时间：2023-03-17 18:00:48
导语：在虚拟制造技术论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
关键词：建模，装配仿真，干涉检查
1 引言虚拟制造是实际制造工程在计算机上的映射，船舶建造仿真要求采用三维的模型来代替实际的制造工程，将在车间、船台（坞）的工作在虚拟的环境下先运行一遍，从分段装配、舾装配合、动力学性能、流体力学性能等多方面进行系统的分析，从而得出船舶建造的逻辑顺序与合理性，并为建造过程的优化准备好数据基础。
2 船舶建造数字建模及装配仿真要求船舶的建造是一个复杂的系统工程，现代造船技术以中间产品为导向，采用成组技术和计算机集成制造技术，有层次的对整个建造工程实施分解，在不同的阶段，对三维建模有不同的要求。在以进行船舶建造作业计划编制为目的，同时满足生产设计需要的情况下，对船舶数字化建模和装配仿真技术的要求是[1,2]：（1）提供编制计划所需要的产品特征信息，包括产品的几何特征、物理特征、工程结构特征等。在实际建造前根据数学基础与图形学映射关系确定各个零件的配合情况；（2）对产品进行干涉检查，确定整个装配方案的可行性，在虚拟环境下消除产品的设计缺陷；（3）通过装配仿真，给出产品的装配信息与约束信息，确定生产计划所需要的装配逻辑顺序；（4）以虚拟制造技术为基础，通过仿真，构建装配工艺路线，实现可行的装配工艺规划；（5）进行装配工艺仿真后处理，给出适合生产实际的三维模型与工艺文件。
3 数字化三维模型的建立这里使用的是CATIA V5 软件进行建模装配仿真与干涉检查。CATIA V5 是IBM 和达索系统公司共同推出的CAD/CAE/CAM 软件，该软件能够在windows和Unix 等平台上运行，具有较强的三维造型功能，还有较强的运动仿真功能模块。
3.1 造船工程分解与任务包的确定
进行三维数字化建模，不能单纯的为了建模而建模，如果只是将船舶按其二维图纸做成三维物体，则失去了建模的意义。以生产计划编制为目标的数字化建模通过船舶工程分解，来分清整个工艺过程，确立任务包，在此基础之上，为后面的装配仿真打下信息基础。
船舶生产的过程实际上是制造零部件，即所谓的“中间产品”。免费论文。这些中间产品经过几个制造级的逐渐变大变复杂，终而形成一艘船，即最终产品。免费论文。因此从中间产品的角度来分解船舶的建造任务是理想的方案，这就是产品导向型分解。产品导向型工程分解的原理是：任何系统结构都是层次分明有序可循的，通过层层分解可以通过图表的形式揭示其有序结构。
产品导向型工程分解用于造船时，首先按照任务本质的不同将造船全过程分为船体建造、舾装和涂装三大类，每一大类又分为加工和装配两种作业。例如，将船体建造分为零件加工、零件装配、部件装配、小分段装配、分段装配、大分段装配和船体合拢7 个制造级。
3.2 分段模拟建模
（1）船体外板的建模
本文是在具有船壳曲面型值表的基础上进行船壳曲面的三维建模。由于型值表中的数据有间隔，在生成型线后，还进一步对其进行了光顺。在具体建模过程中环境的设置如下：以X 正方向为船艏方向，Y 正方向为船右舷方向，Z 正方向为船高方向。只需XZ 平面一边建立一半船壳曲面，另一边映射即可。在生成所有曲面之后，如果还有局部的地方出现棱角，还可以充分利用CATIA 中的曲面修改功能，对于有棱角的地方可以把带有棱角线两边的曲面连接（Join）成一大块，然后在棱角线两边分别用两个参考面把这块大面截断（Split）成两块面，去掉中间有棱角线的曲面。再由这两块Split面通过Blent（or Fill）命令连接起来，Blend（or Fill）命令中有保证曲面光顺连接的选项，可以保证曲面的光顺连接。对于凹凸不平的小块曲面也可以用这种方法来修改。
（2）零件的建模
零件的建模，其目的是为了在以后的装配仿真和生产计划编制中提供必要的信息。其应具备下列基本策略：
（a）特征设计与特征提取的综合利用。特征是产品建模的强有力支持。建模时应将特征设计与特征提取结合起来，充分利用现有的CAD 系统所提供的特征造型功能，尽量从有关内部数据库直接提取，同时要充分的利用人机交互共功能，通过交互输入定义。
（b）面向对象的建模方式。面向对象的建模方式，具有先粗后精，由抽象到具体的特点，符合产品设计时的自然思维习惯，应在建模中得到充分应用。
（c）模型的层次化组织。免费论文。在建模过程中，应该具有大局观，不能只盯着一个构件，而是应该考虑整体的层次性，在经过详细科学的分解以后，分层有计划的建模。
模型不仅要处理设计系统的输入信息，还应能处理设计工程中的中间信息和结果信息，因此模型的信息应随着设计过程的推进而逐步丰富和完善。
4 装配仿真与干涉检查船舶装配仿真与干涉检查是在虚拟的环境下确定船舶的作业逻辑顺序，提供生产工艺数据资料，检验工艺与设计的可行性。它是船舶虚拟制造和生产作业计划的至关重要的一环，是进行生产规划的基础。装配仿真包括了零件装配、部件装配和分段装配三个制造级的任务包。在进行装配仿真的过程中，应该按照工艺顺序依次进行虚拟，其作用如下：(1) 拟定装配方案，优化装配结构。从设计和制造工艺出发，在各种约束中寻求装配的合理性与最优性；(2) 改进装配性能，降低装配成本。船舶装配所涉及的零件种类繁多，数量巨大，装配仿真的任务首先要确保产品的装配到位，然后要求装配能够比较容易实现，尽量降低成本；(3) 产品可制造性的基础。由于目前详细设计一般还是二维的，必须在虚拟三维环境下检查产品的可行性；(4) 为计划提供必要的信息数据。
4.1 装配仿真
装配仿真的覆盖范围很广泛，这里具体来说包括装配顺序、装配路径和装配工艺三个方面的内容，其中装配顺序与装配路径是最为核心内容。
4.2 干涉检查
船体分段有很多组件构成，肉眼很难发现可能的干涉情况，利用CATIA 所提供的干涉检查函数，可以自动的检查所有的干涉情况。下面通过实例来说明。
在构件中有一工字梁与角钢交叉，要进行干涉检查，看两者是否有接触而不能装配，应用Compute Clash 命令，将两个零件同时选中，即可分析这两个零件的干涉情况。当对话框Result 出现Clash 表示两个组件发生了干涉，出现Contact 则表示选定的两个组件相接触，如果No interference 则表示没有干涉。
