芮曉光，劉鑫培，王傳洋

(1.蘇州市職業(yè)大學(xué)，江蘇 蘇州 215104；2.蘇州大學(xué)，江蘇 蘇州 215021)

0 引言

“機(jī)械基礎(chǔ)”是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)開設(shè)該課程目的是培養(yǎng)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生不但要具有較好的藝術(shù)知識，同時(shí)也要具有一定的機(jī)械基礎(chǔ)知識和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。工業(yè)設(shè)計(jì)不僅包含產(chǎn)品色彩、造型及人機(jī)工程學(xué)等要素，還涉及材料選用、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品制造工藝等技術(shù)性基礎(chǔ)要素。作為一個(gè)優(yōu)秀的工業(yè)設(shè)計(jì)師只有掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)知識，深入了解產(chǎn)品工作原理、結(jié)構(gòu)及相關(guān)制造工藝，才能設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理、造型美觀、可制造性好的工業(yè)產(chǎn)品。因此，“機(jī)械基礎(chǔ)”課程對工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)至關(guān)重要[1]。

1 工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)“機(jī)械基礎(chǔ)”課程教學(xué)現(xiàn)狀

1.1 教材與工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)貼近度不夠

目前，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)大多借用非機(jī)類的“機(jī)械基礎(chǔ)”等相關(guān)教材，由于教材不是為工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)需要而編寫的，其講解的內(nèi)容有些是該專業(yè)學(xué)生很少接觸到的帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、軸系零部件、螺紋連接、聯(lián)軸器、軸承等知識，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生很難將“機(jī)械基礎(chǔ)”內(nèi)容與美術(shù)類工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)聯(lián)系起來。傳統(tǒng)“機(jī)械基礎(chǔ)”教學(xué)內(nèi)容往往以機(jī)械中的傳動(dòng)、零件和機(jī)構(gòu)等原理為例，缺少貼近工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)相關(guān)的“機(jī)械基礎(chǔ)”內(nèi)容，使得工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生在進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，無法將所學(xué)機(jī)械基礎(chǔ)知識有效地應(yīng)用到工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中去。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)“機(jī)械基礎(chǔ)”課程時(shí)覺得乏味、無用而缺乏學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力[2-3]。

1.2 以“教”為主的教學(xué)方式不適合時(shí)代發(fā)展要求

工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)中課程教學(xué)與其他理工科專業(yè)教學(xué)方式不同，大多是以專題設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)大作業(yè)的方式開展教學(xué)工作，課堂以學(xué)生為主體，采用開放教學(xué)管理模式讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立設(shè)計(jì)，教師主要起指導(dǎo)和咨詢作用；師生互動(dòng)交流頻繁又隨性，課堂氣氛輕松又活躍。而傳統(tǒng)“機(jī)械基礎(chǔ)”課程采取以教師理論講授為主，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生難以適應(yīng)“黑板上開機(jī)器”的教學(xué)方式，以致教學(xué)效果不理想。而“機(jī)械基礎(chǔ)”課程理論性較強(qiáng)，如直接讓學(xué)生進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，當(dāng)涉及到“機(jī)械基礎(chǔ)”知識的應(yīng)用時(shí)，學(xué)生不知從何下手。

2 工業(yè)設(shè)計(jì)“機(jī)械基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革設(shè)計(jì)

從上述討論可以看出，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)“機(jī)械基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革的內(nèi)容主要涉及到教材和教學(xué)方式兩個(gè)方面。

2.1 教材的更新

傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)中所選用的“機(jī)械基礎(chǔ)”教材涵蓋專業(yè)多，大多以機(jī)械工程專業(yè)為主編寫的，不利于工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生對機(jī)械知識認(rèn)知的需要。通常美術(shù)專業(yè)的學(xué)生設(shè)計(jì)的產(chǎn)品其美術(shù)感都比較好，但其對工業(yè)產(chǎn)品可制造性的認(rèn)知通常一般，而好的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)不但需要美感好，而且還需要可制造性好、產(chǎn)品物美價(jià)廉。因此，工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)所選用的“機(jī)械基礎(chǔ)”教材要求專業(yè)貼合度要高，課程教學(xué)內(nèi)容要以生產(chǎn)實(shí)際、市場需求為導(dǎo)向，教材內(nèi)容要以工業(yè)設(shè)計(jì)、藝術(shù)設(shè)計(jì)與機(jī)械基礎(chǔ)等相結(jié)合的方式，基于上述理念，本文提出了“新機(jī)械基礎(chǔ)”教學(xué)改革方案。

