農(nóng)機(jī)工程技術(shù)人才CAE思維及應(yīng)用能力培養(yǎng)路徑研究

［摘 要］CAE技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域日益成熟的應(yīng)用為農(nóng)機(jī)裝備設(shè)計(jì)與研發(fā)提供了更加科學(xué)、高效的解決方案，極大地縮減了產(chǎn)品研發(fā)周期和成本，以極高的效率實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新。文章在對(duì)當(dāng)前國(guó)際、國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)行業(yè)引入CAE技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)我國(guó)農(nóng)機(jī)行業(yè)領(lǐng)域相關(guān)應(yīng)用的短板以及人才培養(yǎng)過程中遇到的問題，從有限元方法課程理論教學(xué)改革、學(xué)生CAE思維能力培養(yǎng)、通用有限元分析軟件的農(nóng)機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用、試驗(yàn)平臺(tái)搭建、非農(nóng)機(jī)行業(yè)應(yīng)用借鑒、教師能力提升、課程思政融合七個(gè)方面提出農(nóng)機(jī)工程專業(yè)研究生CAE思維及應(yīng)用能力培養(yǎng)的方法和路徑，以期有效應(yīng)對(duì)我國(guó)農(nóng)機(jī)行業(yè)產(chǎn)品研發(fā)和設(shè)計(jì)中面臨的現(xiàn)實(shí)問題，補(bǔ)齊我國(guó)農(nóng)機(jī)裝備研制過程中的短板，培養(yǎng)合格人才并滿足行業(yè)未來長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的需求。

［關(guān)鍵詞］有限元方法；CAE思維；教學(xué)改革；農(nóng)業(yè)機(jī)械

［中圖分類號(hào)］G643.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］2095-3437（2024）16-0108-05

以有限元數(shù)值分析為主體的CAE（Computer Aided Engineering）技術(shù)日益成熟，該技術(shù)已深度應(yīng)用于航空、航天、船舶、機(jī)械、車輛、土木等工業(yè)領(lǐng)域。狹義上的CAE主要指利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)工程和產(chǎn)品進(jìn)行物理、力學(xué)性能和安全、可靠性分析，以對(duì)其未來的工作狀態(tài)和運(yùn)行行為進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和優(yōu)化，從而及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，并判斷工程、產(chǎn)品功能的可用性和可靠性。這意味著在產(chǎn)品CAD（Computer Aided Design）模型設(shè)計(jì)出來以后、在樣機(jī)制作之前，就已經(jīng)通過仿真分析、數(shù)值計(jì)算和模型優(yōu)化獲得了系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，從而極大地縮減了產(chǎn)品研發(fā)周期和成本，以極高的效率實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新。將CAE技術(shù)引入農(nóng)機(jī)行業(yè)領(lǐng)域是農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備設(shè)計(jì)和研發(fā)的必然趨勢(shì)和必要的技術(shù)手段，將大大提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，在面向農(nóng)機(jī)方向的農(nóng)業(yè)工程研究生培養(yǎng)過程中，借鑒CAE技術(shù)在其他行業(yè)的成熟應(yīng)用，開展以有限元方法課程為核心載體的CAE技術(shù)能力培養(yǎng)，將為農(nóng)機(jī)行業(yè)領(lǐng)域培育更多急需的CAE技術(shù)人才，補(bǔ)齊我國(guó)農(nóng)機(jī)企業(yè)設(shè)備研制過程中的短板，提升技術(shù)研發(fā)水平。

一、農(nóng)機(jī)行業(yè)引入CAE技術(shù)現(xiàn)狀

農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的使用具有季節(jié)性強(qiáng)、時(shí)間緊、任務(wù)重、作業(yè)環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，在保障基本功能的同時(shí)，降低設(shè)備故障率、提高農(nóng)機(jī)裝備的使用壽命是提高農(nóng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量、提高農(nóng)機(jī)裝備行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。在發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)機(jī)巨頭企業(yè)中，如美國(guó)的約翰迪爾、愛科、凱斯紐荷蘭，德國(guó)的克拉斯，日本的洋馬、久保田等，CAE技術(shù)已成為農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造流程中一種強(qiáng)制性的工藝規(guī)范和必備工具[1]，通用CAE軟件中加入了農(nóng)機(jī)專用功能改進(jìn)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)無法開展的力學(xué)分析和數(shù)值計(jì)算，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

