重視工科專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)助益促進(jìn)新工科教育

吳孜越 魏冰陽 李先鋒 陳凱陽 魯欣

[摘要]針對(duì)本科機(jī)械制造專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，傳統(tǒng)工科教育畢業(yè)設(shè)計(jì)中只重視完成教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)技術(shù)應(yīng)用不與時(shí)俱進(jìn)，不能為企業(yè)輸送急需的人才;學(xué)生對(duì)實(shí)際項(xiàng)目工程中經(jīng)驗(yàn)的積累不夠重視，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)際工作中缺乏有效的判斷;在檢查畢業(yè)設(shè)計(jì)中檢查手段較為單一，不能夠綜合評(píng)判學(xué)生的能力等問題，通過與固高科技（深圳）有限公司聯(lián)合創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)控制創(chuàng)工場(chǎng)，探討解決問題的途徑。創(chuàng)工場(chǎng)旨在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手應(yīng)用能力，通過產(chǎn)學(xué)融合，實(shí)踐教學(xué)，建立學(xué)生的項(xiàng)目工程概念，提升學(xué)生的工程意識(shí)。

[關(guān)鍵詞]畢業(yè)設(shè)計(jì);工程概念意識(shí);產(chǎn)學(xué)融合;固高;運(yùn)動(dòng)控制創(chuàng)工場(chǎng)

[中圖分類號(hào)]G642.477

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]2095-3437（2020）04-0065-03

我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展正在進(jìn)入結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)型升級(jí)的時(shí)期，需要加快工程科技人才的培養(yǎng)，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量各類工程技術(shù)人才。香港科技大學(xué)著名教授、固高科技董事長(zhǎng)李澤湘，依據(jù)多年的教育及市場(chǎng)體會(huì)深刻意識(shí)到培養(yǎng)人才至關(guān)重要的不是學(xué)校的名次和學(xué)歷的高低，而是學(xué)生是否具有真實(shí)全面的工程意識(shí)。

如何培養(yǎng)？我國(guó)的現(xiàn)行教育體制存在著以教師為本的傳統(tǒng)教學(xué)模式，教師講解、教師實(shí)驗(yàn)、教師解惑，學(xué)生則一味被動(dòng)聽、被動(dòng)做，不求甚解，答疑不為解惑而是套題，沒有積極主動(dòng)的求知熱情，這就造成現(xiàn)階段學(xué)生實(shí)際能力與企業(yè)需求嚴(yán)重脫節(jié)。特別是本科畢業(yè)設(shè)計(jì)存在著諸多的問題，畢業(yè)設(shè)計(jì)題目老化，一題沿用多年、空對(duì)空的設(shè)計(jì)、走過場(chǎng)的設(shè)計(jì)、不能與時(shí)俱進(jìn)的設(shè)計(jì)等，這些現(xiàn)象不但阻礙了學(xué)生工程意識(shí)的培養(yǎng)，也是對(duì)學(xué)生綜合能力的提升及創(chuàng)新能力建立的一種制約。

