机械设计综合实践教学研究

项筱洁

（温州职业技术学院，浙江 温州 325000）

高等职业教育立足于地方区域经济，担负着为地方经济建设发展培养并输送生产、建设、管理、服务等方面的高素质技术应用型人才的重担[1]。为培养学生的创新意识和创新思维，锻炼学生的实际设计能力，探索学生从完成机械设计课程设计到进行毕业设计之前，设置一个以能力培养为本位、以真实项目为依托的机械设计综合实践教学环节。在这一环节中，学生参照企业产品设计的流程，选用企业的真实项目，完成一些机构或部件的创新设计。

一、机械设计综合实践项目内涵分析

（一）综合实践项目时机选择

在原有机械制造专业人才培养方案中，一般机械设计课程安排在第二、三学期完成，在结束课程后马上进行课程设计完成总成或零部件的模仿设计，时间一般为1～2周，相对于总成零部件设计而言时间显得比较仓促，加之有成熟的设计指导书，在这一过程中，学生的工作主要是抄画以往的图纸，学生的设计能力和创新思维没有得到应有的培养和锻炼。完成机械设计后到第六学期的毕业设计，期间不再设置产品设计能力培养环节，学生在毕业设计时往往表现出无所适从。机械设计综合实践项目时间安排在第四、五学期较为合适，第四学期通过3周时间完成结构设计及图纸绘制过程，第五学期利用2周时间完成加工制作。从第二学期机械设计课程开始到第六学期的毕业设计，期间的综合实践项目就成了两者之间有益的衔接和补充，也是学生设计能力循序渐进、螺旋上升的有效途径。

（二）综合实践项目能力目标

在进行综合实践项目之前，学生已完成的机械设计课程设计，为学生提供了简单化、理想化的工作条件，结构及尺寸都可以依据指导书得以确定，图纸也有参照，通过抄画实现知识点及技能点的串联，缺乏设计分析能力的培养。综合实践要求学生根据产品功能独立完成工作条件分析、总体方案设计、传动方案计算、总装结构设计、零件设计、设计资料审核等工作，没有了现成的参考资料模仿，实现对学生真实条件下机械功能部件的设计开发能力、创新能力、技术沟通及团队协作能力的培养。

二、综合实践项目设计

从高职教育发展十多年的历程可以看出，高职层次学生对于理论推导、定量计算、数据分析等需要抽象思维的知识学习能力及学习热情普遍偏低[2]，而对于更为感性的拆装、测绘、功能定性设计及实物制作等内容则表现出了极高的热情。因此机械设计综合实践项目设置必须摒弃原有的教学思路，将机械设计课程所涉及的知识点渗透到多个分散的实践项目中。项目基于深化工学结合的“教学做”一体化教学模式改革，实现知识与能力并举，旨在切实提高学生的综合设计和创新设计能力[3]。所以，项目需与当地企业合作，在设计过程中真题真做，学生通过完成机械设计综合实践教学中的企业产品开发，实现定性分析、工程材料选用、机械设计、工程制图、工艺设计、夹具选用、加工等知识的综合应用。综合实践教学按企业产品的真实开发流程进行教学安排，培养学生机械设计的全局观。

（一）项目选择依据

立地式研发是高职院校教师服务企业的主旨思想和主要形式，教师立足于地方行业、企业进行技术服务，在技术服务过程中为企业排忧解难、提高教师自身技术水平、培养出适应企业需要的毕业生，获得三赢的结果[4]。例如温州是“中国包装名市”，温州地区的高职院校机械类专业的学生选取包装机械的功能部件作为综合实践项目，符合地方产业、行业的需要；不同包装机械所包含的机构及零部件具有相当的类同性，学生在完成一种包装机械的设计后能举一反三，对于其综合设计能力的培养具有积极的促进作用；包装机械种类多样，执行元件动作繁多、机构巧妙，有利于学生创新思维和创新设计能力的培养。

