劉楷安，高勇偉，韓林山

（華北水利水電學(xué)院，河南 鄭州 450011）

現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法在畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中的應(yīng)用與實(shí)踐

劉楷安，高勇偉，韓林山

（華北水利水電學(xué)院，河南 鄭州 450011）

文章針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械類專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中存在的問題，結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的內(nèi)容及特點(diǎn)，探討了現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法在畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)中應(yīng)用的方法。關(guān)鍵詞：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法；機(jī)械工程；畢業(yè)設(shè)計(jì)；教學(xué)

《現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法》是機(jī)械工程類專業(yè)本科生的一門專業(yè)限選課，是一門涉及多個(gè)學(xué)科綜合性較強(qiáng)的課程。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)(以下統(tǒng)稱為畢業(yè)設(shè)計(jì))是教學(xué)過程中最后一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，能夠培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決工程技術(shù)問題的能力。目前，在高等理工科院校機(jī)械工程類本科生培養(yǎng)過程中存在著一些問題，致使畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量不斷下滑。因此，分析和研究造成上述問題的原因，探索新的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)模式和方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的必要性

1.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的內(nèi)容及特點(diǎn)

現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法融合了信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、知識(shí)工程和管理科學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)，具有系統(tǒng)性、創(chuàng)造性、社會(huì)性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的最優(yōu)化、動(dòng)態(tài)化、計(jì)算機(jī)化，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更具宜人性。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,新的設(shè)計(jì)方法不斷涌現(xiàn)，因此現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的范疇十分廣泛。對(duì)于本科階段課程內(nèi)容，應(yīng)該結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)、培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)時(shí)安排、實(shí)驗(yàn)條件等因素綜合考慮。該課程在本校（華北水利水利水電學(xué)院）講授的內(nèi)容包括:機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)等。

1.2 機(jī)械工程類專業(yè)傳統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)中存在的問題

目前，高等教育規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，高等學(xué)校教學(xué)工作面臨許多新問題，畢業(yè)設(shè)計(jì)中存在的問題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.2.1 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的有效時(shí)間不足

目前，大學(xué)生畢業(yè)前面臨著較大的就業(yè)和考研壓力，參加招聘會(huì)與研究生復(fù)試在給學(xué)生造成了較大的心理壓力的同時(shí)難免會(huì)占用畢業(yè)設(shè)計(jì)的有效時(shí)間。

1.2.2 選題范圍窄，不利于就業(yè)

機(jī)械工程類傳統(tǒng)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)課題大多是關(guān)于機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡管有時(shí)涉及液壓、電氣控制等方面的知識(shí)，但課題大多停留在方案設(shè)計(jì)階段，其任務(wù)也主要集中在計(jì)算和繪圖方面。由于時(shí)間、精力及能力等原因，設(shè)計(jì)中繪制的圖紙從質(zhì)量和數(shù)量上都存在很大的不足。

1.2.3 設(shè)計(jì)手段單一，難以保證設(shè)計(jì)質(zhì)量

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是在大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采用直覺法、類比法的經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)，通常是將研究的問題簡(jiǎn)化處理，運(yùn)用相關(guān)的理論進(jìn)行計(jì)算與選型，這種方法計(jì)算精度低，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，設(shè)計(jì)成果評(píng)價(jià)困難，難以獲得最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果。

1.2.4 不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)大多采用串行模式，設(shè)計(jì)過程需要不斷的反復(fù)，周期較長(zhǎng)，很難對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，因此，傳統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)模式不具備完成創(chuàng)新設(shè)計(jì)的條件，更談不上培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

2 管理措施及方法

針對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)中存在的問題，建立科學(xué)的、易于操作的質(zhì)量監(jiān)控措施是保證畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的有效方法。近年來，筆者做了大量實(shí)踐工作，在科學(xué)選題、質(zhì)量監(jiān)控和成績(jī)考核等方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

2.1 科學(xué)選題

選題是畢業(yè)設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié)，也是高質(zhì)量地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的前提。選題應(yīng)具有科學(xué)性、新穎性、創(chuàng)造性，保證學(xué)生能夠在指定的時(shí)間內(nèi)如期完成。選擇與現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法相關(guān)的課題時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

2.1.1 選題符合機(jī)械工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

選題應(yīng)結(jié)合機(jī)械工程專業(yè)特點(diǎn)及培養(yǎng)目標(biāo)，注重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用機(jī)械、電子等多領(lǐng)域理論知識(shí)和工程設(shè)計(jì)、調(diào)試等方面的綜合能力。力求全面考核前期課程的基礎(chǔ)理論和基本技能，并著眼課題與現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的結(jié)合點(diǎn)，使學(xué)生得到全面、綜合的訓(xùn)練。

