時間:2024-01-29 15:18:42
序論:好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程,我們?yōu)槟扑]十篇航空航天學科評估范例,希望它們能助您一臂之力,提升您的閱讀品質,帶來更深刻的閱讀感受。

2基于工程教育專業(yè)認證標準下南航能動專業(yè)課程體系優(yōu)化
通過對國內外本科院校工程教育專業(yè)認證的分析與研究,利用對中國近幾年的專業(yè)認證與評估成果的調查與研究,對其進行梳理,依據工程教育專業(yè)認證中課程設置要求,依據南京航空航天大學能源與動力學院能動專業(yè)建設相關內容與特色,以培養(yǎng)具有航空航天特色的工程教育專業(yè)人才為目標,對南京航空航天大學能動專業(yè)課程體系進行優(yōu)化。以培養(yǎng)要求為基準,著手對課程體系進行優(yōu)化,并對本科培養(yǎng)大綱進行相應的修訂,從而實現培養(yǎng)目標。確定能源與動力專業(yè)學生在校期間應修總學分數不能少于180學分。
2.1數學與自然科學類課程
能源與動力專業(yè)數學與自然科學類課程是指該專業(yè)學生必須掌握的基礎課程,主要包括高等數學(11學分)、大學物理(6.5學分)、大學英語模塊(10學分)、C++語言程序設計(3學分)等方面共六門課程,總共30.5個學分。因此能源與動力專業(yè)數學與自然科學類課程占總學分的比例約為17%,達到了工程教育專業(yè)認證標準中至少占總學分的15%的要求。
2.2工程基礎類課程、專業(yè)基礎類課程與專業(yè)類課程
工程基礎類課程和專業(yè)基礎類課程主要體現數學和自然科學在該專業(yè)應用能力培養(yǎng),而專業(yè)類課程主要體現系統設計和實現能力的培養(yǎng)。其中工程基礎類課程主要包括電子電工技術(5學分)、理論力學(3學分)、材料力學(3學分)、工程圖學(4.5學分)以及機械設計基礎(3學分)等課程,總共為18.5個學分;專業(yè)基礎類課程主要包括工程流體力學(3學分)、工程熱力學(3學分)、傳熱學(3學分)和化學反應動力學基礎(2學分)等課程,總共為11個學分。因此工程基礎類課程和專業(yè)基礎類課程必須要修滿至少29.5個學分。對于專業(yè)類課程,由于能源與動力專業(yè)具體有兩個培養(yǎng)方向:方向一為熱能動力方向,主要陪養(yǎng)就業(yè)方向為航空發(fā)動機、地面燃氣輪機等相關單位;方向二為能源利用方向,主要培養(yǎng)的就業(yè)方向為電廠、新能源以及制冷等相關單位。因此其專業(yè)類課程既有相同的專業(yè)課程,也有自身特色的課程。其中燃燒原理(2.5學分)、燃氣輪機原理與構造(3學分)、熱能綜合利用(2學分)、熱交換器原理與設計(2.5學分)以及熱工測量原理與方法(2學分)等,總共12個學分,這些課程為能源與動力專業(yè)兩個培養(yǎng)方向都必須學習的專業(yè)類課程。另外每個培養(yǎng)方向又有其特定的專業(yè)類課程必須選修,其中熱能動力方向專業(yè)類課程包括葉輪機原理(2.5學分)、燃氣輪機控制原理及應用(2學分)、燃燒技術與分析(2學分)、內燃機原理與構造(2學分)、工程傳質與應用(2學分)等共9門課程;能源利用方向專業(yè)類課程包括泵與風機(2學分)、供熱工程(2學分)、鍋爐原理(2學分)、制冷原理與技術(2學分)、可再生能源利用技術(2學分)以及熱力發(fā)電技術概論(2學分)等共10門課程。無論學生學習哪個方向,共同學習的專業(yè)類課程與特定選修的專業(yè)課程之和必須要修滿至少28個學分。因此,工程基礎類課程、專業(yè)基礎類課程與專業(yè)類課程必須要修滿的學分數為:29.5+28=57.5學分,因此該類課程學分占總學分的比例約為32%,達到了工程教育專業(yè)認證標準中至少占總學分的30%的要求。
2.3工程實踐與畢業(yè)設計
能源與動力專業(yè)設計完善的實踐教學體系,主要包括以下幾個方面:(1)軍事訓練,培養(yǎng)學生的吃苦耐力與過硬的身體素質;(2)各種課程的課程設計,如:機械設計基礎課程設計、電工與電子技術課程設計、C++語言課程設計等,主要培養(yǎng)學生對各門基礎課、專業(yè)基礎課的實際應用能力;(3)工程訓練,主要包括機械加工方面的車、磨、銑、刨、鑄造以及焊接等金工實習,鍛煉學生的動手能力;(4)下廠實習,大三暑假期間,在指導老師帶領下去中航工業(yè)集團下屬的企業(yè)或電廠進行為期一個月的下廠實習,鍛煉學生把理論知識應用于工程實際中的能力;(5)畢業(yè)設計,指導老師開設的畢業(yè)設計題目一般都來源于實際工程問題,學生在老師的指導下,在大四下半年開展為期半年的本科畢業(yè)實際,培養(yǎng)學生的工程意識、協作精神以及綜合應用所學知識解決實際問題的能力。能源與動力專業(yè)要求學生在實踐能力與畢業(yè)設計方面修讀的總學分不低于42.5,占總學分的23.6%,達到了工程教育專業(yè)認證標準中至少占總學分的20%的要求。
2.4人文社會科學類通識教育課程
能源與動力專業(yè)在人文社會科學類通適教育課程方面主要包括以下幾個模塊:(1)通適基礎教育平臺,主要包括形式政策教育、思想道德修養(yǎng)與法律基礎、安全教育、大學生心理健康教育等課程,共19.5個學分;(2)國防軍事模塊,包括航空航天概論、軍事高技術概論等,至少修滿1.5個學分;(3)文化素質模塊,主要包括文化歷史、藝術鑒賞、科技基礎、哲學社會等課程,至少要修滿6個學分;(4)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類模塊,主要包括大學生職業(yè)生涯發(fā)展與規(guī)劃、創(chuàng)業(yè)基礎以及經濟管理等課程,共5.5個學分。人文社會科學類通識教育課程總共需修滿32.5個學分,占總學分的18%,達到了工程教育專業(yè)認證標準中至少占總學分的15%的要求,使學生在從事工程設計時能夠考慮經濟、環(huán)境、法律、倫理等各種制約因素。
2.5航空航天特色類課程的設置
