地方應用型本科院校機械類專業畢業設計改革與實踐

王海霞 常家東

摘? 要 如何培養出適應地方社會和行業需求的機械類專業人才，對轉型中的地方應用型本科院校提出更高要求。經過改革與實踐，在機械類專業畢業設計環節采用“八環一體”的培養方式，環環相扣的畢業設計改革方式在提高畢業設計質量上取得較好成效，提高了畢業生的綜合創新設計能力，樹立了認真嚴謹的設計態度。

關鍵詞 機械類專業;畢業設計;應用型本科院校;實踐教學;創新能力;3D設計

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

地方應用型本科院校機械類專業的畢業設計是本科階段最后一個重要的實踐教學環節，旨在培養學生綜合運用所學的基礎知識、專業基礎和專業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用能力、實踐能力、創新能力和創造力等，提高學生對地方社會和工作崗位的適應能力[1-2]。

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

本文結合洛陽理工學院近幾年應用型本科示范校的建設、改革和實踐，系統總結應用型本科地方院校機械類專業畢業設計的改革與實踐經驗。

2 畢業設計改革總體方案設計

在洛陽理工學院機械類專業理論教學和實踐教學基礎上，結合機械類畢業生的培養方案，采用“八環一體”的畢業設計培養方式，即將畢業設計分為八個階段，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要求、工作量和技術難度適當且來自生產實際的畢業設計題目。

2）初期調研階段：收集和設計題目有關的技術資料和國內外相關設備的技術資料。

3）擬定設計方案階段：在收集資料和調研的基礎上，制訂可行的各種不同方案，對各種不同的設計方案比較優化，形成自己的畢業設計方案。

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

5）2D工程圖設計階段：在3D設計的基礎上，設計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、應力、應變等工程計算校核。

7）撰寫設計說明書階段：用技術用語合理規范撰寫設計說明書。

8）畢業設計答辯階段：準確清楚地進行設計結構和結果介紹。

3 畢業設計選題環節

應用型機械類本科專業培養的畢業生要求掌握機械設計制造及其自動化專業領域的基礎知識、技術基礎知識和專業知識，包括機、電、液、機械設計、機械制造工藝等課程知識。畢業設計要求學生在教師的指導下，綜合運用所學知識以及運用相關的技術資料解決實際工程設計問題和零件的加工制造工藝技術問題。畢業設計階段旨在培養學生技術應用能力，要求設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設計題目，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、行業協會、學校、學院及教師的途徑和資源加強與企業的產學研合作，征集企業的技術難題和需要改進的技術設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、研究內容適合作為畢業設計且符合培養目標要求的題目提供給學生，讓學生從中選擇自己的畢業設計課題[5];學生也可以將自身研究興趣方向和實習企業搜集的相關項目課題，經過指導教師審核后，作為畢業設計課題。需要強調的是，應用型本科學校學生的設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計制造問題的目的。如果題目的研究內容較多，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計任務。

4 畢業設計課題調研環節

畢業設計調研和收集資料階段，時間節點大約為一周。學生要充分利用學校的圖書資源和電子文獻資源，收集畢業設計項目課題相關的國內外資料，查閱相關國家標準，整理課題相關參數、結構方案、性能、新技術應用和具體實際生產使用過程中發現的優缺點，搞清楚相關設備的結構方案，畫出其結構方案簡圖。

在教師的指導下，將有關的技術設備的結構方案從以下幾個方面進行對比：

1）設備生產效率，設計的設備的生產效率高，自動化程度高，代表設備更先進;

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

3）從設備的精度保持性和可靠性方面分析比較;

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

5 畢業設計課題結構方案設計環節

在前面資料收集和調研的基礎上，制訂學生畢業設計課題的結構方案，這個階段的時間節點大約是半周時間。經過前面相關設備方案和使用性能的比較，畢業設計者初步確定設計結構方案，根據畢業設計任務書給定的運動參數、結構參數等設計要求制訂自己的畢業設計結構方案。根據不同的技術角度和新技術、新材料及新工藝的應用不同，可能制訂出幾個不同的技術方案，設計者須使用國家標準規定的機械原理符號和規則繪制出各個方案的設計原理圖，在原理圖的基礎上反復對比各個方案的優缺點，從機械結構簡單、運行可靠、精度高、生產效率高、宜人性好、便于維修維護等方面進行對比，選擇最佳結構方案并優化。

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

學生在制訂了自己畢業設計結構方案的基礎上，根據畢業設計任務書的要求，明確畢業設計研究內容、研究方法和需解決的關鍵技術，并制定合理的畢業設計進度。應用型本科院校機制專業的學生的任務要求為，在制訂設計結構方案的基礎上，運用UG、SolidWorks或者ProE等三維設計軟件，開展機械結構的3D裝配設計，在三維環境下直接生成2D工程圖，并運用有限元軟件進行關鍵零部件的剛度、強度及穩定性校核，完成1～2個零件的機械加工工藝設計，最后撰寫畢業設計說明書。

