車輛工程專業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)研究

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摘要：汽車是機(jī)械、電子、計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)扮演著越來(lái)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(shí)期對(duì)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(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用背景，探討計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)引入車輛工程專業(yè)實(shí)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(jì)算機(jī)應(yīng)用；實(shí)訓(xùn)；MATLAB/Simulink

1引言

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)已滲透到汽車的各個(gè)組成部分，汽車的結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜，自動(dòng)化程度也越來(lái)越高。控制器是汽車電子的核心單元，每個(gè)控制單元的核心也在于控制算法的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)IEEE報(bào)告顯示，豪華級(jí)別的汽車的軟件代碼長(zhǎng)度超過(guò)1億行，其中70%來(lái)自汽車的車載信息和娛樂(lè)系統(tǒng)，30%來(lái)自儀表盤(pán)、車身電子、發(fā)動(dòng)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(guò)一千萬(wàn)級(jí)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(tái)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，以此聯(lián)動(dòng)產(chǎn)生的軟硬件研發(fā)、生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)價(jià)值非常巨大。由此可見(jiàn)，汽車已經(jīng)進(jìn)入電子控制時(shí)代，而這一切都依賴于計(jì)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(jí)的機(jī)電一體化方向發(fā)展，成為所謂的“智能汽車”，而計(jì)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(shì)所趨。因此，車輛工程專業(yè)學(xué)生加強(qiáng)計(jì)算機(jī)方面的學(xué)習(xí)顯得非常重要[3-4]。鑒于此，設(shè)計(jì)車輛工程專業(yè)計(jì)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(xiàng)目整體構(gòu)架方案

因培養(yǎng)對(duì)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(jì)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(gè)步驟，流程如圖1所示：首先根據(jù)學(xué)生數(shù)量成立項(xiàng)目指導(dǎo)小組，確立小組組長(zhǎng)及副組長(zhǎng)；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(kāi)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(jìng)賽活動(dòng)，作為最終學(xué)生評(píng)估的分值項(xiàng)；設(shè)計(jì)類實(shí)習(xí)階段由學(xué)生與指導(dǎo)教師討論后確定設(shè)計(jì)類題目，進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，最終以作品或成果的形式提交項(xiàng)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(xiàng)目指導(dǎo)小組給出成績(jī)，并對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行評(píng)估，提出針對(duì)下一批學(xué)生的優(yōu)化整改方案。整個(gè)流程時(shí)間為一年，其中指導(dǎo)小組成立、知識(shí)培訓(xùn)及知識(shí)競(jìng)賽階段為一學(xué)期，設(shè)計(jì)類實(shí)習(xí)及項(xiàng)目評(píng)估為一學(xué)期。該培訓(xùn)計(jì)劃獨(dú)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(diǎn)。

3指導(dǎo)組組織方案

為保障項(xiàng)目的順利實(shí)施，成立項(xiàng)目指導(dǎo)小組。指導(dǎo)組分為組長(zhǎng)、副組長(zhǎng)及小組成員。小組組長(zhǎng)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(shí)，又有計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)方面特長(zhǎng)。副組長(zhǎng)協(xié)助組長(zhǎng)督促組員保質(zhì)保量完成任務(wù)。項(xiàng)目小組成員為項(xiàng)目的主要組織實(shí)施者，由車輛工程專業(yè)教研室及計(jì)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(xiàng)目導(dǎo)師，負(fù)責(zé)項(xiàng)目具體實(shí)施，記錄培訓(xùn)推進(jìn)情況。組長(zhǎng)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(xiàng)目小組，協(xié)助完成項(xiàng)目。在實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生實(shí)踐能力、綜合素質(zhì)及創(chuàng)新意識(shí)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?yàn)槿狈τ?jì)算機(jī)應(yīng)用能力及相關(guān)專業(yè)知識(shí)的隊(duì)伍，對(duì)學(xué)生計(jì)算機(jī)能力的培養(yǎng)僅僅是空談而已。可通過(guò)組織相關(guān)指導(dǎo)人員定期進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)與對(duì)外交流的方式，造就一支真正適合于車輛專業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)的師資隊(duì)伍。

