面向一周型大學生工程訓練的方案設計與測試*

郭建文，陳勇志，蔡盛騰，吳 鵬，陳海彬

（東莞理工學院機械工程學院，廣東東莞 523808）

0 引言

工程訓練是大學生的一門主要的實踐課程，工程訓練通常特指在機械工程范疇內的數字化設計、零件加工、零部件集成、機電控制、整機檢測和產品應用等方面的概念建立、通識認知和技能提升的訓練。傳統的工程訓練也習慣叫金工實習，即金屬加工工藝實習，是一門非常傳統的制造業門類，是工程訓練的主要組成部分。工程訓練肩負提升學生工程能力和工程素質的重要任務[1－6]。目前，國內大多數高校都在積極開展工程訓練變革，如發掘工程訓練資源、增加學生訓練的時間、引進高端精密尖端設備等，但在新時期的教育形勢下，工程訓練課程仍存在一些問題丞待改革[7－11]。

（1）以舊觀念應對工程訓練課程。傳統工程訓練接近于金工實習，課程以學習機械加工工藝為主，授課標準及考核標準以等機械加工課程為主。老師并未積極主動地從金工實習傳統觀念轉變過來，學生缺乏學習廣泛的工程知識的觀念和動機。

（2）以舊標準設置工程訓練課程。以舊的技術標準設置的傳統工程訓練課程工種之間缺乏必要聯系，特別是傳統工種和現代制造技術之間、機械加工與控制工程之間、工業設計與制造環節之間缺乏聯系，使學生覺得各個工種之間沒有任何聯系。以舊的考核標準來評價工程訓練教師工作和學生成績，容易出現知識結構僵化、教師更新課程知識熱情不足的問題，從而導致教師工程能力退化、學生實踐能力不扎實等結果。

（3）以舊環境開展工程訓練課程。在傳統的工程訓練環境中遵循著學生按照指導教師提出的訓練規范要求動手操作的原則，訓練環境要求相對統一單調。但隨著技術和產業的發展，需要的環境更加多樣性、具有制造過程完整流程的工程訓練道場，傳統工程訓練環境顯然無法適應新背景下的工程訓練課程要求[12]。

特別是在一周型大學生的工程訓練現狀存在些需要改變的地方。

（1）工程訓練的訓練內容不是一個機電產品分解出來的。各個環節內容設置、加工和考核等銜接相對獨立、較為分散，容易造成學生對整體機電產品的概念缺失。

（2）工程訓練的工種偏向機構制造過程和金屬加工工藝。在不同程度上缺少工業設計、機電控制、整機調試、數據提取乃至數據應用等內容，沒有形成一個產品制造的完整產業鏈的概念訓練。

基于解決上述問題及提高訓練效果的課程目標，建設符合新時期的工程訓練課程標準，為工程訓練發展提供理論依據，建立完整的工程能力體系訓練方案，建設大學生基礎工程能力、競賽能力、解決企業課題能力的提升路徑。因此，開展一種適用于本科學生一周工程訓練課程改革的方案設計與實踐，對于提升大學生工程能力和工程素質具有特別的現實意義。

1 方案設計的規則和內容

（1）一個機電產品：所有工種所做零件來源于一個機電產品，所有訓練環節圍繞著一個機電產品開展，最終所有環節的學生作品將組裝成為一個機電產品。據此，設計一套由步進電機帶動、徑向跳動為主要檢測指標的轉動主軸。

（2）學生人手一套：一周型工程訓練設置6個工種，各個工種將盡量做到學生“人手一套設備”，確實設備不足的至少做到學生“人手一套作品”。據此，每位學生通過車工、鉗工、增材制造獲得3個非標零件，通過機械工程標準件工種獲得2個軸承、1個聯軸器和若干個螺栓，通過機電控制工種獲得了1套步進電機控制程序及控制板，通過軟件繪圖工作獲得1套打印的零件圖紙和裝配體圖紙。

