叉裝車研制中培養(yǎng)卓越工程師的工程實踐能力

林桂娟，羅潔思

（廈門理工學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，福建 廈門 361024）

叉裝車研制中培養(yǎng)卓越工程師的工程實踐能力

林桂娟，羅潔思

（廈門理工學(xué)院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，福建 廈門 361024）

提出基于企業(yè)攻關(guān)課題的卓越工程師培養(yǎng)體系，構(gòu)建“雙導(dǎo)師制”帶教機(jī)制，實施卓越計劃.堅持問題具體化，目標(biāo)定量化，在校企合作下產(chǎn)學(xué)研實踐課題中培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生解決實際問題的能力.本文結(jié)合工程實踐案例-叉裝車的研發(fā)設(shè)計過程，剖析卓越工程師的實踐能力的培養(yǎng)過程.

卓越計劃；工程實踐能力；校企合作

1 引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強(qiáng)國戰(zhàn)略服務(wù).

我校作為第二批卓越計劃的高校，注重卓越工程師的工程實踐能力的培養(yǎng)，構(gòu)建符合我校校情的卓越計劃培養(yǎng)方案.“卓越計劃”中學(xué)生是對象，企業(yè)和高校則起主導(dǎo)作用.其中，企業(yè)實踐是尤其關(guān)鍵的環(huán)節(jié).重點(diǎn)研究以親產(chǎn)業(yè)課題為載體的“卓越計劃”導(dǎo)師制培養(yǎng)體系建設(shè)模式.親產(chǎn)業(yè)課題的立項遵循“行業(yè)指導(dǎo)、校企合作、分類實施、形式多樣”的原則，其立論依據(jù)是通過校企的產(chǎn)學(xué)研合作聯(lián)合培養(yǎng)人才，其載體是企業(yè)導(dǎo)師、高校導(dǎo)師共建的以解決實際生產(chǎn)問題為目的的課題.

2 校企合作的工程實踐能力培養(yǎng)

根據(jù)卓越計劃的培養(yǎng)要求，在綜合考慮學(xué)生工程實踐能力的培養(yǎng)的目的，從需求從后往前的倒推方式，全面設(shè)計我校機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)的培養(yǎng)方案.把學(xué)生的畢業(yè)要求作為培養(yǎng)方案的基點(diǎn)，全面圍繞卓越計劃的培養(yǎng)目標(biāo)，精心設(shè)計每一門課程.從培養(yǎng)學(xué)生的角度則提高學(xué)生的實踐生產(chǎn)能力，通過攻關(guān)課題提升培養(yǎng)層次，推動學(xué)生從理論學(xué)習(xí)走向?qū)嶋H應(yīng)用；從提升教師的角度以校企攻關(guān)課題的產(chǎn)學(xué)研合作為契機(jī)，提升高校指導(dǎo)教師的科研水平；從服務(wù)企業(yè)的角度為企業(yè)解決生產(chǎn)問題，提高企業(yè)的卓越計劃參與積極性.

2.1 雙導(dǎo)師帶教制

創(chuàng)立與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機(jī)制，企業(yè)由單純的用人單位變?yōu)槁?lián)合培養(yǎng)單位，高校和企業(yè)共同設(shè)計培養(yǎng)目標(biāo)，制定培養(yǎng)方案，共同實施培養(yǎng)過程.重點(diǎn)研究圍繞攻關(guān)課題的雙導(dǎo)師帶教機(jī)制[1]，由學(xué)校配套具備工程背景的指導(dǎo)老師，同時從企業(yè)選拔實際經(jīng)驗豐富，從事機(jī)制相關(guān)領(lǐng)域的優(yōu)秀工程師作為學(xué)生攻關(guān)課題的指導(dǎo)老師，力爭每5名學(xué)生配一名企業(yè)指導(dǎo)老師.

圖1 雙導(dǎo)師制帶教機(jī)制

搭建雙導(dǎo)師帶教機(jī)制的核心思想是在攻關(guān)課題的實施中實現(xiàn)“問題具體化、目標(biāo)定量化、方法科學(xué)化、結(jié)果應(yīng)用化”.企業(yè)導(dǎo)師重點(diǎn)完成問題挖掘、目標(biāo)定量監(jiān)控，高校導(dǎo)師指導(dǎo)學(xué)生采用科學(xué)化的方法分析問題、解決問題，并最終實現(xiàn)研究結(jié)果的應(yīng)用化.如圖1所示的雙導(dǎo)師帶教機(jī)制.

