機械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的教學(xué)指導(dǎo)與改革研究

張燕燕，康紅偉，張發(fā)廳

(黃河科技學(xué)院 工學(xué)院，鄭州 450063)

機械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計的教學(xué)指導(dǎo)與改革研究

張燕燕，康紅偉，張發(fā)廳

(黃河科技學(xué)院 工學(xué)院，鄭州 450063)

應(yīng)用型本科生的畢業(yè)設(shè)計是一個非常重要的實踐教學(xué)階段。在機械專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計過程中，存在著畢業(yè)設(shè)計題目選擇不合理、題目的難度偏大、畢業(yè)設(shè)計開始時間較晚、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合適等各種各樣的問題。針對機械專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計過程中存在的具體問題，文中通過多年的教學(xué)實踐改革，總結(jié)出有效的解決辦法，并提出了重點把握好的幾個環(huán)節(jié)。改革結(jié)果表明：近三年來，黃河科技學(xué)院機械專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量大大提高、作圖能力增強、學(xué)生們在畢業(yè)之前撰寫的論文和專利數(shù)量增加、就業(yè)率也有很大的提高。

機械專業(yè)；畢業(yè)設(shè)計；選題；教學(xué)實踐

學(xué)生經(jīng)過大學(xué)四年的基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課以及專業(yè)課的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，畢業(yè)設(shè)計對學(xué)生來說，是大學(xué)本科學(xué)習(xí)的最后一個階段；對學(xué)校來說，畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在校期間的最后一項教學(xué)實踐活動[1]。不同于課程設(shè)計，學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計不僅是要對幾年來所學(xué)的基礎(chǔ)知識進(jìn)行總結(jié)，而且要對學(xué)生綜合能力進(jìn)行考察。特別是對實用性很強的機械類專業(yè)，畢業(yè)設(shè)計應(yīng)該非常貼近學(xué)生將來的實際工作，讓學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計能夠得到有效的訓(xùn)練和提升，所以機械專業(yè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計階段顯得尤為重要，必須加以高度重視。

隨著國家經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整和深化改革，學(xué)生畢業(yè)后的工作會可能是各種各樣不同工作崗位，甚至跨不同的行業(yè)。因此，畢業(yè)設(shè)計重點應(yīng)該是培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力，通過進(jìn)行資料的查閱總結(jié)，完成文獻(xiàn)綜述、方案結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析、提出并實現(xiàn)自己的觀點、繪制出合格圖紙、書寫設(shè)計計算說明書，為學(xué)生能夠順利進(jìn)入工作崗位進(jìn)行更有效的銜接；同時，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作作風(fēng)、自主創(chuàng)新的能力、動手能力、團(tuán)隊協(xié)作的精神以及吃苦耐勞的精神等。

1 畢業(yè)設(shè)計課題的選擇

1.1 課題內(nèi)容要盡可能多地涉及本專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容

(1)不同于科研和工程的實際需要，畢業(yè)設(shè)計的課題首先考慮滿足教學(xué)要求[2]。因為，學(xué)生沒有多少實踐經(jīng)驗，與實際生產(chǎn)接觸機會很少。因此，課題內(nèi)容要貼近本專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容，盡可能地通過畢業(yè)設(shè)計，來總結(jié)學(xué)生在大學(xué)四年內(nèi)所學(xué)的理論基礎(chǔ)知識，把這些專業(yè)知識有效的結(jié)合起來，不能讓學(xué)生僅僅停留在課本內(nèi)容基本上都懂，作業(yè)也都會做，考試也都不掛科，但就是不能做到應(yīng)用的狀態(tài)。(2)課題不能太大、太空。例如，提高機械效率的優(yōu)化設(shè)計、世界先進(jìn)機械的研究等，類似課題學(xué)生的經(jīng)驗和能力暫時還無法把握。

