重視工科專業畢業設計助益促進新工科教育

吳孜越 魏冰陽 李先鋒 陳凱陽 魯欣

[摘要]針對本科機械制造專業學生畢業設計過程中，傳統工科教育畢業設計中只重視完成教學環節，對技術應用不與時俱進，不能為企業輸送急需的人才;學生對實際項目工程中經驗的積累不夠重視，導致學生在實際工作中缺乏有效的判斷;在檢查畢業設計中檢查手段較為單一，不能夠綜合評判學生的能力等問題，通過與固高科技（深圳）有限公司聯合創建運動控制創工場，探討解決問題的途徑。創工場旨在培養學生的實踐創新能力，培養學生的動手應用能力，通過產學融合，實踐教學，建立學生的項目工程概念，提升學生的工程意識。

[關鍵詞]畢業設計;工程概念意識;產學融合;固高;運動控制創工場

[中圖分類號]G642.477

[文獻標識碼]A

[文章編號]2095-3437（2020）04-0065-03

我國的經濟發展正在進入結構調整、轉型升級的時期，需要加快工程科技人才的培養，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類工程技術人才。香港科技大學著名教授、固高科技董事長李澤湘，依據多年的教育及市場體會深刻意識到培養人才至關重要的不是學校的名次和學歷的高低，而是學生是否具有真實全面的工程意識。

如何培養？我國的現行教育體制存在著以教師為本的傳統教學模式，教師講解、教師實驗、教師解惑，學生則一味被動聽、被動做，不求甚解，答疑不為解惑而是套題，沒有積極主動的求知熱情，這就造成現階段學生實際能力與企業需求嚴重脫節。特別是本科畢業設計存在著諸多的問題，畢業設計題目老化，一題沿用多年、空對空的設計、走過場的設計、不能與時俱進的設計等，這些現象不但阻礙了學生工程意識的培養，也是對學生綜合能力的提升及創新能力建立的一種制約。

傳統的機械制造專業人才培養仍沿襲傳統內容及模式，對新技術、新應用的重視度較低，與先進的生產實際相脫節，對學生能力的提升沒有太多的幫助，學生嚴重缺乏動手實踐的經歷，畢業后助力企業有距離。而新工科專業對人才的要求是多方位的，相對于傳統的工科人才，未來新興產業和新經濟需要的是實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才，新工科涵蓋了以互聯網和工業智能為核心，以智能制造、云計算、人工智能、機器人等用于傳統工科專業的升級改造。目前，學生畢業設計題目的確定多數以教師分配題目的方式完成，畢業設計選題大多在重復前幾屆學生做過的項目，選題缺乏綜合性、新穎性、先進性、市場性，有些畢業設計脫離實際。由于諸多主、客觀因素，使得畢業設計的模擬課題居多，學生缺乏實踐經歷，這必然導致畢業設計脫離生產實際;畢業設計與社會生產實際缺乏聯系，部分選題的實際意義不大，甚至沒有實際意義?？梢?，機械制造專業畢業設計的引導需全面融入工程意識，培養能符合企業所需的人才。

機械設計制造及其自動化專業的畢業設計題目應面向產業發展，面向市場需求，學生應具備解決實際問題的能力，因此做好畢業設計是培養學生理論聯系實際和鍛煉學生獨立工作能力的有效手段，是綜合考核學生掌握和運用所學基本理論、基本知識、基本技能，分析、解決實際問題能力的重要環節。通過畢業設計過程，使學生增強對設計思維、動手能力、數學工具以及工程概念全過程的理解。工程意識的培養比成績更重要，因為它不僅僅指思維能力，而是一種包含自學能力、研究能力、動手能力和創造能力等在內的綜合能力，需要在生活和學習中不斷實踐并運用才能得其精髓?？梢?，優化機械制造專業畢業設計項目，提高畢業設計的質量，對培養綜合型人才具有重要的意義。

一、固高運動控制創工場

我校聯合固高科技（深圳）有限公司建立了“固高運動控制創工場”（下文簡稱“創工場”），這是一個將傳統知識與先進技術相融合的試驗場，是理論與實際相結合的訓練場，是運動控制技術靈活應用的實踐場，它進一步深化了產學教育發展模式，能培養大學生的綜合能力及創新創業能力。