（二）项目抽取策略

对于面向整个班级的综合实践项目，只有一个真实项目无法实施，项目组与当地包装机械企业合作，进行系列化包装机械产品的创新设计。由企业产品经过抽取、改造而成的综合实践项目有“往复平动式软管包装尾部剪切机构设计、旋转式软管包装尾部剪切机构设计、平动式扁尾封口压印机构设计等。下面以“软管包装尾部剪切机构设计”项目为例分析项目抽取策略：（1）剪切功能部件设计包括机构原理选用、原动力选择、传动路线布置、结构设计等，学生能充分运用所学的知识，实现知识点与技能点有机的融合与串联；（2）剪切功能部件结构复杂程度适中，方案讨论及定稿、机械结构设计、装配图及零件图的绘制估计需要三周时间，工作量适宜，能在计划课时内达到了预期的教学目标；（3）部件尺寸大小适宜，材料耗费少且易于加工制作，适合于学生在校内完成设计及制作的完整过程。

（三）项目改造

真实项目取自于企业产品的部件，教师需充当总设计师的角色，根据整机的工作状况及功能原理拟定部件的工作条件、部件功能、安装方式、安装尺寸等相关信息，如果出现真实产品尺寸规格较大，材料选用要求、制造质量要求过高等导致项目实施困难、成本过高的情况，则需要对此类边界条件进行适当调整及完善。

三、综合实践项目实施流程

（一）企业设计流程与综合实践教学进程对比

综合实践教学进程与企业设计流程基本一致，但又不尽相同。考虑到学生在完成综合实践前不具备必要的产品感性认识、具体机构设计经验和实际零件的加工制作能力，综合实践教学工作流程在企业工作流程的基础上增设了企业参观、案例分析、学生设计方案阶段性检查及修改等环节，如图1所示。

图1 企业设计流程与综合实践教学进程对比

（二）综合实践项目实施流程设计

综合实践项目流程如图2所示，在流程中的各个环节对应相应的教学目标，图3所示的是以剪切功能部件设计为例的学生设计流程。

（1）任务书下达。在综合实践项目开始实施前一周内下达任务书，主要目的是提前让学生明确项目来源、工作参数等，以便学生能有充分的时间查阅资料，做好准备，能在项目开始实施之际即能进入状态，充分利用有限的实施时间。

（2）企业参观。在学生接到任务书并进行一定的资料查阅、技术准备后，参观合作企业生产现场。由于学生已经对项目有了初步了解，同时教师在参观前对学生提出一定的要求，如要求学生在参观完后介绍设备工作条件、功能原理结构、及其结构特点等。因此，参观过程是任务型的，学生带着疑问下车间，在参观过程中进行观察、询问并进行记录，然后通过小组讨论形成企业参观报告，其目的就是在企业找到答案，或者说找到类似的答案以便形成项目设计的感性认识。

图2 综合实践项目流程

图3 剪切功能部件设计流程

（3）案例分析。选择典型设备机构的案例进行分析是进一步提高学生对机构感性认识、扩展设计思维及形成设计思想的必要环节。案例分析不能由指导教师从头至尾满堂灌，学生需根据教师提出的问题寻求答案，同时再由答案引出更多的思考，旨在培养学生设计能力的同时激发创新思维。因此，最合适的教学方法是采用诱发式和引导式的探讨，实现互动式的案例分析。

（4）方案设计。方案设计是整个项目实施过程的先导，本环节就为整个设计确定了基本思路和技术方向，因此是项目实施的关键环节，以“包装机械扁尾剪切功能部件设计”项目为例，如图4所示。

图4 扁尾剪切功能部件方案设计

由于学生缺乏设计经验，根据设计要求进行剪切机构创新设计的方案可谓五花八门。有些方案具有足够的创新性但以当前的技术水平基本无法实现；有的方案具有创新且可以实现但成本高、经济性差；有的方案则从原理、结构上即与机械创新设计思想相悖。因此，在这一过程中，教师必须深度参与，对学生提出的方案进行详细分析、具体点评，并引导学生相互讨论，对不同方案进行对比、逐步优化，最后确定出的方案必须兼具实用性、经济性、结构工艺合理和操纵方便等特点。

