重视工科专业毕业设计助益促进新工科教育

吴孜越 魏冰阳 李先锋 陈凯阳 鲁欣

[摘要]针对本科机械制造专业学生毕业设计过程中，传统工科教育毕业设计中只重视完成教学环节，对技术应用不与时俱进，不能为企业输送急需的人才;学生对实际项目工程中经验的积累不够重视，导致学生在实际工作中缺乏有效的判断;在检查毕业设计中检查手段较为单一，不能够综合评判学生的能力等问题，通过与固高科技（深圳）有限公司联合创建运动控制创工场，探讨解决问题的途径。创工场旨在培养学生的实践创新能力，培养学生的动手应用能力，通过产学融合，实践教学，建立学生的项目工程概念，提升学生的工程意识。

[关键词]毕业设计;工程概念意识;产学融合;固高;运动控制创工场

[中图分类号]G642.477

[文献标识码]A

[文章编号]2095-3437（2020）04-0065-03

我国的经济发展正在进入结构调整、转型升级的时期，需要加快工程科技人才的培养，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类工程技术人才。香港科技大学著名教授、固高科技董事长李泽湘，依据多年的教育及市场体会深刻意识到培养人才至关重要的不是学校的名次和学历的高低，而是学生是否具有真实全面的工程意识。

如何培养？我国的现行教育体制存在着以教师为本的传统教学模式，教师讲解、教师实验、教师解惑，学生则一味被动听、被动做，不求甚解，答疑不为解惑而是套题，没有积极主动的求知热情，这就造成现阶段学生实际能力与企业需求严重脱节。特别是本科毕业设计存在着诸多的问题，毕业设计题目老化，一题沿用多年、空对空的设计、走过场的设计、不能与时俱进的设计等，这些现象不但阻碍了学生工程意识的培养，也是对学生综合能力的提升及创新能力建立的一种制约。

传统的机械制造专业人才培养仍沿袭传统内容及模式，对新技术、新应用的重视度较低，与先进的生产实际相脱节，对学生能力的提升没有太多的帮助，学生严重缺乏动手实践的经历，毕业后助力企业有距离。而新工科专业对人才的要求是多方位的，相对于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型新工科人才，新工科涵盖了以互联网和工业智能为核心，以智能制造、云计算、人工智能、机器人等用于传统工科专业的升级改造。目前，学生毕业设计题目的确定多数以教师分配题目的方式完成，毕业设计选题大多在重复前几届学生做过的项目，选题缺乏综合性、新颖性、先进性、市场性，有些毕业设计脱离实际。由于诸多主、客观因素，使得毕业设计的模拟课题居多，学生缺乏实践经历，这必然导致毕业设计脱离生产实际;毕业设计与社会生产实际缺乏联系，部分选题的实际意义不大，甚至没有实际意义。可见，机械制造专业毕业设计的引导需全面融入工程意识，培养能符合企业所需的人才。

機械设计制造及其自动化专业的毕业设计题目应面向产业发展，面向市场需求，学生应具备解决实际问题的能力，因此做好毕业设计是培养学生理论联系实际和锻炼学生独立工作能力的有效手段，是综合考核学生掌握和运用所学基本理论、基本知识、基本技能，分析、解决实际问题能力的重要环节。通过毕业设计过程，使学生增强对设计思维、动手能力、数学工具以及工程概念全过程的理解。工程意识的培养比成绩更重要，因为它不仅仅指思维能力，而是一种包含自学能力、研究能力、动手能力和创造能力等在内的综合能力，需要在生活和学习中不断实践并运用才能得其精髓。可见，优化机械制造专业毕业设计项目，提高毕业设计的质量，对培养综合型人才具有重要的意义。

一、固高运动控制创工场

我校联合固高科技（深圳）有限公司建立了“固高运动控制创工场”（下文简称“创工场”），这是一个将传统知识与先进技术相融合的试验场，是理论与实际相结合的训练场，是运动控制技术灵活应用的实践场，它进一步深化了产学教育发展模式，能培养大学生的综合能力及创新创业能力。

