以现代设计方法为导向的大学生创新能力培养探讨

1、    以现代设计方法为导向的大学生创新能力培养探讨    摘要：针对当前的教育模式，通过对传统设计和现代设计方法的比较，进行了以现代设计方法为导向的机械类大学生创新能力的培养方法研究，并以全国大学生机械创新设计大赛为案例，详细分析了如何培养机械类大学生创新能力。以现代设计方法为导向加强创新实践活动对提高当代大学生的综合素质、创新思维能力以及教师的综合实践素质、提高学校的整体竞争力有很大的帮助。关键词：创新能力，现代设计方法，机械设计 创新能力是当代大学生必备的素质，其培养必须让学生从开始就要具备一定的工程意识，要让学生懂得学习是为工程服务的。

2、因此，在学校就要培养他们的工程意识、工程素养。大学生创新能力的培养是一个长期的过程，受到很多因素的影响和制约，要从硬件和软件两个方面来考虑。硬件就是学校和社会能提供给学生进行创新实践的场所、环境、设备等；软件就是学校和社会能否给学生提供创新实践所需要的指导，能否帮助学生解决创新活动中的难题。因此需要建立一批学生进行创新实践能力培养的平台及评价体系，有意识地引导学生从开始就有进行创新的企图，才能充分调动学生的创新积极性。1大学生创新能力的培养是要依靠学校和社会共同的配合才能完成，学校除了讲解创新思想、创新方法、创新技能外，很重要的是要能给学生提供创新活动的场所、设备、资金及指导。这些工作也需要社

3、会的帮助，聘请具备充分实践能力的工程技术人员来共同参与指导、解决工程实际问题对大学生创新能力的培养是非常有用的。随着中国经济与世界经济的全面接轨，在新产品开发中用户要求的交货时间短。传统的基于二维的产品设计人力、物力投入大，设计周期长，设计精度低，已不能满足现代市场对产品的需求。此外，设计过程中使用二维工程图也限制了与部分看不懂工程图的用户之间的沟通，这样用户就不能自由地参与设计。因此，企业必须在产品开发中采用三维造型、有限元分析及模态分析等现代设计方法，提高设计效率，缩短设计周期，加速产品的更新换代，并增强产品的市场竞争力。现代设计是在近几十年逐渐发展起来的，包括设计过程、设计策略以及设计方

4、法。其中设计方法对现代产品设计至关重要，国内外都提出了一些设计方法，如结构化设计方法、系统化设计方法等，还可更加详细分类，如优化设计、可靠性设计、有限元分析、动态仿真设计、模块设计及计算机辅助设计等。培养大学生的创新能力必须以现代设计方法为导向，从学生时代就养成好的创新习惯，为以后的产品开发、工程设计打好坚实的基础。2 一、传统设计 传统设计是当今大多数企业仍然采用的一种设计方法，它的发展经历了从直觉、经验、半经验半理论三个阶段。它的设计过程要依赖于设计人员的经验以及已有产品的结构及使用情况，在此基础上进行一定小范围的改动或者重新设计，使新的产品能满足新的要求。虽然这种传统的设计方法也经过了计

5、算、分析，但是这些计算分析还只是局限于零件级的水平，没有从整体上来考虑系统的性能，其设计过程也是采用了必要的数学计算，是在经验的基础上的一种进步，但是这种设计方法没有全面考虑系统的整体性能、整体使用环境以及外部因素的制约和限制，在设计时有可能疏忽了许多重要的因素而造成设计结果的不准确。3传统设计中一个新产品的定型需要经过设计试制修改等一系列的反复循环，要耗费大量的人力、物力及财力，在当今产品换代日益加速的环境下，传统的设计方法已经满足不了人们的需求，需要采用新的更具竞争力的现代设计方法。二、现代设计方法 现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而发展起来的一门新兴的多元交

6、叉学科。它是以设计产品为目标的知识群体的总称。目前它的内容主要包括优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、工业艺术造型设计、虚拟设计、疲劳设计、三次设计、相似性设计、模块化设计等。在进行工程设计时，一般都以计算机作为分析、计算、综合、决策的工具。现代设计方法有以下特点：（1）程式性：现代设计方法研究的是产品全生命周期的设计，即产品的设计是从市场调研、概念设计、详细设计、产品加工制造、产品试验、产品后期使用保养、产品报废回收等一个整体来进行考虑的。这种设计和传统的设计不同之处就是设计不再仅仅是一个技术问题，而是一个系统的过程，这个设计的过程最终要保证产品的高性能。4 （2）创造性：现代设计方法中要