4知識(shí)培訓(xùn)方案

要求學(xué)生具備基本的計(jì)算機(jī)知識(shí)并完成計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編程的學(xué)習(xí)后開(kāi)始實(shí)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(mén)課程開(kāi)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(shí)為主，后面課程以任務(wù)模塊及學(xué)生匯報(bào)為主。可設(shè)置以下課程。1）C++程序設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生面向?qū)ο蟮哪K化思想。2）.NET程序設(shè)計(jì)。選其中的vb.net或C#模塊教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)能力，可針對(duì)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。可選asp、PHP或asp.net等為基礎(chǔ)模塊介紹，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)主流網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)工具的應(yīng)用能力；可針對(duì)網(wǎng)絡(luò)化物流平臺(tái)系統(tǒng)介紹，并設(shè)計(jì)相關(guān)的開(kāi)發(fā)模塊由學(xué)生自行完成，同時(shí)加強(qiáng)學(xué)生計(jì)算機(jī)美工制作方面的培養(yǎng)。4）嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。培養(yǎng)學(xué)生的硬件開(kāi)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(shí)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(kāi)發(fā)。5）DCS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)汽車檢測(cè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)及基本的開(kāi)發(fā)技能。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的汽車檢測(cè)裝備，設(shè)計(jì)基本的測(cè)試開(kāi)發(fā)模塊，由學(xué)生完成相關(guān)模塊設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。6）地理信息系統(tǒng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)。結(jié)合車隊(duì)定位管理系統(tǒng)，設(shè)計(jì)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(jì)基礎(chǔ)模塊，使學(xué)生了解實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程。7）汽車CAD技術(shù)。可選Pro/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(jì)、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(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)算的能力。可選ANSYS、CATIA等平臺(tái)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(dú)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(tái)建立典型汽車電子控制系統(tǒng)的仿真軟件平臺(tái)，讓苦澀難懂的控制原理和控制方法變得直觀易懂，同時(shí)訓(xùn)練學(xué)生采用“V模式開(kāi)發(fā)流程”進(jìn)行汽車電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的基本能力。各模塊教學(xué)過(guò)程中遵循軟件工程學(xué)的開(kāi)發(fā)思路，針對(duì)具體案例由學(xué)生自行完成系統(tǒng)可行性報(bào)告、需求分析報(bào)告、概要設(shè)計(jì)報(bào)告、詳細(xì)設(shè)計(jì)報(bào)告及測(cè)試報(bào)告等各個(gè)環(huán)節(jié)的規(guī)范文檔工作，并使學(xué)生了解軟件平臺(tái)不過(guò)是一個(gè)工具，一個(gè)好的設(shè)計(jì)最終決定于設(shè)計(jì)者本身的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

5專業(yè)知識(shí)競(jìng)賽方案

為學(xué)生學(xué)習(xí)探討汽車電控及計(jì)算機(jī)知識(shí)提供平臺(tái)，提高車輛專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)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(shí)和實(shí)踐能力。在計(jì)算機(jī)培養(yǎng)方案流程中組織一次專業(yè)知識(shí)競(jìng)賽。專業(yè)知識(shí)競(jìng)賽可分為現(xiàn)場(chǎng)競(jìng)賽環(huán)節(jié)及作品展示環(huán)節(jié)。該活動(dòng)不限參與該計(jì)劃的學(xué)生，向車輛專業(yè)學(xué)生開(kāi)放。針對(duì)不同年級(jí)學(xué)生，大二學(xué)生側(cè)重于現(xiàn)場(chǎng)知識(shí)競(jìng)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(chǎng)匯報(bào)、評(píng)審委員提問(wèn)及現(xiàn)場(chǎng)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(huì)組織實(shí)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(jiǎng)及參賽學(xué)生納入學(xué)生管理評(píng)價(jià)體系，并作為培訓(xùn)結(jié)果評(píng)估的分值參考項(xiàng)。

