基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)踐的探索

關(guān)躍奇　王高升　彭浩舸

摘 要：機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械類產(chǎn)品的三維裝配設(shè)計(jì)，零、部件的工程圖設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控加工程序編制和加工的全過程，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)精神，是現(xiàn)代機(jī)械人才培養(yǎng)過程中非常重要的環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)制造；綜合實(shí)踐；創(chuàng)新能力；實(shí)踐效果

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的不斷發(fā)展，各企業(yè)都愿聘請(qǐng)有工作經(jīng)驗(yàn)的員工，也希望員工具有一定的創(chuàng)新能力。但是，目前高等教育培養(yǎng)出來的學(xué)生已經(jīng)無法滿足企業(yè)的這一基本需求，雖然國(guó)家和高校對(duì)此進(jìn)行了教改探索，可是這種現(xiàn)象還沒有徹底改變。因此，當(dāng)前教育工作者最重要的任務(wù)就是研究和探索我國(guó)工程教育的新模式和新方法。

培養(yǎng)畢業(yè)生的創(chuàng)新能力是教育部貫徹落實(shí)國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）的重要舉措，為此教育部于2009年提出了“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，借助校企合作，以工程實(shí)際為背景，以工程技術(shù)為主線，著力提高學(xué)生的工程素質(zhì)及工程實(shí)踐能力。湖南工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（簡(jiǎn)稱：機(jī)械設(shè)計(jì)）專業(yè)作為教育部首批實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的專業(yè)，為學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)、參與創(chuàng)新性實(shí)踐活動(dòng)提供平臺(tái)，加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)思維和實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

為適應(yīng)新形勢(shì)下企業(yè)對(duì)人才的需求，本專業(yè)以培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力的優(yōu)秀人才為目標(biāo)，在專業(yè)特色、教學(xué)體構(gòu)、實(shí)踐教學(xué)模式、創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)等環(huán)節(jié)展開探索和研究，取得了良好的效果。

“機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)踐”是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力和創(chuàng)業(yè)精神的重要環(huán)節(jié)。對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生而言，“機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)踐”是本專業(yè)多門專業(yè)課程的綜合應(yīng)用，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，一些高校都把現(xiàn)代制造綜合實(shí)踐教學(xué)作為重點(diǎn)和亮點(diǎn)進(jìn)行投資和建設(shè)。隨著我國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，絕大部分企業(yè)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率相繼購(gòu)買了數(shù)控設(shè)備，為此急需一批掌握現(xiàn)代制造技術(shù)的高素質(zhì)人才?，F(xiàn)代制造綜合實(shí)驗(yàn)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)中一個(gè)非常重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)豐富學(xué)生生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)，鞏固和加深所學(xué)理論知識(shí)，了解現(xiàn)代數(shù)控加工全過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、認(rèn)真、細(xì)致的工作作風(fēng)有著非常重要的作用。

一、培養(yǎng)創(chuàng)新能力，構(gòu)建“三層次三結(jié)合”實(shí)踐教學(xué)模式

1.“三層次”，即基本技能層、綜合應(yīng)用能力與初步設(shè)計(jì)能力層、工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力層

“三層次”實(shí)踐教學(xué)體構(gòu)，形成了由單一到綜合，由各自相對(duì)獨(dú)立到科學(xué)融合的實(shí)踐教學(xué)體系，使學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)分層遞進(jìn)。（1）基本技能層：包含大學(xué)化學(xué)、大學(xué)物理等通識(shí)基礎(chǔ)課程及學(xué)科基礎(chǔ)課程的實(shí)驗(yàn)，機(jī)械零部件測(cè)繪課程設(shè)計(jì)，以及金工實(shí)習(xí)、電工與電子實(shí)習(xí)、企業(yè)認(rèn)知實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)，此層次重點(diǎn)進(jìn)行基本技能訓(xùn)練。（2）綜合應(yīng)用能力與初步設(shè)計(jì)能力層：包含機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)、機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)、液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等環(huán)節(jié)，此層次重點(diǎn)為專業(yè)知識(shí)的綜合應(yīng)用和初步設(shè)計(jì)能力的訓(xùn)練。（3）工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力層：包含工程項(xiàng)目訓(xùn)練、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造綜合實(shí)踐、課外科技活動(dòng)、企業(yè)輪崗訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與工程實(shí)踐能力。