為了突出南京航空航天大學能源與動力專業(yè)的航空航天特色,在開設的課程中,如國防軍事模塊、專業(yè)類課程以及工程實踐與畢業(yè)設計中,課程教學內容包含濃郁的航空航天特色,由于指導老師所從事的科研項目都是來自于國防工業(yè)集團,具有豐富的研究經驗,因此在專業(yè)基礎課和專業(yè)課的講課過程中,所列舉的實例都是以航空航天為背景的工程問題,特別是畢業(yè)設計和下廠實習,因此在能源與動力專業(yè)課程優(yōu)化過程中,充分突出了南京航空航天大學的航空航天特色。
2.6注重科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)
學生創(chuàng)新素質的培養(yǎng)直觀重要的是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識,因此積極創(chuàng)造條件讓學生能夠在大學期間積極的參與科技創(chuàng)新活動。主要包括:(1)鼓勵學生積極參加各種科技類競賽,如:流體力學大賽、節(jié)能減排大賽、開設卓越班等,并且科技競賽獲得獎勵的同學在保研方面給予政策上的傾斜;(2)安排學生參與教師的科學研究工作,讓學生在參與科研過程中更好的掌握好該專業(yè)的理論知識,加強學生的動手能力,拓展學生的科研視野。
2.7學習進程
大學生本科期間的各門課程是相互銜接的,因此需要考慮課程之間的匹配與銜接,如圖1所示。學習進程主要分成了三部分:一是基礎課程,包括高等數學、大學物理、計算機等;二是學科基礎,包括結構和流體力學、熱學和電學方面的課程;三是專業(yè)課程,主要包括了熱能動力和能源綜合利用兩個方向的相關課程。整個課程體系分為三條線:第一是流體和熱學相關的課程,如流體力學、工程熱力學、傳熱學、燃燒學等;第二是結構力學方面,包括理論力學、材料力學等;第三是計算機語言方面的課程。因此在安排各門課程的學期上需要考慮上述課程銜接問題,從而最終制定出合理的能源與動力工程專業(yè)教學計劃表。
譜寫向善擔當的時代贊歌,傳承愛的接力
1.構建大愛精神坐標、筑牢理想信念基石
學校黨委堅持育人為本,把德育放在學校教育的首位,以理想信念教育為核心,注重教育引導、輿論宣傳、文化熏陶、實踐養(yǎng)成、制度保障相結合,大力弘揚核心價值觀,構建大愛精神坐標,鑄牢師生的精神支柱。通過舉辦“兩彈一星”功勛科學家事跡宣講會、組織學生成才表率先進事跡報告會、連續(xù)10年評選“感動北航”人物,引導學生追求高尚的精神境界,把個人的人生價值融入到奉獻他人、奉獻社會之中;通過課內外相結合推進通識教育,構建了經典研讀、人文素養(yǎng)、社會科學、科技文明四大版塊通識課程體系,所占學分已達本科生人才培養(yǎng)方案總學分的30%;邀請了200余位知名專家學者來校做人文素質教育講座,藝術館、音樂廳高雅藝術展覽和演出精彩不斷,使學生們在濃厚的人文氛圍中汲取文化的滋養(yǎng)和成長的力量;通過深入開展“知國情、察民生”社會實踐和“助他人、作奉獻”志愿服務,暑期社會實踐達到了全覆蓋,志愿服務實現了常態(tài)化,每年組織400余支社會實踐隊,先后組織14批支教團赴新疆、寧夏支教,《人民日報》在頭版“行進中國?精彩故事”欄目中專門報道了學校學生在新疆支教的感人事跡,志愿服務正逐漸內化為北航人的人生態(tài)度和生活方式。
2.抒寫大愛文化名片、傳播校園正能量
長期以來,學校充分發(fā)揮大愛文化的育人功能,廣泛凝聚校內外廣大師生、校友力量,建立健全愛心捐贈的渠道和機制,通過捐資設立獎學金、助學金、創(chuàng)業(yè)基金等形式,幫助支持家庭經濟困難學生、品學兼優(yōu)學生或突發(fā)疾病需要救助的學生,形成了人人參與的校園大愛文化氛圍。2015年3月,學校交通科學與工程學院周偉韜同學因急性肝衰竭并肝性腦病三期等病癥入院治療,短短兩周,學校師生校友共捐款籌款100余萬元,使他順利完成了肝臟移植手術,脫離了生命危險。近幾年,從新聞媒體報道《這個集體不能落下你》中患急性重度胰腺炎的劉婕同學,到《用愛匯聚延續(xù)夢想的力量》中患白血病的龐尚輝同學,再到已成功完成器官移植手術走上工作崗位的李金貴同學都得到學校師生校友的鼎力相助。學校還建立了家庭經濟困難學生數據庫,實現多渠道精準資助,使“濟困、勵志、強能”同步提升。例如:著名結構疲勞專家高鎮(zhèn)同院士的個人捐款已逾110萬元,老中青教師代表共同設立了“宏志清寒”獎學金,學校首屆畢業(yè)生錢士湘夫婦捐資300萬元……廣大校友不忘初心,反饋母校不斷改善辦學條件:王祖同、楊文瑛夫婦先后捐資2,500萬元支持晨興音樂廳和大學生藝術團建設,以提升師生文化藝術修養(yǎng)。師生校友的關愛使家庭經濟困難學生更加潛心學習、自立自強,從新生入學時的“綠色通道”走上一條人生發(fā)展的“綠色跑道”。
涵養(yǎng)肩負使命的空天情懷,強化愛的合作
1.唱響空天文化主旋律、培育拔尖創(chuàng)新人才
建校63年來,一代代北航人的理想與抱負,始終與國家利益和航空航天事業(yè)緊密相系,學校的大愛精神也正是在航空航天事業(yè)的發(fā)展壯大中得到傳承和弘揚。例如:航空發(fā)動機領域的領軍人物陳光教授、陳懋章院士、劉大響院士共同出資150萬元,發(fā)起“航空強國中國心”基金,獎勵全國高校發(fā)動機專業(yè)的優(yōu)秀學生。張廣軍院士捐出“長江學者成就獎”獎金50萬元用于獎勵品學兼優(yōu)的家庭經濟困難學生。近年來,學校深入開展“愛祖國、愛航空、愛航天、愛北航”主題教育,定期舉辦空天文化節(jié)、航模大賽、航空航天企業(yè)進校園和高端訪談等主題活動,組織學生觀看神舟、嫦娥等航天器發(fā)射實況轉播,參觀航空航天主機廠所,邀請航空航天領域著名專家以及航天員來校與學生們互動交流,大力培育學生的航空航天情懷。在兩個校區(qū)新建了航空航天博物館和主題文化長廊,建設了仰望星空、載人航天精神、錢學森像等20余座航空航天主題雕塑,使空天文化、北航精神藝術化、具象化。精心組織創(chuàng)作了以航空報國英模羅陽校友為原型的大型音樂劇《羅陽》,在校內外巡演20余場,社會反響強烈?!把萘_陽、學羅陽、揚羅陽”已成為師生堅守空天夢想、弘揚大愛精神的文化品牌,也成為全校新生入學教育的必修課。
