基于專業(yè)認(rèn)證和復(fù)雜工程問題的畢業(yè)設(shè)計(jì)改革與實(shí)踐

紀(jì)仁杰，劉永紅，蔡寶平

(中國石油大學(xué)(華東)機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266580)

一、引言

工程教育認(rèn)證堅(jiān)持“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的三大核心理念，是工程專業(yè)學(xué)生走向世界、獲得國際認(rèn)可的通行證[1-3]。我國于2016年成為國際工程教育《華盛頓協(xié)議》第18個(gè)成員國[4]，截至2018年底，全國227所高等學(xué)校的1170個(gè)專業(yè)通過了工程教育認(rèn)證，大大提升了我國的國際化工程人才培養(yǎng)質(zhì)量[5]。

畢業(yè)設(shè)計(jì)是工科專業(yè)大學(xué)生畢業(yè)之前的最后一個(gè)綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，對于機(jī)械專業(yè)大學(xué)生來說，畢業(yè)設(shè)計(jì)使學(xué)生通過解決機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造工藝、零件設(shè)計(jì)計(jì)算、機(jī)械制圖以及自動(dòng)化控制等方面的復(fù)雜工程問題，可培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力，增強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力，為其將來走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)[6-8]。

二、工程教育認(rèn)證對畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求分析

中國石油大學(xué)(華東)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)是學(xué)校傳統(tǒng)主干專業(yè)，其前身是1953年建校時(shí)創(chuàng)建的石油礦場機(jī)械專業(yè)，多年來本專業(yè)基于OBE理念并結(jié)合學(xué)校的石油石化特色，建成為國家級(jí)特色專業(yè)、教育部卓越工程師計(jì)劃專業(yè)和教育部綜合改革試點(diǎn)專業(yè)。在秉承學(xué)校鮮明石油石化特色基礎(chǔ)上，本專業(yè)聚焦于石油工程裝備，培養(yǎng)能獨(dú)立從事機(jī)械工程特別是石油工程裝備領(lǐng)域的設(shè)計(jì)制造、應(yīng)用研究和技術(shù)管理等的高素質(zhì)現(xiàn)代工程技術(shù)人才。該專業(yè)2017年申請工程教育專業(yè)認(rèn)證，并于2018年順利通過。

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)要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，能綜合運(yùn)用所學(xué)本專業(yè)基本理論、基本技能、基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，自主完成一個(gè)機(jī)械工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的研究，撰寫一篇符合學(xué)校規(guī)定格式要求的畢業(yè)論文，翻譯一篇外文翻譯，并參加畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯環(huán)節(jié)。畢業(yè)設(shè)計(jì)主要支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)如表1所示。

三、基于工程教育認(rèn)證的畢業(yè)設(shè)計(jì)改革舉措

在工程教育認(rèn)證過程中，發(fā)現(xiàn)本專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)還存在學(xué)生重視程度不夠、指導(dǎo)教師工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足、畢業(yè)設(shè)計(jì)過程管理不嚴(yán)格等問題，畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量有待提高。為此，本專業(yè)基于“嚴(yán)要求、抓過程、重質(zhì)量”的理念進(jìn)行了如下改革。

1. 加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)選題的管理

畢業(yè)設(shè)計(jì)選題的質(zhì)量直接影響著學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)質(zhì)量。畢業(yè)設(shè)計(jì)選題應(yīng)符合本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和復(fù)雜工程問題要求，使學(xué)生得到充分的訓(xùn)練，以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。此外，畢業(yè)設(shè)計(jì)題目應(yīng)有一定的深度、廣度和難度。如果題目過難，學(xué)生會(huì)感覺無法下手，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間可能無法取得進(jìn)展，無法培養(yǎng)其解決復(fù)雜工程問題的能力，也容易使其喪失分析問題與解決問題的信心；反之，如果題目過于簡單，學(xué)生雖能完成，但是無法對學(xué)生進(jìn)行充分的訓(xùn)練。另外，畢業(yè)設(shè)計(jì)題目要注重與科學(xué)研究、生產(chǎn)實(shí)踐、社會(huì)實(shí)際等相結(jié)合，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、理論聯(lián)系實(shí)際與解決實(shí)際問題的能力，論文成果還可直接服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)際，較大提升畢業(yè)設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用價(jià)值。

表1 畢業(yè)設(shè)計(jì)支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)