2.三結(jié)合，即課內(nèi)課外相結(jié)合、校企結(jié)合、工程教育與人文精神培養(yǎng)結(jié)合

（1）課內(nèi)課外相結(jié)合：課內(nèi)系統(tǒng)的、循序漸進(jìn)的實(shí)踐能力訓(xùn)練，與課外開放性、自主式科技實(shí)踐活動(dòng)、社團(tuán)活動(dòng)、社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)相結(jié)合。（2）校企結(jié)合：發(fā)揮學(xué)校、企業(yè)不同教學(xué)環(huán)境和教學(xué)資源以及在人才培養(yǎng)方面的各自優(yōu)勢(shì)，把學(xué)校以傳授知識(shí)為主的課堂教育與在企業(yè)直接獲取實(shí)際經(jīng)驗(yàn)、實(shí)踐能力為主的生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合。（3）工程教育與人文精神培養(yǎng)結(jié)合：培養(yǎng)履行機(jī)械類工程師職責(zé)所應(yīng)具備的專業(yè)知識(shí)與能力和弘揚(yáng)并實(shí)踐以“求真、求實(shí)”為主要特征的工程人文精神的培養(yǎng)相結(jié)合。

“三層次及三結(jié)合”的實(shí)踐教學(xué)體構(gòu)，即由淺入深、分層次、分模塊地進(jìn)行工程實(shí)踐教學(xué)，形成了“理論-實(shí)踐-再理論-再實(shí)踐”分層推進(jìn)的工程實(shí)踐教學(xué)體構(gòu)。

二、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，探索基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的綜合實(shí)踐內(nèi)容與模式

我校機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是“厚基礎(chǔ)、適口徑、有專長(zhǎng)、強(qiáng)應(yīng)用”，與企業(yè)用人要求實(shí)現(xiàn)“零距離”融通，專業(yè)原有的實(shí)踐教學(xué)體構(gòu)已不適應(yīng)市場(chǎng)新要求。為此，本專業(yè)確立了以機(jī)械產(chǎn)品、裝置設(shè)計(jì)制造為教學(xué)項(xiàng)目，以實(shí)踐實(shí)訓(xùn)為教學(xué)手段，以創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)為教學(xué)重點(diǎn)的大型綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，探索基于機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造課程設(shè)計(jì)的教學(xué)模式（即綜合實(shí)踐），滿足企業(yè)對(duì)人才的現(xiàn)實(shí)要求。

“機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造”課程設(shè)計(jì)是我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生在學(xué)校完成的最后一項(xiàng)綜合實(shí)踐項(xiàng)目，當(dāng)校內(nèi)所有理論學(xué)習(xí)完成后，要求學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)完成具備一定功能和用途的產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)，包括零件設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、加工制造、檢驗(yàn)裝配，并對(duì)加工、裝配環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量分析，撰寫設(shè)計(jì)說明書。我校2002級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)于2005年開始實(shí)施綜合實(shí)踐課程教學(xué)。近十年來，對(duì)綜合實(shí)踐內(nèi)容及模式不斷進(jìn)行改革和探索，形成了一套行之有效的實(shí)踐方案。根據(jù)對(duì)2006-2015屆畢業(yè)學(xué)生的跟蹤調(diào)查，我校實(shí)行綜合實(shí)踐教學(xué)是成功的。

綜合實(shí)踐作為訓(xùn)練平臺(tái)的目的是培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，與企業(yè)用人要求實(shí)現(xiàn)“零距離”對(duì)接，積累工程經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)分析、解決工程實(shí)際問題的能力。結(jié)合我校機(jī)械工程學(xué)院的實(shí)際情況，只有創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，才能達(dá)到綜合實(shí)踐教學(xué)的目的。

1.教學(xué)內(nèi)容方面的創(chuàng)新

結(jié)合我校的實(shí)際情況，選擇比較復(fù)雜并且有技術(shù)難度的機(jī)械產(chǎn)品或裝置作為實(shí)踐項(xiàng)目。所以，我們精心挑選了各種傳統(tǒng)產(chǎn)品，如各類油缸、減速器、千斤頂、齒輪泵、機(jī)床夾具、冷沖模等，同時(shí)將機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的競(jìng)賽項(xiàng)目無碳小車、指導(dǎo)老師科研子項(xiàng)目等作為實(shí)踐項(xiàng)目，使其既能在機(jī)械工程學(xué)院范圍內(nèi)實(shí)施教學(xué)，還能充分發(fā)揮學(xué)院現(xiàn)有的設(shè)備資源。若選擇難度較大的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等產(chǎn)品作為實(shí)踐項(xiàng)目，雖然工程實(shí)際意義巨大，但因其技術(shù)難度太大，一般高校也不具備這種加工能力，從而達(dá)不到綜合實(shí)踐的教學(xué)目標(biāo)。若采用單個(gè)的機(jī)械零件作為綜合實(shí)踐項(xiàng)目也能進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和加工制造，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到機(jī)械產(chǎn)品、裝置所具有的綜合實(shí)訓(xùn)效果。

