基于智能制造的飛行器制造專業(yè)教學(xué)內(nèi)容與方法的研究

張濤

摘 要：制造業(yè)智能化、信息化給航空航天工業(yè)帶來(lái)了新的活力和挑戰(zhàn)，同時(shí)也對(duì)高校航空航天專業(yè)的教學(xué)及人才培養(yǎng)提出了新的要求。本文以飛行器制造專業(yè)的主干課飛機(jī)鈑金成形原理與技術(shù)為例，剖析了當(dāng)前飛行器制造專業(yè)的特點(diǎn)及當(dāng)前教學(xué)和人才培養(yǎng)方面的不足之處;結(jié)合智能制造的內(nèi)涵，分析了基于智能制造的飛行器專業(yè)課程的發(fā)展趨勢(shì);在此基礎(chǔ)上，基于“中國(guó)制造2025”提出的將制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的目標(biāo)，提出了針對(duì)該課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法的一些改革措施。

關(guān)鍵詞：智能制造;飛行器制造;教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法

隨著航空航天工業(yè)的飛速發(fā)展，高性能、輕量化、大型化、整體化的先進(jìn)飛行器不斷涌現(xiàn)，這對(duì)航空航天制造業(yè)水平及專業(yè)制造人員的素質(zhì)都提出了更高的要求。近年來(lái)，隨著德國(guó)工業(yè)4.0[1]、美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、日本全球智能制造合作計(jì)劃，歐盟IMS2020計(jì)劃的相繼提出，制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化將成為新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù)。鑒于此，我國(guó)提出《中國(guó)制造2025》，將智能制造定位為中國(guó)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)由大變強(qiáng)及工業(yè)化與信息化深度融合的主攻方向。[2]因此對(duì)于航空航天領(lǐng)域制造業(yè)來(lái)說(shuō)，是一次提升產(chǎn)業(yè)制造水平的機(jī)遇。然而由于航空航天制造領(lǐng)域本身的特點(diǎn)，與現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)的融合還不夠，迫切需要大量具有多學(xué)科交叉背景的高新技術(shù)人才，因此對(duì)于高校本科教育和教學(xué)也提出了新要求。本文首先分析了飛行器制造專業(yè)的特點(diǎn)及當(dāng)前教學(xué)不足之處，結(jié)合智能制造的要求，總結(jié)了飛行器制造專業(yè)今后的發(fā)展趨勢(shì)，并針對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法提出了相應(yīng)的改革建議。

一、飛行器制造專業(yè)特點(diǎn)及當(dāng)前教學(xué)不足

本文以飛行器制造專業(yè)的主干必修課“飛機(jī)鈑金成形原理與技術(shù)”為例進(jìn)行說(shuō)明。該課程主要介紹飛機(jī)不同部位具有不同特征的鈑金零件的成形工藝和方法以及成形過(guò)程中共同的力學(xué)基礎(chǔ)及規(guī)律。該課程中所介紹的飛機(jī)鈑金成形工藝，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)幾大主機(jī)廠，是飛機(jī)上各種鈑金零件成形的基礎(chǔ)。因此，該課程的目的在于系統(tǒng)地、科學(xué)地闡明飛機(jī)鈑金成形工藝中的共同基礎(chǔ)和規(guī)律，并引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的理論分析方法，具體應(yīng)用到各個(gè)成形工藝的分析中去，為合理制定飛機(jī)鈑金零件成形的工藝方案和設(shè)計(jì)合理的工裝和模具結(jié)構(gòu)打下理論基礎(chǔ)。

該課程具有學(xué)科交叉度高、知識(shí)容量大、技術(shù)發(fā)展快等特點(diǎn)。首先，該課程綜合了高等數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料學(xué)等學(xué)科，要求學(xué)生具備這些學(xué)科的基礎(chǔ)理論知識(shí)，同時(shí)還需要學(xué)會(huì)利用這些交叉學(xué)科綜合分析和解決鈑金成形工藝中的實(shí)際問(wèn)題。其次，該課程知識(shí)量大，不僅要求學(xué)生理解鈑金成形過(guò)程中的共同物理基礎(chǔ)和力學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)還要求學(xué)生理解針對(duì)飛機(jī)不同零件特點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的鈑金成形工藝和方法，成形工藝種類多，其工藝特點(diǎn)均不相同。再次，隨著我國(guó)航空航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)于大型客機(jī)、大型運(yùn)輸機(jī)及其他特種機(jī)型的要求越來(lái)越高，因此急需采用新的成形工藝和方法來(lái)滿足其對(duì)外形及性能的要求，鈑金成形工藝新技術(shù)發(fā)展也越來(lái)越迅速，甚至一些新技術(shù)已經(jīng)引起鈑金成形工藝領(lǐng)域新的革命。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和方法難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及熱情，學(xué)生難以理解及應(yīng)用該門(mén)課程所介紹的技術(shù)及方法。

