鄧小林，韋衡冰

（1.2.梧州學(xué)院電子信息工程系，廣西梧州543002）

機(jī)械專業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)模式研究

鄧小林1，韋衡冰2

（1.2.梧州學(xué)院電子信息工程系，廣西梧州543002）

數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)是現(xiàn)代企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)能力的人才，高校機(jī)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(jìn)行研究和改革。該文在分析數(shù)字化設(shè)計(jì)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(jì)的內(nèi)涵進(jìn)行了研究，構(gòu)建了數(shù)字化設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)模式的總體結(jié)構(gòu)，針對數(shù)字化設(shè)計(jì)人才的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了數(shù)字化設(shè)計(jì)人才的培養(yǎng)措施。

數(shù)字化設(shè)計(jì)；人才培養(yǎng)；教學(xué)體系

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化技術(shù)和以信息技術(shù)為主導(dǎo)的現(xiàn)代科學(xué)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(jì)已成為企業(yè)主導(dǎo)[1]。產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)是以CAD/CAE/CAM/CAPP/CAM等技術(shù)為一體的先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)。它能借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)、裝配、仿真、分析、優(yōu)化以及虛擬加工等，為機(jī)械設(shè)計(jì)和制造業(yè)帶來全新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理念。產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)已逐漸替代傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)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(diǎn)，成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工制造業(yè)的核心技術(shù)。產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)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(jī)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(jì)技術(shù)的創(chuàng)新型人才，加快對產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)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(jī)械專業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)模式進(jìn)行研究具有重要的意義。高校類機(jī)械專業(yè)應(yīng)當(dāng)適應(yīng)先進(jìn)設(shè)計(jì)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(xué)合理的人才培養(yǎng)體系，拓展學(xué)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(jì)技術(shù)人才。

1 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)主要由方案設(shè)計(jì)、CAD模塊（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模塊）、CAE模塊（計(jì)算機(jī)輔助分析模塊）、CAM模塊（計(jì)算機(jī)輔助制造模塊）、CAPP模塊（計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)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(jìn)行產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)，根據(jù)市場現(xiàn)有的產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)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(jìn)行虛擬裝配。將裝配好的產(chǎn)品通過虛擬樣機(jī)、有限元分析等優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到優(yōu)化后的產(chǎn)品零部件。然后，利用三維CAD系統(tǒng)，導(dǎo)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(jìn)行數(shù)控仿真和數(shù)控加工，從而獲得最終的產(chǎn)品樣機(jī)。上述所有的數(shù)據(jù)，都可以通過PDM系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時的數(shù)據(jù)管理。

相對于企業(yè)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造方法，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)是一種全信息化和數(shù)字化的設(shè)計(jì)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(yùn)動學(xué)分析、動力學(xué)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(xiàng)目管理等，整個設(shè)計(jì)制造過程都實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化。相對于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造方法，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)提高了設(shè)計(jì)效率、縮短了開發(fā)周期、增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力。

圖1 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

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

數(shù)字化設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)模式的總體結(jié)構(gòu)主要由數(shù)字化設(shè)計(jì)教學(xué)體系的構(gòu)建、數(shù)字化設(shè)計(jì)專業(yè)能力的培養(yǎng)以及數(shù)字化設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)的應(yīng)用實(shí)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(jì)教學(xué)體系的構(gòu)建以緊密圍繞現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)計(jì)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(jī)械類理論課教學(xué)體系。新的課程體系注重學(xué)生數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造和分析等綜合能力的培養(yǎng)，通過單科應(yīng)用實(shí)踐和綜合應(yīng)用實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的工程實(shí)踐能力，配合實(shí)踐教學(xué)體系的改革和綜合作品創(chuàng)新設(shè)計(jì)、全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽以及校企合作項(xiàng)目等形式，強(qiáng)化學(xué)生的數(shù)字化設(shè)計(jì)工程實(shí)踐能力。數(shù)字化設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)主要包括學(xué)生的工程圖學(xué)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(jī)技術(shù)能力、產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助分析能力以及計(jì)算機(jī)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(jì)人才，需要改變傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式，充分調(diào)動和發(fā)揮學(xué)生主動認(rèn)知和學(xué)習(xí)能力，以CAD/CAE/CAM等技術(shù)為基礎(chǔ)、以梧州學(xué)院大學(xué)生發(fā)展中心為依托，單科應(yīng)用實(shí)踐和綜合應(yīng)用實(shí)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(jì)、制造產(chǎn)品通過校企合作項(xiàng)目的形式進(jìn)行整合，組建數(shù)字化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，提高學(xué)生的綜合數(shù)字化設(shè)計(jì)能力。