创工场以工业自动化运动控制技术为切入点，以开办“运动控制技术培训班”的形式，融合校内、校外教育教学资源。校内教师和固高科技工程师共同指导，组织学生深入企业现场，了解市场需求及方向，了解技术需求及应用;以企业项目作为设计目标，开展问题研讨、实际操作、解决问题等实训内容，让学生充分体会到做项目的艰辛和乐趣，感受理论与实际结合的必要性，感受企业发展对技术与人才的重视，让学生明白学生阶段需要提前做好什么样的准备，从而激发大学生的创新创业潜能，增强他们的成长成才意识，努力为将来顺利就业创业积蓄力量。

二、基于实践能力培养的毕业设计

校企合作是解决应用型机械制造专业人才培养的有效方式，企业在业界的积累将为人才培养提供足够的发展空间，通过与高校共建相关专业和课程，设置科学的人才培养体系与教学方案，搭建学校实验室与配套环境，将行业经验融入高校，以提供学术为产业贡献的机会。

以工程项目为导向，以市场需求为目标，在设计过程中力求体现专业知识和先进科学知识的融合，体现数字化、信息化和智能化特点。首先，针对企业对应用技术型人才的刚性需求，工科毕业设计立题应以理论知识的实践应用为导向，引导教师指导学生完成以解决工程实践问题为核心的应用技术型项目，鼓励教师结合与企业技术合作过程中产生的新题目。其次，目前越来越多企业希望毕业生在企业毕业实习阶段，除了掌握基本的技术要领以外，还鼓励学生进行创造性设计，为企业技术研发注入“新鲜血液”。因此，将毕业设计或实习企业的工程实践问题转化为毕业设计题目，成为目前毕业设计题目发展的一个趋势。

三、基于工程项目的毕业设计成果

固高运动控制技术培训班自2014年11月首次开班以来，历经5年十期，目前已指导了103名学生的毕业设计，共计73个项目，具体如图1所示。

这里的每一个毕业设计或源于市场需求，或是来自于企业的需求，或是对传统技术的改良。学生的设计均突破了传统的毕业设计内容要求，不再限于传统的机床设计，而是具有了行业眼光，设计涵盖众多行业的自动化装备。学生不仅完成了毕业设计设计，而且在完成机械设计的同时还完成了下一项目的模型制作。他们敢于挑战、勇于创新，设计要求贴合新工科人才培养需求，而且在项目的工艺分析、装备设计、控制器的选择应用、传感器选择应用、电控回路设计、气动回路设计、程序设计及精度分析等一系列综合技术上均有要求，这使得学生自身的综合设计、加工、安装、调试能力极大提升，设计作品效果突出且优秀，几年来在学院和学校内均取得了优异的成绩，具体如图2和表1所示。

纵观培训班指导的众多项目，其应用范围十分广泛，可以说是涵盖了各行各业，其中包括如图3所示的机械加工装备设计项目、多种行业自动化产线项目、锂电池加工装备项目、民用行业应用项目等。100多名学生的毕业设计题目均源于此，可以看出，这与传统毕业设计有着天壤之别。

再通过个体来看，以蛋糕机为例，从第一代蛋糕机的工艺分析、三维结构设计;到第二代完善設计，继而完成蛋糕机所有零件图设计、加工、询价、采买、装配、调试，制作模型;最后第三代蛋糕机走向了云端，实现了无人值守智能全自动加工、加工数据共享、远程运维、APP下单等先进功能。这使学生从传统的机械走向新兴的机械装备，毕业设计题目从《基于GTS的蛋糕自动加工设备》，到《基于GUS的全自动蛋糕机设计》，再到最终的《基于CPAC云平台的蛋糕机》，毕业设计题目更新快，并且与时俱进，由装备到工程，进而提升到工业云平台，最终斩获校级二等奖和校级特等奖各一项。期间该项目获得授权发明专利一项，授权实用新型专利两项;获得了第十三届河南省“挑战杯”大学生课外学生科技作品竞赛一等奖，2017年河南省“互联网+”大学生创新创业大赛一等奖。学生的眼界更开阔了，能力也获得了空前的提升，这不只体现在设计上，而且扩展到加工工艺问题、市场需求问题、性价比问题、互相交流合作等方面。

