張振國，呂全貴，張學(xué)軍，郭俊先

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機械交通學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

基于農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)人才培養(yǎng)的CAD/ CAE系統(tǒng)集成興趣小組設(shè)計與建設(shè)的探索

張振國，呂全貴，張學(xué)軍，郭俊先

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機械交通學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

為快速推進新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)卓越人才培養(yǎng)的進程，建立CAD/CAE系統(tǒng)集成興趣小組，小組以農(nóng)機專業(yè)大三年級自由組合為主要形式，旨在通過興趣小組的形式推進卓越人才培養(yǎng)計劃中農(nóng)機專業(yè)人才CAD/CAE技術(shù)的提升，最終實現(xiàn)卓越人才興趣小組成員可以熟練進行二維工程圖的繪制、三維虛擬仿真分析，達(dá)到開闊學(xué)生視野，提高學(xué)生機械仿真設(shè)計的技能。針對興趣小組建立過程中存在的問題，提出對于開展興趣小組建立過程的一點體會，為新疆維吾爾自治區(qū)緊缺專業(yè)-農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)的卓越人才培養(yǎng)計劃的進一步實施提供幫助。

人才培養(yǎng)；CAD/CAE；系統(tǒng)集成；興趣小組

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）是貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項目，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)[1～3]。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)的農(nóng)業(yè)機械化及其自動化獲得國家第三批卓越工程師教育培養(yǎng)計劃，該計劃的進一步實施對新疆維吾爾自治區(qū)緊缺專業(yè)--農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)的卓越人才培養(yǎng)計劃的進一步實施提供幫助。

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)旨在培養(yǎng)德、智、體全面發(fā)展的，掌握農(nóng)業(yè)機械及其自動化裝備的構(gòu)造原理，具備農(nóng)業(yè)物理、現(xiàn)代生物學(xué)和設(shè)備使用管理的基本知識，能夠從事農(nóng)業(yè)機械及相關(guān)裝備性能設(shè)計、產(chǎn)品制造、使用、維修、改造、農(nóng)業(yè)機械化規(guī)劃與管理、教學(xué)與科研，以及營銷與服務(wù)等方面工作的專門工程技術(shù)人才。

為快速推進新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)卓越人才的培養(yǎng)，建立CAD/CAE系統(tǒng)集成興趣小組，小組以農(nóng)機專業(yè)大三年級自由組合為主要形式，旨在通過興趣小組的形式推進卓越人才培養(yǎng)計劃中農(nóng)機專業(yè)人才CAD/CAE技術(shù)的提升，最終實現(xiàn)卓越人才興趣小組成員可以熟練進行二維工程圖的繪制、三維虛擬仿真分析，達(dá)到開闊學(xué)生視野，提高學(xué)生機械仿真設(shè)計的技能。

1 項目的目的、意義

通過農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)卓越人才培養(yǎng)的CAD/CAE系統(tǒng)集成興趣小組設(shè)計與建設(shè)，系統(tǒng)組織學(xué)生通過興趣小組的活動，普及數(shù)字化設(shè)計方法和技能，提升學(xué)生創(chuàng)新能力、鍛煉學(xué)生獨立工作的能力，將課堂專業(yè)學(xué)習(xí)與實踐鍛煉緊密結(jié)合，促進本專業(yè)學(xué)生對專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣和關(guān)注度，為卓越人才的培養(yǎng)提供幫助。

（1）通過對農(nóng)業(yè)機械的零件的加工實習(xí)、焊接以及機器的裝配過程，培養(yǎng)學(xué)生動手能力以及處理工程實際問題的能力。

（2）通過對企業(yè)各種加工、焊接、裝配圖紙的識讀，讓學(xué)生機械繪圖技術(shù)能力的提升，主要包括制圖的能力、計算機繪圖（二維圖的繪制、虛擬樣機的建立）、加工工藝以及加工過程中使用的夾具、模具等。