隨著互聯(lián)網(wǎng)+，人工智能、機(jī)器人等新興科技的飛速發(fā)展，[3]不僅顛覆了許多傳統(tǒng)制造業(yè)，徹底改變了當(dāng)今人們的生活方式;同時(shí)也逐漸改變?nèi)藗儗W(xué)習(xí)新知識(shí)、獲取新信息的方式以及看待新事物的思維。大學(xué)，作為國(guó)家新一代高素質(zhì)年輕人聚集的地方，對(duì)國(guó)家乃至全世界范圍內(nèi)出現(xiàn)的新技術(shù)帶來(lái)的發(fā)展以及革新尤其敏感。他們不太樂(lè)意接受傳統(tǒng)的教學(xué)方式和方法，而對(duì)新技術(shù)、新革命表現(xiàn)出強(qiáng)烈的興趣和熱愛(ài)。在這個(gè)知識(shí)爆炸以及智能化、信息化占據(jù)熱點(diǎn)的時(shí)代，高校教學(xué)，尤其是專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)的教學(xué)，不能再默守傳統(tǒng)固化模式，而應(yīng)該結(jié)合新技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的機(jī)遇和契機(jī)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，探索出真正適合社會(huì)發(fā)展需要的、能最大程度提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和自主性的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。

結(jié)合該課程的特點(diǎn)以及當(dāng)今新技術(shù)發(fā)展的需要，本項(xiàng)目擬解決如下問(wèn)題：

（1）傳統(tǒng)教學(xué)難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及熱情。飛機(jī)鈑金成形工藝屬于比較傳統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，目前教材介紹的成形技術(shù)一方面難以滿足新時(shí)代航空航天領(lǐng)域的發(fā)展要求;另外由于與當(dāng)今科技發(fā)展的熱點(diǎn)結(jié)合較少，難以最大程度調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法在這門(mén)課程中的效果表現(xiàn)得差強(qiáng)人意。

（2）傳統(tǒng)教學(xué)難以滿足新時(shí)代對(duì)人才培養(yǎng)的要求。在當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)、智能化、信息化迅猛發(fā)展的時(shí)代，知識(shí)更替周期大為縮短，需要高校學(xué)生能快速掌握高新科技，同時(shí)能學(xué)以致用，將最新的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到自身的專業(yè)領(lǐng)域，提升專業(yè)制造水平，從而促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)水平的發(fā)展，為我國(guó)躋身工業(yè)強(qiáng)國(guó)提供人才保障。

（3）過(guò)分強(qiáng)調(diào)單科知識(shí)的學(xué)習(xí)難以培養(yǎng)學(xué)生利用交叉學(xué)科知識(shí)分析和解決問(wèn)題的綜合性思維。當(dāng)今制造技術(shù)的專業(yè)化和集成度越來(lái)越高，解決一個(gè)問(wèn)題往往涉及到多方面多學(xué)科的知識(shí)，因此需要學(xué)生具有多學(xué)科知識(shí)積累以及分析和解決問(wèn)題的綜合能力。

（4）課堂教學(xué)不夠前沿，難以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本專業(yè)的榮譽(yù)感和使命感。陳舊的教學(xué)內(nèi)容和模式容易造成學(xué)生對(duì)于鈑金成形技術(shù)“臟、累、舊”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，因此，亟需結(jié)合高新技術(shù)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的鈑金成形可以與最新前沿技術(shù)有機(jī)結(jié)合，傳統(tǒng)行業(yè)也可以“高、大、上”。

二、基于智能制造的專業(yè)課程發(fā)展趨勢(shì)

智能制造的核心是推進(jìn)制造過(guò)程及制造裝備數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，其涉及到機(jī)械、電子、材料、信息、系統(tǒng)管理和人工智能等前沿知識(shí)與技術(shù)，學(xué)科跨度大，對(duì)于智能制造新人才的培養(yǎng)提出了更高要求。基于智能制造的專業(yè)課程發(fā)展趨勢(shì)如下：