2.1.2 選題應(yīng)與生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究相結(jié)合

將與生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究相關(guān)的課題引入畢業(yè)設(shè)計(jì)，一方面，可以開闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的積極性；另一方面，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際獨(dú)立解決問題的能力。使學(xué)生能夠主動(dòng)的去分析實(shí)際工程問題，找到解決問題的方法和途徑。當(dāng)然，學(xué)生的成果也可以作為生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究項(xiàng)目有益的補(bǔ)充。

2.1.3 飽滿的工作量和適當(dāng)?shù)碾y度

選題要考慮到課題研究所涉及的工作范圍，充分估計(jì)到各個(gè)環(huán)節(jié)所需的時(shí)間，保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部工作，同時(shí)保證學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)工作量飽滿。課題的難度控制在學(xué)生經(jīng)努力能夠完成的范圍內(nèi)。

2.1.4 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的有機(jī)結(jié)合

現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有著密切的聯(lián)系，熟練運(yùn)用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法也是要求學(xué)生掌握的基本技能，因此，二者的有機(jī)結(jié)合十分必要。筆者在實(shí)踐中，要求學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的同時(shí)進(jìn)行傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，通過對(duì)比驗(yàn)證結(jié)果的合理性。

綜上所述，選題是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，選擇時(shí)必須綜合考慮教學(xué)大綱的要求、課程設(shè)置、市場(chǎng)需求以及指導(dǎo)教師專業(yè)背景等因素，力爭(zhēng)使學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中得到系統(tǒng)全面的訓(xùn)練和能力的迅速提高。

2.2 質(zhì)量管理與指導(dǎo)模式

由于畢業(yè)設(shè)計(jì)歷經(jīng)的時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)節(jié)多，如果沒有嚴(yán)格、規(guī)范的管理，很難保證畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。與傳統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)相比，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法完成畢業(yè)設(shè)計(jì)將面臨更多的新問題。對(duì)于上述問題應(yīng)該有一些針對(duì)性的解決方法，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書在保證畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提下，應(yīng)具有一定靈活性?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法種類很多，往往對(duì)同一問題有多種求解方法，畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書不應(yīng)局限于某一種方法。例如，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中，建立機(jī)械系統(tǒng)的幾何模型是進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及有限元分析的前提之一，而可以選擇的建模軟件有Pro/E、UG、Solid works等多種?？紤]工程軟件都具有良好的接口技術(shù)，因此，我們只需根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握情況靈活確定即可。

（2）制定較為詳細(xì)的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書和時(shí)間進(jìn)程計(jì)劃表。一般來講，學(xué)生都是第一次采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法完成某個(gè)課題，沒有任何經(jīng)驗(yàn)，往往遇到一些問題時(shí)，一籌莫展。畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書應(yīng)該針對(duì)課題的意義、實(shí)施方法路線以及設(shè)計(jì)過程中具有普遍性的問題詳加說明。同時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書與指導(dǎo)書，制定嚴(yán)格的時(shí)間進(jìn)程計(jì)劃表，將課題劃分為不同的階段，考核學(xué)生如期完成階段性目標(biāo)的情況。

（3）組織相關(guān)教師和學(xué)生建立畢業(yè)設(shè)計(jì)課題組，并完善課題組師生的信息交流機(jī)制。由于時(shí)間、知識(shí)背景等原因，本科學(xué)生很難獨(dú)立的完成某個(gè)課題，解決的辦法是將課題分成幾部分，由不同的學(xué)生組成課題組共同完成?；谡n題所需知識(shí)較廣的特點(diǎn)，可由不同專業(yè)背景的指導(dǎo)教師加入課題組共同指導(dǎo)。同時(shí)，充分運(yùn)用現(xiàn)代通訊工具，不斷的完善答疑機(jī)制，保障師生、同學(xué)間順暢的信息交流。

2.3 考核與評(píng)定體系

答辯是畢業(yè)設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，其目的旨在考核學(xué)生對(duì)所選課題的研究情況，設(shè)計(jì)方案以及畢業(yè)設(shè)計(jì)的深度、廣度和真實(shí)程度。答辯成績(jī)從設(shè)計(jì)過程、答辯過程和成果質(zhì)量3個(gè)方面考核。設(shè)計(jì)過程考核包括畢業(yè)設(shè)計(jì)態(tài)度、考勤等。答辯過程考核包括語言組織表達(dá)能力及答辯情況。成果質(zhì)量考核主要包括成果的科學(xué)性、論文的撰寫質(zhì)量以及創(chuàng)新情況等。最終，由專業(yè)教師組成的答辯委員會(huì)給出答辯成績(jī)。

