機械設計類畢業設計質量的思考*

魏 群 ，韓振華

（江蘇理工學院機械工程學院，江蘇 常州 213001）

在畢業設計中，學生通過完成一項具體工程項目或模擬工程項目，掌握機械產品設計的基本方法，鍛煉解決工程實際問題或模擬工程問題的能力，可為就業后從事專業技術或技能工作夯實基礎[1]。畢業設計可以有效檢驗學生理論知識的綜合應用能力與具體工程實踐應用問題的解決能力，對提高學生綜合應用理論知識能力、實踐創新能力有重要作用[2-6]，通過畢業設計還可以激發學生的創新思維，找出欠缺的知識盲點并加以完善[7]。在我國大力推進工程教育認證的大背景下，畢業設計對畢業要求的達成需具備強有力的支撐。根據工程教育認證的相關要求，畢業設計要培養學生獨立解決問題的能力及團隊協作精神[8]。因此，提高畢業設計質量對于增強學生的適應能力，幫助學生更快地適應工作崗位具有重要作用，對于進一步提高高校人才培養整體質量具有重要意義。

1 畢業設計環節的相關要求

以江蘇理工學院機械設計制造及其自動化專業為例，《畢業設計教學大綱》中的課程要求是：能采用恰當的技術、現代化工程工具和信息技術對畢業設計課題進行設計、計算和開發，并以圖紙、報告、實物等形式呈現設計成果，從而為學生畢業后的機械工程工作積累一定的工程經驗。畢業設計環節是一個高度綜合性的教學環節，教學目標要求較高。應該綜合分析畢業設計質量的影響因素，多措并舉提高畢業設計質量。從學習（工作）對象、實施途徑、目標輸出三個方面對畢業設計環節進行如下分析。

1.1 學習（工作）對象

畢業設計要解決的問題是“復雜工程問題”，與單科課程學習任務相比，該目標具有系統性、復雜性。所謂系統性，是所要解決的問題不僅僅局限于某一個（一種）技術問題，而是涉及多個專業技術知識的系統性問題，系統內各個專業問題互相影響、有機結合，形成一個明確、具體的工作對象。復雜性，是指課題所要解決的問題具有一定的技術難度，學生無法通過簡單、直接的工作獲得目標方案，必須運用所學知識進行一定的創造性工作。

1.2 實施途徑

要求學生能夠以問題為導向，綜合運用大學期間所學的數學、力學、材料學、機械設計、工程制圖等各學科知識，還要考慮社會影響、合乎法律規定、環境友好等多種非技術因素。此外，還應能夠靈活運用現代化信息技術手段，如數值模擬、數據處理、辦公軟件等。

1.3 目標輸出

學生在課程學習階段的考察目標往往是對課程知識的掌握，與之不同的是畢業設計的目標輸出更加多元，包括滿足預定功能的裝備設計方案（三維模型），以滿足生產為目的的工程圖紙，符合相關規范的設計文檔（論文），對設計方案的展示、表達（答辯）。

2 機械設計類畢業設計課題的特點

機器是各部分之間具有確定相對運動的人為的實物組合，機器的功能目的在于代替或減輕人類勞動來完成有用的機械功或轉換機械能。一種新機器的開發內容包括概念設計、方案設計、詳細設計、樣機試制與評審、工藝設計、新產品鑒定、試銷、生產準備、批量生產等過程[9]。機械的設計必定是從功能要求出發，至實現經過計算或驗證的詳細的機械設備實物或設計方案為止。運用所學的相關專業知識，實現能夠滿足功能需求的設備（或方案）的過程就是機械設計，機械設計的一般思路導圖如圖1 所示。從圖1可知，機械設計工作具有明顯的創造性、綜合性、復雜性、經驗性等特點。

2.1 創造性

機械設計類課題是以機械設備的功能需求為出發點，要求學生最終實現一種經過計算的合理設計方案。設計過程往往并非是對已有過程的簡單重復，通常需要學生綜合利用各專業學科知識提出一種沒有的方案，是從無到有的過程，具有明顯的創造性，需要學生具備一定的創造能力。

2.2 綜合性

對于學生來說，完成一個裝備的設計必須調動前期所學的力學、材料學、機械設計、機械制造工藝等專業學科的知識，要求學生必須具備綜合的知識運用能力。除設計、計算工作之外，所設計的裝備必須通過圖紙的方式進行呈現，因此工程制圖能力也是考查的重要內容。

2.3 復雜性

一臺機器的設計過程涉及機構設計、動力學設計、結構（強度、剛度）設計、傳動設計等諸多方面，學生在較短的時間內需要從無到有實現滿足給定要求的設計方案，需要完成產品設計全流程、多環節的工作，體現了工作的復雜性。

2.4 經驗性

產品設計是復雜的迭代過程，其中，工程經驗是寶貴的資源和重要財富[10]。大量的工程經驗積累和重用，能夠提高所設計結構的合理性，防止出現各種設計問題，因此，一個良好的機械設計，高度依賴設計人員的設計經驗，體現了機械設計工作的經驗性特點。