2.愛國榮校凝聚力量、自主創(chuàng)新追尋夢想
學校始終堅持服務國家戰(zhàn)略需求,突出自主創(chuàng)新,強化協同創(chuàng)新,積極搭建國家級創(chuàng)新平臺,組建大團隊,承擔重大科研項目,并將強化科技創(chuàng)新平臺的建設,提升到建設國家創(chuàng)新體系一個重要措施的高度來認識;把“愛國榮校、無私奉獻、創(chuàng)造卓越”的價值追求落實在學術前沿探索與團隊集體攻關的有機統一中。近十年,學校先后獲得9項國家級科技獎勵一等獎、3項國家自然科學二等獎,創(chuàng)造了一所大學連續(xù)獲國家最高等級科技獎勵的“奇跡”,被社會譽為科技創(chuàng)新的“北航模式”。例如:王華明教授及其團隊,在世界上率先突破鈦合金大型主承力結構件激光快速成形技術,實現了“3D打印,讓中國飛機中國造”;劉紅教授及其團隊,在生物再生生命保障技術取得重大突破,研制成功了世界上第三個生物再生生命保障地基系統,完成了我國首次長期多人密閉試驗;房建成教授率領的“先進慣性儀表與導航技術”團隊,先后獲得“國家技術發(fā)明一等獎”1項、二等獎2項。在教育部學科評估中,該團隊所在的儀器科學與光電技術一級學科排名全國第一??梢哉f,凝聚團隊力量、強化愛的合作,已經成為北航以“大愛文化”組建科研大團隊、催生自主創(chuàng)新重大成果不竭的源泉與動力。
塑造致真和諧的文化力量,提升愛的溫度
1.加強師生溝通交流、打造真情互動平臺
學校全面實施了本科生導師制,強化導師言傳身教在學生人格養(yǎng)成中的關鍵作用,以導師的“導心、導學和導向”樹立起學生的人生標桿。突出名師的榜樣作用,組織學生與名師進行內容豐富、形式多樣的交流。每月一次書記、校長與學生代表面對面溝通、每周一次陳懋章等院士領銜召開名師懇談會、每時每刻李尚志等名師主持ihome網絡互動工作坊,師生全時全方位思維碰撞、真情互動,構建了以情優(yōu)教、以情優(yōu)學的教學相長格局。積極探索書院制學生教育管理模式,成立了“知行”“匯融”“啟明”“航天”四個書院,積極打造大愛傳承、學學相長的文化育人社區(qū),連續(xù)舉辦兩岸四地現代高校書院制教育論壇,共同研究探討書院育人規(guī)律,促進具有廣博知識和優(yōu)雅氣質的“全人”培養(yǎng),獨具北航特色的書院制教育模式已成為傳遞大愛文化基因的新載體。全面實施朋輩輔導“夢拓”(Mentor)計劃,1名高年級學生與5名~6名新生組成“夢拓”小組。目前,全校已成立了740余個“夢拓”小組,實現了新生全覆蓋,開設了以欣賞高雅藝術、參觀博物館和專業(yè)特色展覽、尋訪名人故居等為主要內容的“夢拓”文化體驗課,將“學夢拓、帶夢拓、傳夢拓”的新型學緣模式轉化為傳承北航大愛精神和培育人文情懷的互助平臺。
1.目標和基于問題的學習法的特點。
基于問題的學習方法的主要目標不僅僅是讓學生獲得知識,并且要運用知識。PBL重視模型和問題的解決。它試圖模擬現實生活中的工程研究和開發(fā)過程。Barrows這樣描述PBL的主要特點:(1)學習是以學生為中心的,即學生選擇怎樣去學習和他們想要學習的內容。(2)學習在小團體中展開并且提倡協作學習。(3)老師是促進者、引導者或教練。(4)問題形成組織重點并刺激學習。(5)問題是拓展真正的問題解決能力的工具。(6)新的信息是通過自學獲得的。
2.PBL工程教育案例———麻省理工學院航空航天工程系。
幾年前,在麻省理工學院的航空航天系成立了一個由教師和科研人員組成的新戰(zhàn)略計劃小組,專門負責課程改革。為了強調教育以學生為中心,討論小組花費了一定的時間和精力通過對項目和學習成果進行驗收,設計了新的教學方法,建造與之配套的實驗室。盡管基于問題的學習是關鍵,但它不是課程組織的原則。新的航空航天工程課程以現實生活中產品完整的生命周期工程為背景,即構思、設計、實施和執(zhí)行(CDIO),結合設計建造經驗,貫穿于整個項目中。接下來就是從簡單的項目到高度復雜的系統設計建立過程,以及從中取得的經驗教訓。第一年,在《航空航天設計導論》課上,學生們設計、構思并且試飛的由無線電控制浮空飛行器(LTA)。第二年,在《聯立工程學》課上,學生們設計、搭建并且試飛了無線電控制的電推力飛行器。在一些比較深入的課程例如《空氣動力學》課上,從工廠或者政府以往項目中提出航空工業(yè)中很常見一個實際的問題,像是以洛克希德•馬丁戰(zhàn)術飛機系統為模板提供項目設計方案。高級課程完全利用基于問題的學習方法,如:《實驗項目實驗室空間系統工程》、《CDIO高等課程》。在這些PBL體驗中,學生發(fā)現自己感興趣的問題,通過做實驗找到解決方法,并用多學科方法設計出復雜系統。麻省理工學院航空航天系“復雜系統學習實驗室”的主任提出了一個對于基于問題的學習方法的分類框架。它將問題分為四個等級,給出了解決基礎科學及先進工程課題的系統方法。一級:問題集。問題集是指在大多數工程課程中發(fā)現的傳統問題。它們往往具有一定的結構與較成熟的解決方案(至少問題的設計者知道)。所有學生解決同樣的問題,有時獨自解決,有時以小組形式解決。問題需要在相對較短的時間內解決。二級:小型實驗。小型實驗是指在結構化問題下的實驗課。例如測量或觀察某種工程現象或數據。這些問題在一或兩個學期內解決,可以“重復地進行”,也就是說,每個學生團隊解決與其他團隊同樣的問題。在麻省理工學院有許多例子,如《聯立工程學》課上的桁架實驗室,《空氣動力學》課上對在風洞中的流速計的校準,《航空航天設計導論》課上對空氣動力減速器的各種測試。三級:大型實驗。比起前幾個階段,這個階段的問題需要更長的時間去解決,可能會耗費幾周或整個學期。到了這個階段問題明顯復雜了很多,需要更多的規(guī)劃和教員支持。在麻省理工學院有許多如是例子:《實驗項目實驗室》課上的風洞試驗、飛行器模型項目,《空氣動力學》課上的機械項目,《航空航天教育導論》課上的輕于空氣的飛艇,《聯立工程學》課上的電動飛行器設計等。四級:頂級CDIO實驗。這個階段在系統中整合了核心工程的頂級實驗。麻省理工學院的航空航天工程項目用構思-設計-實施-操作(CDIO)的方法來設法更接近于實際工程。在頂級實驗中,工程的四個階段都將涉及。頂級實驗室的項目均為研究的重點,需要更多的資金,工程的復雜度和依賴經驗的程度也很高。例如麻省理工學院的自主衛(wèi)星光學陣列項目和磁控編隊飛行器。四級的項目需要學生、老師和研究員花費三個學期去完成。可以看出三級和四級問題的解決過程是由學生主導的、不受約束的、復雜的、多方面的且具有很高的主動性過程,符合之前所說的PBL標準。然而一級和二級中的項目體驗過程更結構化,在這個過程中學生體驗到關于問題構想的有用指導,使用工具進行研究發(fā)現?;趩栴}的學習方法和設計-制造經驗貫穿了整個麻省理工學院航空航天工程系的本科生階段。使用四個等級的框架來層次化PBL體驗過程確保了從高度結構化問題到無約束和復雜問題情況的合理推廣。
