本书共计四篇,分别为谋划篇、战略篇、战术篇、实战篇。开篇论述了大学生为什么参加科技竞赛、参加科技竞赛能收获什么以及如何参加科技竞赛;以此为基础,从知己知彼、胜券在握角度出发,第二篇介绍了一些主要学科竞赛的基本信息;为打赢此战役,第三篇以各个突破、步步为赢为理念,从创意产生方法到机械产品创新设计基础,再到机械产品建模与仿真等技术,以生动翔实、具体深刻的实例,全面论述了参加学科竞赛过程中经常用到的系列战术;最后,以案例演练、能力提升为目的,第四篇以典型竞赛的全国一等奖作品为例,以飨读者。
本书自成系统、逐篇递进、深入浅出,适用于所有学科专业参加科技竞赛的大学生,可作为普通本科院校、高职高专院校“机械工程学科竞赛”课程的参考用书,也可作为科技竞赛的指导用书。
《机械工程专业大学生学科竞赛基础与实践》的书稿放在我的面前,包括运筹帷幄、决胜千里(谋划篇),知己知彼、胜券在握(战略篇),各个突破、步步为赢(战术篇),以及案例演练、能力提升(实战篇),逐篇递进,深入浅出,助力大学生打好科技竞赛的攻坚战。仔细品读,可以体味到作者经过长时间缜密细微的思考,对全书内容进行了用心甄别、筛选和重组,浓缩了作者十多年来参加及指导大学生科技竞赛的经验,十分亲切。
古希腊学者普罗塔戈(Plutarch)曾言:“学生的头脑不是用来填充知识的容器,而是一支需要被点燃的火把”。本书所介绍的学科竞赛正是点燃火把的“火种”之一,是激发学生学习热情和提升学习质量的有效手段。
近年,美国工程教育界提出“大工程观”和工程教育要“回归工程”的教育理念,国际工程教育(华盛顿协议)提出“以学生为中心、以成果为导向”的教育理念;中国高等教育已经迈开“掀起质量革命,建设质量中国”的步伐,这些均充分体现了工程与实践在学生培养中的重要性。工程与实践是专业教育的根本,是高等工科院校培养机械类工程技术人才的重要手段。学科竞赛融创新能力与工程系统实践能力培养为一体,为高等院校人才培养提供了践行“工程与实践”的大平台。
少年强、青年强,则中国强。作为新时代的大学生,要勇于做新时代的追梦人,敢于仰望星空、脚踏实地、苦干实干,珍惜韶华、不负青春,充分利用好大学校园“第二课堂”及其囊括的科技竞赛练就过硬本领。大学生科技竞赛为同学们提供了练就一流能力和技能的大舞台,供你们驰骋与翱翔。虽然前进的道路上充满荆棘和坎坷,但更多的是充满魔幻、想象力和收获各种成功的惊喜。
经常会有低年级的本科生问我诸如“什么是学科竞赛?”“参加学科竞赛有什么用?”“如何参加学科竞赛?”“如何才能获得好的名次?”等问题;高年级的学生虽然理解了学科竞赛的内容和意义,但很难获得有创意的想法,不少团队往往止步于校赛。本书完美回应了上述的疑问或难题。
凡事预则立,不预则废。今天学科竞赛不但是高校创新人才培养的重要手段,而且已经成为用人单位选拔人才的重要依据。相信《机械工程专业大学生学科竞赛基础与实践》一书将成为指导我国大学生开展创新活动,培养创新人才的百花园中一朵绽放的报春梅花。
于武汉理工大学百花园当前,我国高等教育已经迈开“掀起质量革命,建设质量中国”的步伐,从规模扩张走向内涵式发展,着力建设一流本科教育。
一流的本科教育要求学生具备一流的能力:优秀的分析能力、实践能力、创造力、沟通能力、商业和管理知识、领导力、道德水准、专业素养、终身学习;一流的本科教育要求学生掌握一流的技能:社会技能、系统技能、解决复杂问题的技能、资源管理技能、技术技能等复合交叉技能。
大学生科技竞赛为学生提供上述能力和技能培养的一个大舞台,前进的道路上充满荆棘、充满坎坷,但更多的是充满魔幻、充满想象力、充满各种惊喜和成功。科技竞赛作品包括创意提出、科技作品制作、答辩等环节,都是由本科生自己亲自完成,在整个过程中,个人的综合能力和综合技能将得到极大的锻炼和提高,有利于人才“艺术品”的打磨。真正地参与学科竞赛势必会助力于“人人都是艺术品”的宣言。对大学生而言,科技竞赛总有“雪中送炭”的精神,有足够的能力助你“更上一层楼”,让你“百尺竿头更进一步”。
编者从2009年开始在武汉理工大学指导大学生参加各类科技竞赛,并着手筹建武汉理工大学第二课堂实验室,很快步入正轨,此阶段取得国家一等奖两项,省部级特等和一等奖多项;2014年进入河北工业大学工作,继续指导大学生参加各类科技竞赛,于2016年斩获学校认可的A类大赛(全国大学生机械创新设计大赛)全国一等奖(河北省唯一),刷新学校记录,再接再厉,于2018年斩获该赛事全国一等奖1项(学校唯一)、二等奖1项(学校唯一),于2020年再次斩获该赛事全国一等奖1项、二等奖1项;近5年来,累计获得国家一等奖3项,国家二等奖4项,省部级特等奖等奖励50余项,直接受益大学生200余人,他们之中大部分保送国内名校研究生。
在指导大学生科技竞赛的过程中,深深感受到大一、大二学生对科技竞赛的迷茫和知之甚少,大三、大四学生对科技竞赛的理解浅显、难提创意方案,这些真切感受促使我一直想整理自己的思考,以期扩大受益面,为参加科技竞赛的大学生奉献恰到好处的指导,但碍于各种理由迟迟难以落笔。2018年始,河北工业大学机械设计制造及其自动化系增设了“学科竞赛”这门课程,借此机会,撰写本书以便更多大学生参考的愿望更加强烈。本着“既然做了,就要做好”的理念,就其格局与布局进行了长时间、缜密细微的思考,对其内容进行了用心甄别、筛选和重组,最后决定以四篇构建本书体系:运筹帷幄、决胜千里(谋划篇),知己知彼、胜券在握(战略篇),各个突破、步步为赢(战术篇),案例演练、能力提升(实战篇),逐篇递进,深入浅出,打好科技竞赛攻坚战。限于篇幅,实战篇部分,本书给出了两个经典的一等奖获奖申报书,更多的案例请于作者联系索取。