結(jié)合本專業(yè)特點(diǎn)，將本專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)分為工程設(shè)計(jì)、理論研究、實(shí)驗(yàn)研究、仿真研究四個(gè)類別，其中工程設(shè)計(jì)類畢業(yè)設(shè)計(jì)主要涉及石油鉆采機(jī)械及工具設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)、機(jī)械電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等，在該類論文中要求包含相應(yīng)的需求分析、現(xiàn)有解決方案存在的問題、所設(shè)計(jì)的解決方案具體步驟等內(nèi)容；理論研究類畢業(yè)設(shè)計(jì)主要涉及對現(xiàn)有理論的改進(jìn)、新模型的構(gòu)建、新評估體系構(gòu)建、新處理方法研究等，在該類論文中要求包含現(xiàn)有理論的綜述、存在的問題，新模型體系的構(gòu)建過程及其改進(jìn)之處等內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)研究類畢業(yè)設(shè)計(jì)主要涉及開展實(shí)驗(yàn)并基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的一系列研究等，在該類論文中要求包含實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)處理方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等內(nèi)容；仿真研究類畢業(yè)設(shè)計(jì)主要涉及運(yùn)用ANSYS、ADAMS、ABAQUS等仿真軟件等進(jìn)行數(shù)值仿真研究，在該類論文中要求包含仿真工具選擇合理性論證、仿真模型構(gòu)建、仿真結(jié)果分析評估等內(nèi)容。

為了給學(xué)生留出充足的時(shí)間進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，選題在第七學(xué)期完成，題目由指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)申報(bào)，經(jīng)系審核、院部畢業(yè)設(shè)計(jì)工作領(lǐng)導(dǎo)小組批準(zhǔn)后公布。題目選定后，學(xué)生不得隨意更換，確需更換的，須經(jīng)院部批準(zhǔn)。

2. 提高學(xué)生和教師對畢業(yè)設(shè)計(jì)的重視程度

畢業(yè)設(shè)計(jì)的主體是學(xué)生，因此，首先要使其充分認(rèn)識(shí)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的重要性，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)前的系主任畢業(yè)設(shè)計(jì)動(dòng)員會(huì)、指導(dǎo)教師分享經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)以及輔導(dǎo)員宣傳講解等措施，對于認(rèn)為畢業(yè)設(shè)計(jì)只是走過場、只要參加就能通過等錯(cuò)誤想法堅(jiān)決予以駁斥，提高學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計(jì)的重視程度，充分激發(fā)出學(xué)生的潛能。為此，專業(yè)對學(xué)校的畢業(yè)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了補(bǔ)充和規(guī)范，將學(xué)生的平時(shí)表現(xiàn)列入評分標(biāo)準(zhǔn)，要求學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)內(nèi)提交一定數(shù)量的畢業(yè)設(shè)計(jì)周進(jìn)展報(bào)告，導(dǎo)師根據(jù)學(xué)生提交周進(jìn)展報(bào)告的數(shù)量和質(zhì)量給出畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度成績，以督促學(xué)生平時(shí)開展畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，杜絕最后幾天趕湊論文現(xiàn)象。

對于導(dǎo)師，系里要求其每周至少組織學(xué)生集體討論一次畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)展情況，學(xué)生在討論會(huì)上匯報(bào)其本周的進(jìn)展、遇到的問題及下周計(jì)劃等，導(dǎo)師和其他學(xué)生對其提出意見和建議。通過匯報(bào)討論，既可以幫助該學(xué)生解決問題，又可以對其他學(xué)生產(chǎn)生一定的督促和示范作用。討論之后，學(xué)生將本周討論內(nèi)容上傳到畢業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，由導(dǎo)師給出相應(yīng)成績，待畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)導(dǎo)師根據(jù)每周學(xué)生的進(jìn)展情況給出畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度成績。

