加快數字化設計人才培養(yǎng)的對策和實踐
——以梧州學院機械類專業(yè)人才培養(yǎng)為例

韋衡冰，鄧小林，嚴超龍，潘明華，黃志鋒

（梧州學院 機械與材料工程學院，廣西 梧州 543002）

加快數字化設計人才培養(yǎng)的對策和實踐
——以梧州學院機械類專業(yè)人才培養(yǎng)為例

韋衡冰，鄧小林，嚴超龍，潘明華，黃志鋒

（梧州學院 機械與材料工程學院，廣西 梧州 543002）

分析了地方性高校培養(yǎng)數字化設計人才面臨的主要問題，并以梧州學院機械類專業(yè)數字化設計人才培養(yǎng)的實踐為例，總結提出了加快數字化人才培養(yǎng)的對策，并報告人才培養(yǎng)的實踐成果。

數字化設計；機械專業(yè)；人才培養(yǎng)

1 機械類專業(yè)人才培養(yǎng)所面臨的挑戰(zhàn)機遇

數字化設計技術是現代企業(yè)產品設計和加工制造的核心技術，企業(yè)迫切需要大量具有數字化設計能力的人才。隨著計算機輔助設計的應用，數字化設計已成為機械產品設計的主要方式。產品數字化設計技術不但能實現無紙化設計、虛擬仿真加工、數控加工、過程控制、全自動裝配以及計算機輔助分析，而且為業(yè)界帶來了全新的產品制造方法和先進理念。產品數字化設計技術和制造方式從根本上改變了傳統(tǒng)制造業(yè)依靠手工設計計算、憑借二維圖紙組織生產、裝配的方式，引發(fā)了設計制造領域的根本變革，使設計制造思想、理論、方法與手段都發(fā)生了極大的變化［1-2］。

因此，加快機械類專業(yè)數字化人才培養(yǎng)和提高人才培養(yǎng)的質量，是機械類專業(yè)人才培養(yǎng)適應經濟和社會發(fā)展轉型的要求，既是傳統(tǒng)機械專業(yè)人才培養(yǎng)面臨的重大挑戰(zhàn)，也是機械類專業(yè)轉型發(fā)展的重要機遇［3-4］。梧州學院是一所地方性應用型高校，有規(guī)模較大的機械類專業(yè)群，如何緊貼行業(yè)的要求，突出機械專業(yè)人才培養(yǎng)的數字化設計特色，是專業(yè)發(fā)展面臨的主要問題之一。經多年的研究探索和實踐，數字化設計人才培養(yǎng)取得了較顯著的成效，形成了有自己特色的數字化人才培養(yǎng)模式［5］。

2 數字化設計人才培養(yǎng)面臨的主要問題分析

2.1 “自底向上”向“自頂向下”設計方式轉變的問題

傳統(tǒng)的機械類產品設計普遍是基于“自底向上”的方式開展，即先設計零件再進行部件和產品裝配，這對學生的機械專業(yè)知識以及整體設計水平和思維能力要求非常高，需要學生深入掌握包括機械制圖、機械原理、機械設計、機械制造技術、工程力學、材料力學、機械工程材料等專業(yè)基礎知識，要求學生有較深厚的理論基礎和較廣寬的知識結構。顯然，應用型地方高校機械類專業(yè)學生難以達到這樣的要求。梧州學院是典型的地方性應用型高校，學生在課程學習和課程設計中難以得到基于產品整體功能設計開發(fā)的全過程訓練。如采用常規(guī)的基于“自底向上”的設計方法，地方性高校學生的水平整體無法達到要求。因此，必須著力轉變傳統(tǒng)的設計方式，向更適合數字化設計的“自頂向下”的設計方式轉變［6］。

2.2 傳統(tǒng)教學方式和方法存在的問題

傳統(tǒng)的機械類專業(yè)教學模式和教學手段比較單一、缺乏多樣性、適應性。傳統(tǒng)的實驗教學主要以驗證性實驗為主，綜合型、設計型、研究型和創(chuàng)新型實驗內容不足。而數字化設計教學要求有豐富的教學素材，有豐富的設計過程作為示例，有學生實際參與設計項目的過程作為實訓。傳統(tǒng)實驗教學方式和方法不利于發(fā)揮學生的主動性、積極性和創(chuàng)造性，不能滿足數字化設計高效、靈活和創(chuàng)新的要求［7］。

2.3 實踐實驗教學資源問題

要解決實踐實驗教學資源建設和配置問題［8］。以梧州學院為例，早年機械類專業(yè)的實驗室主要依據課程進行建設，各個實驗室之間的關聯主要依據教學計劃來體現其“關聯性”，缺乏從培養(yǎng)學生開發(fā)整體機械產品的角度和思維來考慮實驗室的建設，實驗教學資源大部分呈現“點”分布，缺少按機械工程產品設計與生產過程的體系性設計。尤其是缺乏開放式、自主學習的創(chuàng)新實踐平臺，先進的儀器設備不多，滿足實際生產的工程設備缺少。面向工程創(chuàng)新能力和社會實踐能力培養(yǎng)的實踐教學體系開始階段沒有進行整體設計，起步階段缺少校內外實訓基地和實踐教學基地。

