机械科技制作与综合能力培养

1、机械科技制作 与 综合能力培养,主讲：孙亮波 博士，副教授 E-mail: sunlb1979 M-Phone:讲座内容：,1，学科竞赛的重要意义 2，机械类学科竞赛简介 3，机械科技作品制作流程 4，综合能力培养 5，学生大学四年规划 6，教师如何参与和实施 7，大赛注意事项,1，机械创新设计团队取得的成绩,1， 2009年第三届全国计算机仿真大奖赛三等奖； 2， 2009年全国三维数字化创新设计大赛全国总决赛一等奖，并获优秀组织奖； 3， 2009年广西首届机械创新设计制造大赛一等奖； 4， 2009年第四届中南地区暨港澳特区机械创新设计制造大赛一等奖； 5， 2

2、010年第四届全国机械创新大赛广西赛区获一等奖并排名第三，参加2010年10月全国总决赛获得二等奖； 6， 2011年第二届广西大学生创新设计大赛一等奖1个，二等奖1个； 7， 2011年第十二届挑战杯课外科技制作大赛广西赛区2个三等奖； 8， 2011年第四届中南地区暨港澳特区机械创新设计制造大赛三等奖； 9， 2011年全国三维数字化创新设计大赛全国总决赛二等奖； 10，2012年第五届全国机械创新设计大赛广西一等奖1项排名第一，（全国一等奖），二等奖1项； 10, 2012年中国-桂林创新创意文化节创意设计大赛； 11，20120928期央视我爱发明节目合作播出专题片：斗牛战车； 12，

3、2013年光华-诺基亚基金创业大赛全国金奖； 14，2013年湖北省工程训练综合能力竞赛二等奖； 15，2013年湖北省挑战杯课外科技制作大赛二等奖。 从05级开始，直接参与本团队各种竞赛的学生超过40人，近3年本专业优秀毕业生均出自本团队。,致每一个梦想成功的机械学子-我们为什么要参与机械科技制作？,1，从长远看，参与机械科技制作，将今后进入社会和企业从事的产品研发环节提前到大学阶段进行，积累相关经验，有助于早日成才。 2，与理论学习相辅相成，有助于提高学习兴趣和学习效率。 3，改变对大学阶段学习的观念，获得的荣誉证书将有助于找到理想工作。,2，机械专业相关竞赛介绍,全国机械创新设计大赛-全

4、国大学生机械创新设计大赛于2007年、2008年和2010年连续三次获批为教育部和财政部联合资助的大学生竞赛项目，现已成为最具影响的全国大学生竞赛项目之一。全国大学生机械创新设计大赛的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意识、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通过创新思维，进行机械设计和工艺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。每届大赛均有确定的主题。,挑战杯课外科技制作大赛-“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛（以下简称“挑战杯竞赛”）是由共青团中央、中国科协、教育部、

5、全国学联和地方政府共同主办，国内著名大学、新闻媒体联合发起的一项具有导向性、示范性和群众性的全国竞赛活动。自1989年首届竞赛举办以来，“挑战杯”竞赛始终坚持“崇尚科学、追求真知、勤奋学习、锐意创新、迎接挑战”的宗旨，在促进青年创新人才成长、深化高校素质教育、推动经济社会发展等方面发挥了积极作用，在广大高校乃至社会上产生了广泛而良好的影响，被誉为当代大学生科技创新的“奥林匹克”盛会。,“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛，类似科技作品竞赛，可以是产品，也可以是研究论文或调研报告。 创业计划竞赛起源于美国，又称商业计划竞赛，是风靡全球高校的重要赛事。它借用风险投资的运作模式，要求参赛者组成优

6、势互补的竞赛小组，提出一项具有市场前景的技术、产品或者服务，并围绕这一技术、产品或服务，以获得风险投资为目的，完成一份完整、具体、深入的创业计划。,全国三维数字化创新设计大赛-全国3D大赛以“推动3D技术普及、提升自主创新能力”为主题，以“以赛促教、以赛促训、以赛促用、以赛促新”为宗旨，以“学3D！用3D！我创造！我快乐！”为口号，旨在推动3D技术应用发展、引领3D新兴战略产业、促进创新人才培养、践行创新型国家建设；加速中国从“制造大国”到“创造大国”转变，更好地为经济发展方式转变和产业转型升级服务。全国3D大赛以“三维数字化”与“创新设计”为特色，分大学生组、职业组与产业组三大组别，设立工业

