車輛工程專業(yè)計算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)方案設(shè)計

劉尊民 薛斌 王國元

摘? 要 汽車是機(jī)械、電子、計算機(jī)、通信等技術(shù)高度集成的工業(yè)化產(chǎn)品。隨著汽車新技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)扮演著越來越重要的角色。傳統(tǒng)的課程體系及培養(yǎng)模式不能完全適應(yīng)新時期對車輛工程人才培養(yǎng)的要求，車輛工程專業(yè)有必要加強(qiáng)計算機(jī)應(yīng)用能力的培養(yǎng)。從車輛工程培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，立足于計算機(jī)技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用背景，探討計算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)引入車輛工程專業(yè)實踐教學(xué)的現(xiàn)代化教育方法與手段，并提出詳盡的培養(yǎng)方案。

關(guān)鍵詞 車輛工程;計算機(jī)應(yīng)用;實訓(xùn);MATLAB/Simulink

中圖分類號：G642? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）22-0083-03

Training Scheme Design of Computer Application Ability for Ve-hicle Engineering Major//LIU Zunmin， XUE Bin， WANG Guoyuan

Abstract Automobile is a highly integrated products， including me-chanical technique， electronic technique， computing technique， com-munication technique， etc. With the development of automobile tech-nology， computing technique plays an increasingly important role. The traditional curriculum system and training pattern， can not com-pletely meet social requirement for vehicle engineering talents in thenew period， so it is necessary to strengthen the training of computer application ability for vehicle engineering major. Based on the trai-ning objectives of vehicle engineering major， the training method of computer application ability for vehicle engineering major is mainly discussed， and a detailed training plan is presented in this article.

Key words vehicle engineering; computer application; practical trai-ning; MATLAB/Simulink

1 引言

現(xiàn)代計算機(jī)控制技術(shù)已滲透到汽車的各個組成部分，汽車的結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，自動化程度也越來越高。控制器是汽車電子的核心單元，每個控制單元的核心也在于控制算法的實現(xiàn)。根據(jù)IEEE報告顯示，豪華級別的汽車的軟件代碼長度超過1億行，其中70%來自汽車的車載信息和娛樂系統(tǒng)，30%來自儀表盤、車身電子、發(fā)動機(jī)和引擎控制以及汽車安全相關(guān)部件。即使是30%的代碼，也已經(jīng)超過一千萬級代碼行數(shù)的波音787飛機(jī)。其功能構(gòu)架使用嵌入式硬件和軟件平臺架構(gòu)實現(xiàn)，以此聯(lián)動產(chǎn)生的軟硬件研發(fā)、生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)價值非常巨大。由此可見，汽車已經(jīng)進(jìn)入電子控制時代，而這一切都依賴于計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展[1-2]。汽車已經(jīng)由單純的機(jī)械產(chǎn)品向高級的機(jī)電一體化方向發(fā)展，成為所謂的“智能汽車”，而計算機(jī)技術(shù)在這一研究方向中起著巨大的作用，這已經(jīng)是大勢所趨。因此，車輛工程專業(yè)學(xué)生加強(qiáng)計算機(jī)方面的學(xué)習(xí)顯得非常重要[3-4]。鑒于此，設(shè)計車輛工程專業(yè)計算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)方面的方案，可為車輛工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案的制訂提供有益參考。

