高校机械设计实验室闲置设备再开发利用
张维光
（江苏科技大学 机械工程学院 江苏镇江 212003）
摘 要：文章阐述了高校机械设计实验室的每一台闲置设备，都是一本极具生动性与实战性的教材，与其将长期闲置的设备单一的报废或者继续闲置，不如作为开展逆向工程训练的素材。此举不但可达到建设节约型社会、发展循环经济的目的，而且通过逆向工程训练培养学生的工程素质与创新能力，使之成为面向企业的产品设计师。
关键词：闲置设备、节约型社会、逆向工程、工程素质、创新能力
Redevelop and Reusethe Equipment Left Unused
In Machine Design Laboratory of The University
ZHANG Wei-guang
(Dept. of Mechanical Eng. , Jiangsu Science and Technology University, Zhenjiang Jiangsu 212003)
Abstract：The article explains that every equipments left unused is a teaching material with vivid very much and actual combat in machine design laboratory of the university, Would rather be as launching the target of reverse engineering trains than scrap only or continue leaving the equipments left unused. Not only can achieve the goal of building the saving-type society and developing recycle economy,but also can train students' engineering quality and innovative ability through reverse engineering training. Make them become products designers enterprise-oriented.
Key words: equipment left unused、saving-type society、reverse engineering 、engineering quality、innovative ability
1 引 言
实验室在高校长期发展的历程中，存在大量设备被闲置并因此而被报废是一种很普遍的现象。
2005年6月30日，国务院总理温家宝在建设节约型社会电视电话会议上强调，加快建设节约型社会。温家宝总理指出要着力抓好的重点工作中包括大力推进资源综合利用与大力发展循环经济。
由此可见，将本身就是一本极具生动性实战教材的闲置设备单一报废或者继续闲置，显然不符合会议的宗旨，而若能将其作为开展逆向工程训练的素材，不但可达到建设节约型社会、发展循环经济的目的，而且通过逆向工程训练培养学生的工程素质与创新能力，使之成为面向企业的产品设计师。
2 高校实验室设备被闲置的原因剖析
经过广泛调查，高等院校的实验室在发展的不同时期、不同阶段都存在设备闲置的现象，其原因大致可以分为以下几种情况[1]～[3]：
2.1设备的实际使用年数已经达到甚至超过国家规定使用年限，虽然能够继续使用但有可能由于不确定性的因素导致未知的后果；
2.2设备本身虽然完好但整体性能确实已经相对落后，已不能满足当前及未来的实验教学要求；
2.3现存同类型号设备数量有限而且客观上无条件再继续添置，致使使用该型号设备无法同时为更多的学
作者简介：张维光（1973-），男，河北青县人，实验师，学士，研究方向：实验教学与CAD/CAE/CAM。
Tel:0511-84402033,E_mail: zhang_weiguang@tom.com。
生提供实验教学服务，实验室只能新购更多数量的其它类型设备，从而满足当前实验教学规模的需求；
2.4设备部分零件或者关键零件损坏、缺失等而且不具备修复的价值，致使设备运转故障，确已不能继续服务于实验教学；
2.5设备虽然完好，但由于使用该设备的实验教学内容被调整出实验教学大纲而且已经持续较长时间，致使该实验设备长期闲置，该内容未来恢复的可能性极小。
3 当前处理闲置设备的方式过于单一甚至简单
实验设备一旦被长期闲置，除了极少数的可能被投入一定的资金进行改造升级之外，大多数的设备会被管理者填报设备报废申请单。待各级管理部门批准后交由报废设备回收人员拖走，当然报废设备在被拖走之前部分被认为有继续使用价值的零部件可能会被拆下来，然而这是破坏性拆卸，而非建设性的。
闲置设备之所以被采用报废的方法处理是基于避免影响设备利用率、完好率等指标的统计，减轻设备管理上的难度等。
然而，站在建设节约型社会的角度，这些貌似陈旧、甚至残缺不全的闲置设备，对于长期在课堂上学习理论知识的学生而言，却是一本不可多得的活生生的、实战性的教材，因而闲置设备大有实践价值可挖、大有文章可做[4]～[5]。正如温家宝总理提出的大力推进资源综合利用、大力发展循环经济。按照“减量化、再利用、资源化”的原则，促进资源循环式利用。因此，闲置设备不必急于报废，即便报废也应选择报废留用。当然有的学校制度上可能不允许，这也要求学校管理层应该有所作为，在设备管理制度上有所创新，如设备报废之前是校级管理，那么报废留用之后可降为学院级的管理，以防国有资产流失[6]。
