機械專業畢業設計的教學指導與改革研究

張燕燕，康紅偉，張發廳

(黃河科技學院 工學院，鄭州 450063)

機械專業畢業設計的教學指導與改革研究

張燕燕，康紅偉，張發廳

(黃河科技學院 工學院，鄭州 450063)

應用型本科生的畢業設計是一個非常重要的實踐教學階段。在機械專業學生的畢業設計過程中，存在著畢業設計題目選擇不合理、題目的難度偏大、畢業設計開始時間較晚、結構設計不合適等各種各樣的問題。針對機械專業學生在畢業設計過程中存在的具體問題，文中通過多年的教學實踐改革，總結出有效的解決辦法，并提出了重點把握好的幾個環節。改革結果表明：近三年來，黃河科技學院機械專業學生的畢業設計質量大大提高、作圖能力增強、學生們在畢業之前撰寫的論文和專利數量增加、就業率也有很大的提高。

機械專業；畢業設計；選題；教學實踐

學生經過大學四年的基礎課、專業基礎課以及專業課的系統學習，畢業設計對學生來說，是大學本科學習的最后一個階段；對學校來說，畢業設計是學生在校期間的最后一項教學實踐活動[1]。不同于課程設計，學生的畢業設計不僅是要對幾年來所學的基礎知識進行總結，而且要對學生綜合能力進行考察。特別是對實用性很強的機械類專業，畢業設計應該非常貼近學生將來的實際工作，讓學生通過畢業設計能夠得到有效的訓練和提升，所以機械專業學生的畢業設計階段顯得尤為重要，必須加以高度重視。

隨著國家經濟和產業結構不斷調整和深化改革，學生畢業后的工作會可能是各種各樣不同工作崗位，甚至跨不同的行業。因此，畢業設計重點應該是培養學生的綜合素質能力，通過進行資料的查閱總結，完成文獻綜述、方案結構的設計分析、提出并實現自己的觀點、繪制出合格圖紙、書寫設計計算說明書，為學生能夠順利進入工作崗位進行更有效的銜接；同時，培養學生嚴謹認真的工作作風、自主創新的能力、動手能力、團隊協作的精神以及吃苦耐勞的精神等。

1 畢業設計課題的選擇

1.1 課題內容要盡可能多地涉及本專業的教學內容

(1)不同于科研和工程的實際需要，畢業設計的課題首先考慮滿足教學要求[2]。因為，學生沒有多少實踐經驗，與實際生產接觸機會很少。因此，課題內容要貼近本專業的教學內容，盡可能地通過畢業設計，來總結學生在大學四年內所學的理論基礎知識，把這些專業知識有效的結合起來，不能讓學生僅僅停留在課本內容基本上都懂，作業也都會做，考試也都不掛科，但就是不能做到應用的狀態。(2)課題不能太大、太空。例如，提高機械效率的優化設計、世界先進機械的研究等，類似課題學生的經驗和能力暫時還無法把握。

1.2 難易程度適中、工作量適宜、適當提前畢業設計開始時間

黃河科技學院工學院的畢業設計安排的是12周時間。但實際上，對于學生來說，真正用來做畢業設計的時間也就一兩個月甚至更少，因為在這個時間里，有的學生已經開始去找工作，或者進入工作實習期，不能很好地保證用于畢業設計的時間。因此，如果課題難度太難，或者工作量太大，會造成學生失去信心，進而出現隨便抄襲應付的現象[3]。不能達到畢業設計的真正目的。所以，為了保證學生保質保量完成畢業設計，所選的項目難度、工作量要適中。

畢業設計的開始時間，可以安排在機械設計的課程結束后。這時候，學生基本具備了設計的初步知識，可以選擇適當難度的課題，讓部分學生開始試住做些大體跟畢業設計內容基本一致的工作，到真正畢業設計的時候，一是可以把課題做深，二是學生也不感到時間緊張，三是有可能的話還做出實物。給學生的創造性的發揮空間，留夠申請專利和論文的時間，提高畢業生的整體素質能力。近年來，我校每年有數十名學生，是用這種方式完成畢業設計的，畢業時他們已經申請好國家實用新型發明專利，并做出了實物。從創意、設計、制造到裝配調試和改進過程，對學生來說收獲很大，畢業后，學生在企業很快就進入崗位角色，企業也比較歡迎這樣的學生。