我國(guó)部分中小型農(nóng)機(jī)企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)依然停留在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，即通過產(chǎn)品CAD設(shè)計(jì)形成設(shè)計(jì)圖紙，再進(jìn)行樣機(jī)試制、調(diào)試、試驗(yàn)、改進(jìn)和生產(chǎn)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能的合理性和可行性主要由產(chǎn)品設(shè)計(jì)和樣機(jī)試驗(yàn)來確定，潛在的缺陷和故障則大多反映在用戶的使用過程中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能的改進(jìn)和完善大多是基于不斷的用戶反饋來完成的。這種傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不僅使用戶的使用體驗(yàn)大打折扣，降低了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，更會(huì)造成產(chǎn)品更新?lián)Q代慢的后果，對(duì)于體積較龐大的大型農(nóng)機(jī)裝備來說尤其如此。樣機(jī)的反復(fù)試制也會(huì)造成大量的人力和物力的浪費(fèi)，延長(zhǎng)了裝備的開發(fā)周期。

目前，除部分涉農(nóng)機(jī)高?；蚩蒲性核目蒲行枨笠酝?，國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)頭部大型農(nóng)機(jī)企業(yè)將CAE技術(shù)引入日常的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，如雷沃智慧農(nóng)業(yè)、中聯(lián)農(nóng)機(jī)等。這些大型農(nóng)機(jī)企業(yè)分別屬于大型產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，不僅生產(chǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)械，產(chǎn)品還涵蓋工程機(jī)械、消防機(jī)械、商用車等多種產(chǎn)品類別。顯然，CAE在其他行業(yè)中較為成熟的應(yīng)用可以很自然地引入農(nóng)機(jī)領(lǐng)域。如中聯(lián)重科構(gòu)建了產(chǎn)品的虛擬化樣機(jī)，完全實(shí)現(xiàn)了樣機(jī)的三維建模、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析、作業(yè)情況模擬等虛擬化設(shè)計(jì)工作，讓研發(fā)過程變得更加高效、可靠。而在雷沃智慧農(nóng)業(yè)，CAE技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的優(yōu)異表現(xiàn)得到了充分重視，技術(shù)逐年累積，逐漸成為農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造流程中一種強(qiáng)制性的工藝規(guī)范和必備工具，直接對(duì)標(biāo)國(guó)際農(nóng)機(jī)巨頭企業(yè)。

二、我國(guó)農(nóng)機(jī)行業(yè)CAE技術(shù)使用的不足

我國(guó)農(nóng)機(jī)行業(yè)引入CAE技術(shù)方法尚未普及，整體處于起步階段。

（一）未能成為一種必要的設(shè)計(jì)手段

CAE技術(shù)在很多中小型農(nóng)機(jī)企業(yè)的應(yīng)用幾乎是空白，而不少大型農(nóng)機(jī)企業(yè)也仍處在經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)的不斷積累和發(fā)展過程中?？傮w來看，CAE技術(shù)在農(nóng)機(jī)行業(yè)仿真項(xiàng)目少、技術(shù)單一，同時(shí)未形成針對(duì)農(nóng)機(jī)的特殊運(yùn)行環(huán)境和復(fù)雜工況的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)于其他行業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較少。

（二）CAE專業(yè)技術(shù)人才缺乏

高校CAE技術(shù)相關(guān)專業(yè)相對(duì)較少，同時(shí)其多數(shù)畢業(yè)生畢業(yè)后進(jìn)入專業(yè)的CAE技術(shù)公司，或者從事航空、航天、航海、車輛、電子等高科技行業(yè)領(lǐng)域工作，加上農(nóng)機(jī)行業(yè)本身應(yīng)用不足，畢業(yè)后從事農(nóng)機(jī)行業(yè)工作的人才較少。