5 结语本文以编制生产计划为目的，研究了基于虚拟制造下的三维数字化建模的方法。在CATIA 环境下，研究了怎样通过对工艺合理性分析结合装配分析，虚拟干涉检查、产品装配、生产工艺仿真，最后得到适合生产计划编制的数字化模型。
论文关键词：虚拟现实,分层装配,运动仿真,Quest3D
虚拟装配作为虚拟制造技术[1-3]的重要组成部分，近年来得到了学术界和工业界的广泛关注，并对敏捷制造、虚拟制造等先进制造模式的实施具有深远影响。利用虚拟装配，可以验证装配设计和操作的正确与否，以便及早的发现装配中的问题。而通过虚拟运动仿真，可模拟产品运动状态下运动设计精度的准确度。通过反馈信息可对模型进行修改，并通过可视化显示装配运动过程。运用该技术不但有利于并行工程的开展，而且还可以大大缩短产品开发周期，降低生产成本，提高产品在市场中的竞争力。虚拟装配改善传统以经验为主、装配滞后于加工设计的弊端。本文提出基于Quest3D的虚拟装配及运动仿真的实现方法，依据零件的装配分层关系实现序列拆装，并给出虚拟装配系统的设计方法和案例。
1 分层序列装配模型
由于机械产品结构复杂，每个零部件之间都有严格的装配关系[4-5]，无论是拆还是装都需要按照设计的装配结构来进行。本文采用层次化序列装配模型，即将产品的整体结构按照其真实的装配标准按层次划分或分解为不同级别的能够进行独立装配的装配单元，形成并行装配序列。通常产品的装配单元可分为：零件、合件、组件、部件、机器五个等级的装配体，装配时，按照上述等级依次分解，上一级包含下一级子装配体，下一级子装配体又包含更下一级子装配体直至最终不可分解的零件，其中每一级装配体按照其装配次序形成序列。层次化模型的优点在于更清晰表达产品中零部件之间的层次关系，并可以用子装配体表达一组功能上或物理结构上相关的零件集，可减少装配分析的复杂性，简化问题的求解过程。图1 为分层序列装配示意。
几点说明：
（1）在装配模型设计中，每一层装配体都会存在基准件，按照装配工艺要求将基准件设为该层序列的第一个装配体，以保证满足装配标准和装配精度；
（2）装配单元的划分依据具体机械产品的装配要求，如果在某层子装配体中如（部件层）出现单一零件时，该类零件则视为部件级零件，可以直接在相应层中进行装配顺序排序。
2 基于Quest3D的虚拟装配系统设计
2.1 系统总体架构
本文的虚拟装配系统分为两个区，即场景区和功能区。场景区包括摄像机控制、3D模型导入和显示、环境设置。其中，摄像机控制是根据用户需求实现对模型及场景的浏览漫游功能如移动、旋转和缩放等；3D模型导入和显示则是基于原始模型实现数据转化和表示，每个零件都具有位置、材料及贴图信息属性；环境设置包括场景布置、灯光设置以及UI设计。功能区由五个功能模块组成，分别为：整体拆装模块、序列拆装模块；手工模拟拆装模块及运动仿真模块。如图2所示。
2.2 模型导入转化及场景设置
通过UG NX三维建模，生成原始数据模型，应用Deep Exploration软件将prt文件模型进行文件格式转换为dae文件，中学英语论文然后导入到Quest3D中。Quest3D可对导入所有数字内容的进行设置和编制。由于机械产品结构复杂，所包含零件繁多，Dae初始模型是分成若干个可装配的零部件，需要通过程序定义其在场景中的世界坐标及彼此位置关系，用3D render场景模块把它们组合在一起并显示。
为了能更好控制每个零部件装配运动状态，在Quest3D中可添加Motion模块作为每个可装配零部件的运动属性[6]，如图3所示。为保证零件装配运动速度可调节性，Quest3D 提供阻尼模块参数Damping value，将其与运动方向建立联系。在拆或装时候，阻尼参数发挥作用，Damping 值增加时，阻尼增大，零件装配运动减慢，反之亦然。
场景设置主要包括光照、摄影机设置、贴图、材料、纹理等效果制作。光照采用平行光源和点光源从摄像机的投射方向给予模型物体较好的立体视觉效果，增强用户的沉浸感和系统的交互性。摄影机是用于确定观察者位置和投射方向以及与物体相对空间视窗的对应关系。系统采用物体注视摄像机（Object Inspection Camera）作为场景的交互窗口，通过调节摄像机的Position Vector，Camera Matrix和Camera Target模块参数，设定摄像机的位置、缩放的范围等，用户即可利用三维鼠标就可以对三维场景中所有物体进行浏览操作。图4为三维模型导入效果图中，（a）为一个二级减速器，（b）为车床主轴箱。
2.3 装配及运动设计
Quest3D中的三维模型中各个装配体依据装配单元建立层级链表，即确定拆装过程的序列。每个装配体都具有Motion模块属性，包括postion Vector（位置）、Rotation Vector（旋转）和Size Vector（缩放），拆装的原理是根据装配序列依次对装配体的各个矩阵中参数的进行改变设置，从而实现装配体的平移运动和旋转运动，以达到零部件装配效果。
虚拟装配过程分为整体拆装、顺序拆装及模拟手动拆装方式。整体拆装是对整个模型一次性实现拆分和装配过程，体现“爆炸”效果；顺序拆装是按照装配单元依次进行拆装；模拟手动拆装则是通过建立工具箱模块，用户可从工具箱中选择合适工具模拟真实拆装过程。无论以何种方式进行装配，拆装模块作为独立模块可进行重复调用，表1为拆装模块中相关设置参数表示。
系统的UI模块是用户实现装配操作的交互窗口，不同类型的机械产品可根据其复杂程度和操作方便性、人性化原则进行设计。本系统可用三维鼠标实现场景模型的移动、旋转和缩放，同时设置菜单、按钮、复选框等控件进行装配过程的选择、设置和操作。图5是减速器（a）和车床主轴箱（b）虚拟拆装图示，图6为CA6140车床的18级变速虚拟传动示意图。
3 结论
本文提出了分层装配思想应用Quest3D 引擎开发的虚拟装配和运动仿真系统可用于不同类型的机械产品模型，通过建立虚拟场景、UI功能模型有效达到了用户对于产品的交互操作，其虚拟装配过程和运动仿真对于企业设计制造及高校实践教学提供了较好的虚拟现实平台。
【参考文献】
[1]宁汝新，郑轶.虚拟装配技术的研究进展及发展趋势[J].中国机械工程，2005，8 （16）：139-144.
[2]韦有双，杨双龙，王飞.虚拟现实与系统仿真[M].北京：国防工业出版社，2004：15-20.