教學(xué)內(nèi)容從學(xué)生熟悉的簡單機(jī)械結(jié)構(gòu)、材料、基本原理、可制造性認(rèn)識入手。比如，可調(diào)整、可伸縮的書桌，讓學(xué)生了解可動(dòng)、可調(diào)的機(jī)械機(jī)構(gòu)都有哪些形式以及其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、外部形狀、材料、連接方式、可制造性對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響等。再如可通過對家用豆?jié){機(jī)、折疊自行車、洗衣機(jī)等工業(yè)產(chǎn)品來分析其機(jī)械結(jié)構(gòu)、可制造性以及外觀造型等影響因素及其關(guān)聯(lián)性。

這些實(shí)際案例教學(xué)，不但能讓學(xué)生認(rèn)識到不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)是如何影響到其外部造型的，同時(shí)也能讓學(xué)生深刻理解“機(jī)械基礎(chǔ)”是工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。工業(yè)設(shè)計(jì)師只有較好地掌握了機(jī)械、材料、制造等相關(guān)工程知識，深入了解產(chǎn)品工作的結(jié)構(gòu)原理及相關(guān)制造工藝，與工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識相結(jié)合，才能設(shè)計(jì)出可制造性好、物美價(jià)廉的工業(yè)產(chǎn)品來[4-6]。

2.2 工業(yè)設(shè)計(jì)“新機(jī)械基礎(chǔ)”課程策劃

針對工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)策劃的“新機(jī)械基礎(chǔ)”課程教材主要目錄如表1所示。

表1 工業(yè)設(shè)計(jì)“新機(jī)械基礎(chǔ)”課程目錄

3 工業(yè)設(shè)計(jì)“新機(jī)械基礎(chǔ)”課程教學(xué)與實(shí)踐

3.1 采用“新機(jī)械基礎(chǔ)”與工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)相結(jié)合

“新機(jī)械基礎(chǔ)”與工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)相結(jié)合課程教學(xué)的目標(biāo)是通過這種方式來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。工業(yè)產(chǎn)品內(nèi)部相關(guān)工作原理、機(jī)械結(jié)構(gòu)、制造方法等是學(xué)習(xí)難點(diǎn)之一，因此，課堂理論教學(xué)中應(yīng)利用多媒體課件將有關(guān)機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)體模型和工作原理通過錄像、動(dòng)畫仿真等直觀形式演示出來，有助于學(xué)生對抽象的機(jī)械原理的理解，了解各機(jī)械機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)傳遞關(guān)系等；同時(shí)錄像、動(dòng)畫的演示能讓學(xué)生感受工業(yè)設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)美感，以提升學(xué)生對工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的審美能力，激發(fā)工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生對“新機(jī)械基礎(chǔ)”的學(xué)習(xí)興趣。

在講到齒輪傳動(dòng)時(shí)以機(jī)械手表為例，講解機(jī)械手表如何計(jì)時(shí)，包括時(shí)針、分針和秒針及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)美學(xué)等。機(jī)械手表實(shí)際案例教學(xué)能使學(xué)生體會(huì)到機(jī)械基礎(chǔ)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要性和藝術(shù)性[7-8]。

a)機(jī)械手表機(jī)械結(jié)構(gòu)

