基于農業機械化及其自動化專業人才培養的CAD/ CAE系統集成興趣小組設計與建設的探索

張振國，呂全貴，張學軍，郭俊先

（新疆農業大學機械交通學院，新疆 烏魯木齊 830052）

基于農業機械化及其自動化專業人才培養的CAD/ CAE系統集成興趣小組設計與建設的探索

張振國，呂全貴，張學軍，郭俊先

（新疆農業大學機械交通學院，新疆 烏魯木齊 830052）

為快速推進新疆農業大學農業機械化及其自動化專業卓越人才培養的進程，建立CAD/CAE系統集成興趣小組，小組以農機專業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計劃中農機專業人才CAD/CAE技術的提升，最終實現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，達到開闊學生視野，提高學生機械仿真設計的技能。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緊缺專業-農業機械化及其自動化專業的卓越人才培養計劃的進一步實施提供幫助。

人才培養；CAD/CAE；系統集成；興趣小組

“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發展規劃綱要（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，培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務[1～3]。新疆農業大學的農業機械化及其自動化獲得國家第三批卓越工程師教育培養計劃，該計劃的進一步實施對新疆維吾爾自治區緊缺專業--農業機械化及其自動化專業的卓越人才培養計劃的進一步實施提供幫助。

新疆農業大學農業機械化及其自動化專業旨在培養德、智、體全面發展的，掌握農業機械及其自動化裝備的構造原理，具備農業物理、現代生物學和設備使用管理的基本知識，能夠從事農業機械及相關裝備性能設計、產品制造、使用、維修、改造、農業機械化規劃與管理、教學與科研，以及營銷與服務等方面工作的專門工程技術人才。

為快速推進新疆農業大學農業機械化及其自動化專業卓越人才的培養，建立CAD/CAE系統集成興趣小組，小組以農機專業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計劃中農機專業人才CAD/CAE技術的提升，最終實現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，達到開闊學生視野，提高學生機械仿真設計的技能。

1 項目的目的、意義

通過農業機械化及其自動化專業卓越人才培養的CAD/CAE系統集成興趣小組設計與建設，系統組織學生通過興趣小組的活動，普及數字化設計方法和技能，提升學生創新能力、鍛煉學生獨立工作的能力，將課堂專業學習與實踐鍛煉緊密結合，促進本專業學生對專業學習的興趣和關注度，為卓越人才的培養提供幫助。

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

（2）通過對企業各種加工、焊接、裝配圖紙的識讀，讓學生機械繪圖技術能力的提升，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，指導學生完成對樣機的運動與動力學分析以及有限元分析，培養學生對機械各方面直觀的認識，對企業機器中存在的問題提出合理化建議。

CAD/CAE技術以計算機及周邊設備和系統軟件為基礎，它包括二維繪圖設計、三維幾何造型設計、有限元分析(FEA)及優化設計等內容。CAD/CAE技術的使用，極大地提高了產品質量，加速了產品的開發，縮短了從設計到生產的周期，縮短了產品的上市周期，實現了產品設計、加工的自動化[4]。

CAD/CAE技術是現代工業設計的主流和發展方向，是企業創新設計不可缺少的能力之一，是機械類專業培養高素質人才必須掌握的基本技能[5～6]。以農牧機械設計課程為基礎，組建“農業機械化及其自動化專業卓越人才培養的CAD/CAE系統集成興趣小組”，對培養機械類學生創新設計能力、仿真與有限元分析能力以及解決生產實際的能力，都有很好地促進作用，為校企合作和卓越人才的培養提供幫助。

2 主要內容

2.1 建設方案

（1）以班級為單位把學生分成5～6人的興趣小組；

（2）讓學生對工藝、模具、夾具及機械設計軟件應用等方面進行全面學習；

（3）利用公司提供的加工圖紙，進行圖紙繪制、仿真及分析；

（4）最后通過優化后，對所測繪的機械進行結構改進。

2.2 活動規則

（1）嚴格活動小組紀律；（2）定期檢查任務進程；（3）定期進行小組間的階段學習匯報、交流。

2.3 學習內容

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》、《機械原理》、《機械設計》等基礎課程學習；（2）二維制圖軟件Auto CAD的學習；（3）三維實體建模軟件UG的建模的培訓和學習；（4）運動與動力學軟件ADAMS的學習；（5）有限元分析軟件ANSYS的學習；（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）系統地學習理論；（3）針對實習公司所有的農業機器，進行零件的加工、工藝卡片的繪制、零件夾具、模具的設計、整機虛擬樣機的建立；（4）通過對虛擬樣機的運動學與動力學分析、有限元分析等，給企業提供機器的合理化改進的建議。