【关键词】成套装备；过程自动化；发展趋势
众所周知，在我国的过程装备与控制工程领域，高效的、连续的、自动的过程装备及其控制工程已经俨然成为我国企业级成套装备与控制工程的未来发展趋势。我国不仅过程装备与控制工程的市场需求巨大，而且在这一市场中，对于自动化制造设备的需求尤大。
一、成套装备技术的自动化需求趋势
我国在自动化装备与控制工程自动化市场方面需求较大，自动化装备工程与控制工程既是一种技术较为密集型的产业，又是一种人才较为密集型的产业，还是一种资金密集型产业，在这三者合一的进程中，装备与控制的自动化方面的需求十分旺盛。但是，与西方发达国家相比，我国在自动化的程度方面发展稍显滞后。虽然成套装备技术存在着自动化的需求，但是，在这方面一直以来美日与西欧等国家的企业占据了较为强势的垄断地位与主导地位。在成套装备的研发、设计、制造与销售方面，尤其是成套装备技术的自动化方面距离满足我国的国内自动化需求还相差甚远，这也从另一个方面反映出了我国的成套装备技术自动化的需求的趋旺趋势。
二、成套装备技术的自动化技术的行业发展趋势
成套装备技术自动化技术也存在着核心竞争力，这种核心竞争力主要体现在设计中的程控编程能力、系统制造中的柔性集成制造能力等。这些能力标志着核心竞争能力的强弱。展望未来的成套装备技术自动化我们看到，未来的新产品将越来越多地依托于自动化的编程与自动化的控制，自动化的柔性制造以自动化进行新的成套设备的开发将会成为未来行业发展趋势中的一大亮点。自动化的成型机通常都会包括四大组成部分，即控制工程部分的自动控制与气动控制两大系统，以及机械系统与整机总装总调系统共四大系统。在此大四大系统之中，尤以两大控制系统与整机总装总调系统的复杂度较高，这三大系统也因此而成为了未来成套装备技术自动化的行业核心竞争力中的三大硬指标。
三、以工业机器人技术为主导的自动化技术的发展趋势
工业机器人技术是目前世界工业中的较为尖端的科技，世界的许多工厂都在积极致力于实面大规模全自动化的工业机器人应用，以减少人工操作。这不仅能够极大地减低成套装备与控制工程制造的成本，而且还极大地提高了产品的品质。因此，可以说工业机器人技术的应用是工业尖端科技在成套装备与控制工程中的集中体现。成套装备与控制工程发达的国家与地区，其工业机器人的应用率与普及率已经达到了一个较高的程度，越来越多的自动化生产线上已经难觅操作工人与产业工人的身影。工业机器人在不远的将来将更多在应用到自动化的过程装备与控制工程中来。
四、我国的成套装备技术自动化的发展趋势
我国的成套装备技术自动化的发展趋势可以细分为下述五大趋势：
1.自动化的成套装备生产线设计与开发趋势
随着CAX仿真系统以及先进设计技术的不断应用，未来的快速设计与自动化设计新产品以及自动化的成套装备生产线设计将成为未来的发展趋势。数字化、自动化、综合化、一体化将成为过程装备的发展趋势。
2.自动化成套装备生产线的自动化趋势
世界的虚拟设计与虚拟制造技术发展极为迅猛，我国目前也已经有为数不多的数家公司开始应用这种世界最为先进的技术，以达成数字化的过程装备与控制工程。未来5-10年之这内，虚拟化设计与制造必将成为我国的自动化成套设备生产与设计的重中之重。而且我国的规模化企业还将建成规模化的虚拟设计与制造平台。
一旦这种虚拟化的设计与制造平台成功实现与企业资源规划系统以及其他信息平台的完全整合与对接，设计、制造的全过程都将可以在数字化的规范下高速有效连续地进行。这在工作效率、制造效率方面的提高将可以达到不可思议的高度。
3.自动化成套装备在控制工程方面的协调与管理技术趋势
未来我国在自动化成套装备的控制工程方面的发展趋势将主要体现在利用高速主流运算大型计算机对于成套装备的控制方面进行全面的计算机化实时控制。而且实时控制的范围将从传统的控制整条生产线发展到控制所有生产线，并且还可以形成与设计、制造等部门的有效的协调与管理机制的整全。
4.自动化生产线在实现模块化与可重构化方面的发展趋势
我国未来在成套装备的设计与制造方面的衔接过程将完全采用计算机的一体化机制，即设计以标准的模块化进行，这不仅有利于提高设计的效率而且这种标准化的模块式设计还可以将制造过程整合起来。
5.自动化成套装备的生产线的未来发展趋势
我国未来的自动化成套装备还将在信息技术与网络技术的支撑之下形成所有生产线的实时监控与快速整定。而且更为先进的离线编程技术也将在我国得到深度的应用。
成套装备技术的全面自动化已经成为世界潮流，我国也已经全面进入了成套装备技术的自动化大发展的加速发展阶段。成套装备技术的全面自动化极大地提高了劳动生产率，增强了人类认识世界与改造世界的能力，设计、制造、协调、管理高度集成的、高度一体化的成套装备自动化技术的出现必将引领我国的成套装备与控制工程进向一个新的历史时期。
参考文献：
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[3]陶秀祥，孙凤杰，何京敏.过程装备与控制工程专业的知识体系与人才培养模式[J].煤炭高等教育，2005（03）
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[5]王永建，李辉.IE专业毕业设计及论文多元化模式研究[A].第十二届工业工程和工程管理国际会议论文集（二）[C]，2005
关键词：虚拟现实技术；展示空间设计；教学设计
伴随着科学技术的飞速发展，人类已经跨入数字时代。虚拟现实作为一种新兴技术，在很多领域得到了非常广泛的应用。而在展示空间设计领域，虚拟现实已经作为一种非常重要的技术手段，渗入整个行业。其可以有效地解决抽象思维与展示空间设计实体间的联系问题。让人身临其境的感受、体会展示空间落成后的效果，让观者充分理解展示空间设计师的意图，达到实效沟通。因此也大大受到展示空间设计师们的青睐，并在展示空间设计领域得到了初步的应用。
1展示空间设计教学的内容和原则
展示空间设计是指展示空间在施工建造之前，设计者按照施工要求，把使用过程和施工过程中存在的问题或者可能发生的问题，做好全面的设计设想，拟定好解决这些问题的方案，用图纸表现出来。而展示设计教学则是将该设计过程放入课堂教学中，使学生明白如何实现展示空间设计的优化过程。最终落成，充分满足使用者的各种要求。下面就展示设计教学的基本原则、展示设计教学的基本内容做一阐述。
1.1展示空间设计教学的基本原则
把抽象的问题形象化、具体化，从而让学生更快速的理解教师的设计意图、调动学生的积极性和主动性，使教学更有效，使学生更容易建构新知识。
1.2展示空间设计教学的基本内容
一个优秀的展示空间设计作品要求满足空间环境的构造设计和展示空间空间环境的组合设计。要达到空间环境的构造设计和组合设计，在展示空间设计教学中，我们更需要做到为学生创设有效的情境，让学生有强烈的临场感、沉浸感，从而让学生在设计作品时不仅在功能、要求上创造良好的空间环境以满足人们生产生活文化等各种活动的需要，而且在内外形势上，创造良好的展示空间形象以满足人们的审美要求，最终达到让课堂教学更有效的目的。
2信息时代展示设计教学中存在的问题
展示空间设计教学是一门比较新兴的学科，一直以来不断发展和完善，在以往的展示空间设计教育中，教师大都是以尺子、图板、铅笔、工作模型等来展开的，教师通过手绘草图、电脑绘图（二维或三维)或向学生展示展示空间的模型，以向学生传达基本的展示设计构思。这种教学方法虽然快捷，但是过多依赖于二维图形，对于二维形体的推敲就显得捉襟见肘。
3虚拟现实技术应用于展示空间设计教学中的优势
虚拟现实技术非常有利于以学习者为虚拟学习情境创设一个良好的环境。教学是一门艺术，它强调学生的独特情感体验，要求教师在课堂上能够引导学生进行自主、积极的学习。可以这样说，情境教学在课堂教学实施过程中起到非常重要的作用。用情境教学法也更便于引出新内容，通过构建展示空间情境，教师用语言描绘展示空间理论和设计理念的同时，师生能共同进入角色，让学生在不知不觉中进入新知识的掌握和学习中。
