机械专业毕业设计的教学指导与改革研究

张燕燕，康红伟，张发厅

(黄河科技学院 工学院，郑州 450063)

机械专业毕业设计的教学指导与改革研究

张燕燕，康红伟，张发厅

(黄河科技学院 工学院，郑州 450063)

应用型本科生的毕业设计是一个非常重要的实践教学阶段。在机械专业学生的毕业设计过程中，存在着毕业设计题目选择不合理、题目的难度偏大、毕业设计开始时间较晚、结构设计不合适等各种各样的问题。针对机械专业学生在毕业设计过程中存在的具体问题，文中通过多年的教学实践改革，总结出有效的解决办法，并提出了重点把握好的几个环节。改革结果表明：近三年来，黄河科技学院机械专业学生的毕业设计质量大大提高、作图能力增强、学生们在毕业之前撰写的论文和专利数量增加、就业率也有很大的提高。

机械专业；毕业设计；选题；教学实践

学生经过大学四年的基础课、专业基础课以及专业课的系统学习，毕业设计对学生来说，是大学本科学习的最后一个阶段；对学校来说，毕业设计是学生在校期间的最后一项教学实践活动[1]。不同于课程设计，学生的毕业设计不仅是要对几年来所学的基础知识进行总结，而且要对学生综合能力进行考察。特别是对实用性很强的机械类专业，毕业设计应该非常贴近学生将来的实际工作，让学生通过毕业设计能够得到有效的训练和提升，所以机械专业学生的毕业设计阶段显得尤为重要，必须加以高度重视。

随着国家经济和产业结构不断调整和深化改革，学生毕业后的工作会可能是各种各样不同工作岗位，甚至跨不同的行业。因此，毕业设计重点应该是培养学生的综合素质能力，通过进行资料的查阅总结，完成文献综述、方案结构的设计分析、提出并实现自己的观点、绘制出合格图纸、书写设计计算说明书，为学生能够顺利进入工作岗位进行更有效的衔接；同时，培养学生严谨认真的工作作风、自主创新的能力、动手能力、团队协作的精神以及吃苦耐劳的精神等。

1 毕业设计课题的选择

1.1 课题内容要尽可能多地涉及本专业的教学内容

(1)不同于科研和工程的实际需要，毕业设计的课题首先考虑满足教学要求[2]。因为，学生没有多少实践经验，与实际生产接触机会很少。因此，课题内容要贴近本专业的教学内容，尽可能地通过毕业设计，来总结学生在大学四年内所学的理论基础知识，把这些专业知识有效的结合起来，不能让学生仅仅停留在课本内容基本上都懂，作业也都会做，考试也都不挂科，但就是不能做到应用的状态。(2)课题不能太大、太空。例如，提高机械效率的优化设计、世界先进机械的研究等，类似课题学生的经验和能力暂时还无法把握。

1.2 难易程度适中、工作量适宜、适当提前毕业设计开始时间

黄河科技学院工学院的毕业设计安排的是12周时间。但实际上，对于学生来说，真正用来做毕业设计的时间也就一两个月甚至更少，因为在这个时间里，有的学生已经开始去找工作，或者进入工作实习期，不能很好地保证用于毕业设计的时间。因此，如果课题难度太难，或者工作量太大，会造成学生失去信心，进而出现随便抄袭应付的现象[3]。不能达到毕业设计的真正目的。所以，为了保证学生保质保量完成毕业设计，所选的项目难度、工作量要适中。

毕业设计的开始时间，可以安排在机械设计的课程结束后。这时候，学生基本具备了设计的初步知识，可以选择适当难度的课题，让部分学生开始试住做些大体跟毕业设计内容基本一致的工作，到真正毕业设计的时候，一是可以把课题做深，二是学生也不感到时间紧张，三是有可能的话还做出实物。给学生的创造性的发挥空间，留够申请专利和论文的时间，提高毕业生的整体素质能力。近年来，我校每年有数十名学生，是用这种方式完成毕业设计的，毕业时他们已经申请好国家实用新型发明专利，并做出了实物。从创意、设计、制造到装配调试和改进过程，对学生来说收获很大，毕业后，学生在企业很快就进入岗位角色，企业也比较欢迎这样的学生。

1.3 选题要灵活

课题所涉及的行业要多种多样。例如，装备制造、矿山设备、农业机械、食品加工及特种设备等。这样既满足了不同学生的兴趣要求，又减少了雷同现象，指导教师也可以把难度相对大的课题，按照工艺或结构分成几个小课题再分配给不同的学生，使他们之间既有明确分工又有合作，增加学生的团队协作能力[4]。

除指导教师按照自己的工作经验和要求命题之外，可以与企业联系，设计一些在现实工作过程中实际应用的课题，增加项目实用性的同时，也允许学生根据自己的观察与爱好，由自己提出课题。部分学生已经参加了工作，也可以根据其所在的企业的行业性质和产品特点，设计有关产品。最后由教师和学生商议共同提出课题，以提高学生的学习兴趣，对其将来或现有的工作有着直接的帮助[5]。