2.2 叉裝車的設(shè)計過程

叉裝車集機(jī)、電、液及信息技術(shù)為一體，具有高效、節(jié)能，越野性好，使用靈活、安全可靠，性價比高等優(yōu)點(diǎn)[2]，全面覆蓋了機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)知識，如圖2所示.可取代越野叉車、汽車吊、挖掘機(jī)用于石材礦山荒料場裝卸荒料的鏟運(yùn)設(shè)備，換上鏟斗可作為石材礦區(qū)開山修路，鏟運(yùn)礦區(qū)面層土方，現(xiàn)已在石材礦山廣泛使用.也可用于發(fā)生自然災(zāi)害地區(qū)或戰(zhàn)爭時期清除道路路障和短途鏟運(yùn)物資等重要用途，實現(xiàn)其“一機(jī)多用”的功能.如果學(xué)生能真正做到從設(shè)計計算到生產(chǎn)研制的全過程研發(fā)，卓越工程師的企業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)就已達(dá)成.叉裝車需綜合考慮設(shè)計要求、動力系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等，所以叉裝車的設(shè)計可以分成幾大模塊化的設(shè)計，讓學(xué)生在每個模塊中掌握相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，達(dá)到真正的學(xué)以致用.可見在叉裝車的設(shè)計研發(fā)過程幾乎用到了卓越工程師培養(yǎng)方案中的所有課程知識，更能很好的體現(xiàn)企業(yè)學(xué)習(xí)階段培養(yǎng)方案的全過程，貫穿于卓越工程師培養(yǎng)方案的始終.

圖2 某公司叉裝車

工作裝置

如圖3所示，工作裝置的優(yōu)化設(shè)計一直是企業(yè)需要攻關(guān)的重點(diǎn)難題.通過對機(jī)械結(jié)構(gòu)工作裝置-反轉(zhuǎn)六連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計，綜合考慮動力性和運(yùn)動性的情況下，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、有限元分析、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計方法、機(jī)電一體化設(shè)計等課程[2-4]，在機(jī)構(gòu)設(shè)計時學(xué)生發(fā)現(xiàn)動力性和運(yùn)動性是一對矛盾體，要取得較好的運(yùn)動性，就勢必影響到動力性.因此工作裝置設(shè)計過程中，既要滿足動力性，又要兼顧到良好的運(yùn)動性，同時還要考慮到機(jī)構(gòu)參數(shù)對結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝的影響，在此長彼消的優(yōu)化設(shè)計過程中，找到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解.最后應(yīng)用有限元進(jìn)行相應(yīng)應(yīng)力應(yīng)變的力學(xué)分析，進(jìn)行工作裝置的各桿件的強(qiáng)度校核，工作裝置的設(shè)計包括機(jī)構(gòu)的設(shè)計、強(qiáng)度校核、制作工藝等，所以整個設(shè)計過程中涵蓋了培養(yǎng)方案中大量的專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課程及校內(nèi)實習(xí).這能讓學(xué)生掌握復(fù)雜機(jī)械機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計理念，從而培養(yǎng)學(xué)生靈活應(yīng)用所學(xué)的理論知識解決實際工程問題的能力，達(dá)到舉一反三的效果.液壓系統(tǒng)

如圖4所示液壓系統(tǒng)的設(shè)計中，如何保證在滿足動力性能的前提下降低消耗，是叉裝車的又一重大難題，能耗一直是工程車輛需要迫切解決的問題.液壓系統(tǒng)綜合了液壓控制、電器控制、電機(jī)及電力拖動、微機(jī)接口技術(shù)、電工技術(shù)、電子技術(shù)、電工電子技術(shù)試驗等課程[2]，讓學(xué)生在整個液壓系統(tǒng)的設(shè)計過程中，掌握了各種電磁閥、制動器、油路布置等知識，如何優(yōu)化布置油路，降低能耗等問題；并能統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計各種油液控制系統(tǒng)，實現(xiàn)節(jié)能減排的最優(yōu)化設(shè)計.

圖3 WSM993T45工作裝置安裝總圖（左圖）及動臂應(yīng)力應(yīng)變分析圖（右圖）

圖4 液壓系統(tǒng)設(shè)計圖

智能系統(tǒng)

現(xiàn)代工程車輛都裝置車載信息系統(tǒng)或車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，如圖5所示學(xué)生自己設(shè)計的控制系統(tǒng).通過遙控設(shè)備，結(jié)合視屏系統(tǒng)，利用wifi遙控構(gòu)建數(shù)字化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，通過微機(jī)數(shù)據(jù)處理后，經(jīng)WiFi無線網(wǎng)路控制叉裝車的工作裝置進(jìn)行自動控制和手動，實現(xiàn)規(guī)定高度的范圍內(nèi)自動起降物料，達(dá)到在超載情況下系統(tǒng)停止工作，確保設(shè)備使用的可靠性和安全性.

構(gòu)建遠(yuǎn)程信息平臺，在叉裝車上安裝GPS定位系統(tǒng)，GPS可以基于gprs/wifi,和其他interent網(wǎng)絡(luò)定位、并可以通過該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行其他的信息的通信.基于wifi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對設(shè)備上的各個感應(yīng)器測量數(shù)據(jù)信息收集和實時的監(jiān)控，便于檢測系統(tǒng)、故障報警.實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)信息智能統(tǒng)計，使設(shè)備處于安全可控狀態(tài)；降低設(shè)備維護(hù)成本，提高效率.