3. 提高指導(dǎo)教師的工程實(shí)踐能力

要求畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師必須具備豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對于年輕的缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的老師，通過參與其他教師的橫向課題、到企業(yè)掛職、和其他教師一起帶學(xué)生去企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)等方式豐富其實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在和其他教師一起帶學(xué)生去企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)習(xí)時(shí)，和學(xué)生一起聆聽現(xiàn)場企業(yè)專家講解，詳細(xì)深入了解企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐情況。另外，為了提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐性，采取雙導(dǎo)師制，也就是對一個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題采取校內(nèi)導(dǎo)師和企業(yè)導(dǎo)師共同指導(dǎo)學(xué)生的方式，在畢業(yè)設(shè)計(jì)題目發(fā)布之前，校內(nèi)導(dǎo)師和企業(yè)導(dǎo)師共同商量評估該題目是否屬于復(fù)雜機(jī)械工程問題、是否滿足本專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)、該題目的難度以及可能取得的成果等。在指導(dǎo)學(xué)生過程中發(fā)揮雙方導(dǎo)師的優(yōu)勢，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐價(jià)值。近年來，本專業(yè)聘請勝利石油工程有限公司、勝利油田石油工程研究院、勝機(jī)集團(tuán)有限公司、濰柴動(dòng)力股份有限公司、青島雷沃工程機(jī)械有限公司、青島海信集團(tuán)等單位的200余位工程師作為企業(yè)導(dǎo)師，取得了良好的效果。

4. 加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程管理。

為了保證畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，從學(xué)校到學(xué)院都制訂了嚴(yán)格的管理措施，此外專業(yè)成立畢業(yè)設(shè)計(jì)工作領(lǐng)導(dǎo)小組，統(tǒng)籌部署本專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，明確指導(dǎo)教師、評閱教師和答辯教師職責(zé)與評分標(biāo)準(zhǔn)，并制訂了相應(yīng)的評分建議表。指導(dǎo)教師主要職責(zé)為平時(shí)督促學(xué)生及時(shí)開展畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，完成各項(xiàng)內(nèi)容，其評價(jià)成績包括開題報(bào)告(10分)、畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度(15分)、畢業(yè)論文(10分)；評閱教師主要職責(zé)為評價(jià)學(xué)生的外文翻譯和畢業(yè)論文水平，其評價(jià)成績包括外文翻譯(10分)、畢業(yè)論文(20分)；答辯教師主要職責(zé)為評價(jià)畢業(yè)論文水平和畢業(yè)答辯表現(xiàn)，并參考指導(dǎo)教師和評閱教師意見，對優(yōu)秀畢業(yè)論文進(jìn)行校優(yōu)推薦，其評價(jià)成績包括畢業(yè)論文(20分)、論文答辯(15分)。將該評分辦法提前告知學(xué)生，可分?jǐn)傋罱K畢業(yè)設(shè)計(jì)評分責(zé)任，提升學(xué)生緊迫感，杜絕學(xué)生認(rèn)為只要指導(dǎo)教師通過就一定能最終通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的想法。

畢業(yè)設(shè)計(jì)工作領(lǐng)導(dǎo)小組還組織本專業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富的教師對畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量把關(guān)，開展課題審核、中期檢查、組織答辯、優(yōu)秀論文評選等各項(xiàng)工作，能夠提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

四、通過畢業(yè)設(shè)計(jì)加強(qiáng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的培養(yǎng)

工程教育專業(yè)認(rèn)證畢業(yè)要求12條標(biāo)準(zhǔn)中有8條是和復(fù)雜工程問題相關(guān)的，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，既是工程教育認(rèn)證的重要標(biāo)準(zhǔn)，也是培養(yǎng)高水平工程師的重要保障[9-11]。中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)印發(fā)的《工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)(2018版)》指出，復(fù)雜工程問題必須具備表2中的特征1，同時(shí)具備特征2-7的部分或全部。

畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力的主要途徑，下面以《井下油管電弧切割裝置設(shè)計(jì)研究》這一畢業(yè)設(shè)計(jì)題目來探討一下通過畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行解決復(fù)雜工程問題能力培養(yǎng)的過程。

1. 方案論證

為了合理設(shè)計(jì)井下油管電弧切割裝置，首先需要分析該裝置的工程應(yīng)用背景，該裝置是針對石油開采過程中的井下油管砂埋、下井過程中螺旋鎖死等，導(dǎo)致油管在井下遇卡無法提出井外的問題，設(shè)計(jì)一種井下油管電弧切割裝置，該裝置主要包括機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分。井下油管電弧切割裝置在切割油管時(shí)，將機(jī)械系統(tǒng)放入油管內(nèi)部指定的位置，然后在油管和工具電極之間施加正負(fù)電壓，工具電極在控制系統(tǒng)的控制下不斷向油管內(nèi)壁移動(dòng)，當(dāng)工具電極與油管內(nèi)壁達(dá)到放電距離時(shí)就會(huì)發(fā)生劇烈的電弧放電，在電弧放電的高溫作用下，油管材料發(fā)生熔化被去除。同時(shí)控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)工作，電機(jī)帶動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電極繞油管內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)切割一周，油管被切斷，從而實(shí)現(xiàn)高效、低損耗、無機(jī)械切削力的切割。切割過程中實(shí)時(shí)檢測間隙電壓，進(jìn)給電機(jī)控制電極的伸出長度，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的油管切割。

