机械导论论文(精选5篇)

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所属分类:文学
摘要

通常农作物图像的预处理步骤包括灰度化、二值化、滤波及形态学运算等。具体如下:①灰度化。通常农作物与背景相比具有较高的G值,因此采用提高绿色权重的方法(如2G-R-B)进行图像的灰度化,减少后续图像处理的数据量。②二值化。目前较多采用最大类间方差法…

机械导论论文(精选5篇)

机械导论论文范文第1篇

目前基于视觉的导航路径检测算法较多,大多基于直线模型采用直线拟合方法,通常包括图像预处理、获取导航特征点及拟合基准线3个主要环节。采用曲线模型的检测算法存在计算量大、模型复杂且适应性差等问题,且研究报道较少。

1.1图像预处理技术

通常农作物图像的预处理步骤包括灰度化、二值化、滤波及形态学运算等。具体如下:①灰度化。通常农作物与背景相比具有较高的G值,因此采用提高绿色权重的方法(如2G-R-B)进行图像的灰度化,减少后续图像处理的数据量。②二值化。目前较多采用最大类间方差法(Ostu算法)实现阈值的自适应选取。Ostu算法通用性好,不需要对像素进行训练学习,适用于不同特点、不同质量的图像。③滤波及形态学运算。应用函数窗进行中值滤波去除点状噪声,用面积属性法将余下的小面积噪声设置成背景,或用相应的结构元素进行腐蚀、膨胀运算加以修正。此外,预处理环节中还包括如下一些常用的方法。于国英等采用固定阈值分割法,用归一化的超绿特征2g-r-b并选取0.11做固定阈值分割,取得较好效果。司永胜等采用剖线图法,用G-R作为特征因子,若满足G-R>0即判该像素为作物,否则判为背景,并对小麦、大豆、玉米进行二值化实验对比,分割3幅图像分别用时9、9、10ms;而采用2G-R-B和OSTU法分割分别用时22、23、20ms,图像分割耗时大幅减少。剖线图法在常用分割算法中最为简单快速,但与固定阈值法类似都缺少对环境的适应性。安秋等针对前景与背景差异较小的灰度图,采用增强的Otsu法分割图像,即选择简单的线性拉伸变换进行对比度增强处理,然后再用Otsu算法分割取得较好效果。冯娟等对灰度化图像采用二维Otsu算法获取最优分割阈值,实现树干区域的提取。该算法既利用图像像元点间的灰度分布信息,又考虑了像元点之间的空间相关信息,分割效果优于一维Otsu算法;但算法运算量明显加大,实际应用较少。蔡晋辉等针对复杂环境下图像存在大面积反光时采用固定阈值法、最优迭代法等全局性阈值效果差的缺陷,提出分区自适应阈值分割方法:将灰度图均分为若干子区域,计算全局灰度均值M与各子区域灰度均值MeanIn[m],确定各子区域的分割阈值 BinVal[m]=MeanIn[m]+Mt(t为全局亮度调整因子,体现整体亮度对阈值的影响),对各子区域分别二值化。另一类常用的方法是将图像从RGB空间转换到HIS、HSV、Lab等空间,实现色度与亮度的分离,以弱化光照对图像的的影响。孙元义等针对棉田图像复杂背景,在图像灰度化时对近200幅动态棉田图像用2G-R-B、2H、Lab中a色度分量分别灰度化并比较,结果Lab中的a分量灰度化效果最好。王新忠等在温室垄间视觉导航路径检测中,将图像由RGB空间转换到HSI空间,提取亮度分量I后采用Otsu算法二值化,并依据人工处理效果合理设置阈值修正量 ,较好实现垄间加热管的分割识别。该类方法的不足在于模型转换涉及较多的非线性运算,程序耗时不容忽视。在模式识别方法中,张红霞等在灰度化图像的基础上采用K-means聚类方法实现苗列和背景的分割。高国琴等提取色调分量H,采用K-means算法实现温室移动机器人导航路径的识别。K-Means算法的优势在于能够实现动态聚类,具有自适应性,不受噪声和局部边缘变化的影响,但也存在计算量大及易受聚类个数与初始中心影响的缺点。蒋海波等直接在RGB颜色空间用颜色聚类方法进行图像分割,类别为路径和非路径,通过Euler公式计算图中某点RGB分量到2个颜色聚类中心距离d1和d2;如果满足d1<d2,像素点被判为路径,否则为非路径,但其缺点在于须先离线分析出两个聚类点的全局RGB空间坐标。赵博等针对影响路径识别较大的垄间杂草环境,提出神经网络分类法。网络的输入与输出是像素的灰度值,输入层的9个神经元分别代表3 3窗口内的像素灰度值,输出层的一个神经元代表窗口内像素点的分类号,剔除杂草后用普通环境下的视觉导航方法进一步识别。神经网络分类法的问题在于其泛化能力,即对于非样本输入也要能正确地映射,因此需要足够大的训练样本,但农业环境的复杂性制约了神经网络样本集的完整选取。

1.2导航特征点的提取

为准确拟合导航基准线,需要提取最能代表作物行走向的离散特征点,原则上既可以选择农作物与非农作物间的分界线,也可直接将作物行本身作为导航特征。常用的边缘检测方法是对原始图像按像素的某邻域构造边缘检测算子,如用梯度算子(Roberts、So-bel、Prewitt和Kirsch算子等)和Laplace算子分别对图像进行一阶和二阶的运算,在图像处理应用中比较成熟。近年来还出现如基于小波的边缘检测、基于形态学的边缘检测、基于模糊梯度的边缘检测、基于分形理论的边缘检测等多种新型算法;但缺点是计算复杂,影响实时性。针对农作物行图像而言,一般中间位置线较左、右边缘线更为整齐,因此作为定位基准线更具有代表意义。张卫等提出中间线检测准定位基准线,即依据预处理后的目标像素具有一定宽度的特点,逐行扫描目标区域,找出每行左、右端点并求其中点作为导航路径特征点,用于后续的中心线拟和。该方法在实时性场合获得较多应用,但其准确性依赖于之前的预处理结果。国外H.T.S gaard较早阐述垂直投影法,国内袁佐云最先应用垂直投影法进行作物行定位,即将得到过绿特征图像划分为若干水平条,并进行垂直投影,求取投影曲线上突出峰点的位置;用稳健回归法对位置点进行线性拟合得到作物的行中心线,在大豆作物行定位上获得验证。其算法原理简明,应用广泛,并且提取的特征点数可随图像条高度的变化而改变。姜国权等、籍颖等、曹倩等在此基础上进一步采用基于垂直投影的窗口移动法提取更多的导航特征点。

