汪華方+段漢林+陳開鋒+蔡文浩

摘要：創(chuàng)新是民族進(jìn)步的靈魂，機(jī)械制造中也存在著大量的創(chuàng)新經(jīng)典案例。如果能在本科生教學(xué)過(guò)程中將這些創(chuàng)新手段灌輸給他們，可以幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)的積極性和自主性，大大提高學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)力。本論文結(jié)合機(jī)械制造基礎(chǔ)課程的鑄造、鍛壓、焊接等具體工藝內(nèi)容，探討了教學(xué)中涵蓋的十一種典型的創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造基礎(chǔ);本科教學(xué);創(chuàng)新方法

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）20-0099-02

機(jī)械制造基礎(chǔ)是機(jī)械專業(yè)的一門非常重要的基礎(chǔ)課，講授的內(nèi)容偏重于從理論上分析常見毛坯零件的制備工藝（鑄造、焊接、鍛壓、塑料成型、粉末冶金等），涉及計(jì)算數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、金屬學(xué)、傳熱學(xué)、傳質(zhì)學(xué)和動(dòng)量傳輸學(xué)等多種學(xué)科，需要學(xué)習(xí)的概念及其衍生概念非常多，引用的公式及其推導(dǎo)、演繹過(guò)程對(duì)學(xué)生而言比較難以掌握，因此這門課程常常需要結(jié)合日常生活現(xiàn)象和零件制造工藝來(lái)理解這些各種概念和材料的基本性質(zhì)，進(jìn)而介紹機(jī)械制造過(guò)程中的“三傳”原理或者塑性變形機(jī)理，最后以缺陷為重點(diǎn)，幫助學(xué)生掌握預(yù)防缺陷的手段和措施。本課程理論性非常強(qiáng)，是培養(yǎng)工程技術(shù)人員的必修課程。學(xué)好這門課程，不僅有利于提高學(xué)生的理論基礎(chǔ)，還能提高他們綜合分析問(wèn)題和運(yùn)用知識(shí)的能力。機(jī)械制造基礎(chǔ)課程內(nèi)容豐富，蘊(yùn)含著大量創(chuàng)新性思維。

所謂創(chuàng)新，是指以創(chuàng)造性和市場(chǎng)成功實(shí)現(xiàn)為基本特征的周期性技術(shù)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)全過(guò)程。創(chuàng)新的類型包括如下幾種：基礎(chǔ)型創(chuàng)新（原始創(chuàng)新），如自然現(xiàn)象規(guī)律的新認(rèn)識(shí)、科學(xué)理論或?qū)W說(shuō)上的創(chuàng)見、原理或機(jī)理的進(jìn)一步闡明、研究方法或手段的創(chuàng)新、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的科學(xué)積累總結(jié)出的規(guī)律認(rèn)識(shí)等;復(fù)合（集成）型創(chuàng)新，對(duì)已有科學(xué)技術(shù)的新組合、嫁接、移植、推廣;改進(jìn)型創(chuàng)新（消化吸收改進(jìn)），對(duì)已有科學(xué)技術(shù)的單一改進(jìn)或者綜合改進(jìn)，等等。其具體表現(xiàn)形式為：①新產(chǎn)品、新工藝或新的服務(wù)創(chuàng)立與改進(jìn);②資源的有效開發(fā)和利用;③新技術(shù)（包括生產(chǎn)技術(shù)與管理技術(shù)）的發(fā)明和應(yīng)用。

作為時(shí)代精神的內(nèi)涵，創(chuàng)新對(duì)于一個(gè)國(guó)家的重要性是不容忽視的。習(xí)近平總書記指出：“創(chuàng)新是民族進(jìn)步的靈魂，是一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭源泉，也是中華民族最深沉的民族稟賦，正所謂‘茍日新，日日新，又日新。”科技的發(fā)展、“中國(guó)夢(mèng)”的實(shí)現(xiàn)都需要具有創(chuàng)新能力的人才。因此，在機(jī)械制造基礎(chǔ)教學(xué)過(guò)程中，在原理講解的同時(shí)介紹其相應(yīng)的創(chuàng)新方法論屬性，是一種極具挑戰(zhàn)的教學(xué)創(chuàng)新模式，能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善教學(xué)質(zhì)量。

一、激發(fā)創(chuàng)新性的方法及其分類

創(chuàng)新方法有上百種，大致可分為五類。

1.屬性分析法：在羅列已有產(chǎn)品（工藝）各方面的屬性（物理、功能、效能、使用方法、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等）分析這些屬性的作用，思考改變屬性或改變屬性實(shí)現(xiàn)方法的各種可能及其效果，從而激發(fā)創(chuàng)新構(gòu)思。

