地方應(yīng)用型本科院校機械類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計改革與實踐

王海霞 常家東

摘? 要 如何培養(yǎng)出適應(yīng)地方社會和行業(yè)需求的機械類專業(yè)人才，對轉(zhuǎn)型中的地方應(yīng)用型本科院校提出更高要求。經(jīng)過改革與實踐，在機械類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)采用“八環(huán)一體”的培養(yǎng)方式，環(huán)環(huán)相扣的畢業(yè)設(shè)計改革方式在提高畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量上取得較好成效，提高了畢業(yè)生的綜合創(chuàng)新設(shè)計能力，樹立了認真嚴謹?shù)脑O(shè)計態(tài)度。

關(guān)鍵詞 機械類專業(yè);畢業(yè)設(shè)計;應(yīng)用型本科院校;實踐教學;創(chuàng)新能力;3D設(shè)計

中圖分類號：G642.477? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）12-0098-03

1 引言

地方應(yīng)用型本科院校機械類專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計是本科階段最后一個重要的實踐教學環(huán)節(jié)，旨在培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎(chǔ)知識、專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)知識解決工程實踐問題的能力，從而進一步鍛煉學生的實際應(yīng)用能力、實踐能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)造力等，提高學生對地方社會和工作崗位的適應(yīng)能力[1-2]。

機械類畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)的培養(yǎng)目標為，針對畢業(yè)設(shè)計題目和畢業(yè)設(shè)計研究內(nèi)容，分析解決設(shè)計過程中遇到的關(guān)鍵技術(shù)問題，按時高質(zhì)量地完成畢業(yè)設(shè)計，并且設(shè)計成果具有一定的實際應(yīng)用價值。畢業(yè)設(shè)計過程中重在培養(yǎng)學生一絲不茍、嚴肅認真的設(shè)計態(tài)度，引導(dǎo)學生迸發(fā)創(chuàng)新思維，綜合運用各種技術(shù)資料和專業(yè)知識，使學生的工程實踐能力最大限度地得到鍛煉[3-4]。目前，機械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計普遍存在幾個問題：畢業(yè)設(shè)計的選題單一，不利于學生發(fā)揮自己的創(chuàng)新能力;畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)過程中，師生對總體方案設(shè)計重視程度不夠，不能起到全方位鍛煉學生綜合設(shè)計能力的效果;學生設(shè)計積極性不高，設(shè)計態(tài)度不嚴謹，設(shè)計成果實際應(yīng)用價值低。

本文結(jié)合洛陽理工學院近幾年應(yīng)用型本科示范校的建設(shè)、改革和實踐，系統(tǒng)總結(jié)應(yīng)用型本科地方院校機械類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的改革與實踐經(jīng)驗。

2 畢業(yè)設(shè)計改革總體方案設(shè)計

在洛陽理工學院機械類專業(yè)理論教學和實踐教學基礎(chǔ)上，結(jié)合機械類畢業(yè)生的培養(yǎng)方案，采用“八環(huán)一體”的畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)方式，即將畢業(yè)設(shè)計分為八個階段，如圖1所示。

1）題目選定階段：要求學生和教師共同選定符合培養(yǎng)要求、工作量和技術(shù)難度適當且來自生產(chǎn)實際的畢業(yè)設(shè)計題目。

2）初期調(diào)研階段：收集和設(shè)計題目有關(guān)的技術(shù)資料和國內(nèi)外相關(guān)設(shè)備的技術(shù)資料。

3）擬定設(shè)計方案階段：在收集資料和調(diào)研的基礎(chǔ)上，制訂可行的各種不同方案，對各種不同的設(shè)計方案比較優(yōu)化，形成自己的畢業(yè)設(shè)計方案。

4）3D設(shè)計階段：基于SolidWorks/ProE/UG三維軟件的3D裝配圖設(shè)計。

5）2D工程圖設(shè)計階段：在3D設(shè)計的基礎(chǔ)上，設(shè)計2D裝配工程圖和零件工程圖。

6）工程計算階段：進行機械零部件的強度、剛度、應(yīng)力、應(yīng)變等工程計算校核。

7）撰寫設(shè)計說明書階段：用技術(shù)用語合理規(guī)范撰寫設(shè)計說明書。

8）畢業(yè)設(shè)計答辯階段：準確清楚地進行設(shè)計結(jié)構(gòu)和結(jié)果介紹。

3 畢業(yè)設(shè)計選題環(huán)節(jié)