4虚拟展示空间设计教学过程的组织
学生完成了以上的知识和技术储备的基础上，我们如何来引导学生实现虚拟展示空间设计呢？从教学方式上，选择的是任务驱动的教学模式，有利于学生克服单向思维，学会多向思维，综合运用知识，不断增强学生的创新能力。任务驱动教学分为以下四个步骤：第一步：展示计划。在这一部分中，教师创建情景，演示整个展示空间设计的任务。教师通过创建虚拟展示空间设计作品的任务情景，在情景中理解展示空间设计的新问题，教师提出总体设计目标，学生一边体验虚拟情景，一边提取自己知识结构中的相关经验，尝试用已有的知识解决教学情境中的问题。从而激发学生的探究欲和求知欲。第二步：分析计划。在第一个步骤中，教师演示的展示空间设计总任务一般较繁杂、信息量也较多，学生不能立刻理解并设计出合理方案。这时需要教师带领学生共同分析教学任务书，并让学生用自己已有的经验将总设计任务分解成一个个小任务，并且这些小任务要环环相扣，满足展示空间设计总任务书的要求。第三阶段：解决疑问。在这个步骤中，主要目的是让教师引导学生，发挥自身本有的主观能动性，主动探究问题，将上一步分解出来的小任务逐个完成。这时学生需要结合自己的初始能力，完成新知识的建构，并建立各个小任务之间的相互联系，然后再去验证，从中获得完成总任务所需的知识、能力。第四阶段：效果反馈。学习的过程就是一个不断反思、不断提高的过程，在探究性学习获得结果之后，学生应该对自己的学习效果有一个比较客观的评价。比如：我完成了什么内容、完成的效果自己是否满意、哪些地方还需进一步改进和提高、是否有更好的方法实现教学内容等。通过反思，学生不断地对设计作品作出调整和反馈，从而获得新的知识和经验，增强、丰富经验。总之，在展示空间设计教学的过程中，利用虚拟现实技术进行展示空间设计，不能单单只建立在虚拟场景基础上的模像直观教学，而缺乏语言准确性、生动性、形象性的表述。如果那样虚拟场景也仅仅起到一种陈列作用，学生难以获得确切的感性认知。因而，在展示空间设计教学过程中要根据教学内容、学生素质、教学环境等灵活运用虚拟现实技术构建虚拟场景，同时辅以语言直观教学，就会有更好的教学效果。
作者:张娇 单位:吉林动画学院
参考文献：
［1］王柯.基于虚拟现实技术的三维漫游系统研究与实现［D］.西南交通大学研究生学位论文，2003.
［2］申蔚，曾文琪.虚拟现实技术［M］.清华大学出版社，2009：8-9.
［3］刘志菊.浅谈虚拟现实技术及其应用技术［J］.山西建筑，2008（3）.
【关键词】 中国机械制造业 基础设备 国家的宏观方针政策 发展现状 发展方向
机械制造业是制造业的最主要的组成部分，是为用户创造和提供机械产品的行业，包括机械产品的开发、设计、制造、流通、和售后服务全过程。在整个制造业中，机械制造业占有特别重要的地位。因为机械制造业是国民经济的装备部，它以各种机器设备供应和装备国民经济的各个部门，并使其不断发展。国民经济的发展速度，在很大程度上取决于机械制造工业技术水平的高低和发展速度。
改革开放三十年以来，中国制造业有了显著的发展。目前，我国正处于经济发展的关键时期，但机械制造技术是我们的薄弱环节，它的发展已经跟不上国民经济的发展。因此要想跟上先进制造技术的世界潮流，必须将其放在战略优先地位，并以足够的力度予以实施，才能尽快缩小与发达国家的差距，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地，才能促进国民经济的发展，因此我国机械制造的现状和发展前景也越来越受到人们的关注和重视。
以下几个方面是机械制造业的重要组成部分，通过这几个方面的分析比较，基本上可以了解我国机械制造业的现状。
1 基础设备
在机械制造业中，机床、刀具、夹具、检测仪器等设备很大程度上决定了加工水平。而许多关键零部件我国还不能自己生产制造，完全依赖进口，这在很大程度上限制了我国机械制造业的发展。然而，放眼世界，我们可以看到。美国有集成电路和航天器，德国有汽车，日本机械制造，他们在这些领域都享有垄断的先进技术优势，形成了独、特、高的产品，占领了世界市场的制高点，而拥有先进的制造设备是他们成功的保障。反观我国，制造技术和工艺装备却很落后，没有掌握世界领先技术，大多是以引进技术生产产品，高新技术含量不高。由此可以看出，我国的机械制造设备还比较落后，与发达国家还有一定的差距。
2 存在着技术对外依存度高
业内人士认为，我国机械行业存在一个巨大的技术隐患，最突出的表现是对外技术依存度高。当今世界，制造业的中心正在向我国等发展中国家转移，中国已经成为全球性的制造大国，令世界瞩目。然而，由于缺乏具有自主知识产权的核心技术和品牌，制造业的许多领域还停留在国际价值链分工的低端。
3 国家扶持的支点偏离
科技投入占GDP的比重仍然很低，且投入不足和浪费低效并存。我国历史上科技投入占GDP的比重最高是1960年的2.32%，以后逐年下降，到1998年为0.69%，2000年以后有所回升，到2004年为1.23%，而创新型发达国家及新兴工业化国家这一比重一般在2%以上。机械工业作为一般竞争性行业，其竞争状况与效益状况直接受生产投入结构的影响。企业之间的竞争，实际上是科学技术实力和创新能力的竞争，而科技实力和技术创新能力在很大程度上取决于科研与开发的投入。发达国家为了保持机械工业的市场竞争力，加大了科技投入的力度。一些大企业的科技开发费用占到其销售额的4%—8%，甚至10%以上。这种高投入，由此可以看出，我国的经费投入等还很缺乏，这很大程度上限制我国机械制造业的发展。
展望未来现代机械制造技术的发展主要表现在两个方向上：一是精密工程技术，以超精密加工的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表，将进入微型机械电子技术和微型机器人的时代；二是机械制造的高度自动化，以CIMS和敏捷制造等的进一步发展为代表。
（1）精密成形技术成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等。精密成形技术包括：精密铸造（湿膜精密成形铸造、刚型精密成形铸造、高精度造芯）、精密锻压（冷湿精密成形、精密冲裁）、精密热塑性成形、精密焊接与切割等。
（2）无切削液加工无切削液加工的主要应用领域是机械加工行业，无切削液加工简化了工艺、减少了成本并消除了冷却液带来的一系列问题，如废液排放和回收等等。
（3）快速成形技术快速原型零件制造技术（RPM），其设计突破了传统加工技术所采用的材料去除的原则，而采用添加、累积的原理。其代表性技术有分层实体制造（LOM），熔化沉积制造（FDM）等等。
另外，由于第三次工业革命的发展，各个行业都有了长足的进步，而把各个科学结合起来就显现的越来越重要。因此我认为科学技术的综合，特别是信息技术与制造技术的融合是机械制造技术发展的主要方向。近年来机械制造技术最大的变化是信息处理、信息流动的变化。计算机辅助设计与制造、仿真、建模、神经网络、模糊控制、智能技术、机器人、柔性制造技术、集成制造系统、并行工程、精益制造、敏捷制造、虚拟制造、反向工程、全能制造、全球制造等仍然是机械制造技术中的热门课题。已经有许多的国家组织以及绝大多数论文涉及这类主题，信息技术的应用已经深入到方方面面。
4 结语
综上所述，我国的机械工业与国际还有一定的差距，特别是在工艺、管理等各方面。而这些方面关系着我国能否在未来的机械制造发展中迎头赶上。因此，作为机械类的学生，认识到如上差距，我们应该胸怀远大，把自身的发展融入到我国机械行业的发展中。我相信，通过我们每个人的共同努力，只能靠自己的研究才能掌握，只有自力更生才能发展。一定可以把我国的机械制造业做大做强。
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[3]侯志楠.浅析机械制造技术的发展历程、现状及趋势.2010/20.
