加快数字化设计人才培养的对策和实践——以梧州学院机械类专业人才培养为例

韦衡冰，邓小林，严超龙，潘明华，黄志锋

（梧州学院 机械与材料工程学院，广西 梧州 543002）

加快数字化设计人才培养的对策和实践
——以梧州学院机械类专业人才培养为例

韦衡冰，邓小林，严超龙，潘明华，黄志锋

（梧州学院 机械与材料工程学院，广西 梧州 543002）

分析了地方性高校培养数字化设计人才面临的主要问题，并以梧州学院机械类专业数字化设计人才培养的实践为例，总结提出了加快数字化人才培养的对策，并报告人才培养的实践成果。

数字化设计；机械专业；人才培养

1 机械类专业人才培养所面临的挑战机遇

数字化设计技术是现代企业产品设计和加工制造的核心技术，企业迫切需要大量具有数字化设计能力的人才。随着计算机辅助设计的应用，数字化设计已成为机械产品设计的主要方式。产品数字化设计技术不但能实现无纸化设计、虚拟仿真加工、数控加工、过程控制、全自动装配以及计算机辅助分析，而且为业界带来了全新的产品制造方法和先进理念。产品数字化设计技术和制造方式从根本上改变了传统制造业依靠手工设计计算、凭借二维图纸组织生产、装配的方式，引发了设计制造领域的根本变革，使设计制造思想、理论、方法与手段都发生了极大的变化［1-2］。

因此，加快机械类专业数字化人才培养和提高人才培养的质量，是机械类专业人才培养适应经济和社会发展转型的要求，既是传统机械专业人才培养面临的重大挑战，也是机械类专业转型发展的重要机遇［3-4］。梧州学院是一所地方性应用型高校，有规模较大的机械类专业群，如何紧贴行业的要求，突出机械专业人才培养的数字化设计特色，是专业发展面临的主要问题之一。经多年的研究探索和实践，数字化设计人才培养取得了较显著的成效，形成了有自己特色的数字化人才培养模式［5］。

2 数字化设计人才培养面临的主要问题分析

2.1 “自底向上”向“自顶向下”设计方式转变的问题

传统的机械类产品设计普遍是基于“自底向上”的方式开展，即先设计零件再进行部件和产品装配，这对学生的机械专业知识以及整体设计水平和思维能力要求非常高，需要学生深入掌握包括机械制图、机械原理、机械设计、机械制造技术、工程力学、材料力学、机械工程材料等专业基础知识，要求学生有较深厚的理论基础和较广宽的知识结构。显然，应用型地方高校机械类专业学生难以达到这样的要求。梧州学院是典型的地方性应用型高校，学生在课程学习和课程设计中难以得到基于产品整体功能设计开发的全过程训练。如采用常规的基于“自底向上”的设计方法，地方性高校学生的水平整体无法达到要求。因此，必须着力转变传统的设计方式，向更适合数字化设计的“自顶向下”的设计方式转变［6］。

2.2 传统教学方式和方法存在的问题

传统的机械类专业教学模式和教学手段比较单一、缺乏多样性、适应性。传统的实验教学主要以验证性实验为主，综合型、设计型、研究型和创新型实验内容不足。而数字化设计教学要求有丰富的教学素材，有丰富的设计过程作为示例，有学生实际参与设计项目的过程作为实训。传统实验教学方式和方法不利于发挥学生的主动性、积极性和创造性，不能满足数字化设计高效、灵活和创新的要求［7］。

2.3 实践实验教学资源问题

要解决实践实验教学资源建设和配置问题［8］。以梧州学院为例，早年机械类专业的实验室主要依据课程进行建设，各个实验室之间的关联主要依据教学计划来体现其“关联性”，缺乏从培养学生开发整体机械产品的角度和思维来考虑实验室的建设，实验教学资源大部分呈现“点”分布，缺少按机械工程产品设计与生产过程的体系性设计。尤其是缺乏开放式、自主学习的创新实践平台，先进的仪器设备不多，满足实际生产的工程设备缺少。面向工程创新能力和社会实践能力培养的实践教学体系开始阶段没有进行整体设计，起步阶段缺少校内外实训基地和实践教学基地。

