基于創新能力培養的機械產品設計制造綜合實踐的探索

關躍奇　王高升　彭浩舸

摘 要：機械產品設計制造綜合實踐，實現了機械類產品的三維裝配設計，零、部件的工程圖設計、工藝設計、數控加工程序編制和加工的全過程，培養了學生的創新意識、實踐能力和創業精神，是現代機械人才培養過程中非常重要的環節。

關鍵詞：設計制造；綜合實踐；創新能力；實踐效果

隨著我國經濟、社會的不斷發展，各企業都愿聘請有工作經驗的員工，也希望員工具有一定的創新能力。但是，目前高等教育培養出來的學生已經無法滿足企業的這一基本需求，雖然國家和高校對此進行了教改探索，可是這種現象還沒有徹底改變。因此，當前教育工作者最重要的任務就是研究和探索我國工程教育的新模式和新方法。

培養畢業生的創新能力是教育部貫徹落實國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）的重要舉措，為此教育部于2009年提出了“卓越工程師培養計劃”，借助校企合作，以工程實際為背景，以工程技術為主線，著力提高學生的工程素質及工程實踐能力。湖南工程學院機械設計制造及其自動化（簡稱：機械設計）專業作為教育部首批實施“卓越工程師教育培養計劃”的專業，為學生開展研究性學習、參與創新性實踐活動提供平臺，加強學生科學思維和實踐動手能力的培養。

為適應新形勢下企業對人才的需求，本專業以培養具有創新意識和工程實踐能力的優秀人才為目標，在專業特色、教學體構、實踐教學模式、創新意識培養等環節展開探索和研究，取得了良好的效果。

“機械產品設計制造綜合實踐”是培養大學生創新意識、實踐能力和創業精神的重要環節。對機械設計專業的學生而言，“機械產品設計制造綜合實踐”是本專業多門專業課程的綜合應用，對培養學生創新能力和實踐能力具有獨特的優勢，一些高校都把現代制造綜合實踐教學作為重點和亮點進行投資和建設。隨著我國制造業的快速發展，現代設計制造技術應用越來越廣泛，絕大部分企業為了提高產品質量和加工效率相繼購買了數控設備，為此急需一批掌握現代制造技術的高素質人才。現代制造綜合實驗是機械設計制造及其自動化專業教學中一個非常重要的實踐性教學環節，對豐富學生生產實踐知識，鞏固和加深所學理論知識，了解現代數控加工全過程，培養學生科學、認真、細致的工作作風有著非常重要的作用。

一、培養創新能力，構建“三層次三結合”實踐教學模式

1.“三層次”，即基本技能層、綜合應用能力與初步設計能力層、工程實踐與創新能力層

“三層次”實踐教學體構，形成了由單一到綜合，由各自相對獨立到科學融合的實踐教學體系，使學生工程實踐能力的培養分層遞進。（1）基本技能層：包含大學化學、大學物理等通識基礎課程及學科基礎課程的實驗，機械零部件測繪課程設計，以及金工實習、電工與電子實習、企業認知實習等環節，此層次重點進行基本技能訓練。（2）綜合應用能力與初步設計能力層：包含機械設計專業課程實驗、機械原理和機械設計課程設計、液壓傳動與控制技術課程設計、生產實習等環節，此層次重點為專業知識的綜合應用和初步設計能力的訓練。（3）工程實踐與創新能力層：包含工程項目訓練、機械產品設計與制造綜合實踐、課外科技活動、企業輪崗訓練、畢業設計等，重點培養學生的創新意識與工程實踐能力。

2.三結合，即課內課外相結合、校企結合、工程教育與人文精神培養結合

（1）課內課外相結合：課內系統的、循序漸進的實踐能力訓練，與課外開放性、自主式科技實踐活動、社團活動、社會實踐活動相結合。（2）校企結合：發揮學校、企業不同教學環境和教學資源以及在人才培養方面的各自優勢，把學校以傳授知識為主的課堂教育與在企業直接獲取實際經驗、實踐能力為主的生產實踐相結合。（3）工程教育與人文精神培養結合：培養履行機械類工程師職責所應具備的專業知識與能力和弘揚并實踐以“求真、求實”為主要特征的工程人文精神的培養相結合。

