機械專業數字化設計人才培養模式研究

鄧小林，韋衡冰

（1.2.梧州學院電子信息工程系，廣西梧州543002）

機械專業數字化設計人才培養模式研究

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）

數字化設計技術是現代企業產品設計和加工制造業的核心技術，企業迫切需要大量掌握數字化設計能力的人才，高校機械類專業應針對企業的人才需求，對人才培養模式進行研究和改革。該文在分析數字化設計人才培養模式研究意義的基礎上，對產品數字化設計的內涵進行了研究，構建了數字化設計人才培養模式的總體結構，針對數字化設計人才的發展現狀，提出了數字化設計人才的培養措施。

數字化設計；人才培養；教學體系

隨著全球經濟一體化技術和以信息技術為主導的現代科學技術的快速發展，現代制造業的環境已然發生重大改變，產品數字化設計已成為企業主導[1]。產品數字化設計技術是以CAD/CAE/CAM/CAPP/CAM等技術為一體的先進設計技術。它能借助計算機實現產品虛擬設計、裝配、仿真、分析、優化以及虛擬加工等，為機械設計和制造業帶來全新的產品設計方法和設計理念。產品數字化設計技術已逐漸替代傳統的二維設計和制造方式，以研發周期短、生產效率高、產品成本低等特點，成為產品設計和加工制造業的核心技術。產品數字化設計的發展，改變了傳統制造業以二維圖紙和手工設計為主的生產和管理方式，為我國的制造業帶來了革命性的變化。同時也給高校機械類專業人才培養模式、培養方法以及培養體系的改革提出了挑戰。隨著我國機械行業的快速發展，迫切需要大量掌握產品數字化設計技術的創新型人才，加快對產品數字化設計人才的培養已經成為目前高校迫切需要解決的問題，對機械專業數字化設計人才培養模式進行研究具有重要的意義。高校類機械專業應當適應先進設計制造技術的發展趨勢，通過創新人才培養模式，改革人才培養方法，構建科學合理的人才培養體系，拓展學科建設內涵，以培養出適合我國制造業發展需求的高素質、高技能的產品數字化創新型設計技術人才。

1 產品數字化設計的內涵

產品數字化設計主要由方案設計、CAD模塊（計算機輔助設計模塊）、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（計算機輔助工藝設計模塊）以及PDM模塊（產品數據管理模塊）等組成，其結構如圖1所示。首先，通過市場的調研和需求分析，進行產品的方案設計，根據市場現有的產品的優缺點進行產品的創新設計。根據設計方案，利用三維CAD系統構建產品的三維零部件，利用三維CAD系統的裝配模塊，對產品進行虛擬裝配。將裝配好的產品通過虛擬樣機、有限元分析等優化設計方法，對產品進行結構和性能的優化設計，得到優化后的產品零部件。然后，利用三維CAD系統，導出產品的所有零件的工程圖紙。利用CAPP系統，獲得產品的生產加工工藝過程。根據零件的工程圖紙，利用CAM系統對產品進行數控仿真和數控加工，從而獲得最終的產品樣機。上述所有的數據，都可以通過PDM系統，進行實時的數據管理。

相對于企業傳統的設計和制造方法，三維數字化設計是一種全信息化和數字化的設計模式。從產品的三維數字化建模到產品的結構和優化分析（如運動學分析、動力學分析、應力應變分析、結構優化分析、可靠性分析等）、產品數控加工制造以及產品的數據和項目管理等，整個設計制造過程都實現了全數字化。相對于傳統的設計和制造方法，三維數字化設計提高了設計效率、縮短了開發周期、增強了企業的競爭力。

圖1 產品數字化設計結構圖

2 數字化設計人才培養模式的總體架構

數字化設計人才培養模式的總體結構主要由數字化設計教學體系的構建、數字化設計專業能力的培養以及數字化設計人才培養的應用實踐三大部分組成，其結構圖如下頁圖2所示。

數字化設計教學體系的構建以緊密圍繞現代數字化設計技術、數字化仿真技術、數字化制造技術構建新型機械類理論課教學體系。新的課程體系注重學生數字化設計、制造和分析等綜合能力的培養，通過單科應用實踐和綜合應用實踐培養學生理論聯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新設計、全國機械創新設計大賽以及校企合作項目等形式，強化學生的數字化設計工程實踐能力。數字化設計能力的培養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、產品的三維數字化建模能力、產品的虛擬樣機技術能力、產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。要培養出適應社會需求的創新型數字化設計人才，需要改變傳統的以教師為中心的教學模式，充分調動和發揮學生主動認知和學習能力，以CAD/CAE/CAM等技術為基礎、以梧州學院大學生發展中心為依托，單科應用實踐和綜合應用實踐為手段的新型人才培養模式。把制造業構思、設計、制造產品通過校企合作項目的形式進行整合，組建數字化設計團隊，提高學生的綜合數字化設計能力。