傳統(tǒng)的機(jī)械制造專業(yè)人才培養(yǎng)仍沿襲傳統(tǒng)內(nèi)容及模式，對(duì)新技術(shù)、新應(yīng)用的重視度較低，與先進(jìn)的生產(chǎn)實(shí)際相脫節(jié)，對(duì)學(xué)生能力的提升沒有太多的幫助，學(xué)生嚴(yán)重缺乏動(dòng)手實(shí)踐的經(jīng)歷，畢業(yè)后助力企業(yè)有距離。而新工科專業(yè)對(duì)人才的要求是多方位的，相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才，新工科涵蓋了以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，以智能制造、云計(jì)算、人工智能、機(jī)器人等用于傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級(jí)改造。目前，學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)題目的確定多數(shù)以教師分配題目的方式完成，畢業(yè)設(shè)計(jì)選題大多在重復(fù)前幾屆學(xué)生做過的項(xiàng)目，選題缺乏綜合性、新穎性、先進(jìn)性、市場(chǎng)性，有些畢業(yè)設(shè)計(jì)脫離實(shí)際。由于諸多主、客觀因素，使得畢業(yè)設(shè)計(jì)的模擬課題居多，學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)歷，這必然導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計(jì)脫離生產(chǎn)實(shí)際;畢業(yè)設(shè)計(jì)與社會(huì)生產(chǎn)實(shí)際缺乏聯(lián)系，部分選題的實(shí)際意義不大，甚至沒有實(shí)際意義。可見，機(jī)械制造專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的引導(dǎo)需全面融入工程意識(shí)，培養(yǎng)能符合企業(yè)所需的人才。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目應(yīng)面向產(chǎn)業(yè)發(fā)展，面向市場(chǎng)需求，學(xué)生應(yīng)具備解決實(shí)際問題的能力，因此做好畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和鍛煉學(xué)生獨(dú)立工作能力的有效手段，是綜合考核學(xué)生掌握和運(yùn)用所學(xué)基本理論、基本知識(shí)、基本技能，分析、解決實(shí)際問題能力的重要環(huán)節(jié)。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)過程，使學(xué)生增強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)思維、動(dòng)手能力、數(shù)學(xué)工具以及工程概念全過程的理解。工程意識(shí)的培養(yǎng)比成績(jī)更重要，因?yàn)樗粌H僅指思維能力，而是一種包含自學(xué)能力、研究能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)造能力等在內(nèi)的綜合能力，需要在生活和學(xué)習(xí)中不斷實(shí)踐并運(yùn)用才能得其精髓。可見，優(yōu)化機(jī)械制造專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，對(duì)培養(yǎng)綜合型人才具有重要的意義。

一、固高運(yùn)動(dòng)控制創(chuàng)工場(chǎng)

我校聯(lián)合固高科技（深圳）有限公司建立了“固高運(yùn)動(dòng)控制創(chuàng)工場(chǎng)”（下文簡(jiǎn)稱“創(chuàng)工場(chǎng)”），這是一個(gè)將傳統(tǒng)知識(shí)與先進(jìn)技術(shù)相融合的試驗(yàn)場(chǎng)，是理論與實(shí)際相結(jié)合的訓(xùn)練場(chǎng)，是運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)靈活應(yīng)用的實(shí)踐場(chǎng)，它進(jìn)一步深化了產(chǎn)學(xué)教育發(fā)展模式，能培養(yǎng)大學(xué)生的綜合能力及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。

創(chuàng)工場(chǎng)以工業(yè)自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)為切入點(diǎn)，以開辦“運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)培訓(xùn)班”的形式，融合校內(nèi)、校外教育教學(xué)資源。校內(nèi)教師和固高科技工程師共同指導(dǎo)，組織學(xué)生深入企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，了解市場(chǎng)需求及方向，了解技術(shù)需求及應(yīng)用;以企業(yè)項(xiàng)目作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，開展問題研討、實(shí)際操作、解決問題等實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，讓學(xué)生充分體會(huì)到做項(xiàng)目的艱辛和樂趣，感受理論與實(shí)際結(jié)合的必要性，感受企業(yè)發(fā)展對(duì)技術(shù)與人才的重視，讓學(xué)生明白學(xué)生階段需要提前做好什么樣的準(zhǔn)備，從而激發(fā)大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)潛能，增強(qiáng)他們的成長(zhǎng)成才意識(shí)，努力為將來順利就業(yè)創(chuàng)業(yè)積蓄力量。

二、基于實(shí)踐能力培養(yǎng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)

校企合作是解決應(yīng)用型機(jī)械制造專業(yè)人才培養(yǎng)的有效方式，企業(yè)在業(yè)界的積累將為人才培養(yǎng)提供足夠的發(fā)展空間，通過與高校共建相關(guān)專業(yè)和課程，設(shè)置科學(xué)的人才培養(yǎng)體系與教學(xué)方案，搭建學(xué)校實(shí)驗(yàn)室與配套環(huán)境，將行業(yè)經(jīng)驗(yàn)融入高校，以提供學(xué)術(shù)為產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)的機(jī)會(huì)。