創工場以工業自動化運動控制技術為切入點，以開辦“運動控制技術培訓班”的形式，融合校內、校外教育教學資源。校內教師和固高科技工程師共同指導，組織學生深入企業現場，了解市場需求及方向，了解技術需求及應用;以企業項目作為設計目標，開展問題研討、實際操作、解決問題等實訓內容，讓學生充分體會到做項目的艱辛和樂趣，感受理論與實際結合的必要性，感受企業發展對技術與人才的重視，讓學生明白學生階段需要提前做好什么樣的準備，從而激發大學生的創新創業潛能，增強他們的成長成才意識，努力為將來順利就業創業積蓄力量。

二、基于實踐能力培養的畢業設計

校企合作是解決應用型機械制造專業人才培養的有效方式，企業在業界的積累將為人才培養提供足夠的發展空間，通過與高校共建相關專業和課程，設置科學的人才培養體系與教學方案，搭建學校實驗室與配套環境，將行業經驗融入高校，以提供學術為產業貢獻的機會。

以工程項目為導向，以市場需求為目標，在設計過程中力求體現專業知識和先進科學知識的融合，體現數字化、信息化和智能化特點。首先，針對企業對應用技術型人才的剛性需求，工科畢業設計立題應以理論知識的實踐應用為導向，引導教師指導學生完成以解決工程實踐問題為核心的應用技術型項目，鼓勵教師結合與企業技術合作過程中產生的新題目。其次，目前越來越多企業希望畢業生在企業畢業實習階段，除了掌握基本的技術要領以外，還鼓勵學生進行創造性設計，為企業技術研發注入“新鮮血液”。因此，將畢業設計或實習企業的工程實踐問題轉化為畢業設計題目，成為目前畢業設計題目發展的一個趨勢。

三、基于工程項目的畢業設計成果

固高運動控制技術培訓班自2014年11月首次開班以來，歷經5年十期，目前已指導了103名學生的畢業設計，共計73個項目，具體如圖1所示。

這里的每一個畢業設計或源于市場需求，或是來自于企業的需求，或是對傳統技術的改良。學生的設計均突破了傳統的畢業設計內容要求，不再限于傳統的機床設計，而是具有了行業眼光，設計涵蓋眾多行業的自動化裝備。學生不僅完成了畢業設計設計，而且在完成機械設計的同時還完成了下一項目的模型制作。他們敢于挑戰、勇于創新，設計要求貼合新工科人才培養需求，而且在項目的工藝分析、裝備設計、控制器的選擇應用、傳感器選擇應用、電控回路設計、氣動回路設計、程序設計及精度分析等一系列綜合技術上均有要求，這使得學生自身的綜合設計、加工、安裝、調試能力極大提升，設計作品效果突出且優秀，幾年來在學院和學校內均取得了優異的成績，具體如圖2和表1所示。

縱觀培訓班指導的眾多項目，其應用范圍十分廣泛，可以說是涵蓋了各行各業，其中包括如圖3所示的機械加工裝備設計項目、多種行業自動化產線項目、鋰電池加工裝備項目、民用行業應用項目等。100多名學生的畢業設計題目均源于此，可以看出，這與傳統畢業設計有著天壤之別。

再通過個體來看，以蛋糕機為例，從第一代蛋糕機的工藝分析、三維結構設計;到第二代完善設計，繼而完成蛋糕機所有零件圖設計、加工、詢價、采買、裝配、調試，制作模型;最后第三代蛋糕機走向了云端，實現了無人值守智能全自動加工、加工數據共享、遠程運維、APP下單等先進功能。這使學生從傳統的機械走向新興的機械裝備，畢業設計題目從《基于GTS的蛋糕自動加工設備》，到《基于GUS的全自動蛋糕機設計》，再到最終的《基于CPAC云平臺的蛋糕機》，畢業設計題目更新快，并且與時俱進，由裝備到工程，進而提升到工業云平臺，最終斬獲校級二等獎和校級特等獎各一項。期間該項目獲得授權發明專利一項，授權實用新型專利兩項;獲得了第十三屆河南省“挑戰杯”大學生課外學生科技作品競賽一等獎，2017年河南省“互聯網+”大學生創新創業大賽一等獎。學生的眼界更開闊了，能力也獲得了空前的提升，這不只體現在設計上，而且擴展到加工工藝問題、市場需求問題、性價比問題、互相交流合作等方面。