7、充分体现产品的创新，一个创新的产品在设计阶段就应该采用创新的思维方法，采用创新的方案，这一些都需要学生从学校开始就要培养这种能力。（3）系统性：现代设计方法不仅是一个工程技术问题，而是一个考虑了产品全生命周期的系统问题，因此在进行创新设计时要采用系统的观点和方法，使系统达到整体性能的最优。（4）优化性：现代设计方法中采用的是系统的思想，设计的目的就是用最少的社会资源来获取产品的最优设计性能，如何使产品性能最优呢？关键就是要采用优化的方法来研究系统整体性能的最优。（5）综合性：现代设计方法是一门新兴的学科，它的出现改变了传统的设计方法和思维习惯，采用逻辑、理论、系统的设计方法。在系统工程、创造工

8、程的基础上运用信息论、相似论、模糊论等理论，同时采用集合、矩阵、图论等数学工具和计算机，总结设计规律，提供多种解决设计问题的途径。（6）cad：如何用现代设计方法在最短的时间内设计出最好的产品？如何处理设计过程中大量的信息？就需要用到计算机辅助设计的方法，进行产品的虚拟设计、虚拟实验、虚拟加工、动态评估等。5国家为了提高我国工科大学生的创新设计能力，每年都要举行多种形式的创新大赛活动，其中有代表性的就是每两年一次的大学生机械创新设计大赛。机械创新设计大赛要求学生必须以参赛队的形式参加，且必须有实物模型或者缩小比例的实物模型，这就要求学生的产品必须经过设计、加工等工序，因此锻炼了学生的动手能力。

9、6另外，整个比赛过程都有完整的图纸、虚拟动画以及实物样机的展示，学生要介绍整个作品的创新思路及功能特点，并回答评委的提问。这种全国性的机械创新设计大赛能有效地锻炼学生的创新能力、团队合作能力、机械设计能力等，提高学生的就业竞争能力。要很好地完成一个项目的创新设计，单纯依靠传统的设计方法是很难完成的，必须在具备传统设计知识的基础之上，利用现代设计方法，在规定时间内完成产品的设计与制造。其设计框图如图1所示。 三、应用案例 本文以第四届全国大学生机械创新设计大赛课题为例来详述现代设计方法在大学生机械创新能力培养中的应用。针对大赛主题提出“组合式快速起升千斤顶”设计方案，该装置可以顶起楼板

10、、巨石等重物，而且具备起升重物、人员躲避等功能，力量均匀，安全可靠，既可以节省人力又可以使压在楼板下的人免受二次挤压，还可以防止楼体进一步垮塌。如果合理设计改变其设计尺寸，并采用机械动力，此设计可作为大型机械使用。但是学生在没有任何工程背景的前提下要很好地完成这项设计任务是很困难的。因此在设计过程中指导学生采取现代设计方法，严格按照现代设计方法的流程，利用计算机手段完成了该课题。其基本原理图及三维模型如图2、图3所示。 四、机械创新实践效果 三峡大学经过多年实践，也举办了各类机械创新设计大赛，针对学生的跟踪调查，认为达到了以下目的：一是通过机械创新大赛锻炼了学生的实际动手能力及系统的

11、思维方法，同时也提高了就业竞争力。二是提高了教师的实践能力。教师实际动手能力和解决实际工程问题的能力还有所欠缺，通过教师指导学生的机械创新大赛，提高了教师的实际动手能力，也为学校培养了“双师型”教师。三是增加了学校教学科研成果数量，为学校带来一定的教学科研成果。一般来说，创新实践参赛作品都具有一定的创新性、实用性。这样，通过参赛学生和指导老师的努力，在作品完成后，在正式参赛之前，都会进行专利申请。这些都表明通过学生的创新实践可以在一定程度上提高学校的教育质量。五、结论 以现代设计方法为导向加强创新实践活动可以在一定程度上提高学校的教育质量，提高当代大学生的综合素质、创新思维能力以及教师的综合实践素质，提高学校的整体竞争力。参考文献：1 刘国强.应用cad技术的现代机械设计 j. 中国新技术新产品，2008，（6）：11-69.2 白晓虎，张祖立，辛明金.现代设计方法在机械类专业毕业设计中的应用 j. 中国现代教育装备，2008，（9）：25-26.3 倪晓宇，刘英.