以工程項(xiàng)目為導(dǎo)向，以市場(chǎng)需求為目標(biāo)，在設(shè)計(jì)過程中力求體現(xiàn)專業(yè)知識(shí)和先進(jìn)科學(xué)知識(shí)的融合，體現(xiàn)數(shù)字化、信息化和智能化特點(diǎn)。首先，針對(duì)企業(yè)對(duì)應(yīng)用技術(shù)型人才的剛性需求，工科畢業(yè)設(shè)計(jì)立題應(yīng)以理論知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用為導(dǎo)向，引導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生完成以解決工程實(shí)踐問題為核心的應(yīng)用技術(shù)型項(xiàng)目，鼓勵(lì)教師結(jié)合與企業(yè)技術(shù)合作過程中產(chǎn)生的新題目。其次，目前越來越多企業(yè)希望畢業(yè)生在企業(yè)畢業(yè)實(shí)習(xí)階段，除了掌握基本的技術(shù)要領(lǐng)以外，還鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，為企業(yè)技術(shù)研發(fā)注入“新鮮血液”。因此，將畢業(yè)設(shè)計(jì)或?qū)嵙?xí)企業(yè)的工程實(shí)踐問題轉(zhuǎn)化為畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，成為目前畢業(yè)設(shè)計(jì)題目發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

三、基于工程項(xiàng)目的畢業(yè)設(shè)計(jì)成果

固高運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)培訓(xùn)班自2014年11月首次開班以來，歷經(jīng)5年十期，目前已指導(dǎo)了103名學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，共計(jì)73個(gè)項(xiàng)目，具體如圖1所示。

這里的每一個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)或源于市場(chǎng)需求，或是來自于企業(yè)的需求，或是對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的改良。學(xué)生的設(shè)計(jì)均突破了傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容要求，不再限于傳統(tǒng)的機(jī)床設(shè)計(jì)，而是具有了行業(yè)眼光，設(shè)計(jì)涵蓋眾多行業(yè)的自動(dòng)化裝備。學(xué)生不僅完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，而且在完成機(jī)械設(shè)計(jì)的同時(shí)還完成了下一項(xiàng)目的模型制作。他們敢于挑戰(zhàn)、勇于創(chuàng)新，設(shè)計(jì)要求貼合新工科人才培養(yǎng)需求，而且在項(xiàng)目的工藝分析、裝備設(shè)計(jì)、控制器的選擇應(yīng)用、傳感器選擇應(yīng)用、電控回路設(shè)計(jì)、氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)及精度分析等一系列綜合技術(shù)上均有要求，這使得學(xué)生自身的綜合設(shè)計(jì)、加工、安裝、調(diào)試能力極大提升，設(shè)計(jì)作品效果突出且優(yōu)秀，幾年來在學(xué)院和學(xué)校內(nèi)均取得了優(yōu)異的成績(jī)，具體如圖2和表1所示。

縱觀培訓(xùn)班指導(dǎo)的眾多項(xiàng)目，其應(yīng)用范圍十分廣泛，可以說是涵蓋了各行各業(yè)，其中包括如圖3所示的機(jī)械加工裝備設(shè)計(jì)項(xiàng)目、多種行業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)線項(xiàng)目、鋰電池加工裝備項(xiàng)目、民用行業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目等。100多名學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目均源于此，可以看出，這與傳統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)有著天壤之別。