表2 復(fù)雜工程問題的特征

2. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的機(jī)械系統(tǒng)如圖1所示，該系統(tǒng)主要由扶正機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和進(jìn)給機(jī)構(gòu)三部分組成。扶正機(jī)構(gòu)位于機(jī)械系統(tǒng)的上端，在進(jìn)行切割操作過程中，必須保證井下切割裝置的穩(wěn)定性，因此扶正機(jī)構(gòu)要保證整套切割裝置與油管對中，而且能夠?qū)⑶懈钛b置平穩(wěn)下放進(jìn)入油管內(nèi)部，防止井下切割裝置在油管壁產(chǎn)生徑向運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)了一種柔性扶正機(jī)構(gòu)，其上設(shè)計(jì)有彈簧將扶正塊推出，壓緊在油管內(nèi)壁起扶正作用，如圖2所示。

圖1 井下油管電弧切割裝置機(jī)械系統(tǒng)示意圖

圖2 扶正機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)位于機(jī)械系統(tǒng)的中間位置，主要實(shí)現(xiàn)電極沿油管內(nèi)壁進(jìn)行周向切割的功能，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。旋轉(zhuǎn)電機(jī)上端與扶正機(jī)構(gòu)相連，其輸出軸通過聯(lián)軸器與空心鋁管相連接。綜合考慮旋轉(zhuǎn)電機(jī)對低轉(zhuǎn)速和大驅(qū)動(dòng)力矩的需要，選用型號(hào)為35HD2401的步進(jìn)電機(jī)，其輸出最大轉(zhuǎn)速為6r/min，轉(zhuǎn)速在0～6r/min內(nèi)可調(diào)，輸出靜力矩為17.57N·m，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

圖3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

進(jìn)給機(jī)構(gòu)是該機(jī)械系統(tǒng)的核心部件，主要實(shí)現(xiàn)電極的進(jìn)給和回退，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。根據(jù)查閱文獻(xiàn)和前期實(shí)驗(yàn)可知，工具電極的正常進(jìn)給速度約為0.2mm/s，回退速度約為0.5mm/s，當(dāng)電極與油管熔化材料粘接在一起時(shí)需要能夠帶動(dòng)電極回退，因此選用型號(hào)為42GP326B10B的步進(jìn)電機(jī)。

圖4 進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

3. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)總體方案如圖5所示，主要包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)的控制和進(jìn)給電機(jī)的控制。旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)完成油管的周向切割，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以改變周向切割的速度，采用STM32單片機(jī)控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在Keil uvision4中編寫了檢測有無按鈕按下、旋轉(zhuǎn)電機(jī)速度調(diào)節(jié)、驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)工作等程序。進(jìn)給電機(jī)主要控制工具電極的進(jìn)給速度，在切割油管過程中，控制電機(jī)有快速進(jìn)給、快速回退、正常進(jìn)給三種運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)計(jì)了間隙電壓檢測電路，并對各電阻、電容元器件進(jìn)行了計(jì)算與選型，利用Multisim軟件對該電路不同的輸入間隙電壓進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明該電路能夠準(zhǔn)確識(shí)別各種切割狀態(tài)。

圖5 控制系統(tǒng)總體方案流程圖

4. 實(shí)驗(yàn)裝置開發(fā)調(diào)試

開發(fā)的井下油管電弧切割實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示，采用該裝置進(jìn)行了4-1/2英寸油管切割，選擇直徑4mm的鎢電極，切割電流200A，切割線速度3mm/s。結(jié)果表明切斷該油管所需時(shí)間僅為2min，滿足井下油管切割需求。

圖6 井下油管電弧切割實(shí)驗(yàn)裝置

5. 課題所涉及的復(fù)雜工程問題

該畢業(yè)設(shè)計(jì)課題所涉及的復(fù)雜工程問題特征描述如下：

(1) 必須運(yùn)用深入的工程原理，經(jīng)過分析才可能得到解決。本課題要運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)、控制原理、檢測技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)等為主的工程原理，對井下油管電弧切割裝置進(jìn)行分析，將其分解成相互關(guān)聯(lián)的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分，并進(jìn)行檢測電路、電機(jī)控制程序開發(fā)，在此基礎(chǔ)上搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。沒有固定的簡單重復(fù)的方法來解決該問題，要求學(xué)生具備應(yīng)用工程原理進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的能力。