2.4 學生參與產品設計研發(fā)問題

對學生機械設計能力和工程素質的培養(yǎng)，最佳的途徑是讓學生從事真正的基于功能的機械產品開發(fā)。這不但需要學校提供相應的創(chuàng)新實踐平臺、科研平臺，還需要有真實的產品設計開發(fā)項目為支撐，以及充足的經費作保障，這些正是地方性高校所缺少的教學和科研資源。如何建設相關的設計研發(fā)平臺，給學生提供豐富的真實產品設計和研發(fā)項目，得到比較充足的經費保障，讓學生能真實參與完成基于數字化產品的零件設計、部件裝配、整機仿真、工程圖導出，甚至是零部件的剛度、強度和穩(wěn)定性的分析和優(yōu)化設計等過程，是加快數字化人才培養(yǎng)，提高培養(yǎng)質量所要解決的關鍵問題。

3 加快數字化設計人才培養(yǎng)的主要對策

3.1 突出三維數字化設計特色，向“自頂向下”設計方法轉變

“自底向上”的設計方法與我們實際的基于功能開發(fā)的產品設計思維相反。實際的產品應基于功能要求，首先進行整體功能架構，再針對不同的子功能模塊完成部件總體設計，然后逐層細化完成零件設計，最后對零部件的強度和剛度以及穩(wěn)定性進行校核，最終達到實現整體產品研發(fā)的過程，這即是“自頂向下”的設計方法［6］。如采用常規(guī)的基于“自底向上”的設計方法，對學生的專業(yè)知識和思維能力要求高，這往往超出地方性應用型高校學生實際水平。梧州學院解決這個問題的主要思路是對傳統(tǒng)的機械類課程體系進行改革，加快與數字化設計相適應的課程建設，逐步形成了現代數字化設計技術、數字化制造技術、數字化仿真技術等課程組成的專業(yè)課程群，構建新型機械類課程體系。利用計算機輔助三維設計，完成復雜產品的三維建模、仿真及工程圖的導出和數控加工，從而實現了產品的快速開發(fā)設計。針對梧州學院學生的實際情況，開展針對產品功能設計的“自頂向下”設計方法實踐訓練，突出對學生的工程圖學能力、三維數字化設計能力和計算機仿真技術能力的培養(yǎng)，在此基礎上加強數字化設計最后環(huán)節(jié)——計算機輔助制造能力進行培養(yǎng)，以達到綜合提高學生數字化設計能力的目標。

3.2 整合教學資源，構建了數字化設計能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式

著力改變傳統(tǒng)的以教師為中心的傳授型、繼承型的教學模式，構建了一種既能發(fā)揮教師主導作用又能充分體現學生認知主體，以現代數字化設計技術為基礎、工程實踐為手段、校企合作項目以及大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和學科競賽為依托的新型人才培養(yǎng)模式。主要思路和做法是面向課程改構建實驗室體系，實驗實踐平臺既滿足數字化課程群的實驗實踐教學，又體現數字化產品設計和制造特點。目前梧州學院面向數字化人才培養(yǎng)的實驗室和實踐基地已形成體系，主要包括：產品數字化建模與設計實驗室、精密設計與制造實驗室、先進制造實驗室、CAD機械制圖實驗室、模具設計制造實驗室、機械工程訓練中心等。

充分發(fā)揮了學科競賽對學生能力培養(yǎng)和教學改革的推動作用。經過多年的探索實踐，形成了一個以大學生機械創(chuàng)新設計競賽為載體的培養(yǎng)學生數字化設計能力和創(chuàng)新能力的人才培養(yǎng)模式，這一模式把指導學生參加機械創(chuàng)新設計大賽等學科競賽相關的教學活動，和數字化設計能力培養(yǎng)的教學活動緊密結合起來，使數字化設計能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學行為系統(tǒng)化、模式化［9］。

這一模式的運行產生了顯著成效，使梧州學院機械專業(yè)學生創(chuàng)新能力和工程實踐能力得到顯著提高。近年來，梧州學院學生參加全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽和廣西高校大學生創(chuàng)新設計與制作大賽榮獲各類獎項20多項，包括全國一等獎1項，二等獎3項。成績處于廣西高校前列。在2016年第七屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽中獲一等獎項目數、獲獎率在廣西高校中排名第一。