“三層次及三結合”的實踐教學體構，即由淺入深、分層次、分模塊地進行工程實踐教學，形成了“理論-實踐-再理論-再實踐”分層推進的工程實踐教學體構。

二、培養創新意識，探索基于產品設計制造的綜合實踐內容與模式

我校機械設計專業的人才培養目標是“厚基礎、適口徑、有專長、強應用”，與企業用人要求實現“零距離”融通，專業原有的實踐教學體構已不適應市場新要求。為此，本專業確立了以機械產品、裝置設計制造為教學項目，以實踐實訓為教學手段，以創新意識培養為教學重點的大型綜合實踐教學環節，探索基于機械產品設計制造課程設計的教學模式（即綜合實踐），滿足企業對人才的現實要求。

“機械產品設計與制造”課程設計是我校機械設計制造及其自動化專業學生在學校完成的最后一項綜合實踐項目，當校內所有理論學習完成后，要求學生綜合運用所學的知識完成具備一定功能和用途的產品總體設計，包括零件設計、工藝設計、加工制造、檢驗裝配，并對加工、裝配環節進行質量分析，撰寫設計說明書。我校2002級機械設計專業于2005年開始實施綜合實踐課程教學。近十年來，對綜合實踐內容及模式不斷進行改革和探索，形成了一套行之有效的實踐方案。根據對2006-2015屆畢業學生的跟蹤調查，我校實行綜合實踐教學是成功的。

綜合實踐作為訓練平臺的目的是培養本專業學生的創新意識，與企業用人要求實現“零距離”對接，積累工程經驗，培養分析、解決工程實際問題的能力。結合我校機械工程學院的實際情況，只有創新教學內容，改革教學方法，才能達到綜合實踐教學的目的。

1.教學內容方面的創新

結合我校的實際情況，選擇比較復雜并且有技術難度的機械產品或裝置作為實踐項目。所以，我們精心挑選了各種傳統產品，如各類油缸、減速器、千斤頂、齒輪泵、機床夾具、冷沖模等，同時將機械創新設計的競賽項目無碳小車、指導老師科研子項目等作為實踐項目，使其既能在機械工程學院范圍內實施教學，還能充分發揮學院現有的設備資源。若選擇難度較大的汽車發動機等產品作為實踐項目，雖然工程實際意義巨大，但因其技術難度太大，一般高校也不具備這種加工能力，從而達不到綜合實踐的教學目標。若采用單個的機械零件作為綜合實踐項目也能進行工藝設計和加工制造，但是遠遠達不到機械產品、裝置所具有的綜合實訓效果。

2.教學環節設置的創新

按照實際工程環境真刀真槍地進行工程化的綜合訓練，具體設置是以專業班級為基本實施單位，8?10個同學組成一個項目合作團隊，實行項目組長負責制，團隊成員分工合作。將產品研制分成四大模塊進行：即產品造型設計（含產品三維造型、工程圖設計）、工藝設計、加工制造、產品裝配及分析總結。按模塊劃分將綜合實訓分為四個時間節點，每個模塊分別有各自不同的任務和重點，同時又通過實踐項目把四大模塊有機地連接成一個整體。學生經過以上四個模塊的實訓后，在團隊成員共同努力下完成了整個實訓產品的研制，每個學生需完成相應的實訓任務，并撰寫相應的課程設計說明書。

四個模塊的具體任務是：第一個模塊為產品造型設計，主要任務是按給定的項目（指導老師給定功能及技術要求），學生運用所學知識及掌握的設計工具設計出給定產品三維圖及各零、部件工程圖設計并完整給出零、部件相關技術要求，重點是創新意識和綜合設計能力培養。每個團隊按給定功能及技術參數設計出兩個以上不同方案，并從中選擇一個原理結果最優，又能進行加工生產的方案作為團隊實訓產品，后續三模塊環節實訓將以此優選方案進行實訓產品試制。

第二個模塊是工藝設計，主要任務是按照所設計的零件的工程圖結果和技術要求，并結合現有的工藝的文件，重點是制造技術的工程應用能力的培養；按著單個零件為一個工作小組，各小組要編制相應零件的加工工藝過程卡，并進行工序卡的編制，每位學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。