2.4 学生参与产品设计研发问题

对学生机械设计能力和工程素质的培养，最佳的途径是让学生从事真正的基于功能的机械产品开发。这不但需要学校提供相应的创新实践平台、科研平台，还需要有真实的产品设计开发项目为支撑，以及充足的经费作保障，这些正是地方性高校所缺少的教学和科研资源。如何建设相关的设计研发平台，给学生提供丰富的真实产品设计和研发项目，得到比较充足的经费保障，让学生能真实参与完成基于数字化产品的零件设计、部件装配、整机仿真、工程图导出，甚至是零部件的刚度、强度和稳定性的分析和优化设计等过程，是加快数字化人才培养，提高培养质量所要解决的关键问题。

3 加快数字化设计人才培养的主要对策

3.1 突出三维数字化设计特色，向“自顶向下”设计方法转变

“自底向上”的设计方法与我们实际的基于功能开发的产品设计思维相反。实际的产品应基于功能要求，首先进行整体功能架构，再针对不同的子功能模块完成部件总体设计，然后逐层细化完成零件设计，最后对零部件的强度和刚度以及稳定性进行校核，最终达到实现整体产品研发的过程，这即是“自顶向下”的设计方法［6］。如采用常规的基于“自底向上”的设计方法，对学生的专业知识和思维能力要求高，这往往超出地方性应用型高校学生实际水平。梧州学院解决这个问题的主要思路是对传统的机械类课程体系进行改革，加快与数字化设计相适应的课程建设，逐步形成了现代数字化设计技术、数字化制造技术、数字化仿真技术等课程组成的专业课程群，构建新型机械类课程体系。利用计算机辅助三维设计，完成复杂产品的三维建模、仿真及工程图的导出和数控加工，从而实现了产品的快速开发设计。针对梧州学院学生的实际情况，开展针对产品功能设计的“自顶向下”设计方法实践训练，突出对学生的工程图学能力、三维数字化设计能力和计算机仿真技术能力的培养，在此基础上加强数字化设计最后环节——计算机辅助制造能力进行培养，以达到综合提高学生数字化设计能力的目标。

3.2 整合教学资源，构建了数字化设计能力和创新能力培养模式

着力改变传统的以教师为中心的传授型、继承型的教学模式，构建了一种既能发挥教师主导作用又能充分体现学生认知主体，以现代数字化设计技术为基础、工程实践为手段、校企合作项目以及大学生创新创业和学科竞赛为依托的新型人才培养模式。主要思路和做法是面向课程改构建实验室体系，实验实践平台既满足数字化课程群的实验实践教学，又体现数字化产品设计和制造特点。目前梧州学院面向数字化人才培养的实验室和实践基地已形成体系，主要包括：产品数字化建模与设计实验室、精密设计与制造实验室、先进制造实验室、CAD机械制图实验室、模具设计制造实验室、机械工程训练中心等。

充分发挥了学科竞赛对学生能力培养和教学改革的推动作用。经过多年的探索实践，形成了一个以大学生机械创新设计竞赛为载体的培养学生数字化设计能力和创新能力的人才培养模式，这一模式把指导学生参加机械创新设计大赛等学科竞赛相关的教学活动，和数字化设计能力培养的教学活动紧密结合起来，使数字化设计能力和创新能力培养的教学行为系统化、模式化［9］。

这一模式的运行产生了显著成效，使梧州学院机械专业学生创新能力和工程实践能力得到显著提高。近年来，梧州学院学生参加全国大学生机械创新设计大赛和广西高校大学生创新设计与制作大赛荣获各类奖项20多项，包括全国一等奖1项，二等奖3项。成绩处于广西高校前列。在2016年第七届全国大学生机械创新设计大赛中获一等奖项目数、获奖率在广西高校中排名第一。