关键词：普通机床 数控改造 结构设计 精度 郑州论文 开题报告
一、课题概述、背景及意义
工业发达国家的军、民机械工业，在70年代末、80年代初已开始大规模应用数控机床。其本质是，采用信息技术对传统产业(包括军、民机械工业)进行技术改造。除在制造过程中采用数控机床、fmc、fms外，还包括在产品开发中推行cad、cae、cam、虚拟制造以及在生产管理中推行mis(管理信息系统)、cims等等。以及在其生产的产品中增加信息技术，包括人工智能等的含量。由于采用信息技术对国外军、民机械工业进行深入改造(称之为信息化)，最终使得他们的产品在国际军品和民品的市场上竞争力大为增强。而我们在信息技术改造传统产业方面比发达国家约落后20年。如我国机床拥有量中，数控机床的比重(数控化率)到1995年只有1.9%，而日本在1994年已达20.8%，因此每年都有大量机电产品进口。这也就从宏观上说明了机床数控化改造的必要性。
微观上看，数控机床比传统机床有以下突出的优越性，而且这些优越性均来自数控系统所包含的计算机的威力。① 可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。 ②可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高3～7倍。③ 加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。④ 可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。⑤ 拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。由以上五条派生的好处如：降低了工人的劳动强度，节省了劳动力(一个人可以看管多台机床)，减少了工装，缩短了新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等等。此外，机床数控化还是推行fmc(柔性制造单元)、fms(柔性制造系统)以及cims计算机集成制造系统)等企业信息化改造的基础。数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。
机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。机床数控化改造有以下优点：①节省资金。机床的数控改造同购置新机床相比一般可节省60%左右的费用，大型及特殊设备尤为明显。一般大型机床改造只需花新机床购置费的1/3。即使将原机床的结构进行彻底改造升级也只需花费购买新机床60%的费用，并可以利用现有地基。②性能稳定可靠。因原机床各基础件经过长期时效，几乎不会产生应力变形而影响精度。③提高生产效率。机床经数控改造后即可实现加工的自动化效率可比传统机床提高 3至5倍。对复杂零件而言难度越高功效提高得越多。且可以不用或少用工装，不仅节约了费用而且可以缩短生产准备周期。
在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。
目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3%。我国大量的普通机床应用于生产第一线，用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求，所以必须大力提高机床的数控化率。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能;另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达±0.01，已能满足加工零件的精度要求。这几年，国家加大了对这类机床的改造力度，国防科工委更是推行了万台机床数控化计划，车床、铣床的数控化改造需求量很大。本课题以普通车床的数控改造为例，研究机床数控改造的方法，包括其结构的改造设计，机床改造后性能与精度的分析以及控制精度的措施等，普通车床应用微机控制系统进行改造数控改造后，可以提高工艺水平和产品质量，减轻操作者的劳动强度。基于上述分析，本课题的研究具有较高的现实意义。
二、主要研究内容
1.普通车床数控改造方案的确定，进行总体设计。
2.对普通车床数控改造进行结构设计与计算，包括主轴进给系统设计、机床纵、横进给伺服系统的设计等。
3. 对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。
4. 根据进给系统的控制原理模型，对影响伺服系统系统的因素进行分析。
5. 对影响伺服传动精度的因素齿轮传动精度、滚珠丝杠副传动精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。
6. 对影响伺服元件伺服精度的因素步进电机步矩角精度等进行深入研究，并提出相应的改进方法。
三、拟解决的关键问题
1. 普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算。
2. 对经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。
3. 根据进给系统的控制模型，分析系统的误差来源及影响系统精度的因素。
4. 设计步进电机细分驱动电路，提高伺服进给系统的控制精度。
四、拟解决方案及关键技术
1. 普通车床数控改造进给伺服系统机械部分的设计与计算内容包括：确定系统的负载，运动部件惯量计算，步进电机的选择，滚珠丝杠副的选择和计算、滚珠丝杠副的刚度验算等。
2. 对改造后的经济型数控车床伺服进给系统建立控制原理模型。
3. 根据伺服进给系统控制原理模型，分别对伺服驱动元件的伺服精度、伺服机械传动元件传动精度进行分析，分析影响经济型数控车床定位精度主要因素。
4. 在伺服进给系统控制电路中加入步进电机细分驱动设计，改善步矩角特性，提高经济型数控车床的定位精度。
五、创新点
1. 运用机电一体化系统设计思路与方法进行普通车床数控改造的结构设计，在设计上达到有高的静动态刚度;运动副之间的摩擦系数小，传动无间隙;便于操作和维修。
2. 从经济型数控车床的控制原理模型分析影响整个系统精度的关键因素，分析影响机床机床定位精度的各项误差来源，提出相应的改进方法并应用于机床结构设计中。
3. 运用步进电机细分驱动技术，设计基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，减小步进电机的步距角及机床的脉冲当量，提高经济型数控车床的加工精度，改善电机运行的平稳性，减小噪声，增加控制的灵活性。
六、课题预计目标
1.普通车床数控改造的方案的研究，进行总体设计。
2. 对经济型数控车床的伺服进给系统建立控制原理模型，并根据进给系统的控制原理模型，对影响系统精度的关键因素进行分析。