1.3 選題要靈活

課題所涉及的行業要多種多樣。例如，裝備制造、礦山設備、農業機械、食品加工及特種設備等。這樣既滿足了不同學生的興趣要求，又減少了雷同現象，指導教師也可以把難度相對大的課題，按照工藝或結構分成幾個小課題再分配給不同的學生，使他們之間既有明確分工又有合作，增加學生的團隊協作能力[4]。

除指導教師按照自己的工作經驗和要求命題之外，可以與企業聯系，設計一些在現實工作過程中實際應用的課題，增加項目實用性的同時，也允許學生根據自己的觀察與愛好，由自己提出課題。部分學生已經參加了工作，也可以根據其所在的企業的行業性質和產品特點，設計有關產品。最后由教師和學生商議共同提出課題，以提高學生的學習興趣，對其將來或現有的工作有著直接的幫助[5]。

1.4 減少論文在整個畢業設計課題中所占比例，增加機械結構設計的要求

國家教育部2014年教育改革的一項重要內容，就是將600多所大學本科學校轉向職業技術教育。因此，大部分大學本科生將來的就業崗位將是生產一線。因此，傾向于理論研究的論文題目在課題中的比例應當減少，更多地增加和體現生產實踐中實際應用的課題。同時，也是由于論文內容是學生更容易抄襲，降低了教學質量，達不到學校開展畢業設計的真正目的。

2 畢業設計過程中的幾個具體問題

2.1 參考資料的收集

拿到設計題目后，學生最直接想到的是從網絡中搜集資料。學生無疑能夠很快地找到與自己題目相關的各種資料，但涉及到具體技術問題和具體結構問題的內容，網絡中可參考的資料很少，能夠具體解答的更少，這時學生就會感到很茫然，無從下手，這就是現代大學生的通病。之所以有這種慣性的思維，是由于現代的教學模式和教學理念不當造成的。在大學學期期間，學生們遇到問題后就去查找課本上的現在公式，只要套用就可以了，然后實際的設計卻并非這樣簡單，要靠學生自己去思考，去查找相關文獻。

因此，在此期間建議學生到圖書館，到企業去，更廣泛地搜集資料。另外，隨著標準化的完善，有許多設備的設計制造都已經有了國家或行業標準和規范設計。例如，特種設備、食品加工設備、制藥設備和計量設備等其設計方法和過程，甚至結構等都有詳細的規定和要求，建議學生在查閱有關資料的過程中，學會查閱相關的國家標準或行業標準。

2.2 設計方案的確定

學生在經過了資料的搜集和總結后，根據自己的課題的要求，繪制出機構運動簡圖。然后對機構的運動部分進行初步的設計計算。此時，機構的選擇，前提是要滿足課題要求和機器功能的實現。但是，很多學生不重視這個過程，基本上在這個階段都是畫草圖，懶于計算，導致在真正的結構設計過程中出現返工的現象。而且在方案設計時，要設計出不同的方案進行比較，甚至要做一些簡單的模型進行實驗比較。比較的過程中，不僅考慮機構是否達到生產率的要求，還要考慮機構的運動的平穩性，最終確定出更合理的方案，并繪制出正規的機構運動簡圖。

2.3 設計計算

畢業設計中的計算主要包括執行機構和原動機所需的功率、運動學計算、動力學計算。

2.3.1 類比法確定執行機構所需功率

首先，確定直接參與工作的執行機構所需要的力、力矩、速度、加速度和位置等技術參數，從而計算出執行機構的功率；然后，計算出整個傳動系統中的傳動功率。

很多種情況下，執行機構所需的功率比較容易確定，例如，起重機起吊重物所需要的力、鋼筋的彎曲切斷所需要的力等。然而有時，這些重要的參數無法用簡單的方法來確定，因為這些參數與其機器加工的對象和加工工藝有關，例如，壓球機的設計。壓球機壓制過程中的徑向壓力是要通過模型試驗而測定的，對于學生來說，這個環節有困難。因此，這種情況下，就要去找似的工況所耗用的功率，總之就是要用類比的方法來確定執行機構所需要的功率。

