基于有限元的綠色制造與創(chuàng)新制造的教學(xué)研究

錢茹+卞鴿+楊星星+王石莉

【摘要】伴隨著《中國制造2025》的制定與實(shí)施，社會對高層次人才需求劇增。結(jié)合社會需求和現(xiàn)有應(yīng)用型本科培養(yǎng)計(jì)劃的不足，通過有限元仿真平臺從綠色制造和智能制造的角度，提出該學(xué)改革方案，為提高應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)質(zhì)量做出貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】綠色制造 有限元 教學(xué)研究

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）05-0240-02

一、引言

我國在2015年明確提出了《中國制造2025》計(jì)劃，全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略。在此背景下，新一輪科技和產(chǎn)業(yè)變革對制造企業(yè)的研發(fā)能力提出了極高的要求。對于企業(yè)來說，綠色、智能是制造業(yè)轉(zhuǎn)型的主要方向，堅(jiān)持綠色發(fā)展，推行綠色制造是關(guān)鍵舉措。而有限元仿真技術(shù)是驅(qū)動制造企業(yè)綠色制造與創(chuàng)新制造的核心技術(shù)之一，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短研發(fā)周期，降低成本。當(dāng)前培養(yǎng)出具有綠色制造、創(chuàng)新制造能力的人才已成為高校人才培養(yǎng)的目標(biāo)和任務(wù)，而有限元仿是一個良好的推動平臺。

二、“中國制造2025”背景下《有限元及應(yīng)用》課程的培養(yǎng)要求

應(yīng)用型本科人才教育旨在培養(yǎng)具有工程研究、工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)施能力的人才。對于機(jī)械工程專業(yè)的本科生來講，能夠定量分析復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性是非常重要的工程應(yīng)用能力。我國資源短缺、節(jié)能環(huán)保要求日益提高，綠色制造和創(chuàng)新制造也成為制造的一大指標(biāo)和任務(wù)。將研發(fā)和生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，提高生產(chǎn)效率和資源利用率，這也給高校人才培養(yǎng)工作提出了更高的要求。

（1）應(yīng)具備相對完整的知識結(jié)構(gòu)。隨著現(xiàn)代產(chǎn)品復(fù)雜程度的不斷提高、企業(yè)的全球化發(fā)展，有限元仿真技術(shù)所不會僅涉及單個學(xué)科，因此應(yīng)用型本科生應(yīng)學(xué)會將有限元法應(yīng)用于各學(xué)科及各學(xué)科之間，以適應(yīng)實(shí)際的生產(chǎn)需要。

（2）應(yīng)具有較好的工程實(shí)踐能力。有限元仿真只是作為一種技術(shù)分析手段，而脫離了實(shí)踐檢驗(yàn)的分析是無法保證正確性和可靠性的。因此對于應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)，應(yīng)該更加注重實(shí)踐，不斷提高工程分析和工程應(yīng)用的能力，通過實(shí)踐和提升理論知識的融合來全面提高人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

（3）應(yīng)具備強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識。創(chuàng)新是推動技術(shù)發(fā)展，體現(xiàn)產(chǎn)品核心價值的關(guān)鍵。因此產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅需要避免出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，生產(chǎn)成本投入少、研發(fā)周期短，更需要產(chǎn)品競爭力強(qiáng)。而這些關(guān)鍵在于人才的培養(yǎng)，要重視培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的素質(zhì)和水平。

三、培養(yǎng)模式和教學(xué)方法的改革

伴隨著《中國制造2025》的制定與實(shí)施，三維設(shè)計(jì)技術(shù)和數(shù)字化生產(chǎn)已成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工制造的核心，仿真技術(shù)更是幫助制造企業(yè)減少物理樣機(jī)的使用和試驗(yàn)。這些發(fā)展也給應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)工作提出了更高的要求。那么在機(jī)遇與挑戰(zhàn)面前，為使培養(yǎng)的人才適應(yīng)社會的需要，就《有限元分析及應(yīng)用》課程的教學(xué)而言，許多工作仍待改善和提高：

（1）首先應(yīng)該注重教師自身教學(xué)能力的培養(yǎng)。教師要吃透課程相關(guān)的理論知識，整合和優(yōu)化教學(xué)資源，選擇或編寫適合當(dāng)前的教材、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書等教育資料。同時教師不能“閉門造車”，應(yīng)該參與企業(yè)綠色制造、創(chuàng)新制造等相關(guān)科研項(xiàng)目，提高自身理論水平和實(shí)踐能力。

（2）其次教師應(yīng)該改變“灌輸式”的教學(xué)模式。該課程是一門專業(yè)課，長期以來由于傳統(tǒng)教學(xué)方式的局限性，學(xué)生知識水平的參差不齊，使課堂教學(xué)顯得缺乏生氣，教與學(xué)難以共鳴，教師難教，學(xué)生難學(xué)，很難達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。積極探索“研討式”教學(xué)模式，結(jié)合典型工程實(shí)例的有限元仿真，師生以對話模式共同探討，培養(yǎng)學(xué)生的綠色制造與創(chuàng)新設(shè)計(jì)的工程意識。

（3）第三應(yīng)加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)。工程問題的有限元仿真雖然證明可以實(shí)現(xiàn)，但是其分析模擬結(jié)果往往因?yàn)槿狈υ囼?yàn)驗(yàn)證而遭到質(zhì)疑。因此該課程實(shí)踐絕不能只是上機(jī)操作，而應(yīng)該讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來充分驗(yàn)證仿真的正確性。此外應(yīng)盡可能地增加學(xué)生自主設(shè)計(jì)與研究的能力，將該課程應(yīng)用拓展到課程設(shè)計(jì)、大學(xué)生創(chuàng)新、定崗實(shí)習(xí)等實(shí)踐過程中，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和工程能力。

四、結(jié)束語

該課程探索了“以有限元為平臺提升學(xué)生綠色制造和創(chuàng)新制造能力”的教學(xué)模式，既符合應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目標(biāo)，也符合當(dāng)前《中國制造2025》的大趨勢。我國是制造業(yè)大國、機(jī)械裝備使用大國，綠色再制造是可持續(xù)發(fā)展的前提，創(chuàng)新是強(qiáng)大制造的源動力。因此作為機(jī)械專業(yè)的學(xué)生，堅(jiān)持“綠色制造、創(chuàng)新制造”，提高工程適應(yīng)性，才能促進(jìn)理論知識的理解與掌握，才能全面提高解決工程實(shí)際問題的綜合能力與創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王喜文.中國制造2025解讀：從工業(yè)大國到工業(yè)強(qiáng)國[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[2]徐濱士，朱勝，史佩京.綠色再制造技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展[J]焊接技術(shù).2015，45（5）：11-14.

[3]唐向紅，劉國凱.面向智能制造的研究生人才培養(yǎng)研究[J]課程教育研究.2016，6.

作者簡介：

錢茹（1980-），女，東南大學(xué)成賢學(xué)院機(jī)械工程系，講師，碩士。研究方向：機(jī)械產(chǎn)品的數(shù)字化模擬與仿真。