機(jī)械手表傳動(dòng)系統(tǒng)一般采用齒輪傳動(dòng)。齒輪除了把能源裝置的力矩輸送給擒縱調(diào)速器，維持振動(dòng)系統(tǒng)作不衰減的振動(dòng)外，還把擒縱輪的轉(zhuǎn)角按一定比例關(guān)系傳遞到秒輪、分輪及時(shí)輪，使指針機(jī)構(gòu)指示出時(shí)刻、日期或星期。機(jī)械手表機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)械手表機(jī)械結(jié)構(gòu)

b)機(jī)械手表基本工作原理

機(jī)械手表基本工作原理如圖2所示，主傳動(dòng)系統(tǒng)將能源裝置輸出的能量傳遞給擒縱機(jī)構(gòu)以維持?jǐn)[輪游絲系統(tǒng)不衰減的振動(dòng)，同時(shí)在不增加發(fā)條圈數(shù)的條件下，延長手表一次上弦的持續(xù)工作時(shí)間。

圖2 機(jī)械手表工作基本原理

擺輪游絲系統(tǒng)的能量是由擒縱機(jī)構(gòu)供給的，游絲擒縱機(jī)構(gòu)如圖3所示。

圖3 游絲擒縱機(jī)構(gòu)

杠桿式擒縱機(jī)構(gòu)主要由擒縱輪、擒縱叉和雙圓盤三部分組成，它的特點(diǎn)是利用擒縱輪齒與擒縱叉上的撥叉在釋放與傳動(dòng)過程中將原動(dòng)系統(tǒng)輸出的能量傳遞給擒縱叉，同時(shí)擒縱叉口又會(huì)與圓盤銷釘相互作用，擒縱叉通過圓盤銷釘將來自擒縱輪輸入的能量傳遞給擺輪游絲系統(tǒng)。通過這一系列的杠桿原理，擺輪游絲系統(tǒng)源源不斷地得到原動(dòng)系統(tǒng)輸出的能量以維持該系統(tǒng)不衰減地振動(dòng)，從而完成機(jī)心指示裝置準(zhǔn)確走時(shí)的使命。

通過上述機(jī)械手表機(jī)械傳動(dòng)原理使學(xué)生認(rèn)識到機(jī)械傳動(dòng)在現(xiàn)實(shí)生活中是如何應(yīng)用的，提高對“新機(jī)械基礎(chǔ)”課程的認(rèn)識感和興趣感。

c)材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中常常涉及到材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，在講解材料和結(jié)構(gòu)關(guān)系時(shí)，以圖4所示的不同材料變元和結(jié)構(gòu)變元產(chǎn)生的不同效果為例，講解了材料與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

1)材料變元

材料變元有兩類：一是改變材料的物性，二是改變材料工作位置。改變材料的物性，即選用不同的工程材料，往往同時(shí)伴隨著加工工藝的變化。

2)結(jié)構(gòu)變元

結(jié)構(gòu)變元有兩層含義：其一，什么是機(jī)械構(gòu)造的基本元素；其二，如何系統(tǒng)地、有規(guī)律地改變這些元素，從而產(chǎn)生多個(gè)可能性設(shè)計(jì)方案。

由圖4可看出3種不同材料(木材、塑料、金屬)與結(jié)構(gòu)制作的夾子。由于3種材料性能相差很大，其結(jié)構(gòu)形狀也相差甚遠(yuǎn)[9]，在實(shí)際設(shè)計(jì)中要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況選擇不同材料和不同的變元結(jié)構(gòu)。

圖4 不同材料變元和結(jié)構(gòu)變元產(chǎn)生的不同效果

3.2 TRIZ創(chuàng)新理論與工業(yè)設(shè)計(jì)課程教學(xué)相融合

傳統(tǒng)教學(xué)授課以老師講授為主，缺乏以問題為導(dǎo)向的學(xué)生思維創(chuàng)新能力的培養(yǎng)過程，學(xué)生的思維受到教材書本的禁錮，最終導(dǎo)致思維慣性和惰性。近年來，陸續(xù)有些學(xué)校工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)開設(shè)前蘇聯(lián)根里奇·阿奇舒勒先生為主研發(fā)的一種發(fā)明創(chuàng)新技術(shù)方法(簡稱TRIZ理論)課程。

比如以工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)核心課程——造型設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程為例，其中重要的章節(jié)有“形態(tài)的創(chuàng)造及其方法”。采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，在講形態(tài)的創(chuàng)造時(shí)老師反復(fù)會(huì)說要以創(chuàng)新的思想去構(gòu)思形態(tài)美，具體用什么創(chuàng)新方法，往往又很難給學(xué)生講清楚工業(yè)設(shè)計(jì)是怎樣與創(chuàng)新理論相結(jié)合的，如何對工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新的等等。

