机械创新设计之新时代发展需求

摘 要：推动制造业和实体经济发展是建设制造强国的重要抓手，也是当前和今后一段时间经济发展的重要引擎，机械的创新设计至关重要。随着第四次工业革命给制造业带来的深刻影响，人工智能、新技术和信息化等智能制造技术的引入对新时代的机械创新设计提出了新的需求。文章从课程设置需求、学科竞赛需求、就业创业需求、服务社会需求和践行中国精神需求五个方面进行论述，并提出了思考和建议。

关键词：机械设计 新时代 需求

党的二十大报告中明确指出要扎实推动实体经济特别是壮大制造业的发展，加快建设制造强国。国家和各省围绕制造强国建设纷纷出台了一系列行动方案和计划，如《江西省制造业重点产业链现代化建设“1269”行动计划（2023-2026年）》、湖南省出台的“楚怡工匠计划”，主要聚焦推动制造业智能化、高端化、绿色化发展以及技术技能型人才的培养。鉴于此，装备制造业要紧跟社会发展要求，勇于技术革新，而机械创新设计是装备制造业发展中最为重要的环节之一。高校机械、机电类专业直接对口机械创新设计人才的培养，编制科学的人才培养方案尤为重要。相关文献报道认为，要对标企业人才和岗位需求，突出理实衔接，优化教学方法，构建课程体系，开发课程资源，建立多元教学评价体系[1]。

机械设计作为一门专业核心课，主要涉及针对零件的失效形式确定的设计和校核计算，通常需要结合机械原理相关的知识。然而，处于人工智能、信息技术高度交叉的第四次革命的新时代下，对机械的创新设计也提出了新的时代需求。近年来，笔者一直从事机电类专业的教学和科研工作，在师资培训、企业调研和对部分已就业学生回访的过程中发现，为适应新时代背景下机械、机电类专业的人才培养需求，需要从课程设置、学科竞赛、就业创业和服务社会发展四个方面予以关注。

1 课程设置需求

新时代下，技术变革快速更新迭代、国际竞争日趋激烈、高端人才供给不充分等问题是机械制造行业面临的挑战和不足[2]。此外，新兴技术的发展形成已然不再是某一个专业就能形成的，它一定是多学科的协同发展。跨学科成为现代科技发展的趋势，也是科学技术创新的源泉。因此，积极探索跨学科交叉融合背景下的人才培养模式，进一步增强学生跨学科的意识，有利于激发他们的创新活力，使其在工作中更富竞争力和创造力[3]。跨学科的关键在于课程的设置，课程是人才培养的核心要素，是教育最微观的问题，解决教育最根本的问题也是课程。

当前，一些专业的边界不强，人才培养方案存在一定的交叉，专业特色鲜明度不高，课程的设置不完全能满足行业的发展需求。以机械电子工程专业为例，该专业毕业生主要从事机电类产品机器本体结构的维修、设计，同时还要求开发相应的控制系统。然而，针对该专业的课程设置多是学科体系下单个课程的讲解，如关于机械设计相关的三维造型、机械系统装配等；关于电气控制相关的课程包括微机原理、传感器等，显然，单一的这些学科课程无法满足现时代下的机械创新设计需求。

新时代背景下的机械创新设计需要结合信息技术和人工智能技术，因此，在课程设置上除了原有的课程体系外，还需增加结构优化和算法、系统开发相关的课程，即交叉融合信息技术专业的部分课程。当然，在课程的具体实施上，可以采用模块化的课程设置，如采用两个较为综合的主题设计，从而将新技术、新方法运用在机器的创新设计中。当然，教育也需要慢工出细活，课程的设置要有周详的调研，下文中第四点对此有较为详细的阐述。

