船舶動力實驗教學(xué)平臺建設(shè)與開放共享管理

董 全，張 楠，王忠義

（哈爾濱工程大學(xué)動力與能源工程學(xué)院，哈爾濱 150001）

0 引 言

為進(jìn)一步響應(yīng)和落實2014 年國務(wù)院關(guān)于國家重大科研基礎(chǔ)設(shè)施和大型科研儀器向社會開放的意見以及國家關(guān)于高校實驗室構(gòu)建專業(yè)化管理體系的要求，結(jié)合動力工程及工程熱物理與輪機(jī)工程課程體系，學(xué)校基于船舶動力實驗教學(xué)平臺構(gòu)建了以發(fā)動機(jī)排放測試為核心、具有教學(xué)演示、科研創(chuàng)新、技術(shù)咨詢以及產(chǎn)品認(rèn)證的綜合性實驗中心。發(fā)動機(jī)排放檢測中心以“專業(yè)認(rèn)證促進(jìn)共享、教學(xué)科研緊密結(jié)合、校企合作人才培養(yǎng)”為宗旨，搭建交流互動平臺，培育學(xué)生創(chuàng)新意識，充分發(fā)揮儀器設(shè)備共享對人才培養(yǎng)、學(xué)科建設(shè)和科研工作的支撐作用，促進(jìn)跨學(xué)科融合，形成了專業(yè)化、國際化和多功能化的創(chuàng)新特色［1-4］，是船舶動力專業(yè)在實驗教學(xué)平臺建設(shè)和發(fā)展方向的新探索與嘗試。

1 船舶動力實驗教學(xué)平臺建設(shè)的必要性

1.1 滿足行業(yè)發(fā)展的迫切需求

隨著國家“一帶一路”政策的深入推進(jìn)和建設(shè)長江經(jīng)濟(jì)帶的實施，我國水路貨物運輸量和港口吞吐量連續(xù)增長，多年穩(wěn)居世界第一，內(nèi)河大小船舶數(shù)量已達(dá)20 余萬艘。船舶動力行業(yè)在得到快速發(fā)展的同時，其有害物排放也成了我國環(huán)境污染的重要來源之一。2016 年我國頒布了第一部針對內(nèi)河船舶排放的法規(guī)文件《船舶發(fā)動機(jī)排氣污染物排放限值及測量方法》，2020 年我國在第七十六屆聯(lián)合國大會正式提出了碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)。

航運業(yè)的快速增長帶來了對船舶動力領(lǐng)域?qū)I(yè)型人才的巨大需求。由于我國內(nèi)河船用排放法規(guī)出臺較晚，船舶發(fā)動機(jī)企業(yè)在排放控制領(lǐng)域沒有人才儲備，因此掌握發(fā)動機(jī)排放測試技術(shù)及法規(guī)測試方法的畢業(yè)生成為人才市場炙手可熱的資源。以行業(yè)需求為導(dǎo)向，構(gòu)建技術(shù)研發(fā)和專業(yè)人才培養(yǎng)新高地，具有重要意義。

1.2 符合船舶動力學(xué)科發(fā)展需求

我校圍繞船舶工業(yè)、海洋裝備、海洋開發(fā)等領(lǐng)域，以建設(shè)特色鮮明的高水平研究型大學(xué)為目標(biāo)，船舶與海洋工程是全國排名第一的A＋學(xué)科，而船舶動力是其中重要的組成部分。因此，船舶動力實驗教學(xué)平臺的創(chuàng)新發(fā)展對于整個學(xué)科具有重要意義。從基礎(chǔ)研究探索的角度來看，排放指標(biāo)是發(fā)動機(jī)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，是驗證發(fā)動機(jī)綜合性能的一個重要評價因素。隨著全球環(huán)保意識增強(qiáng)，先進(jìn)燃燒與排放控制技術(shù)和低碳／零碳替代燃料技術(shù)都成了熱點研究方向，而對于基礎(chǔ)科學(xué)問題的突破需要有強(qiáng)大的實驗研究平臺做支撐［5-6］。

1.3 符合資源開放共享與企業(yè)需求

學(xué)校積極推進(jìn)大型科研儀器的開放共享，出臺相關(guān)管理辦法、建設(shè)升級大型儀器設(shè)備開放共享平臺，提高大型儀器設(shè)備的使用效益，推進(jìn)資源配置不斷優(yōu)化，服務(wù)學(xué)校教學(xué)、科研工作。另外，國內(nèi)外發(fā)動機(jī)企業(yè)在加速開發(fā)滿足日益嚴(yán)格排放法規(guī)要求的新產(chǎn)品同時，也遇到了諸多技術(shù)難題和大量的產(chǎn)品認(rèn)證需求。而目前我國具有船機(jī)排放認(rèn)證資質(zhì)的單位極少，市場激增的認(rèn)證需求難以得到滿足。因此，建設(shè)船舶動力實驗教學(xué)新平臺，以實驗室資質(zhì)認(rèn)可結(jié)合大型儀器設(shè)備開放共享，能夠為滿足企業(yè)需求、服務(wù)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供重要支撐［7-9］。