應(yīng)用型機械類本科專業(yè)培養(yǎng)的畢業(yè)生要求掌握機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識、技術(shù)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，包括機、電、液、機械設(shè)計、機械制造工藝等課程知識。畢業(yè)設(shè)計要求學生在教師的指導(dǎo)下，綜合運用所學知識以及運用相關(guān)的技術(shù)資料解決實際工程設(shè)計問題和零件的加工制造工藝技術(shù)問題。畢業(yè)設(shè)計階段旨在培養(yǎng)學生技術(shù)應(yīng)用能力，要求設(shè)計題目源自工程實際，可以由教師提供題目供學生選擇，也可以是學生自己提供畢業(yè)設(shè)計題目，最后由師生共同完成選題。

洛陽理工學院的具體操作是：充分利用政府、行業(yè)協(xié)會、學校、學院及教師的途徑和資源加強與企業(yè)的產(chǎn)學研合作，征集企業(yè)的技術(shù)難題和需要改進的技術(shù)設(shè)備及制造工藝方面的項目課題，從這些課題里面篩選出難度適中、研究內(nèi)容適合作為畢業(yè)設(shè)計且符合培養(yǎng)目標要求的題目提供給學生，讓學生從中選擇自己的畢業(yè)設(shè)計課題[5];學生也可以將自身研究興趣方向和實習企業(yè)搜集的相關(guān)項目課題，經(jīng)過指導(dǎo)教師審核后，作為畢業(yè)設(shè)計課題。需要強調(diào)的是，應(yīng)用型本科學校學生的設(shè)計題目必須是一人一題，否則達不到訓練學生獨立研究解決機械設(shè)計制造問題的目的。如果題目的研究內(nèi)容較多，工作量較大，則可以一組學生選定一個大課題，由不同的學生負責不同的零部件設(shè)計任務(wù)。

4 畢業(yè)設(shè)計課題調(diào)研環(huán)節(jié)

畢業(yè)設(shè)計調(diào)研和收集資料階段，時間節(jié)點大約為一周。學生要充分利用學校的圖書資源和電子文獻資源，收集畢業(yè)設(shè)計項目課題相關(guān)的國內(nèi)外資料，查閱相關(guān)國家標準，整理課題相關(guān)參數(shù)、結(jié)構(gòu)方案、性能、新技術(shù)應(yīng)用和具體實際生產(chǎn)使用過程中發(fā)現(xiàn)的優(yōu)缺點，搞清楚相關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)方案，畫出其結(jié)構(gòu)方案簡圖。

在教師的指導(dǎo)下，將有關(guān)的技術(shù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)方案從以下幾個方面進行對比：

1）設(shè)備生產(chǎn)效率，設(shè)計的設(shè)備的生產(chǎn)效率高，自動化程度高，代表設(shè)備更先進;

2）從設(shè)備的精度方面對比，特別是生產(chǎn)加工設(shè)備和生產(chǎn)線上使用的工裝設(shè)備，設(shè)備的精度是重要的考量指標;

3）從設(shè)備的精度保持性和可靠性方面分析比較;

4）從設(shè)備的使用角度對比各種方案的優(yōu)缺點，包括使用的宜人性、人與設(shè)備安全性及設(shè)備的維護維修方面。

5 畢業(yè)設(shè)計課題結(jié)構(gòu)方案設(shè)計環(huán)節(jié)

在前面資料收集和調(diào)研的基礎(chǔ)上，制訂學生畢業(yè)設(shè)計課題的結(jié)構(gòu)方案，這個階段的時間節(jié)點大約是半周時間。經(jīng)過前面相關(guān)設(shè)備方案和使用性能的比較，畢業(yè)設(shè)計者初步確定設(shè)計結(jié)構(gòu)方案，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書給定的運動參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)等設(shè)計要求制訂自己的畢業(yè)設(shè)計結(jié)構(gòu)方案。根據(jù)不同的技術(shù)角度和新技術(shù)、新材料及新工藝的應(yīng)用不同，可能制訂出幾個不同的技術(shù)方案，設(shè)計者須使用國家標準規(guī)定的機械原理符號和規(guī)則繪制出各個方案的設(shè)計原理圖，在原理圖的基礎(chǔ)上反復(fù)對比各個方案的優(yōu)缺點，從機械結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、精度高、生產(chǎn)效率高、宜人性好、便于維修維護等方面進行對比，選擇最佳結(jié)構(gòu)方案并優(yōu)化。