3.基于問題的學習方法的評估。
基于問題的學習方法的評估是多模式和長期性的。這些方法包括實驗室期刊、技術簡報、設計審查、技術報告、團隊協作評估、設計作品、互評和自評。教師的角色主要是顧問和指導員,以及在學習過程中為學生提供大量反饋信息。在《航空航天設計導論》課上,學生們設計、制造并試飛由無線電控制的浮空飛行器,設計審查作品和最后的評估工作都是由飛行器競賽的方式進行。在《綜合工程》課的飛行器設計項目中,二年級學生分析在問題集中與氣動性能、穩(wěn)定性和推進裝置有關的問題,并動手組裝和試飛無線電控制的電推力飛行器。與第一年的課程相似,評估手段包括問題集、設計審查以及最后的一場比賽。除了評估認知能力的培養(yǎng)效果,情感變化也要被評估。評估學生們在問題處理過程中的信心、參與到解決具有挑戰(zhàn)性問題中的意愿和控制問題解決進展的感覺也很重要。這些情感變化可以通過觀察、訪談、作品、期刊和其他形式的自評進行評估。
二、小衛(wèi)星平臺與基于PBL的航天工程教育創(chuàng)新結合途徑
在全球化大背景下,除去意識形態(tài)的差別,世界人才的標準正趨于統一。根據著名的CDIO(Con-ceive-Design-Implement-Operate,即:構想-設計-實現-運作)工程教育模型,工程教育包括以下幾大培養(yǎng)目標:掌握深厚的基礎知識和應用技術;善于構思、設計、實現和運作新產品或系統的能力;承擔和實施復雜系統工程的能力;適應現代團隊協作開發(fā)模式及其開發(fā)環(huán)境。這些目標是直接參照工業(yè)界的需求而制定的,它實際上定義了現代工程技術人員的素質構成。
1.小衛(wèi)星作為航天工程教育的意義。
小衛(wèi)星為空間發(fā)展提供了的一條新途徑,這是與以往基于傳統空間開發(fā)模式的“政府導向的大型項目”完全不同的。此外,NASA已經開展了很多項目為大學提供發(fā)射機會,讓他們逐漸學會如何開發(fā)、運營衛(wèi)星。超小型衛(wèi)星計劃是其中一個著名的案例,選定十所大學并給予他們項目資金,最終的成品將搭載航天飛機發(fā)射上天。憑借多年的項目經驗,一些大學已經能夠制造衛(wèi)星,甚至出售衛(wèi)星給其他大學或國家。小衛(wèi)星為大型衛(wèi)星上已經實現的一些任務提供了一條新的實現途徑。一定數目的小衛(wèi)星協作是一個非常重要的概念,通常被稱為“星座”或“編隊飛行”。這種多衛(wèi)星體系的優(yōu)點是容錯量大、重構能力強、系統的可擴展性好。
2.基于小衛(wèi)星平臺的航天工程教育項目。
小衛(wèi)星的操作訓練為大學生的太空教育提供了一個特別的機會,讓他們能夠體驗從任務創(chuàng)建、衛(wèi)星設計、制造、測試、發(fā)射、運行,直到結果的分析的整個太空項目周期。同時他們還能從這些項目中學到項目管理和團隊協作等重要技能。小衛(wèi)星項目不僅對教育有益,而且有望成為太空技術發(fā)展與商業(yè)運營中的一名新成員。
(1)日本衛(wèi)星設計大賽。
上世紀90年代初期,日本的大學小衛(wèi)星研究項目遠遠落后于美國和歐洲各國。然而,在意識到了小衛(wèi)星在教育和技術發(fā)展上的重要性后,日本國內開始大力推動高校小衛(wèi)星設計-制造計劃。第一個里程碑是“衛(wèi)星設計大賽”。1992年三個學術社團共同成立了大賽組委會,他們分別是JSME、JSASS與IEICE。經過一年時間的準備,于1993年舉辦了第一屆比賽。這項比賽的目的是為更多的大學生提供參與太空項目的機會,同時鼓勵一流大學開始進行實體衛(wèi)星的制造項目。評審項目分成兩大類,創(chuàng)意類評審該項目的創(chuàng)意與想法,設計類評審衛(wèi)星設計的可實現性。提交的項目首先會進行初步的評審,合格的項目才能入圍最終的決賽。屆時,將進行衛(wèi)星模型的展示和評審。優(yōu)秀的作品將獲得“設計獎”、“創(chuàng)意獎”以及三大學術社團頒發(fā)的獎項。大賽每年都會收到20到30個創(chuàng)意獨特的項目。
(2)大學空間系統研討會(USSS)以及CanSat項目。
USSS始于1998年,每年11月由JUSTSAP小衛(wèi)星工作組在夏威夷舉辦。研討會的形式十分獨特,出席會議的日本和美國的大學首先提出自己衛(wèi)星項目的構想,以及各大學自身的科研實力,然后將具有相同興趣、能力或科研實力的大學進行組隊。各組展開討論,在一天半的研討會后,各組需要向其他組展示他們的項目設計書。這些項目要在USSS結束后的一年內實施,他們的成果將在下一年的USSS上展示。其中最成功的項目就是CanSa(t罐裝衛(wèi)星)項目了。CanSat項目是1998年由特維格教授提出的。在最初的計劃中,每所大學都要制造一個350mL飲料罐大小的微型衛(wèi)星,衛(wèi)星將被發(fā)射到軌道上,在下一年的USSS上進行控制操作。
(3)立方體衛(wèi)星。