2 項目整體構(gòu)架方案

因培養(yǎng)對象為車輛工程專業(yè)學(xué)生，目的是提高該專業(yè)學(xué)生的計算機(jī)應(yīng)用能力，因此需要制訂詳細(xì)的培養(yǎng)方案。該方案分為五個步驟，流程如圖1所示：首先根據(jù)學(xué)生數(shù)量成立項目指導(dǎo)小組，確立小組組長及副組長;小組成立后，根據(jù)學(xué)生興趣方向設(shè)置培訓(xùn)課程，并開展相關(guān)方向的技術(shù)培訓(xùn)工作;培訓(xùn)結(jié)束進(jìn)行專業(yè)組織競賽活動，作為最終學(xué)生評估的分值項;設(shè)計類實習(xí)階段由學(xué)生與指導(dǎo)教師討論后確定設(shè)計類題目，進(jìn)行設(shè)計工作，最終以作品或成果的形式提交項目組審核，并組織優(yōu)秀成員進(jìn)行答辯。流程結(jié)束后，由項目指導(dǎo)小組給出成績，并對整個流程進(jìn)行評估，提出針對下一批學(xué)生的優(yōu)化整改方案。整個流程時間為一年，其中指導(dǎo)小組成立、知識培訓(xùn)及知識競賽階段為一學(xué)期，設(shè)計類實習(xí)及項目評估為一學(xué)期。該培訓(xùn)計劃獨立在課程體系外，可作為學(xué)生創(chuàng)新學(xué)分的重要參考點。

3 指導(dǎo)組組織方案

為保障項目的順利實施，成立項目指導(dǎo)小組。指導(dǎo)組分為組長、副組長及小組成員。小組組長為管理工作總負(fù)責(zé)人，進(jìn)行培訓(xùn)任務(wù)分配。要求該負(fù)責(zé)人既了解汽車專業(yè)知識，又有計算機(jī)軟硬件技術(shù)方面特長。副組長協(xié)助組長督促組員保質(zhì)保量完成任務(wù)。項目小組成員為項目的主要組織實施者，由車輛工程專業(yè)教研室及計算機(jī)專業(yè)相關(guān)教研室人員擔(dān)任，作為各任務(wù)的項目導(dǎo)師，負(fù)責(zé)項目具體實施，記錄培訓(xùn)推進(jìn)情況。組長可根據(jù)需要組織其他技術(shù)人員如外聘企業(yè)導(dǎo)師加入項目小組，協(xié)助完成項目。

在實施過程中，學(xué)生實踐能力、綜合素質(zhì)及創(chuàng)新意識的提高，都依賴于指導(dǎo)組教師的專業(yè)技能與基本素養(yǎng)，因為缺乏計算機(jī)應(yīng)用能力及相關(guān)專業(yè)知識的隊伍，對學(xué)生計算機(jī)能力的培養(yǎng)僅僅是空談而已。可通過組織相關(guān)指導(dǎo)人員定期進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)與對外交流的方式，造就一支真正適合于車輛專業(yè)計算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)的師資隊伍。

4 知識培訓(xùn)方案

要求學(xué)生具備基本的計算機(jī)知識并完成計算機(jī)高級語言編程的學(xué)習(xí)后開始實施。課程培訓(xùn)方式類似研究生課程，學(xué)生根據(jù)自己的選題情況進(jìn)行選課，一門課程開課次數(shù)控制在10次左右，以培養(yǎng)興趣及培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力為主。前三次以概論及基礎(chǔ)知識為主，后面課程以任務(wù)模塊及學(xué)生匯報為主?？稍O(shè)置以下課程。

1）C++程序設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生面向?qū)ο蟮哪K化思想。

2）.NET程序設(shè)計。選其中的vb.net 或C#模塊教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用高級語言開發(fā)能力，可針對汽車銷售企業(yè)管理系統(tǒng)模塊化任務(wù)介紹。

3）網(wǎng)絡(luò)編程?？蛇xasp、PHP或asp.net等為基礎(chǔ)模塊介紹，培養(yǎng)學(xué)生對主流網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工具的應(yīng)用能力;可針對網(wǎng)絡(luò)化物流平臺系統(tǒng)介紹，并設(shè)計相關(guān)的開發(fā)模塊由學(xué)生自行完成，同時加強(qiáng)學(xué)生計算機(jī)美工制作方面的培養(yǎng)。

4）嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。培養(yǎng)學(xué)生的硬件開發(fā)能力，可選51內(nèi)核單片機(jī)系統(tǒng)或ARM核的嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行介紹。結(jié)合汽車基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)案例，如瞬時油耗的采集系統(tǒng)、水溫采集及顯示系統(tǒng)，由學(xué)生完成基礎(chǔ)模塊的開發(fā)。