3 影響畢業設計質量的因素

指導教師和學生是畢業設計過程的主體，直接決定畢業設計的質量。影響畢業設計質量的主要因素包括以下方面。

3.1 學生因素

機械設計類畢業設計的指導要求，是引導學生利用所學的基礎知識，根據給定功能需要完成機械設計的全流程，并能夠以規范的方式進行呈現。對學生情況進行分析是采取針對性指導措施的重要前提。

學生在畢業設計開始前已經根據計劃完成了全部課程學習和實踐訓練，具備了機械設計所需的數學、物理、計算方法、程序設計、機械制圖等專業基礎課相關知識，具備了“機械原理”“機械設計”“機械制造”等專業課程知識，這些學習為開展畢業設計提供了知識基礎，為設計過程中具體設計問題的解決提供了方法支撐。然而，部分同學對前期課程知識的掌握不牢，或者欠缺靈活運用所學知識進行創造性設計的能力，難以為高質量的畢業設計提供支撐。

這時，汪處長猛然想起這半天都沒看見周青和服務員們，就對周教授說，不知他們現在怎么樣了？不會都遇害了吧？周教授說，什么時候了么，管得了他們么？說完拉了拉領帶，扯了扯西服，出去交涉了。不一會，把日本兵重新引進房間。

圖1 機械設計的一般思路導圖

通過制圖測繪、機械原理課程設計、機械設計課程設計等實踐環節，學生們對設計工作進行了一定的嘗試，初步積累了一定的設計經驗。金工實習、機制工藝與夾具設計課程設計等環節使得學生對制造工藝有所了解，建立了設計對象的工藝性考察思維。然而，學生雖然系統地學習了“工程制圖”課程，在課程設計等環節也獲得了鍛煉，但是仍然缺乏實際產品設計經驗。學生在上述實踐環節中更多是在教師指導下對單個設計環節工作的重復，很少涉及對新問題的創新、全流程解答，因此，學生在面對設計任務時可能出現無從下手的困境，設計過程中可能出現各種問題，如學生通過課程學習或自學的方式已經學習了三維設計軟件，但是在設計過程中可能出現基準面使用隨意、特征使用不當、裝配關系凌亂、工程圖繪制技巧生疏等問題。實際工程圖繪制能力不足，視圖表達、標準件畫法、各種標注、明細表等圖紙細節可能出現大量錯誤，導致最終設計成果質量差。

畢業論文（設計說明書）的規范撰寫問題也是學生面臨的重要問題。學生雖然已經較系統地開展了計算機系統學習，大部分已經通過了計算機等級考試，但是實際問題處理的經驗還是較少，對畢業設計說明書（論文）的規范化排版和呈現產生不利影響。

3.2 指導教師因素

選題質量不佳。隨著人才培養規模的不斷擴大，可能出現教師人均指導人數過多的情況。為了確保培養質量，一般完全相同的設計選題不能連續使用，這對指導教師的選題提出較高要求，可能導致選題的難度不合適、目標不合理、考查要全面等問題，影響畢業設計的質量。

指導經驗缺乏。一些青年指導教師往往具備較高的學歷，在專項理論研究方面能力過硬，他們一般在完成學習后直接進入高校從事高等教育工作，缺乏實際設計工作經驗，甚至對于工程制圖等實際設計技能掌握得也不熟練，自然無法對學生開展有效的指導。青年教師從教經驗較少，缺乏良好的指導方法、策略，即便有專業能力，卻也可能出現無法獲得良好的指導效果的情況。

過程指導不力。針對學生在設計過程中遇到的各種技術問題或非技術性的困難，指導教師若不及時跟進、協助排除，可能導致問題累積進而影響總體設計質量。同時隨著高校的持續擴招，本科生人數不斷增加，因此可能存在師生比失調的問題，在畢業設計環節即表現為一名指導教師不得不完成較多（10 名甚至更多）學生的指導任務，導致對每名學生的指導不足，影響了畢業設計質量。

3.3 其他因素

論文質量把關不嚴。相比于博士、碩士的培養，本科生培養人數多、工作量大，因此難以實施論文外審、盲審等提高質量的措施，而是學院內部教師間互相評審，可能導致論文評審流于形式，或僅側重于對總字數、格式、工作量的審查，而忽略了對論文質量的嚴格把控。

考研對畢業設計的影響。畢業設計一般在入學后第7 個學期末開始，此時考研學生處于研究生入學考試準備的關鍵沖刺階段，考試前的科目復習和考試后的面試準備都會影響學生投入到畢業設計上的精力。該階段校園招聘活動持續開展，部分學生忙于就業單位的尋找、簡歷的投遞和面試等工作，影響學生在畢業設計上的專注度，進而影響了畢業設計質量。