（5）总装结构设计。总装结构设计流程如图5所示，运用功能强大的三维CAD软件，采用自顶向下式的设计思想。学生首先对所设计的功能部件要有一个全面的理解，然后从顶层开始,连续地逐层向下分解,起到部件的所有模块都小到便于掌握为止。每完成一次总装虚拟设计，必须经过机构功能动态模拟、机构元件干涉检查，确定功能顺利实现、结构合理、元件无干涉后导出总装工程图纸，完成总装结构设计工作。

图5 总装结构设计流程

（6）零件设计及标准件选用。为了实现总体功能，总装虚拟设计全过程采用同步建模设计方法，即在总装设计过程中已经基本完成了零件的设计和标准件的功能设定，因此后续工作主要是零件具体结构设计和标准件的选用。在这一过程中的主要难点是零件材料选用和标准件的选型，由于学生对材料及标准件市场行情不了解，因此项目组设置市场调研的环节。在这环节中由指导教师带领学生一起进行市场调研，主要目的是了解材料性能、规格、标准件、外购件价格等。经过这一环节，学生在零件选材、标准件选型方面会变得合理且高效。

（7）总装及零件图绘制。由于采用计算机辅助设计，总装图及零件图纸绘制工作量大大降低，学生完成图纸的完整性有了大幅度提高。图纸绘制不规范是学生在综合实践项目完成过程中凸显的一大通病，为了进一步提高学生的图纸绘制质量和综合实践项目实施效果，应对图纸的规范表达提出严苛的要求。由于指导教师人员限制，很难对每一位同学的每份图纸进行细致的检查。为了解决这一问题，指导教师可以先对图纸进行综合审阅，图纸中出现的共性问题进行集中讲解，然后由学生进行交叉检查、相互指正、共同提高。通过这样的方式完成的图纸，正确性、规范性等会有质的提高。

（8）综合实践项目实物制作。实物制作是对综合实践项目设计成果的检验和完善，通过实物制作可以发现在设计过程中边制作边修改，不易暴露的问题，学生在制作过程中不但达到了锻炼加工制造技能的目的，而且设计成果也得到不断改进和完善。产品经过企业专家论证和试验，部分成果可被企业作为真实产品方案吸收并投入生产，创造出一定的经济和社会效益。

四、项目成效评定

为了充分体现综合实践项目的成效，客观公正地评定学生工作成果，项目组邀请企业相关行业专家与指导教师共同参与，从产品质量、实用性、创新性、经济性、工作态度和团队协作精神等方面对学生工作状态及作品质量进行综合评定，工作成效评定权重分布如图6所示。

通过综合实践项目实施，学生主要在三个方面的能力得到了有效的提高。一是通过知识的综合应用及综合实践项目的教学活动实现了真实项目设计，培养了学生的机械设计综合能力；二是借助同类产品功能模型，进行机构方案改进，实现了机构方案创新，培养了学生的创新能力；第三，项目设计过程中的团队协作及参照企业实际的工作要求，培养了学生良好的沟通协调能力及工作责任心。

图6 工作成效评定权重分布

五、小结

本文从综合实践项目内涵、设计、实施及成效评定等方面进行了分析，并根据实践效果对各个环节的具体实施过程进行回顾和总结，为学生机械设计综合能力及创新能力的培养提供了一种可资借鉴的教学模式。当然，机械设计综合实践项目作为一种新型的教学及能力培养模式，还有很多方面值得探索和实践，本项目组将继续推进综合实践项目的研究和实施，以期取得更有意义的成果。

[1]马树超，范唯.以专业改革与建设践行高职教育科学发展[J].中国高等教育，2009（8）：48-50.

[2]丁金昌.高职人才培养不可替代性的策略研究[J].中国高教研究，2010（6）：65-68.

[3]丁金昌，梁耀相.高职教育人才培养理论研究与实践[M].北京：国防工业出版社，2011：15-16.

[4]丁金昌.关于高职教育体现“高教性”的研究与实践[J].教育研究，2011（6）：68-72.