3 指導(dǎo)實(shí)踐

3.1 課題簡(jiǎn)介

本校工程機(jī)械專業(yè)前身為水利施工機(jī)械專業(yè)，學(xué)生的就業(yè)方向集中在水電行業(yè)中與工程機(jī)械相關(guān)的領(lǐng)域。結(jié)合這一情況，筆者指導(dǎo)學(xué)生對(duì)工程機(jī)械領(lǐng)域的常見設(shè)備(例如起重機(jī)、啟閉機(jī)、架橋機(jī)等)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與研究，所選課題的主要任務(wù)是針對(duì)上述設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、動(dòng)力學(xué)建模與動(dòng)態(tài)仿真、有限元分析等，使用的軟件包括建模軟件UG、Solidworks、動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS、有限元分析軟件ANSYS等。

從近幾屆學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)完成情況看，取得了良好的效果，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）提高了設(shè)計(jì)速度，充分利用了有效的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法用計(jì)算機(jī)完成了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，避免了大量的反復(fù)校核任務(wù)，提高了計(jì)算的精度與速度，加快了畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)度。

（2）考核更加全面，畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量較高。學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，開闊了視野，鞏固了前期學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不能解決的問題，提高了畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。例如，箱型結(jié)構(gòu)件是機(jī)械系統(tǒng)中常見的部件，而運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很難實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度和剛度的校核。利用有限元理論，選擇相應(yīng)的工程軟件如ANSYS、I-DEAS等，不僅能夠完成剛度和強(qiáng)度分析，還可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的優(yōu)化。

（3）更加貼近社會(huì)需求，有利于學(xué)生就業(yè)及進(jìn)一步的深造。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的重要性，優(yōu)化設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、有限元分析等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法得到廣泛的推廣與應(yīng)用，顯然掌握了現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的畢業(yè)生更能適應(yīng)社會(huì)需求，在職場(chǎng)必將具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于考取研究生的同學(xué)，掌握了部分現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，更加有利于將來開展科學(xué)研究工作。

3.2 問題與思考

畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)過程中，也面臨著一些突出問題值得我們思考與改進(jìn)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）優(yōu)化課程體系。運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，要求學(xué)生掌握一定理論知識(shí)，能夠熟練的操作計(jì)算機(jī)，至少掌握一兩種常用工程軟件。目前，畢業(yè)生很難在短時(shí)間內(nèi)把上述技能融會(huì)貫通，完成一個(gè)實(shí)踐性課題。因此，需要做好前期準(zhǔn)備工作，應(yīng)根據(jù)教學(xué)大綱要求，不斷的優(yōu)化課程體系，開設(shè)相關(guān)選修課程，例如 Matlab、Pro/E、ANSYS等。

（2）培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)立解決問題的能力?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法通常以工程軟件作為支撐，軟件掌握的熟練程度直接影響畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。一方面，我們鼓勵(lì)學(xué)生重視軟件的學(xué)習(xí)，力求精益求精；另一方面，要避免學(xué)生片面地認(rèn)為畢業(yè)設(shè)計(jì)就是單純的軟件學(xué)習(xí)，忽視了課題本身研究的問題。因此，要求學(xué)生注重理論聯(lián)系實(shí)際，加深對(duì)課題的理解，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法不斷發(fā)現(xiàn)、解決工程中的實(shí)際問題。

（3）加強(qiáng)培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，鼓勵(lì)創(chuàng)新精神。在指導(dǎo)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)盡管組建了畢業(yè)設(shè)計(jì)課題組，由于各種原因，學(xué)生仍普遍缺乏團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)及創(chuàng)新精神。因此，在設(shè)計(jì)之初需要進(jìn)一步強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，針對(duì)不同的學(xué)生，做到因材施教，使學(xué)生具有足夠的信心和動(dòng)力，真正發(fā)揮其專業(yè)特長(zhǎng)和運(yùn)用綜合知識(shí)的能力，同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法將創(chuàng)新理念付諸實(shí)踐。

4 結(jié)束語

在機(jī)械類本科畢業(yè)中引入現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法，有效的解決傳統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)中存在的一些問題。對(duì)培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的設(shè)計(jì)思想和掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，完善畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)模式，提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的水平和質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生的科研與創(chuàng)新能力具有一定的指導(dǎo)意義。

Practice and Application of the Modern Design Theory and Methodology in Graduation Design(thesis)

Liu Kaian，Gao Yongwei，Han Linshan

This paper summarizes the problems existing in the conventional graduation design (thesis)for mechanical engineering undergraduate.According to contents and characteristics of modern design theory and methodology.It was dealt with the method how touse the modern design theory and methodology in graduation design(thesis).

modern design theory and methodology；Mechanical engineering;graduation design；teaching

G642.477

A

1000-8136(2011)02-0130-03

華北水利水電學(xué)院教改項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：200913407)；華北水利水電學(xué)院青年科研基金資助(項(xiàng)目編號(hào)：HSQJ2009010)

劉楷安，男，1979年出生，河南新鄉(xiāng)人，講師，碩士，現(xiàn)主要從事機(jī)電工程的教學(xué)與科研工作。