1.4 减少论文在整个毕业设计课题中所占比例，增加机械结构设计的要求

国家教育部2014年教育改革的一项重要内容，就是将600多所大学本科学校转向职业技术教育。因此，大部分大学本科生将来的就业岗位将是生产一线。因此，倾向于理论研究的论文题目在课题中的比例应当减少，更多地增加和体现生产实践中实际应用的课题。同时，也是由于论文内容是学生更容易抄袭，降低了教学质量，达不到学校开展毕业设计的真正目的。

2 毕业设计过程中的几个具体问题

2.1 参考资料的收集

拿到设计题目后，学生最直接想到的是从网络中搜集资料。学生无疑能够很快地找到与自己题目相关的各种资料，但涉及到具体技术问题和具体结构问题的内容，网络中可参考的资料很少，能够具体解答的更少，这时学生就会感到很茫然，无从下手，这就是现代大学生的通病。之所以有这种惯性的思维，是由于现代的教学模式和教学理念不当造成的。在大学学期期间，学生们遇到问题后就去查找课本上的现在公式，只要套用就可以了，然后实际的设计却并非这样简单，要靠学生自己去思考，去查找相关文献。

因此，在此期间建议学生到图书馆，到企业去，更广泛地搜集资料。另外，随着标准化的完善，有许多设备的设计制造都已经有了国家或行业标准和规范设计。例如，特种设备、食品加工设备、制药设备和计量设备等其设计方法和过程，甚至结构等都有详细的规定和要求，建议学生在查阅有关资料的过程中，学会查阅相关的国家标准或行业标准。

2.2 设计方案的确定

学生在经过了资料的搜集和总结后，根据自己的课题的要求，绘制出机构运动简图。然后对机构的运动部分进行初步的设计计算。此时，机构的选择，前提是要满足课题要求和机器功能的实现。但是，很多学生不重视这个过程，基本上在这个阶段都是画草图，懒于计算，导致在真正的结构设计过程中出现返工的现象。而且在方案设计时，要设计出不同的方案进行比较，甚至要做一些简单的模型进行实验比较。比较的过程中，不仅考虑机构是否达到生产率的要求，还要考虑机构的运动的平稳性，最终确定出更合理的方案，并绘制出正规的机构运动简图。

2.3 设计计算

毕业设计中的计算主要包括执行机构和原动机所需的功率、运动学计算、动力学计算。

2.3.1 类比法确定执行机构所需功率

首先，确定直接参与工作的执行机构所需要的力、力矩、速度、加速度和位置等技术参数，从而计算出执行机构的功率；然后，计算出整个传动系统中的传动功率。

很多种情况下，执行机构所需的功率比较容易确定，例如，起重机起吊重物所需要的力、钢筋的弯曲切断所需要的力等。然而有时，这些重要的参数无法用简单的方法来确定，因为这些参数与其机器加工的对象和加工工艺有关，例如，压球机的设计。压球机压制过程中的径向压力是要通过模型试验而测定的，对于学生来说，这个环节有困难。因此，这种情况下，就要去找似的工况所耗用的功率，总之就是要用类比的方法来确定执行机构所需要的功率。

确定了使用功率就可以确定原动机的功率，按国家相关标准选取电机类型，如三相(或单相)交流异步电机、直流调速电机、步进电机、伺服电机等。其中步进电机和伺服电机的主要参数是根据扭矩确定的。

2.3.2 运动学计算

在确定了电机转速之后，设计者需要对传动系统的各机构进行速比的分配。在速比分配的过程中，学生一般是按照课本推荐的数据来分配的，例如，带传动，课本上推荐的传动比是2～7，但在大功率带传动的机器中，小带轮基准直径确定后，如果按照传动比2～7来设计大带轮时，大带轮的直径会很大，有可能不满足实际的结构要求。在实际的设计过程中，速比的大部分应该是由减速器来承担，所以先确定减速器的型号。具体的步骤是：首先根据速比，对应的功率查到减速器型号，再根据型号(一般其主要结构参数是中心距)查得其联系尺寸。机器其余的速比部分再由其传动形式来补充。

2.3.3 动力学计算

在载荷计算中有时候会遇到较复杂的力的分析，如风载荷，雪载荷，地震载荷等，学生有时候不能够很好地将这些力进行简化，做出受力分析。因此，在此时建议学生去查找相关国家或行业标准里有无所规定的计算过程要求，若设计题目属于特种设备的卷扬机，起重机设备等，国家标准里都规定有计算内容和推荐公式，以及各种参数的选择，这时学生就必须按照标准进行；若标准里没有规定的就得查阅相似情况有没有其他设计人员发表的论文或者专著等，作为计算时的参考；若没有标准规定的，没有资料的，就得做模型试验，来确定相关参数。