（三）一些高校農(nóng)機(jī)專業(yè)CAE教學(xué)基礎(chǔ)薄弱

CAE技術(shù)的核心主體是有限元分析，需要有扎實(shí)的結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)等知識(shí)，還需要掌握求解偏微分方程等高等數(shù)學(xué)知識(shí)，準(zhǔn)確理解設(shè)計(jì)過程中的各個(gè)參數(shù)的含義。只有這樣，在面對(duì)新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)時(shí)，才能充分運(yùn)用科學(xué)分析能力和知識(shí)遷移能力。國(guó)內(nèi)一些開設(shè)農(nóng)機(jī)專業(yè)的高校主要精力用于農(nóng)機(jī)裝備功能的實(shí)現(xiàn)及相關(guān)基礎(chǔ)理論、機(jī)理的研究，相對(duì)缺乏大型CAE仿真經(jīng)驗(yàn)，多數(shù)應(yīng)用是在學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，且多為小型結(jié)構(gòu)或關(guān)鍵部件的應(yīng)用，其應(yīng)用深度有限。

（四）缺乏必要的試驗(yàn)條件

在CAE設(shè)計(jì)過程中，通過有限元仿真得到的結(jié)果往往需要與實(shí)物試驗(yàn)進(jìn)行相互驗(yàn)證和支撐，通過不同工況、不同載荷的施加實(shí)現(xiàn)仿真與實(shí)物的來回對(duì)標(biāo)，是一個(gè)不斷改進(jìn)迭代的過程。這需要構(gòu)建試驗(yàn)場(chǎng)，通過專業(yè)儀器、設(shè)備（如振動(dòng)、疲勞分析試驗(yàn)臺(tái)等）進(jìn)行測(cè)量和反饋。試驗(yàn)條件的匱乏也是限制CAE技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要因素。

除此以外，CAE技術(shù)在農(nóng)機(jī)行業(yè)里交流少、溝通少，缺乏相關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議和技術(shù)交流平臺(tái)，而傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)方式也可以維持產(chǎn)品的研制和開發(fā)過程，因此在整個(gè)行業(yè)中相關(guān)技術(shù)發(fā)展緩慢。

三、農(nóng)機(jī)工程技術(shù)人才CAE教學(xué)培養(yǎng)改革

針對(duì)我國(guó)農(nóng)機(jī)行業(yè)領(lǐng)域的CAE技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，為彌補(bǔ)現(xiàn)階段的不足，滿足未來長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展需求，課題組在深度剖析原因的基礎(chǔ)上積極調(diào)整農(nóng)機(jī)專業(yè)的課程內(nèi)容和培養(yǎng)方案，以有限元方法課程為載體，完善課程培養(yǎng)體系，充分發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢(shì)在人才培養(yǎng)中的作用。通過培養(yǎng)學(xué)生的CAE思維，促進(jìn)行業(yè)CAE技術(shù)的普及和更高層次應(yīng)用。

（一）有限元方法課程理論教學(xué)改革

有限元方法課程理論知識(shí)的學(xué)習(xí)是首要任務(wù)。學(xué)生若沒有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)而僅僅會(huì)使用通用的有限元分析軟件，會(huì)使得其分析僅僅停留在表面固定模式，缺乏靈活應(yīng)對(duì)各種新結(jié)構(gòu)、新材料以及新工況的能力。當(dāng)前課程存在“內(nèi)容繁雜、不連貫，重點(diǎn)內(nèi)容不突出”“有限元方法與有限元軟件脫節(jié)”“試驗(yàn)環(huán)節(jié)匱乏”“未突出農(nóng)機(jī)專業(yè)特色”等問題，學(xué)生普遍反映理論知識(shí)晦澀難懂、“學(xué)”難以“致用”等問題，造成課程耗時(shí)長(zhǎng)但實(shí)際收效低的局面。因此，課題組在系統(tǒng)梳理有限元方法理論知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，找準(zhǔn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，化繁為簡(jiǎn)，采用符合知識(shí)學(xué)習(xí)規(guī)律的方式循序漸進(jìn)地調(diào)整課程內(nèi)容。

