授提出的一种基于模糊数学模型下全新机械设备全带概率优化方法。GA是一种在人为施工条件下非确定性的拟自然算法，这种算法是根据自然界仿照生物的固有进化规律，对一个大的群体进行随机抽样，观测其繁衍变化以及淘汰机制。其中就会有适者生存，不适者就会被淘汰，按照这样的规律不断重复，使整个群体在繁衍的素质上和种群的数量上都会有很大的提高，时间变长，这样的趋势会显现的更加明显，最终会以一种优化平衡的态势趋于平衡，并且保持最优配合比。遗传算法具有鲁棒性、自适应性、全局优化性和隐含并行性。
主要应用领域有：函数优化方面、机械的组合优化、机器概念学习、设备的控制方面、三维图型显示、机械设备故障诊断、人工生命、神经网络等最近几年中遗传算法在机械工程领域也开展了多方面的应用。本文中提到的基于模糊数学模型下的设计优化就是选取这样的设计理念，在优势上有了很大的突显，主要表现在：
（1）煤矿机械设备结构优化设计：在煤矿生产中，多考虑到机械的方便和使用性，遗产法在结合模糊数学模型软件后，针对多样的遗传算法中的弹性改变量、固定动态与波段概率等是不能够改变机械设备的运行模式，也就不能对煤矿机械设备有任何的优化过程。在提出了交叉适应变于线替改变的方法后，弹性改变量就会维持在一个平稳的状态，遗传算法中的频率会体现在设备的转动上，这种遗传算法为解决机械设备在工程使用中结构优化设计、多峰值函数求极值等问题提供了参考。
（2）可行性分析：在机械的整个框架系统中，模拟了固定模式中的运行，加上基于模糊数学模型下的运转方式，把整个系统的优化性再次提升，能够在加工材料和零件上的加工都有很好的保护作用，避免了很多机械设备在使用中对于不明施工环境变化导致的机械损坏，提出框架结构系统可靠性优化的遗传算法在机械设备升级优化都有积极的帮助。
尽管遗传算法在模糊数学模型指导下已解决煤矿生产中了许多难题，但还存在许多不足之处，如算法本身的参数优化问题、如何避免过早收敛、如何改进机械有效的工作时间和工作方法来提高算法的效率、遗传算法与其它优化算法的结合问题等。共轭因子取得过小时，可能造成整个发散函数的极小解不是原目标函数的极小解；共轭因子取得过大时，搜索过程增加困难，所以对基于模糊数学模型的煤矿机械设备优化中遗传算法中的一系列问题还有待于进一步研究、讨论。
4 结束语
基于模糊数学模型的煤矿开采优化设计作为一项革命性的技术，在许多行业中都有着巨大的发展空间及应用价值。利用机械设备的优化方能能实现对煤矿资源的合理开发利用，使得煤矿行业能可持续发展。可以预见的基于模糊数学模型的煤矿开挖安全优化设计能推进我国煤矿企业的升级。但作为一个长期复杂的建设工程，在这个建设过程中定会有一些困难的出现。希望通过相关部门的共同努力，让基于模糊数学模型的煤矿开挖安全优化设计的整体系统能早日实现，并且进一步推进我国煤矿企业的发展。
[参考文献]
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