2 学科竞赛需求

以赛促教、以赛促学、赛教融合是提高人才培养质量的有效举措。笔者长期指导学生参加教育部发布的高校竞赛榜单中与机械创新设计相关的赛项，包括“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生机械创新设计大赛、全国三维数字化创新设计大赛和中国大学生机械工程创新创意大赛等，通过总结对比这几年的赛题发现，竞赛主题通常是需要完成特种作业或一般机器难以完成的复杂工况，并且越来越倾向在机器的设计中增加人工智能技术和5G技术的融合应用，并且强调了在理论计算的同时还应采用仿真软件对结构进行优化，即考虑各结构中材料的疲劳和损伤，充分考察了学生的数字化设计和人工智能等知识的掌握程度。就参赛学生团队完成的情况来看，学生的跨专业能力存在较大不足，团队中机械专业的学生三维造型能力较强，对典型机械结构的优缺点掌握较好，并且可以采用增材制造技术完成关键零部件的加工，从而能够完成机器人本体结构的设计和制作，传动方案较为合理，末端执行机构能完成既定的任务，但电气控制方面则较为薄弱，甚至无法对主要电气元器件进行选型，控制程序的开发、优化存在较大困难，基本无法搭建软件界面。而电气专业的学生则难以完成机构的三维造型和运动仿真，机器人本体的结构设计较为困难。

综上，于与机械创新设计相关的学科竞赛而言，着重考察作品的两个方面：一是机器人本体的结构设计，对各个机构进行创新设计，能够通过数字化设计手段完成其三维造型、运动仿真，实现用最简单的机构完成机器的运动。此外，虚拟仿真验证后还需通过增材制造和机加工（通常为减材制造）的方法完成样机的制作。同时，需采用工程软件完成结构的优化，如轻量化设计；二是智能控制系统的搭建，充分结合人工智能和5G技术的应用，合理编写算法程序，使其能够达到使用需要的精度和效率，同时，还需搭建数字管理系统，即软件界面的开发。

3 就业创业需求

高校深化教育改革的一项重要措施是将创新创业教育融入专业教育当中，这也是培养创新型人才的有效途径之一[4]。当前，机械设计中的新工艺、新技术、新设备，以及与之关联的新材料正加速发展，各种成形落地的产品如雨后春笋般出现，机械类专业发展前景广阔，毕业生未来发展也大有可为。如前所述，传统的机械类专业高度融合信息技术和人工智能技术后，其创新空间得到了极大提升，由此衍生出的新设备、新技术、新工艺的应用范围逐渐广泛，这不仅极大地拓宽了毕业生的就业渠道、丰富了他们的就业选择，也为毕业生今后能够将好的创新设计成果落地为适合时代需求的产品，继而需要创业提供了种子。

笔者在指导学生参加中国国际大学生“互联网+”创新创业大赛过程中发现，学生针对新材料的制备参与开发的新工艺和新设备创新性很高，经过反复测试该新工艺较为合理，具有可复制的推广价值，搭建的新设备结构简单但控制效果较好，存在一定的商业价值，不足之处在于他们对创业之所需了解很少。尽管开设了创业课程，但仍不知如何撰写好的商业计划书，特别是对商业模式理解较薄弱，当然还有对财务和融资等方面的知识也有所欠缺，所以应针对装备制造类的创新设计孵化成可落地产品所需的创业能力予以培养。如上所述，机械类专业毕业生不仅就业选择面广，不仅可以面向装备制造类的研发和维护岗位，还可以从事电气系统的装调维修以及算法的优化和软件的开发，而且有一定成功创业的概率。因此，新时代背景下的机械设计专业更应有针对性地满足就业创业的需求。

4 服务社会发展需求

第四次工业革命给科技和产业带来了深刻变革，这就给机械专业的人才培养提出了新的要求，即需将当前经济形势、地区发展趋势和社会对岗位人才的需求紧密结合起来[5]。高校的一项重要职责是服务地方经济社会发展。以江西省为例，在2023年9月发布的《江西省制造业重点产业链现代化建设“1269”行动计划（2023-2026年）》中指出目标是：实现电子信息、有色金属和装备制造等12条制造业重点产业链现代化水平全面提升，打造电子、铜基新材料和航空等6个综合实力和竞争力强的先进制造业集群。而机械类专业就是属于典型的装备制造业，与上述目标中的任务高度吻合。因此，服务地方经济发展责无旁贷，也将大有可为。

新时代下的机械创新设计对服务社会发展的需求更加凸显。当前和今后的一段时间，装备制造业面临前所未有的发展机遇，同时也要看到千帆竞发的竞争挑战，只有紧紧围绕国家发展需求才能办好专业，从而更好地服务社会发展。为此，高校机械类专业的人才培养方案不仅能适应当前，更要有一定的前瞻性，应充分开展多层次、多样化的专业调研，根据产业和行业需求确定培养目标，进而对课程体系进行重构，结合调研确定的培养目标明确课程目标，在这一过程中要融入相关的标准，设计识记、理解、应用、分析、评价和创造的六维成果，这也是模块化课程设计的过程。学一课，成一事，只有对标行业需求，把课程体系重构好，才能让专业更好地为社会经济和产业发展赋能。

