机械创新设计大赛的实施措施和方法探讨——以(4)

6总结

机械创新设计作品的设计和制作是机械类学生对所学专业知识进行一次系统实施和全过程训练，能对学生的实践能力、创新能力、综合设计能力和团结协作精神起到全面的培养。本文结合梧州学院近年来参加机械类学科竞赛的经验和实施措施以及方法进行了探讨，阐述参加机械学科竞赛所采取的措施和方法，并对所取得成果进行了分析，进一步思考了机械作品的创新点。

韦衡冰(1968-)，女，广西容县人，梧州学院副教授，研究方向：产品结构及优化设计。

严超龙(1983-)，男，广西梧州人，梧州学院助理研究员，硕士，主要研究方向：植物生态学。

1引言《中国制造2025》重点领域技术创新绿皮书[1]明确指出：制造业是实体经济的主体，是我国经济实现创新驱动、转型升级的主战场。尽管我国制造业从2010年以来的增加值连续5年超过美国，成为制造大国，然而，制造业创新能力、整体素质和竞争力相比发达国家仍有差距。杨叔子院士在《高等工程教育研究》发表了4篇论文[2-5]详细阐述了“机械，很重要！创新，很重要！设计，很重要！大赛，很重要！机械创新设计大赛，很重要！”这五个“很重要”[2]，并针对“五个很重要”内涵[3]、人才培养重要性[4-5]等方面进行了详细和深入的分析和讨论。国内其他专家学者针对机械创新与人才培养也进行了大量的研究，如刘力红[6]等人结合安徽理工大学组队参赛的情况，针对设计竞赛在培养学生创新意识、实践能力以及团队精神与责任心等方面进行了讨论。韦衡冰[7]等人讨论了地方性本科院校机械类专业学生，以参赛为载体的创新能力培养模式的构建方法，论述了该模式的结构要素和特点，指出了模式构建和运行的重点环节以及保障措施。陶表达[8]则对参赛单位的校级组织模式进行了讨论，论述了学生、指导教师和领导等各方在机械创新设计大赛中所起到的作用。王树才[9]则对全国大学生机械创新设计大赛可持续性问题进行了深入的分析和讨论。针对机械创新设计大赛与学生创新能力培养的相关研究还有很多，而本论文主要立足于对学校参加机械创新设计大赛的组织实施措施和方法进行探讨，结合梧州学院近几年来参加的广西机械类学科竞赛所采取的措施和方法、取得的成绩对机械类学科竞赛的发展进行系统分析。本文首先对广西区内的机械学科竞赛情况进行介绍，针对梧州学院近年来参加机械学科竞赛的经验做法进行阐述，对取得的成果进行分析，最后，对学科竞赛作品的创新和发展提出建议。2广西区机械类学科竞赛介绍广西区影响力较大的机械类学科竞赛主要有全国大学生机械创新设计大赛、广西高校大学生创新设计与制作大赛以及全国大学生工程训练综合能力竞赛，这也是梧州学院机械设计制造及其自动化专业学生参加的最为主要的学科类竞赛。其中，全国大学生机械创新设计大赛是经教育部高等教育司批准，由教育部高等学校机械学科教学指导委员会主办，机械基础课程教学指导分委员会、全国机械原理教学研究会、全国机械设计教学研究会联合著名高校共同承办，面向大学生的群众性科技活动。该赛事已经被纳入教育部、财政部实施高等学校本科教学质量和教学改革工程的9个赛事之一，同时它也是全国理工科大学生4大竞赛之一。目的在于引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神；加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行机械创新思维、设计和制作等实际工作能力，吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才脱颖而出创造条件。而全国大学生机械创新设计大赛广西赛区竞赛则由广西壮族自治区教育厅、全国大学生机械创新设计大赛广西赛区组委会主办，广西大学承办，每2年举办一届。广西高校大学生创新设计与制作大赛由广西壮族自治区教育厅主办、桂林电子科技大学承办，该项赛事2009年首次举办，每2年举办一次，是面向广西高校大学生最为重要的赛事之一，近几年来得到了越来越多高校的重视，参赛队伍和参数人数也日益增长。