7、与工程方向（工业设计、机电工程结构设计、逆向设计、工程分析、工业仿真、模具设计、数据编程、数字建筑BIM等）、数字表现方向（工业设计、CG与数字艺术、影视动漫、游戏与虚拟现实、建筑与室内外表现等）。,全国工程训练综合能力竞赛-每两年一届，由大连理工大学工程训练中心负责全国总决赛。该赛事为4人团队设计并制作能完成走S行前行绕杆，以前行并绕杆数最多为优胜；后来又增加了走8字形绕杆，以连续绕8字形最多为优胜。近年增加了对设计方案和工艺文件制作合理性、机床实际加工操作等的考核。是一个对机械方案设计、机加工方案和实际动手加工能力等的综合考核，尤其是制作过程需要不断地对实物进行调整和实验。,全国大学生创新

8、训练项目-通过实施大学生创新创业训练计划，促进高等学校转变教育思想观念，改革人才培养模式，强化创新创业能力训练，提升大学生的综合素质，增强大学生的创新能力和在创新基础上的创业能力，培养适应创新型国家建设需要、适应各行各业发展需要的高素质人才。大学生创新创业训练计划内容包括创新训练项目、创业训练项目和创业实践项目三类。 创新训练项目是本科生个人或团队，在导师指导下，自主完成创新性实验方法的设计、实验条件的准备、实验的实施、数据处理与分析、报告撰写、成果（学术）交流等工作。,当然还有其他的一些相关竞赛，比如机器人足球赛、数学建模大赛、各级各类机械创新设计大赛等。,3，机械科技制作流程,具体产品研发

9、流程,4，参与科技制作，培养综合能力,综合能力:分析解决问题的能力，问题既可以是专业技术难题，也可以是其他诸如沟通、表述、加工制造等难题，问题包含了整个产品制作过程的所有环节的技术难点。 内涵：专业知识能力、创新能力、动手能力、科技论文写作能力、专业表达能力、团队协作能力等。,专业知识能力,解决任何技术难题，如产生一个好的创意，对机械系统进行数学建模、分析、计算、仿真与机械产品加工制作等都需要掌握一些专业知识理论。在机械科技制作中，一个好的作品或思路往往来源于对生活细微的观察与敏锐的思考，需要利用所学的专业知识理论联系实际进行吸收、消化、创新和再创造。,“我有一个梦想”-如何使梦想成真？ 学过

10、机械原理的同学都知道，实现一个简单的动作不止有一种方法，一旦功能复杂一点的产品，其可实现的方案就呈几何级数增加，随着新技术、新材料、新工艺的不断涌现，有时候甚至不可穷尽其可能方案。也就是说没有最好的方案，只有更好的方案。但是如何从浩如烟海的方案中找到一个科学、合理的方案，并论证之，必须具备一定的专业基础知识。通过学好专业基础知识，熟练掌握一个简单功能的实现方法，就具备了从事复杂系统、多功能产品的组合设计能力。,在学习一门机械专业理论课程时，由于实践环节相对较少，学生往往会有一些疑问：学这门课程有什么用？将来工作中什么情况下会用到它？仅仅通过语言解释很难让学生有深刻的理解和认识，通过参与科技制作

11、，学生学习到怎样用专业知识去认识机械世界，如何去分析一个产品的优劣，已经学到了哪些专业知识，还需要学习和补充哪些专业知识等。（将毕业后的技术工作提前到学校进行，该培养模式是当前世界教育界的共识。） 兴趣是最好的老师，学生从创作中体验到乐趣，更加激发其学习专业知识的积极性。当指导老师一步步引导学生走进知识的殿堂，接触的范围越来越宽广，学生获取更多专业知识的兴趣逐渐提高，能力也随之得到增强。,很多情况下，仅靠课堂知识的学习，是很难达到完全解决一个产品在该方向所需的知识的要求的。这就要求我们同学在专业知识的获取上，要能够多渠道地获得技术资料并熟练掌握。 “科学技术，应用为先”，只有通过理论与实践相结