5 践行中国精神需求

课程思政元素在机械创新设计相关的课程中不可或缺，必须充分挖掘新时代中国制造精神和大国工匠精神内涵，并融合时政理念和科学发展理念，实现专业知识和时政理念的有机融合[6]。新时代的装备制造业要面向更加复杂、更加多样、更加柔性的应用领域和场景，同时全球竞争也日趋激烈，新技术、新设备的更新周期愈发短暂，而机械的创新设计难度大、周期长且要求高，容不得半点马虎，否则将带来无可预测的后果，给创新设计带来挑战，从而要求从业人员要有久久为功、持续学习、一丝不苟、善作善成的工作态度和作风，这就需要从伟大的中国精神中汲取强大的力量并认真践行。

人无精神不立，国无精神不强。讲好第一节课的课程思政教学非常重要[7]。近年来，笔者连续为大一新生作“开学第一课”的报告，呼吁同学们爱国爱校，激励新生们要不忘初心勇做追梦人，脚踏实地、笃行不怠，争做圆梦人。同时，积极树立远大理想，将个人发展同祖国需要紧密结合起来，把“小我”融入国家和民族、人民和人类的“大我”中，用青春理想指引人生航向。特别是面临第四次工业革命给产业带来深刻变革，要想引领这一次工业革命的发展，装备制造的高质量快速发展至关重要，其中少不了机械的创新设计。新时代下机械创新设计需要有不怕苦、百折不挠的长征精神，具备崇高思想、优秀品德的大庆精神，还要有信仰忠诚、爱岗敬业的雷锋精神，更要有追求梦想、勇于探索、协同攻坚、合作共赢的探月精神等中国精神作为支撑。

6 结语

历史的接力一棒接一棒向前奔跑，人类进步事业在对时代之问的回答中一程接着一程向前迈进。未来值得期许，挑战必须应对。新时代下的机械创新设计要主动适应第四次工业革命技术的发展方向，即智能化和数字化技术的应用。高校作为人才培养的主阵地，担负着推动时代发展的重任，因而在人才培养的各个环节中应充分考虑时代的需求。具体来说，机械类专业在课程的设置上要充分融合信息技术、人工智能技术和绿色化改造等领域的课程，培养既能巧妙设计机械结构又能完成控制系统的搭建，还能开发效率和精度高的复合型创新人才；要进一步深化学科竞赛的促教、促学功能，通过瞄准学科竞赛的新需求，充分调研、吸收并运用好现代机械创新设计的理念、技术和方法；要注重就业创业的指导和服务，让创新设计的种子在未来得以生根，成为好的产品并实现创业；要积极对接地方重点产业发展需求，主动作为，从而更好地服务社会经济发展；要生动讲好中国故事，从中国精神中汲取强大动力，为推动制造业和实体经济发展赋予时代需求。

基金项目：江西交通职业技术学院科学技术项目（2022KJ02）。

参考文献：

[1]季思慧.双高背景下机械创新设计教学改革研究[J].造纸技术与应用，2024，52（02）：73-75.

[2]张丹莉，杜彬.机械设计制造及其自动化的发展与挑战[J].上海包装，2024（04）：21-23.

[3]徐景霞，于贺春，张素香.跨学科背景下人才培养实践模式的探究[J].科技风，2024（01）：41-43.

[4]周黎明，吴明霞，喻洪平.基于“专创融合”的机械制造基础课程教学设计与实践探索[J].创新创业理论研究与实践，2024，7（09）：123-127.

[5]张美芸.新工科背景下机械设计专业创新型人才培养策略研究[J].现代职业教育，2024（15）：33-36.

[6]于海青.机械设计与制造专业教学融入课程思政的有效途径研究[J].时代汽车，2022（03）：76-77.

[7]王会，孟俊焕.新形势下课程思政元素融入《机械设计》教学过程的探索与实践[J].汽车实用技术，2020，45（22）：194-196.