地方应用型本科院校机械类专业毕业设计改革与实践
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作者:王海霞 常家东
摘 要 如何培养出适应地方社会和行业需求的机械类专业人才，对转型中的地方应用型本科院校提出更高要求。经过改革与实践，在机械类专业毕业设计环节采用“八环一体”的培养方式，环环相扣的毕业设计改革方式在提高毕业设计质量上取得较好成效，提高了毕业生的综合创新设计能力，树立了认真严谨的设计态度。
关键词 机械类专业;毕业设计;应用型本科院校;实践教学;创新能力;3D设计
中图分类号：G642.477 文献标识码：B
文章编号：1671-489X（2020）12-0098-03
1 引言
地方应用型本科院校机械类专业的毕业设计是本科阶段最后一个重要的实践教学环节，旨在培养学生综合运用所学的基础知识、专业基础和专业知识解决工程实践问题的能力，从而进一步锻炼学生的实际应用能力、实践能力、创新能力和创造力等，提高学生对地方社会和工作岗位的适应能力[1-2]。
机械类毕业设计环节的培养目标为，针对毕业设计题目和毕业设计研究内容，分析解决设计过程中遇到的关键技术问题，按时高质量地完成毕业设计，并且设计成果具有一定的实际应用价值。毕业设计过程中重在培养学生一丝不苟、严肃认真的设计态度，引导学生迸发创新思维，综合运用各种技术资料和专业知识，使学生的工程实践能力最大限度地得到锻炼[3-4]。目前，机械专业毕业设计普遍存在几个问题：毕业设计的选题单一，不利于学生发挥自己的创新能力;毕业设计指导过程中，师生对总体方案设计重视程度不够，不能起到全方位锻炼学生综合设计能力的效果;学生设计积极性不高，设计态度不严谨，设计成果实际应用价值低。
本文结合洛阳理工学院近几年应用型本科示范校的建设、改革和实践，系统总结应用型本科地方院校机械类专业毕业设计的改革与实践经验。
2 毕业设计改革总体方案设计
在洛阳理工学院机械类专业理论教学和实践教学基础上，结合机械类毕业生的培养方案，采用“八环一体”的毕业设计培养方式，即将毕业设计分为八个阶段，如图1所示。
1）题目选定阶段：要求学生和教师共同选定符合培养要求、工作量和技术难度适当且来自生产实际的毕业设计题目。
2）初期调研阶段：收集和设计题目有关的技术资料和国内外相关设备的技术资料。
3）拟定设计方案阶段：在收集资料和调研的基础上，制订可行的各种不同方案，对各种不同的设计方案比较优化，形成自己的毕业设计方案。
4）3D设计阶段：基于SolidWorks/ProE/UG三维软件的3D装配图设计。
5）2D工程图设计阶段：在3D设计的基础上，设计2D装配工程图和零件工程图。
6）工程计算阶段：进行机械零部件的强度、刚度、应力、应变等工程计算校核。
7）撰写设计说明书阶段：用技术用语合理规范撰写设计说明书。
8）毕业设计答辩阶段：准确清楚地进行设计结构和结果介绍。
3 毕业设计选题环节
应用型机械类本科专业培养的毕业生要求掌握机械设计制造及其自动化专业领域的基础知识、技术基础知识和专业知识，包括机、电、液、机械设计、机械制造工艺等课程知识。毕业设计要求学生在教师的指导下，综合运用所学知识以及运用相关的技术资料解决实际工程设计问题和零件的加工制造工艺技术问题。毕业设计阶段旨在培养学生技术应用能力，要求设计题目源自工程实际，可以由教师提供题目供学生选择，也可以是学生自己提供毕业设计题目，最后由师生共同完成选题。
洛阳理工学院的具体操作是：充分利用政府、行业协会、学校、学院及教师的途径和资源加强与企业的产学研合作，征集企业的技术难题和需要改进的技术设备及制造工艺方面的项目课题，从这些课题里面筛选出难度适中、研究内容适合作为毕业设计且符合培养目标要求的题目提供给学生，让学生从中选择自己的毕业设计课题[5];学生也可以将自身研究兴趣方向和实习企业搜集的相关项目课题，经过指导教师审核后，作为毕业设计课题。需要强调的是，应用型本科学校学生的设计题目必须是一人一题，否则达不到训练学生独立研究解决机械设计制造问题的目的。如果题目的研究内容較多，工作量较大，则可以一组学生选定一个大课题，由不同的学生负责不同的零部件设计任务。