3. 研究提高机械传动部件的传动精度与刚度的方法，对普通车床数控改造进行结构设计，改善伺服进给系统的伺服特性。
4. 设计一种基于单片机控制的步进电机的细分驱动电路，提高伺服进给系统的分辨率。
七、课题研究进展计划
预计本课题研究进展主要分以下几个阶段：
1. 2007年11月～2007年12月 查看文献资料并撰写开题报告
2. 2007年12月～2008年03月 收集相关方面的资料，以普通车床数控改造为例进行总体设计
3. 2008年03月～2008年04月 学习机床伺服进给系统的设计等方面知识
4. 2008年04月～2008年07月 进行结构设计，绘制普通车床数控改造纵、横向进给系统装配图
5. 2008年07月～2008年08月 学习机床控制精度等方面知识
6. 2008年08月～2008年09月 对机床进行精度分析
7. 2008年09月～2008年10月 研究提高机床控制精度的措施
8. 2008年11月～2008年12月 完成毕业论文
9. 2008年12月 毕业答辩
参 考 文 献
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关键词：工业工程；制造业应用；发展前景
1 我国制造业发展中应用的必要性
1.1何为工业工程
工业工程学科最早产生在美国，它指的是对设备、物料、人员、信息、能源相互构成的集成系统，进行改善、设计和优化的一门学科。通常情况下，它主要是利用社会科学、物理学、数学等方面的技术和知识，借助于工业设计原理和工程技术分析，对系统所取得的成果进行评价、预测和确定，进而为制造业的有效运行、效率提高、质量提升奠定重要的基础。源于20世纪初期的工业工程，主要就是为了提高工厂运行的效率和节约生产的成本，随着新技术的日益推进和发展，工业工程逐步强化了与信息科学、系统科学和运筹学的融合，逐步形成了解决制造企业整体效益的完整工程技术体系。
1.2工业工程在我国制造业发展中应用的必要性
从当前中国制造业的发展情况看，近些年取得了很大的发展，同时体现了广阔的发展前景，但是与美英日等国家来比差距还挺大，总体看我国制造业的产品竞争力还不足，所以加强工业工程在制造业中的应用势在必行。首先，核心制造技术缺乏。在我国制造业的运行过程中，我国制造业的发展中缺乏一定的核心制造技术，缺乏自己的专利产品，整体的技术创新能力较差，这在很大程度上限制了我国制造业竞争力的提升；其次，我国制造业产业结构不合理，装备制造业实力弱，结构偏轻，主要表现为装备制造在制造业中的比重还不到三分之一，远远低于德国、美国和日本，与此同时，技术密集型产业远远低于一些发达国家，制造业的附加值和比重非常低；再次，我国制造业企业劳动生产率不高。在我国的制造业企业中，源于制造企业的管理基础不高、技术装备水平落后，我国制造业产业链还处于一种地段的状态，生产主要是以劳动密集型为主；第四，我国制造业生产能耗强度较大。从我国的实际情况看，我国是世界第一大粗钢生产国，但在生产中缺乏主要的技术生产指标，很多时候都是以消耗资源和牺牲环境为代价的。基于上述问题，用以反映现代工业工程的内在职能和基本要求，加强工业工程在制造业中的应用很有必要。
2 我国工业工程发展及在制造业的应用
2.1工业工程在我国制造企业中的应用情况
中国工业工程（CIE）诞生后，经过20多年的发展，已经在千百家企业不同程度地应用了工业工程，相当数量的企业应用效果显著。涉及到汽车、钢铁、机械制造、家电、建材、咨询等十几个行业，包括第一汽车集团、一汽大众有限公司、广东科龙集团广东美的集团以及东南沿海的许多企业，都已经将应用工业工程作为提高企业管理水平的重要手段，由于这些企业管理基础不同，对工业工程的理解与掌握能力不同，因而效果也不同。
2.2我国制造业实施工业工程过程中存在的问题
尽管工业工程在我国制造业的实施取得了一系列成绩，但总体上讲，在管理基础、认识能力等方面中国的工业工程仍处于起步阶段，由于整个社会和企业的认识不足，在理论研究、系统开发、应用推广的道路上始终举步维艰，与国外差距显著。
3 中国工业工程在制造业的应用模式与发展趋势
面向制造业的工业工程实施模式我国制造业工业工程应用模式大概应分为这样几中情况。
（1）支持某些管理模式的形式来应用和发展CIE。如：精益生产、丰田生产方式、物流管理系统、六西格玛管理等。
（2）支持制造企业信息化工程的形式来应用和发展CIE。本来在美国、欧洲、亚太地区，像ERP、CIMS、虚拟制造等都定位在工业工程领域，因而健康发展。由于我国在科技部等国家部门没有设立IE学科（台、港地区除外），将信息化设立在自动化和计算机领域，导致众多难以解决的问题产生，效果不佳。值得庆幸的是人们逐渐发现了CIE对制造业信息化工程的重要性，特别是在管理基础改善、流程再造、系统规划与设计方面将起到非凡的作用。
（3）传统制造企业，特别是乡镇、中小企业应用CIE来提高企业的竞争力模式。这些企业技术装备水平较低，人员素质不高，市场经济环境较好，应处于发达国家制造业早期管理发展阶段。CIE对提高其效率、质量、降低成本、降低能耗是非常重要的，甚至经典IE都对这些企业的发展具有十分重要的作用。
3.2CIE在我国制造业发展趋势
（1）随着进入知识经济时代，信息与通信技术渗入社会生活的各个方面，工业工程与信息技术结合为制造业发展服务是个不可扭转的趋势。ERP等作为先进管理模式的载体，通过有效的计划管理和动态反馈功能使供需平衡更有保证，可以有效地解决计划需求和制造能力之间的矛盾，及时更新外包和外购的采购需求，整合从销售到制造，从制造到采购的物流系统，从而实现了市场、销售、采购和生产集成的目标，进而提高企业生产组织与调度能力提高部门间的协作性和与各供应商之间的协作性降低生产成本，提高制造企业对市场的响应能力。
（2）强化工业工程作为企业竞争力提升的工具。企业应首先将设立IE组织部门和岗位作为强化手段（一汽大众就是这样），然后在人才培养和使用上学习国外先进企业，广泛应用IE人才，大力推广IE，以提高管理水平和竞争力。
（3）开展应用示范工程，形成示范性和标志性成果。以国资委和发改委为领导核心，选择汽车、电子、钢铁、航空、航天、工程建设、石化、家电等7～8个行业的典型制造企业，基于企业现状与需求，面向制造效率、成本、质量改善和工程项目控制，实施典型试点工程项目，通过产学研有机结合，以项目管理方式设立工业工程研发与推广实施项目，获得示范性效益和标志性成果，总结成功经验后以后在行业全面推广。
（4）产、学、研结合提高CIE的研发和学科创新，为中国制造业的竞争力提高开创新的思路、模式和方法。企业与高校合作，充分利用其人才和技术优势，有利于实现生产力的转化。随着市场经济的发展，产业化的咨询公司将是未来推动IE应用的重要力量，制造企业应扶持咨询公司甚至在企业内部成立专门的、独立核算咨询部来帮助本企业和其他企业运用IE。
