丁宇奇　劉巨?！×_敏　張強(qiáng)　李治淼

摘要：介紹了東北石油大學(xué)以培養(yǎng)研究生創(chuàng)新實(shí)踐與解決工程問(wèn)題的能力為建設(shè)目標(biāo)，通過(guò)工程虛擬與物理場(chǎng)仿真創(chuàng)新平臺(tái)的建設(shè)，結(jié)合多學(xué)科共同發(fā)展，全面塑造研究生創(chuàng)新能力的平臺(tái)建設(shè)規(guī)劃情況。通過(guò)對(duì)多學(xué)科的整合，以科研課題與工程案例為建設(shè)手段，通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)對(duì)科研課題進(jìn)行虛擬仿真，增強(qiáng)研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力，達(dá)到解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真平臺(tái)；創(chuàng)新能力；工程案例

中圖分類號(hào)：G643 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）14-0107-02

當(dāng)前，世界正處于大發(fā)展大調(diào)整大變革之中，經(jīng)濟(jì)全球化深入發(fā)展，科技進(jìn)步日新月異，加快人才培養(yǎng)成為在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中贏得主動(dòng)的重大選擇，具有創(chuàng)新實(shí)踐能力的高層次人才成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵。隨著高校研究生招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，如何培養(yǎng)綜合素質(zhì)較高的創(chuàng)新型人才已成為各高校研究生教育工作的重要課題。自從2003年春教育部啟動(dòng)“研究生教育創(chuàng)新工程”以來(lái)，許多高校掀起了研究生創(chuàng)新實(shí)踐基地建設(shè)的高潮。而伴隨著高等教育改革的不斷深化，傳統(tǒng)的教學(xué)模式受到場(chǎng)地、設(shè)備等眾多因素的限制，極大地制約著研究生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使工程數(shù)值仿真計(jì)算軟件已成為工程設(shè)計(jì)與分析的重要工具之一。

開(kāi)發(fā)出工程虛擬仿真與物理場(chǎng)仿真平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)一些教學(xué)功能，在教學(xué)中使用虛擬現(xiàn)實(shí)，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的感官和思維，使觀察的實(shí)物能夠更生動(dòng)地體現(xiàn)在學(xué)習(xí)者的面前，甚至還可以進(jìn)入到內(nèi)部觀察。多層次、多結(jié)構(gòu)的虛擬化平臺(tái)是培養(yǎng)高水平研究生人才的關(guān)鍵。

通過(guò)工程虛擬仿真與物理場(chǎng)仿真創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)，可以提高我校研究生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、科研能力以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，培養(yǎng)獨(dú)立承擔(dān)專業(yè)技術(shù)與管理工作、具有良好職業(yè)素養(yǎng)的高層次工程人才。

一、平臺(tái)建設(shè)可達(dá)到目標(biāo)

結(jié)合本校研究生創(chuàng)新教育特色，依托地球科學(xué)學(xué)院、石油工程學(xué)院、機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院、土木建筑工程學(xué)院、電氣信息工程學(xué)院。以培養(yǎng)具有卓越工程師水平的高層次應(yīng)用型人才為目標(biāo)，建設(shè)集程序編寫、系統(tǒng)建模、仿真實(shí)踐和工程案例于一體的工程數(shù)值仿真計(jì)算平臺(tái)，滿足我校多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的研究生創(chuàng)新實(shí)踐和科研能力的提高需要，著力提高專業(yè)學(xué)位研究生實(shí)踐能力和職業(yè)素養(yǎng)，促進(jìn)專業(yè)學(xué)位研究生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的提升。

同時(shí)，該平臺(tái)建設(shè)將給教師提供一個(gè)良好的教學(xué)手段，促使學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、創(chuàng)新精神和實(shí)踐操作能力，彌補(bǔ)了一些大型試驗(yàn)無(wú)法開(kāi)展的弊端，為諸多創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)提供平臺(tái)。

虛擬平臺(tái)的建設(shè)可以根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)的相同或不同為實(shí)驗(yàn)發(fā)掘點(diǎn)，同時(shí)兼顧不同層次學(xué)生的需求，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上提供多樣性、專業(yè)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)可以應(yīng)對(duì)對(duì)象的多元化、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以重組、平臺(tái)結(jié)構(gòu)開(kāi)放等特點(diǎn)。