3.3 以科研平台和项目为依托，学生参与真实产品研发设计，强化学生的数字化设计能力

参与真实机械产品设计和开发是对数字化设计能力的综合训练，也是数字化设计人才培养更紧贴业界的有效途径。除了利用好实验教学平台外，充分发挥科研平台和研发项目的作用是梧州学院机械专类专业数字化设计人才培养的一大特色。梧州学院的智能显微设备广西工程技术研究中心，产品数字化建模设计实验室、人工宝石设计与检测实验室等科研机构都已成为学生参与数字化产品研发设计的重要平台。近年，梧州学院上述各科研平台项目比较饱满，特别是有较多的面向地方应用的研发项目，这为学生参与科研活动创造了基础条件。学生参与科研项目使教学、科研和人才培养产生了良性互动，大多数面向真实产品设计的研发项目，学生都能参与数字化设计过程，如CAD绘图、三维建模仿真等。如产品数字化建模设计实验室利用与华南船舶机械有限公司校企合作项目“船舶机械数字化设计”、“复杂机械设备数字化研发及应用示范”等项目，让学生参与完成了华南船舶机械有限公司海上吊机平台机械产品图纸3000多张，培养了产品数字化建模团队4批次100多人。通过校企合作横向科研项目，学生参与企业实际生产的海上吊机平台数字化建模训练，具备了企业级的数字化建模水平。该团队近年来也成为了梧州学院机械工程学科竞赛的主力，连年斩获广西区机械类学科竞赛奖项。这些具有较高数字化设计能力的学生具有较高的就业竞争力，成为企业优先录用的对象，并获得较高的薪酬。

4 结论

加快数字化设计人才培养是机械类专业适应经济与社会发展的必然选择，这既是传统机械类专业面临的挑战也是转型发展的机遇。高等学校应根据自身的特点和人才培养定位，构建具有特色的数字化人才培养模式。而地方性应用型高校由于其办学资源条件的特点，可通过改变机械工程设计的思维习惯，以适应数字化设计的要求；通过整合和优化资源，推进面向数字化设计的课程建设，以适应数字化设计教学的需要。而更为重要的是必须充分发挥工程实践平台、科研平台的作用，激励学生参与真实产品研发，通过参与真实产品数字化设计过程，综合提高学生数字化设计能力，培养更加紧贴业界、具有较高创新能力和工程素质的数字化设计人才。

［1］段小东，顾立志.机械产品的数字化设计特点与技术进展［J］.机械工程师，2007（12）：37-40.

［2］潘紫微.数字化设计与制造的进程与发展［J］.安徽工业大学学报，2003，20（4）：333-339.

［3］徐巍.培养创新人才探索“数字化设计与制造”教学改革［J］.实验室研究与探索，2014，33（7）：218-220.

［4］周大农等.校企协同共建平台：培养数字化设计与制造高技能人才的探索与实践［J］.中国职业技术教育，2015（17）：101-107.

［5］邓小林，韦衡冰.机械专业数字化设计人才培养模式研究［J］.梧州学院学报，2013，23（6）：68-71.

［6］刘英.自顶向下的设计方法在实际机械建模应用中存在的问题［J］.机械工程师，2012（4）：33-34.

［7］丁淑辉，钟佩思，王明燕.面向创新人才培养的数字化设计课程建设［J］.大学教育，2015（7）：146-147.

［8］钟相强，朱协彬，梁利东.应用型机械类专业人才数字化设计制造能力培养体系的研究［J］.机械管理开发，2013（1）：151-152.

［9］韦衡冰，邓小林，严超龙，梁静.以机械创新设计大赛为载体的学生创新能力培养模式的构建与实践［J］.广西师范学院学报（自然科学版），2016，33（3）：120-124.

Countermeasure and Practice of Speeding up the Digital Design Talents Training：A Case of Wuzhou University

WEI Heng-bing，DENG Xiao-lin，YAN Chao-long，PAN Ming-hua，Huang Zhi-feng
（School of Mechanical and Material engineering，Wuzhou University，Wuzhou Guangxi 543002）

This paper analyzes the problems of local universities training digital design talents.Taking Wuzhou university mechanical specialty talent training as an example，this paper puts forward some countermeasures to speed up the training of digital talents，and report the practical results of talent training.

digital design；mechanical specialty；talents training

G642

A

1673—8861（2017）02—0141—03

［责任编辑］刘丽英

2017-05-05

韦衡冰（1968-），女，汉族，广西容县人，梧州学院副教授，研究生学历。主要研究方向：零件结构设计与数字化建模设计。广西壮族自治区本科高校机械类专业教学指导委员会委员，全国大学生机械创新设计大赛广西赛区评委委员。

广西自然科学基金项目“机械产品模块化划分及相似性度量方法研究”（2015GXNSFAA139275）。