基于OBE理念的虚拟仿真实践教学体系建设与探索——以农业机械化及其自动化专业为例

实践教学是工程教育的重要组成部分,是培养和提高学生工程实践能力和科技创新能力的重要途径。该文剖析当前形势下农业机械化及其自动化专业实践教学环节存在的主要问题,总结虚拟仿真实践教学体系建设的实施举措,形成以行业对实践能力需求为引导、以学生发展为主线、以提高学生实践和创新能力为核心的“2+4+1”农机专业虚拟仿真实践教学体系。在实践教学各环节构建虚拟仿真实践平台、完善考核机制,通过虚拟仿真实践训练与实体实训的融合,促进农机专业人才的综合能力培养。

有机肥侧抛装置螺旋叶片辅助辊轮设计与试验

为解决现有对置斜盘有机肥侧抛装置在抛撒时存在的近处肥料堆积与局部起垄问题,结合侧抛装置各部件作用及工作原理,在理论分析的基础上设计一种对称螺旋叶片辅助辊轮,并优化其关键结构参数和作业参数,明确了其与主抛撒部件圆盘的空间位置关系。利用EDEM软件先后开展了单因素与响应面仿真试验,研究了辊轮转速、螺旋角和叶片数对均匀度变异系数和1 m内肥料占比的影响,优化后得到了最优参数组合。仿真结果表明,辅助辊轮工作时的最优参数组合为辊轮转速2238 r/min、螺旋角42.70°、叶片数4,均匀度变异系数24.45%、1 m内肥料占比24.96%,且以该参数组合进行仿真的结果优于原辊轮最优参数仿真结果;设计的辅助辊轮样机试验结果为均匀度变异系数25.46%、1 m内肥料占比25.65%,相较于原辅助辊轮的46.77%与65.94%有了很大改善,配合主盘共同作用时抛撒均匀性好,无堆积和起垄现象。研究表明:对称螺旋叶片可有效修正肥料颗粒运动方向,使主盘集中的非受控肥料向两侧分散,与主盘及其他辅助部件联合作用下大幅提高了抛撒性能。

具有复合充填力的立式浅盆型排种器充种机理

为了从力学角度研究提高机械式精密排种器的充种能力以适应高速作业需要,分析了排种器种腔内种子各方向力学特征及规律,建立型孔充填力模型,找出提高充填能力的有效途径,并以增加充填力种类为目标创新设计一种立式浅盆型排种器。其排种盘结构既能保留传统立式种盘的优点,又避免了离心力对清种产生的负面影响。运用离散元仿真分析软件EDEM(engineering discrete element method)进行仿真并用物理样机试验进一步证实了种盘转速提高时,作为复合力引入的重力与离心力的分力能明显起到保证种子完成向型孔内进入过程的作用,在高速区段平均充填率提高2.33%。该研究为机械式精密排种器的研究提供了借鉴与参考。

EDEM颗粒体仿真技术在排种机构研究上的应用

为准确研究排种机构的工作过程,真实反映散粒体物料定量分配过程中的复杂力学及运动学规律,引入EDEM颗粒体仿真技术,对一种机械式大豆高速精密排种器进行研究。通过全局变量设置、颗粒模型创建、几何体模型导入、运动属性添加以及颗粒工厂的定义,模拟大豆在排种器内充种、护种、清种、排种等运动过程并获得相关数据。研究表明,该方法所获得的结果与试验数据有很高的拟合度,且具有数据、图表、动画等多种输出方式,可高效、便捷地处理散粒体农业物料精确定量分配问题。

基于多子代遗传算法优化BP神经网络

针对BP算法的缺陷以及标准遗传算法优化BP神经网络权值和阈值的不足,为了提高算法的全局搜索能力,提出了采用自适应动态调整权值和阈值区间的多子代遗传算法的BP神经网络算法。上述算法由权值和阈值构成的父代种群交叉产生多于父代个体数量的多子代种群,根据当前多子代种群个体适应度值的变化而自适应调整搜索区间,并通过种群内部竞争操作保留具有更高适应度值的优秀个体,从而使整个神经网络具有较小的误差和较快的收敛速度。仿真发现,与采用标准遗传算法的BP神经网络算法相比,采用多子代遗传算法的BP神经网络算法具有更高的学习精度和更快的收敛速度。仿真结果证明,自适应动态调整权值和阈值区间的多子代遗传算法对BP神经网络的优化优于基本遗传算法。

“双一流”建设背景下地方高等农业院校农机专业人才培养模式设计

通过对国内外农业工程学科与农机专业发展及趋势进行分析的基础上,探讨了我国“双一流”建设背景下地方高等农业院校农机专业人才培养所面临的机遇与挑战,提出了以地方特色农业产业发展的人才需求为引领,强调与相关基础学科的交叉与融合,优化地方高校农机专业人才培养方案,建立多元化、多层次、多类型适应我国区域特色发展的农机人才培养模式。

专业学位研究生有限元工程结构分析案例教学研究与实践

针对深化专业学位研究生培养模式改革,提高培养质量的指导思想,以有限元工程结构分析课程为研究对象进行案例教学实践,提出以锻炼专业学位研究生的高级机械设计和分析能力、运用计算机及设计创新能力的课程教学目标。明确教学案例选择和案例入库流程,建设具有案例内容交叉特色明显、领先、原创、内容丰富、可操作性强、紧跟行业需求的特色案例库。同时,在教学过程中,通过配套理论教学与实践操作、科研项目、多媒体课件相结合,课堂内与课堂外相结合,多种评价指标相结合的教学措施与环节,形成一套被广大师生所接受的五步法案例使用教学模式。实践证明,该模式可有效增强和提高学生自学能力,从而为明确和落实案例教学在专业学位研究生教学中的重要地位和作用以及研究生培养模式的改革与创新提供具体的理论依据并给予指导。

专业认证背景下农业工程国家级实验教学示范中心建设与实践研究

为加快实施国家创新驱动发展战略,构建科学、高效的实践能力训练体系及教学模式,提升创新人才培养能力,对标工程教育认证目标,以农业工程实验教学示范中心为研究对象进行建设和实践研究。通过合理建设规划、统一领导、分级管理机制、构建多层次教学体系结构、强化中心队伍培训制度、规范中心教学质量保障制度等措施,规范和加强国家级实验教学示范中心的建设与运行。目前,农业工程实验教学示范中心已成为一个门类齐全、设施先进、运行高效、资源共享、开放服务、特色鲜明的示范中心,同时起到了示范和辐射作用的现代化实验中心。