总之，在制造业应用工业工程的过程中，加强工业工程的服务管理尤为重要。在发展过程中，服务系统的未来发展方向主要包括工业工程在服务系统的一些相关服务问题、服务设计、服务研发、服务作业、服务管理等，必须强化各个环节之间的有效沟通，才能够实现服务能力的提升。与此同时，在当前网络环境下，结合网络发展的优势，优化新的管理服务系统，不断实现新的管理理念和工业工程的融合，进而优化到我国制造业的发展过程中，进而为我国制造业的深入发展奠定重要的基础。
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[关键词]卓越工程师 CDIO 工程教育理念 培养模式
[中图分类号] G423.1 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）18-0007-04
引言
早在2007年9月，由中国工程院和上海市人民政府主办的“新形势下工程教育的改革与发展”高层论坛在上海举行，深入探讨我国工程教育面临的机遇与挑战，交流实践中的问题与经验，提出了有针对性的改革建议。另外在2010年6月，教育部召开了关于“卓越工程师教育培养计划”的启动会议，使得工程教育得到政府部门、教育科研、工业企业等社会各界的支持。近年来，我国的工程教育有了很大的变化，工程教育目标明确、课程体系合理、加强了实践教学等等，但是也存在不少问题，如工程教育方法匮乏、工程教育理论不成熟、工程实践教学不足、工程教育评价无标准等，使得高校培养的工程科技人才难以满足我国转变经济发展方式、建立创新型国家和参与国际竞争的需要。国外知名高校针对该问题，提出了“做中学（Learning-by-doing）”、“基于项目的教育（Project Based Education）”等工程教育方法，其中影响最大的是CDIO工程教育理念，它是由MIT和瑞典皇家工学院等四所大学组成的国际合作组织提出的工程教育新模式。在MIT受到CDIO工程教育理念影响的毕业学生，得到企业的好评。到目前为止，已有几十所著名大学都加入CDIO 的国际组织，这些学校的工程院系都已采用CDIO 工程教育的理念和教学大纲，并取得了较好的教学效果，从这里毕业的学生尤其受到社会各界的欢迎。
本文将借鉴国际上成熟的CDIO工程教育理念，通过教学探索与实践，结合卓越工程师的培养要求，探讨如何建立并完善卓越工程师的培养方法与模式，从而为国家培养高质量的工程人才，使他们具有较强的系统工程技术能力，尤其是项目的构思、设计、开发和实施能力，以及较强的自学能力、组织沟通能力和协调能力。
一、基于CDIO的卓越工程师的培养模式
金赛（Mc.Kinsey）全球研究所发表的一份调查报告表明，中国学生的实践能力差、创新能力弱，其中有确切数据提到，在2005年，大约60万毕业学生中只有不到百分之十的工程技术人员才适合在国际化公司工作，他认为存在的原因是：中国的教育偏于理论，学生几乎没有工程项目的实际训练，而欧美的学生则通过具体的工程项目，以团队合作的方式解决实际问题。为了提高我国高校学生的工程实践能力、创新能力、团队能力等综合工程素质，2010年教育部在天津召开“卓越工程师教育培养计划”启动会，联合有关部门和行业协会，共同实施“卓越工程师教育培养计划”，它是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措。该卓越计划就是要提升我国工程科技队伍的创新能力，培养一批能适应经济发展需求的高质量工程技术人才，从而应对经济全球化的挑战，为建设创新型国家、增强综合国力而服务。
作为国际上工程教育改革的最新成果， CDIO工程教育模式是 “做中学”与“基于项目教育”的集中概括和抽象表达。CDIO工程教育是从基础知识、个人能力、团队协作能力，以及工程系统能力四个方面来综合培养学生。其理念是让学生通过建立课程之间的有机联系，在工程项目中主动学习和积极实践。
从上面的CDIO工程教育方法可知，它与我国传统的以教师讲授理论知识为主的教育教学法不同，，CDIO的教育让学生通过具体的项目来学习，它要求学生自主学习、自主探究，并与其他学生协调合作来解决问题。这种教育方法强调学生主动学习，而不是被动听讲；它把工程知识与具体的项目挂钩，而不是复杂的理论和公式推导；它让学生去完成真实的生产任务，而不是写作业、考试；它把学生放到有意义的、复杂的具体问题中，而不是坐在教室里看书学习；它强调通过实际项目学习隐含在工程问题背后的知识，从而提高学生解决问题的能力、创新能力以及自主学习能力。这种模式不仅提出了系统的能力培养方案，还创建了实施过程和结果评价的12条标准，具有很强的可操作性。CDIO 评价标准中提出的要求是参照工业界的需求制定的，因而能完全满足产业对工程人才质量的要求。
本文将把CDIO工程教育理念融入卓越工程师的实践教学方法中，参照CDIO工程教育的培养方案，选取一些典型的工程项目，让学生在项目中反复训练、自主学习，通过这种“做中学”的方式，不仅可以使学生学到课本上的一些基础知识，而且可以提高解决问题的能力、自主学习能力以及创新能力，这才是他们终身取之不尽用之不竭的宝贵财富。这也正适合卓越工程师的培养目标：培养学生的工程素质和实践能力，而不仅仅是灌输有限的专业知识。
二、卓越工程师培养模式的探索与实践
卓越工程师的培养目标是造就一批工程实践能力强、富有创新潜力、能适应经济社会发展需要的卓越工程师；同时，探索具有自身特色的工程教育与人才培养新模式，提升内涵建设质量，不断增强学校核心竞争力，更好地服务于上海国际航运中心的建设和国家海洋装备事业的发展。具体的探索过程和实践内容归纳为如下几个方面：
（一）建立校企联合培养模式
本科阶段的工程教育重在培养应用型工程师应具备的素质和能力，主要培养在现场从事产品的生产、营销、服务或工程项目的施工、运行和维护的工程人才，其培养模式为：四年制本科，“3 + 1” 模式，即三 年在校学习，累计一 年在企业学习和做毕业设计。科研、教学、生产一体化已成为当今世界各国进行高等工程教育改革的共同模式。通过在大型企业设立“工程实践教育中心”，让企业的专家和优秀工程师参与制订学生的培养目标、共同建设课程体系和教学内容、共同实施培养过程、共同评价培养质量。从而为学生创造良好的工程实践环境，使学生学习企业的先进技术和解决实际问题的方法，通过在企业的工程实践活动，参与企业技术的革新和生产开发过程，培养学生的实践能力和创新能力。迄今为止，我们船舶工程专业与企业建立了三个实习基地：沪东中华（集团）有限公司、中海集团、上海振华重工（集团）股份有限公司，实习基地的建设将为我们实践教学环节的开展提供有力保障。
通过累计一年在企业的实践学习，学生可把理论知识与实践经验相结合，并融入企业的工程素质，极大提高学生的工程意识、工程实践能力、创新能力和国际竞争力。达到了注重“实践能力、创造能力、就业能力、创业能力”的培养目标，突出了实际工程的建造与设计等实践能力的培养。
（二）制定适合“3+1”联合培养的新型课程教学方案
由于工程教育要培养符合社会经济、企业需要的具有实践能力和创新能力的工程人才，其教学内容就必须结合工程、面向工程实践。根据CDIO的标准，教学大纲制定是基于实际的工程需求分析，制定的教学方案、教学大纲以及培养目标必须分析企业对学生素质和能力的要求。因此，我们在制定“卓越工程师培养计划”时，把每一课程的开设都与该工程的建造、设计紧密相结合，教学大纲的设计在一定程度上体现了产业界的实际需要，从而保障学生所学到的知识、技能和能力到工作单位中有用武之地。
