機械專業(yè)數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)模式研究

鄧小林，韋衡冰

（1.2.梧州學院電子信息工程系，廣西梧州543002）

機械專業(yè)數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)模式研究

鄧小林1，韋衡冰2

（1.2.梧州學院電子信息工程系，廣西梧州543002）

數(shù)字化設(shè)計技術(shù)是現(xiàn)代企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計和加工制造業(yè)的核心技術(shù)，企業(yè)迫切需要大量掌握數(shù)字化設(shè)計能力的人才，高校機械類專業(yè)應(yīng)針對企業(yè)的人才需求，對人才培養(yǎng)模式進行研究和改革。該文在分析數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)模式研究意義的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計的內(nèi)涵進行了研究，構(gòu)建了數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)模式的總體結(jié)構(gòu)，針對數(shù)字化設(shè)計人才的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了數(shù)字化設(shè)計人才的培養(yǎng)措施。

數(shù)字化設(shè)計；人才培養(yǎng)；教學體系

隨著全球經(jīng)濟一體化技術(shù)和以信息技術(shù)為主導的現(xiàn)代科學技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代制造業(yè)的環(huán)境已然發(fā)生重大改變，產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計已成為企業(yè)主導[1]。產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計技術(shù)是以CAD/CAE/CAM/CAPP/CAM等技術(shù)為一體的先進設(shè)計技術(shù)。它能借助計算機實現(xiàn)產(chǎn)品虛擬設(shè)計、裝配、仿真、分析、優(yōu)化以及虛擬加工等，為機械設(shè)計和制造業(yè)帶來全新的產(chǎn)品設(shè)計方法和設(shè)計理念。產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計技術(shù)已逐漸替代傳統(tǒng)的二維設(shè)計和制造方式，以研發(fā)周期短、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品成本低等特點，成為產(chǎn)品設(shè)計和加工制造業(yè)的核心技術(shù)。產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計的發(fā)展，改變了傳統(tǒng)制造業(yè)以二維圖紙和手工設(shè)計為主的生產(chǎn)和管理方式，為我國的制造業(yè)帶來了革命性的變化。同時也給高校機械類專業(yè)人才培養(yǎng)模式、培養(yǎng)方法以及培養(yǎng)體系的改革提出了挑戰(zhàn)。隨著我國機械行業(yè)的快速發(fā)展，迫切需要大量掌握產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新型人才，加快對產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計人才的培養(yǎng)已經(jīng)成為目前高校迫切需要解決的問題，對機械專業(yè)數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)模式進行研究具有重要的意義。高校類機械專業(yè)應(yīng)當適應(yīng)先進設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展趨勢，通過創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，改革人才培養(yǎng)方法，構(gòu)建科學合理的人才培養(yǎng)體系，拓展學科建設(shè)內(nèi)涵，以培養(yǎng)出適合我國制造業(yè)發(fā)展需求的高素質(zhì)、高技能的產(chǎn)品數(shù)字化創(chuàng)新型設(shè)計技術(shù)人才。

1 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計的內(nèi)涵

產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計主要由方案設(shè)計、CAD模塊（計算機輔助設(shè)計模塊）、CAE模塊（計算機輔助分析模塊）、CAM模塊（計算機輔助制造模塊）、CAPP模塊（計算機輔助工藝設(shè)計模塊）以及PDM模塊（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理模塊）等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先，通過市場的調(diào)研和需求分析，進行產(chǎn)品的方案設(shè)計，根據(jù)市場現(xiàn)有的產(chǎn)品的優(yōu)缺點進行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。根據(jù)設(shè)計方案，利用三維CAD系統(tǒng)構(gòu)建產(chǎn)品的三維零部件，利用三維CAD系統(tǒng)的裝配模塊，對產(chǎn)品進行虛擬裝配。將裝配好的產(chǎn)品通過虛擬樣機、有限元分析等優(yōu)化設(shè)計方法，對產(chǎn)品進行結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)化設(shè)計，得到優(yōu)化后的產(chǎn)品零部件。然后，利用三維CAD系統(tǒng)，導出產(chǎn)品的所有零件的工程圖紙。利用CAPP系統(tǒng)，獲得產(chǎn)品的生產(chǎn)加工工藝過程。根據(jù)零件的工程圖紙，利用CAM系統(tǒng)對產(chǎn)品進行數(shù)控仿真和數(shù)控加工，從而獲得最終的產(chǎn)品樣機。上述所有的數(shù)據(jù)，都可以通過PDM系統(tǒng)，進行實時的數(shù)據(jù)管理。

相對于企業(yè)傳統(tǒng)的設(shè)計和制造方法，三維數(shù)字化設(shè)計是一種全信息化和數(shù)字化的設(shè)計模式。從產(chǎn)品的三維數(shù)字化建模到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和優(yōu)化分析（如運動學分析、動力學分析、應(yīng)力應(yīng)變分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析、可靠性分析等）、產(chǎn)品數(shù)控加工制造以及產(chǎn)品的數(shù)據(jù)和項目管理等，整個設(shè)計制造過程都實現(xiàn)了全數(shù)字化。相對于傳統(tǒng)的設(shè)計和制造方法，三維數(shù)字化設(shè)計提高了設(shè)計效率、縮短了開發(fā)周期、增強了企業(yè)的競爭力。