立方體衛(wèi)星項目由特維格教授在1999年的USSS大會上提出。立方體衛(wèi)星為重1kg,長寬高均為10cm的微型衛(wèi)星。每所大學制作的立方體衛(wèi)星都被放在一個名為“P-POD”的盒形載體內,它由俄羅斯的“第聶伯”火箭裝載發(fā)射升空。為了減少立方體衛(wèi)星和P-POD之間的機械和電氣接口,P-POD釋放機制設置得非常簡單:當P-POD的門打開,里面的立方體衛(wèi)星就被P-POD末端的彈簧彈出。東京大學和東京工業(yè)大學已經開始了立方體衛(wèi)星項目,并大致完成了設計和EM級別的模型制造。這些大學的學生已經在立方體衛(wèi)星項目中獲得了微型衛(wèi)星開發(fā)的基本專業(yè)知識。但他們現在需要面臨新的挑戰(zhàn):如何使用現成的廉價的部件設計可靠的空間系統,如何進行空間環(huán)境試驗(如真空熱或輻射試驗)并獲得試驗結果,以及如何處理更大的風險,更多的人力資源、時間和成本。目前計劃于2002年底發(fā)射第一個立方體衛(wèi)星。
(4)歐洲大學生月球軌道航天器。
歐洲大學生月球軌道航天器ESMO是歐空局教育衛(wèi)星計劃的第四項任務,它是基于“歐洲大學生太空探索與技術倡議”計劃中的“SSETI-Express”衛(wèi)星。ESMO項目是為了吸引和培養(yǎng)下一代的月球與其他行星的工程師和科學家。航天器有效載荷包括:船載液壓雙組元推進系統,用船從地球同步軌道通過“日地系統中的拉格朗日點L1”轉移到繞月運行軌道的過程,歷時3個月;表面光學成像的窄角相機和一個用于測繪全球引力場的子衛(wèi)星,將在歷時超過6個月的時間里執(zhí)行測量任務;可供選擇的載荷還包括一個生物實驗和一個微波輻射計。ESMO項目是未來歐洲的科學和勘探計劃的一個強大的動手教育和公共宣傳工具。它是一個面向大學生的項目,訓練和培養(yǎng)了下一代的月球任務的工程師和科學家。
三、建立基于PBL的航天工程教育實驗平臺和培養(yǎng)范式
我國在“十二五”規(guī)劃中提出了“創(chuàng)新驅動,實施科教興國戰(zhàn)略和人才強國戰(zhàn)略”,要“圍繞提高科技創(chuàng)新能力、建設創(chuàng)新型國家,以高層次創(chuàng)新型科技人才為重點,造就一批世界水平的科學家、科技領軍人才、工程師和高水平創(chuàng)新團隊。實施PBL教學是一項系統工程,由于受國情、傳統教育教學模式和人才培養(yǎng)機制的約束,在中國工科大學中實施PBL教學存在問題案例少、實施成本高、評價方式單一和師生角色僵化等問題,因此,需要根據我國工程教育的現狀和國情對PBL教學進行本地化處理,不能生搬硬套,具體來講有以下幾個方面需要注意。
1.樹立以學生為中心的教學理念。
樹立以學生為中心的教學理念是實施PBL教學的前提條件,PBL強調以學生為中心,作為PBL教學的實施者,教師必須要深刻認識到這一點。
2.根據具體航天任務設計問題。
豐富的問題案例是PBL教學成功的關鍵。每門專業(yè)課的設置都是基于學生已具備一定的先修課程基礎為前提,但個體的差異不容忽視,教師或教師團隊在進行某課程PBL問題設計的時候要充分了解學生的知識基礎,結合具體的實施條件進行問題案例的設計。為了保持熱情,學生們可以一種競賽的形式開始項目,學生們互相分享自己的認識,用自己的雙手選擇出最吸引人并且最有意義的項目。
3.提高衛(wèi)星實驗平臺的開放性與多樣性。
除了教育實踐空間項目對航空航天教育帶來的價值之外,學生建造空間項目長期承諾創(chuàng)新型大學的任務是可直接有利于空間行業(yè)本身。目前,各大學中設立的大學或研究生開放實驗室及其配套的開放創(chuàng)新基金都是一些很好的嘗試,取得了很好的效果,但其范圍需要擴大,讓大學生能夠進入一些比較前沿的和良好國際合作背景的研究型實驗室,使其很早就能受到良好的學術熏陶,以促進其產生向更高層次發(fā)展的內部動機和欲望。
4.加強學習能力的培養(yǎng)。
發(fā)展學生的學習能力,使其成為高效、獨立的終生學習者是PBL的重要目標之一。通過參加PBL學習,讓學生明白學習不完全是個人的事情,在PBL小組中每個學生都擔當一定的角色,并承擔相應的責任,在小組討論中無私貢獻自己的學習成果,并吸取其他成員的學習成果,達到共同進步。
5.建立合理多樣化的評估體系。
在實施PBL的過程中,可以采用學生自我評價、同學互評及教師評價相結合的辦法,注重學生的過程表現,而不是結果。創(chuàng)新人才的多樣性和創(chuàng)新思維的多樣性決定了我們不能用一刀切的方法來評價學生,而是要采取靈活多樣的評估體系,建立激發(fā)創(chuàng)新的長效機制。除了評估認知能力的發(fā)展和成就,情感變化也要被評估。評估學生們在問題處理過程中的信心、參與到解決具有挑戰(zhàn)性問題中的意愿和控制問題解決進展的感覺也很重要。
SLA立體光固化成型法,英文全稱叫“Stereo lithography Appearance”,它的原理是用一種限定的波長與強度的激光聚焦到光固化材料的表面,使之按照一定的順序凝固,完成一個截面的形狀,然后在垂直方向上移動到下一個層面,再固化下一個截面,這樣一個截面一個截面的往下固化,直到最終完成整改三維實體模型為止。
在當前應用較多的幾種3D打印的工藝方法中,光固化成型由于具有高度成型過程自動化、產品模型表面質量好、高精度以及能夠實現比較精細的尺寸成型等特點,使之在當前各工業(yè)生產領域有著較為廣泛的應用。在概念設計的交流、單件小批量精密鑄造、產品模型、快速工模具及直接面向產品的模具等諸多方面廣泛應用于航空、汽車、電器、消費品以及醫(yī)療等行業(yè)。
一、當前立體光固化成型法的應用
(一)SLA在航空航天領域的應用
在航空航天領域,SLA模型可用于一些必要的可靠性試驗與環(huán)境測試,如:風洞試驗、零件的可裝配性檢驗、人機工程測試等。運用在航空航天領域的零件與我們日常生活中所接觸到的零件有很大的不同,對其重量、結構的可靠性以及精密性要求也嚴格得多。在采用光固化成型技術以后,可以通過SLA模型進行前期的裝配,以便檢測個零件之間的配合度,是否有干涉、零件裝不上去等現象。通過此技術還可以對一些復雜的結構零件進行加工制造討論評估,制定最佳的加工工藝流程,對前期復雜零件小批量生產開發(fā)、反復測試、修改來說,可以提高效率、節(jié)約零件的開發(fā)成本。
航空航天領域中發(fā)動機上許多零件都是經過精密鑄造來制造的,對于高精度的木模制作,傳統工藝成本極高且制作時間也很長。采用SLA 工藝,可以直接由CAD 數字模型制作熔模鑄造的母模,時間和成本可以得到顯著的降低。數小時之內,就可以由CAD 數字模型得到成本較低、結構又十分復雜的用于熔模鑄造的SLA 快速原型母模。