3 方法和手段（校企合作）

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

（1）卓越人才興趣小組以自主學習為主、教師傳授為輔，充分發揮學生的自主積極性。教師對重點技術知識進行重點講解，以積極引導為主。

（2）帶領學生對企業的產品對象進行了解與熟悉，了解企業的農業機械各部分的結構與裝配關系，以及更深層次地了解機械各部分運動受力的關系，找出后面運動學、有限元的分析重點，使所學知識與實際相結合。

（3）工作有計劃，每周與學生交流一次，督促有成效，鍛煉學生PPT的表達能力。檢查分工小組前一周內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，再布置新內容和下一步工作計劃，讓學生了解工作進展情況[10～12]。

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

（5）學習軟件與實際應用向結合的方式，使得學生所學知識技能可以應用到生產實踐中去。

（6）以興趣小組帶動多數同學參加專業學習和實踐技能的提高，興趣小組學生要定期為本專業學生進行報告講演，匯報所學討論交流。

4 存在的問題

4.1 仿真課程體系未完整的建立

農業機械化及其自動化專業的培養目標旨在培養具有能夠從事農業機械及相關裝備性能設計、產品制造、使用、維修、改造、農業機械化規劃與管理、教學與科研，以及營銷與服務等方面工作的專門工程技術人才。大部分課程集中在農機的設計課程及應用課程為主，缺少高等數學、高等物理，以及農業機械性能分析相關的課程，對農業機械性能分析設計較少，學生對農業機械的仿真設計能力不足。同時，學生的實踐環節也缺少對農業機械深層次問題的探討，只留于表面，缺少對一些關鍵部件經常損壞原因的分析，無法通過模擬仿真的方法解決生產實踐的問題。

4.2 學生創新能力不足我國傳統工科教育重書本、輕實踐，重知識、輕能力，重科研、輕教學。目前國內高校的工科學生一般都缺少對工程設計和運用綜合知識解決問題的重要性的理解，他們一般認為科學比技術更重要，這正是中國傳統工程教育不重視工程設計的誤區，導致學生缺少工程設計和實踐的經歷。以機化112班為例，學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，缺少創新性思維去解決實際問題。

4.3 學生對仿真分析的興趣度不高

農機專業大部分為男生，大部分學生喜歡動手去做，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；其次是學生對繁瑣的理論學習興趣度不高，很難達到理論分析及仿真分析的程度。學生認為農機設計就是按照機械設計手冊所述的設計方法設計即可，只掌握基本的機械設計能力，設計的機械在實際工作中能否應用關注不夠。

5 體會

為快速推進新疆農業大學農業機械化及其自動化專業卓越人才培養的進程，通過農業機械化及其自動化專業卓越人才培養的CAD/CAE系統集成興趣小組設計與建設過程，主要有以下幾點體會：

5.1 完善農機專業課程體系

農機專業根據院校所在地區的不同，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、材料力學、機械原理、機械設計、汽車和拖拉機構造、農業機械學、畜牧機械學、農產品加工機械與設備、農業機械新技術、數字農業、農業工程導論等基礎課程[12～14]，基本不涉及目前比較先進的模擬仿真分析。因此，需要完善農機課程體系的建立，加強農業機械化仿真、優化分析的課程以及在實踐中分析農業機械實際問題及解決問題的實踐課程，從而使學生可以基本達到仿真分析解決實際問題的能力。

5.2 加強學生創新能力的培養

目前學生大部分時間在根據已有的產品進行簡單地仿造，無法獨立地進行創新。因此，應激發學生的創新積極性，讓學生把自己在機械設計過程中的想法，通過自己的設計去在實踐中進行設計，并通過仿真分析，檢驗自己的想法是否正確，需要通過哪些技術途徑進行改進，加強學生創新能力的培養，切實推進學生對農業機械方面的虛擬仿真設計、分析。

5.3 培養學生仿真分析的興趣

仿真分析是實現機械高性能的快速途徑，是未來機械設計過程中必不可少的過程。只有掌握了機械設計過程中的仿真分析能力，才能最大限度地提高機械設計的進程及節約機械設計的成本。因此，必須加強學生仿真分析能力的培養。學生對目前先進農業機械技術興趣度很高，如何指引學生通過自己所學的專業知識實現專業農機的設計，是提高學生興趣的關鍵，旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才。

6 結論

本文從農業機械化及其自動化專業卓越人才培養的CAD/CAE系統集成興趣小組設計與建設的目的及意義，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系統集成興趣小組設計與建設過程中在課程體系未完善、學生創新能力不足、學生對仿真分析的興趣度不高等問題，最后結合培訓班實際，提出農機培訓應逐步完善農機專業課程體系、加強學生創新能力的培養、培養學生仿真分析的興趣等幾點體會，為新疆維吾爾自治區緊缺專業-農業機械化及其自動化專業的卓越人才培養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

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1007-7782（2015）03-0044-04

2015-6-20

新疆農業大學2015年校級教研教改項目

呂全貴