首页 -> 2006年第10期
自主创新的时代要建设好机械设计系列课程
作者：张 策
1．只有自主创新，才能成为制造强国
中国已成为制造大国，正在走向制造强国。中国之所以能够成为制造大国，首先应归功于改革开放的伟大方针，也说明我们已大体具备了一个制造大国所需要的制造能力；另一方面，也毋庸讳言，是发达国家看中了我们巨大的劳动力市场。中国要成为制造强国，必须大力弘扬自主创新精神、提高中国机械制造行业的自主创新能力。没有自主创新能力，不打出足够多的有自主知识产权的独立品牌，所谓“制造大国”实际上就是一个“劳动力大国”。这样的制造大国摆脱不了依附性，满足于此，是建设不成创新型国家的。
2．自主创新的关键环节在设计
一个新的机械产品的实现包括设计和制造两个主要环节。
对一个机械产品有如下四方面的基本要求：功能性要求、可靠性要求、经济性要求和社会性要求。机械的功能性要求是机械设计的依据和出发点；机械的可靠性要求由设计中的一个重要环节一工作能力计算来保证；对机械的经济性要求主要指机械的成本(包括制造成本和使用成本)，它在设计阶段就基本上被决定了；而对机械的社会性要求(对人和环境的影响)则完全取决于设计阶段的工作。
机械设计的主要内容如图1所示。它分为两大部分：方案设计阶段和技术设计阶段。方案设计阶段包括功能原理设计和运动方案设计；技术设计阶段包括运动学、动力学和工作能力的分析与设计，结构设计和图样的绘制。要保证对机械产品的四项基本要求，设计和制造都很重要，而设计更重要。看一个产品是否是创新的，是否具有自主的知识产权，关键则不在制造，而在设计，特别是机械的方案设计阶段。
3．加强中国高等机械工程教育中的设计教育
要设计出性能优良的、具有独立知识产权的产品，要走向制造强国，关键是提高中国机械制造工业的创新设计能力。中国高等机械工程教育理所当然地应该体现出当代中国社会发展的这种现实需要。在高等学校的教育计划、课程设置和教学内容中要加强机械设计系列课程；要改造原有的机械设计类课程的体系，建立有中国特色的机械设计类课程的新体系，才能培养出高水平的创新型人才。
二、机械原理与机械设计课程的地位不能削弱
1．机械原理与机械设计课程的目标与定位
谈到机械设计系列课程不能不首先讨论机械原理与机械设计这两门课程。
机械原理与机械设计课程的目标是使学生掌握机械系统运动方案设计和机构与零部件设计的基本理论和方法。通过本课程的理论教学和各种课内外的实践环节培养学生的综合设计能力、工程实践能力，以及创新精神和创新能力。 这两门课程(以下简称“机械两课”)历来是机械类专业至关重要的技术基础课。
“技术基础课的目的是为后续课程奠定基础”这一传统提法是十分片面的。“机械两课”所传授的知识、所培养的能力直接与工程实践的需要相衔接，直接有益于学生在毕业后从事机械设计方面的工作。
在原有的“机械制造工艺及其设备”和门类繁多的机械设计专业(冶金机械、轻工机械……)被改造为“机械设计、制造及其自动化”专业以后，增加了很多新的课程，而原有的专业机械的设计课程则被削减甚至取消了。 在这种情况下，“机械两课”不仅是机械专业至关重要的技术基础课，也成为了机械设计系列课程中的核心课程。
2．正确地理解国内外“机械两课”设置之异同
在当今强调要增强自主创新能力的情况下，在需要加强机械设计类课程的情况下，“机械两课”当然不应削弱。
近年来，世界一些发达国家高校的教育计划传入中国。国外学校在设计类课程的设置上有不同的倾向，这对修订中国高校机械学科的培养计划当然会带来一些影响。因而存在着一种对国外高校的课程设置和学时缺少认真的分析，而不顾国情，企图片面地大幅度削减两课学时的认识。这对发展中国的高等机械工程教育是极为有害的。
我们在比较和借鉴国外机械工程教育经验的同时，应该注意如下三个问题。
(1)中国和某些发达国家在世界制造业中的地位发生了变化。最近数十年来，发达国家的产业结构发生了很大的变化。一些发达国家存在着制造业外移的现象。例如，英国的制造业有相当一部分已经向海外转移，其工程教育出现了弱化倾向，有的学校的机械设计类课程确实大为削弱。制造业转移到东南亚，转移到了中国，在这种情况下，难道我们还要跟着他们，亦步亦趋地削弱自己的工程教育吗?
(2)各个发达国家机械设计类课程的设置和分量并不相同，在一个国家中，各个学校的情况也不相同。德国、俄罗斯大学中的设计教育就很强。
(3)国外各大学中的课程设置、课程名称、学分计算都与中国有很大的不同。
以英国King’s College(London)为例，相当于我国机械原理课程的教学内容被分散在三门课程中：“机械系统动力学”、“机构运动学和动力学”和“机电一体化子系统”。仅“机构运动学和动力学”一门课程就有54学时，其教学内容包括：平面连杆机构运动分析和设计、平面机构的力分析和动态响应、轮系运动学和动力学、简单机器人操作器的运动学；我国机械原理课程中包含的机构结构分析、凸轮机构、间歇运动机构和组合机构等内容还没有包括在这门课程中。
又如机械基础课程教学指导分委员会的一位委员曾去美国的杨百翰大学(BYU，Brigham Young University)访问，全程听了该校的“运动学(kinematics)”课程。其教学内容与中国的机械原理课程比较相近(不含机械动力学内容)，纯讲课学时为48学时，而我们的教学基本要求中所包括的齿轮机构、运动方案设计等方面的内容则很少或几乎没有。如果将这些内容计入，该课程的学时也要在60学时以上。
美国伍斯特理工学院(WPI，Worcester PolytechnicInstitute)是一所规模不大，但本科教育在美国有一定特色的大学。在该校，大体上相当于我国机械原理课程的“运动学”、“动力学”两课各占28学时。而我国机械原理课程中的“连杆机构综合”的内容则被放在了“创造性设计”课程中讲授。
从这三例看，我国现行的机械原理课程的学时和这三所西方大学相应课程的学时是差不多的。
3．了解国外教学情况的历史经验值得注意
自改革开放以来，我们就注意了解国外、特别是西方发达国家的教学。在如何做好这方面工作，有些历史经验值得注意。
我们先后采用了三种方法：
(1)开展国外教材的研究。20世纪80年代，机械原理教学指导委员会曾组织对几个国家的教材进行研究，并写出研究报告。这对研究国外教学内容的变化，特别是采用的分析、综合方法的变化不无裨益。但是，它对全面了解国外的教学情况则如“瞎子摸象”，因为一本厚厚的教材，给本科生可能只讲1／3。