1.4 符合人才培養(yǎng)要求

發(fā)動機(jī)排放檢測中心是學(xué)生將理論知識與實踐結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，也是學(xué)生掌握國際前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢的重要窗口。平臺著重幫助研究生養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣和扎實的實驗?zāi)芰?，培養(yǎng)他們科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灳窈蛯I(yè)負(fù)責(zé)的責(zé)任意識。同時，通過充分利用大型儀器設(shè)備共享平臺，讓進(jìn)入實驗室的本科生能及早認(rèn)識先進(jìn)的實驗設(shè)備，幫助他們進(jìn)一步了解學(xué)科發(fā)展方向，使他們對學(xué)校船舶動力學(xué)科的優(yōu)勢有更深的認(rèn)識，培養(yǎng)濃厚的學(xué)習(xí)興趣。

2 強(qiáng)化船舶動力實驗教學(xué)平臺的專業(yè)化管理

發(fā)動機(jī)排放檢測中心成立于2018 年，是學(xué)校將實驗資源從服務(wù)于教學(xué)與科研的定位向?qū)I(yè)化、國際化和多功能化方向發(fā)展的探索，賦予其直接服務(wù)企業(yè)和行業(yè)發(fā)展的新功能。因此，這需要實驗平臺擁有完善的組織結(jié)構(gòu)、高效的質(zhì)量管理和可靠的技術(shù)能力來提供技術(shù)咨詢測試及產(chǎn)品認(rèn)證。

2.1 實施合格評定與實驗室認(rèn)可

隨著貿(mào)易全球化發(fā)展，發(fā)動機(jī)不僅是船舶的“心臟”，也是具有高技術(shù)含量的商品，因此就需要具有專業(yè)技術(shù)能力和資格的第三方實驗機(jī)構(gòu)對其性能進(jìn)行客觀、公正的測試與評估。各個國家為了促進(jìn)檢測結(jié)果的國際互認(rèn)，避免重復(fù)性檢測，保證全球商品貿(mào)易的有序發(fā)展，制定了標(biāo)準(zhǔn)化的質(zhì)量管理體系，實驗室需在此體系下運行并獲得國家或行業(yè)組織授予的相關(guān)產(chǎn)品的認(rèn)證資質(zhì)［10-12］。專業(yè)的管理體系及認(rèn)證資質(zhì)對于船舶動力實驗教學(xué)平臺能力提升和打造國際知名學(xué)科和高校的發(fā)展規(guī)劃都具有重要作用。

發(fā)動機(jī)排放檢測中心于2018 年正式成立，2019年成功通過了中國合格評定國家認(rèn)可委員會（CNAS）認(rèn)證。同年中心正式向中國船級社（CCS）提交船用發(fā)動機(jī)排放檢測能力認(rèn)可申請，并于2021 年獲得資質(zhì)授權(quán)。作為國內(nèi)率先獲得CNAS 和CCS 授權(quán)的高校實驗室，發(fā)動機(jī)排放檢測中心率先在國內(nèi)船舶動力學(xué)科建立了滿足ISO／IEC 17025：2017《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力的通用要求》、CNAS-CL01：2018《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》以及CCS-GD08-2015《船用產(chǎn)品試驗檢驗機(jī)構(gòu)認(rèn)可指南》的實驗平臺管理體系，具備進(jìn)行國際海事組織IMO《船用柴油機(jī)氮氧化物排放控制技術(shù)規(guī)則》以及我國GB15097-2016《船舶發(fā)動機(jī)排氣污染物排放限值及測量方法（中國第一、二階段）》《國內(nèi)航行海船法定檢驗技術(shù)規(guī)則》和《內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》的排放檢測認(rèn)證能力。發(fā)動機(jī)排放檢測中心的機(jī)型測試能力覆蓋遠(yuǎn)洋及內(nèi)河船用柴油機(jī)、氣體燃料發(fā)動機(jī)及低碳／零碳燃料發(fā)動機(jī)，成為支撐行業(yè)內(nèi)人才培養(yǎng)、關(guān)鍵技術(shù)突破以及服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要平臺，發(fā)動機(jī)排放檢測中心主要平臺與設(shè)備（見圖1）。