（3）通過建立的虛擬樣機，指導(dǎo)學(xué)生完成對樣機的運動與動力學(xué)分析以及有限元分析，培養(yǎng)學(xué)生對機械各方面直觀的認(rèn)識，對企業(yè)機器中存在的問題提出合理化建議。

CAD/CAE技術(shù)以計算機及周邊設(shè)備和系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，它包括二維繪圖設(shè)計、三維幾何造型設(shè)計、有限元分析(FEA)及優(yōu)化設(shè)計等內(nèi)容。CAD/CAE技術(shù)的使用，極大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量，加速了產(chǎn)品的開發(fā)，縮短了從設(shè)計到生產(chǎn)的周期，縮短了產(chǎn)品的上市周期，實現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計、加工的自動化[4]。

CAD/CAE技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計的主流和發(fā)展方向，是企業(yè)創(chuàng)新設(shè)計不可缺少的能力之一，是機械類專業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)人才必須掌握的基本技能[5～6]。以農(nóng)牧機械設(shè)計課程為基礎(chǔ)，組建“農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)卓越人才培養(yǎng)的CAD/CAE系統(tǒng)集成興趣小組”，對培養(yǎng)機械類學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力、仿真與有限元分析能力以及解決生產(chǎn)實際的能力，都有很好地促進作用，為校企合作和卓越人才的培養(yǎng)提供幫助。

2 主要內(nèi)容

2.1 建設(shè)方案

（1）以班級為單位把學(xué)生分成5～6人的興趣小組；

（2）讓學(xué)生對工藝、模具、夾具及機械設(shè)計軟件應(yīng)用等方面進行全面學(xué)習(xí)；

（3）利用公司提供的加工圖紙，進行圖紙繪制、仿真及分析；

（4）最后通過優(yōu)化后，對所測繪的機械進行結(jié)構(gòu)改進。

2.2 活動規(guī)則

（1）嚴(yán)格活動小組紀(jì)律；（2）定期檢查任務(wù)進程；（3）定期進行小組間的階段學(xué)習(xí)匯報、交流。

2.3 學(xué)習(xí)內(nèi)容

明確興趣小組主要掌握的理論知識，主要有：（1）《工程制圖》、《CAD/CAM技術(shù)》、《機械原理》、《機械設(shè)計》等基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)；（2）二維制圖軟件Auto CAD的學(xué)習(xí)；（3）三維實體建模軟件UG的建模的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)；（4）運動與動力學(xué)軟件ADAMS的學(xué)習(xí)；（5）有限元分析軟件ANSYS的學(xué)習(xí)；（6）其他課程。

2.4 具體實施計劃

（1）組建卓越人才興趣小組；（2）系統(tǒng)地學(xué)習(xí)理論；（3）針對實習(xí)公司所有的農(nóng)業(yè)機器，進行零件的加工、工藝卡片的繪制、零件夾具、模具的設(shè)計、整機虛擬樣機的建立；（4）通過對虛擬樣機的運動學(xué)與動力學(xué)分析、有限元分析等，給企業(yè)提供機器的合理化改進的建議。

3 方法和手段（校企合作）

為了與生產(chǎn)實際結(jié)合更加緊密，本小組后期采用校企合作的方式，讓學(xué)生以公司的成型產(chǎn)品存在的實際問題為出發(fā)點，通過對機器的二維工程圖的繪制、三維虛擬仿真分析，達(dá)到解決生產(chǎn)實際問題，提高學(xué)生機械仿真設(shè)計的技能[7～9]。

（1）卓越人才興趣小組以自主學(xué)習(xí)為主、教師傳授為輔，充分發(fā)揮學(xué)生的自主積極性。教師對重點技術(shù)知識進行重點講解，以積極引導(dǎo)為主。

