劉楷安，高勇偉，韓林山

（華北水利水電學院，河南 鄭州 450011）

現代設計理論與方法在畢業(yè)設計(論文)中的應用與實踐

劉楷安，高勇偉，韓林山

（華北水利水電學院，河南 鄭州 450011）

文章針對傳統(tǒng)機械類專業(yè)本科畢業(yè)設計(論文)中存在的問題，結合現代設計理論與方法的內容及特點，探討了現代設計理論與方法在畢業(yè)設計(論文)中應用的方法。關鍵詞：現代設計方法；機械工程；畢業(yè)設計；教學

《現代設計理論與方法》是機械工程類專業(yè)本科生的一門專業(yè)限選課，是一門涉及多個學科綜合性較強的課程。畢業(yè)設計(論文)(以下統(tǒng)稱為畢業(yè)設計)是教學過程中最后一個實踐性教學環(huán)節(jié)，能夠培養(yǎng)和提高學生綜合運用所學知識分析和解決工程技術問題的能力。目前，在高等理工科院校機械工程類本科生培養(yǎng)過程中存在著一些問題，致使畢業(yè)設計質量不斷下滑。因此，分析和研究造成上述問題的原因，探索新的畢業(yè)設計指導模式和方法具有重要的現實意義。

1 采用現代設計理論與方法的必要性

1.1 現代設計理論與方法的內容及特點

現代設計理論與方法融合了信息技術、計算機技術、知識工程和管理科學等領域的知識，具有系統(tǒng)性、創(chuàng)造性、社會性的特點，實現了設計的最優(yōu)化、動態(tài)化、計算機化，使設計的產品更具宜人性。隨著科學技術的飛速發(fā)展,新的設計方法不斷涌現，因此現代設計方法的范疇十分廣泛。對于本科階段課程內容，應該結合專業(yè)特點、培養(yǎng)目標、學時安排、實驗條件等因素綜合考慮。該課程在本校（華北水利水利水電學院）講授的內容包括:機械優(yōu)化設計、可靠性設計、產品造型設計、并行設計、虛擬設計、綠色設計等。

1.2 機械工程類專業(yè)傳統(tǒng)畢業(yè)設計中存在的問題

目前，高等教育規(guī)模持續(xù)擴大，高等學校教學工作面臨許多新問題，畢業(yè)設計中存在的問題表現在以下幾個方面。

1.2.1 完成畢業(yè)設計的有效時間不足

目前，大學生畢業(yè)前面臨著較大的就業(yè)和考研壓力，參加招聘會與研究生復試在給學生造成了較大的心理壓力的同時難免會占用畢業(yè)設計的有效時間。

1.2.2 選題范圍窄，不利于就業(yè)

機械工程類傳統(tǒng)本科畢業(yè)設計課題大多是關于機械產品的結構設計，盡管有時涉及液壓、電氣控制等方面的知識，但課題大多停留在方案設計階段，其任務也主要集中在計算和繪圖方面。由于時間、精力及能力等原因，設計中繪制的圖紙從質量和數量上都存在很大的不足。

1.2.3 設計手段單一，難以保證設計質量

傳統(tǒng)設計是在大量經驗數據基礎上，采用直覺法、類比法的經驗性設計，通常是將研究的問題簡化處理，運用相關的理論進行計算與選型，這種方法計算精度低，設計周期長，設計成果評價困難，難以獲得最優(yōu)的設計結果。

1.2.4 不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神

傳統(tǒng)設計大多采用串行模式，設計過程需要不斷的反復，周期較長，很難對設計成果進行分析評價，因此，傳統(tǒng)畢業(yè)設計模式不具備完成創(chuàng)新設計的條件，更談不上培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

2 管理措施及方法

針對畢業(yè)設計中存在的問題，建立科學的、易于操作的質量監(jiān)控措施是保證畢業(yè)設計質量的有效方法。近年來，筆者做了大量實踐工作，在科學選題、質量監(jiān)控和成績考核等方面積累了一些經驗。

2.1 科學選題

選題是畢業(yè)設計的首要環(huán)節(jié)，也是高質量地完成畢業(yè)設計的前提。選題應具有科學性、新穎性、創(chuàng)造性，保證學生能夠在指定的時間內如期完成。選擇與現代設計理論與方法相關的課題時應注意以下幾個方面：

2.1.1 選題符合機械工程專業(yè)培養(yǎng)目標

選題應結合機械工程專業(yè)特點及培養(yǎng)目標，注重培養(yǎng)學生運用機械、電子等多領域理論知識和工程設計、調試等方面的綜合能力。力求全面考核前期課程的基礎理論和基本技能，并著眼課題與現代設計理論與方法的結合點，使學生得到全面、綜合的訓練。