再通過個(gè)體來看，以蛋糕機(jī)為例，從第一代蛋糕機(jī)的工藝分析、三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);到第二代完善設(shè)計(jì)，繼而完成蛋糕機(jī)所有零件圖設(shè)計(jì)、加工、詢價(jià)、采買、裝配、調(diào)試，制作模型;最后第三代蛋糕機(jī)走向了云端，實(shí)現(xiàn)了無人值守智能全自動(dòng)加工、加工數(shù)據(jù)共享、遠(yuǎn)程運(yùn)維、APP下單等先進(jìn)功能。這使學(xué)生從傳統(tǒng)的機(jī)械走向新興的機(jī)械裝備，畢業(yè)設(shè)計(jì)題目從《基于GTS的蛋糕自動(dòng)加工設(shè)備》，到《基于GUS的全自動(dòng)蛋糕機(jī)設(shè)計(jì)》，再到最終的《基于CPAC云平臺(tái)的蛋糕機(jī)》，畢業(yè)設(shè)計(jì)題目更新快，并且與時(shí)俱進(jìn)，由裝備到工程，進(jìn)而提升到工業(yè)云平臺(tái)，最終斬獲校級(jí)二等獎(jiǎng)和校級(jí)特等獎(jiǎng)各一項(xiàng)。期間該項(xiàng)目獲得授權(quán)發(fā)明專利一項(xiàng)，授權(quán)實(shí)用新型專利兩項(xiàng);獲得了第十三屆河南省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)生科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，2017年河南省“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽一等獎(jiǎng)。學(xué)生的眼界更開闊了，能力也獲得了空前的提升，這不只體現(xiàn)在設(shè)計(jì)上，而且擴(kuò)展到加工工藝問題、市場(chǎng)需求問題、性價(jià)比問題、互相交流合作等方面。

再看鋰電池加工行業(yè)的幾個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，這是從深圳某企業(yè)獲得的課題，該系列項(xiàng)目涵蓋切片、卷繞、充電樁等鋰電池加工的相關(guān)方面?！痘贑PAC的鋰電池高速切片系統(tǒng)設(shè)計(jì)》對(duì)傳統(tǒng)的鋰電池切片過程中切片速度較慢、切片良品率低的問題進(jìn)行了很好地改進(jìn);《基于雙偏心軸的鋰電池極片超速膜切機(jī)設(shè)計(jì)》改變了模切過程極片運(yùn)動(dòng)的控制，提升了極片模切效率及質(zhì)量;《三工位變角速度鋰電池高速卷繞機(jī)設(shè)計(jì)》《浮動(dòng)型恒線速鋰電池高速卷繞機(jī)》的設(shè)計(jì)則源自鋰電池生產(chǎn)工藝的改變，旨在提升鋰電池的生產(chǎn)效率;《基于GUS的鋰離子電池充放電裝置及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》則面向改變?nèi)斯C(jī)械重復(fù)裝卸充電樁螺栓的單調(diào)工作現(xiàn)狀，十分具有現(xiàn)實(shí)意義。該系列項(xiàng)目中的每個(gè)項(xiàng)目都由一名學(xué)生完成，由于設(shè)計(jì)資料不足，設(shè)計(jì)工作量巨大，一般情況下學(xué)生很難完成。但經(jīng)過“創(chuàng)工場(chǎng)”訓(xùn)練的學(xué)生，他們敢于挑戰(zhàn)，不怕困難，他們?cè)趯W(xué)校及企業(yè)教師的共同指導(dǎo)下分析視頻、明確工藝、研究結(jié)構(gòu)、完善設(shè)計(jì)，不但完成了機(jī)械設(shè)計(jì)，還完成了電控設(shè)計(jì)、基本程序設(shè)計(jì)。他們工程意識(shí)、綜合能力突出，每一個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)效果不但得到校內(nèi)專家的認(rèn)可，更得到了企業(yè)方的肯定。以2017年獲得首屆中國(guó)機(jī)械行業(yè)卓越工程師教育聯(lián)盟“恒星杯”畢業(yè)設(shè)計(jì)大賽銅獎(jiǎng)的《基于CPAC的鋰電池高速切片系統(tǒng)設(shè)計(jì)》為例，整個(gè)裝備有3000多個(gè)零件，學(xué)生在3個(gè)月的時(shí)間內(nèi)完成了400多個(gè)部件的設(shè)計(jì)、200多個(gè)部件仿真，這種大劑量的設(shè)計(jì)工作，只有經(jīng)過“創(chuàng)工場(chǎng)”訓(xùn)練的學(xué)生才能完成。這些項(xiàng)目設(shè)計(jì)的工作量均突破了一般學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本工作量要求，設(shè)計(jì)質(zhì)量獲得了企業(yè)及專業(yè)教師的一致好評(píng);同時(shí)該系列項(xiàng)目還獲得了首屆全國(guó)機(jī)械工程師卓越聯(lián)盟畢業(yè)設(shè)計(jì)大賽銅獎(jiǎng)一項(xiàng)、畢業(yè)設(shè)計(jì)校級(jí)二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，校級(jí)優(yōu)秀獎(jiǎng)兩項(xiàng)的優(yōu)異成績(jī)。