圖1 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

2 數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)模式的總體架構(gòu)

數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)模式的總體結(jié)構(gòu)主要由數(shù)字化設(shè)計教學體系的構(gòu)建、數(shù)字化設(shè)計專業(yè)能力的培養(yǎng)以及數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)的應(yīng)用實踐三大部分組成，其結(jié)構(gòu)圖如下頁圖2所示。

數(shù)字化設(shè)計教學體系的構(gòu)建以緊密圍繞現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計技術(shù)、數(shù)字化仿真技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)構(gòu)建新型機械類理論課教學體系。新的課程體系注重學生數(shù)字化設(shè)計、制造和分析等綜合能力的培養(yǎng)，通過單科應(yīng)用實踐和綜合應(yīng)用實踐培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的工程實踐能力，配合實踐教學體系的改革和綜合作品創(chuàng)新設(shè)計、全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽以及校企合作項目等形式，強化學生的數(shù)字化設(shè)計工程實踐能力。數(shù)字化設(shè)計能力的培養(yǎng)主要包括學生的工程圖學能力、二維CAD平面圖形的繪制能力、產(chǎn)品的三維數(shù)字化建模能力、產(chǎn)品的虛擬樣機技術(shù)能力、產(chǎn)品的計算機輔助分析能力以及計算機輔助制造能力的培養(yǎng)。要培養(yǎng)出適應(yīng)社會需求的創(chuàng)新型數(shù)字化設(shè)計人才，需要改變傳統(tǒng)的以教師為中心的教學模式，充分調(diào)動和發(fā)揮學生主動認知和學習能力，以CAD/CAE/CAM等技術(shù)為基礎(chǔ)、以梧州學院大學生發(fā)展中心為依托，單科應(yīng)用實踐和綜合應(yīng)用實踐為手段的新型人才培養(yǎng)模式。把制造業(yè)構(gòu)思、設(shè)計、制造產(chǎn)品通過校企合作項目的形式進行整合，組建數(shù)字化設(shè)計團隊，提高學生的綜合數(shù)字化設(shè)計能力。

圖2 數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)模式結(jié)構(gòu)圖

3 數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)的措施

3.1 構(gòu)建適合數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)的課程教學體系

數(shù)字化設(shè)計技術(shù)集成了現(xiàn)代設(shè)計和制造先進技術(shù)，包括產(chǎn)品數(shù)字化建模技術(shù)、產(chǎn)品虛擬裝配分析、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等多學科的綜合技術(shù)。按照培養(yǎng)數(shù)字化設(shè)計創(chuàng)新應(yīng)用型人才的目標和要求合理設(shè)置課程體系結(jié)構(gòu)，深化課程教學改革，以數(shù)字化設(shè)計技術(shù)應(yīng)用為目的，建立理論與實踐相結(jié)合的系列課程。在教學中通過將企業(yè)的真實案例引入到教學課堂中，讓學生從產(chǎn)品的設(shè)計、分析、工藝規(guī)劃、數(shù)控加工、結(jié)構(gòu)和性能分析、產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理和過程管理等有一個完整的了解。讓學生真實地了解和掌握制造業(yè)信息化企業(yè)在產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計過程中是如何經(jīng)過CAD/CAE/CAPP/CAM完成產(chǎn)品設(shè)計的。通過改變傳統(tǒng)的以教師為中心的傳授型的教學模式，讓學生在真實的教學案例中，培養(yǎng)自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)出適應(yīng)制造業(yè)信息化的創(chuàng)新型數(shù)字化設(shè)計人才。通過對傳統(tǒng)的二維機械類專業(yè)課程體系的改革，注重對學生的基本數(shù)字化設(shè)計能力的培養(yǎng)，以CAD/CAE/CAPP/CAM為平臺，緊密圍繞現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計技術(shù)、數(shù)字化仿真分析技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)和數(shù)字化管理技術(shù)構(gòu)建新型機械類課程教學體系。

3.2 提高數(shù)字化設(shè)計人才的工程意識和創(chuàng)新能力

創(chuàng)新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發(fā)達的不竭動力。21世紀國際間的競爭將主要是各個國家綜合國力之間的競爭，是國家的科技創(chuàng)新能力的競爭[2]。如何培養(yǎng)學生的創(chuàng)新設(shè)計能力是當前高等教育改革的核心。在數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)體系中，工程意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應(yīng)以數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化分析、數(shù)字化制造、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析、虛擬樣機技術(shù)等為載體，以機械原理課程設(shè)計、機械設(shè)計課程設(shè)計等專業(yè)課課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計以及課外創(chuàng)新活動等為途徑，培養(yǎng)學生的工程實踐背景、創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。