12、合，才能真正掌握知识的实际应用技巧。,创新能力：,创新能力是指个人提出新理论、新概念、新方法或发明新技术、新产品的能力。创新过程是一个学习、消化、融合、创造的过程，也是一个不断循环往复开拓性设计和思考的过程，需要有敏锐的洞察力和灵活的思路。,创新设计方法:,发散与收敛（拉链缝合术与洗衣机的工作原理） 逻辑与非逻辑（鲁班发明锯子和各类锁具研发） 定向与非定向（救援变形金刚和破冰船） 动态与有序（战场指挥与减速器设计） 直觉与灵感（笛卡尔坐标系和元素周期表）,机械创新设计方法主要有: 智力激励法（基于已有的技术实现路线，启发自己能否找到更好的实现方法，比如汽车人的设计）,能实现人形行走、汽车构态下

13、遥控奔驰，并可两种构态可逆变形的汽车人大黄蜂,仿生创新法（从生物的运动机理、生活习性等中间归纳总结出新机构、新算法等，比如仿袋鼠跳跃机器人、机器狗、遗传算法、蚁群算法）,每条腿均是一个六杆机构，模仿腿部行走动作，结合小狗外观造型的机器狗,反求设计创新法（比如根据运动轨迹要求，利用优化设计方法设计能实现该轨迹的机构，比如能实现多点精确轨迹复演的4杆机构反求优化设计）,设计四杆机构模拟划船动作，多级增速实现能量转化为电能的划船节能健身器,功能设计创新法（多个单一功能，揉合到一个产品中）,利用动滑轮、定滑轮、限位开关、钢丝绳驱动背部按摩轮，倾斜的表面带凸点的腰部按摩盘，实现背部和腰部多处按摩功能的多

14、功能按摩椅,移置技术创新设计法（比如将其他领域的技术引入本专业领域、或将已成熟的先进技术作为产品的一部分等）等。,残疾人手动助力车,成长自行车,环保铅笔制造机,机器豹,机器人手,螺旋笔芯,瓶塞板凳,跷跷板滑板,行人发电瓷砖,折叠旅行鞋,酷跑双轮车,机械类产品在生产生活中几乎随处可见，对一两处关键部位进行技术改进、或是几个创新点组合成一个产品是可行的，所以机械创新设计与制作是“广阔空间，大有可为”。,如何提炼机械创新作品： 1）善于发现生活中的机械产品，研究分析其不足之处，加以改进，或根据生活中缺乏某类功能的产品而进行原创设计，要满足实际生产生活需要，体现科技创造幸福新生活的原则； 2）广泛涉猎

15、互联网资源或创新设计作品集，从他人的作品中找到灵感，消化吸收后再创新，要体现新产品的新功能、新技术、实用性； 3）对现有产品落后的功能舍弃，将多个功能揉合进一个产品，要注意多功能揉合后系统动力传递系统的干涉、协调设计。,创新：产品新颖 功能新颖 技术实现手段新颖,一个机械作品是否优秀、是否有市场，关键在于创新点。机构的设计是否新颖、巧妙，结构是否简单、执行可靠，产品的使用是否舒适、便利，与市场同类产品相比，是否功能多样、性价比更高等，这些都是创新点的具体体现。,动手能力：,主要指运用机加工知识（如机械制造基础熟悉各类加工工艺、机械制图规范标准制图、机械设计各类零件的设计、数控加工熟悉各类机床及

16、可加工工艺等）和现有设备条件制作出实物模型，它将设计思想变成现实。 动手能力强调主观性、能动性、创造性，要求有耐心和坚韧的毅力，能吃苦耐劳。,在机械科技制作中，学生要经历选材、购置、试加工、装配与调试等环节，由于一般制作的是单件产品和试制品，整个加工过程对于学生而言难度是无可预料的，有时甚至需要多次返工。但是正是因为经历了这样一个艰难的过程，学生的动手能力和解决问题的能力才会得到大大的提高。,目前大学教育非常重视动手能力的培养，各所大学均建有工程训练中心，很多文科专业学生也被要求进行金工实习。对于机械专业学生，尤其是志在参与科技制作的同学，不能仅仅满足于在工程训练中心进行实习时，到各个工种走一