基于TRIZ理論思維教學(xué)的老師在講解這一章節(jié)時(shí)，以著名的LCW座椅為例(圖5)來講解如何用TRIZ理論進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

圖5 LCW椅造型設(shè)計(jì)

LCW坐椅最大特點(diǎn)是它由一組模壓膠合板組成，每一部分都最大程度地突顯了它的特定功能，它將產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)組合在一起，較好地實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡潔、造型美、材料省、舒適性好等工業(yè)造型設(shè)計(jì)，獲得了制造商和使用者較高的滿意度[10]。

a)設(shè)計(jì)思維方式的創(chuàng)新

學(xué)生學(xué)習(xí)了 TRIZ 理論體系后，受LCW坐椅的啟發(fā)，依據(jù)工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)情感性、舒適性設(shè)計(jì)原則，抽取座椅創(chuàng)新設(shè)計(jì)中存在的物理矛盾和技術(shù)矛盾，根據(jù)查詢矛盾矩陣得到發(fā)明原理的方法，在老師的引導(dǎo)下，結(jié)合自己專業(yè)知識，運(yùn)用TRIZ理論40條發(fā)明創(chuàng)新原理的目錄中非對稱、曲面化和動(dòng)態(tài)化原理的組合，提出并設(shè)計(jì)了一款“基于TRIZ的舒適座椅”(圖6)。

圖6 基于TRIZ的舒適座椅創(chuàng)新設(shè)計(jì)

在舒適座椅設(shè)計(jì)過程中，運(yùn)用了學(xué)生們學(xué)過的造型設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、新機(jī)械基礎(chǔ)和發(fā)明創(chuàng)新的TRIZ理論等知識，為舒適座椅創(chuàng)新設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，而且學(xué)生們在心理上也很有成就感。課程教學(xué)中將零碎的機(jī)械基礎(chǔ)知識與產(chǎn)品設(shè)計(jì)聯(lián)系起來，讓學(xué)生明白所學(xué)“新機(jī)械基礎(chǔ)”在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中是如何應(yīng)用的。

b)教學(xué)方式的創(chuàng)新

在授課中采取多師同堂的教學(xué)模式，邀請與本課程相關(guān)的工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、TRIZ理論課程相關(guān)的老師和企業(yè)工程師等進(jìn)行同堂講授，依據(jù)每節(jié)課教學(xué)內(nèi)容結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行面對面講授，必要時(shí)可以現(xiàn)場進(jìn)行演示教學(xué)。教學(xué)內(nèi)容上注重工程性指導(dǎo)教學(xué)，將工程案例引入課堂教學(xué)中。

用工程項(xiàng)目貫穿課堂內(nèi)容主線，將教學(xué)內(nèi)容、工程實(shí)踐、專業(yè)領(lǐng)域新技術(shù)進(jìn)行融合。引導(dǎo)學(xué)生大膽質(zhì)疑，放飛思想，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)技術(shù)與方法，知識與實(shí)踐的貫通，促進(jìn)創(chuàng)新能力和創(chuàng)造力的發(fā)展[11]。

c)畢業(yè)設(shè)計(jì)方式的創(chuàng)新

畢業(yè)設(shè)計(jì)通常來說是“總結(jié)設(shè)計(jì)”，也就是說通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的方式，讓學(xué)生對幾年來所學(xué)的知識進(jìn)行匯集總結(jié)，是為了讓學(xué)生能更好地作好畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，在有條件的情況下能以工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)際課題完成畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。

我校2021年工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)與某汽車4S店合作，以一種“可調(diào)擺臂式智能雨刮器”創(chuàng)新設(shè)計(jì)為課題，組織了工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)專業(yè)3名學(xué)生聯(lián)合來完成課題。其中1名學(xué)生進(jìn)行總體造型設(shè)計(jì)，1名學(xué)生進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，1名學(xué)生進(jìn)行電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)劃進(jìn)度安排如表2所示。