第三個模塊是零件加工制造，主要任務是學生能夠獨立操作機床并能出色地完成零件的加工，以此來驗證所編工程程序是否合理，重點是學生的操作能力和動手能力以及分析、解決工程制造技術問題的能力訓練。這一模塊仍以單個零件作為獨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備，完成各工作小組零件加工試制，對加工制造中出現的問題應及時進行分析處理。

第四個模塊是產品裝配調試及分析總結，主要任務是進行產品裝配調試并撰寫設計說明書，重點是訓練產品裝配調試的動手能力和分析、解決工程裝配技術問題的能力，以項目團隊為單位，在各工作小組完成了產品零件的加工試制后再對實訓產品進行裝配調試，最后撰寫設計說明書。

三、注重過程管理，創新考核評價標準

綜合實踐環節采用“工程化”的模式，且有很強的專業性。為此，作為教師，必須加強現場實時的指導，多關注過程管理，保證這個環節的效果。綜合實踐不能只看實訓產品的最終研制結果，更要注重整個實踐過程中學生所學到的技術能力，還有他們能夠解決實際工程問題的技術和方法。所以綜合實踐應該更多的是模擬工程實際環境，采用“工程化”模式的標準，從工程的實際出發，也能使學生參與到工程實踐的氛圍中，通過相關的實踐的鍛煉，積累工程經驗，從而大大提高工程實踐的能力。針對在這個環節中出現的各類工程技術問題，引導學生利用所學到的專業知識來解決這些問題，從而在一定程度上更加有效地訓練學生的能力，也培養他們自己想辦法分析、解決工程實際問題的能力。

本環節時間跨度大，實訓內容多。引導學生積極參與，采用自評、互評相結合，注重團隊協作，更是其考核評價建設的關鍵。只有加強過程管理，創新考核標準才能達到綜合實訓的最終目標。在本環節中采用可量化的評價指標體系，注重過程管理，突出能力培養，提倡個性發展；建立了按模塊的考核評價指標體系即評價也分四個模塊進行，每模塊都采用五級制評分，在四個模塊中以個人最擅長，并且能力最強的評價模塊成績作為本階段的總成績，這樣就能夠把學生的興趣愛好和自己的特長完美結合，又能把實訓過程中的能力培養和素質提高與考核評價相結合，并且在這個環節中只要學生能利用所學的專業知識分析問題、解決問題，就能取得比較好的成績，也會提高自己的工程能力。最后，還要讓學生進行詳細的分析總結。

四、結語

我校已開展“機械產品設計制造綜合實踐”活動近十年，探索出了一條基于創新能力的機械產品的設計制造實訓新模式，取得了滿意的教學效果，每位學生都基本掌握了一般機械產品的研制過程，學會了如何運用所學的專業知識來分析并解決工程實際問題，提高了工程實踐能力，實現與企業用人要求“零距離”融通，同時培養了學生科學、認真、細致的工作作風，增強了學生畢業后的求職能力。因此，近年來，我校機械設計專業的畢業生就業率都在90%以上，這樣的就業率也一直處于我校各專業的前面，也證明了我們教學改革目標的正確性，培養的學生也是比較受歡迎的。但某些方面需進一步完善，如課題能夠與企業的產品開發或技改相結合將更具價值和工程實際意義，部分課題創新顯得不足等。

總之，機械產品設計與制造綜合實踐，實現了產品設計、零件設計、加工制造和裝配的全過程，進一步提高了大型綜合實踐的適應性和綜合水準，加強了學生實踐能力、綜合能力和創新精神的培養。我們相信，一定能培養出滿足企業要求并具有一定創新意識和工程實踐能力的新型機械相關專業人才。

參考文獻：

[1]郭建華.重視工程教育，提高工科學生工程實踐能力[J].重慶工學院學報（自然科學版），2007（4）：125-127.

[2]劉迎春.機械類應用型人才培養模式研究與實踐[R].應用型本科改革與發展建設研討會報告，2009.

[3]劉國榮，秦祖澤，黃俊偉，等.工程應用本科教育特性及其創新人才培養體系的研究與實踐[J].中國大學教學，2004（12）：39-41.

作者簡介：關躍奇（1964- ），男，副教授，專業研究方向：復雜軌跡加工。