基于农业机械化及其自动化专业人才培养的CAD/ CAE系统集成兴趣小组设计与建设的探索

2015-02-21张振国吕全贵张学军郭俊先

新疆农机化 2015年3期

关键词：兴趣小组卓越机械设计

张振国，吕全贵，张学军，郭俊先

（新疆农业大学机械交通学院，新疆乌鲁木齐 830052）

基于农业机械化及其自动化专业人才培养的CAD/ CAE系统集成兴趣小组设计与建设的探索

张振国，吕全贵，张学军，郭俊先

（新疆农业大学机械交通学院，新疆乌鲁木齐 830052）

为快速推进新疆农业大学农业机械化及其自动化专业卓越人才培养的进程，建立CAD/CAE系统集成兴趣小组，小组以农机专业大三年级自由组合为主要形式，旨在通过兴趣小组的形式推进卓越人才培养计划中农机专业人才CAD/CAE技术的提升，最终实现卓越人才兴趣小组成员可以熟练进行二维工程图的绘制、三维虚拟仿真分析，达到开阔学生视野，提高学生机械仿真设计的技能。针对兴趣小组建立过程中存在的问题，提出对于开展兴趣小组建立过程的一点体会，为新疆维吾尔自治区紧缺专业-农业机械化及其自动化专业的卓越人才培养计划的进一步实施提供帮助。

人才培养；CAD/CAE；系统集成；兴趣小组

“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务[1～3]。新疆农业大学的农业机械化及其自动化获得国家第三批卓越工程师教育培养计划，该计划的进一步实施对新疆维吾尔自治区紧缺专业--农业机械化及其自动化专业的卓越人才培养计划的进一步实施提供帮助。

新疆农业大学农业机械化及其自动化专业旨在培养德、智、体全面发展的，掌握农业机械及其自动化装备的构造原理，具备农业物理、现代生物学和设备使用管理的基本知识，能够从事农业机械及相关装备性能设计、产品制造、使用、维修、改造、农业机械化规划与管理、教学与科研，以及营销与服务等方面工作的专门工程技术人才。

为快速推进新疆农业大学农业机械化及其自动化专业卓越人才的培养，建立CAD/CAE系统集成兴趣小组，小组以农机专业大三年级自由组合为主要形式，旨在通过兴趣小组的形式推进卓越人才培养计划中农机专业人才CAD/CAE技术的提升，最终实现卓越人才兴趣小组成员可以熟练进行二维工程图的绘制、三维虚拟仿真分析，达到开阔学生视野，提高学生机械仿真设计的技能。

1 项目的目的、意义

通过农业机械化及其自动化专业卓越人才培养的CAD/CAE系统集成兴趣小组设计与建设，系统组织学生通过兴趣小组的活动，普及数字化设计方法和技能，提升学生创新能力、锻炼学生独立工作的能力，将课堂专业学习与实践锻炼紧密结合，促进本专业学生对专业学习的兴趣和关注度，为卓越人才的培养提供帮助。

（1）通过对农业机械的零件的加工实习、焊接以及机器的装配过程，培养学生动手能力以及处理工程实际问题的能力。

（2）通过对企业各种加工、焊接、装配图纸的识读，让学生机械绘图技术能力的提升，主要包括制图的能力、计算机绘图（二维图的绘制、虚拟样机的建立）、加工工艺以及加工过程中使用的夹具、模具等。

（3）通过建立的虚拟样机，指导学生完成对样机的运动与动力学分析以及有限元分析，培养学生对机械各方面直观的认识，对企业机器中存在的问题提出合理化建议。

CAD/CAE技术以计算机及周边设备和系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析(FEA)及优化设计等内容。CAD/CAE技术的使用，极大地提高了产品质量，加速了产品的开发，缩短了从设计到生产的周期，缩短了产品的上市周期，实现了产品设计、加工的自动化[4]。

CAD/CAE技术是现代工业设计的主流和发展方向，是企业创新设计不可缺少的能力之一，是机械类专业培养高素质人才必须掌握的基本技能[5～6]。以农牧机械设计课程为基础，组建“农业机械化及其自动化专业卓越人才培养的CAD/CAE系统集成兴趣小组”，对培养机械类学生创新设计能力、仿真与有限元分析能力以及解决生产实际的能力，都有很好地促进作用，为校企合作和卓越人才的培养提供帮助。

2 主要内容

2.1 建设方案

（1）以班级为单位把学生分成5～6人的兴趣小组；

（2）让学生对工艺、模具、夹具及机械设计软件应用等方面进行全面学习；

（3）利用公司提供的加工图纸，进行图纸绘制、仿真及分析；

（4）最后通过优化后，对所测绘的机械进行结构改进。

2.2 活动规则

（1）严格活动小组纪律；（2）定期检查任务进程；（3）定期进行小组间的阶段学习汇报、交流。

2.3 学习内容

明确兴趣小组主要掌握的理论知识，主要有：（1）《工程制图》、《CAD/CAM技术》、《机械原理》、《机械设计》等基础课程学习；（2）二维制图软件Auto CAD的学习；（3）三维实体建模软件UG的建模的培训和学习；（4）运动与动力学软件ADAMS的学习；（5）有限元分析软件ANSYS的学习；（6）其他课程。

2.4 具体实施计划

（1）组建卓越人才兴趣小组；（2）系统地学习理论；（3）针对实习公司所有的农业机器，进行零件的加工、工艺卡片的绘制、零件夹具、模具的设计、整机虚拟样机的建立；（4）通过对虚拟样机的运动学与动力学分析、有限元分析等，给企业提供机器的合理化改进的建议。