(二)SLA在其他制造領域的應用
光固化成型技術不只在航空航天領域起到了非常重要的作用,在其他的一些傳統的制造加工領域也有著非常廣泛的應用,如在船舶、汽車、模具制造等領域也有著重要的應用。下面就光固化快速成型技術在汽車領域和制造加工領域做一些簡單的介紹。
在汽車領域,現代汽車生產的特點是產品生產周期短,型號多,為了適應不同的客戶群體,一款汽車在生產定型后,還需要根據市場的需求不斷的改進調整,但是不可能每一次的改進調整都直接投入生產,這樣帶來的風險是很大的,而且成本也高。雖然現在很多內容都可以在計算機上用電腦進行仿真分析,但是在實際研發(fā)的過程中仍然需要做出實物模型,可以直觀的驗證實物與模型之間的差距以及人機工程的合理性,對于一些結構特別復雜的零件,如發(fā)動機艙,可以采用光固化成型技術制作零件原型,用來驗證設計的合理性。
發(fā)動機一直都是一個復雜的機構,而且對于發(fā)動機內倉的檢測一直都比較復雜。采用光固化成型技術可以有效的檢測發(fā)動機艙的液體的流動走向,確保發(fā)動機艙的冷卻液能到全程循環(huán)流通。利用光固化成型技術可以很容易的制造出透明的發(fā)動機模型,然后在模型艙內注入某種循環(huán)液體,液體中加入一些細小顆?;驓馀?,就能很直觀的看到流道內液體的走向。該檢測技術最關鍵的問題是透明模型的制造,如果采用傳統的方法來制造,花費大且不精確,而用SLA技術結合CAD 造型僅僅需要4~5 周的時間,且花費只為之前的1/3,制作出的透明模型能完全符合機體水箱和氣缸蓋的CAD 數據要求,模型的表面質量也能滿足要求。
二、光固化成型技術的研究進展
光固化成型技術自問世以來,在制造領域產生了巨大的影響,目前已經成為工業(yè)制造領域關注的焦點。該技術制作精度能夠達到大多數工業(yè)產品的要求,而且性能可靠,成本較低,因此該技術一直成為國內外眾多學者研究的熱點。目前,有部分研究者通過對產品產性參數、成型方式以及材料等方面的因素進行分析,提出了一系列的改進,這些仿佛有效的提高了光固化原型的制造精度,有效的減小了零件的變形,降低了殘余應力。到今天為止,光固化快速成型技術已經發(fā)展比較成熟。各類新的成型工藝不斷出現并應用,推進了這一技術在實際工業(yè)生產中的應用。下面工微光固化快速成型技術和生物醫(yī)學兩方面對SLA技術的應用做一個基本的介紹。
(一)微光固化快速成型制造技術
目前,傳統的SLA設備成型精度可達到±0.1mm,對于一般的工業(yè)產品可以很好的滿足要求,到時在生物工程和微電子領域是遠遠不夠的,這種領域要求制造的結構都是以納米級的為單位。很明顯傳統的SLA工藝技術基本上無法滿足這一要求。然而,在最進幾年里,微生物和微電子領域發(fā)展迅速,使得這些微機械結構有了巨大的研究價值和應用市場。因此,在20世紀80年代,提出了微光固化快速成型μ-SL(Micro Stereolithography),此技術是在傳統的SLA技術上,針對微機械結構的制造提出的一種新型快速成型方法,經過30多年的努力研究,這一技術已經有了一定的發(fā)展,并在某些領域已經開始應用。
(二)生物醫(yī)學領域
在生物醫(yī)學領域,光固化快速成型技術可以為一些通過常規(guī)方法無法制造的復雜的人體器官制造模型?;贑T圖像的光固化成型技術是應用于假體制作、復雜外科手術的規(guī)劃、口腔頜面修復的有效方法。目前在生命科學研究的前沿領域出現的一門新的交叉學科―組織工程是光固化成型技術非常有前景的一個應用領域?;赟LA技術可以制作具有生物活性的人工骨支架,該支架具有很好的機械性能和與細胞的生物相容性,且有利于成骨細胞的黏附和生長。
三、結語
當前3D打印等增材制造工藝作為未來工業(yè)加工、生產的趨勢,SLA立體光固化成型法作為其中一種較為成熟的工藝已經在當前的各工業(yè)及醫(yī)療領域中有著廣泛的應用,具有成熟度高、加工速度快、產品生產周期短、高度自動化等優(yōu)點,但當前仍有很多限制和不足。未來立體光固化成型技術將向高精細化、多種可加工材料及微光固化成型發(fā)展,并將在工業(yè)制造和生物醫(yī)學等領域有著更為廣泛的應用。
【摘 要】協同創(chuàng)新是國家經濟社會發(fā)展的必然選擇。如何構建高效、有序的協同創(chuàng)新中心運行機制是擺在當前的重要任務。文中以“先進通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”為實體對象,從動力機制、共享機制、過程機制和轉化機制四個方面探討其運行機制,該運行機制對我國協同組建團隊提供了參考作用,在打造全產業(yè)鏈上具有示范意義。
關鍵詞 通用飛機;協同創(chuàng)新中心;運行機制
Research for operation mechanism of “Collaborative Innovation Center For Advanced General Aircraft Design, Manufacture and Demonstration”
WANG Yue ZHAO Wei-ping TONG Gang ZHAO Li-jie
(Shenyang Aerospace University Liaoning General Aviation Academy, Shenyang Liaoning 110136, China)