1.3直线拟合

上述导航特征点是围绕某条直线的离散定位点,在使用直线路径模型的情况下,用直线拟合方法得到真正的导航基准线及其参数。常用直线检测方法有最小二乘法、标准Hough变换及改进的Hough变换等。吴佳艺等在林间导航路径生成算法研究中,针对高大作物场景,扫描图像获得视野两边的树干与地面的交界点,计算出交点中心的一系列离散点簇,通过最小二乘法生成导航直线。但最小二乘法的缺点是抵抗噪声能力差,易受所谓 野值 的影响,当图像中噪声点较多或目标点趋于分散时,最小二乘法拟合误差较大。最直接的改进方法是根据数据点与拟合直线之间的误差分布,将误差过大的数据点剔除。例如,在数据点服从正态分布的前提下,可将与拟合直线之间误差超过2倍或3倍分布标准差的数据点去除;但实际的强噪声环境会显著提高整个数据集的分布标准差,易使噪声点被误认为正常点而无法剔除。齐保谦等提取每行植被像素的中点为特征点,用最小二乘法拟合一次,保留距离直线小于20个像素的特征点,然后二次拟合提取最终的导航基准线。1962年,Paul.Hough以专利的形式首先提出检测图像直线的Hough变换法,至今获得广泛应用。对于穴播类作物,导航特征表现为比干扰面积大得多的团块。为此,饶洪辉等对二值化图像采用8连通区域标记后据其面积属性去除噪声,再经一次标记后找出各标记作物的重心点坐标,最后通过标准Hough变换法检测作物行中心线。对于行播类作物及具有垄沟的连续导航特征,先进行预处理并提取导航区域边界,求出左右边界的中值点后直接用Hough变换检测导航特征。孙元义等、赵瑞娇等都采用标准Hough变换获得相应导航路径。对于温室垄间轮廓线的识别,李娟娟等运用Susan算子法对灰度图像二值化,采用标准Hough变换检测出两侧人工导热管线,最终提取其中间线。标准Hough变换作为一种全局检测算法具有很大的盲目性从而降低了算法的效率,因此各种改进算法层出不穷,主要集中在减少其计算的空间、时间开销。赵颖等根据已耕作、未耕作和非农田区域的不同颜色特征,判断出田端和犁沟线的位置以及方向候补点群,使用基于一点的改进Hough变换计算出犁沟线的斜率。该算法将逐点向参数空间投票的穷举式运算转化为所有点向一个已知点的投票,仅对已知点进行累加分析,大幅提高处理速度;但该方法的关键在于已知点的选取,若选取不当,会直接造成导航线提取失败。Xu等提出了随机Hough变换(RHT),其基本思想是随机选取两点可唯一确定参数空间的一点,只对多到一映射所得参数分配单元并累积。吴刚等在收获机器人行走目标直线检测中,应用随机Hough变换完成直线检测。陈娇等针对在像素空间多垄线识别出现的漏检、跨垄检与重复检的问题,首先计算出各导航定位点世界坐标,然后结合垄线平行特征,应用随机Hough变换实现多垄线的识别与定位。与传统Hough变换相比,RHT虽然具有存储空间小、速度快等优点,但其全局采样仍会引入一定的盲目性,并且算法自身存在收敛性问题,往往需要附加其它条件加以约束。周俊等针对常规方法因忽视成像透视效应造成图像平面中各像素点权重不同使得直线拟合精度受限的不足,提出一种新的Hough变换方法:把图像平面中的直线路径识别过程转化为机器人位姿空间的累加,将识别过程和位姿求取自然融合在一起,后续结合卡尔曼滤波预测提取作物边界的导航参数,解决视觉计算导致的测量状态值滞后问题。

1.4实时性措施

1)感兴趣区域(ROI)的构建。

为了提高图像处理速度,减少计算量,提取最能表现导航特征的关键区域作为兴趣区域,并以一定尺寸的窗口限定其搜索范围。冯娟等在果园视觉导航研究中,采用水平投影法提取主干区域,逐行扫描预处理后的图像求得投影曲线S(i),根据投影曲线的变化特点确定出ROI窗口的上、下界线,窗口宽度取原图像宽度,然后在ROI区域内提取树干与地面的交点作为特征点。

2)动态窗口与图像抽点简化技术。

由于Hough变换算法受直线间断的影响小,并不要求像素之间的连通性,因此可只对一定间隔的像素进行Hough变换。杨为民等采用基于Hough变换和动态窗口技术提取自然环境下的导航特征,为了进一步提高实时性,在采用动态窗口跟踪减少图像处理工作量的同时还采取了图像抽点简化技术,使每帧图像的处理时间控制在80~100ms以内,以满足导航的实时性要求。

3)带角度限制的Hough变换。

由于实际导航过程中图像具有连续性,导航特征在短时间内不发生突变。杨庆华等针对在同一片作业场景实时跟踪过程中的导航线偏角变化小,提出限定区域的Hough峰值检测,实现图像的批量处理。同样,蔡晋辉在自动导引车路径识别算法研究中,根据相邻帧中的引导线倾斜角接近,指出可由前帧中引导线的倾斜角度 确定当前帧中引导线倾斜角的可能范围,Hough变换时只对[ min, max]间的角度范围加以搜索,以提高实时性。