（2）帶領(lǐng)學(xué)生對企業(yè)的產(chǎn)品對象進行了解與熟悉，了解企業(yè)的農(nóng)業(yè)機械各部分的結(jié)構(gòu)與裝配關(guān)系，以及更深層次地了解機械各部分運動受力的關(guān)系，找出后面運動學(xué)、有限元的分析重點，使所學(xué)知識與實際相結(jié)合。

（3）工作有計劃，每周與學(xué)生交流一次，督促有成效，鍛煉學(xué)生PPT的表達(dá)能力。檢查分工小組前一周內(nèi)容的完成情況及存在的問題，用PPT交流并進行討論，得出新的實施意見和建議，再布置新內(nèi)容和下一步工作計劃，讓學(xué)生了解工作進展情況[10～12]。

（4）個人有分工，依據(jù)學(xué)生特長分配工作。依據(jù)學(xué)生的特長進行分工，使學(xué)生分工合作完成產(chǎn)品的分析，加強學(xué)生之間的協(xié)同配合能力。

（5）學(xué)習(xí)軟件與實際應(yīng)用向結(jié)合的方式，使得學(xué)生所學(xué)知識技能可以應(yīng)用到生產(chǎn)實踐中去。

（6）以興趣小組帶動多數(shù)同學(xué)參加專業(yè)學(xué)習(xí)和實踐技能的提高，興趣小組學(xué)生要定期為本專業(yè)學(xué)生進行報告講演，匯報所學(xué)討論交流。

4 存在的問題

4.1 仿真課程體系未完整的建立

農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)旨在培養(yǎng)具有能夠從事農(nóng)業(yè)機械及相關(guān)裝備性能設(shè)計、產(chǎn)品制造、使用、維修、改造、農(nóng)業(yè)機械化規(guī)劃與管理、教學(xué)與科研，以及營銷與服務(wù)等方面工作的專門工程技術(shù)人才。大部分課程集中在農(nóng)機的設(shè)計課程及應(yīng)用課程為主，缺少高等數(shù)學(xué)、高等物理，以及農(nóng)業(yè)機械性能分析相關(guān)的課程，對農(nóng)業(yè)機械性能分析設(shè)計較少，學(xué)生對農(nóng)業(yè)機械的仿真設(shè)計能力不足。同時，學(xué)生的實踐環(huán)節(jié)也缺少對農(nóng)業(yè)機械深層次問題的探討，只留于表面，缺少對一些關(guān)鍵部件經(jīng)常損壞原因的分析，無法通過模擬仿真的方法解決生產(chǎn)實踐的問題。

4.2 學(xué)生創(chuàng)新能力不足我國傳統(tǒng)工科教育重書本、輕實踐，重知識、輕能力，重科研、輕教學(xué)。目前國內(nèi)高校的工科學(xué)生一般都缺少對工程設(shè)計和運用綜合知識解決問題的重要性的理解，他們一般認(rèn)為科學(xué)比技術(shù)更重要，這正是中國傳統(tǒng)工程教育不重視工程設(shè)計的誤區(qū)，導(dǎo)致學(xué)生缺少工程設(shè)計和實踐的經(jīng)歷。以機化112班為例，學(xué)生普遍只會簡單的繪制機器的三維虛擬樣機。由于缺少實際的操作經(jīng)驗，對機器使用過程中存在的問題無法通過各種方法去解決，缺少創(chuàng)新性思維去解決實際問題。

4.3 學(xué)生對仿真分析的興趣度不高

農(nóng)機專業(yè)大部分為男生，大部分學(xué)生喜歡動手去做，但是對于理論層次比較高的仿真分析興趣度不高。一是因為仿真分析需要比較強的理論分析能力，學(xué)生不具備分析的基本能力，大部分只具備簡單的模仿能力；其次是學(xué)生對繁瑣的理論學(xué)習(xí)興趣度不高，很難達(dá)到理論分析及仿真分析的程度。學(xué)生認(rèn)為農(nóng)機設(shè)計就是按照機械設(shè)計手冊所述的設(shè)計方法設(shè)計即可，只掌握基本的機械設(shè)計能力，設(shè)計的機械在實際工作中能否應(yīng)用關(guān)注不夠。