圖1 發(fā)動機(jī)排放檢測中心主要平臺與設(shè)備

2.2 船舶動力實驗教學(xué)平臺的管理體系

發(fā)動機(jī)排放檢測中心依托船舶動力實驗教學(xué)平臺將學(xué)院全部大型儀器設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理、集中共享使用。中心將設(shè)備按照發(fā)動機(jī)實驗測試和基礎(chǔ)實驗測試兩個平臺一個體系進(jìn)行管理。前者能夠圍繞動力工程及工程熱物理與輪機(jī)工程方向的內(nèi)燃機(jī)專業(yè)課程教學(xué)、科學(xué)研究以及服務(wù)行業(yè)的發(fā)動機(jī)排放檢測需求提供包括常規(guī)參數(shù)、性能參數(shù)以及排放參數(shù)在內(nèi)的全面測試實驗支撐；后者則能夠為內(nèi)燃機(jī)燃料噴射、燃燒在內(nèi)的機(jī)械、液力與熱力相關(guān)機(jī)理研究提供基礎(chǔ)參數(shù)特性測量平臺（見圖2）。

圖2 發(fā)動機(jī)排放檢測中心的平臺構(gòu)成

圖3 所示，中心建立了完整的設(shè)備管理體系，指定負(fù)責(zé)人，建立操作手冊、維護(hù)保養(yǎng)說明以及應(yīng)急預(yù)案等材料，制定嚴(yán)格的標(biāo)定與校準(zhǔn)計劃。同時，依托學(xué)校大型儀器設(shè)備共享平臺及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將實驗室設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化與信息化管理，為每個設(shè)備定制電子標(biāo)簽，定期對設(shè)備狀態(tài)及資料進(jìn)行更新，實現(xiàn)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)預(yù)約與查詢及學(xué)生考勤管理，更加合理地配置教學(xué)資源，提高了設(shè)備的利用率，并且方便了操作和管理人員。

圖3 哈爾濱工程大學(xué)發(fā)動機(jī)排放檢測中心綜合管理體系

2.3 船舶動力實驗教學(xué)平臺的功能拓展

建設(shè)船舶動力實驗教學(xué)平臺一方面是為學(xué)生提供更多接觸發(fā)動機(jī)測試、掌握測試方法及原理的機(jī)會。另一方面也著重引導(dǎo)學(xué)生深入了解如何能夠確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及學(xué)術(shù)誠信的重要性，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和科學(xué)、客觀的研究精神。

另一方面，船舶動力實驗教學(xué)平臺也向更加專業(yè)的方向發(fā)展，為行業(yè)提供技術(shù)支撐。中心基于ISO17025和相關(guān)管理規(guī)定的要求，制定切實可行的管理規(guī)范，有效強(qiáng)化實驗室的期間核查與內(nèi)部評審工作。明確規(guī)定崗位職責(zé)，要求并定期考核人員資質(zhì)與技能，定期組織學(xué)習(xí)。設(shè)立質(zhì)量負(fù)責(zé)人和技術(shù)負(fù)責(zé)人配合中心主任進(jìn)行實驗平臺的體系管理及檢測工作，內(nèi)審員負(fù)責(zé)體系內(nèi)的管理和監(jiān)督。專任實驗技術(shù)人員定期對設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)、檢查，確認(rèn)設(shè)備達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范要求的量程范圍和準(zhǔn)確度等級，確保實驗室的設(shè)施和環(huán)境條件符合要求［13］。同時，中心定期與國內(nèi)同樣擁有CNAS及CCS認(rèn)證資質(zhì)的單位進(jìn)行三方比對實驗，從而有效確保實驗室的檢測能力，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可溯源性。新功能拓展使船舶動力教學(xué)平臺逐漸向更加專業(yè)、高水平、多功能的方向發(fā)展。

3 船舶動力實驗教學(xué)平臺的建設(shè)成效

3.1 以開放共享促進(jìn)人才培養(yǎng)

在課程教學(xué)方面，船舶動力教學(xué)平臺繼續(xù)發(fā)揮重要支撐作用。多個實驗室支撐動力工程及工程熱物理與輪機(jī)工程兩個學(xué)科的多門本科生與研究生課程，如“內(nèi)燃機(jī)原理”“內(nèi)燃機(jī)排放與控制”“現(xiàn)代熱工測試技術(shù)”“內(nèi)燃機(jī)電控”“輪機(jī)自動化”以及“液壓與氣動技術(shù)”。同時，船舶動力教學(xué)平臺新增了科創(chuàng)實驗室，學(xué)生可以根據(jù)自己的創(chuàng)新設(shè)計需求，自主預(yù)約機(jī)械實驗室、電控實驗室、流體實驗室等，可以選擇自助實驗或教師指導(dǎo)。該新增設(shè)施為學(xué)生參加全國大學(xué)生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽以及“五四杯”創(chuàng)新競賽等提供良好的創(chuàng)新平臺支撐。