在新型课程改革方面，我们根据CDIO的标准要求，选取典型的工程项目，按照项目的工程分析、生产设计、项目实施的过程，组织学生的教、学、做，围绕本专业的培养目标，让学生进行系统的生产设计，使学生掌握各门课程知识之间的关联，并用于解决实际的工程问题。此外，在课程设计与制作实践方面，设置基础层次和高级层次的课程设计与制作项目。例如：在大四阶段，开设“船舶静力学课程设计”、“海洋工结构设计课程设计”、“船舶设计原理课程设计”、“船舶生产设计课程设计”等课程（如图1所示），这种实际的设计项目让学生从最初的概念设计开始，经历产品设计和生产过程，使学生具备应用工程知识的能力、设计产品的能力和生产制作产品的能力。
图1 卓越船舶工程师培养计划课程体系（部分）
而企业培养方案以学生普适性的理论应用能力、工程实践能力的培养为基础，以具有特色的船舶与海洋工程产品的设计和建造能力的培养为核心，以船舶与海洋工程特色训练为主线，划分为企业工程教育、专业特色实习和专业综合设计三个层次。培养方案设计了船舶与海洋工程应用类课程训练、船舶企业实践、综合设计应用等教育内容，使学生在实践中系统地学习专业领域知识，逐步地增长工程分析，解决实际问题和工程创新的能力。企业课程主要包括：船舶生产设计（必修）、造船企业经营与管理（选修）、先进造船技术（选修）等（具体内容如表1所示）。通过聘请企业工程师讲解，在企业完成本模块的教育，做到讲授、参观、实践穿行，使学生学习的专业特色内容与企业实践充分结合。
1.船舶生产设计：第七学期沪东中华造船（集团）有限公司或教育培训中心，由企业导师进行讲授、带领参观及实践穿行。 根据提供的船体某分段生产设计图纸，要求学生独立完成对该图纸的识读、了解船体建造的各工艺阶段及加工顺序、确定该分段生产设计的要领，绘制工作图、工作辅作业图和管理图表的编制等。
2.造船企业经营与管理：第七学期沪东中华造船（集团）有限公司，由企业导师进行讲授。 现代造船模式、造船工程的计划管理、船体建造过程的管理和造船定制管理。
3.先进造船技术：第七学期沪东中华造船（集团）有限公司，由企业导师进行讲授。 船系统的组成、成组技术、柔性制造系统、并行工程、虚拟制造、敏捷制造、敏捷供应链管理、企业经营过程重组。
表1 企业工程教育方案
（三）提高船舶工程专职教师的工程实践水平
专业教师作为培养卓越工程师的核心力量，其自身就必须具备“卓越工程师”的能力和素质，同时作为大学教师一员的专业教师又必须从教师职业要求出发，扮演“传道、授业、解惑”者的角色，所以培养“卓越工程师”的工科类大学教师应是“卓越工程师”与“卓越大学教师”的结合体。根据CDIO的标准，要求积极采取措施让教师深入社会、企业，并加强工程实践能力、创新能力、团队协作能力以及产品的设计和分析能力。具体措施包括：专业教师与企业进行项目合作、利用假期到企业去工作、把具有工程实践经验作为聘用和晋升的条件。因此，专业教师就应该是船舶与海洋工程领域的“优秀工程师”，不仅要专业知识扎实，工程实践经验也要非常丰富。作为教师就应该主动深入企业积累自己的工程实践经验，这不仅能在基础教学中为学生提供形象的工程实例，更重要的是在学生心目中树立了伟大工程师的榜样。
针对上述措施，我们船舶与海洋工程专业在近两年来共派出专业教师到企业、国内著名高校进行产学研3人次、国内访问学者2人次。将青年教师派到大型企业中去学习，并邀请企业高级工程师对教师队伍进行培训，传播企业先进的工程技术和工程理念，提升专业教师队伍的工程实践水平。
当专业教师从企业高校实践、学习回来，就鼓励他们认真进行教学研究，把工程实践经验融入教学过程中，经常开展教学研讨会、发表研究论文，改进教学理念、方法和模式，使教学效果臻于完善。另外，课堂教学应该选取典型的工程项目，确保项目训练的完整性以及工程基础知识的连贯性，强调学生自主学习能力的培养，强调“学以致用”。
（四）建立工程教育的第二课堂
第二课堂的教学是开辟和完善工程创新型人才培养重要内容之一，在人才培养事业中发挥着不可替代的作用。单纯的第一课堂理论知识学习已经远远不能满足社会的要求，第二课堂在教学的内容、时间、空间、人员、规模等方面都具有其特有的灵活性。可以满足不同年级段、不同兴趣爱好、不同层次学生的多方面需求，这在很大程度上适应了高等教育大众化所带来的学生多样化、多元化特点，有利于培养学生的工程创新能力。
专业课教师根据学生的兴趣与爱好，鼓励他们参加各种创新活动和竞赛，激发学生学习和创新的动力，让学生随时走出“理论”的课堂，以团队的形式进行实训，做到“研中学”、“做中学”。近两年来，本专业教师通过这种创新项目活动和竞赛，让学生与实际项目进行零距离接触，促使他们积极了解船舶工程技术的发展方向，在广博的工程背景知识下，冒出创新的火花。近两年来，船舶专业的教师指导学生进行创新活动十余次，例如：参加每年一次的“上海大学生创新活动计划项目”，（如图2所示是学生创新项目“三体船连接桥新型结构形式研究”的部分研究成果）。这种创新实践活动不仅提高了学生自主学习能力、团队合作能力、解决问题能力、创新能力和沟通交流能力，还能增进师生互动，加强学生之间的学术交流，营造良好的学习、竞争氛围。
图2 学生创新项目的部分研究成果图
三、结束语
由于我国转变经济发展方式、建立创新型国家和参与国际竞争的需要，以及当前国内工程培养还存在问题，本文借鉴国际上成熟的CDIO工程教育理念，通过高校和大型企业的密切合作，以实际工程设计、工程建造项目为背景，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，探索符合中国国情的卓越工程师的培养模式。
通过卓越工程师培养模式的探索与实践，发现还有需要改进的地方，不仅要派教师到社会、企业中进行工程训练，并获取实际工程经验，同时也要邀请企业中具有工程实践经验的工程师到校兼职任教或演讲；另外，在学生的学习评价方面，应该注重学生实践能力的评价、实践过程的评价，而不仅仅是通过考试来评价学生的学习能力。因此，我们将不断努力地改进卓越工程师培养方法，为实现由制造大国向制造强国的转变作出更大的贡献。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 丁笑炯.探寻中国工程教育改革之路——“新形势下工程教育的改革与发展”高层论坛综述[J].教育发展研究，2007，（21）.
[2] 林健.注重卓越工程教育本质 创新工程人才培养模式[J].中国高等教育，2011，（6）.
[3] 张安富，刘兴凤.实施“卓越工程师教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究，2010，（4）.
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