3.3 以產(chǎn)學研合作教育模式培養(yǎng)數(shù)字化設(shè)計人才

開展產(chǎn)學研合作教育模式是培養(yǎng)設(shè)計能力、創(chuàng)新能力、實踐能力的重要途徑，是發(fā)揮人才培養(yǎng)、科學研究和社會服務(wù)職能的重要途徑和平臺[3-4]。通過產(chǎn)學研合作教育模式，有利于培養(yǎng)出更加適應(yīng)社會需求的高水平、高素質(zhì)的數(shù)字化設(shè)計人才，有利于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和工程實踐創(chuàng)新能力，能讓學生站在企業(yè)的真實環(huán)境中掌握設(shè)計方法，快速地提高自己的設(shè)計水平和設(shè)計能力。學校應(yīng)積極探索產(chǎn)學研合作教育的培養(yǎng)模式，利用本地資源，發(fā)揮自身的區(qū)域優(yōu)勢，通過校企合作等形式，加強學校與企業(yè)的聯(lián)系。近幾年，我們組建并培訓了高水平的產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計團隊3批次78人次。通過與當?shù)仄髽I(yè)合作，由教師提供技術(shù)支持，讓學生直接參與項目設(shè)計和開發(fā)工作，學生的創(chuàng)新能力、數(shù)字化設(shè)計能力在原有基礎(chǔ)上都有了很大的提高，取得了較好的效果。

3.4 以全國大學生機械創(chuàng)新大賽為契機，培養(yǎng)學生數(shù)字化設(shè)計的綜合設(shè)計能力

全國大學生機械創(chuàng)新大賽是經(jīng)教育部高等教育司批準，由教育部高等學校機械學科教學指導委員會主辦，機械基礎(chǔ)課程教學指導分委員會、全國機械原理教學研究會、全國機械設(shè)計教學研究會聯(lián)合著名高校共同承辦，面向大學生的群眾性科技活動。它是高水平數(shù)字化設(shè)計人才的重要實踐平臺，是培養(yǎng)高水平數(shù)字化設(shè)計人才的重要途徑之一。近幾年梧州學院參加全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽的成員主要是從數(shù)字化設(shè)計團隊中進行選拔，該團隊在前期的培養(yǎng)過程中，已經(jīng)具備了較扎實的數(shù)字化設(shè)計、分析和制造能力。近幾年參加的第四屆和第五屆全國大學生機械創(chuàng)新大賽的10件作品中，榮獲一等獎5項、二等獎4項、三等獎1項，取得了十分理想的成果。

3.5 發(fā)揮行業(yè)優(yōu)勢，校企資源共享

實訓基地是人才培養(yǎng)的重要平臺，可以通過資源共享，建立校企雙方合作管理的長效運行機制，以快速提高學校自身的辦學條件[5]。學生可以通過實訓基地，對所學的知識進行實踐。對于數(shù)字化設(shè)計中的模具設(shè)計、模具制造、數(shù)控加工等實踐性較強的課程，聘請企業(yè)中具有豐富實踐經(jīng)驗的技術(shù)人員擔任兼職教師，使學生的專業(yè)知識和工程實踐能力得到不斷的提高。

4 結(jié)論

隨著技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計已逐漸替代傳統(tǒng)的二維設(shè)計和制造方式，成為產(chǎn)品設(shè)計和加工制造的核心。具備較高的產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計能力，將大幅提高機械類專業(yè)本科生的綜合設(shè)計水平和工程應(yīng)用能力，對機械專業(yè)數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)模式的研究具有重要的意義。論文對數(shù)字化設(shè)計內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)進行了分析研究，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了數(shù)字化設(shè)計人才培養(yǎng)模式的總體結(jié)構(gòu)，針對數(shù)字化設(shè)計人才的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了數(shù)字化設(shè)計人才的培養(yǎng)措施。

[1]段紅杰,尚喆.簡談基于數(shù)字化技術(shù)的機械類專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式[J].中國輕工教育,2009(4):54－56.

[2]劉夫云.“機械設(shè)計”課程教學內(nèi)容改革初探[J].重慶工學院學報:自然科學版,2007(3):135－137.

[3]陳鵬.基于數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用性本科機械類創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系的構(gòu)建[J].中國電力教育，2008(12):101－103.

[4]范彩霞.機械專業(yè)數(shù)字化設(shè)計制造能力培養(yǎng)的探索[J].中國電力教育，2010(19):32－34.

[5]盛秀兵,黃慶華,周黎明.構(gòu)建數(shù)字化設(shè)計與制造高技能人才培養(yǎng)的專業(yè)教師團隊之探討[J].人力資源管理,2010(6):41－43.

G642

A

1673-8535(2013)06-0068-04

鄧小林（1984-），男，湖南永州人，梧州學院電子信息工程系講師，主要研究方向：產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。

韋衡冰（1968－），女，廣西梧州人，梧州學院電子信息工程系副教授，主要研究方向：機械產(chǎn)品設(shè)計、計算機輔助設(shè)計。

（責任編輯：高堅）

2013-09-06

2010年新世紀教改工程項目（2010JGA076）；梧州學院重點教改項目（Wyjg2012A005）；梧州學院重點教改項目（Wyjg2010A011）