綜上，通過(guò)本平臺(tái)建設(shè)，可針對(duì)多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域?qū)W位研究生在專業(yè)學(xué)位研究生教育、工程仿真數(shù)值計(jì)算、研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力、科研能力方面得到提高。

二、平臺(tái)主要建設(shè)方法與步驟

結(jié)合本校研究生教育特色，本平臺(tái)主要針對(duì)工程應(yīng)用中的地質(zhì)工程、石油與天然氣工程、機(jī)械工程、建筑與土木工程和電氣工程開(kāi)展建設(shè)。

為了更好地進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)，降低平臺(tái)建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，將采用分階段建設(shè)：

第一階段：創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)基礎(chǔ)軟件環(huán)境搭建（為創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)提供基礎(chǔ)條件）；

第二階段：創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)多人次沉浸式實(shí)踐環(huán)境搭建；

第三階段：多學(xué)科、多專業(yè)研究生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)與案例庫(kù)建設(shè)。

首先進(jìn)行第一階段的建設(shè)，建設(shè)一個(gè)跨學(xué)科、能運(yùn)行、貼近工業(yè)實(shí)際，集工程應(yīng)用、工程改進(jìn)、計(jì)算軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用于一體的綜合性工程數(shù)值計(jì)算實(shí)踐平臺(tái)軟件環(huán)境。

第二階段，將第二課堂和科技活動(dòng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)。實(shí)現(xiàn)多人次，多方科研方向工程數(shù)值仿真計(jì)算實(shí)踐平臺(tái)拓展課程建設(shè)內(nèi)容。

第三階段，依據(jù)各專業(yè)領(lǐng)域技能、平臺(tái)支撐和特定場(chǎng)景實(shí)踐環(huán)節(jié)建設(shè)創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，初步進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐建設(shè)，具體如下：

1.地質(zhì)工程類工程數(shù)值計(jì)算研究生創(chuàng)新實(shí)踐建設(shè)。圍繞石油地質(zhì)中的液-固耦合問(wèn)題進(jìn)行研究。開(kāi)展斷層再活動(dòng)地層中的應(yīng)力及應(yīng)變分布、分析流體運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道、流體運(yùn)移方向與運(yùn)移趨勢(shì)、模擬巖石力學(xué)的單軸實(shí)驗(yàn)以及三軸試驗(yàn)、地震對(duì)地層結(jié)構(gòu)的影響數(shù)值模擬、預(yù)測(cè)裂縫及其發(fā)育程度、分析巖漿侵入體對(duì)巖層的影響等問(wèn)題的研究。發(fā)揮專業(yè)研究生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，為石油地質(zhì)問(wèn)題的研究提供仿真計(jì)算平臺(tái)。

2.石油與天然氣工程類工程數(shù)值計(jì)算研究生創(chuàng)新實(shí)踐建設(shè)。開(kāi)展地應(yīng)力場(chǎng)反演、井壁穩(wěn)定研究、壓裂、防砂等方面的研究，進(jìn)行區(qū)塊重復(fù)壓裂應(yīng)力場(chǎng)和滲流場(chǎng)研究、煤層氣有利勘探區(qū)應(yīng)力場(chǎng)和壓力場(chǎng)研究等研究生創(chuàng)新項(xiàng)目。為井網(wǎng)部署、壓裂設(shè)計(jì)、洗井方案設(shè)計(jì)及工具或設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供研究手段。通過(guò)平臺(tái)的建設(shè)，能夠改善數(shù)值模擬仿真方面的學(xué)習(xí)條件，學(xué)生能夠自主地運(yùn)用工程數(shù)值計(jì)算軟件完成油氣田開(kāi)發(fā)、鉆井、采油及集輸方面的工程問(wèn)題，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)和研究能力。