5）DCS系統(tǒng)開發(fā)。培養(yǎng)學(xué)生對汽車檢測系統(tǒng)的認(rèn)識及基本的開發(fā)技能。結(jié)合實驗室的汽車檢測裝備，設(shè)計基本的測試開發(fā)模塊，由學(xué)生完成相關(guān)模塊設(shè)計開發(fā)。

6）地理信息系統(tǒng)平臺開發(fā)。結(jié)合車隊定位管理系統(tǒng)，設(shè)計基本的模塊如協(xié)議解析、地圖匹配、車輛管理等，可選用目前主流的Baidu地圖、Google地圖、MapInfo本地地圖等，由學(xué)生自行設(shè)計基礎(chǔ)模塊，使學(xué)生了解實際應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)流程。

7）汽車CAD技術(shù)?？蛇xPro/Engineer、UG、CATIA等模塊介紹，基于任務(wù)由受訓(xùn)小組完成汽車典型零件設(shè)計、裝配、工程圖繪制、CAM加工、數(shù)據(jù)管理等。

8）有限元技術(shù)。培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理系統(tǒng)進(jìn)行模擬計算的能力?？蛇xANSYS、CATIA等平臺進(jìn)行介紹，使學(xué)生在車身零部件和車身整體的結(jié)構(gòu)分析、模態(tài)分析和碰撞分析等方面能獨立進(jìn)行分析求解。

9）MATLAB/Simulink仿真技術(shù)。采用MATLAB/Simulink

仿真軟件平臺建立典型汽車電子控制系統(tǒng)的仿真軟件平臺，讓苦澀難懂的控制原理和控制方法變得直觀易懂，同時訓(xùn)練學(xué)生采用“V模式開發(fā)流程”進(jìn)行汽車電子控制系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的基本能力。

各模塊教學(xué)過程中遵循軟件工程學(xué)的開發(fā)思路，針對具體案例由學(xué)生自行完成系統(tǒng)可行性報告、需求分析報告、概要設(shè)計報告、詳細(xì)設(shè)計報告及測試報告等各個環(huán)節(jié)的規(guī)范文檔工作，并使學(xué)生了解軟件平臺不過是一個工具，一個好的設(shè)計最終決定于設(shè)計者本身的技術(shù)和經(jīng)驗。

5 專業(yè)知識競賽方案

為學(xué)生學(xué)習(xí)探討汽車電控及計算機(jī)知識提供平臺，提高車輛專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)計算機(jī)積極性，豐富大學(xué)校園生活，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力。在計算機(jī)培養(yǎng)方案流程中組織一次專業(yè)知識競賽。專業(yè)知識競賽可分為現(xiàn)場競賽環(huán)節(jié)及作品展示環(huán)節(jié)。該活動不限參與該計劃的學(xué)生，向車輛專業(yè)學(xué)生開放。針對不同年級學(xué)生，大二學(xué)生側(cè)重于現(xiàn)場知識競賽環(huán)節(jié);大三、大四學(xué)生作品環(huán)節(jié)分?jǐn)?shù)占比大于60%，比賽包括現(xiàn)場匯報、評審委員提問及現(xiàn)場打分環(huán)節(jié)，其基本流程如圖2所示。該流程中所有環(huán)節(jié)可交付學(xué)生會組織實施，指導(dǎo)小組成員協(xié)助完成。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)及參賽積極性，將獲獎及參賽學(xué)生納入學(xué)生管理評價體系，并作為培訓(xùn)結(jié)果評估的分值參考項。

6 設(shè)計類實訓(xùn)方案

該環(huán)節(jié)為項目的最主要環(huán)節(jié)，結(jié)合興趣愛好及專業(yè)課程計劃，與項目組導(dǎo)師共同討論確定設(shè)計類題目。最終以作品的形式提交項目組，項目組根據(jù)提交情況確定優(yōu)秀作品，并組織學(xué)生進(jìn)行答辯。設(shè)計選題可參照如下實訓(xùn)模塊進(jìn)行。