1.5其它检测方法

于国英等在农业车辆视觉导航参数提取的研究中,在二值图像边界提取的基础上,利用Radon变换直接获得直线参数 和 作为车辆的导航参数。与Hough变换相比,Radon变换计算量大,实时性差,且对检测目标的形状要求比较高,因此应用较少。姜国权等针对Hough变换计算量大、参数空间难以量化的不足,提出基于随机方法的作物行提取算法,即从定位点中随机选取2点决定一条候选直线,再根据阈值规则进一步判断候选直线的真实性,并验证其速度优于Hough变换和随机Hough变换,但算法存在判断过程复杂且人为阈值设置过多的问题。丁幼春等提出基于旋转投影法的路径识别算法,即通过角度枚举对图像ROI实施旋转投影变换,由旋转后的图像的列均值与枚举角度构成旋转矩阵R,对其行向量实施差分运算,得到差分旋转投影矩阵Rd,由Rd的极值可确定出导航路径。张志斌等针对Hough变换原理提取田间垄线存在的问题,根据垄线点空间关系,运用Fisher准则函数进行反压缩处理,得出了多垄识别统一模型;但算法复杂度过高,难以满足实时应用。李克俭等提出一种基于多次腐蚀的算法,即通过对分割后的图像进行多次腐蚀,每次相应提取一段,然后将各段导航线连接起来作为农用AGV的曲线导航线。蒋海波等在导航目标曲线检测算法研究中,应用最小二乘曲线拟合算法,采用5阶多项式对路径中心点拟合,提取出导航参数并投影至世界坐标系。但采用曲线模型的检测算法存在模型复杂和计算量的问题,而且对于复杂路径很难找到满足多种情况的曲线模型。

2国外研究近况

2003年,Francisco等尝试将立体视觉应用于自动导航的研究,在3D重构图中使用正弦模板与作物行的高度数据匹配,检测作物行位置。2005年、2008年Kise等持续研究了双目立体视觉的方法,在农田拖拉机视觉导航上尝试建立3D作物行模型,对于农田环境较理想情况下取得较好效果。但是,立体视觉算法普遍计算较为复杂,实时性成问题,且要求两个摄像头的同步性,国内相关研究不多。2003年,S gaard等提出了一种不用图像分割的作物行识别算法。首先为减少计算量,该算法先将图像缩小至1/9大小基础上用2G-R-B灰度化,然后将灰度图分割成15个水平条,估计出的灰度重心作为特征点,最后用加权最小二乘法提取作物行。实验中用图像中预先设置的白绳索图像作对照,与检测出来的垄基准线线进行对比,但灰度重心点计算复杂度较高,并且实验中未给出实时性指标。2004年,SHan等对玉米和大豆图像,用单色相机拍摄,在图片上、下半区中规划兴趣区域,并建立4个跟踪窗口并用K-means聚类算法来进行分割,采用矩算法来提取导航基准线,最后用先验行间距信息通过价值函数判断其结果是否接受或重新计算,将图像上半兴趣区的结果用于导航、下半兴趣区的结果用于验证算法的可靠性。但文献中并未提及如何获取兴趣区域、跟踪窗口的具体措施。2005年,Strand等提出了一种鲁棒的基于Hough变换的作物行识别方法:首先,在车身侧面的灰度相机上安装近红外滤片获取高对比度图像,运用形态学运算并固定阈值分割获取二值图像;然后,根据透视变换几何模型,根据像素坐标满足的线性方程关系,对参数航向角 和横向偏差s进行Hough变换确定导航基准线。Hough变换检测中,用近邻的多直线矩形框取代一条直线,以适应不同宽度的作物行。2006年,Leemans等对比了条播机的视觉导航的两种方法。在对图像进行预处理获得二值图像后,针对条播机留下的犁沟线的跟踪检测,采用结合递归滤波的改进Hough变换,并采用meanshift算法获取Hough空间参数;针对多作物行的检测中,提出了基于先验行间距知识与消隐点的算法,但都计算复杂且需先验知识。2008年,TijmenBakker等在温室甜菜作物行的视觉导航研究中,先通过像机标定把图像矫正到世界坐标系,并将彩色图像灰度化,然后根据先验作物行宽度知识将含3条作物行的灰度图从左到右分成3块并叠加而后二值化,最后采用Hough变换得到作物行的直线作为导航线。2012年,Romeo等也提出了一种玉米作物行识别算法。包括两部分:首先是基于模糊聚类的绿色像素分割方法,出于实时性考虑采用基于离线训练的方式事先获取的颜色阈值;然后基于先验知识与成像几何约束检测出作物行,在试验阶段针对多次减半采样图像。结果表明该方法的有效性与实时性均优于Hough变换;但算法先验知识中的假设条件过强,且与其他文献对比实时性一般。2011年,Xavier等为区分作物行与杂草,设计了一种包括并行执行的鲁棒作物行检测算法(RCRD)与快速图像处理算法(FIP)两部分的新算法。预处理阶段采用经遗传算法优化出的RGB颜色系数进行灰度化,再取其灰度均值进行阈值分割;在RCRD中,每次将连续存储的8帧二值化图片进行 与 操作,保留出最有可能代表作物行的像素,然后进行形态学去噪并生成的作物行图像;在FIP中,将图像分割成25个水平条,并采用投影法计算出可能的作物行位置,然后应用当前RCRD生成的作物行图像作匹配,并将其余部位的像素作为杂草丢弃。实验阶段对比自动识别与人工识别的效果,并在通常环境、错误播种、大块杂草及相机抖动4种环境下进行验证。2012年,Montalvo等针对高杂草环境及相机振动,设计了一种的鲁棒的作物行检测方法:首次,OSTU分割获取绿色像素,接着二次OSTU分割将作物与杂草像素区分开;然后,将二次分割后的图像与事先构建的已知作物行结构模板进行 与 操作,提取出参与作物行检测的像素并剔除野值点;最后,利用最小二乘法提取出代表作物行走向的直线。2013年,Guerrero等在此基础上,设计了作物行检测的专家系统。第1步是进行绿色像素分割,将RGB空间图像转换成GA灰度图像并采用OSTU方法分割获取植被像素;第2步是基于已知的作物行结构,将期望直线与真实作物行匹配,与并采用Theil Sen估计器来修正结果。但方法需要事先构建已知作物行结构的模板,先验条件强。

