獨立學院機械專業開設CAE課程的探索與研究

摘要：根據制造業的發展趨勢，本文提出改革完善機械專業的課程體系，增設CAE課程，培養學生CAD/CAM/CAE技術的一體化應用，以適應現代化企業對人才的需求。

關鍵詞：CAD/CAM/CAE；機械專業；教學改革

中圖分類號：G642.0？搖 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0231-02

隨著計算機技術及應用的快速發展，CAD、CAM等新技術得以迅猛發展。CAD、CAM已經在電子、造船、航空、航天、機械、建筑、汽車等各個領域中得到了廣泛的應用，成為最具有生產潛力的工具，展現了光明的前景。而隨著CAD/CAM/CAE技術的日益成熟以及計算機技術的不斷發展，產品的設計與制造方法、方式也隨之發生了根本性的改變[1]。為了更好地滿足使用者的需求，現代企業越來越關注產品質量、產品的開發周期和開發成本，CAE作為產品開發的重要技術之一，其應用價值日益顯現。CAE技術是以科學和工程問題為背景，建立計算機模型并進行計算機仿真分析，對工程和產品進行性能與可靠性分析，對其未來的工作狀態和運行狀態進行模擬，及早發現設計中的不足，加以修改，并證實未來工程、產品性能的可行性和可靠性[2]，能夠大大縮短設計開發周期。越來越多的企業也將CAE技術引進到產品開發設計、制造等環節，對CAE技術人才的需求越來越大，由于我校是一所培養應用型本科人才的獨立學院，應及時開設CAE技術相關課程，以適應市場對這方面人才的需求。

一、培養模式的調整

目前，我校機械工程及自動化專業為寬口徑專業，培養能在工業生產第一線從事機械工程及自動化領域內的設計制造、科技開發、應用研究、運行管理和經營銷售等方面工作的高級機械工程及自動化技術和管理人才，設有數控技術、模具與計算機輔助設計兩個專業方向。開設的課程除了專業基礎外，還有《模具CAD/CAM》《三維實體軟件》《精密與超精密加工技術》《快速成型技術》《自動化機械設計》等?？梢姡緦I在課程設置上，比較重視對學生CAD/CAM知識和技術的培養，而缺少CAE相關課程的設置，這樣將導致學生的學習、知識系統不夠完整。雖然學習了CAD/CAM的基礎知識，掌握了一些相關應用軟件的操作，但是對實際生產的后續工序沒有深刻的了解，更無法解決實際工程中的一些問題。在現有的專業課程中增設CAE相關課程，培養學生CAD/CAM/CAE技術的一體化應用，尤其是利用CAE知識和應用軟件完成對實際生產問題的模擬分析，并根據模擬分析結果提出改進和優化措施，是教學改革的目標。

二、課程改革及其要求

1.完善課程體系，健全知識結構。新增CAE課程的教學對象為四年級上學期的學生，該層次的學生經過前面三年的學習，對專業的基礎知識有了一個比較全面的了解，基本熟悉CAD/CAM技術的概念，掌握了一些相應的二維/三維的軟件的操作，能夠利用CAD軟件完成一些產品設計任務，初步具備了CAD技術的應用能力。在機械專業中增設CAE的相關課程，培養學生學習CAE技術的理論基礎和相關軟件，全面掌握CAD/CAM/CAE的一體化知識結構。最終達到在具備了CAD/CAM技術的應用能力的前提下，能夠利用CAE技術進行機械生產工藝的模擬仿真和結構分析的目的。在這個過程中，必須要做好與前面專業知識以及CAD/CAM技術的銜接，使學生在所學知識的結構基礎上理順所學的新知識。如針對模具與計算機輔助設計方向的學生，他們學習模具CAE的目的是利用CAE技術來預測成型過程中的各種缺陷，優化工藝參數，以期得到合理的模具結構和優化的工藝參數，所以必須結合模具設計的相關專業知識，與CAE技術穿插講解，做好專業知識與CAE技能訓練的自然銜接和結合，使學生的知識結構更為系統。

2.教學新要求。在進行CAE課程的授課過程中，教師要注意做好以下幾點：①將課程體系做相應的調整，使CAE理論與CAE軟件融合在一起，二者充分結合，以突出知識結構的完整性。②注重知識點面結合。課堂授課要講、練結合，知識的重點和難點應結合適當的實例進行練習和重點剖析。既保證了重點，又兼顧了全面，使學生能夠掌握其中的要領和技巧。③課后要布置相應的思考題和練習題，以幫助學生消化、鞏固和深化教學內容以及進行實際工程訓練。④堅持理論與實踐緊密結合的原則，注意介紹相應的實際生產中各類缺陷問題的解決方案以及這些方法的缺點，利用CAE分析預測、解決這些缺陷的優越性。通過教師對實際工程問題解決過程的講解，提高學生的實際工程意識，學會在實際遇到問題時，能正確地去分析問題、解決問題，或者是能夠對現有方案進行優化設計等。通過這樣的形式來促進CAE理論與軟件的學習、應用和普及。另外，教師除了在課堂上的講授之外，在相應的課程設計、畢業設計以及學生課外科研項目等教學環節，應指導學生充分利用掌握的CAD/CAM/CAE技術針對實際課題來進行設計和分析，包括利用CAD技術進行產品設計，運用CAE技術進行數值仿真模擬和結構分析，根據模擬分析的結果，對產品設計提出反饋意見，再利用CAD技術對產品或工藝設計的不合理之處進行修改，之后再進行分析，直至分析結果達到工藝設計要求。在有條件的情況下，將實際生產結果與CAE分析結果做比對，驗證CAE技術與實際的匹配度，最后應用CAM技術進行數控加工編程。通過這樣的實踐訓練過程，提升學生對實際的應用軟件的操作能力，也加強了學生解決實際生產項目的能力，學生自己也會覺得本來很多書本上的抽象的知識在實際的應用過程中有了解釋，也更加強了他們的工程實踐能力，從而提高教學質量和效率。

3.對教師的要求。開設CAE課程，同時對教師隊伍建設以及專業教師本身都提出了更高的要求。不僅要求教師必須具有本專業扎實、系統的專業理論知識，同時要具備很強的專業實踐能力，要實時關注市場、企業的需求和技術的發展，并且在教學上能夠將理論知識與實際工程問題結合，具有指導學生將系統理論知識轉換成系統的應用知識的能力。所以，作為獨立院校的專業教師，以培養應用型本科人才為目的，應不斷強化自身的專業知識，還應密切關注本行業的企業人才需求和技術發展，爭取與企業開展產學研合作項目，深入到企業、工廠，盡量利用工廠、企業的實際生產實例為學生進行講授，也可作為學生學習訓練的素材，以提高學生的實際應用能力。

隨著計算機的飛速發展和廣泛應用，各種行之有效的數值計算方法得到了巨大的發展，CAE技術在制造行業獲得越來越廣泛的應用。而隨著高等院校獨立學院教學改革的不斷深入，我校機械專業增設了CAE課程并在實踐中不斷進行教學改革，完善課程體系和教學方法，以提高學生CAD/CAM/CAE的綜合應用能力，為制造業培養更多適應市場技術需求的合格人才。

參考文獻：

[1]尹飛鴻.有限元法基本原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]紀愛敏.機械CAE分析原理及工程實踐[M].北京：機械工業出版社，2009.

作者簡介：余熳燁（1984-），女，廣東潮州人，華南理工大學廣州學院，助教，研究方向：機械制造及其自動化。