《基于CPAC云技術(shù)的懸窗自動(dòng)開合系統(tǒng)設(shè)計(jì)》源于浙江某企業(yè)的實(shí)際需求，目標(biāo)要求是對(duì)高層玻璃幕墻的懸窗進(jìn)行合理便捷操控，旨在打造更加便捷、智能的生活方式，后續(xù)根據(jù)專家建議，將該項(xiàng)目惠及倉儲(chǔ)系統(tǒng)，即擴(kuò)大應(yīng)用范圍，提升設(shè)計(jì)功能，學(xué)生不停地進(jìn)行設(shè)計(jì)方案改進(jìn)，從無到有，從粗陋精美實(shí)體模型，再到擁有云平臺(tái)、手機(jī)APP等功能，整個(gè)設(shè)計(jì)完美實(shí)用，該項(xiàng)目已獲授權(quán)發(fā)明專利一項(xiàng)、實(shí)審發(fā)明專利一項(xiàng)、授權(quán)實(shí)用新型專利兩項(xiàng);獲2017年河南省“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽三等獎(jiǎng);獲得2018年校級(jí)一等獎(jiǎng)。

還有許多畢業(yè)設(shè)計(jì)，這些畢業(yè)設(shè)計(jì)題目不只是停留在理論階段，學(xué)生在進(jìn)行設(shè)計(jì)裝備之后同樣進(jìn)行了電控設(shè)計(jì)、氣動(dòng)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)，每一位學(xué)生都親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)踐，從電控接線實(shí)驗(yàn)到可視化界面設(shè)計(jì)等一樣不差。在這期間，學(xué)生從實(shí)際出發(fā)，貼近生活，個(gè)人綜合能力得到了極大的提升。

在培訓(xùn)班中出去的近百位學(xué)生在談起自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)之時(shí)，都認(rèn)為這是自己人生中的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因?yàn)檫@種以項(xiàng)目、以實(shí)踐進(jìn)行教學(xué)的方式，給學(xué)生們帶來了極大的鍛煉，塑造出他們的工程意識(shí)，讓他們?cè)诮窈蟮牡缆飞蠘淞⒏鼜?qiáng)大的信心，教學(xué)要源于實(shí)踐，用于實(shí)踐，這樣才能在實(shí)踐中開花結(jié)果。

四、結(jié)束語

新工科教育教學(xué)改革，旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。以實(shí)踐教學(xué)為載體的運(yùn)動(dòng)控制創(chuàng)工場(chǎng)，在培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)的實(shí)際訓(xùn)練及畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，不僅是對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的檢驗(yàn)，更提升了大學(xué)生的綜合素質(zhì)，這對(duì)于實(shí)踐性和綜合應(yīng)用性要求強(qiáng)的機(jī)械制造專業(yè)來說，具有普適性。由此可以看出，只有制定有效的教學(xué)改革措施來提升學(xué)生的綜合能力及畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量，才能滿足專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求。

[責(zé)任編輯：陳明]