3研究方向探讨

3.1建立合理的算法评价系统

已有研究结果表明,该领域研究主要存在的问题是算法的实时性与鲁棒性、准确性之间的矛盾,这需要根据具体作业情况进行合理的折衷。虽然目前图像处理技术发展迅速,各步骤中的精确算法较多,但大多时间及空间复杂度较高,有些只适用于实验室分析的非实时环境。由于农业机械的实时性要求,限制其在视觉导航中的实际应用。仅以直线拟合方法中的改进Hough变换为例,已有若干精确的鲁棒回归方法,如结合Hough变换与最小二乘法的直线检测、基于多分辨率的Hough变换、基于PCA参数约束的Hough变换、基于梯度方向信息的随机Hough变换、基于距离约束的随机Hough变换等,这些方法大多针对高维与大数据集的复杂图像,有些还需要引入重采样技术,因此其计算复杂度上的优势在导航直线类的低维数据集上不能够得到体现。视觉导航不仅要能准确地提取导航信息,而且要满足实时性要求。杨为民在其研究中得出若图像处理的时间过长,则导航精度和稳定性都会变差。另一方面,由于农田非结构化场景复杂多样、成像条件不可控等原因,不可避免地带来的算法鲁棒性问题。有些研究利用先验知识事先进行算法阈值设置或构建作物行模版形成特定条件下的有效算法,这些手段虽然有助于算法实现及实时性提高,但当对象或环境发生变化时,将导致算法的鲁棒性变差。相比较而言,国内研究比较重视算法的实时性比较,而国外研究则侧重于算法的可靠性与稳定性考虑,各种算法之间有时难有优劣之分。因此,建立一套科学合理的评价模型与评价系统,针对具体应用寻求最优方法的是今后的研究方向之一。

3.2基于动态过程的导航特征识别

已有相关研究成果较多集中在单一图像的静态处理方面。在动态连续的导航过程中,可根据导航特征的短时间内连续性特点进一步深入开展研究,关键是提取出稳定可靠的农田导航特征,并结合预测控制等手段提升整体导航性能。此外,高速或地面不平整等因素不可避免会引起图像采集时的运动模糊,导航特征的实时识别难度将加大。图像的运动模糊是由于成像时采集设备与目标发生相对运动而产生,可靠的动态导航也需要考虑到运动模糊图像的恶劣状况。针对运动模糊图像的导航特征实时提取,也是今后需要考虑的研究方向。

3.3复杂环境下的多作物行检测

目前,视觉导航研究中的单一行走直线检测的研究成果较多,研究目标无论是提取单一作物行还是两作物行间的中心线,研究对象无论是低矮作物还是高大树木,均有多种算法积累。相比之下,多作物行检测的研究成果较少。由于存在作物行数未知及像素间的互相干扰等问题,加之高密度杂草、变光照、复杂背景等干扰因素的影响,会加大检测识别难度,因此研究更具挑战性。已有相关研究或仅考虑近景成像,或忽略杂草影响,或复杂度过高,都存在改进与提高的余地。此外,复杂状况下仍依靠单一颜色特征识别会存在一定局限,可探索融合颜色、形状、模版或多光谱等多种手段,应用多分辨率及数据融合理论等现代数学工具,挖掘寻找简明适用的图像特征表达。

4结束语

机械导论论文范文第2篇

关键词:机械设计 教学理论 教学实践

机械设计课程是一门老课程,人们已经积累了丰富的教学经验,但也存在传统的习惯和间题。机械设计及制造专业(简称机械设计专业)是一个新专业,人们具有许多教学创新的机会,却也存在不同的看法和做法。这种情况促使作者在教学研究中注从理论上探索设计教育与设计教学的规律,三年连续写出数篇论文。从局部的、具体的教学问题开始做深入的理论分析到从总体的教育规律和策略方法出发做系统的理论研究,取得了认识上和观念上的飞跃。

综合设计教育理论研究的内容有:

(1)运用拓扑理论的基本概念,构筑人类设计思维的拓扑模型,从而得出培养设计人才的实质内容和必由之路,使之成为教学改革的理论依据。

(2)运用系统理论的基本方法,建立高校设计教育的策略进程,从而澄清了各门课程的分工联系,确定了机械设计专业的教学进程和机械设计课程的边界、联系及教学秩序。

(3)运用信息理论的主要论述,分析教学过程中信息传递的本质、质量、数量、通道和空间,进行教学方法的改革和课程教学的荃本建设。

(4)运用耗散、突变与协同理论的基本观点,分析创造性设计思维的内部因素、外部条件、观念更新和行动指南,作为教师对学生进行创新思维能力培养的指导思想。根据设计教育理论确定的设计教学规范.大大地提高了教学改革的目的性和自觉性,必然引导教学水平的大幅度的提高。这种以科学理论为依据,以大量生产实践为基础的教学研究取得了预期效果。根据“实体概念集合是设计思维空间的支柱”这一原理,坚定地在机械设计课程中引进认识实习。进行实习基地课程建设和组织教学,这样从根本上解除了长期存在的由于学生缺乏感性认识和实体概念所带来的一系列的教学间超,并使学生提离觉悟,开始树立工穆愈识和生产观念,参加这一教学活动的青年教师也得到锻炼和培养。同理,在机械设计专业生产实习中,作者着重地进行实习基地选择和课程建设,针对所选的现代大工业厂矿的特点,不断地改革传统的实习内容和指导方法,大大提高了机械设计专业生产实习的教学质量。

在实习教学的基础上,作者担任一系列课程的教学任务,其中有机械设计、机械概论、现代设计方法学和机械设计学等裸程。在系列课程的讲授方面具有以下共同特点:

(l)口绷粉设什知识传授,培养设计能力,

(2)充实大t设计实例,达到理论联系实际,实际提高到理论的认识;

(3)调整完善讲授的系统,使之规范,消除内容零徽、多杂的现象;

