独立学院机械专业开设CAE课程的探索与研究

摘要：根据制造业的发展趋势，本文提出改革完善机械专业的课程体系，增设CAE课程，培养学生CAD/CAM/CAE技术的一体化应用，以适应现代化企业对人才的需求。

关键词：CAD/CAM/CAE；机械专业；教学改革

中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0231-02

随着计算机技术及应用的快速发展，CAD、CAM等新技术得以迅猛发展。CAD、CAM已经在电子、造船、航空、航天、机械、建筑、汽车等各个领域中得到了广泛的应用，成为最具有生产潜力的工具，展现了光明的前景。而随着CAD/CAM/CAE技术的日益成熟以及计算机技术的不断发展，产品的设计与制造方法、方式也随之发生了根本性的改变[1]。为了更好地满足使用者的需求，现代企业越来越关注产品质量、产品的开发周期和开发成本，CAE作为产品开发的重要技术之一，其应用价值日益显现。CAE技术是以科学和工程问题为背景，建立计算机模型并进行计算机仿真分析，对工程和产品进行性能与可靠性分析，对其未来的工作状态和运行状态进行模拟，及早发现设计中的不足，加以修改，并证实未来工程、产品性能的可行性和可靠性[2]，能够大大缩短设计开发周期。越来越多的企业也将CAE技术引进到产品开发设计、制造等环节，对CAE技术人才的需求越来越大，由于我校是一所培养应用型本科人才的独立学院，应及时开设CAE技术相关课程，以适应市场对这方面人才的需求。

一、培养模式的调整

目前，我校机械工程及自动化专业为宽口径专业，培养能在工业生产第一线从事机械工程及自动化领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作的高级机械工程及自动化技术和管理人才，设有数控技术、模具与计算机辅助设计两个专业方向。开设的课程除了专业基础外，还有《模具CAD/CAM》《三维实体软件》《精密与超精密加工技术》《快速成型技术》《自动化机械设计》等。可见，本专业在课程设置上，比较重视对学生CAD/CAM知识和技术的培养，而缺少CAE相关课程的设置，这样将导致学生的学习、知识系统不够完整。虽然学习了CAD/CAM的基础知识，掌握了一些相关应用软件的操作，但是对实际生产的后续工序没有深刻的了解，更无法解决实际工程中的一些问题。在现有的专业课程中增设CAE相关课程，培养学生CAD/CAM/CAE技术的一体化应用，尤其是利用CAE知识和应用软件完成对实际生产问题的模拟分析，并根据模拟分析结果提出改进和优化措施，是教学改革的目标。

二、课程改革及其要求

1.完善课程体系，健全知识结构。新增CAE课程的教学对象为四年级上学期的学生，该层次的学生经过前面三年的学习，对专业的基础知识有了一个比较全面的了解，基本熟悉CAD/CAM技术的概念，掌握了一些相应的二维/三维的软件的操作，能够利用CAD软件完成一些产品设计任务，初步具备了CAD技术的应用能力。在机械专业中增设CAE的相关课程，培养学生学习CAE技术的理论基础和相关软件，全面掌握CAD/CAM/CAE的一体化知识结构。最终达到在具备了CAD/CAM技术的应用能力的前提下，能够利用CAE技术进行机械生产工艺的模拟仿真和结构分析的目的。在这个过程中，必须要做好与前面专业知识以及CAD/CAM技术的衔接，使学生在所学知识的结构基础上理顺所学的新知识。如针对模具与计算机辅助设计方向的学生，他们学习模具CAE的目的是利用CAE技术来预测成型过程中的各种缺陷，优化工艺参数，以期得到合理的模具结构和优化的工艺参数，所以必须结合模具设计的相关专业知识，与CAE技术穿插讲解，做好专业知识与CAE技能训练的自然衔接和结合，使学生的知识结构更为系统。

2.教学新要求。在进行CAE课程的授课过程中，教师要注意做好以下几点：①将课程体系做相应的调整，使CAE理论与CAE软件融合在一起，二者充分结合，以突出知识结构的完整性。②注重知识点面结合。课堂授课要讲、练结合，知识的重点和难点应结合适当的实例进行练习和重点剖析。既保证了重点，又兼顾了全面，使学生能够掌握其中的要领和技巧。③课后要布置相应的思考题和练习题，以帮助学生消化、巩固和深化教学内容以及进行实际工程训练。④坚持理论与实践紧密结合的原则，注意介绍相应的实际生产中各类缺陷问题的解决方案以及这些方法的缺点，利用CAE分析预测、解决这些缺陷的优越性。通过教师对实际工程问题解决过程的讲解，提高学生的实际工程意识，学会在实际遇到问题时，能正确地去分析问题、解决问题，或者是能够对现有方案进行优化设计等。通过这样的形式来促进CAE理论与软件的学习、应用和普及。另外，教师除了在课堂上的讲授之外，在相应的课程设计、毕业设计以及学生课外科研项目等教学环节，应指导学生充分利用掌握的CAD/CAM/CAE技术针对实际课题来进行设计和分析，包括利用CAD技术进行产品设计，运用CAE技术进行数值仿真模拟和结构分析，根据模拟分析的结果，对产品设计提出反馈意见，再利用CAD技术对产品或工艺设计的不合理之处进行修改，之后再进行分析，直至分析结果达到工艺设计要求。在有条件的情况下，将实际生产结果与CAE分析结果做比对，验证CAE技术与实际的匹配度，最后应用CAM技术进行数控加工编程。通过这样的实践训练过程，提升学生对实际的应用软件的操作能力，也加强了学生解决实际生产项目的能力，学生自己也会觉得本来很多书本上的抽象的知识在实际的应用过程中有了解释，也更加强了他们的工程实践能力，从而提高教学质量和效率。

3.对教师的要求。开设CAE课程，同时对教师队伍建设以及专业教师本身都提出了更高的要求。不仅要求教师必须具有本专业扎实、系统的专业理论知识，同时要具备很强的专业实践能力，要实时关注市场、企业的需求和技术的发展，并且在教学上能够将理论知识与实际工程问题结合，具有指导学生将系统理论知识转换成系统的应用知识的能力。所以，作为独立院校的专业教师，以培养应用型本科人才为目的，应不断强化自身的专业知识，还应密切关注本行业的企业人才需求和技术发展，争取与企业开展产学研合作项目，深入到企业、工厂，尽量利用工厂、企业的实际生产实例为学生进行讲授，也可作为学生学习训练的素材，以提高学生的实际应用能力。

随着计算机的飞速发展和广泛应用，各种行之有效的数值计算方法得到了巨大的发展，CAE技术在制造行业获得越来越广泛的应用。而随着高等院校独立学院教学改革的不断深入，我校机械专业增设了CAE课程并在实践中不断进行教学改革，完善课程体系和教学方法，以提高学生CAD/CAM/CAE的综合应用能力，为制造业培养更多适应市场技术需求的合格人才。

参考文献：

[1]尹飞鸿.有限元法基本原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]纪爱敏.机械CAE分析原理及工程实践[M].北京：机械工业出版社，2009.

作者简介：余熳烨（1984-），女，广东潮州人，华南理工大学广州学院，助教，研究方向：机械制造及其自动化。