全国大学生工程训练综合能力竞赛广西赛区竞赛，是面向区内在校本科大学生的一项综合性工程能力竞赛，内容上与高校工程训练教学相衔接，综合体现大学生创新设计能力、工艺制造能力、实际动手能力、工程管理能力和团队合作能力。全国大学生机械创新设计大赛、广西高校大学生创新设计与制作大赛主要强调产品功能的创新，而全国大学生工程训练综合能力竞赛则更强调工艺和制造方面。本论文主要以梧州学院历年来参加的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的相关情况进行探讨。3组织实施的措施和方法3.1注重前期的团队培养机械创新设计大赛是一项团体比赛，其整体内容包括了产品的初始设计、零部件加工、制造、装配、调试以及说明书的撰写、展板和PPT的制作等各个环节，整个过程涉及的工作量多、难度大。因此，团队的提前培养是参赛获得好成绩的关键。笔者在2009年成立了产品数字化建模团队，通过校企合作项目以及指导老师自身的科研项目，对学生的数字化建模、加工、制造以及说明书撰写等技巧进行培训和强化训练。学生通过参加教师的科研项目，其创新能力、设计能力以及加工制造能力都得到了较好的训练，这些前期工作也为机械创新设计大赛人才的输送提供了重要的保障。可喜的是，近年来，越来越多的教师开始注重提前对学生进行选拔和培养，也间接地带动了学校机械类学生整体水平三维数字化设计技术的引入随着科技的快速发展，先进制造业的环境已经发生重大改变，三维产品数字化设计已成为目前企业的主导。产品数字化设计技术能实现无图纸设计，为业界带来了全新的产品设计方法和突破传统模式的先进理念。数字化技术改变了传统制造业主要依靠手工设计计算、凭借二维图纸组织生产的方式。学生机械设计能力的培养，很大一部分需要学生从事真正的基于功能的机械产品开发，而这不仅需要学校提供相应的创新实践平台，还需要投入大量的经费作保障。现有学校的经费投入难以满足大部分学生的需求，而产品数字化设计可以让学生基于数字化设计完成产品的零件设计、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。对于像梧州学院等地方性本科院校的学生来说，对于复杂的机械产品，要正确完成复杂产品的装配图纸并组织加工和制造，相对困难。而三维数字化设计的直观性，能让学生借助三维建模和仿真，即可在计算机里完成产品的虚拟设计和仿真。通过对学生的数字化设计能力的培养，提高学生慷嘌Э仆哦有献魅笱荡葱律杓拼笕淖髌访磕甓加邢嘤Φ闹魈猓宰髌防嗟墓δ芙辛耸实毕拗疲阄鞲咝４笱葱律杓朴胫谱鞔笕淖髌废喽宰杂桑杓频淖髌吠枰迪痔囟ǖ墓δ埽缃隹炕祷估词迪炙械亩鳎沟谜垢丛印＠缃硕毕咴硕绻捎猛孤只估词迪郑坏杓坪侠淼耐孤致掷一剐枰攵酝孤稚杓埔幌盗械母ㄖ埂Ｈ舨捎貌浇缁吐莞耍üテ刂疲蚩梢郧崴墒迪窒胍娜我庑谐痰闹毕咴硕Ｒ虼耍ü缃岷希嘌Э仆哦拥暮献鳎芗涌觳返目精心组织和实施由于参赛作品是一个系统性的工作，而组成参赛的学生往往是大学二年级和大学三年级的学生，其专业课程还没有学完，在作品制作过程中，由于能力和经验的限制，难免在设计和制作过程中会有设计不合的地方。指导老师对学生的参赛作品从选题、方案论证、设计和加工等各个环节进行指导，并尽可能在设计阶段解决在后续设计和加工过程中可能碰到的各种问题，以尽可能控制制作成本，让学生在预期的时间里完成产品的制作。而这一切指导工作必须要有规范的管理。规范的管理和组织是成绩取得的重要保障。针对机械创新设计大赛，学校层面制定了有关参赛的相关规定和制度，针对比赛的奖励和资助制度也出台了相关规定。成立了教务处主管、二级学院分管院领导负责、教研室、实验室以及工程训练中心联合辅助、一批具有较强科研能力的教师担任指导老师的组织队伍。4取得的效果近年来，梧州学院在全国大学生机械创新设计大赛广西赛区竞赛和广西高校大学生创新设计与制作大赛中取得了较为满意的成绩，下面主要对其获奖率、参赛作品数以及梧州学院的参赛作品情况进行分析，其中奇数年参加的为广西高校大学生创新设计与制作大赛，偶数年参加的为全国大学生机械创新设计大赛广西赛区竞赛。