2.需求評(píng)估：對(duì)產(chǎn)品用戶進(jìn)行調(diào)查，了解用戶的構(gòu)成及各類用戶對(duì)產(chǎn)品的需求，研究不同用戶的需求差異，分析產(chǎn)品存在的問(wèn)題，進(jìn)行市場(chǎng)細(xì)化，從而激發(fā)創(chuàng)新構(gòu)思。

3.相關(guān)分析：分析事物之間的聯(lián)系，通過(guò)類比、聯(lián)想等方法，從而激發(fā)創(chuàng)新構(gòu)思。

4.趨勢(shì)分析：對(duì)未來(lái)人們工作和生活環(huán)境進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)分析可能出現(xiàn)的新需求和新情況，從而激發(fā)創(chuàng)新構(gòu)思。

5.群體創(chuàng)造：為具有不同知識(shí)背景的人提供進(jìn)行交流和思想碰撞的機(jī)會(huì)和條件。通過(guò)相互啟發(fā)，集思廣益，從而激發(fā)創(chuàng)新構(gòu)思。

二、機(jī)械制造基礎(chǔ)課程教學(xué)中的創(chuàng)新思維

1.極端化思維。研究對(duì)象在極端條件下的行為，可以為新的機(jī)械制造工藝打開思路。例如基于極限真空度的真空鑄造工藝、極限壓力的壓鑄工藝、在極限過(guò)冷度條件下的快速冷卻工藝、微重力（超重力）鑄造工藝、電子封裝等，在這些極端條件下的凝固組織非常特別，性能優(yōu)越，可以滿足大量特殊零件的制備。

2.比擬化思維。即利用已知自然規(guī)律對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行比擬，用常見的具體的事物將抽象的事物具體化。例如采用氯化銨過(guò)飽和溶液超聲波振動(dòng)下的結(jié)晶過(guò)程模擬半固態(tài)超聲波振動(dòng)凝固，將一種在高溫下很難觀察的凝固行為轉(zhuǎn)變?yōu)楸容^容易實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)一步分析兩者的差異。

3.逆向思維。逆習(xí)慣思維方向而思之，是對(duì)司空見慣的似乎已成定論的事物或觀點(diǎn)反過(guò)來(lái)思考的一種思維方式。人們常常習(xí)慣于沿某方向思考問(wèn)題，如果研究者逆其方向而思之，可能有意想不到的收獲。例如誤差補(bǔ)償、逆向工程等，特別是逆向工程，它可以提高產(chǎn)品相互通用性，彌補(bǔ)原有技術(shù)文件丟失，提高正向開發(fā)效率，用于學(xué)術(shù)研究和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品分析等，例如2005年Detail Technologies公司為福特汽車公司使用野馬車型（Mustang）老模具逆向重建新模具可以說(shuō)是逆向工程解決原有技術(shù)文件丟失問(wèn)題的一次成功應(yīng)用案例。

4.標(biāo)準(zhǔn)化思維。對(duì)于復(fù)雜事物的認(rèn)識(shí)需要標(biāo)準(zhǔn)化，建立標(biāo)準(zhǔn)化率定數(shù)據(jù)可以把不同數(shù)學(xué)模型放在一個(gè)平臺(tái)上加以比較。零件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化是一直以來(lái)所有機(jī)械科研工作者孜孜不倦地努力的方向，很多工程師為之奮斗了一生。

5.規(guī)?；季S。量變產(chǎn)生質(zhì)變，許多事物規(guī)模化就是創(chuàng)新。例如自由鍛做出的零件質(zhì)量非常高，但是單件成品較昂貴，而采用了模鍛工藝以后，同一個(gè)模具能制備上萬(wàn)個(gè)甚至幾十萬(wàn)個(gè)零件，雖然模具較昂貴，但是總體來(lái)看，每個(gè)零件的成本卻很低。

6.形態(tài)學(xué)思維。將事物構(gòu)成元素按一定規(guī)律重組，得到創(chuàng)新思路。例如機(jī)械零件加工工藝系統(tǒng)的元素重組過(guò)程，將熱處理在機(jī)加工前進(jìn)行，從而產(chǎn)生了預(yù)硬化工藝，預(yù)硬化就是鋼材在鋼廠出廠前預(yù)先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，達(dá)到模具最終使用硬度要求，模具加工成型后不用再進(jìn)行熱處理，避免模具變形導(dǎo)致報(bào)廢，尤其制造大型模具時(shí)更是不能冒這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，所以一般都購(gòu)買預(yù)硬化狀態(tài)的鋼材。