但是由于學生是首次進行綜合性的設(shè)計方案制訂，難以從整體上把握設(shè)計方案的制訂和優(yōu)化，往往會出現(xiàn)無從下手、望而卻步的狀況。此時指導(dǎo)教師應(yīng)加強指導(dǎo)環(huán)節(jié)，及時糾偏，幫助學生理清設(shè)計思路，而學生茅塞頓開之后，畢業(yè)設(shè)計興趣提高，能夠積極地投入畢業(yè)設(shè)計過程，畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量也會提高。反之，學生得不到指導(dǎo)教師及時的指導(dǎo)，畢業(yè)設(shè)計遲遲打不開局面，個別動手能力差一些的學生會產(chǎn)生畏難情緒，影響畢業(yè)設(shè)計的順利進行。

學生在制訂了自己畢業(yè)設(shè)計結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的要求，明確畢業(yè)設(shè)計研究內(nèi)容、研究方法和需解決的關(guān)鍵技術(shù)，并制定合理的畢業(yè)設(shè)計進度。應(yīng)用型本科院校機制專業(yè)的學生的任務(wù)要求為，在制訂設(shè)計結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，運用UG、SolidWorks或者ProE等三維設(shè)計軟件，開展機械結(jié)構(gòu)的3D裝配設(shè)計，在三維環(huán)境下直接生成2D工程圖，并運用有限元軟件進行關(guān)鍵零部件的剛度、強度及穩(wěn)定性校核，完成1～2個零件的機械加工工藝設(shè)計，最后撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。

圍繞前期課題調(diào)研和設(shè)計任務(wù)要求，學生撰寫開題報告并進行開題報告答辯。開題報告答辯主要考察學生的整體設(shè)計方案是否正確，畢業(yè)設(shè)計題目是否合理，設(shè)計課題的難度和復(fù)雜程度是否合適，技術(shù)路線是否正確，進度安排是否適當。確認開題報告通過后，學生在總體設(shè)計方案的基礎(chǔ)上就可以開展畢業(yè)設(shè)計的3D裝配圖的設(shè)計工作了。

6 3D裝配圖設(shè)計環(huán)節(jié)

3D設(shè)計是機械類畢業(yè)生必須掌握的技能，在畢業(yè)設(shè)計過程中堅持3D設(shè)計的理由如下。

1）現(xiàn)在機械行業(yè)的一線工程技術(shù)人員都使用3D軟件開展設(shè)計，本科畢業(yè)生如果不能熟練掌握3D設(shè)計技能，在企業(yè)無法開展產(chǎn)品設(shè)計等技術(shù)工作。

2）機械設(shè)計從手工圖板繪圖到使用AutoCAD軟件進行2D工程圖設(shè)計，再到如今的3D設(shè)計，設(shè)計結(jié)構(gòu)更加直觀且便于檢查空間干涉情況。同時，3D模型可以直接轉(zhuǎn)化為2D工程裝配圖和生成各個零件圖，設(shè)計效率提高，并且為下一步的零部件的有限元分析提供了3D模型。

3）提高了畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量。以往學生使用2D軟件進行畢業(yè)設(shè)計，由于設(shè)計經(jīng)驗欠缺，空間想象能力不足，導(dǎo)致機械結(jié)構(gòu)設(shè)計錯誤較多，視圖投影錯誤較多?，F(xiàn)在采用3D設(shè)計軟件，學生在計算機的虛擬環(huán)境下繪制每一個零件或者直接調(diào)用標準件，最后進行組裝，能夠避免一些空間結(jié)構(gòu)干涉錯誤，設(shè)計效率提高且結(jié)構(gòu)修改也非常方便，立體的結(jié)構(gòu)設(shè)計使學生設(shè)計成就感高漲。

3D設(shè)計的軟件較多，學校通過調(diào)研，決定在畢業(yè)設(shè)計中推廣使用在企業(yè)使用較多的SolidWorks設(shè)計軟件，并提前對學生進行軟件培訓。