2.教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置的創(chuàng)新

按照實(shí)際工程環(huán)境真刀真槍地進(jìn)行工程化的綜合訓(xùn)練，具體設(shè)置是以專業(yè)班級(jí)為基本實(shí)施單位，8?10個(gè)同學(xué)組成一個(gè)項(xiàng)目合作團(tuán)隊(duì)，實(shí)行項(xiàng)目組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，團(tuán)隊(duì)成員分工合作。將產(chǎn)品研制分成四大模塊進(jìn)行：即產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)（含產(chǎn)品三維造型、工程圖設(shè)計(jì)）、工藝設(shè)計(jì)、加工制造、產(chǎn)品裝配及分析總結(jié)。按模塊劃分將綜合實(shí)訓(xùn)分為四個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，每個(gè)模塊分別有各自不同的任務(wù)和重點(diǎn)，同時(shí)又通過實(shí)踐項(xiàng)目把四大模塊有機(jī)地連接成一個(gè)整體。學(xué)生經(jīng)過以上四個(gè)模塊的實(shí)訓(xùn)后，在團(tuán)隊(duì)成員共同努力下完成了整個(gè)實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品的研制，每個(gè)學(xué)生需完成相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)任務(wù)，并撰寫相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)說明書。

四個(gè)模塊的具體任務(wù)是：第一個(gè)模塊為產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)，主要任務(wù)是按給定的項(xiàng)目（指導(dǎo)老師給定功能及技術(shù)要求），學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)及掌握的設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)出給定產(chǎn)品三維圖及各零、部件工程圖設(shè)計(jì)并完整給出零、部件相關(guān)技術(shù)要求，重點(diǎn)是創(chuàng)新意識(shí)和綜合設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)。每個(gè)團(tuán)隊(duì)按給定功能及技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)出兩個(gè)以上不同方案，并從中選擇一個(gè)原理結(jié)果最優(yōu)，又能進(jìn)行加工生產(chǎn)的方案作為團(tuán)隊(duì)實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品，后續(xù)三模塊環(huán)節(jié)實(shí)訓(xùn)將以此優(yōu)選方案進(jìn)行實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品試制。

第二個(gè)模塊是工藝設(shè)計(jì)，主要任務(wù)是按照所設(shè)計(jì)的零件的工程圖結(jié)果和技術(shù)要求，并結(jié)合現(xiàn)有的工藝的文件，重點(diǎn)是制造技術(shù)的工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)；按著單個(gè)零件為一個(gè)工作小組，各小組要編制相應(yīng)零件的加工工藝過程卡，并進(jìn)行工序卡的編制，每位學(xué)生至少完成一道以上工序（卡）文件的編制。所編零件制造工藝過程卡、每道工序中的安裝定位、切削三要素、刀量具等工藝基本要素必須齊全。

第三個(gè)模塊是零件加工制造，主要任務(wù)是學(xué)生能夠獨(dú)立操作機(jī)床并能出色地完成零件的加工，以此來驗(yàn)證所編工程程序是否合理，重點(diǎn)是學(xué)生的操作能力和動(dòng)手能力以及分析、解決工程制造技術(shù)問題的能力訓(xùn)練。這一模塊仍以單個(gè)零件作為獨(dú)立工作小組并以零件各工序卡編制者為主操作各類加工設(shè)備，完成各工作小組零件加工試制，對(duì)加工制造中出現(xiàn)的問題應(yīng)及時(shí)進(jìn)行分析處理。

第四個(gè)模塊是產(chǎn)品裝配調(diào)試及分析總結(jié)，主要任務(wù)是進(jìn)行產(chǎn)品裝配調(diào)試并撰寫設(shè)計(jì)說明書，重點(diǎn)是訓(xùn)練產(chǎn)品裝配調(diào)試的動(dòng)手能力和分析、解決工程裝配技術(shù)問題的能力，以項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)為單位，在各工作小組完成了產(chǎn)品零件的加工試制后再對(duì)實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品進(jìn)行裝配調(diào)試，最后撰寫設(shè)計(jì)說明書。