確定了使用功率就可以確定原動機的功率，按國家相關標準選取電機類型，如三相(或單相)交流異步電機、直流調速電機、步進電機、伺服電機等。其中步進電機和伺服電機的主要參數是根據扭矩確定的。

2.3.2 運動學計算

在確定了電機轉速之后，設計者需要對傳動系統的各機構進行速比的分配。在速比分配的過程中，學生一般是按照課本推薦的數據來分配的，例如，帶傳動，課本上推薦的傳動比是2～7，但在大功率帶傳動的機器中，小帶輪基準直徑確定后，如果按照傳動比2～7來設計大帶輪時，大帶輪的直徑會很大，有可能不滿足實際的結構要求。在實際的設計過程中，速比的大部分應該是由減速器來承擔，所以先確定減速器的型號。具體的步驟是：首先根據速比，對應的功率查到減速器型號，再根據型號(一般其主要結構參數是中心距)查得其聯系尺寸。機器其余的速比部分再由其傳動形式來補充。

2.3.3 動力學計算

在載荷計算中有時候會遇到較復雜的力的分析，如風載荷，雪載荷，地震載荷等，學生有時候不能夠很好地將這些力進行簡化，做出受力分析。因此，在此時建議學生去查找相關國家或行業標準里有無所規定的計算過程要求，若設計題目屬于特種設備的卷揚機，起重機設備等，國家標準里都規定有計算內容和推薦公式，以及各種參數的選擇，這時學生就必須按照標準進行；若標準里沒有規定的就得查閱相似情況有沒有其他設計人員發表的論文或者專著等，作為計算時的參考；若沒有標準規定的，沒有資料的，就得做模型試驗，來確定相關參數。

學習程度比較好的學生建議借助于分析軟件進行計算，如Ansys、Creo、Adams、Recdyn等，其計算的目的是確定結構主要零件的尺寸，同時還是要保證機器運動過程中的平穩性與可靠性，為下一步的機構設計打下基礎。

在此階段里，許多學生甚至個別老師誤解地認為設計就是計算，也就是要把包括結構在內的所有零部件的尺寸都計算出來，才能開始繪圖，其實這是錯誤的。計算是基礎，有了基礎計算數據，就可以開始繪制結構圖，很多結構和一些零件的尺寸是在繪圖的過程中去確定的。

2.4 結構設計

作為機械專業的畢業生，常見機械和機構的設計與機械識圖和制圖的能力是最基本的要求，但由于繪圖過程相對比較繁瑣，需要一定的三維透視能力，學生們害怕畫圖已成為一種普遍現象[6]。如果在此之前沒有進行充足的繪圖訓練，所畫的機械圖紙問題較多,與正規圖紙的要求有很大差距。雖然此階段必要的計算已經結束，但大部分學生對繪圖仍然感到茫然，無從下手。這個階段指導老師應該在與學生共同分析結構的特點、視圖的合理布置、標準件和外購件的選用、潤滑的選用以及安全措施的應用等，重點指導結構設計和圖紙的繪制。結構設計一般從執行機構先繪出，然后，逐漸向其他部分展開，邊畫圖邊修改，直到完成整個裝配圖的繪制。

相對于裝配圖的設計，零件圖的繪制設計、更多的要求是視圖的正確表達、尺寸及加工要求的準確標注、零件材質的合適選擇、合理加工工藝性等。所以，零件圖要求的完整性和準確性更高。大部分畢業生覺得零件圖好畫，但結果往往不令人滿意。有許多學生仍然還是畫了幾張在課程設計時的零件圖，比如傳動軸、齒輪、帶輪等，反應出學生對零件設計工作的欠缺和不自信；也有一些同學，先用三維軟件建立一個三維的模型，讓軟件自動生成二維的工程圖紙，又不加于修正，致使零件圖表達不完善，不能作為實際生產用圖紙。