5 體會

為快速推進新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)卓越人才培養(yǎng)的進程，通過農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)卓越人才培養(yǎng)的CAD/CAE系統(tǒng)集成興趣小組設(shè)計與建設(shè)過程，主要有以下幾點體會：

5.1 完善農(nóng)機專業(yè)課程體系

農(nóng)機專業(yè)根據(jù)院校所在地區(qū)的不同，課程體系的安排也不一樣。目前，我院主要的課程集中在畫法幾何、工程制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機械原理、機械設(shè)計、汽車和拖拉機構(gòu)造、農(nóng)業(yè)機械學(xué)、畜牧機械學(xué)、農(nóng)產(chǎn)品加工機械與設(shè)備、農(nóng)業(yè)機械新技術(shù)、數(shù)字農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)工程導(dǎo)論等基礎(chǔ)課程[12～14]，基本不涉及目前比較先進的模擬仿真分析。因此，需要完善農(nóng)機課程體系的建立，加強農(nóng)業(yè)機械化仿真、優(yōu)化分析的課程以及在實踐中分析農(nóng)業(yè)機械實際問題及解決問題的實踐課程，從而使學(xué)生可以基本達(dá)到仿真分析解決實際問題的能力。

5.2 加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

目前學(xué)生大部分時間在根據(jù)已有的產(chǎn)品進行簡單地仿造，無法獨立地進行創(chuàng)新。因此，應(yīng)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新積極性，讓學(xué)生把自己在機械設(shè)計過程中的想法，通過自己的設(shè)計去在實踐中進行設(shè)計，并通過仿真分析，檢驗自己的想法是否正確，需要通過哪些技術(shù)途徑進行改進，加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，切實推進學(xué)生對農(nóng)業(yè)機械方面的虛擬仿真設(shè)計、分析。

5.3 培養(yǎng)學(xué)生仿真分析的興趣

仿真分析是實現(xiàn)機械高性能的快速途徑，是未來機械設(shè)計過程中必不可少的過程。只有掌握了機械設(shè)計過程中的仿真分析能力，才能最大限度地提高機械設(shè)計的進程及節(jié)約機械設(shè)計的成本。因此，必須加強學(xué)生仿真分析能力的培養(yǎng)。學(xué)生對目前先進農(nóng)業(yè)機械技術(shù)興趣度很高，如何指引學(xué)生通過自己所學(xué)的專業(yè)知識實現(xiàn)專業(yè)農(nóng)機的設(shè)計，是提高學(xué)生興趣的關(guān)鍵，旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才。

6 結(jié)論

本文從農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)卓越人才培養(yǎng)的CAD/CAE系統(tǒng)集成興趣小組設(shè)計與建設(shè)的目的及意義，到興趣小組的建立，以及興趣小組的工作方法和手段，最后分析得出CAD/CAE系統(tǒng)集成興趣小組設(shè)計與建設(shè)過程中在課程體系未完善、學(xué)生創(chuàng)新能力不足、學(xué)生對仿真分析的興趣度不高等問題，最后結(jié)合培訓(xùn)班實際，提出農(nóng)機培訓(xùn)應(yīng)逐步完善農(nóng)機專業(yè)課程體系、加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生仿真分析的興趣等幾點體會，為新疆維吾爾自治區(qū)緊缺專業(yè)-農(nóng)業(yè)機械化及其自動化專業(yè)的卓越人才培養(yǎng)計劃的進一步實施提供幫助。

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10.13620/j.cnki.issn1007-7782.2015.03.018

G420

：B

1007-7782（2015）03-0044-04

2015-6-20

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)2015年校級教研教改項目

呂全貴