3.機(jī)械工程類工程數(shù)值計(jì)算研究生創(chuàng)新實(shí)踐建設(shè)。圍繞石油、石化典型設(shè)備力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行研究。開(kāi)展石油鉆采管柱力學(xué)研究、石油鉆采機(jī)械新產(chǎn)品研發(fā)、管道振動(dòng)分析與控制技術(shù)、石化裝備應(yīng)力分析與強(qiáng)度評(píng)價(jià)理論的研究。在石油鉆采管柱力學(xué)分析方面：主要以直井、定向井、水平井、分枝井、老井加深以及深井、氣井、稠油井中的鉆柱、套管串、油管柱、抽油桿柱為研究對(duì)象，進(jìn)行非線性靜力學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)仿真、流固耦合分析。為井下桿管柱設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)優(yōu)化、事故分析與預(yù)防提供技術(shù)支撐。在石油石化裝備有限元分析與強(qiáng)度評(píng)價(jià)方面：主要針對(duì)石油石化裝備中的塔、儲(chǔ)罐、井架等設(shè)備，應(yīng)用有限元理論進(jìn)行變形和應(yīng)力分析，為這些裝備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性分析和強(qiáng)度評(píng)價(jià)提供理論方法。使學(xué)生能夠深入了解工程背景，為提高解決工程實(shí)際問(wèn)題，提高科研能力與科研水平奠定基礎(chǔ)。

4.建筑與土木工程類工程數(shù)值計(jì)算研究生創(chuàng)新實(shí)踐建設(shè)。圍繞組合結(jié)構(gòu)力學(xué)性能研究、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定研究、特種結(jié)構(gòu)力學(xué)研究、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)研究、埋地管道和架設(shè)管道的抗震研究進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐建設(shè)。通過(guò)平臺(tái)對(duì)一些新型結(jié)構(gòu)體系（新型的鋼混組合結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、特種結(jié)構(gòu)）進(jìn)行數(shù)值模擬，開(kāi)展靜力分析、擬靜力分析、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析和動(dòng)力瞬態(tài)分析，獲得結(jié)構(gòu)的靜力與動(dòng)力響應(yīng)，為進(jìn)一步開(kāi)展結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與理論研究奠定基礎(chǔ)。提高學(xué)生一定的專業(yè)水平，補(bǔ)充課外的專業(yè)知識(shí)，提高科研能力及動(dòng)手能力。

構(gòu)建高仿真的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行教學(xué)，使實(shí)踐訓(xùn)練及時(shí)跟上相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，能夠有效解決土木工程類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中遇到的各種技術(shù)困難，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)人才的目的。

5.電氣工程類工程數(shù)值計(jì)算研究生創(chuàng)新實(shí)踐建設(shè)。圍繞非接觸電能傳輸技術(shù)研究進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐建設(shè)。利用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行“組合蜂窩式非接觸電能傳輸技術(shù)研究”，同時(shí)對(duì)電氣工程領(lǐng)域中，仿真分析電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)以及發(fā)熱分析和損耗分析等，對(duì)于研究生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)和教師科研具有重要的支持意義。

三、結(jié)語(yǔ)

研究生的教育是我國(guó)高等教育的最高層次的教育，也是我國(guó)發(fā)展人才的重要來(lái)源，在研究生的教育培養(yǎng)過(guò)程中，提高研究生的各項(xiàng)能力，均衡發(fā)展是至關(guān)重要的。構(gòu)建豐富的教育平臺(tái)，有助于研究生科學(xué)的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

通過(guò)對(duì)多學(xué)科多專業(yè)研究生教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)的建設(shè)，將課堂教學(xué)、平臺(tái)實(shí)踐教學(xué)和科研方向有機(jī)結(jié)合起來(lái)。依托工程數(shù)值計(jì)算與仿真實(shí)踐平臺(tái)，拓展課程建設(shè)內(nèi)容，并提高研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力。有利于深化教學(xué)內(nèi)容改革、促進(jìn)數(shù)值仿真內(nèi)容更新，大幅度提高設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性、綜合性課程的比例，實(shí)現(xiàn)學(xué)生設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的夢(mèng)想，更好地拓展學(xué)生創(chuàng)新性思維，培養(yǎng)高質(zhì)量創(chuàng)新性人才。

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