4 毕业设计课题调研环节
毕业设计调研和收集资料阶段，时间节点大约为一周。学生要充分利用学校的图书资源和电子文献资源，收集毕业设计项目课题相关的国内外资料，查阅相关国家标准，整理课题相关参数、结构方案、性能、新技术应用和具体实际生产使用过程中发现的优缺点，搞清楚相关设备的结构方案，画出其结构方案简图。
在教师的指导下，将有关的技术设备的结构方案从以下几个方面进行对比：
1）设备生产效率，设计的设备的生产效率高，自动化程度高，代表设备更先进;
2）从设备的精度方面对比，特别是生产加工设备和生产线上使用的工装设备，设备的精度是重要的考量指标;
3）从设备的精度保持性和可靠性方面分析比较;
4）从设备的使用角度对比各种方案的优缺点，包括使用的宜人性、人与设备安全性及设备的维护维修方面。
5 毕业设计课题结构方案设计环节
在前面资料收集和调研的基础上，制订学生毕业设计课题的结构方案，这个阶段的时间节点大约是半周时间。经过前面相关设备方案和使用性能的比较，毕业设计者初步确定设计结构方案，根据毕业设计任务书给定的运动参数、结构参数等设计要求制订自己的毕业设计结构方案。根据不同的技术角度和新技术、新材料及新工艺的应用不同，可能制订出几个不同的技术方案，设计者须使用国家标准规定的机械原理符号和规则绘制出各个方案的设计原理图，在原理图的基础上反复对比各个方案的优缺点，从机械结构简单、运行可靠、精度高、生产效率高、宜人性好、便于维修维护等方面进行对比，选择最佳结构方案并优化。 但是由于学生是首次进行综合性的设计方案制订，难以从整体上把握设计方案的制订和优化，往往会出现无从下手、望而却步的状况。此时指导教师应加强指导环节，及时纠偏，帮助学生理清设计思路，而学生茅塞顿开之后，毕业设计兴趣提高，能够积极地投入毕业设计过程，毕业设计质量也会提高。反之，学生得不到指导教师及时的指导，毕业设计迟迟打不开局面，个别动手能力差一些的学生会产生畏难情绪，影响毕业设计的顺利进行。
学生在制订了自己毕业设计结构方案的基础上，根据毕业设计任务书的要求，明确毕业设计研究内容、研究方法和需解决的关键技术，并制定合理的毕业设计进度。应用型本科院校机制专业的学生的任务要求为，在制订设计结构方案的基础上，运用UG、SolidWorks或者ProE等三维设计软件，开展机械结构的3D装配设计，在三维环境下直接生成2D工程图，并运用有限元软件进行关键零部件的刚度、强度及稳定性校核，完成1～2个零件的机械加工工艺设计，最后撰写毕业设计说明书。
围绕前期课题调研和设计任务要求，学生撰写开题报告并进行开题报告答辩。开题报告答辩主要考察学生的整体设计方案是否正确，毕业设计题目是否合理，设计课题的难度和复杂程度是否合适，技术路线是否正确，进度安排是否适当。确认开题报告通过后，学生在总体设计方案的基础上就可以开展毕业设计的3D装配图的设计工作了。
6 3D装配图设计环节
3D设计是机械类毕业生必须掌握的技能，在毕业设计过程中坚持3D设计的理由如下。
1）现在机械行业的一线工程技术人员都使用3D软件开展设计，本科毕业生如果不能熟练掌握3D设计技能，在企业无法开展产品设计等技术工作。
2）机械设计从手工图板绘图到使用AutoCAD软件进行2D工程图设计，再到如今的3D设计，设计结构更加直观且便于检查空间干涉情况。同时，3D模型可以直接转化为2D工程装配图和生成各个零件图，设计效率提高，并且为下一步的零部件的有限元分析提供了3D模型。
3）提高了毕业设计质量。以往学生使用2D软件进行毕业设计，由于设计经验欠缺，空间想象能力不足，导致机械结构设计错误较多，视图投影错误较多。现在采用3D设计软件，学生在计算机的虚拟环境下绘制每一个零件或者直接调用标准件，最后进行组装，能够避免一些空间结构干涉错误，设计效率提高且结构修改也非常方便，立体的结构设计使学生设计成就感高涨。