三、注重過程管理，創(chuàng)新考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)采用“工程化”的模式，且有很強(qiáng)的專業(yè)性。為此，作為教師，必須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的指導(dǎo)，多關(guān)注過程管理，保證這個(gè)環(huán)節(jié)的效果。綜合實(shí)踐不能只看實(shí)訓(xùn)產(chǎn)品的最終研制結(jié)果，更要注重整個(gè)實(shí)踐過程中學(xué)生所學(xué)到的技術(shù)能力，還有他們能夠解決實(shí)際工程問題的技術(shù)和方法。所以綜合實(shí)踐應(yīng)該更多的是模擬工程實(shí)際環(huán)境，采用“工程化”模式的標(biāo)準(zhǔn)，從工程的實(shí)際出發(fā)，也能使學(xué)生參與到工程實(shí)踐的氛圍中，通過相關(guān)的實(shí)踐的鍛煉，積累工程經(jīng)驗(yàn)，從而大大提高工程實(shí)踐的能力。針對(duì)在這個(gè)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的各類工程技術(shù)問題，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)來解決這些問題，從而在一定程度上更加有效地訓(xùn)練學(xué)生的能力，也培養(yǎng)他們自己想辦法分析、解決工程實(shí)際問題的能力。

本環(huán)節(jié)時(shí)間跨度大，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容多。引導(dǎo)學(xué)生積極參與，采用自評(píng)、互評(píng)相結(jié)合，注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作，更是其考核評(píng)價(jià)建設(shè)的關(guān)鍵。只有加強(qiáng)過程管理，創(chuàng)新考核標(biāo)準(zhǔn)才能達(dá)到綜合實(shí)訓(xùn)的最終目標(biāo)。在本環(huán)節(jié)中采用可量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，注重過程管理，突出能力培養(yǎng)，提倡個(gè)性發(fā)展；建立了按模塊的考核評(píng)價(jià)指標(biāo)體系即評(píng)價(jià)也分四個(gè)模塊進(jìn)行，每模塊都采用五級(jí)制評(píng)分，在四個(gè)模塊中以個(gè)人最擅長(zhǎng)，并且能力最強(qiáng)的評(píng)價(jià)模塊成績(jī)作為本階段的總成績(jī)，這樣就能夠把學(xué)生的興趣愛好和自己的特長(zhǎng)完美結(jié)合，又能把實(shí)訓(xùn)過程中的能力培養(yǎng)和素質(zhì)提高與考核評(píng)價(jià)相結(jié)合，并且在這個(gè)環(huán)節(jié)中只要學(xué)生能利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)分析問題、解決問題，就能取得比較好的成績(jī)，也會(huì)提高自己的工程能力。最后，還要讓學(xué)生進(jìn)行詳細(xì)的分析總結(jié)。

四、結(jié)語

我校已開展“機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造綜合實(shí)踐”活動(dòng)近十年，探索出了一條基于創(chuàng)新能力的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造實(shí)訓(xùn)新模式，取得了滿意的教學(xué)效果，每位學(xué)生都基本掌握了一般機(jī)械產(chǎn)品的研制過程，學(xué)會(huì)了如何運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來分析并解決工程實(shí)際問題，提高了工程實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)與企業(yè)用人要求“零距離”融通，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)、認(rèn)真、細(xì)致的工作作風(fēng)，增強(qiáng)了學(xué)生畢業(yè)后的求職能力。因此，近年來，我校機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)的畢業(yè)生就業(yè)率都在90%以上，這樣的就業(yè)率也一直處于我校各專業(yè)的前面，也證明了我們教學(xué)改革目標(biāo)的正確性，培養(yǎng)的學(xué)生也是比較受歡迎的。但某些方面需進(jìn)一步完善，如課題能夠與企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)或技改相結(jié)合將更具價(jià)值和工程實(shí)際意義，部分課題創(chuàng)新顯得不足等。

總之，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造綜合實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、加工制造和裝配的全過程，進(jìn)一步提高了大型綜合實(shí)踐的適應(yīng)性和綜合水準(zhǔn)，加強(qiáng)了學(xué)生實(shí)踐能力、綜合能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。我們相信，一定能培養(yǎng)出滿足企業(yè)要求并具有一定創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力的新型機(jī)械相關(guān)專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭建華.重視工程教育，提高工科學(xué)生工程實(shí)踐能力[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（4）：125-127.

[2]劉迎春.機(jī)械類應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐[R].應(yīng)用型本科改革與發(fā)展建設(shè)研討會(huì)報(bào)告，2009.

[3]劉國(guó)榮，秦祖澤，黃俊偉，等.工程應(yīng)用本科教育特性及其創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的研究與實(shí)踐[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2004（12）：39-41.

作者簡(jiǎn)介：關(guān)躍奇（1964- ），男，副教授，專業(yè)研究方向：復(fù)雜軌跡加工。