在理論課程中同時(shí)引入雙語教學(xué)。主流CAE軟件市場(chǎng)被歐美壟斷，學(xué)生在進(jìn)行復(fù)雜幾何模型計(jì)算機(jī)數(shù)值分析時(shí)，要想熟練使用這些全英文的國(guó)外軟件，需要掌握英文專業(yè)術(shù)語，才能查看英文材料獲得第一手信息。如軟件附帶的幫助文件提供了從基礎(chǔ)理論到工程實(shí)踐過程的綜合性文件，提供了原始的理論模型，能夠詳盡地解釋有限元理論所涉及的數(shù)學(xué)、力學(xué)及建模過程的原理。英文原版資料閱讀降低了學(xué)生吸收知識(shí)存在認(rèn)知偏差的概率，提高了學(xué)生閱讀世界重要期刊和前沿科技信息的能力。

（二）學(xué)生CAE思維能力培養(yǎng)

CAD負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，為CAE提供造型、裝配。CAE負(fù)責(zé)驗(yàn)證產(chǎn)品性能，減少試樣次數(shù)、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用、降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、提升設(shè)計(jì)效率，不斷優(yōu)化CAD設(shè)計(jì)。在獲取理論最優(yōu)方案后再進(jìn)行樣機(jī)生產(chǎn)，通過測(cè)試驗(yàn)證設(shè)計(jì)過程，獲得綜合評(píng)價(jià)最優(yōu)方案。圖1為CAD、CAE一體化設(shè)計(jì)思維方框圖?？赏ㄟ^引入具體的應(yīng)用實(shí)例輔助加深學(xué)生對(duì)該過程的理解。如在某型號(hào)谷物收割機(jī)[2]設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)CAD模型設(shè)計(jì)好以后，工程師根據(jù)多年實(shí)際經(jīng)驗(yàn)初步判斷收割臺(tái)右側(cè)后壁可能存在薄弱點(diǎn)，因此采用CAE有限元分析方法進(jìn)行分析預(yù)演，對(duì)收割機(jī)進(jìn)行模態(tài)分析、瞬態(tài)動(dòng)力響應(yīng)分析及疲勞分析，由分析結(jié)果獲得薄弱點(diǎn)并制定CAD改進(jìn)方案，改進(jìn)后再進(jìn)行驗(yàn)證，通過不斷修改獲得理論最優(yōu)CAD設(shè)計(jì)方案。實(shí)例的引入能夠幫助學(xué)生掌握處理問題的思路和方法，形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的CAE思維。

（三）通用有限元分析軟件的農(nóng)機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用

農(nóng)業(yè)機(jī)械在使用過程中的環(huán)境條件與其他機(jī)械有明顯不同，軟件的使用流程較模式化，難點(diǎn)在于軟件的仿真過程與實(shí)際工況是否契合，這也是仿真的意義所在。因此，不同種類農(nóng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，各種可能的工況，結(jié)構(gòu)的支撐和約束方式，受力情況、邊界條件、材料特性，常見結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分以及不同結(jié)構(gòu)單元（如梁?jiǎn)卧?、四面體單元、殼單元）特性等都是需要考慮的因素。圖2為雷沃智慧農(nóng)業(yè)對(duì)玉米收獲機(jī)的駕駛室、轉(zhuǎn)向橋橋臂、糧倉支架、摘穗臺(tái)傳動(dòng)箱、機(jī)架、風(fēng)機(jī)葉片等關(guān)鍵部件進(jìn)行的CAE仿真分析[3-9]。各結(jié)構(gòu)部件通常采用UG實(shí)現(xiàn)CAD設(shè)計(jì)，用Hypermesh實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格劃分前處理，用通用有限元分析軟件Nastran進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算等有限元分析和后處理操作。掌握設(shè)計(jì)方案的應(yīng)力、應(yīng)變分布等參量，明確設(shè)計(jì)薄弱部位，不斷地在“設(shè)計(jì)—仿真—優(yōu)化”過程中確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合要求，在實(shí)物樣機(jī)制作之前獲得理論可行的最佳設(shè)計(jì)方案。教學(xué)過程中需要系統(tǒng)地分析軟件仿真過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，與課程理論知識(shí)相結(jié)合，相互促進(jìn)提升。