学习程度比较好的学生建议借助于分析软件进行计算，如Ansys、Creo、Adams、Recdyn等，其计算的目的是确定结构主要零件的尺寸，同时还是要保证机器运动过程中的平稳性与可靠性，为下一步的机构设计打下基础。

在此阶段里，许多学生甚至个别老师误解地认为设计就是计算，也就是要把包括结构在内的所有零部件的尺寸都计算出来，才能开始绘图，其实这是错误的。计算是基础，有了基础计算数据，就可以开始绘制结构图，很多结构和一些零件的尺寸是在绘图的过程中去确定的。

2.4 结构设计

作为机械专业的毕业生，常见机械和机构的设计与机械识图和制图的能力是最基本的要求，但由于绘图过程相对比较繁琐，需要一定的三维透视能力，学生们害怕画图已成为一种普遍现象[6]。如果在此之前没有进行充足的绘图训练，所画的机械图纸问题较多,与正规图纸的要求有很大差距。虽然此阶段必要的计算已经结束，但大部分学生对绘图仍然感到茫然，无从下手。这个阶段指导老师应该在与学生共同分析结构的特点、视图的合理布置、标准件和外购件的选用、润滑的选用以及安全措施的应用等，重点指导结构设计和图纸的绘制。结构设计一般从执行机构先绘出，然后，逐渐向其他部分展开，边画图边修改，直到完成整个装配图的绘制。

相对于装配图的设计，零件图的绘制设计、更多的要求是视图的正确表达、尺寸及加工要求的准确标注、零件材质的合适选择、合理加工工艺性等。所以，零件图要求的完整性和准确性更高。大部分毕业生觉得零件图好画，但结果往往不令人满意。有许多学生仍然还是画了几张在课程设计时的零件图，比如传动轴、齿轮、带轮等，反应出学生对零件设计工作的欠缺和不自信；也有一些同学，先用三维软件建立一个三维的模型，让软件自动生成二维的工程图纸，又不加于修正，致使零件图表达不完善，不能作为实际生产用图纸。

所以，在整个结构设计阶段，指导教师要不断地检查学生的进度情况，及时指出图纸表达中的错误和不合理，避免设计出现重大的返工现象。

2.5 撰写设计计算说明书

设计计算说明书的撰写是毕业设计过程的最后一个阶段，在这个过程里，指导教师应该向学生讲明说明书的主要内容，包括：分析所做课题的国内外研究现状、所设计机器的功能，能实现此功能的机器结构原理、方案的选择、设计计算过程的说明与结论等，要求论据充分，结构合理、文理通顺，技术用语准确。

2.6 尽可能运用先进的计算机辅助设计工具

应用软件已经渗透到各行各业，学生在做毕业设计的过程中，应该尽可能的运用这些先进的辅助设计工具。例如：用于制图的AutoCAD、CAXA、用于力学分析的Ansys、adams等，还有一些三维软件在实际工作中也有广泛的应用，如: SolidWorks、UG等，学生可以在毕业设计过程中，接触这些软件，为进入工作岗位，打下良好的基础。

3 结束语

应用型本科生的毕业设计是一个非常重要的实践教学和学习阶段，做好毕业设计，就是要给学生，把在学校的学习知识与就业的岗位要求之间，架起一座畅通的桥梁。因此，在教师指导毕业设计以及学生做设计的过程中：要求指导教师科学、严谨、务实地命题；提前将课题布置给学生，让学生有更充足的时间去调研和实验，并提出更高的要求；广泛多渠道地搜集相关的技术资料；进行多方案设计和比较和优化，正确地按工作量要求完成绘制装配和零部件图纸；规范格式化地撰写设计计算说明书；整个毕业设计过程，师生要定时见面沟通，及时发现问题，及时改正，避免重大返工现象。

[1]纪小刚. 机械工程专业毕业设计中存在的问题及对策[J].无锡职业技术学院学报， 2008，7(3)：59-61.

[2]郭登明，刘明尧，江山.提高机械类毕业设计质量的研究[J].长江大学学报：自然版，2004，1(2):104-106.

[3]李文斌，董长双，轧 刚. 机械工程类本科生毕业设计(论文)教学探讨 [J]. 太原理工大学学报：社会科学版，2007，25(3):69-72.

[4]张燕燕，马小玲，何春霞.“机械设计基础”项目任务驱动式教学探究[J].中国电力教育，2012(26)：71-72.

[5]明兴祖,唐川林，吴吉平，等.机械大类专业实践教学体系与内容创新[J]. 实验科学与技术，2011，9(6)：157-161.

[6]郭清，韩文伟.固定选题教学模式在实践课程中的应用研究[J].实验科学与技术, 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

河南省重点学科:机械设计制造及其自动化基金资助项目。

张燕燕(1981-)女，硕士，讲师，主要从事工作：机械设计与制造方面的教学和科研工作。

G642.0;TH111

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.038