(4)用现代设计的概念和方法有效绝更新教学内容,

(5)总结出“讲授法十则”进行课程内容的讲授,并在机械设计课程中采用课内系统讲授与课外集体质疑讨论(每周1次)的方式文替进行教学,取得极好的教学效果。

作者研究了设计方法学、机杖零件学习指导和自学笔记、现代设计方法学简明教程等5种文字教材和齿轮传动电视教材。这些教材在内容、形式和编制技法上都有所创新,进一步提高了教学质量。在教学中,作者肩挑起培养学生创新设计思维的重担,加强创新设计思维的教育。为此,除编写讲义、教材外,还设计了概念设计表格图册,用来系统地培养学生的设计思维能力,组织和进行机械设计课程教学的专用教室的建设,这样解除了长期教学环节多、教具重和电化教室分徽带来的困难。这种专用教室因其功能多、占地少、经费投入低、效益面宽、利用率离等特点,收到很好的教学效果。经过以上综合地进行教学改革和课程建设工作,使得课堂教学的质量得到进一步的提高。

为了对设计作业做系统的组织和指导,把学生的设计能力一步一步地提高到不同层次的高度,作者多年来做了大量的设计教学改革的试点.在机械设计课程教学中,做了习题的改革、作业的改革和课程设计的改革,形成新的作业的系统,并开拓了20个新课题,真正地培养学生的设计能力;在机械设计学和设计方法学课程中,指导学生做概念性设计作业;在专业课程设计中指导学生做结合生产实际的技术性设计;在毕业设计中指导学生做较大系统的全程设计及单项优化设计等公学生最终达到的设计水平,无论在难易程度、熟练程度、图面质量、思维能力以及知识的全面应用等方面都能达到优良的水平。

几年来,教学研究和教学改革的内容丰富、全面、系统,有所创新,教学实践效果始终保持优良,成效显著.成果的取得是由于党的教育方针正确、组织的领导、行政的支持、群众的帮助和师生共同的努力的结果.其中,作者出于对教育事业的满腔热情和创业精神,把近代数学及现代科学理论引入教学研究,把生产实践与理论教学、科研与教学结合起来,进行系统的教学改革和课程建设,大大地提高了教学研究和教学实践的水平。我校在夯实专业基础课的同时,特别注重应用技术型人才的培养,不断地在提高机械设计课程设计这一实践环节的教学质量上下功夫,经过我几届毕业学生的工作实践,取得了一些成果,愿与同仁共享,文中不妥之处还望指出。

参考文献:

[1]徐泳龙;机械设计课程教学方法的探索和实践[J];南京机械高等专科学校学报;1999年01期

[2]陆笑容;机械设计课程的教学与能力培养[J];重庆工业高等专科学校学报;1996年01期

[3]于晓文;机械设计课程设计教学改革的探讨[J];辽宁高职学报;2008年12期

机械导论论文范文第3篇

关键词:机械设计;标准;制造;质量控制

1机械设计标准的内容

当前我国机械制造企业的发展势头迅猛,引入了很多全新的技术手段,现代化的机械制造企业已经不能采用传统的机械设计标准进行设计,需要在传统机械设计标准的基础上不断改进和完善,这也是当前机械制造企业发展的关键。由于我国的生产方式正由粗犷型逐渐转向集约型,因此对机械设计制造的要求也越来越高。机械设计企业要在保证地区环境的基础上发展自身经济,因此要求机械生产企业在运营过程中要始终坚持环境保护的理念。机械的设计标准主要从以下两方面入手:第一,在保证机械设计的安全标准基础上,技术人员要不断树立机械设计的安全理念,保障设备安全及技术手段的先进性。运用符合国家标准的机械设备,引入科学合理的方式和方法对其进行维护,确保机械设备的正常运行。此外,还要求机械设备的设计生产原材料坚固可靠,这样能在设备运行中有效防止对工作人员产生的伤害,提高机械设备的安全性。技术人员还要做好对机械设备安全事故的评估工作,对已经发生的事故要及时做好备案,将其作为实例对技术人员进行培训,这样能对操作人员进行安全性的提示。最后,在进行机械设计时技术人员要坚持以人为本的原则,不断提高标准的智能化,这样可有效避免工作人员在实际操作中出现使用疲劳的现象,提升工作人员的工作积极性和主动性,对提升机械制造的整体效率十分有益。

第二,机械企业在进行机械设计时,要在绿色设计的标准上,遵循环境保护理念,否则企业无法实现长期发展。很多企业因为没有遵循环境保护理念而被当地政府取缔,因此坚持环境保护理念也是当前我国现代化市场竞争机制及资源整合的实际需求。坚持环境保护理念也是现代化机械制造企业必须要落实的机械设计标准,当前环境保护设计在机械产品中的分类有以下三方面:其一是资源属性绿色设计,其二是生态环境属性绿色设计,其三是对人身心健康影响的基本属性。绿色设计理念始终贯穿于机械设计中,并在不同阶段呈现出不同的设计标准。在结构设计阶段,技术人员须在保证设计产品质量的前提下,细化机械设计产品所使用的原材料,降低物料成本,遇到具体的机械设计问题时,技术人员要明确设计产品的质量和体积,保障机械设计成本策略的实现,促进结构设计可以在绿色环保理念下进行。在物料准备阶段,机械设计人员在设计初期就要体现出绿色保护这一理念,尤其是在选材环节,应尽量选择环境优良、污染少、能循环使用的材料,不要因价格问题而选择存在高污染等质量问题的原材料。在机械制造阶段,技术人员要保证减少废水、废气及废物的排放,降低工作人员的操作难度,这是提高资源利用率的有效表现形式。在产品使用时,还要对消费情况进行监督和控制,体现绿色设计的理念。消费者也应树立环境保护意识,共同推进环境保护理念的形成。

2机械制造质量控制

2.1质量控制概念

机械制造企业在社会各个领域的发展下得到了极大提升,机械制造所面临的选择也是多方面的,不管机械制造的种类有多少,永远是用产品的质量说话,也就是说产品的质量才是影响消费者选择的首要因素。产品的质量控制一般都是通过机械制造的质量控制实现的,单从这个层面来说,机械制造的质量控制在整个机械制造中所起的作用是非常关键的。