（四）搭建試驗(yàn)平臺(tái)

樣機(jī)試制并進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試是CAE設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，無論是局部關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)還是整機(jī)試驗(yàn)，都是測(cè)試結(jié)構(gòu)性能、驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果的必要手段，使得整個(gè)設(shè)計(jì)形成完整的閉環(huán)。如雷沃智慧農(nóng)業(yè)專門建立了大型試驗(yàn)場(chǎng)，配置專業(yè)的測(cè)試儀器設(shè)備使有限元仿真結(jié)果與實(shí)物進(jìn)行相互驗(yàn)證和支撐。教學(xué)過程中可以針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，引入易于實(shí)現(xiàn)的典型環(huán)節(jié)的典型試驗(yàn)，向?qū)W生演示試驗(yàn)原理、設(shè)備、步驟和方法，加深其對(duì)CAE思維方式的理解。通過試驗(yàn)，可以區(qū)分主、次要振源因素，獲取科學(xué)、合理的外力函數(shù)、振動(dòng)量級(jí)和激勵(lì)力模型，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果；可以進(jìn)行農(nóng)機(jī)關(guān)鍵部件模態(tài)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)B(tài)與有限元模態(tài)計(jì)算結(jié)果的對(duì)標(biāo)、模態(tài)分解、匹配與結(jié)論驗(yàn)證；可以進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)（隨機(jī)振動(dòng)、掃頻振動(dòng)等）和結(jié)構(gòu)疲勞測(cè)試試驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)、諧響應(yīng)分析及疲勞計(jì)算的試驗(yàn)驗(yàn)證，精確地估算結(jié)構(gòu)部件的疲勞壽命，驗(yàn)證疲勞分析結(jié)果的正確性。

（五）借鑒非農(nóng)機(jī)行業(yè)應(yīng)用

CAE技術(shù)在整個(gè)制造行業(yè)的整體作用在提升，創(chuàng)造的價(jià)值越來越被認(rèn)可。但CAE技術(shù)人才培養(yǎng)的時(shí)間成本和資源成本都比較高，因而技術(shù)門檻整體比較高，因此，除了少數(shù)行業(yè)積累的CAE分析經(jīng)驗(yàn)比較成熟，大部分行業(yè)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)并不成熟。整體而言，國(guó)內(nèi)的CAE技術(shù)應(yīng)用整體還是比較薄弱的，再加上商業(yè)保密的原因，高校很難獲得核心資源用于研究生教學(xué)。目前獲得相關(guān)資源的途徑主要有通用有限元分析軟件的官方網(wǎng)站及學(xué)術(shù)會(huì)議，專業(yè)的CAE技術(shù)咨詢、培訓(xùn)公司官網(wǎng)，公開出版發(fā)表的書籍、論文、網(wǎng)頁、論壇和視頻等，如達(dá)索公司提供的仿真軟件SIMULIA的全線產(chǎn)品手冊(cè)（包含Abaqus和Simpack）等，能夠開闊學(xué)生的視野。另外，上海樸渡信息科技有限公司可以提供結(jié)構(gòu)CAE分析（強(qiáng)度、疲勞壽命、碰撞、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等），物理場(chǎng)仿真分析和平臺(tái)搭建（振動(dòng)噪聲、流體、電磁仿真、多物理場(chǎng)仿真等），振動(dòng)噪聲測(cè)試服務(wù)和測(cè)試平臺(tái)搭建等CAE領(lǐng)域的技術(shù)咨詢服務(wù)，學(xué)生瀏覽公司主頁可以了解到更多的行業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目和種類，以開闊視野，拓展思路。