3 方法和手段（校企合作）

为了与生产实际结合更加紧密，本小组后期采用校企合作的方式，让学生以公司的成型产品存在的实际问题为出发点，通过对机器的二维工程图的绘制、三维虚拟仿真分析，达到解决生产实际问题，提高学生机械仿真设计的技能[7～9]。

（1）卓越人才兴趣小组以自主学习为主、教师传授为辅，充分发挥学生的自主积极性。教师对重点技术知识进行重点讲解，以积极引导为主。

（2）带领学生对企业的产品对象进行了解与熟悉，了解企业的农业机械各部分的结构与装配关系，以及更深层次地了解机械各部分运动受力的关系，找出后面运动学、有限元的分析重点，使所学知识与实际相结合。

（3）工作有计划，每周与学生交流一次，督促有成效，锻炼学生PPT的表达能力。检查分工小组前一周内容的完成情况及存在的问题，用PPT交流并进行讨论，得出新的实施意见和建议，再布置新内容和下一步工作计划，让学生了解工作进展情况[10～12]。

（4）个人有分工，依据学生特长分配工作。依据学生的特长进行分工，使学生分工合作完成产品的分析，加强学生之间的协同配合能力。

（5）学习软件与实际应用向结合的方式，使得学生所学知识技能可以应用到生产实践中去。

（6）以兴趣小组带动多数同学参加专业学习和实践技能的提高，兴趣小组学生要定期为本专业学生进行报告讲演，汇报所学讨论交流。

4 存在的问题

4.1 仿真课程体系未完整的建立

农业机械化及其自动化专业的培养目标旨在培养具有能够从事农业机械及相关装备性能设计、产品制造、使用、维修、改造、农业机械化规划与管理、教学与科研，以及营销与服务等方面工作的专门工程技术人才。大部分课程集中在农机的设计课程及应用课程为主，缺少高等数学、高等物理，以及农业机械性能分析相关的课程，对农业机械性能分析设计较少，学生对农业机械的仿真设计能力不足。同时，学生的实践环节也缺少对农业机械深层次问题的探讨，只留于表面，缺少对一些关键部件经常损坏原因的分析，无法通过模拟仿真的方法解决生产实践的问题。

4.2 学生创新能力不足我国传统工科教育重书本、轻实践，重知识、轻能力，重科研、轻教学。目前国内高校的工科学生一般都缺少对工程设计和运用综合知识解决问题的重要性的理解，他们一般认为科学比技术更重要，这正是中国传统工程教育不重视工程设计的误区，导致学生缺少工程设计和实践的经历。以机化112班为例，学生普遍只会简单的绘制机器的三维虚拟样机。由于缺少实际的操作经验，对机器使用过程中存在的问题无法通过各种方法去解决，缺少创新性思维去解决实际问题。

4.3 学生对仿真分析的兴趣度不高

农机专业大部分为男生，大部分学生喜欢动手去做，但是对于理论层次比较高的仿真分析兴趣度不高。一是因为仿真分析需要比较强的理论分析能力，学生不具备分析的基本能力，大部分只具备简单的模仿能力；其次是学生对繁琐的理论学习兴趣度不高，很难达到理论分析及仿真分析的程度。学生认为农机设计就是按照机械设计手册所述的设计方法设计即可，只掌握基本的机械设计能力，设计的机械在实际工作中能否应用关注不够。

5 体会

为快速推进新疆农业大学农业机械化及其自动化专业卓越人才培养的进程，通过农业机械化及其自动化专业卓越人才培养的CAD/CAE系统集成兴趣小组设计与建设过程，主要有以下几点体会：

5.1 完善农机专业课程体系

农机专业根据院校所在地区的不同，课程体系的安排也不一样。目前，我院主要的课程集中在画法几何、工程制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、汽车和拖拉机构造、农业机械学、畜牧机械学、农产品加工机械与设备、农业机械新技术、数字农业、农业工程导论等基础课程[12～14]，基本不涉及目前比较先进的模拟仿真分析。因此，需要完善农机课程体系的建立，加强农业机械化仿真、优化分析的课程以及在实践中分析农业机械实际问题及解决问题的实践课程，从而使学生可以基本达到仿真分析解决实际问题的能力。

5.2 加强学生创新能力的培养

目前学生大部分时间在根据已有的产品进行简单地仿造，无法独立地进行创新。因此，应激发学生的创新积极性，让学生把自己在机械设计过程中的想法，通过自己的设计去在实践中进行设计，并通过仿真分析，检验自己的想法是否正确，需要通过哪些技术途径进行改进，加强学生创新能力的培养，切实推进学生对农业机械方面的虚拟仿真设计、分析。

5.3 培养学生仿真分析的兴趣

仿真分析是实现机械高性能的快速途径，是未来机械设计过程中必不可少的过程。只有掌握了机械设计过程中的仿真分析能力，才能最大限度地提高机械设计的进程及节约机械设计的成本。因此，必须加强学生仿真分析能力的培养。学生对目前先进农业机械技术兴趣度很高，如何指引学生通过自己所学的专业知识实现专业农机的设计，是提高学生兴趣的关键，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。

6 结论

本文从农业机械化及其自动化专业卓越人才培养的CAD/CAE系统集成兴趣小组设计与建设的目的及意义，到兴趣小组的建立，以及兴趣小组的工作方法和手段，最后分析得出CAD/CAE系统集成兴趣小组设计与建设过程中在课程体系未完善、学生创新能力不足、学生对仿真分析的兴趣度不高等问题，最后结合培训班实际，提出农机培训应逐步完善农机专业课程体系、加强学生创新能力的培养、培养学生仿真分析的兴趣等几点体会，为新疆维吾尔自治区紧缺专业-农业机械化及其自动化专业的卓越人才培养计划的进一步实施提供帮助。

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