2.2质量控制的影响因素分析

第一,精度影响。机械产品对精度的要求是非常高的,而精度是对所加工产品质量的一种直接体现,一般来说产品的精度与生产成本是成正比的,精度越高就说明生产成本越高,但是产品的精度与生产效率之间存在反比关系,也就是说生产产品的精度越高,其生产效率就会越低。设计人员一定要根据产品的实际使用需求,制定出合理的精度,只要达到生产需求即可,过高的精度不仅不会对需求产生变化,而且还会影响施工的生产效率。因此只有制定科学合理的精度标准,才能保证较高的生产率。第二,生产工艺。在机械加工过程中,由于生产产品不同,因此所使用的生产工艺系统也存在很大差别。一般来说,须按照一定标准进行工艺系统流程的调节,这样能有效避免系统出现生产误差,对机械生产过程影响深远。第三,外部因素。在机械生产过程中,机械设备的零部件可能会因为一些外部因素而导致变形,无法正常工作,再加上受生产过程中加工部件自身惯力以及重力的影响,使得最终的加工精度也会出现一定的误差。

2.3质量控制方法

第一,测算。这一控制方法主要针对的是已经加工完成的零部件成品的精度测算,主要是对成品的位置、尺寸以及形状进行对比和分析,通过一系列的测算程序来达到提高机械精度的目的。我们的技术人员主要是通过对尺寸精度的把握来提高形状和位置的精度。第二,抵消外界因素。我们的技术人员要在制造产品的过程中,针对机械设计中可能会出现的问题,认真落实工序检测系统,及时调整问题,将出现的和可能出现的问题都了解清楚,及时处理这些问题,尽可能的避免外界因素对机械设计产生的影响。第三,工艺整合。要求设计人员对设计工艺进行分析和管理,制定出科学合理的工艺生产路线,有效减少系统出现的误差。

3结语

本文主要对机械行业的发展及技术手段进行简要分析,指出机械设计及机械制造质量控制在机械制造中的重要地位,在此基础上提出了机械设计标准和绿色设计两种设计体系,希望能为我国机械行业的发展提供相应的理论指导。

参考文献:

[1]郑伯伟.机械设计课程设计的指导和答辩改革[C]//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集(卷1 教学论文).2015.

[2]朱龙根.建设好专业课,把机械设计及制造专业办成特色鲜明的新型专业[C]//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集(卷1 教学论文).2015.

[3]全国高等工业学校机械设计及制造专业教学指导委员会第七次工作会议纪要[C]//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集(卷2 教学史志).2015.

[4]张奉禄,鲁墨武.加强课程间的联系和管理搞好机械设计及制造专业的改革[C]//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集(卷1 教学论文).2014.

[5]陶金玉.精心组织课程设计,加强培养设计能力[C]//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集(卷1 教学论文).2015.

[6]全国高等工业学校机械设计及制造专业教学指导委员会第六次工作会议———实验教学工作会议纪要[C]//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集(卷2 教学史志).2014.

[7]全国高等工业学校机械设计及制造专业教学指导委员会第一次工作会议纪要[C]//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集(卷2 教学史志).2015.

[8]贾宝贤,何风梅.机械设计课程教学中的多元化手段[C]//第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集(卷1 教学论文).2016.

机械导论论文范文第4篇

关键词:职业院校教育 机械专业 教学策略

中图分类号:G711 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)04(b)-0176-01

随着社会的不断发展以及进步,社会和企业对机械专业的人才也提出了更高的要求,对机械专业的人才需求逐渐从重学科、重学历向复合型人才的需求转变。职业院校要正确认识目前机械专业教学中的不足,并根据不足通过多种方式积极地改变这一现状,努力培养出有过硬的专业技能、有很强的实践能力、能综合运用所学知识的高素质的复合型人才,才能满足市场和企业对机械专业人才的真正需求。

1 目前职业院校机械专业教学存在的问题

1.1 师资力量薄弱,缺乏专业性强的教师

随着社会经济的不断发展,高新技术也在高速发展,但是目前市场上严重缺少高新技术的人才,高素质的数控类或机电一体化专业的技术人才大多会选择实力雄厚的企业,也就会导致职业院校无法招收到专业性强的教师[1]。同时,职业院校中的教师一般年龄偏大,自身素质也不是很高,就会导致师资力量薄弱。除此之外,职业院校中的教师缺乏相关的专业培训,这就使得教师的专业知识无法满足社会和机械专业发展的需要。

1.2 教学模式与教学方法落后

在很多的职业院校中进行机械专业教学的时候教师还在延用传统的教学模式,过于重视对机械专业理论知识的练习,但是却缺少必要的实践练习和操作。这样枯燥的教学模式导致学生无法彻底的理解理论知识,更无法将理论知识与具体实践进行结合。在传统模式下,教师也还在使用传统的填鸭式的教学方法进行教学,过于重视教师的“教”,而忽视了学生的“学”,这种沉闷、枯燥的教学只会让学生丧失学习兴趣。

1.3 教学课程设置不合理

目前很多职业院校在进行机械类专科的课程设置时,通常安排的课时较少;机械基础、电子电工技术、数控机床、金属切削机床等职业院校机械专业的核心课程都需要在时间中进行学习和掌握,但是很多教师没有将实践教学方法以及实验教学方法等运用于课堂教学中,从而也就导致学生的理论知识与实践相脱节;一些职业院校虽然也开设了金属材料、数控编程以及机械制图等相关课程,但是也仅限于理论教学,而忽视了专业性较强的实际培训内容[2]。

1.4 教学设备和实训设施不完善

目前很多职业院校的教学设备以及培训设施都比较落后,根本无法满足教学内容以及学生实训的要求。因为有些职业院校只有简单的普通机床和钳工设备,所以对学生的实训也就仅限于普通机械的实训,例如钳工、焊接等。职业院校的目标就是培养更多专业性强的实用型人才,但是很多职业院校的实践内容无法满足社会发展的需要,使得学校培养出来的人才与社会上需要的人才存在着很大的差距。

2 职业院校教育中机械专业的教学策略

2.1 提高职业院校机械专业的师资力量

在机械专业教学过程中,无论是理论知识的传授还是实践能力的培养,教学活动的指导关键在于教师。教师自身的综合素质是保证学生学习效果的关键。职业院校要不断提高机械专业的师资力量,加强对机械专业教师的培训工作;使机械专业的教师能够始终掌握最新、最全面的专业知识和最新的教育理念、教育方法,并将之运用到实际教学活动中。除此之外,高职院校还可以通过引进经验丰富的技术人员来壮大学校的师资力量,满足理论、实践一体的教学要求,这样才能够不断提高机械专业的教学水平和教学效果。