7 2D工程圖設(shè)計環(huán)節(jié)

完成3D裝配圖設(shè)計后，在軟件中將3D裝配模型和各個零件模型直接轉(zhuǎn)換為2D工程圖（裝配圖和零件圖）。由于工程圖生成過程中會出現(xiàn)部分線條的多余和缺失，學生需要檢查和完善工程圖。在2D裝配圖中，要求視圖布置合理，投影關(guān)系正確，裝配關(guān)系表達清楚，圖紙規(guī)范清晰;2D零件圖中，零件的結(jié)構(gòu)表達清楚，尺寸標注齊全，結(jié)構(gòu)工藝性好，尺寸公差和形位公差標注合理，粗糙度標注齊全合理，圖紙規(guī)范。對于有些裝配圖或零件圖結(jié)構(gòu)表達不合理和不清楚時，返回3D軟件進行修改，采用不同位置的剖切平面，清楚地表達內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

8 零部件剛度、強度校核和工藝設(shè)計環(huán)節(jié)

在完成工程圖紙設(shè)計后，必須對一些關(guān)鍵的零部件和整機進行工程計算，包括剛度、強度和變形計算校核。由于零部件的3D模型已經(jīng)設(shè)計完成，導(dǎo)入ANSYS等有限元軟件可以很方便地完成這些計算。對于計算結(jié)果要進行分析，如果不滿足工程設(shè)計要求，則需要返回修改結(jié)構(gòu)設(shè)計。

9 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書環(huán)節(jié)

撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書階段，要求學生撰寫畢業(yè)設(shè)計的目的、研究內(nèi)容和結(jié)果，突出在設(shè)計過程中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題、一些零部件的設(shè)計優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的設(shè)計和優(yōu)化、強度和剛度校核及其他方面的工程計算，以及無法在圖紙上表達的設(shè)計內(nèi)容。由于大多數(shù)的本科畢業(yè)生缺乏論文撰寫經(jīng)驗，故指導(dǎo)教師需認真修改指正學生的論文大綱，按照設(shè)計步驟的循序漸進過程撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書論文。在撰寫說明書內(nèi)容時，很多學生會直接復(fù)制粘貼參考文獻中的段落，錯別字較多。為了達到知網(wǎng)查重要求、降低重復(fù)率，有些說明書寫得語句不通、漏洞百出。所以一定要讓學生從思想上重視，獨自且嚴謹?shù)刈珜懺O(shè)計說明書，堅決杜絕抄襲，引用文獻一定要標明出處，同時說明書的內(nèi)容格式應(yīng)符合文檔規(guī)范。這個階段可鍛煉學生圖文處理、排版、論文撰寫能力以及培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度和一絲不茍的工作精神，學生會終身受益。

10 畢業(yè)設(shè)計答辯環(huán)節(jié)

畢業(yè)設(shè)計圖紙和設(shè)計說明書經(jīng)過指導(dǎo)教師審核達到答辯要求，畢業(yè)生方可進入畢業(yè)設(shè)計答辯環(huán)節(jié)。作為畢業(yè)設(shè)計的最終檢驗環(huán)節(jié)，需注重其過程和儀式感，要求3～5名相關(guān)專業(yè)的教師和企業(yè)、設(shè)計院、研究所的工程技術(shù)人員組成答辯委員會，每名學生20～30分鐘的闡述和提問答疑時間，由答辯委員會老師真實評價和甄別學生的畢業(yè)設(shè)計水平是否達到要求，當場給出答辯成績。

11 結(jié)語

洛陽理工學院經(jīng)過近幾年畢業(yè)設(shè)計的探索和實踐，按照上述“八環(huán)一體”改革方案開展應(yīng)用型機械本科畢業(yè)設(shè)計，重培養(yǎng)嚴產(chǎn)出，取得積極效果：畢業(yè)生的設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量大幅提高;由于采用3D設(shè)計，對于空間想象能力不足的畢業(yè)生，畢業(yè)設(shè)計不再是難以逾越的困難;畢業(yè)設(shè)計過程規(guī)范化，學生和指導(dǎo)教師全身心投入從選題到答辯的各個環(huán)節(jié)，通過各方面的綜合訓練，讓學生真正達到畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)綜合技術(shù)應(yīng)用能力的要求。

參考文獻

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