4 提高畢業設計質量的具體措施

4.1 提高指導能力

指導教師的指導能力是提高畢業設計質量的重要保障。畢業設計尤其是機械設計類畢業設計是綜合運用所學知識解決工程實際問題的過程，所涉及的知識面較廣，要求指導教師在平時的工作中應該注重工程經驗的積累，注意凝練科研項目中的典型設計案例和設計方法，形成設計資源庫。此外，指導教師應該及時更新知識結構，提高知識的綜合運用能力。在畢業設計的實施過程中，通過加強對學生的指導，實現工程經驗和專業知識的傳遞，指出設計過程中的錯誤，使得學生在指導教師的經驗基礎上更新、進步，提高學生的實際設計能力。此外，要注重發揮企業指導教師的作用。與高校教師相比，企業技術人員實踐經驗豐富，實際產品設計能力強。要加大聘請企業工程技術人員進行畢業設計指導的力度，從選題到答辯全環節提高企業技術人員的參與度，充分發揮其實踐經驗以改善畢業設計效果。

4.2 確保科學選題

指導教師提出課題時應該對課題的難度、廣度有充分的把握，對課題的預期呈現目標有清晰的界定。選題難度要適中，應與本科生的專業能力相匹配，謹慎設置需要大量實驗或理論分析的研究任務。題目所涉及的具體工作任務應該具備一定的廣度，充分覆蓋產品的原理設計、詳細結構設計、零件的選型計算、數值模擬等考查方面，要有一定的繪制工程圖工作量。選題還要充分體現工程性，培養學生的產品設計全流程思維、經濟性思維。此外，要注重科研項目對選題的幫助。教師的科研項目工作對理論教學、實踐教學有巨大促進作用，科研工作可以成為本科畢業設計選題的“源頭活水”。青年教師在科研工作過程中應注意對題目的凝練和提取，為本科畢業設計提供新穎、恰當的高質量選題。應注意發揮機械設計創新比賽等創新、創業比賽的作用，讓學生在大學二、三年級時提前參與相關課題的研究，對特定選題進行循序漸進、由淺入深的設計研究，并將其作為畢業設計的最終選題，以獲得高質量的畢業設計。

4.3 加強過程指導

畢業設計過程的高質量指導對于確保設計質量具有重要的決定性意義，對畢業設計過程進行有效指導可以通過以下途徑。

首先，劃分任務階段，嚴格督促落實。將整個設計過程劃分為若干獨立階段，督促學生按期完成相關任務。如可以將主體設計工作劃分為資料查找、原理方案設計、結構設計與計算、三維建模、圖紙繪制、設計說明書編寫等階段，將總任務劃分為子任務，明確各階段的考核目標，加強日常督促，確保工作質量。

其次，設置專門環節，鍛煉學生的專項技能。在主體設計任務開始前，可以設置專門環節培訓學生的三維軟件應用能力，如給定學生一個中等難度部件的工程圖，由學生建立部件中各零件的三維模型，組裝后得到裝配體模型，之后再根據三維模型繪制工程圖。通過該獨立環節，強化學生對軟件的規范化建模、裝配、圖紙繪制能力，防止在后續主體設計中出現工作不規范進而影響最終設計質量的情況。

最后，密切跟蹤，及時解決學生遇到的問題。指導教師應切實做到定期與學生交流，及時解決學生在設計過程中遇到的問題，避免出現放任學生自由發揮導致問題累積而影響整體設計進度的情況。

4.4 優化教學管理

從教學管理的角度，應該盡量避免將畢業設計的開題等環節設置在臨近研究生入學考試期間，防止學生由于備考而影響開題質量。對于中期檢查等環節，應該切實加強管理，確保檢查工作能夠真實反映學生的設計進展，對學生的設計工作起到有效的督促作用。可以通過引入畢業設計管理系統等先進的輔助管理工具，改善對畢業設計過程的管理效果。如可以通過管理系統全部或隨機選取部分論文進行匿名評審，嚴把論文的出口關，進而改善畢業設計質量。

5 結語

畢業設計是本科階段人才培養的最后環節，可以有效培養學生綜合運用所學知識解決較復雜工程實際問題的能力，因此，畢業設計質量對于高校人才培養質量具有重要意義。機械設計類課題是機械工程類本科專業較常見的選題方向，具有創造性、綜合性、復雜性、經驗性等特點。學生雖然較系統地學習了機械專業的相關課程知識，經過了課程設計等環節的實踐鍛煉，但是綜合設計能力仍然缺乏，影響了畢業設計質量。此外，畢業設計還受到選題是否科學、過程指導是否有效、質量把關是否嚴格等因素的影響，以及學生應對考研、就業等客觀壓力的影響。為此，課題組提出了具體建議，包括指導教師應提高指導能力，選題要科學，在過程指導方面要通過劃分任務階段、密切跟蹤學生狀態等提高指導質量，在管理方面要綜合考慮考研等因素，防止其影響畢業設計進度與設計質量。