2.2 探索灵活多样的教学方法

职业院校机械专业的学习内容相对比较复杂,很多机械类的知识也比较枯燥。这就要求教师从传统的教学模式、教学方法中挣脱出来,不断探讨灵活多样的教学方法。教师在进行教学的时候应该根据不同的专业课程、不同的教学内容来采用不同的教学方式,可以通过采用多媒体技术来进行教学,不断激发学生的学习热情以及学习兴趣。例如,教师可以通过运用多媒体技术,采用模拟或者动画的形式来对机械运动的过程进行展示,这样能够吸引学生的注意力,从而不断提高教学效果和学生的课堂学习效率。

2.3 完善课程设置、创新课堂教学内容

随着科技的不断发展,知识的更新速度也在不断加快,职业院校应该将当前最新的专业知识以及机电专业的新进技术设置在教学课程中,并且将企业的需要和市场的要求作为导向,要将学习的重点放在培养学生的实践技能上;教师应该对教学内容进行创新,使学生能够获得专业技能的发展;在进行课堂教学的时候应该给学生留下充足的时间进行思考[3]。

2.4 实践技能训练和理论教学进行有机结合

机械专业的基本用人要求是既要有专业的理论知识,还要有很强的实践能力。但是机械专业是一门专业性很强的学习,专业知识较难理解,所以要把实践技能训练和理论教学进行有机结合,让学生通过实践训练来更好地掌握专业知识,全面理解掌握专业知识从而更好的指导实践训练。职业院校可以与企业建立长期稳定的合作关系,进行“校中厂”或者“厂中校”的校企合作模式,既能够加强学生实践技能的训练,还能增加学生的工作经验,从而增加学生的就业优势,高职院校才能真正把培养高素质技能型人才的工作做好。

2.5 充分利用现代科学技术教育手段

机械专业是一门专业性很强、实践性很强的学习,专业知识较难理解,只是采取单纯讲授课程的教学方式很难起到很好的教学效果。职业院校要想提高提高机械专业的教学质量,就要改变教学方式并运用灵活的教学手段,还要充分利用现代科学技术教育手段。例如,教师可以在课堂教学中使用CAI课件,该课件具备化繁为简、化难为易的特点,能够让学生更加直观地掌握所学的内容。

3 结语

职业院校是培养专业人才的摇篮,要想提高机械专业的教育水平,就要根据素质教育的要求以及社会、企业发展的需求,不断探索职业院校教育中机械专业的教学策略,把理论知识的传授与学生的实践能力和其他综合素质的培养进行有机结合,在专业教育中不断培养学生的综合应用能力。只有这样,才能达到学校培养专业性人才的最佳效果。

参考文献

[1] 李雪辉.职业院校机械类专业实践教学体系的问题与对策研究[D].长江:湖南师范大学,2013.

机械导论论文范文第5篇

文/陈农娣

摘?要:机械制图作为技工教育机械专业的主要课程之一,主要教学目的是培养学生发挥想象力,形成一定的绘图和制图能力。本文作者针对机械制图课程的特点,指出机械制图课堂上应用一体化教学模式的重要意义,并通过一体化教学模式在机械制图课堂教学中的实际应用,探索一体化教学模式在机械制图课中的改革,从而提高课堂教学效率,更有效地培养学生的读图、绘图能力和空间想象力以及创新能力。

关键词 :一体化?教学模式?机械制图?应用

随着我国工业生产的不断发展,机械制造业逐渐成为我国国民经济的基础产业,因此需要大量的机械制造人才投入到机械制造业的发展中。职业技校是培养机械制造人才的主要场所,因此职业技校的责任更为重大,需要不断培养出合格的对工业制造业有用的人才。其中机械制图是职业技校中最为普通的基础科目之一,旨在培养对于机械制图的绘制和阅读能力,能在以后的实践工作中发挥出应有的职业能力和素养。考虑到机械制图的教学内容比较复杂,需要学生能充分发挥想象力与实际的工程实践相结合。但是传统的机械制图课教学中缺少对于立体几何的学习,学生会由于缺乏足够的空间思维能力而致使对机械制图的实践性把握不够。另外,传统的机械制图教学模式主要是教师通过机械模型进行板书教学,教学课堂气氛单调导致学生对于机械制图的兴趣不高,也就很难有主动学习的兴趣。因此一体化教学模式的引进会打破传统的机械制图理念的桎梏,真正调动起学生对于学习机械制图课的积极性。笔者通过分析机械制图中一体化的重要性,进而对一体化在机械制图课教学中的应用进行探索。

一、一体化教学模式在机械制图课应用的必要性

我国工业生产的发展,使得对于机械制图专业知识的要求越来越高,职业院校作为培养机械制图人才的地方就显得尤其重要。机械制图作为职业学校的基础必修课,既有自身的知识框架结构,又关系到其他很多课程的学习进展,在学生的学习生涯中具有很重要的承上启下作用。但是在实际的机械制图的教学中仍然沿用传统的重理论轻实践的理念,因此在机械制图的实践教学中未建立起完善的导向型的教学体系,学生对于实践的掌握远远不够。加之机械制图是对实践要求较高的学习科目,其知识的抽象性与复杂性导致学生很难短时间内有学习的热情和积极性,因而也会导致机械制图教学目标难以完成。但是一体化教学模式的引进真正可以将社会实践同理论知识紧密联系起来,让学生形成对于机械制图的整体情感体验,不断完善好职业能力整体培养体系。通过制定不同特色的课程教学规划可以帮助整体把握机械制图的教学,在分阶段实现教学目标的过程中促进整体目标的不断实现。

二、一体化教学模式在机械制图中应用的具体措施

一体化教学模式的原则立足于社会实践,主要的目标是通过现代教学的各种手段来培养学生形成应有的机械制图方面的实践能力与工作能力。实现这一目标的教学措施如下:

1.教学内容创新化

在机械制图的一体化应用过程中一定要提高教师的专业知识和技能,全面提高教师个人的综合素质。顺应时代的潮流,这时候“双师型教师”的概念应运而生。在课堂的理论讲解过程中,双师型教师会根据实践需要进行重点理论知识的讲解以及特别强调好注意事项,引导学生对整体的机械制图知识有整体把握。同时在具体社会实践操作过中,教师还会结合课堂教授的知识进行操作示范,让学生密切理论联系实际。可见师资力量是否强大决定了学生是否可以掌握好机械制图方面的能力。

2.教学方法多样化

在传统的机械制图教学过程中,主要是教师通过传统的挂图、黑板等工具进行乏味的课堂讲解,但是由于机械制图本身的抽象性特点决定了普通的二维平面授课法不能满足学生对于机械制图理念的学习需求。相对于传统的机械制图教学模式,一体化教学更多地融合了现代的多媒体技术、三视图(如下页图所示)相关内容,并且加入了让CAD中的三维立体技术实现了二维图形与三维图形之间的相互转换。现代技术的结合使得图形的设计更为立体和直观,有利于学生形成更为具象的空间想象力。在日常学习的过程中,教师可将学生分成几个小组进行小组的独立学习探究,可以在多媒体教室内通过绘制各种不同的机械制图进行分组的比较,最终实现各小组间的讨论交流。与此同时,教师要发挥好引导作用,注意在具体学习的过程中要及时指导具体绘图细节,把握好课堂的整体教学气氛。最后通过几个小组间的讨论由教师进行归纳总结,得出课堂教学的主要目标结论,让学生形成自己独有的实践体验。

3.教学资源特色化

一体化理念被引用到机械制图课程当中,应该使其应用更加符合机械制图的特色,教师要发挥好主导作用,明确企业对于学生在机械制图方面的要求是什么,以便在教学环节中有针对性教学。另外,学校可以定期组织历届优秀毕业生回校与学生交流在工作岗位上的工作经验,具体分析在实践过程中可能会遇到的机械制图问题及所要注意的事项。学校要深入不同的企业进行教学方案的探究改编,结合以不同岗位、不同需求为出发点,最终使机械制图能够适用行业的生产需求,最终编写出带有学校特色的教学计划方案教材。

4.教学场地实践化

要想让学生真正掌握好机械制图的本领,就一定要给学生提供合适的机械制图加工实习的场地,让学生可以有真正动手实践的机会。学生通过实践会形成自己的心得体会,及时发现自己在实践中存在的问题,然后教师会针对操作中的问题给予针对性的指导。学校还应该利用好众多的企业资源,积极与各个企业建立良好的合作关系,组织学生到企业进行参观学习,企业也会为学生提供更多的亲身实践的机会。

三、在机械制图课堂上应用一体化教学模式的重要意义

1.提高学生的学习热情

随着素质教育的推进,一体化教学模式便是实现了教学方式由被动为主动的转变,颠覆了原有的灌注法教学模式。值得注意的是,在教学的具体情况下应该采用分组讨论的方式进行,这有利于增进师生之间的感情,让教师可以及时发现学生在学习当中存在的问题并得到必要的指导,最终让学生可以从自己的实践中得到相应的成就感。

2.提升学生的实践水平

传统的教学模式多采用灌注法,一般多以教师的讲授为主导,让学生处于被忽视的地位难以发挥好在课堂学习当中的主体性作用。但是在如今的新课改形势下,传统的“填鸭式”的教学已然不能很好地体现学生的主体地位。而一体化模式在机械制图中的应用则很好地弥补了不足,让学生在“学中做,做中学”,充分调动起学生参与机械制图学习的热情和积极性。一体化教学模式一方面可以拉近教师与学生之间的距离,方便师生之间在课堂教学中密切交流合作,使得机械制图的课堂教学效率大为提高。另一方面,一体化教学模式可以很好地实现理论知识与实践之间的紧密结合,因为课堂理论知识来源于实践教学,通过结合机械制图的实践案例,为课堂理论教学提供必要的素材。

3.加强学生机械制图的意识

在机械制图课堂教学中,一体化模式的推广引进可以帮助学生加强对机械制图的概念和意识。通过将学生分成不同的小组,利用分组讨论图样的尺寸并且认真完成工作表的填写。学生通过自主地探索机械制图的基本理念,可以获得成功的体验。小组之间通过团队的相互协作以及交流可以实现小组的预期目标。学生在具体的实践学习中会无形地锻炼自己的观察力、动手操作能力、想象力以及语言表达能力,在不断地发现问题与解决问题的过程中养成较为清晰的机械制图思维。在相互合作探究的活动中,学生既可以实现自身的价值,还会共同为了实现一个目标而不断探索发现,最终得到满意的结果。这样团队意识和理念很好地得以体现,进而会更加促进学生对机械制图一体化模式的认识和了解。

四、小结

综上所述,一体化教学模式可以弥补传统的机械制图教学模式的不足,进而实现社会实践与理论知识的紧密结合,使得机械制图的教学工作更具有导向性和实践性。在职业院校中,机械制图是机械类专业的一门重要的专业基础课程,一体化模式的运用可以利用现代化的教学手段和方式促进理论知识与实践教学相结合,鼓励学生充分发挥想象力来加深对于机械制图学习的动力和兴趣。同时,一体化教学模式还可以帮助学生提高动手能力,教师应该发挥好领导作用引导学生全程积极参与,获得深刻的教学实践体验和感受。

总而言之,在机械制图课上引进一体化的教学模式,学生可以积极主动加深对于社会实践的探究学习,在发挥想象力的前提下在自己的职业生涯中发挥好自己的优势,促进我国的机械制造业进入全新的阶段。

参考文献:

[1]王丽.浅谈一体化教学在机械制图课程中的应用[J].职业,2014(14).

[2]蒋益英.立体化教学模式在机械制图教学中的探索与思考[J].职业,2014(27).

[3]陈小红.整合《机械制图》与《CAD》一体化教学改革的探索[C].中国职协2013年度优秀科研成果获奖论文集(下册).2013(7).

[4]张秀芬.多媒体教学在机械制图课上的应用[J].中国信息技术教育,2014(4).