2.1.2 選題應與生產實踐和科學研究相結合

將與生產實踐和科學研究相關的課題引入畢業(yè)設計，一方面，可以開闊學生的視野，激發(fā)學生的積極性；另一方面，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際獨立解決問題的能力。使學生能夠主動的去分析實際工程問題，找到解決問題的方法和途徑。當然，學生的成果也可以作為生產實踐和科學研究項目有益的補充。

2.1.3 飽滿的工作量和適當的難度

選題要考慮到課題研究所涉及的工作范圍，充分估計到各個環(huán)節(jié)所需的時間，保證在規(guī)定的時間內，能夠順利完成畢業(yè)設計的全部工作，同時保證學生在規(guī)定的時間內工作量飽滿。課題的難度控制在學生經努力能夠完成的范圍內。

2.1.4 現代設計方法與傳統(tǒng)設計方法的有機結合

現代設計理論與方法與傳統(tǒng)設計方法有著密切的聯(lián)系，熟練運用傳統(tǒng)設計方法也是要求學生掌握的基本技能，因此，二者的有機結合十分必要。筆者在實踐中，要求學生在畢業(yè)設計中運用現代設計方法的同時進行傳統(tǒng)的設計計算，通過對比驗證結果的合理性。

綜上所述，選題是一項復雜的工作，選擇時必須綜合考慮教學大綱的要求、課程設置、市場需求以及指導教師專業(yè)背景等因素，力爭使學生在畢業(yè)設計中得到系統(tǒng)全面的訓練和能力的迅速提高。

2.2 質量管理與指導模式

由于畢業(yè)設計歷經的時間長、環(huán)節(jié)多，如果沒有嚴格、規(guī)范的管理，很難保證畢業(yè)設計質量。與傳統(tǒng)的畢業(yè)設計相比，采用現代設計理論與方法完成畢業(yè)設計將面臨更多的新問題。對于上述問題應該有一些針對性的解決方法，具體體現在以下幾個方面。

（1）畢業(yè)設計任務書在保證畢業(yè)設計質量的前提下，應具有一定靈活性?，F代設計方法種類很多，往往對同一問題有多種求解方法，畢業(yè)設計任務書不應局限于某一種方法。例如，現代設計方法中，建立機械系統(tǒng)的幾何模型是進行運動學、動力學及有限元分析的前提之一，而可以選擇的建模軟件有Pro/E、UG、Solid works等多種?？紤]工程軟件都具有良好的接口技術，因此，我們只需根據學生的學習掌握情況靈活確定即可。

（2）制定較為詳細的畢業(yè)設計指導書和時間進程計劃表。一般來講，學生都是第一次采用現代設計方法完成某個課題，沒有任何經驗，往往遇到一些問題時，一籌莫展。畢業(yè)設計指導書應該針對課題的意義、實施方法路線以及設計過程中具有普遍性的問題詳加說明。同時，指導學生結合畢業(yè)設計任務書與指導書，制定嚴格的時間進程計劃表，將課題劃分為不同的階段，考核學生如期完成階段性目標的情況。

（3）組織相關教師和學生建立畢業(yè)設計課題組，并完善課題組師生的信息交流機制。由于時間、知識背景等原因，本科學生很難獨立的完成某個課題，解決的辦法是將課題分成幾部分，由不同的學生組成課題組共同完成。基于課題所需知識較廣的特點，可由不同專業(yè)背景的指導教師加入課題組共同指導。同時，充分運用現代通訊工具，不斷的完善答疑機制，保障師生、同學間順暢的信息交流。

2.3 考核與評定體系

答辯是畢業(yè)設計的最后一個環(huán)節(jié)，其目的旨在考核學生對所選課題的研究情況，設計方案以及畢業(yè)設計的深度、廣度和真實程度。答辯成績從設計過程、答辯過程和成果質量3個方面考核。設計過程考核包括畢業(yè)設計態(tài)度、考勤等。答辯過程考核包括語言組織表達能力及答辯情況。成果質量考核主要包括成果的科學性、論文的撰寫質量以及創(chuàng)新情況等。最終，由專業(yè)教師組成的答辯委員會給出答辯成績。

3 指導實踐

3.1 課題簡介

本校工程機械專業(yè)前身為水利施工機械專業(yè)，學生的就業(yè)方向集中在水電行業(yè)中與工程機械相關的領域。結合這一情況，筆者指導學生對工程機械領域的常見設備(例如起重機、啟閉機、架橋機等)進行了設計與研究，所選課題的主要任務是針對上述設備的結構設計與優(yōu)化、動力學建模與動態(tài)仿真、有限元分析等，使用的軟件包括建模軟件UG、Solidworks、動力學分析軟件ADAMS、有限元分析軟件ANSYS等。