7.跨學(xué)科思維。它涉及跨越學(xué)科界限，開辟新的研究領(lǐng)域，處理“現(xiàn)實(shí)世界”的問(wèn)題。跨學(xué)科的基本立場(chǎng)是，世界及其所有問(wèn)題既不是也不能根據(jù)歷史演進(jìn)的以及人類創(chuàng)造的學(xué)科結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行限定。它主張動(dòng)態(tài)、靈活性，推翻舊的假設(shè)和思想傾向新學(xué)科的創(chuàng)新和成長(zhǎng)常常發(fā)生在學(xué)科交叉點(diǎn)上。例如將易于水華的硅藻群落用來(lái)生物再生富含水玻璃的水玻璃舊砂，利用硅藻群落來(lái)“生物促溶、降解”附著在舊砂上的殘留水玻璃粘結(jié)劑，反應(yīng)動(dòng)力來(lái)源于太陽(yáng)光，反應(yīng)快慢取決于硅藻的增值率，無(wú)需耗能較大的擦洗等工藝即可獲得高品位的再生硅砂，其具有低能耗、無(wú)二次污染、原位再生、消耗二氧化碳溫室氣體等優(yōu)點(diǎn)。

8.可持續(xù)性思維。把事物放置在環(huán)境生態(tài)大系統(tǒng)中分析思考，致力于可持續(xù)性發(fā)展。例如生態(tài)型工業(yè)鏈的建立，將機(jī)械制備工程置于生態(tài)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)余熱、廢氣、廢水、廢渣的綜合利用或者循環(huán)利用，給后代人留下一片碧水藍(lán)天。

9.動(dòng)力學(xué)思維。動(dòng)力學(xué)思維是一種常用的方法，將其應(yīng)用于復(fù)雜對(duì)象的定量動(dòng)力變化過(guò)程就能創(chuàng)造出新的研究成果，比如金屬的蠕變現(xiàn)象。對(duì)于一般金屬，蠕變現(xiàn)象只有在高溫條件下才明顯表現(xiàn)出來(lái)。但是，某些金屬，如鉛、錫及它們的合金，在常溫條件下，也能表現(xiàn)出蠕變現(xiàn)象。

10.平衡態(tài)思維。長(zhǎng)期存在的狀態(tài)即平衡，如果外因?qū)е缕胶馄茐模鋭?dòng)力學(xué)過(guò)程總是向著消除不平衡外因的方向發(fā)展。比如鑄件中的氣孔缺陷，本來(lái)氣體是比較穩(wěn)定的存在液態(tài)金屬中的，由于冷卻氣體溶解度下降，打破了溶解平衡，析出的氣體來(lái)不及溢出而產(chǎn)生了氣孔，從而形成了新的平衡相;在熱處理?xiàng)l件下，氣孔又會(huì)處于非平衡態(tài)而破壞鑄件。

11.客服偏見原則。大家公認(rèn)的不能做的事情卻做出來(lái)了，就是創(chuàng)新。比如水玻璃鑄造里面有這樣一條原則，水玻璃的摻量大于3%型砂的潰散性能就很差，大家都在遵循這個(gè)原則。如果能開發(fā)出一種水玻璃產(chǎn)品，其摻量大于3%而且具有很好的潰散性能，則既能保證良好的鑄型強(qiáng)度，又能實(shí)現(xiàn)砂型在澆注完畢后的自行潰散，能大大提高水玻璃砂型鑄造工藝的應(yīng)用范圍。

三、結(jié)論

作為機(jī)械專業(yè)的一門非常重要的基礎(chǔ)課，機(jī)械制造基礎(chǔ)是一門能培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力綜合運(yùn)用知識(shí)能力的重要課程。工科專業(yè)教育的核心是培養(yǎng)綜合運(yùn)用各種知識(shí)解決工程問(wèn)題的能力。而傳統(tǒng)教育模式側(cè)重于傳授課本知識(shí)，學(xué)習(xí)解題、做題的方法，很少有讓學(xué)生去探索新的、未知的知識(shí)的。對(duì)于機(jī)械專業(yè)的同學(xué)而言，在高中階段已經(jīng)累積了相當(dāng)多的理論知識(shí)，對(duì)常見物理、化學(xué)現(xiàn)象有一定的認(rèn)知，若是能夠在大學(xué)課堂中學(xué)會(huì)一些創(chuàng)新手段，不但能對(duì)所學(xué)知識(shí)有進(jìn)一步的理解，還能提高思考能力和創(chuàng)造力，對(duì)學(xué)習(xí)和以后的工作都有很大作用;對(duì)于教育工作者來(lái)說(shuō)，將創(chuàng)新法則教給學(xué)生，加強(qiáng)學(xué)生素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，逐步推進(jìn)教學(xué)改革，是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展和科學(xué)進(jìn)步的必要之舉。

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