圍繞前期課題調研和設計任務要求，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計方案是否正確，畢業設計題目是否合理，設計課題的難度和復雜程度是否合適，技術路線是否正確，進度安排是否適當。確認開題報告通過后，學生在總體設計方案的基礎上就可以開展畢業設計的3D裝配圖的設計工作了。

6 3D裝配圖設計環節

3D設計是機械類畢業生必須掌握的技能，在畢業設計過程中堅持3D設計的理由如下。

1）現在機械行業的一線工程技術人員都使用3D軟件開展設計，本科畢業生如果不能熟練掌握3D設計技能，在企業無法開展產品設計等技術工作。

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

3）提高了畢業設計質量。以往學生使用2D軟件進行畢業設計，由于設計經驗欠缺，空間想象能力不足，導致機械結構設計錯誤較多，視圖投影錯誤較多。現在采用3D設計軟件，學生在計算機的虛擬環境下繪制每一個零件或者直接調用標準件，最后進行組裝，能夠避免一些空間結構干涉錯誤，設計效率提高且結構修改也非常方便，立體的結構設計使學生設計成就感高漲。

3D設計的軟件較多，學校通過調研，決定在畢業設計中推廣使用在企業使用較多的SolidWorks設計軟件，并提前對學生進行軟件培訓。

7 2D工程圖設計環節

完成3D裝配圖設計后，在軟件中將3D裝配模型和各個零件模型直接轉換為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，投影關系正確，裝配關系表達清楚，圖紙規范清晰;2D零件圖中，零件的結構表達清楚，尺寸標注齊全，結構工藝性好，尺寸公差和形位公差標注合理，粗糙度標注齊全合理，圖紙規范。對于有些裝配圖或零件圖結構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，清楚地表達內部結構。

8 零部件剛度、強度校核和工藝設計環節

在完成工程圖紙設計后，必須對一些關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模型已經設計完成，導入ANSYS等有限元軟件可以很方便地完成這些計算。對于計算結果要進行分析，如果不滿足工程設計要求，則需要返回修改結構設計。

9 撰寫畢業設計說明書環節

撰寫畢業設計說明書階段，要求學生撰寫畢業設計的目的、研究內容和結果，突出在設計過程中的一些關鍵技術問題、一些零部件的設計優化、結構設計方案的設計和優化、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計內容。由于大多數的本科畢業生缺乏論文撰寫經驗，故指導教師需認真修改指正學生的論文大綱，按照設計步驟的循序漸進過程撰寫畢業設計說明書論文。在撰寫說明書內容時，很多學生會直接復制粘貼參考文獻中的段落，錯別字較多。為了達到知網查重要求、降低重復率，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，獨自且嚴謹地撰寫設計說明書，堅決杜絕抄襲，引用文獻一定要標明出處，同時說明書的內容格式應符合文檔規范。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學生實事求是的科學態度和一絲不茍的工作精神，學生會終身受益。

10 畢業設計答辯環節

畢業設計圖紙和設計說明書經過指導教師審核達到答辯要求，畢業生方可進入畢業設計答辯環節。作為畢業設計的最終檢驗環節，需注重其過程和儀式感，要求3～5名相關專業的教師和企業、設計院、研究所的工程技術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設計水平是否達到要求，當場給出答辯成績。

11 結語

洛陽理工學院經過近幾年畢業設計的探索和實踐，按照上述“八環一體”改革方案開展應用型機械本科畢業設計，重培養嚴產出，取得積極效果：畢業生的設計效率和設計質量大幅提高;由于采用3D設計，對于空間想象能力不足的畢業生，畢業設計不再是難以逾越的困難;畢業設計過程規范化，學生和指導教師全身心投入從選題到答辯的各個環節，通過各方面的綜合訓練，讓學生真正達到畢業設計培養綜合技術應用能力的要求。

參考文獻

[1]萬志國，竇益華，鄭杰.工程教育專業認證下的機械設計制造及其自動化專業畢業設計改革與探索[J].輕工科技，2019，35（12）：173-174.

[2]卜赫男，李磊.面向“新工科”的機械工程專業本科畢業設計改革研究[J].教育現代化，2019，6（94）：51-52.

[3]張善文，宋愛平，周建華，等.提高機械專業畢業設計質量的教學實踐與探討[J].當代教育實踐與教學研究，2019（24）：156-157.

[4]葛榮雨，付秀麗，劉魯寧，等.機械工程專業畢業設計質量提升措施研究[J].科技視界，2019（34）：79-80.

[5]李彬，王紅.機械設計制造專業畢業設計的選題與指導[J].價值工程，2018，37（8）：239-240.