(2) 涉及多方面的技術(shù)、工程和其他因素，并可能相互有一定沖突。本課題涉及機(jī)械、電子、電氣、控制等多方面技術(shù)，在工程方面需要進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、檢測電路設(shè)計(jì)、控制程序開發(fā)、電機(jī)的選型、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建，設(shè)計(jì)開發(fā)難度、可靠性和成本等因素必然有一定沖突，需要學(xué)生從全局的角度綜合考慮問題。

(3) 需要通過建立合適的抽象模型才能解決，在建模過程中需要體現(xiàn)出創(chuàng)造性。井下油管電弧切割裝置是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)問題、機(jī)電控制問題和工程問題，必須綜合考慮科學(xué)原理和工程應(yīng)用實(shí)際，平衡利弊。要對井下油管電弧切割裝置的應(yīng)用背景和功能需求進(jìn)行分析，把握重點(diǎn)進(jìn)行抽象和簡化，在切割裝置的設(shè)計(jì)中體現(xiàn)一定的創(chuàng)造性。

(4) 不是僅靠常用方法就可以完全解決的。不同類型的井下油管切割技術(shù)及裝置在其原理和結(jié)構(gòu)方面是不同的，傳統(tǒng)電弧切割裝置無法直接用于井下油管的切割，需要學(xué)生了解井下油管切割技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，以及傳統(tǒng)電弧切割在井下油管切割中存在的問題，能夠自主查閱和理解中外文文獻(xiàn)，綜合運(yùn)用在之前所學(xué)的機(jī)械、電氣、控制等方面的知識(shí)，開發(fā)一套新型的井下油管電弧切割裝置，僅靠常用方法無法完全解決該問題。

(5) 問題中涉及的因素可能沒有完全包含在專業(yè)工程實(shí)踐的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中。該井下油管電弧切割裝置為開發(fā)的新型切割裝置，其中涉及的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、電極進(jìn)給機(jī)構(gòu)沒有現(xiàn)成的結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電極的控制程序、檢測控制電路等均沒有統(tǒng)一的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，需要學(xué)生根據(jù)實(shí)際需求，合理設(shè)計(jì)相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、自行開發(fā)電路和電機(jī)控制程序，并合理選擇相關(guān)器件，在此過程中要同時(shí)考慮社會(huì)、環(huán)境、成本等因素。

(6) 問題相關(guān)各方利益不完全一致。裝置開發(fā)時(shí)選擇不同的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案、控制系統(tǒng)中選擇不同的器件和電子元件會(huì)對切割裝置的運(yùn)動(dòng)精度、切割速度、穩(wěn)定性、可靠性等指標(biāo)有影響，此外，切割時(shí)不同的電極材料選擇、切割參數(shù)設(shè)置對井下油管的切割速度、穩(wěn)定性、電極損耗等指標(biāo)有影響，且上述指標(biāo)會(huì)相互制約。因此，學(xué)生需綜合考慮各項(xiàng)性能指標(biāo)，合理選擇機(jī)械結(jié)構(gòu)、元器件、切割過程中的電極材料、切割參數(shù)等，能夠進(jìn)行利益均衡與折衷。

(7) 具有較高的綜合性，包含多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子問題。該課題需要綜合應(yīng)用機(jī)械、電氣、電子、控制等多學(xué)科知識(shí)，站在系統(tǒng)的高度分別對旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)、扶正機(jī)構(gòu)、間隙檢測電路、電機(jī)控制程序等子問題展開研究，而且這些子問題是相互關(guān)聯(lián)的。

五、結(jié)語

畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題能力的重要途徑，工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)從解決復(fù)雜工程問題角度對畢業(yè)設(shè)計(jì)提出了更高要求，因此在工程教育認(rèn)證背景下對畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行改革勢在必行。本文介紹了畢業(yè)設(shè)計(jì)對學(xué)校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生畢業(yè)要求的支撐情況以及本專業(yè)從學(xué)生、教師、管理等方面對畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行改革的措施。以某個(gè)學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，介紹了該課題所涉及的復(fù)雜機(jī)械工程問題，闡述了在方案論證、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)裝置開發(fā)調(diào)試過程中所涉及的學(xué)生解決復(fù)雜機(jī)械工程問題能力的培養(yǎng)，達(dá)到了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)工程教育認(rèn)證的要求。