4 闲置设备是开展逆向工程训练难得的素材
从马克思主义哲学角度而言，认识有三个阶段，分别是感性具体、理性抽象与理性具体[7]，学生在课堂上学习的知识大致可以理解为前两者，理性具体则需要在实践中掌握，闲置设备本身是成熟的产品即是理性具体的载体，因而利用其开展逆向工程训练，培养学生的工程素质与创新能力是非常理想的。
逆向工程是指对已有的产品或零件进行测量并建立数字化模型，在此基础上对已有产品进行剖析、理解与改进，是对已有产品设计的再优化。其目的是将原始物理模型转化为具有工程设计理念的产品数字化模型，一方面为提高工程设计效率、降低产品设计成本提供技术支持，另一方面为充分利用CAD/CAE/CAM技术对已有的产品进行设计提供支撑[8]。
4.1逆向工程开展流程
图1是闲置设备开展逆向工程训练流程图，图2是南京工学院（现东南大学）机械工厂1983年产HZS-1型液体动压轴承试验台经拆卸测绘后建立的数字化模型，图3是试验台内部核心结构图，图4亦是该厂1987年产YJ-79型插齿机（教具）经拆卸测绘后建立的数字化模型，它们本质而言就是学生课堂上所学知识的理性具体、兼具生动性与实战性的教材。
图1 闲置设备开展逆向工程训练流程图
图2 HZS-1型液体动压轴承试验台数字化模型
4.1.1设备在被拆卸测绘过程中，应该是保护性的、可复原的。零件尺寸的测绘是设备实物转化为数字化模型的关键步骤，其难点之一是如何消除由于被测件表面磨损、损坏等因素造成的测量误差，难点之二是对于复杂曲面如何精确测量。
图3 HZS-1型液体动压轴承试验台内部结构
图4 YJ-79型插齿机（教具）
4.1.2根据现场测量得到数据绘制二维图形，利用先进的三维造型软件如Pro/E野火5.0对每个零件进行三维建模,期间难点是复杂曲面的模型重建。再按照装配关系把零件装配成部件，最后把部件装配成整体。
4.1.3在计算机上对设备重新优化设计，之后再对数字化模型进行修改。
4.1.4 Pro/E野火5.0与其它数字化虚拟样机软件有很好的接口。把Pro/E文件导入到MSC-ADAMS中进行多体动力学仿真。在MSC-ADAMS中，创建相关运动副、定义载荷及驱动等，最终建立一个完整的虚拟样机模型。根据仿真结果，可再次对设备进行优化设计，以及数字化模型修改，最终进入产品制造环节[9]～[10]。
4.1.5逆向工程的最后一个环节一般是产品制造，在高校实验室显然是不具备此条件的，但是可以将产品制造成本分析作为替代的内容。进行成本分析的重要意义在于，设计师得到反馈的成本信息后可以再次对产品的设计方案进行优化设计，使设计的产品兼具功能性、技术性以及经济性，促使产品具有更强的市场竞争力，提高企业的生存竞争能力[11]～[13]。
4.2逆向工程训练的实施
4.2.1闲置设备在被拆卸测绘过程中，学生是站在学习者与使用者的角度。通过阅读、学习闲置设备这样一本兼具生动性与实战性的教材，可有效提高学生对《互换性与测量技术》、《机械设计》、《机械原理》、《机械制造工艺学》与《工程图学测绘实践》等专业基础课知识的理解深度并达到学以致用的实战目的，逐步培养出产品设计师应具备的工程素质；同时可以有效提高学生的动手能力与多种工具的使用能力。
4.2.2目前高校对与机械相关专业学生都会开设某些CAD软件的教学课程，因而运用所学的CAD软件建立闲置设备的数字化模型是开展CAD建模实践训练的难得机会。
4.2.3数字化模型建完之后，学生又以设计师的角度在计算机上辅以CAD/CAE软件对设备进行优化设计，从而有效地培养学生在产品设计方面的创新能力。
4.2.4学生再以设计师角度利用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计、仿真与评估，可缩短产品开发周期、降低成本与提高产品设计质量，这对于有效提高学生工程实践能力的意义无疑是重大的。
4.2.5学生最终以产品制造者的角度，对已完成优化设计的产品进行制造成本的分析。
一般而言，制造成本主要包括两个方面即材料成本与加工成本，而材料成本又分为原材料与辅助材料。原材料一般是指零件毛坯，辅助材料则是指在加工中所消耗的一些辅助性的材料，如机加工中的冷却液，焊接加工中的焊条等；加工成本大致包括设备资源消耗与劳动力资源消耗，成本取决于零件形状特征、精度特征、材料特征与工艺过程等[14]。
制造成本分析的目的，一方面，让学生对产品的制造过程有了较为全面的认知，另一方面是为了培养学生作为设计师要兼具产品的功能性、技术性与经济性的工程素质，从而真正成为企业所需要的优秀的产品设计师。
5 结束语
将实验室闲置设备作为开展逆向工程训练的平台与载体，是贯彻落实建设节约型社会、发展循环经济政策的有效运用。不但可以挖掘出闲置设备更多的实践教学价值、提升实验教师的业务素质，而且可以培养出直接面向企业的产品设计师，这无论对于高校、学生以及企业的意义是非常重大的[15]。
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