在整個智能系統(tǒng)的設(shè)計過程中學(xué)生正好用到微機(jī)原理與接口技術(shù)、工程測試與信號處理、故障診斷與維修、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與制造扥等相關(guān)課程.

圖5 叉裝車智能控制系統(tǒng)

3 教學(xué)效果

企業(yè)導(dǎo)師根據(jù)實際生產(chǎn)重點(diǎn)完成問題挖掘、目標(biāo)定量監(jiān)控，高校導(dǎo)師指導(dǎo)學(xué)生采用科學(xué)化的方法分析問題、解決問題，并最終實現(xiàn)研究結(jié)果的應(yīng)用化.所選攻關(guān)課題以服務(wù)企業(yè)為導(dǎo)向，是真刀真槍的實際問題.如圖6所示學(xué)生在企業(yè)調(diào)試現(xiàn)場.比如，2014年7月與福建省威盛機(jī)械發(fā)展有限公司立項實施的《大噸位叉裝車的工作裝置的優(yōu)化設(shè)計》、《叉裝車液壓系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計》、《叉裝車的智能控制系統(tǒng)》等，該類項目是解決企業(yè)產(chǎn)品的重要問題，也是迫切依托高校解決的問題[5-6].此外，創(chuàng)立與行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機(jī)制，企業(yè)由單純的用人單位變?yōu)槁?lián)合培養(yǎng)單位，高校和企業(yè)共同設(shè)計培養(yǎng)目標(biāo)，制定培養(yǎng)方案，共同實施培養(yǎng)過程.

結(jié)合實際、務(wù)實管用.堅持“課題就是問題”、“成果就是辦法”、“研究就要管用”的原則.所選課題以應(yīng)用研究為主，學(xué)科專業(yè)知識是課題的基礎(chǔ)，課題是學(xué)科專業(yè)知識的延伸，所立的每一項課題都與本專業(yè)聯(lián)系十分緊密.再次，集思廣益、系統(tǒng)論證.企業(yè)和高校的雙導(dǎo)師共同研討攻關(guān)課題，擬采用固定選題和參考選題的方法，采用自下而上的方式由學(xué)生根據(jù)興趣和專長挑選課題，采取自上而下的方式由導(dǎo)師分配課題，把卓越工程師的要求和企業(yè)自身的需要緊密結(jié)合起來.

圖6 學(xué)生在企業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行產(chǎn)品的工裝調(diào)試圖

4 結(jié)論

本文結(jié)合具體的工程實際項目-叉裝車的研發(fā)設(shè)計計算，講述卓越工程師工程實踐能力的培養(yǎng)，區(qū)別傳統(tǒng)人才培養(yǎng)體系，整個培養(yǎng)方案中加大并突出了實踐教學(xué)和企業(yè)學(xué)習(xí)階段.結(jié)合企業(yè)攻關(guān)課題形成明確的教學(xué)內(nèi)容，探討校企合作的產(chǎn)學(xué)研模式，企業(yè)導(dǎo)師和學(xué)校導(dǎo)師雙導(dǎo)師帶教下，卓越工程師的培養(yǎng)方案，在項目過程中進(jìn)行課堂理論知識的延伸和升華，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及積極主動性，在工程實踐項目中鍛煉學(xué)生的分析問題和解決問題的工程實踐能力，取得了良好的教學(xué)效果.

〔1〕以項目驅(qū)動的雙主體教育模式在本科生導(dǎo)師制中的實施[J].黑龍江高教研究,2013，31（7）:34-37.

〔2〕最新裝載機(jī)設(shè)計生產(chǎn)新工藝新技術(shù)與維護(hù)保養(yǎng)及質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)實用手冊[M].中國機(jī)械工業(yè)出版社,2010.9.

〔3〕孫恒.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社,2011.7.

〔4〕王聰興,司愛國.裝載機(jī)工作裝置運(yùn)動狀態(tài)仿真系統(tǒng)設(shè)計 [J].工程機(jī)械,2012，43（5）:34-37.

〔5〕項目驅(qū)動產(chǎn)學(xué)結(jié)合的軟件工程系列課程構(gòu)建探討[J].計算機(jī)工程與科學(xué),2011，33（z1）:34-37.

〔6〕林桂娟.《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計》課程的項目驅(qū)動式教學(xué)方法探討 [J].赤峰學(xué)院學(xué)報 （自然科學(xué)版）, 2014，20（z1）:256-257.

G712

A

1673-260X（2016）11-0221-03

2016-06-07

福建省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2014年度重點(diǎn)課題(FJJKCGZ14-066)；廈門市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2014年度立項重點(diǎn)課題(14003)