（3）先學經典和基礎：注重最經典的機械工程知識的采用和貫穿，遵循最基礎的工程訓練技能的訓練和漸進。據此，涉及的機械工程的知識點主要有：軸與軸承孔的配合，轉動轉化為平動機構，標準件與非標準件基本知識，徑向跳動值及其檢測方法等；涉及的加工技能主要有：回轉體的加工，螺旋線的加工，增材制造，鉗工裝配等。

（4）學習完整產業鏈：注重機電產品“從無到有”工程概念和觀念的建立，設置機電產品制造全流程的代表性工種，覆蓋設計繪圖、加工制造、裝配調試、機電控制和整機檢測等。

2 訓練方案與作品檢測

2.1 訓練方案

基于一個機電產品、人手一套、先學經典和基礎、學習完整產業鏈4項基本規則，綜合考慮了學生完成產品工作量和訓練時間等要素，設計了一個主軸轉動平臺方案。該方案主要由下列零部件構成：主軸，軸承與軸承座、底板、步進電機、控制板、緊固螺栓及百分表等，如圖1所示。對應訓練的工種有：軟件繪圖、車工、增材制造、鉗工、電機控制編程、機械工程標準件認識6個工種。

圖1 設計方案

2.2 產品檢測

檢測主軸在徑向跳動范圍，即百分表跳動格數。主軸轉動100 r/min，表盤跳動范圍為±40格（即表盤一圈80格，每格為0.01 mm），超過一圈的以80格計。

成績計算公式：百分制成績＝100分－跳動格數/2，根據數據檢測規則和成績計算公式得出，學生只要完成產品加工裝配，成績將在60～100分之間分布。

工程訓練方案在兩個專業的學生各自運行一周，呈現的最終產品實物如圖2所示。

圖2 一周型工程訓練產品實物

3 實踐效果

產品檢測數據如表1～2所示，其中表1為工業工程專業學生產品檢測數據，表2為電子工程專業學生產品檢測數據。

由表1數據可知，工業工程專業的105位學生產品平均跳動格數為23.5格，即徑向跳動精度為0.235 mm。由表2數據可知，電子工程專業128位學生產品平均跳動格數為19.9格，即徑向跳動精度為0.199 mm。

表1 工業工程專業學生產品檢測數據

表2 電子工程專業學生產品檢測數據

按學生序號分布的工業工程專業和電子工程專業學生產品檢測數據分別如圖3和圖4所示。由圖可知，按學生序號分布兩個專業學生一周工程訓練的產品檢測數據在0～80格之間呈無序分布。

圖3 工業工程專業學生產品檢測數據

圖4 電子工程專業學生產品檢測數據

按升序分布的工業工程專業和電子工程專業學生產品檢測數據分別如圖5和圖6所示。由圖5可知，工業工程專業學生產品的檢測數據平均數為23.5格，其中55.2%學生作品集中在平均數以下，69.5%學生產品在30格以下，只有1個學生產品達到80格及以上。由圖6可知，電子工程專業學生產品的檢測數據平均數為19.9格，其中64.8%學生產品集中在平均數以下，84.3%（即108位）學生產品在30格以下，只有5個學生產品達到80格及以上。

圖5 工業工程專業學生產品檢測數據（升序）

圖6 電子工程專業學生產品檢測數據（升序）

4 結束語

通過本次方案設計與測試結果可以看出，樣本數量128個的相對于105個的平均跳動值相對較小，說明了產品數量的提升對于成批產品的制造精度控制有提升作用和直接相關性；兩組數據在0～80格之間無序分布，說明了在分組訓練和產品檢測中沒有存在太大的環境差異因素或人為影響因素影響，數據采集有效性和可信度較高，對于后續的產品生產、訓練分組和質量檢測的方案設計提供了數據和理論支持；兩組產品數據中平均數在30格以下的分別是69.5%和84.3%，相對集中在評價區間0～80格的前端，產品徑向跳動數據控制比較好，說明此次設計的方案對于大多數的學生而言相對適用，對于后續更為復雜的機電產品和更為長時間的產品生產和工程訓練方案提供了成熟的參考案例。