17、遭。而是应设计一个较复杂的产品，思考其在各个加工机床上的工艺路线、加工方法等。,说明书或论文写作思路一般为:,1）提出问题-研究内容的相关综述，最好有近3年国外、国内的相关研究工作，并评述这些已经完成的工作所使用的研究方法、达到的研究效果、研究的不足或需要继续深入研究的地方，以佐证你的研究是有科学和实用价值的。 2）分析问题-基于先进的专业知识和理论，提出你的解决思路。 3）解决问题-详细地论述具体实现方法，如数学模型建立、计算分析、结果分析归纳等，要使得看到论文的人能根据提供的数据复现你的研究成果。 4）总结或结论-在实用的角度是否为市场提供了一种新的产品、是否增加了新的功能、理论方面有什么

18、突破等。,不管是项目申请，还是参与竞赛，都要经历陈述答辩的环节。该环节对于竞赛获奖、项目申请审批的重要性，占到整个竞赛或项目的5成左右，可以说，作品的复杂性、先进性是基础，陈述答辩是关键。这里一定要注意赛事要求、陈述场合、时间等因素。,专业表达能力：,在短短的3-5分钟，让所有专家评委，尤其是专业或研究方向有所偏颇的专家，了解一个复杂的产品的新颖性、独创性、团队所做的工作，是很有难度，也是需要技巧的。,回答专家评委的问题，是一个最难把握的环节。回答的好，可以锦上添花，回答的差，整体效果大打折扣。 尽管答辩前团队都会做好各种提问的准备，并预备好合理的回答，但是在实际答辩过程中往往“防不胜防”。因

19、此要做好充足的准备，比如答辩学生必须具备一定的专业知识储备；教师辅导团队熟悉整个设计、制造加工过程的技术难点；邀请同学和老师参加模拟答辩，提出各种专业的、业余而刁钻的问题，老师根据学生的回答再给予指导补充等。,一定要注意答辩的技巧，做到有理有据、谦恭自信。不排除有的专家故意刁难，或是问一些与本作品关联度不大的问题，能回答自然好，不好回答要立即打住，老实承认自己在这方面的缺乏，避免钻进死胡同，在一个不是问题的问题上耗费时间，从而影响到其他保持“中立”态度的评委。要善于“引导”评委询问自己熟悉的内容或是做的比较好的方面，这样容易出彩，博得大多数评委的赞赏。 陈述、答辩中要声音洪亮、逻辑缜密，相信一

20、点：产品是自己设计和加工制造的，任何问题都难不倒我！,总之，做任何事情，立足自身产品，搞清楚每一个技术环节及其相关专业知识，不留漏洞；同时要设身处地从对方角度考虑问题，想对方所想，坚决摒弃以我为主的思想。,团队协作能力,任何成绩的取得都是集体智慧的结晶，一个好的团队是善于充分挖掘每个成员的优点和潜力，“术业有专攻”，这句话对于同属机械专业的学生团队来讲也是适合的。,科技制作从项目申请、方案论证，再到实物制作、报告演示甚至竞赛答辩，各个环节都需要不同方面和宽广的知识，如资料收集、数学模型分析、论文写作、材料采购、机械加工、安装调试、视频制作、海报设计、讲解答辩等，仅靠一个人的能力是难以全部实现的。这就需要一个团队多容纳多才多艺的同学，如前所述，如果一个团队个个都埋头苦干，都是闷罐子，不善于表达，这不是一个好的团队。团队成员分工协作、相互补充、集体研讨，共同出色地完成机械产品的科技制作。同时在制作过程中多向指导老师和同学学习，努力提高自己的综合能力。,5，大学四年规划自学的重要性,参考大多数高校机械专业培养计划，对于有志于参与科技制作的学生： 大一应主要学习高等数学、机械制造基础课程，同时利用课余时间深化学习Pro/E，UG等产品造型和虚拟数控加工软件； 大二则学习机械原理、工程力学课程，同时课余时间学习Matlab数学计算分析软件，