（1）多學(xué)科交叉：基于航空航天領(lǐng)域智能制造的特點(diǎn)，需有針對(duì)性的將機(jī)械、電子、信息等交叉學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)與前沿人工智能有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)綜合分析、解決問(wèn)題的能力，從而構(gòu)建精確知識(shí)架構(gòu)，提升創(chuàng)新思維及能力。

（2）課上與課外有機(jī)結(jié)合：課上基礎(chǔ)知識(shí)授課及具體案例分析，引導(dǎo)學(xué)生課后自主搜索、積極學(xué)習(xí)，鞏固課上所學(xué)內(nèi)容，同時(shí)獲取最新技術(shù)，課上和課外有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

（3）基礎(chǔ)與前沿碰撞：智能制造需要采用前沿技術(shù)來(lái)改造傳統(tǒng)制造技術(shù)和方式，通過(guò)案例教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維，在基礎(chǔ)教學(xué)與前沿技術(shù)中碰撞出思想的火花。

三、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法改革舉措

基于“中國(guó)制造2025”提出的將制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的目標(biāo)，針對(duì)飛行器制造專業(yè)特有的航空航天特色，修訂基于多學(xué)科交叉的教學(xué)內(nèi)容;基于案例教學(xué)法，培養(yǎng)學(xué)生采用多學(xué)科綜合分析問(wèn)題的能力;將基礎(chǔ)知識(shí)與前沿理論有機(jī)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣及課后自主學(xué)習(xí)的積極性，具體說(shuō)明如下：

（一）探索基于智能制造的飛機(jī)鈑金成形技術(shù)教學(xué)內(nèi)容改革

首先，需對(duì)課程教學(xué)大綱修訂和完善，刪減一些過(guò)時(shí)的技術(shù)和內(nèi)容;其次，對(duì)多學(xué)科交叉知識(shí)點(diǎn)補(bǔ)充和拓展，如力學(xué)與材料學(xué)相結(jié)合，機(jī)械與自動(dòng)控制相結(jié)合等;再次，添加具體教學(xué)案例的討論與分析，針對(duì)航空企業(yè)的具體工程案例，綜合鞏固所學(xué)知識(shí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解以及培養(yǎng)綜合分析的創(chuàng)新性思維;另外，開(kāi)展基礎(chǔ)知識(shí)與前沿科技的專題探討，根據(jù)課程大綱的重點(diǎn)知識(shí)，結(jié)合最新的前沿科學(xué)技術(shù)，將兩者有機(jī)結(jié)合起來(lái)，提升學(xué)生參與討論和分析的興趣及熱情，在此過(guò)程中達(dá)到落實(shí)基礎(chǔ)教學(xué)和培養(yǎng)創(chuàng)新性思維的目的。

（二）探索基于智能制造的飛行器制造專業(yè)教學(xué)方法改革

理論講解與實(shí)踐相結(jié)合：結(jié)合教師科研課題以及國(guó)內(nèi)飛機(jī)制造主機(jī)廠對(duì)新技術(shù)的需求，[5]將科學(xué)問(wèn)題簡(jiǎn)化到所教授課程的具體知識(shí)點(diǎn)上，提高教學(xué)的針對(duì)性。

課外基于互聯(lián)網(wǎng)資料搜集、分析與課上討論相結(jié)合的教學(xué)法;通過(guò)課上具體理論知識(shí)講解，結(jié)合具體案例分析，引導(dǎo)學(xué)生課后對(duì)相關(guān)專題進(jìn)一步探討、研究。教導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)利用互聯(lián)網(wǎng)、智能終端等獲取最新知識(shí)及信息，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

成功案例仿效：通過(guò)剖析其他工業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)秀案例，將其應(yīng)用到航空航天專業(yè)教學(xué)和人才培養(yǎng)上，對(duì)其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行消化吸收，從而轉(zhuǎn)接應(yīng)用。

四、結(jié)語(yǔ)

本文以飛機(jī)鈑金成形原理與技術(shù)課程為例，分析了智能制造的典型特征及其對(duì)于高校教學(xué)內(nèi)容和人才培養(yǎng)的最新要求，通過(guò)更新教學(xué)內(nèi)容，采用多舉措改進(jìn)教學(xué)方法，有望提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，為我國(guó)航空航天事業(yè)的快速發(fā)展源源不斷輸送人才。

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