圖2 數字化設計人才培養模式結構圖

3 數字化設計人才培養的措施

3.1 構建適合數字化設計人才培養的課程教學體系

數字化設計技術集成了現代設計和制造先進技術，包括產品數字化建模技術、產品虛擬裝配分析、產品結構優化設計、產品數據管理等多學科的綜合技術。按照培養數字化設計創新應用型人才的目標和要求合理設置課程體系結構，深化課程教學改革，以數字化設計技術應用為目的，建立理論與實踐相結合的系列課程。在教學中通過將企業的真實案例引入到教學課堂中，讓學生從產品的設計、分析、工藝規劃、數控加工、結構和性能分析、產品的數據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信息化企業在產品數字化設計過程中是如何經過CAD/CAE/CAPP/CAM完成產品設計的。通過改變傳統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，培養自己發現問題、分析問題和解決問題的能力，培養出適應制造業信息化的創新型數字化設計人才。通過對傳統的二維機械類專業課程體系的改革，注重對學生的基本數字化設計能力的培養，以CAD/CAE/CAPP/CAM為平臺，緊密圍繞現代數字化設計技術、數字化仿真分析技術、數字化制造技術和數字化管理技術構建新型機械類課程教學體系。

3.2 提高數字化設計人才的工程意識和創新能力

創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力。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，是國家的科技創新能力的競爭[2]。如何培養學生的創新設計能力是當前高等教育改革的核心。在數字化設計人才培養體系中，工程意識和創新能力的培養應以數字化設計、數字化分析、數字化制造、產品結構分析、虛擬樣機技術等為載體，以機械原理課程設計、機械設計課程設計等專業課課程設計、畢業設計以及課外創新活動等為途徑，培養學生的工程實踐背景、創新思維能力和創新設計能力。

3.3 以產學研合作教育模式培養數字化設計人才

開展產學研合作教育模式是培養設計能力、創新能力、實踐能力的重要途徑，是發揮人才培養、科學研究和社會服務職能的重要途徑和平臺[3-4]。通過產學研合作教育模式，有利于培養出更加適應社會需求的高水平、高素質的數字化設計人才，有利于培養學生嚴謹的工作作風和工程實踐創新能力，能讓學生站在企業的真實環境中掌握設計方法，快速地提高自己的設計水平和設計能力。學校應積極探索產學研合作教育的培養模式，利用本地資源，發揮自身的區域優勢，通過校企合作等形式，加強學校與企業的聯系。近幾年，我們組建并培訓了高水平的產品數字化設計團隊3批次78人次。通過與當地企業合作，由教師提供技術支持，讓學生直接參與項目設計和開發工作，學生的創新能力、數字化設計能力在原有基礎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新大賽為契機，培養學生數字化設計的綜合設計能力

全國大學生機械創新大賽是經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、全國機械設計教學研究會聯合著名高校共同承辦，面向大學生的群眾性科技活動。它是高水平數字化設計人才的重要實踐平臺，是培養高水平數字化設計人才的重要途徑之一。近幾年梧州學院參加全國機械創新設計大賽的成員主要是從數字化設計團隊中進行選拔，該團隊在前期的培養過程中，已經具備了較扎實的數字化設計、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 發揮行業優勢，校企資源共享

實訓基地是人才培養的重要平臺，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。對于數字化設計中的模具設計、模具制造、數控加工等實踐性較強的課程，聘請企業中具有豐富實踐經驗的技術人員擔任兼職教師，使學生的專業知識和工程實踐能力得到不斷的提高。

4 結論

隨著技術的快速發展，產品數字化設計已逐漸替代傳統的二維設計和制造方式，成為產品設計和加工制造的核心。具備較高的產品數字化設計能力，將大幅提高機械類專業本科生的綜合設計水平和工程應用能力，對機械專業數字化設計人才培養模式的研究具有重要的意義。論文對數字化設計內涵和結構進行了分析研究，在此基礎上，構建了數字化設計人才培養模式的總體結構，針對數字化設計人才的發展現狀，提出了數字化設計人才的培養措施。

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

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

[3]陳鵬.基于數字化技術的應用性本科機械類創新型人才培養體系的構建[J].中國電力教育，2008(12):101－103.

[4]范彩霞.機械專業數字化設計制造能力培養的探索[J].中國電力教育，2010(19):32－34.

[5]盛秀兵,黃慶華,周黎明.構建數字化設計與制造高技能人才培養的專業教師團隊之探討[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：產品數字化設計、結構優化設計。

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：機械產品設計、計算機輔助設計。

（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）