（六）提升教師能力

授課教師不僅要做到“授人以漁”，而且要為社會(huì)育人育才，自身技術(shù)素質(zhì)和知識(shí)能力也需要不斷提升。目前全世界高校普遍面臨的情況是授課內(nèi)容滯后于行業(yè)企業(yè)的應(yīng)用實(shí)際，培養(yǎng)社會(huì)需要的人才是教師自我改進(jìn)的方向。對(duì)于CAE技術(shù)，除了在科研領(lǐng)域的工程應(yīng)用，教師還可以積極參加學(xué)術(shù)會(huì)議、技術(shù)培訓(xùn)、專家講座等學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，廣泛閱讀前沿科技論文，密切關(guān)注國(guó)內(nèi)外大型農(nóng)機(jī)企業(yè)動(dòng)態(tài)以開闊視野。如達(dá)索公司提供的全球3D EXPERIENCE建模仿真大會(huì)，演講嘉賓的實(shí)際應(yīng)用案例可為農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)用提供思路。

（七）課程思政融合

教師應(yīng)引入課程思政，引導(dǎo)學(xué)生了解專業(yè)和行業(yè)現(xiàn)狀，對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外形勢(shì)，開闊視野，培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)，在農(nóng)機(jī)行業(yè)領(lǐng)域?yàn)辄h育人，為國(guó)育才。

1.農(nóng)機(jī)行業(yè)的使命感和責(zé)任擔(dān)當(dāng)

以《管子·輕重篇》中記載的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期“齊紈魯縞”的故事（齊國(guó)管仲對(duì)魯國(guó)發(fā)動(dòng)人類歷史上有文字記載的第一次糧食貿(mào)易戰(zhàn)）為切入點(diǎn)，以史為鑒，讓學(xué)生明白，在城市化進(jìn)程加快、耕地面積減少、人口老齡化趨勢(shì)明顯、農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力持續(xù)減少的情況下，糧食安全在國(guó)家安全中的重要戰(zhàn)略地位，進(jìn)而了解農(nóng)機(jī)行業(yè)的戰(zhàn)略地位和發(fā)展前景，思考農(nóng)機(jī)行業(yè)面對(duì)的戰(zhàn)略機(jī)遇，意識(shí)到中國(guó)的糧食安全一定要牢牢把握在中國(guó)人自己的手中，從而緊跟科技發(fā)展腳步，用新知識(shí)和新技能武裝自己，增強(qiáng)從事農(nóng)機(jī)行業(yè)的使命感和責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

2.國(guó)際視野和家國(guó)情懷

CAE輔助產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)的重要性日益凸顯。2020年，全球CAE市場(chǎng)規(guī)模為81億美元，預(yù)計(jì)到2025年，全球CAE市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到128億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)9.6%。2021年中國(guó)CAE市場(chǎng)規(guī)模達(dá)21億元，未來有望實(shí)現(xiàn)百億級(jí)增長(zhǎng)。海外市場(chǎng)龍頭企業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)集中度也在逐步提升[10]。工業(yè)制造是中美博弈的重要領(lǐng)域，但全球CAE市場(chǎng)被前三大供應(yīng)商（西門子、ANSYS和達(dá)索）所主導(dǎo)，市占率達(dá)47%，CAE軟件仍然被歐美壟斷，CAE軟件國(guó)產(chǎn)化率僅為11%。隨著中美貿(mào)易摩擦加劇和近年美國(guó)對(duì)華企業(yè)態(tài)度收緊，核心技術(shù)國(guó)產(chǎn)化越來越重要，出于對(duì)先進(jìn)制造和信息安全問題的考慮，國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件更要加快發(fā)展腳步，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)外工業(yè)軟件的逐步替代，CAE軟件國(guó)產(chǎn)化刻不容緩。