6設(shè)計(jì)類實(shí)訓(xùn)方案

該環(huán)節(jié)為項(xiàng)目的最主要環(huán)節(jié)，結(jié)合興趣愛(ài)好及專業(yè)課程計(jì)劃，與項(xiàng)目組導(dǎo)師共同討論確定設(shè)計(jì)類題目。最終以作品的形式提交項(xiàng)目組，項(xiàng)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(jì)選題可參照如下實(shí)訓(xùn)模塊進(jìn)行。汽車總線技術(shù)開(kāi)發(fā)、通信測(cè)試實(shí)訓(xùn)與汽車電子類課程相結(jié)合，結(jié)合主流汽車總線開(kāi)發(fā)測(cè)試平臺(tái)，完成汽車子系統(tǒng)總線的設(shè)計(jì)、測(cè)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(cè)試、系統(tǒng)仿真與實(shí)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(chǎng)控制、電機(jī)控制器等）及ISO15031-5（用于OBD診斷）。汽車檢測(cè)生產(chǎn)線通信、測(cè)試及模塊功能開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)與汽車檢測(cè)類課程結(jié)合設(shè)計(jì)相關(guān)模塊，側(cè)重于檢測(cè)線的通信技術(shù)、測(cè)試及實(shí)現(xiàn)，側(cè)重于技術(shù)開(kāi)發(fā)，包含自行設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。基于B/S、C/S模式的汽車營(yíng)銷企業(yè)管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)與汽車服務(wù)類課程相結(jié)合，側(cè)重于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程、技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，由學(xué)生完成相關(guān)模塊的開(kāi)發(fā)，并形成完整的技術(shù)文檔。通過(guò)該模塊的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，使學(xué)生脫離對(duì)汽車服務(wù)企業(yè)的初級(jí)認(rèn)識(shí)，上升到設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的層面。物流信息系統(tǒng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)實(shí)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(tái)體系及完成開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)流程，理解汽車服務(wù)類的核心開(kāi)發(fā)技術(shù)及思想，擺脫認(rèn)識(shí)的層面，并接觸相關(guān)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，了解專業(yè)的核心技術(shù)——信息化技術(shù)。運(yùn)輸企業(yè)車隊(duì)定位管理信息平臺(tái)實(shí)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(shí)，了解交運(yùn)系統(tǒng)信息平臺(tái)、車隊(duì)管理信息系統(tǒng)平臺(tái)、車路協(xié)同系統(tǒng)平臺(tái)的基本情況。并設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)訓(xùn)模塊由學(xué)生自行開(kāi)發(fā)，如通信模塊、地圖匹配模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、信息管理模塊、調(diào)度平臺(tái)模塊及針對(duì)車輛管理系統(tǒng)的手機(jī)模塊，使學(xué)生加深對(duì)公交集團(tuán)、出租車管理系統(tǒng)、企業(yè)車隊(duì)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(shí)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(jì)及計(jì)算分析過(guò)程。

7項(xiàng)目評(píng)估

由項(xiàng)目指導(dǎo)小組評(píng)議本次培養(yǎng)過(guò)程與結(jié)果，起草并建立評(píng)估指標(biāo)，設(shè)計(jì)并發(fā)放給受訓(xùn)學(xué)生調(diào)研表格，或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)由學(xué)生以學(xué)號(hào)登錄后進(jìn)行評(píng)價(jià)。參照調(diào)研表格數(shù)據(jù)，由各指導(dǎo)教師對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)議打分，以此為依據(jù)進(jìn)行項(xiàng)目整體評(píng)估，并給出下次培訓(xùn)的改進(jìn)意見(jiàn)及措施。

8總結(jié)

針對(duì)目前車輛工程專業(yè)學(xué)生在計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面知識(shí)的欠缺情況，給出詳盡的指導(dǎo)方案，包括項(xiàng)目實(shí)施組織、知識(shí)培訓(xùn)、專業(yè)知識(shí)競(jìng)賽、實(shí)習(xí)及課程設(shè)計(jì)方案。通過(guò)該方案的實(shí)施，使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)汽車行業(yè)新技術(shù)的理解，并具備一定的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力。

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作者：劉尊民 薛斌 王國(guó)元