1.2 難易程度適中、工作量適宜、適當(dāng)提前畢業(yè)設(shè)計開始時間

黃河科技學(xué)院工學(xué)院的畢業(yè)設(shè)計安排的是12周時間。但實際上，對于學(xué)生來說，真正用來做畢業(yè)設(shè)計的時間也就一兩個月甚至更少，因為在這個時間里，有的學(xué)生已經(jīng)開始去找工作，或者進(jìn)入工作實習(xí)期，不能很好地保證用于畢業(yè)設(shè)計的時間。因此，如果課題難度太難，或者工作量太大，會造成學(xué)生失去信心，進(jìn)而出現(xiàn)隨便抄襲應(yīng)付的現(xiàn)象[3]。不能達(dá)到畢業(yè)設(shè)計的真正目的。所以，為了保證學(xué)生保質(zhì)保量完成畢業(yè)設(shè)計，所選的項目難度、工作量要適中。

畢業(yè)設(shè)計的開始時間，可以安排在機械設(shè)計的課程結(jié)束后。這時候，學(xué)生基本具備了設(shè)計的初步知識，可以選擇適當(dāng)難度的課題，讓部分學(xué)生開始試住做些大體跟畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容基本一致的工作，到真正畢業(yè)設(shè)計的時候，一是可以把課題做深，二是學(xué)生也不感到時間緊張，三是有可能的話還做出實物。給學(xué)生的創(chuàng)造性的發(fā)揮空間，留夠申請專利和論文的時間，提高畢業(yè)生的整體素質(zhì)能力。近年來，我校每年有數(shù)十名學(xué)生，是用這種方式完成畢業(yè)設(shè)計的，畢業(yè)時他們已經(jīng)申請好國家實用新型發(fā)明專利，并做出了實物。從創(chuàng)意、設(shè)計、制造到裝配調(diào)試和改進(jìn)過程，對學(xué)生來說收獲很大，畢業(yè)后，學(xué)生在企業(yè)很快就進(jìn)入崗位角色，企業(yè)也比較歡迎這樣的學(xué)生。

1.3 選題要靈活

課題所涉及的行業(yè)要多種多樣。例如，裝備制造、礦山設(shè)備、農(nóng)業(yè)機械、食品加工及特種設(shè)備等。這樣既滿足了不同學(xué)生的興趣要求，又減少了雷同現(xiàn)象，指導(dǎo)教師也可以把難度相對大的課題，按照工藝或結(jié)構(gòu)分成幾個小課題再分配給不同的學(xué)生，使他們之間既有明確分工又有合作，增加學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力[4]。

除指導(dǎo)教師按照自己的工作經(jīng)驗和要求命題之外，可以與企業(yè)聯(lián)系，設(shè)計一些在現(xiàn)實工作過程中實際應(yīng)用的課題，增加項目實用性的同時，也允許學(xué)生根據(jù)自己的觀察與愛好，由自己提出課題。部分學(xué)生已經(jīng)參加了工作，也可以根據(jù)其所在的企業(yè)的行業(yè)性質(zhì)和產(chǎn)品特點，設(shè)計有關(guān)產(chǎn)品。最后由教師和學(xué)生商議共同提出課題，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對其將來或現(xiàn)有的工作有著直接的幫助[5]。

1.4 減少論文在整個畢業(yè)設(shè)計課題中所占比例，增加機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求

國家教育部2014年教育改革的一項重要內(nèi)容，就是將600多所大學(xué)本科學(xué)校轉(zhuǎn)向職業(yè)技術(shù)教育。因此，大部分大學(xué)本科生將來的就業(yè)崗位將是生產(chǎn)一線。因此，傾向于理論研究的論文題目在課題中的比例應(yīng)當(dāng)減少，更多地增加和體現(xiàn)生產(chǎn)實踐中實際應(yīng)用的課題。同時，也是由于論文內(nèi)容是學(xué)生更容易抄襲，降低了教學(xué)質(zhì)量，達(dá)不到學(xué)校開展畢業(yè)設(shè)計的真正目的。

2 畢業(yè)設(shè)計過程中的幾個具體問題

2.1 參考資料的收集

拿到設(shè)計題目后，學(xué)生最直接想到的是從網(wǎng)絡(luò)中搜集資料。學(xué)生無疑能夠很快地找到與自己題目相關(guān)的各種資料，但涉及到具體技術(shù)問題和具體結(jié)構(gòu)問題的內(nèi)容，網(wǎng)絡(luò)中可參考的資料很少，能夠具體解答的更少，這時學(xué)生就會感到很茫然，無從下手，這就是現(xiàn)代大學(xué)生的通病。之所以有這種慣性的思維，是由于現(xiàn)代的教學(xué)模式和教學(xué)理念不當(dāng)造成的。在大學(xué)學(xué)期期間，學(xué)生們遇到問題后就去查找課本上的現(xiàn)在公式，只要套用就可以了，然后實際的設(shè)計卻并非這樣簡單，要靠學(xué)生自己去思考，去查找相關(guān)文獻(xiàn)。