【Abstract】Collaborative innovation is the inevitable choice in the development of national economic and social. How to construct an efficient and orderly cooperative innovation center? The operation mechanism is the first important task at present. In this article, The entity object of "Collaborative Innovation Center For Advanced General Aircraft Design, Manufacture and Demonstration" is discussed with the operation mechanism as four aspect, the dynamic mechanism, sharing mechanism, process mechanism and transformation mechanism. The operation mechanism can be as a reference of collaborative team constructing in our country, and it has the demonstration significance in forging the whole industrial chain.
【Key words】General aircraft;Collaborative innovation center;Operation mechanism
基金項目:青年教師自選項目——基于“先進通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”運行機制研究(201330Y)。
作者簡介:王悅(1983.07—),女,漢族,河北人,碩士,沈陽航空航天大學遼寧通用航空研究院,工程師,研究方向為教育經濟與管理。
0 引言
隨著技術交融性的不斷加大,協同創(chuàng)新已成為促進當今世界技術發(fā)展的新手段?!皡f同創(chuàng)新”源于協同開放式創(chuàng)新,它通過多元主體之間的互動,引導不同的創(chuàng)新主體深入的合作和資源的整合,產生系統疊加的非線性效用[1],最終實現系統產出的質性飛躍。協同創(chuàng)新的內涵本質是政府、高校、科研機構、企業(yè)等為了實現重大科技創(chuàng)新而開展的多元整合的創(chuàng)新組織模式。協同創(chuàng)新是通過國家、地方政府的引導,促進多元利益主體發(fā)揮各自的優(yōu)勢進行整合,實現各方的優(yōu)勢互補,從而,加速技術創(chuàng)新和成果產業(yè)化活動。而協同創(chuàng)新中心即作為一個載體,肩負著這產業(yè)技術的創(chuàng)新與轉化的重任。
1 “先進通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”內涵
“先進通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”,以遼寧省政府為主導,沈陽航空航天大學依托遼寧通用航空研究院組建的,以航空技術學科為主體,以培育通用航空產業(yè)為重點,通過與北京航空航天大學、沈陽飛機設計研究所、中航工業(yè)空氣氣動研究院、沈飛等科研院所的深度融合,使其成為支撐我國通用產業(yè)發(fā)展的核心共性技術研發(fā)和轉移的重要基地;通過成立遼寧銳翔通用飛機制造有限公司和遼寧銳翔通用航空有限公司,作為制造與運營兩個示范企業(yè),從而促進區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展的引領陣地和示范基地?!跋冗M通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”如何高效有序的運轉將是本文研究的重點。
2 “先進通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”運行機制
“先進通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”涉及多元利益主體,其運行機制直接關系到協同效應的產生,“先進通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”的運行由需求引導,創(chuàng)新平臺為主體,整合多元力量,共享資源,協同創(chuàng)新,產出轉化,共贏效益。為此,“先進通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”主要從動力機制、共享機制、過程機制和轉化機制四個方面去研究。
2.1 動力機制
喻匯將協同創(chuàng)新動力機制分為外驅動(或外部推力)和內驅動[2]。隨著東北低空空域管理試點及逐步開放,遼寧省委省、政府提出打造“航空強省”的戰(zhàn)略部署,把航空產業(yè)打造成沈陽經濟發(fā)展新的增長點和最具競爭潛力的新興產業(yè)。然而,我國通航產業(yè)仍處在起步階段,完整產業(yè)鏈條尚未形成。通用航空產業(yè)鏈上的關鍵環(huán)節(jié)包括通用飛機基礎研究、設計、制造、適航性和運營管理等,以上環(huán)節(jié)缺一不可,沒有一家單位能夠承擔所有環(huán)節(jié)的重大任務,必須強強聯合,優(yōu)勢互補。高等學校開展基礎研究的需求牽引不足,應用基礎研究和關鍵技術的成果轉化率低;航空企業(yè)和科研院所型號任務重、關鍵技術需求多,但其需要依靠外援解決生產過程中存在的問題,開展工程應用研究的核心技術儲備不足,研制風險大、周期長。因此,通過強強聯合,才能實現多元利益主體的需求和收益,才能構建面向完整通用航空產業(yè)鏈的協同創(chuàng)新聯合體。為此,遼寧通用航空研究院為牽頭單位,沈陽航空航天大學憑借航空宇航科學與技術及相關學科優(yōu)勢,利用其與北航、中航復材有限責任公司等國內航空高校與企業(yè)同生一脈,具有長期、良好的合作基礎,再加上沈陽地區(qū)航空企事業(yè)單位密集的特點,通過當量股份制等一系列制度的激勵,突破體制機制障礙,集聚優(yōu)勢資源,培育了“先進通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”。中心通過遼寧省政府的政策支持,市場的拉動,各利益主體預期收益的激勵與驅動,使得各利益主體共享政策、資金、技術、人才、信息、設備,以項目為抓手,突破通用飛機的若干關鍵技術,形成一批標志性的重大成果,共同打造通航全產業(yè)鏈,從而達到與各自需求相匹配的合作期望。