強(qiáng)化實驗室的網(wǎng)絡(luò)信息化管理，通過搭建網(wǎng)絡(luò)共享平臺、組織實驗室開發(fā)共享日活動，使學(xué)生有更多的機(jī)會進(jìn)入實驗室了解學(xué)科內(nèi)涵，促進(jìn)跨學(xué)科的交流與合作。同時，基于CNAS的管理體系及CCS、IMO的法規(guī)認(rèn)證規(guī)范使研究生掌握更專業(yè)的試驗測試技術(shù)，確保研究的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)的國際互認(rèn)資質(zhì)提高了科研論文等成果的產(chǎn)出效率和質(zhì)量，使人才培養(yǎng)質(zhì)量和就業(yè)率得到穩(wěn)步提升［14］。

3.2 促進(jìn)科研與成果轉(zhuǎn)化

船舶動力教學(xué)平臺積極響應(yīng)《國務(wù)院關(guān)于國家重大科研基礎(chǔ)設(shè)施和大型科研儀器向社會開放的意見》要求，新增對外共享服務(wù)功能，強(qiáng)化高校實驗室與企業(yè)、研究所等單位的合作，為行業(yè)及學(xué)科發(fā)展做出貢獻(xiàn)。船舶動力教學(xué)平臺擁有的高水平實驗室與測試認(rèn)證公司相比具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。社會公司往往只能依托測試設(shè)備對測量數(shù)據(jù)做到“知其然”，而學(xué)校實驗室則能夠做到對測量結(jié)果“知其所以然”。發(fā)動機(jī)排放檢測中心可為國內(nèi)外發(fā)動機(jī)企業(yè)提供“技術(shù)咨詢＋

性能摸底＋優(yōu)化提升＋排放認(rèn)證”的一體式技術(shù)服務(wù)。通過認(rèn)證過程幫助企業(yè)解決發(fā)動機(jī)排放難以達(dá)標(biāo)、性能難提高等“卡脖子”技術(shù)難題的同時，也為老師和學(xué)生接觸實際難題、提煉基礎(chǔ)科學(xué)問題創(chuàng)造機(jī)會，有助于在科研方面取得重大成果。自2018 年成立以來，中心已為中船集團(tuán)七一一所、中國船柴、河柴重工、陜柴重工、濰柴集團(tuán)、玉柴聯(lián)合動力、哈電集團(tuán)等10 多家單位提供包括技術(shù)咨詢、性能提升、排放認(rèn)證等多種試驗測試服務(wù)。由此產(chǎn)出的科研成果也更容易在與企業(yè)的合作過程中得到轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。

近年來，隨著合格評定與認(rèn)可工作的推廣，國家或省部級科研項目的結(jié)題越來越多地采用更為公正、科學(xué)、準(zhǔn)確的認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行成果鑒定，因此開展船舶動力實驗教學(xué)平臺的管理體系建設(shè)和能力認(rèn)證可為學(xué)科發(fā)展提供有力支撐［14］。

3.3 促進(jìn)校企合作與團(tuán)隊建設(shè)

通過開放共享使企業(yè)在依托船舶動力實驗教學(xué)平臺進(jìn)行研發(fā)及產(chǎn)品認(rèn)證過程中，增強(qiáng)了校企合作關(guān)系。CNAS管理體系和國際互認(rèn)機(jī)制也增強(qiáng)了國外企業(yè)與高校合作的信心，除了為企業(yè)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)品認(rèn)證之外，雙方通過建立國際聯(lián)合實驗室、設(shè)立企業(yè)獎學(xué)金、開展國際合作項目等途徑建立了緊密的關(guān)系，極大提高了學(xué)校的行業(yè)影響力和國際知名度。同時，通過運行和管理專業(yè)的質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)，也為船舶動力實驗教學(xué)平臺培養(yǎng)了一個更加專業(yè)、高效的實驗室人才團(tuán)隊，為教學(xué)和科研工作及學(xué)科發(fā)展提供堅實保障。

4 結(jié) 語

船舶動力實驗教學(xué)平臺以發(fā)動機(jī)排放檢測與控制為建設(shè)發(fā)展的新增長點，采用開放共享服務(wù)的新理念提高實驗平臺的功能性和重要性，以國際化的質(zhì)量管理體系和行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來保障平臺的專業(yè)性。通過整合教學(xué)資源、發(fā)揮科研優(yōu)勢、進(jìn)行開放共享服務(wù)，促進(jìn)人才培養(yǎng)、科研與成果轉(zhuǎn)化、校企合作與團(tuán)隊建設(shè)，為高校實驗教學(xué)資源的科學(xué)、合理利用探索出新的發(fā)展方向。