因此，在此期間建議學(xué)生到圖書館，到企業(yè)去，更廣泛地搜集資料。另外，隨著標(biāo)準(zhǔn)化的完善，有許多設(shè)備的設(shè)計制造都已經(jīng)有了國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范設(shè)計。例如，特種設(shè)備、食品加工設(shè)備、制藥設(shè)備和計量設(shè)備等其設(shè)計方法和過程，甚至結(jié)構(gòu)等都有詳細(xì)的規(guī)定和要求，建議學(xué)生在查閱有關(guān)資料的過程中，學(xué)會查閱相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 設(shè)計方案的確定

學(xué)生在經(jīng)過了資料的搜集和總結(jié)后，根據(jù)自己的課題的要求，繪制出機構(gòu)運動簡圖。然后對機構(gòu)的運動部分進(jìn)行初步的設(shè)計計算。此時，機構(gòu)的選擇，前提是要滿足課題要求和機器功能的實現(xiàn)。但是，很多學(xué)生不重視這個過程，基本上在這個階段都是畫草圖，懶于計算，導(dǎo)致在真正的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中出現(xiàn)返工的現(xiàn)象。而且在方案設(shè)計時，要設(shè)計出不同的方案進(jìn)行比較，甚至要做一些簡單的模型進(jìn)行實驗比較。比較的過程中，不僅考慮機構(gòu)是否達(dá)到生產(chǎn)率的要求，還要考慮機構(gòu)的運動的平穩(wěn)性，最終確定出更合理的方案，并繪制出正規(guī)的機構(gòu)運動簡圖。

2.3 設(shè)計計算

畢業(yè)設(shè)計中的計算主要包括執(zhí)行機構(gòu)和原動機所需的功率、運動學(xué)計算、動力學(xué)計算。

2.3.1 類比法確定執(zhí)行機構(gòu)所需功率

首先，確定直接參與工作的執(zhí)行機構(gòu)所需要的力、力矩、速度、加速度和位置等技術(shù)參數(shù)，從而計算出執(zhí)行機構(gòu)的功率；然后，計算出整個傳動系統(tǒng)中的傳動功率。

很多種情況下，執(zhí)行機構(gòu)所需的功率比較容易確定，例如，起重機起吊重物所需要的力、鋼筋的彎曲切斷所需要的力等。然而有時，這些重要的參數(shù)無法用簡單的方法來確定，因為這些參數(shù)與其機器加工的對象和加工工藝有關(guān)，例如，壓球機的設(shè)計。壓球機壓制過程中的徑向壓力是要通過模型試驗而測定的，對于學(xué)生來說，這個環(huán)節(jié)有困難。因此，這種情況下，就要去找似的工況所耗用的功率，總之就是要用類比的方法來確定執(zhí)行機構(gòu)所需要的功率。

確定了使用功率就可以確定原動機的功率，按國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選取電機類型，如三相(或單相)交流異步電機、直流調(diào)速電機、步進(jìn)電機、伺服電機等。其中步進(jìn)電機和伺服電機的主要參數(shù)是根據(jù)扭矩確定的。

2.3.2 運動學(xué)計算

在確定了電機轉(zhuǎn)速之后，設(shè)計者需要對傳動系統(tǒng)的各機構(gòu)進(jìn)行速比的分配。在速比分配的過程中，學(xué)生一般是按照課本推薦的數(shù)據(jù)來分配的，例如，帶傳動，課本上推薦的傳動比是2～7，但在大功率帶傳動的機器中，小帶輪基準(zhǔn)直徑確定后，如果按照傳動比2～7來設(shè)計大帶輪時，大帶輪的直徑會很大，有可能不滿足實際的結(jié)構(gòu)要求。在實際的設(shè)計過程中，速比的大部分應(yīng)該是由減速器來承擔(dān)，所以先確定減速器的型號。具體的步驟是：首先根據(jù)速比，對應(yīng)的功率查到減速器型號，再根據(jù)型號(一般其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是中心距)查得其聯(lián)系尺寸。機器其余的速比部分再由其傳動形式來補充。