再看锂电池加工行业的几个毕业设计项目，这是从深圳某企业获得的课题，该系列项目涵盖切片、卷绕、充电桩等锂电池加工的相关方面。《基于CPAC的锂电池高速切片系统设计》对传统的锂电池切片过程中切片速度较慢、切片良品率低的问题进行了很好地改进;《基于双偏心轴的锂电池极片超速膜切机设计》改变了模切过程极片运动的控制，提升了极片模切效率及质量;《三工位变角速度锂电池高速卷绕机设计》《浮动型恒线速锂电池高速卷绕机》的设计则源自锂电池生产工艺的改变，旨在提升锂电池的生产效率;《基于GUS的锂离子电池充放电装置及控制系统设计》则面向改变人工机械重复装卸充电桩螺栓的单调工作现状，十分具有现实意义。该系列项目中的每个项目都由一名学生完成，由于设计资料不足，设计工作量巨大，一般情况下学生很难完成。但经过“创工场”训练的学生，他们敢于挑战，不怕困难，他们在学校及企业教师的共同指导下分析视频、明确工艺、研究结构、完善设计，不但完成了机械设计，还完成了电控设计、基本程序设计。他们工程意识、综合能力突出，每一个项目的设计效果不但得到校内专家的认可，更得到了企业方的肯定。以2017年获得首届中国机械行业卓越工程师教育联盟“恒星杯”毕业设计大赛铜奖的《基于CPAC的锂电池高速切片系统设计》为例，整个装备有3000多个零件，学生在3个月的时间内完成了400多个部件的设计、200多个部件仿真，这种大剂量的设计工作，只有经过“创工场”训练的学生才能完成。这些项目设计的工作量均突破了一般学生毕业设计的基本工作量要求，设计质量获得了企业及专业教师的一致好评;同时该系列项目还获得了首届全国机械工程师卓越联盟毕业设计大赛铜奖一项、毕业设计校级二等奖一项，校级优秀奖两项的优异成绩。

《基于CPAC云技术的悬窗自动开合系统设计》源于浙江某企业的实际需求，目标要求是对高层玻璃幕墙的悬窗进行合理便捷操控，旨在打造更加便捷、智能的生活方式，后续根据专家建议，将该项目惠及仓储系统，即扩大应用范围，提升设计功能，学生不停地进行设计方案改进，从无到有，从粗陋精美实体模型，再到拥有云平台、手机APP等功能，整个设计完美实用，该项目已获授权发明专利一项、实审发明专利一项、授权实用新型专利两项;获2017年河南省“互联网+”大学生创新创业大赛三等奖;获得2018年校级一等奖。

还有许多毕业设计，这些毕业设计题目不只是停留在理论阶段，学生在进行设计装备之后同样进行了电控设计、气动设计、程序设计，每一位学生都亲自动手进行实践，从电控接线实验到可视化界面设计等一样不差。在这期间，学生从实际出发，贴近生活，个人综合能力得到了极大的提升。

在培训班中出去的近百位学生在谈起自己的毕业设计之时，都认为这是自己人生中的一个转折点，因为这种以项目、以实践进行教学的方式，给学生们带来了极大的锻炼，塑造出他们的工程意识，让他们在今后的道路上树立更强大的信心，教学要源于实践，用于实践，这样才能在实践中开花结果。

四、结束语

新工科教育教学改革，旨在培养学生的综合能力。以实践教学为载体的运动控制创工场，在培养学生工程意识的实际训练及毕业设计过程中，不仅是对大学生创新能力、实践能力的检验，更提升了大学生的综合素质，这对于实践性和综合应用性要求强的机械制造专业来说，具有普适性。由此可以看出，只有制定有效的教学改革措施来提升学生的综合能力及毕业设计质量，才能满足专业培养目标的要求。

[责任编辑：陈明]