下页图1所示为梧州学院近7年来参加全国大学生机械创新设计大赛广西赛区竞赛和广西高校大学生创新设计与制作大赛一等奖作品获奖率统计分析图。其中黑色为不同年份广西区的平均值。通过该图可以发现，梧州学院一等奖的获奖率远远超出广西区平均水平。其中2010年、2012年、2015年一等奖获奖率达到50%，2016年的一等奖获奖率达到55.56%，是广西区平均值的206%，反应出梧州学院作品在历年的比赛中，具有很强的竞争力，其成绩也远远超出广西平均水平。图1作品一等奖获奖率分析图考虑到三等奖的含金量相对较低，这里对梧州学院一等奖和二等奖总的获奖率情况进行分析，图2为近7年来参加全国大学生机械创新设计大赛广西赛区竞赛和广西高校大学生创新设计与制作大赛一等奖和二等奖作品总的获奖率统计分析图。从图中可以看出，除2015年外，梧州学院一等奖和二等奖总的获奖率也远远超出广西平均水平。其中2012年和2016年尤其明显，2012年6项作品参加比赛，荣获一等奖3项、二等奖3项，一等奖和二等奖的总获奖率达到了100%，而在2016年的第七届全国大学生机械创新设计大赛广西赛区竞赛，梧州学院一等奖获奖率、全国赛作品出线率在广西所有高校中皆排名第一。其中在全国决赛中，荣获一等奖1项、二等奖2项，获奖率在广西所有高校中排名第一，其全国赛总获奖数与广西大学并列第一，创下了梧州学院参加该项赛事以来的历史最好成绩。图2作品一等奖和二等奖总的获奖率分析图下页图3为全国大学生机械创新设计大赛广西赛区竞赛近四届的参赛作品数分析图。该图为双Y轴图，左侧Y轴为广西区参赛作品数，右侧Y轴为梧州学院作品参赛数。从图中可以看出，自从2010年举办第四届全国大学生机械创新设计大赛广西赛区竞赛后，2012年和2014年的总的参赛作品数呈现快速上涨，反应出区内各高校对该项赛事的高度重视，之所以2016年的作品数相对2014年增加不多，主要是因为全国大赛组委会对各个学校的参赛作品数进行了限制。而梧州学院2016年有9件作品参加该项赛事，这也是近年来的最高数目。图3全国大学生机械创新设计大赛广西赛区竞赛参赛作品数分析图图4为广西高校大学生创新设计与制作大赛近三届的参赛作品数分析图。该图也为双Y轴图，左侧Y轴为广西区参赛作品数，右侧Y轴为梧州学院作品参赛数。从图中可以看出，总作品数逐年增加，其中2015年的第四届广西高校大学生创新设计与制作大赛相对于2011年的第二届广西高校大学生创新设计与制作大赛的总作品增加了近3倍。主要原因，一是因为该项赛事在广西区的影响力越来越大，参赛的学校和作品数越来越多。二是参赛作品的类型进一步扩大。2015年的参赛作品，包括艺术类、设计类等各种创新创意类作品皆可参赛，其参赛作品总数在该年出现了跳跃式增加。图4广西高校大学生创新设计与制作大赛参赛作品数分析图下页图5所示为梧州学院近7年来参加全国大学生机械创新设计大赛广西赛区竞赛和广西高校大学生创新设计与制作大赛总作品数、一等奖作品数和一二等奖总作品数分析图。通过图5可以看出，梧州学院总的参赛作品数基本上呈现总体上升趋势，由于作品制作周期长，材料以及元器件购买费用昂贵，总的参赛作品数受到了限制。但无论是一等奖获奖数还是一等奖和二等奖总获奖数，都呈现了一个较高的状态。反应出梧州学院近几年来在这两项学科类竞赛中所取得的骄人成绩。而这些成绩的取得与梧州学院组织实施的措施和方法密切相关，当然还存在一些问题有待于进一步完善和解决。图5梧州学院参赛作品数及获奖作品分析图5作品创新的进一步思考5.1 增材制造技术的应用增材制造技术也称3D打印技术[10]，起源于美国的快速成型技术。基于离散/堆积原理，通过将需要制造的模型进行数字化建模并分层，在获得每层加工路径及轨迹后，利用3D打印设备自下而上打印，最后叠加成形出三维实物对象[11-12]。