從近幾屆學生的畢業(yè)設計完成情況看，取得了良好的效果，具體表現在以下幾個方面。

（1）提高了設計速度，充分利用了有效的畢業(yè)設計時間?，F代設計方法用計算機完成了傳統(tǒng)的設計計算，避免了大量的反復校核任務，提高了計算的精度與速度，加快了畢業(yè)設計的進度。

（2）考核更加全面，畢業(yè)設計質量較高。學生通過畢業(yè)設計的實踐，開闊了視野，鞏固了前期學習的理論知識，解決了傳統(tǒng)設計不能解決的問題，提高了畢業(yè)設計質量。例如，箱型結構件是機械系統(tǒng)中常見的部件，而運用傳統(tǒng)的設計方法很難實現強度和剛度的校核。利用有限元理論，選擇相應的工程軟件如ANSYS、I-DEAS等，不僅能夠完成剛度和強度分析，還可以對結構進一步的優(yōu)化。

（3）更加貼近社會需求，有利于學生就業(yè)及進一步的深造。目前，國內企業(yè)已經認識到現代設計理論與方法的重要性，優(yōu)化設計、虛擬設計、有限元分析等現代設計方法得到廣泛的推廣與應用，顯然掌握了現代設計理論與方法的畢業(yè)生更能適應社會需求，在職場必將具有更強的競爭力。對于考取研究生的同學，掌握了部分現代設計方法，更加有利于將來開展科學研究工作。

3.2 問題與思考

畢業(yè)設計指導過程中，也面臨著一些突出問題值得我們思考與改進，具體體現在以下幾個方面。

（1）優(yōu)化課程體系。運用現代設計理論與方法完成畢業(yè)設計，要求學生掌握一定理論知識，能夠熟練的操作計算機，至少掌握一兩種常用工程軟件。目前，畢業(yè)生很難在短時間內把上述技能融會貫通，完成一個實踐性課題。因此，需要做好前期準備工作，應根據教學大綱要求，不斷的優(yōu)化課程體系，開設相關選修課程，例如 Matlab、Pro/E、ANSYS等。

（2）培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際，獨立解決問題的能力?，F代設計理論與方法通常以工程軟件作為支撐，軟件掌握的熟練程度直接影響畢業(yè)設計質量。一方面，我們鼓勵學生重視軟件的學習，力求精益求精；另一方面，要避免學生片面地認為畢業(yè)設計就是單純的軟件學習，忽視了課題本身研究的問題。因此，要求學生注重理論聯(lián)系實際，加深對課題的理解，運用現代設計方法不斷發(fā)現、解決工程中的實際問題。

（3）加強培養(yǎng)團隊合作意識，鼓勵創(chuàng)新精神。在指導過程中，筆者發(fā)現盡管組建了畢業(yè)設計課題組，由于各種原因，學生仍普遍缺乏團隊合作意識及創(chuàng)新精神。因此，在設計之初需要進一步強化團隊合作意識，針對不同的學生，做到因材施教，使學生具有足夠的信心和動力，真正發(fā)揮其專業(yè)特長和運用綜合知識的能力，同時，鼓勵學生運用現代設計方法將創(chuàng)新理念付諸實踐。

4 結束語

在機械類本科畢業(yè)中引入現代設計理論與方法，有效的解決傳統(tǒng)畢業(yè)設計中存在的一些問題。對培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想和掌握現代設計方法，完善畢業(yè)設計指導模式，提高畢業(yè)設計的水平和質量，增強學生的科研與創(chuàng)新能力具有一定的指導意義。

Practice and Application of the Modern Design Theory and Methodology in Graduation Design(thesis)

Liu Kaian，Gao Yongwei，Han Linshan

This paper summarizes the problems existing in the conventional graduation design (thesis)for mechanical engineering undergraduate.According to contents and characteristics of modern design theory and methodology.It was dealt with the method how touse the modern design theory and methodology in graduation design(thesis).

modern design theory and methodology；Mechanical engineering;graduation design；teaching

G642.477

A

1000-8136(2011)02-0130-03

華北水利水電學院教改項目(項目編號：200913407)；華北水利水電學院青年科研基金資助(項目編號：HSQJ2009010)

劉楷安，男，1979年出生，河南新鄉(xiāng)人，講師，碩士，現主要從事機電工程的教學與科研工作。