汽車總線技術(shù)開發(fā)、通信測試實訓(xùn)? 與汽車電子類課程相結(jié)合，結(jié)合主流汽車總線開發(fā)測試平臺，完成汽車子系統(tǒng)總線的設(shè)計、測試與仿真，如儀表系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)等，側(cè)重于總線協(xié)議的封裝與測試、系統(tǒng)仿真與實現(xiàn)。引導(dǎo)學(xué)生了解J1939協(xié)議（用于商用車）、CANOpen協(xié)議（用于現(xiàn)場控制、電機(jī)控制器等）及ISO 15031-5（用于OBD診斷）。

汽車檢測生產(chǎn)線通信、測試及模塊功能開發(fā)實訓(xùn)? 與汽車檢測類課程結(jié)合設(shè)計相關(guān)模塊，側(cè)重于檢測線的通信技術(shù)、測試及實現(xiàn)，側(cè)重于技術(shù)開發(fā)，包含自行設(shè)計環(huán)節(jié)。

基于B/S、C/S模式的汽車營銷企業(yè)管理系統(tǒng)開發(fā)實訓(xùn)? 與汽車服務(wù)類課程相結(jié)合，側(cè)重于系統(tǒng)開發(fā)流程、技術(shù)實現(xiàn)過程，由學(xué)生完成相關(guān)模塊的開發(fā)，并形成完整的技術(shù)文檔。通過該模塊的設(shè)計開發(fā)過程，使學(xué)生脫離對汽車服務(wù)企業(yè)的初級認(rèn)識，上升到設(shè)計開發(fā)的層面。

物流信息系統(tǒng)平臺開發(fā)實訓(xùn)? 與汽車服務(wù)類課程結(jié)合，使學(xué)生了解物流信息平臺體系及完成開發(fā)設(shè)計流程，理解汽車服務(wù)類的核心開發(fā)技術(shù)及思想，擺脫認(rèn)識的層面，并接觸相關(guān)的開發(fā)過程，了解專業(yè)的核心技術(shù)——信息化技術(shù)。

運輸企業(yè)車隊定位管理信息平臺實訓(xùn)? 與汽車電子類課程相結(jié)合，使學(xué)生了解地理信息系統(tǒng)相關(guān)知識，了解交運系統(tǒng)信息平臺、車隊管理信息系統(tǒng)平臺、車路協(xié)同系統(tǒng)平臺的基本情況。并設(shè)計相關(guān)實訓(xùn)模塊由學(xué)生自行開發(fā)，如通信模塊、地圖匹配模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、信息管理模塊、調(diào)度平臺模塊及針對車輛管理系統(tǒng)的手機(jī)模塊，使學(xué)生加深對公交集團(tuán)、出租車管理系統(tǒng)、企業(yè)車隊油耗管理系統(tǒng)等的了解，理解信息化技術(shù)在汽車行業(yè)中的重要性。

車輛CAD及有限元分析模塊實訓(xùn)? 與汽車CAD、CAE類課程相結(jié)合，完成典型零部件或典型機(jī)構(gòu)的三維設(shè)計及計算分析過程。

7 項目評估

由項目指導(dǎo)小組評議本次培養(yǎng)過程與結(jié)果，起草并建立評估指標(biāo)，設(shè)計并發(fā)放給受訓(xùn)學(xué)生調(diào)研表格，或通過網(wǎng)絡(luò)平臺由學(xué)生以學(xué)號登錄后進(jìn)行評價。參照調(diào)研表格數(shù)據(jù)，由各指導(dǎo)教師對各項評價指標(biāo)進(jìn)行評議打分，以此為依據(jù)進(jìn)行項目整體評估，并給出下次培訓(xùn)的改進(jìn)意見及措施。

8 總結(jié)

針對目前車輛工程專業(yè)學(xué)生在計算機(jī)應(yīng)用方面知識的欠缺情況，給出詳盡的指導(dǎo)方案，包括項目實施組織、知識培訓(xùn)、專業(yè)知識競賽、實習(xí)及課程設(shè)計方案。通過該方案的實施，使學(xué)生加強(qiáng)對汽車行業(yè)新技術(shù)的理解，并具備一定的設(shè)計開發(fā)能力?！?/p>

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