本书参考了国内多位学者的论文或著作、
河北工业大学机械工程学院序
前言
第一篇运筹帷幄、决胜千里(谋划篇)
第1章我为什么要参加学科竞赛2
11新时代新要求2
12大学你“佩奇”了吗2
13时间都去哪了3
14更上一层楼4
第2章学科竞赛能给你什么6
21酸甜苦辣的味道6
22辉煌的荣誉结硕果7
23人人都是艺术品7
24我有一双灵巧手7
25奔跑吧8
第3章如何参加学科竞赛9
31特别关注9
32没有调查就没有发言权10
33不打无准备之仗11
34巧妇难为无米之炊11
35站在巨人肩上12
36态度决定一切12
37待之如“初恋”13
第4章课程的组织和实施14
41课程基本情况14
42组织和实施模式15
43复杂工程问题与教学环节对应关系16
44考核评价方法及要求16第二篇知己知彼、胜券在握(战略篇)
第5章“挑战杯”全国大学生系列
科技学术竞赛18
51“挑战杯”系列介绍18
52组织单位和时间19
53“大挑”相关信息19
54“小挑”相关信息20
第6章全国大学生机械创新设计
大赛22
61大赛简介22
62组织单位22
63举办时间22
64奖励与等级22
65评审原则23
66历届主题23
67参赛资格与作品申报24
68时间安排24
69慧鱼创新(创意)设计专项竞赛24
第7章“创青春”全国大学生创业
大赛26
71大赛简介26
72组织单位26
73举办周期26
74竞赛基本方式26
75奖励与等级27
76参赛资格与作品申报27
77重要时间节点27
第8章中国“互联网+”大学生创新
创业大赛29
81大赛介绍29
82组织单位29
83举办周期29
84比赛赛制29
85总体安排30
86参赛项目类型30
87奖励与等级32
88参赛资格与作品申报33
89历届主题34
810时间安排34
第9章全国大学生节能减排社会
实践与科技竞赛36
91大赛介绍36
92组织单位36
93举办周期36
94奖励与等级36
95参赛资格与作品申报36
96作品评审37
97重要时间节点37
第10章iCAN大学生创新创业大赛38
101大赛介绍38
102组织单位38
103举办周期38
104奖励与等级38
105参赛资格与作品申报38
106评审要求39
107评审规则39
108重要时间节点39
109参赛项目分类40
第11章其他主要相关学科竞赛41
111全国大学生电子商务“创新、
创意及创业”挑战赛41
112全国大学生数学建模竞赛41
113全国大学生工程实践与创新能力
大赛42
114全国大学生电子设计竞赛42
115全国大学生智能汽车竞赛42
116全国大学生交通运输科技大赛43第三篇各个突破、步步为赢(战术篇)
第12章创意产生方法与过程45
121发现与发明45
122创意、创造与创新45
123创新意识、创新思维和创新能力46
124典型创新思维46
125影响创意产生的心理问题47
126创意产生的一般过程49
127问题及其解决方法50
128常用问题发现方法51
129常用创意产生方法54
第13章机械产品创新设计过程66
131传统的机械产品设计流程66
132机械产品计算机辅助设计流程66
133机械产品集成开发流程67
134产品设计过程模型68
135著名的设计理论71
第14章机械产品创新设计基础74
141基本机构74
142组合机构79
143机构演化、变异84
第15章机械产品建模与仿真92
151计算机建模基础92
152机械产品建模方法99
153机械产品虚拟装配103
154实体建模常用命令解析106
155常用三维建模与仿真软件107
第16章有限元分析理论及实例111
161有限元法基本思想111
162有限元法分析的基本步骤111
163静力学分析113
164模态分析理论基础113
165谐响应分析114
166瞬态动力学分析115
167有限元分析软件115
168有限元分析实例119
第17章机械产品动力学分析与
仿真132
171多体系统动力学模型的求解过程132
172多刚体系统动力学分析计算理论133
173多柔体系统动力学分析计算理论135
174ADAMS机械系统动力学分析软件137
175机械产品动力学模型实现方法139
176基于ADAMS的增速器仿真与分析
实例142
第18章机械产品优化设计154
181最优化问题数学模型154
182多目标优化方法156
183优化设计软件159
184优化设计实例159第四篇案例演练、能力提升(实战篇)
第19章“挑战杯”全国大学生课外学
术科技作品竞赛全国一等奖
案例:面向自升式海洋钻井
平台的行星传动齿轮齿条
爬升与锁紧系统175
191设计目的175
192设计思路175
193技术关键190
194作品创新点190
195作品先进性191
第20章全国大学生机械创新设计大赛
全国一等奖案例:一种适用于
多种类多规格食品的瓦楞
纸箱包装机192
201引言192
202国内外研究概况193
203设计目标与详细设计194
204创新特色201
205已获成果201