2.3.3 動力學(xué)計算

在載荷計算中有時候會遇到較復(fù)雜的力的分析，如風(fēng)載荷，雪載荷，地震載荷等，學(xué)生有時候不能夠很好地將這些力進(jìn)行簡化，做出受力分析。因此，在此時建議學(xué)生去查找相關(guān)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)里有無所規(guī)定的計算過程要求，若設(shè)計題目屬于特種設(shè)備的卷揚機，起重機設(shè)備等，國家標(biāo)準(zhǔn)里都規(guī)定有計算內(nèi)容和推薦公式，以及各種參數(shù)的選擇，這時學(xué)生就必須按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行；若標(biāo)準(zhǔn)里沒有規(guī)定的就得查閱相似情況有沒有其他設(shè)計人員發(fā)表的論文或者專著等，作為計算時的參考；若沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，沒有資料的，就得做模型試驗，來確定相關(guān)參數(shù)。

學(xué)習(xí)程度比較好的學(xué)生建議借助于分析軟件進(jìn)行計算，如Ansys、Creo、Adams、Recdyn等，其計算的目的是確定結(jié)構(gòu)主要零件的尺寸，同時還是要保證機器運動過程中的平穩(wěn)性與可靠性，為下一步的機構(gòu)設(shè)計打下基礎(chǔ)。

在此階段里，許多學(xué)生甚至個別老師誤解地認(rèn)為設(shè)計就是計算，也就是要把包括結(jié)構(gòu)在內(nèi)的所有零部件的尺寸都計算出來，才能開始繪圖，其實這是錯誤的。計算是基礎(chǔ)，有了基礎(chǔ)計算數(shù)據(jù)，就可以開始繪制結(jié)構(gòu)圖，很多結(jié)構(gòu)和一些零件的尺寸是在繪圖的過程中去確定的。

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計

作為機械專業(yè)的畢業(yè)生，常見機械和機構(gòu)的設(shè)計與機械識圖和制圖的能力是最基本的要求，但由于繪圖過程相對比較繁瑣，需要一定的三維透視能力，學(xué)生們害怕畫圖已成為一種普遍現(xiàn)象[6]。如果在此之前沒有進(jìn)行充足的繪圖訓(xùn)練，所畫的機械圖紙問題較多,與正規(guī)圖紙的要求有很大差距。雖然此階段必要的計算已經(jīng)結(jié)束，但大部分學(xué)生對繪圖仍然感到茫然，無從下手。這個階段指導(dǎo)老師應(yīng)該在與學(xué)生共同分析結(jié)構(gòu)的特點、視圖的合理布置、標(biāo)準(zhǔn)件和外購件的選用、潤滑的選用以及安全措施的應(yīng)用等，重點指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計和圖紙的繪制。結(jié)構(gòu)設(shè)計一般從執(zhí)行機構(gòu)先繪出，然后，逐漸向其他部分展開，邊畫圖邊修改，直到完成整個裝配圖的繪制。

相對于裝配圖的設(shè)計，零件圖的繪制設(shè)計、更多的要求是視圖的正確表達(dá)、尺寸及加工要求的準(zhǔn)確標(biāo)注、零件材質(zhì)的合適選擇、合理加工工藝性等。所以，零件圖要求的完整性和準(zhǔn)確性更高。大部分畢業(yè)生覺得零件圖好畫，但結(jié)果往往不令人滿意。有許多學(xué)生仍然還是畫了幾張在課程設(shè)計時的零件圖，比如傳動軸、齒輪、帶輪等，反應(yīng)出學(xué)生對零件設(shè)計工作的欠缺和不自信；也有一些同學(xué)，先用三維軟件建立一個三維的模型，讓軟件自動生成二維的工程圖紙，又不加于修正，致使零件圖表達(dá)不完善，不能作為實際生產(chǎn)用圖紙。