3.3 以科研平臺和項目為依托，學生參與真實產品研發(fā)設計，強化學生的數字化設計能力

參與真實機械產品設計和開發(fā)是對數字化設計能力的綜合訓練，也是數字化設計人才培養(yǎng)更緊貼業(yè)界的有效途徑。除了利用好實驗教學平臺外，充分發(fā)揮科研平臺和研發(fā)項目的作用是梧州學院機械專類專業(yè)數字化設計人才培養(yǎng)的一大特色。梧州學院的智能顯微設備廣西工程技術研究中心，產品數字化建模設計實驗室、人工寶石設計與檢測實驗室等科研機構都已成為學生參與數字化產品研發(fā)設計的重要平臺。近年，梧州學院上述各科研平臺項目比較飽滿，特別是有較多的面向地方應用的研發(fā)項目，這為學生參與科研活動創(chuàng)造了基礎條件。學生參與科研項目使教學、科研和人才培養(yǎng)產生了良性互動，大多數面向真實產品設計的研發(fā)項目，學生都能參與數字化設計過程，如CAD繪圖、三維建模仿真等。如產品數字化建模設計實驗室利用與華南船舶機械有限公司校企合作項目“船舶機械數字化設計”、“復雜機械設備數字化研發(fā)及應用示范”等項目，讓學生參與完成了華南船舶機械有限公司海上吊機平臺機械產品圖紙3000多張，培養(yǎng)了產品數字化建模團隊4批次100多人。通過校企合作橫向科研項目，學生參與企業(yè)實際生產的海上吊機平臺數字化建模訓練，具備了企業(yè)級的數字化建模水平。該團隊近年來也成為了梧州學院機械工程學科競賽的主力，連年斬獲廣西區(qū)機械類學科競賽獎項。這些具有較高數字化設計能力的學生具有較高的就業(yè)競爭力，成為企業(yè)優(yōu)先錄用的對象，并獲得較高的薪酬。

4 結論

加快數字化設計人才培養(yǎng)是機械類專業(yè)適應經濟與社會發(fā)展的必然選擇，這既是傳統(tǒng)機械類專業(yè)面臨的挑戰(zhàn)也是轉型發(fā)展的機遇。高等學校應根據自身的特點和人才培養(yǎng)定位，構建具有特色的數字化人才培養(yǎng)模式。而地方性應用型高校由于其辦學資源條件的特點，可通過改變機械工程設計的思維習慣，以適應數字化設計的要求；通過整合和優(yōu)化資源，推進面向數字化設計的課程建設，以適應數字化設計教學的需要。而更為重要的是必須充分發(fā)揮工程實踐平臺、科研平臺的作用，激勵學生參與真實產品研發(fā)，通過參與真實產品數字化設計過程，綜合提高學生數字化設計能力，培養(yǎng)更加緊貼業(yè)界、具有較高創(chuàng)新能力和工程素質的數字化設計人才。

［1］段小東，顧立志.機械產品的數字化設計特點與技術進展［J］.機械工程師，2007（12）：37-40.

［2］潘紫微.數字化設計與制造的進程與發(fā)展［J］.安徽工業(yè)大學學報，2003，20（4）：333-339.

［3］徐巍.培養(yǎng)創(chuàng)新人才探索“數字化設計與制造”教學改革［J］.實驗室研究與探索，2014，33（7）：218-220.

［4］周大農等.校企協(xié)同共建平臺：培養(yǎng)數字化設計與制造高技能人才的探索與實踐［J］.中國職業(yè)技術教育，2015（17）：101-107.

［5］鄧小林，韋衡冰.機械專業(yè)數字化設計人才培養(yǎng)模式研究［J］.梧州學院學報，2013，23（6）：68-71.

［6］劉英.自頂向下的設計方法在實際機械建模應用中存在的問題［J］.機械工程師，2012（4）：33-34.

［7］丁淑輝，鐘佩思，王明燕.面向創(chuàng)新人才培養(yǎng)的數字化設計課程建設［J］.大學教育，2015（7）：146-147.

［8］鐘相強，朱協(xié)彬，梁利東.應用型機械類專業(yè)人才數字化設計制造能力培養(yǎng)體系的研究［J］.機械管理開發(fā)，2013（1）：151-152.

［9］韋衡冰，鄧小林，嚴超龍，梁靜.以機械創(chuàng)新設計大賽為載體的學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的構建與實踐［J］.廣西師范學院學報（自然科學版），2016，33（3）：120-124.

Countermeasure and Practice of Speeding up the Digital Design Talents Training：A Case of Wuzhou University

WEI Heng-bing，DENG Xiao-lin，YAN Chao-long，PAN Ming-hua，Huang Zhi-feng
（School of Mechanical and Material engineering，Wuzhou University，Wuzhou Guangxi 543002）

This paper analyzes the problems of local universities training digital design talents.Taking Wuzhou university mechanical specialty talent training as an example，this paper puts forward some countermeasures to speed up the training of digital talents，and report the practical results of talent training.

digital design；mechanical specialty；talents training

G642

A

1673—8861（2017）02—0141—03

［責任編輯］劉麗英

2017-05-05

韋衡冰（1968-），女，漢族，廣西容縣人，梧州學院副教授，研究生學歷。主要研究方向：零件結構設計與數字化建模設計。廣西壯族自治區(qū)本科高校機械類專業(yè)教學指導委員會委員，全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽廣西賽區(qū)評委委員。

廣西自然科學基金項目“機械產品模塊化劃分及相似性度量方法研究”（2015GXNSFAA139275）。