表2 畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)劃進(jìn)度表

1)課題調(diào)研

通常課題調(diào)研是畢業(yè)設(shè)計(jì)的先期工作，通過課題調(diào)研會(huì)使學(xué)生了解到市場上現(xiàn)有雨刮器有哪些形式，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)，對雨刮器都有什么要求及期望。

通過調(diào)研，學(xué)生們了解到目前市場上雨刮器主要有有骨架雨刮器、無骨架雨刮器等多種類型。市面上的雨刮器主要存在著如下問題：有骨雨刮器壓力傳遞不均勻、刮水效果差、金屬支架重、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)負(fù)擔(dān)大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、噪聲大等；無骨雨刮器規(guī)避有骨雨刮和三段式雨刮的缺點(diǎn)，用整體式鋼片代替金屬支架，膠條受力均勻，簡化了結(jié)構(gòu)和減輕了質(zhì)量，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷相對小，但是這種雨刮器也存在著雨刮器速度和噴水量不可調(diào)，水痕、擦痕大等問題。

調(diào)研工作結(jié)束后，組織畢業(yè)設(shè)計(jì)調(diào)研的學(xué)生開展討論，最后確定“可調(diào)擺臂式智能雨刮器”創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案和每位學(xué)生的分工及主要設(shè)計(jì)內(nèi)容。

2)課題設(shè)計(jì)

在課題確定的基礎(chǔ)上，開始課題設(shè)計(jì)工作(包括總體方案設(shè)計(jì)、子課題設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)研究、撰寫畢業(yè)論文和論文答辯等工作)。

汽車雨刮器是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、刮刷風(fēng)窗玻璃外表面上雨水、雪霜和灰塵等物質(zhì)的裝置。一般由永磁式電動(dòng)機(jī)、曲面型刮片(曲刮)或平面型刮片(平刮)、彎鉤式刮桿或插入式刮桿組成。

①汽車雨刮器刮片活動(dòng)方式的選擇

課題組學(xué)生通過對汽車雨刮器系統(tǒng)的種類學(xué)習(xí)，了解到刮片工作方式分為平行式、對向式和交叉式3種形式。經(jīng)過分析討論認(rèn)為平行刮片式最易制造，會(huì)使司機(jī)視覺更舒服。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的平行刮片可調(diào)式智能雨刮器如圖7所示[12]。

圖7 螺旋齒輪滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)

在設(shè)計(jì)該雨刮器時(shí)，將“新機(jī)械基礎(chǔ)”課程中學(xué)到的平行四連桿機(jī)構(gòu)原理應(yīng)用到雨刮器刮臂中。當(dāng)雨刮器安裝后刮臂位置不理想時(shí)，可通過對推桿A、B上壓板螺栓調(diào)整來改變雨刮器兩臂的初始與終止位置。當(dāng)刮臂的刮刷角度不理想時(shí)，可通過更換偏心臂及擺臂兩軸的中心距來調(diào)整刮刷角度，滿足擺臂之間距離調(diào)整的要求。

②汽車雨刮器減速變方向驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

考慮到傳統(tǒng)雨刮器左右擺動(dòng)通常采用蝸輪蝸桿減速(滑動(dòng)摩擦)方式，驅(qū)動(dòng)摩擦力較大的問題，學(xué)生經(jīng)過研究討論，把“新機(jī)械基礎(chǔ)”課程中學(xué)到的螺旋齒輪傳動(dòng)可以改變傳動(dòng)方向和滾珠絲杠可變回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)的原理結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了一種如圖8所示的滾珠絲杠與螺旋齒輪復(fù)合傳動(dòng)減速器。在答辯時(shí)，參加答辯的老師認(rèn)為，該雨刮器變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，可以有效地降低能耗，機(jī)構(gòu)具有較好的創(chuàng)新性。

圖8 滾珠絲杠與螺旋齒輪復(fù)合傳動(dòng)減速器

③汽車雨刮器智能控制技術(shù)的設(shè)計(jì)