四、結(jié)語

本文在系統(tǒng)分析國(guó)內(nèi)外農(nóng)機(jī)行業(yè)引入CAE技術(shù)現(xiàn)狀以及我國(guó)農(nóng)機(jī)行業(yè)CAE技術(shù)使用不足的基礎(chǔ)上，針對(duì)農(nóng)機(jī)工程技術(shù)人才培養(yǎng)過程中出現(xiàn)的問題，從有限元方法課程理論教學(xué)改革、學(xué)生CAE思維能力培養(yǎng)、通用有限元分析軟件的農(nóng)機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用、試驗(yàn)平臺(tái)搭建、非農(nóng)機(jī)行業(yè)應(yīng)用借鑒、教師能力提升、課程思政融合七個(gè)方面提出農(nóng)機(jī)工程專業(yè)研究生CAE思維及應(yīng)用能力培養(yǎng)的方法和路徑，以期有效應(yīng)對(duì)我國(guó)農(nóng)機(jī)行業(yè)面臨的各種現(xiàn)實(shí)問題。這不僅為學(xué)生提供了扎實(shí)的力學(xué)、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)從而用于學(xué)科領(lǐng)域的更深層次的科研工作，還為學(xué)生利用大型商用有限元分析軟件解決農(nóng)業(yè)工程中的實(shí)際問題提供了基本的學(xué)科理論知識(shí)素養(yǎng)，使學(xué)生能夠更加快速地借助軟件和試驗(yàn)設(shè)備解決農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備研制過程中復(fù)雜結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動(dòng)力響應(yīng)、疲勞斷裂等力學(xué)性能的分析以及物理場(chǎng)計(jì)算問題，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)，這有助于提高農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，為社會(huì)培養(yǎng)合格的農(nóng)機(jī)工程技術(shù)人才。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1］ 黃巍.CAE技術(shù)的發(fā)展與在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（12）：106-107.

[2] 秦永峰，冷峻，韓克翠，等.谷物收割機(jī)割臺(tái)側(cè)壁改進(jìn)設(shè)計(jì)CAE有限元分析及優(yōu)化措施[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2020（7）：106-109.

[3］ 何松，冷峻，郇新明，等.玉米收獲機(jī)駕駛室CAE設(shè)計(jì)計(jì)算分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2021（4）：96-103.

[4］ 王小平，冷峻，張?zhí)岵?玉米收獲機(jī)轉(zhuǎn)向橋轉(zhuǎn)向臂板強(qiáng)度CAE設(shè)計(jì)分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2021（1）：102-103.

[5] 李金良，冷峻，丁雄飛，等.玉米收獲機(jī)糧倉支架強(qiáng)度CAE設(shè)計(jì)計(jì)算分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2020（2）：102-103.

[6］ 王巖亮，冷峻，張偉，等.玉米收獲機(jī)傳動(dòng)箱強(qiáng)度CAE設(shè)計(jì)分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2021（2）：108-112.

[7］ 石偉偉，冷峻，劉娜，等.3行玉米收獲機(jī)機(jī)架焊合剛度CAE計(jì)算分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2021（6）：90-96.

[8］ 張延成，冷峻，戴紹普，等.玉米收獲機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)連接位置底盤機(jī)架強(qiáng)度CAE分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2020（8）：101-104.

[9］ 李國(guó)棟，冷峻，殷杰，等.收割機(jī)風(fēng)機(jī)強(qiáng)度CAE計(jì)算分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械，2021（3）：99-102.

[10］ 繆欣君.工業(yè)軟件的思維“CAE”：從虛擬走到現(xiàn)實(shí)[R].2021.

［責(zé)任編輯：雷 艷］