所以，在整個結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，指導(dǎo)教師要不斷地檢查學(xué)生的進(jìn)度情況，及時指出圖紙表達(dá)中的錯誤和不合理，避免設(shè)計出現(xiàn)重大的返工現(xiàn)象。

2.5 撰寫設(shè)計計算說明書

設(shè)計計算說明書的撰寫是畢業(yè)設(shè)計過程的最后一個階段，在這個過程里，指導(dǎo)教師應(yīng)該向?qū)W生講明說明書的主要內(nèi)容，包括：分析所做課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、所設(shè)計機器的功能，能實現(xiàn)此功能的機器結(jié)構(gòu)原理、方案的選擇、設(shè)計計算過程的說明與結(jié)論等，要求論據(jù)充分，結(jié)構(gòu)合理、文理通順，技術(shù)用語準(zhǔn)確。

2.6 盡可能運用先進(jìn)的計算機輔助設(shè)計工具

應(yīng)用軟件已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，學(xué)生在做畢業(yè)設(shè)計的過程中，應(yīng)該盡可能的運用這些先進(jìn)的輔助設(shè)計工具。例如：用于制圖的AutoCAD、CAXA、用于力學(xué)分析的Ansys、adams等，還有一些三維軟件在實際工作中也有廣泛的應(yīng)用，如: SolidWorks、UG等，學(xué)生可以在畢業(yè)設(shè)計過程中，接觸這些軟件，為進(jìn)入工作崗位，打下良好的基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

應(yīng)用型本科生的畢業(yè)設(shè)計是一個非常重要的實踐教學(xué)和學(xué)習(xí)階段，做好畢業(yè)設(shè)計，就是要給學(xué)生，把在學(xué)校的學(xué)習(xí)知識與就業(yè)的崗位要求之間，架起一座暢通的橋梁。因此，在教師指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計以及學(xué)生做設(shè)計的過程中：要求指導(dǎo)教師科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實地命題；提前將課題布置給學(xué)生，讓學(xué)生有更充足的時間去調(diào)研和實驗，并提出更高的要求；廣泛多渠道地搜集相關(guān)的技術(shù)資料；進(jìn)行多方案設(shè)計和比較和優(yōu)化，正確地按工作量要求完成繪制裝配和零部件圖紙；規(guī)范格式化地撰寫設(shè)計計算說明書；整個畢業(yè)設(shè)計過程，師生要定時見面溝通，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時改正，避免重大返工現(xiàn)象。

[1]紀(jì)小剛. 機械工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計中存在的問題及對策[J].無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報， 2008，7(3)：59-61.

[2]郭登明，劉明堯，江山.提高機械類畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的研究[J].長江大學(xué)學(xué)報：自然版，2004，1(2):104-106.

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[5]明興祖,唐川林，吳吉平，等.機械大類專業(yè)實踐教學(xué)體系與內(nèi)容創(chuàng)新[J]. 實驗科學(xué)與技術(shù)，2011，9(6)：157-161.

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Teaching and Reform Research on Three of College Graduation Design of Mechanical Professional

ZHANG Yanyan，KANG Hongwei，ZHANG Fating

(School of Engineering,Huanghe Science and Technology University, Zhengzhou 450093, China)

Application type undergraduate graduation design is a very important stage of practice teaching. In mechanical engineering students graduation design process, there are graduation design topic selection unreasonable, the difficulty of the topic is too large, the graduation design started later, the structure design is not suitable for all kinds of problems.Aiming at these problems, this paper summed up the effective measures, and put forward several links focus on grasp through the reform of teaching practice for many years. The results of the reform show that: in recent three years, the quality of graduation design of mechanical major students of this school is greatly improved, drawing ability enhanced, the number of students writing papers and patents before graduation and the employment rate of increase have been greatly improved.

mechanical engineering; graduation design; topic; teaching practice

2014-03-25；修改日期: 2014-06-10

河南省重點學(xué)科:機械設(shè)計制造及其自動化基金資助項目。

張燕燕(1981-)女，碩士，講師，主要從事工作：機械設(shè)計與制造方面的教學(xué)和科研工作。

G642.0;TH111

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.038