根據(jù)課題設(shè)計(jì)總體思路要求，設(shè)計(jì)的可調(diào)擺臂式智能雨刮器控制系統(tǒng)如圖9所示。該系統(tǒng)的硬件主要包括紅外雨量檢測和雨刮器控制。此外人機(jī)界面包括按鍵輸入、LCD顯示。

圖9 可調(diào)擺臂式智能雨刮器控制原理框圖

圖10為雨量傳感器的紅外發(fā)射電路，由紅外LED、NPN型功率三極管和PNP型三極管組成。頻率調(diào)制的方波信號IFRP通過電阻R6加載到NPN型功率三極管Q1的基極，三極管Q1工作在放大狀態(tài)，紅外LED發(fā)出調(diào)制的脈沖紅外光，反饋電壓加載在PNP型三極管Q5的基極，反饋電壓增大紅外LED發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)，反饋電壓降低紅外LED發(fā)光強(qiáng)度減弱。由此，紅外LED的發(fā)光強(qiáng)度受反饋電壓的控制，發(fā)光頻率受調(diào)制頻率控制。

圖10 雨量傳感器的紅外發(fā)射電路

雨刮電機(jī)控制采用專用的雨刮器控制芯片SX5125，控制雨刮器的多種工作狀態(tài)，如快刮、正常刮、洗刮、間歇刮等，應(yīng)用電路及電路板分別如圖11、圖12所示。實(shí)際電路為了確保MSP430芯片和SX5125芯片之間的電平匹配，還加入3.3 V～5 V電平轉(zhuǎn)換芯片SN74ALVC164245。

圖11 智能雨刮器控制電路

圖12 智能雨刮器控制電板

3)制造安裝調(diào)試

學(xué)生設(shè)計(jì)好新型汽車智能雨刮器后，安排實(shí)驗(yàn)室老師指導(dǎo)學(xué)生對設(shè)計(jì)的可調(diào)式智能雨刮器進(jìn)行制造(包括機(jī)械加工、電氣控制以及安裝調(diào)試)，最后完成了整個(gè)新型智能汽車雨刮器開發(fā)工作。

4 結(jié)語

針對工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)的“機(jī)械基礎(chǔ)”課程教學(xué)中存在的問題和不足，通過對其分析探討和教學(xué)改革，研究構(gòu)建了“新機(jī)械基礎(chǔ)”課程教學(xué)目錄。

該“新機(jī)械基礎(chǔ)”與傳統(tǒng)的“機(jī)械基礎(chǔ)”課程教學(xué)目錄不同點(diǎn)在于：

1)增加了產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料及加工認(rèn)知基礎(chǔ)內(nèi)容部分，側(cè)重介紹了常用機(jī)械制造方法，教學(xué)生在進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮制造問題，即產(chǎn)品的可制造性問題；

2)增加了產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容，重點(diǎn)介紹了TRIZ理論和40條發(fā)明創(chuàng)新原理內(nèi)容，為工業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了新科學(xué)理論方法；

3)在教學(xué)方式方面，創(chuàng)新地提出了多師同堂的教學(xué)和設(shè)計(jì)工程案例引入課堂的模式來改變社會(huì)對高職院校學(xué)生只能動(dòng)手不能作創(chuàng)新設(shè)計(jì)的刻板印象；改變學(xué)生對自身能力的認(rèn)知，打破學(xué)習(xí)的局限，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性；

4)通過實(shí)例畢業(yè)設(shè)計(jì)方式來教學(xué)生懂得工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作通常有哪些步驟，是怎樣進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，為學(xué)生進(jìn)入社會(huì)能迅速開展工作奠定好基礎(chǔ)。通過理論結(jié)合實(shí)際的畢業(yè)設(shè)計(jì)使學(xué)生能夠改變對自身能力的認(rèn)知，打破學(xué)習(xí)的局限，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，強(qiáng)化自身的專業(yè)技術(shù)，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)能力；

5)通過工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)“新機(jī)械基礎(chǔ)”課程教學(xué)改革來著力培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的社會(huì)競爭能力。讓工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生展開機(jī)械工程知識、藝術(shù)美學(xué)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)復(fù)合作用的翅膀，使未來的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)師們翱翔得更高更遠(yuǎn)。