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

3 數(shù)字化設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)的措施

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

數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)集成了現(xiàn)代設(shè)計(jì)和制造先進(jìn)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(jì)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等多學(xué)科的綜合技術(shù)。按照培養(yǎng)數(shù)字化設(shè)計(jì)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的目標(biāo)和要求合理設(shè)置課程體系結(jié)構(gòu)，深化課程教學(xué)改革，以數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用為目的，建立理論與實(shí)踐相結(jié)合的系列課程。在教學(xué)中通過將企業(yè)的真實(shí)案例引入到教學(xué)課堂中，讓學(xué)生從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、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(xué)生真實(shí)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(jì)過程中是如何經(jīng)過CAD/CAE/CAPP/CAM完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的。通過改變傳統(tǒng)的以教師為中心的傳授型的教學(xué)模式，讓學(xué)生在真實(shí)的教學(xué)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(jì)人才。通過對傳統(tǒng)的二維機(jī)械類專業(yè)課程體系的改革，注重對學(xué)生的基本數(shù)字化設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)械類課程教學(xué)體系。

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

創(chuàng)新是一個民族進(jìn)步的靈魂，是國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力。21世紀(jì)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(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力是當(dāng)前高等教育改革的核心。在數(shù)字化設(shè)計(jì)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(jì)、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(jī)技術(shù)等為載體，以機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)等專業(yè)課課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)以及課外創(chuàng)新活動等為途徑，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐背景、創(chuàng)新思維能力和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

3.3 以產(chǎn)學(xué)研合作教育模式培養(yǎng)數(shù)字化設(shè)計(jì)人才

開展產(chǎn)學(xué)研合作教育模式是培養(yǎng)設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的重要途徑，是發(fā)揮人才培養(yǎng)、科學(xué)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(xué)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(jì)人才，有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和工程實(shí)踐創(chuàng)新能力，能讓學(xué)生站在企業(yè)的真實(shí)環(huán)境中掌握設(shè)計(jì)方法，快速地提高自己的設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)能力。學(xué)校應(yīng)積極探索產(chǎn)學(xué)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(qiáng)學(xué)校與企業(yè)的聯(lián)系。近幾年，我們組建并培訓(xùn)了高水平的產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)3批次78人次。通過與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)合作，由教師提供技術(shù)支持，讓學(xué)生直接參與項(xiàng)目設(shè)計(jì)和開發(fā)工作，學(xué)生的創(chuàng)新能力、數(shù)字化設(shè)計(jì)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(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽為契機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化設(shè)計(jì)的綜合設(shè)計(jì)能力

全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽是經(jīng)教育部高等教育司批準(zhǔn)，由教育部高等學(xué)校機(jī)械學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會主辦，機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會、全國機(jī)械原理教學(xué)研究會、全國機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)研究會聯(lián)合著名高校共同承辦，面向大學(xué)生的群眾性科技活動。它是高水平數(shù)字化設(shè)計(jì)人才的重要實(shí)踐平臺，是培養(yǎng)高水平數(shù)字化設(shè)計(jì)人才的重要途徑之一。近幾年梧州學(xué)院參加全國機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽的成員主要是從數(shù)字化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中進(jìn)行選拔，該團(tuán)隊(duì)在前期的培養(yǎng)過程中，已經(jīng)具備了較扎實(shí)的數(shù)字化設(shè)計(jì)、分析和制造能力。近幾年參加的第四屆和第五屆全國大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新大賽的10件作品中，榮獲一等獎5項(xiàng)、二等獎4項(xiàng)、三等獎1項(xiàng)，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(shí)訓(xùn)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(yùn)行機(jī)制，以快速提高學(xué)校自身的辦學(xué)條件[5]。學(xué)生可以通過實(shí)訓(xùn)基地，對所學(xué)的知識進(jìn)行實(shí)踐。對于數(shù)字化設(shè)計(jì)中的模具設(shè)計(jì)、模具制造、數(shù)控加工等實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，聘請企業(yè)中具有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員擔(dān)任兼職教師，使學(xué)生的專業(yè)知識和工程實(shí)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(jì)已逐漸替代傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)和制造方式，成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工制造的核心。具備較高的產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)能力，將大幅提高機(jī)械類專業(yè)本科生的綜合設(shè)計(jì)水平和工程應(yīng)用能力，對機(jī)械專業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)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(jì)內(nèi)涵和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析研究，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了數(shù)字化設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)模式的總體結(jié)構(gòu)，針對數(shù)字化設(shè)計(jì)人才的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了數(shù)字化設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)”課程教學(xué)內(nèi)容改革初探[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)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(jī)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(jī)械專業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)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(jì)與制造高技能人才培養(yǎng)的專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)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(xué)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(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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

（責(zé)任編輯：高堅(jiān)）

2013-09-06

2010年新世紀(jì)教改工程項(xiàng)目（2010JGA076）；梧州學(xué)院重點(diǎn)教改項(xiàng)目（Wyjg2012A005）；梧州學(xué)院重點(diǎn)教改項(xiàng)目（Wyjg2010A011）