所以，在整個結構設計階段，指導教師要不斷地檢查學生的進度情況，及時指出圖紙表達中的錯誤和不合理，避免設計出現重大的返工現象。

2.5 撰寫設計計算說明書

設計計算說明書的撰寫是畢業設計過程的最后一個階段，在這個過程里，指導教師應該向學生講明說明書的主要內容，包括：分析所做課題的國內外研究現狀、所設計機器的功能，能實現此功能的機器結構原理、方案的選擇、設計計算過程的說明與結論等，要求論據充分，結構合理、文理通順，技術用語準確。

2.6 盡可能運用先進的計算機輔助設計工具

應用軟件已經滲透到各行各業，學生在做畢業設計的過程中，應該盡可能的運用這些先進的輔助設計工具。例如：用于制圖的AutoCAD、CAXA、用于力學分析的Ansys、adams等，還有一些三維軟件在實際工作中也有廣泛的應用，如: SolidWorks、UG等，學生可以在畢業設計過程中，接觸這些軟件，為進入工作崗位，打下良好的基礎。

3 結束語

應用型本科生的畢業設計是一個非常重要的實踐教學和學習階段，做好畢業設計，就是要給學生，把在學校的學習知識與就業的崗位要求之間，架起一座暢通的橋梁。因此，在教師指導畢業設計以及學生做設計的過程中：要求指導教師科學、嚴謹、務實地命題；提前將課題布置給學生，讓學生有更充足的時間去調研和實驗，并提出更高的要求；廣泛多渠道地搜集相關的技術資料；進行多方案設計和比較和優化，正確地按工作量要求完成繪制裝配和零部件圖紙；規范格式化地撰寫設計計算說明書；整個畢業設計過程，師生要定時見面溝通，及時發現問題，及時改正，避免重大返工現象。

[1]紀小剛. 機械工程專業畢業設計中存在的問題及對策[J].無錫職業技術學院學報， 2008，7(3)：59-61.

[2]郭登明，劉明堯，江山.提高機械類畢業設計質量的研究[J].長江大學學報：自然版，2004，1(2):104-106.

[3]李文斌，董長雙，軋 剛. 機械工程類本科生畢業設計(論文)教學探討 [J]. 太原理工大學學報：社會科學版，2007，25(3):69-72.

[4]張燕燕，馬小玲，何春霞.“機械設計基礎”項目任務驅動式教學探究[J].中國電力教育，2012(26)：71-72.

[5]明興祖,唐川林，吳吉平，等.機械大類專業實踐教學體系與內容創新[J]. 實驗科學與技術，2011，9(6)：157-161.

[6]郭清，韓文偉.固定選題教學模式在實踐課程中的應用研究[J].實驗科學與技術, 2013，11(5)：93-96.

Teaching and Reform Research on Three of College Graduation Design of Mechanical Professional

ZHANG Yanyan，KANG Hongwei，ZHANG Fating

(School of Engineering,Huanghe Science and Technology University, Zhengzhou 450093, China)

Application type undergraduate graduation design is a very important stage of practice teaching. In mechanical engineering students graduation design process, there are graduation design topic selection unreasonable, the difficulty of the topic is too large, the graduation design started later, the structure design is not suitable for all kinds of problems.Aiming at these problems, this paper summed up the effective measures, and put forward several links focus on grasp through the reform of teaching practice for many years. The results of the reform show that: in recent three years, the quality of graduation design of mechanical major students of this school is greatly improved, drawing ability enhanced, the number of students writing papers and patents before graduation and the employment rate of increase have been greatly improved.

mechanical engineering; graduation design; topic; teaching practice

2014-03-25；修改日期: 2014-06-10

河南省重點學科:機械設計制造及其自動化基金資助項目。

張燕燕(1981-)女，碩士，講師，主要從事工作：機械設計與制造方面的教學和科研工作。

G642.0;TH111

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.038