再看鋰電池加工行業的幾個畢業設計項目，這是從深圳某企業獲得的課題，該系列項目涵蓋切片、卷繞、充電樁等鋰電池加工的相關方面?！痘贑PAC的鋰電池高速切片系統設計》對傳統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行了很好地改進;《基于雙偏心軸的鋰電池極片超速膜切機設計》改變了模切過程極片運動的控制，提升了極片模切效率及質量;《三工位變角速度鋰電池高速卷繞機設計》《浮動型恒線速鋰電池高速卷繞機》的設計則源自鋰電池生產工藝的改變，旨在提升鋰電池的生產效率;《基于GUS的鋰離子電池充放電裝置及控制系統設計》則面向改變人工機械重復裝卸充電樁螺栓的單調工作現狀，十分具有現實意義。該系列項目中的每個項目都由一名學生完成，由于設計資料不足，設計工作量巨大，一般情況下學生很難完成。但經過“創工場”訓練的學生，他們敢于挑戰，不怕困難，他們在學校及企業教師的共同指導下分析視頻、明確工藝、研究結構、完善設計，不但完成了機械設計，還完成了電控設計、基本程序設計。他們工程意識、綜合能力突出，每一個項目的設計效果不但得到校內專家的認可，更得到了企業方的肯定。以2017年獲得首屆中國機械行業卓越工程師教育聯盟“恒星杯”畢業設計大賽銅獎的《基于CPAC的鋰電池高速切片系統設計》為例，整個裝備有3000多個零件，學生在3個月的時間內完成了400多個部件的設計、200多個部件仿真，這種大劑量的設計工作，只有經過“創工場”訓練的學生才能完成。這些項目設計的工作量均突破了一般學生畢業設計的基本工作量要求，設計質量獲得了企業及專業教師的一致好評;同時該系列項目還獲得了首屆全國機械工程師卓越聯盟畢業設計大賽銅獎一項、畢業設計校級二等獎一項，校級優秀獎兩項的優異成績。

《基于CPAC云技術的懸窗自動開合系統設計》源于浙江某企業的實際需求，目標要求是對高層玻璃幕墻的懸窗進行合理便捷操控，旨在打造更加便捷、智能的生活方式，后續根據專家建議，將該項目惠及倉儲系統，即擴大應用范圍，提升設計功能，學生不停地進行設計方案改進，從無到有，從粗陋精美實體模型，再到擁有云平臺、手機APP等功能，整個設計完美實用，該項目已獲授權發明專利一項、實審發明專利一項、授權實用新型專利兩項;獲2017年河南省“互聯網+”大學生創新創業大賽三等獎;獲得2018年校級一等獎。

還有許多畢業設計，這些畢業設計題目不只是停留在理論階段，學生在進行設計裝備之后同樣進行了電控設計、氣動設計、程序設計，每一位學生都親自動手進行實踐，從電控接線實驗到可視化界面設計等一樣不差。在這期間，學生從實際出發，貼近生活，個人綜合能力得到了極大的提升。

在培訓班中出去的近百位學生在談起自己的畢業設計之時，都認為這是自己人生中的一個轉折點，因為這種以項目、以實踐進行教學的方式，給學生們帶來了極大的鍛煉，塑造出他們的工程意識，讓他們在今后的道路上樹立更強大的信心，教學要源于實踐，用于實踐，這樣才能在實踐中開花結果。

四、結束語

新工科教育教學改革，旨在培養學生的綜合能力。以實踐教學為載體的運動控制創工場，在培養學生工程意識的實際訓練及畢業設計過程中，不僅是對大學生創新能力、實踐能力的檢驗，更提升了大學生的綜合素質，這對于實踐性和綜合應用性要求強的機械制造專業來說，具有普適性。由此可以看出，只有制定有效的教學改革措施來提升學生的綜合能力及畢業設計質量，才能滿足專業培養目標的要求。

[責任編輯：陳明]