3D设计的软件较多，学校通过调研，决定在毕业设计中推广使用在企业使用较多的SolidWorks设计软件，并提前对学生进行软件培训。
7 2D工程图设计环节
完成3D装配图设计后，在软件中将3D装配模型和各个零件模型直接转换为2D工程图（装配图和零件图）。由于工程图生成过程中会出现部分线条的多余和缺失，学生需要检查和完善工程图。在2D装配图中，要求视图布置合理，投影关系正确，装配关系表达清楚，图纸规范清晰;2D零件图中，零件的结构表达清楚，尺寸标注齐全，结构工艺性好，尺寸公差和形位公差标注合理，粗糙度标注齐全合理，图纸规范。对于有些装配图或零件图结构表达不合理和不清楚时，返回3D软件进行修改，采用不同位置的剖切平面，清楚地表达内部结构。
8 零部件刚度、强度校核和工艺设计环节
在完成工程图纸设计后，必须对一些关键的零部件和整机进行工程计算，包括刚度、强度和变形计算校核。由于零部件的3D模型已经设计完成，导入ANSYS等有限元软件可以很方便地完成这些计算。对于计算结果要进行分析，如果不满足工程设计要求，则需要返回修改结构设计。
9 撰写毕业设计说明书环节
撰写毕业设计说明书阶段，要求学生撰写毕业设计的目的、研究内容和结果，突出在设计过程中的一些关键技术问题、一些零部件的设计优化、结构设计方案的设计和优化、强度和刚度校核及其他方面的工程计算，以及无法在图纸上表达的设计内容。由于大多数的本科毕业生缺乏论文撰写经验，故指导教师需认真修改指正学生的论文大纲，按照设计步骤的循序渐进过程撰写毕业设计说明书论文。在撰写说明书内容时，很多学生会直接复制粘贴参考文献中的段落，错别字较多。为了达到知网查重要求、降低重复率，有些说明书写得语句不通、漏洞百出。所以一定要让学生从思想上重视，独自且严谨地撰写设计说明书，坚决杜绝抄袭，引用文献一定要标明出处，同时说明书的内容格式应符合文档规范。这个阶段可锻炼学生图文处理、排版、论文撰写能力以及培养学生实事求是的科学态度和一丝不苟的工作精神，学生会终身受益。
10 毕业设计答辩环节
毕业设计图纸和设计说明书经过指导教师审核达到答辩要求，毕业生方可进入毕业设计答辩环节。作为毕业设计的最终检验环节，需注重其过程和仪式感，要求3～5名相关专业的教师和企业、设计院、研究所的工程技术人员组成答辩委员会，每名学生20～30分钟的阐述和提问答疑时间，由答辩委员会老师真实评价和甄别学生的毕业设计水平是否达到要求，当场给出答辩成绩。
11 结语
洛阳理工学院经过近几年毕业设计的探索和实践，按照上述“八环一体”改革方案开展应用型机械本科毕业设计，重培养严产出，取得积极效果：毕业生的设计效率和设计质量大幅提高;由于采用3D设计，对于空间想象能力不足的毕业生，毕业设计不再是难以逾越的困难;毕业设计过程规范化，学生和指导教师全身心投入从选题到答辩的各个环节，通过各方面的综合训练，让学生真正达到毕业设计培养综合技术应用能力的要求。
参考文献
[1]万志国，窦益华，郑杰.工程教育专业认证下的机械设计制造及其自动化专业毕业设计改革与探索[J].轻工科技，2019，35（12）：173-174.
[2]卜赫男，李磊.面向“新工科”的機械工程专业本科毕业设计改革研究[J].教育现代化，2019，6（94）：51-52.
[3]张善文，宋爱平，周建华，等.提高机械专业毕业设计质量的教学实践与探讨[J].当代教育实践与教学研究，2019（24）：156-157.
[4]葛荣雨，付秀丽，刘鲁宁，等.机械工程专业毕业设计质量提升措施研究[J].科技视界，2019（34）：79-80.
[5]李彬，王红.机械设计制造专业毕业设计的选题与指导[J].价值工程，2018，37（8）：239-240.
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