3D打印技术颠覆了传统的切削加工方式，是一种增长式的加工方式，通过增材制造，得到想要的模型。在工业造型设计、生物医学、航空航天等领域获得了广泛的应用，其在个性化、小批量产品制造方面具有很大的优势，可有效简化生产工序，缩短产品制造周期。而学生的参赛作品往往为功能产品，为了实现特定的机械动作和功能，可考虑引入3D打印技术完成部分复杂零部件的加工制造。这样不但能大幅度缩短制造时间，也能开拓设计空间，从而设计和制造出更有新意的产品出来。但必须要指出的，尽管3D打印技术在完成复杂零部件的制造方面具有很好的优势，但完成作品的本身还是在于其功能的实现和结构的创新，在设计作品时，学生更应注重于作品本身，而不是仅阶髌酚氲胤骄煤头裣嘟岷辖萄А⒖蒲泻头竦胤骄檬歉咝５娜笾澳埽谔跫市淼那疤嵯拢Э凭喝淖髌酚Ω镁】赡苡氲胤骄煤吞厣嘟岷希蟹⒌淖髌肪】赡苡氲胤教厣嗍视Γ庋淖髌凡坏苁寡行巳とネ瓿桑簿哂星痹诘氖谐∮τ眉壑怠Ｈ?016年笔者结合梧州市人工宝石的地方经济特点，指导学生设计的作品“人工宝石全自动分拣计数器”在第四届广西高校大学生机械创新设计与制作大赛中，获得了评委的高度认可，并夺下广西区一等奖。而该作品在南宁巡展时，也得到了评 气压传动技术的引入通过近几年参加学科竞赛的观察，大部分的机械作品为机械与电子相结合的产品，而将气压传动技术引入的作品却很少。其主要原因可能是液压与气压传动课程开设的时间较晚，该门课程梧州学院在大学四年级第一学期才开设，而学生参加比赛往往是在大学二年级和大学三年级期间，导致学生在参赛的时候还没有学习过该门课程，无法运用气压到机械产品中去。气压传动相对常规的机械传动，反应速度更快，并且其结构简单，制造方便，维护起来也相对容易，因此，在不影响整体教学计划和学生培养的前提下，有必要适当调整课程的排课时间。将气压、机械、电子相结合，有望设计出更为复杂和更具创新性的作品。6总结机械创新设计作品的设计和制作是机械类学生对所学专业知识进行一次系统实施和全过程训练，能对学生的实践能力、创新能力、综合设计能力和团结协作精神起到全面的培养。本文结合梧州学院近年来参加机械类学科竞赛的经验和实施措施以及方法进行了探讨，阐述参加机械学科竞赛所采取的措施和方法，并对所取得成果进行了分析，进一步思考了机械作品的创新点。[参考文献][1] 国家制造强国建战略咨询委员会.《中国制造2025》重点领域技术创新绿皮书[EB/OL]. 杨叔子,吴昌林,彭文生.机械创新设计大赛很重要[J].高等工程教育研究, 2007(2):1-5.[3] 杨叔子,彭文生,吴昌林,等.再论机械创新设计大赛很重要——纪念中共中央、国务院《关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》颁布十周年[J].高等工程教育研究, 2009(5):5-10.[4] 杨叔子,彭文生,吴昌林,等.三论机械创新设计大赛很重要——纪念《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010～2020年)》一周年[J].高等工程教育研究, 2011(3):4-8.[5] 杨叔子,彭文生,吴波,等.四论机械创新设计大赛很重要——纪念胡锦涛同志在清华大学建校一百周年庆祝大会上重要讲话一周年[J].高等工程教育研究, 2013(1):14-19+71.[6] 刘力红,张东速.以设计竞赛为载体,促进学生综合素质提高[J].安徽理工大学学报(社会科学版),2010(2):85-87.[7] 韦衡冰,邓小林,严超龙,等.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(3):120-124.[8] 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文章来源：《梧州学院学报》 网址: http://www.wzxyxb.cn/qikandaodu/2020/0718/352.html