2.2 共享機制
資源共享強調多元利益主體責任與利益相統一。資源共享不僅強調相互融合,同時也強調多元利益主體對有價值資源的追求,使資源占有者價值得到承認。因此,資源共享并不是單一地強調多方共同擁有、共同使用,同時包含了參與各方的付出并通過共享獲得利益?!跋冗M通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”整合通用飛機設計制造運營管理的人才隊伍、儀器設備、科研平臺、資金、信息等資源,以“當量股份制”作為投入和分配機制,建立動態(tài)、高效、融合的協同創(chuàng)新體系。融合的資源對協同體單位高度開放,理事會對各單位投入的資源進行篩選評估確定所占當量股份比例,由科學發(fā)展咨詢委員會和理事會每三年進行一次重新評估,動態(tài)調整當量股比,各協同體的收益則按照評估折算各協同體所占的當量股份比率進行分配。
2.3 過程機制
在“先進通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”中,以重大項目為牽引,優(yōu)化以任務需求為導向的資源配置方式,各協同體單位是中心股東,按自愿原則,各協同體協商約定投入中心的人、財、物等資源,進行資源整合,構建持續(xù)創(chuàng)新的科研組織模式,從而進入實質性的協同創(chuàng)新階段。
2.4 轉化機制
Wahab等將創(chuàng)新成果的轉化途徑分為市場與非市場兩種,獲得的效益為經濟效益和社會效益[3]?!跋冗M通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”研究制造了一款立體遙感型全鋰電無人機SY1,于2012年5月成功首飛;國內首架燃料電池動力無人機LN60,于2012年7月成功首飛;增加中航工業(yè)復合材料有限責任公司組建聯合團隊,進行了全復合材料雙座電動輕型運動飛機RX1E有人飛機研制,2013年6月成功首飛,2014年11月,在珠海航展上進行展示并空中表演,是航展上唯一一架新能源通用飛機,2015年順利通過適航認證,是世界上第一款通過適航認證的雙座電動輕型運動飛機。打入市場后,獲得了28架訂單,收到了良好的經濟效益。依托這三個型號,組建了低雷諾數通用飛機氣動布局、高效螺旋槳設計理論與方法等多個共性關鍵技術創(chuàng)新團隊,取得理論與技術上的重大突破,重點突破了通用飛機總體與氣動技術、復合材料結構優(yōu)化設計技術、新能源動力系統與適航技術、復合材料通用飛機制造技術以及運營管理等關鍵技術。同時,建設了“大學生飛行器創(chuàng)新實踐基地”、“先進通用飛機設計制造基地”和“通用飛機飛行實踐基地”三大基地,遵循創(chuàng)新人才培養(yǎng)規(guī)律,針對不同層次人才培養(yǎng)需求,構建科學創(chuàng)新實踐體系和一流實踐環(huán)境,有力支撐先進通用飛機設計、制造與運營領域人才創(chuàng)新能力的提升。構建了多元化成果轉化與輻射模式,取得了良好的經濟效益和社會效益,促進了遼寧通用航空產業(yè)發(fā)展。
3 結語
本文以“先進通用飛機設計制造與示范協同創(chuàng)新中心”為實體對象,系統的分析了該中心的動力機制、共享機制、過程機制和轉化機制四大運行機制,其實踐性更強,對我國協同組建團隊,打造全產業(yè)鏈具有示范作用。
參考文獻
[1]鄭剛.基于IM視角的企業(yè)技術創(chuàng)新過程中各要素全面協同機制研究[D].浙江大學,2004.
2011年,北京科技大學、北京航空航天大學、大連理工大學、蘇州大學和南京理工大學五所高校開始招收納米材料與技術專業(yè)本科生。五所大學中,北京科技大學、北京航空航天大學和大連理工大學三所北方高校在材料科學上屬傳統名校,而南方院校蘇州大學和南京理工大學把納米材料成果產業(yè)化,形成了自己的特點。
北方三所高校算是材料科學與工程領域傳統名校,值得注意的是,它們卻均未設置專門的納米材料研究機構,更多的是依托原有的強勢學科,在傳統材料研究領域引入納米科技,尋求突破。
北京科技大學
北京科技大學原名北京鋼鐵學院,曾被譽為“鋼鐵搖籃”,其材料科學研究側重點是金屬材料。除了材料學院這個重點學院外,從事材料科學研究的還有新金屬國家重點實驗室、高效軋制國家工程研究中心、國家材料服役安全科學中心等機構,側重點也不局限于金屬材料,在無機非金屬、高分子、生物醫(yī)藥材料等方面亦有建樹。
目前,北科大納米材料課題組主要研究納米材料制備與表征、納米材料改性、功能納米材料等方面。此外,亦有部分老師研究納米加工、納米組裝、納米器件等應用方向。
北京航空航天大學
與北科大不同,北航材料學院在北航不屬于重點學院,規(guī)模較小,師資力量僅百來人,這決定了北航材料學院的研究方向不會太廣。作為航天航空院校,北航材料學院也有自己的優(yōu)勢,正在籌建的航空科學與技術國家實驗室(航空領域最高級別實驗室),它的側重點在金屬材料、樹脂基復合材料及失效分析、先進結構材料、新型功能材料等方面。
在納米材料上,北航材料學院重點關注納米器件和納米涂層。材料學院的納米材料研究發(fā)展趨勢可能是納米技術在航天航空領域的應用。
大連理工大學
大連理工大學的材料學院在金屬材料、材料加工方面實力強,基于大連的地理位置,材料學院還開設了五年制金屬材料工程日語強化班。不過,納米材料與技術專業(yè)并非隸屬于材料能源學部,而是化工與環(huán)境學部。因而,大連理工大學的納米材料研究偏化工類,包括納米粒子合成化學技術、無機納米功能材料、納米復合材料等方向。納米材料與技術專業(yè)開設的專業(yè)課中,亦有化工原理、基礎化學、材料化學等化工類課程??梢哉f,這是大連理工大學納米材料與技術專業(yè)的一大特色。
與北方三所高校相比,蘇州大學和南京理工大學納米材料與技術專業(yè)的發(fā)展方向截然不同。兩所南方高校均成立多個納米材料研發(fā)機構,在研究方向上,兩所高校側重于納米材料器件應用,嘗試產業(yè)化。這些特點可能與江浙一帶出現納米高新技術企業(yè)有關。
蘇州大學
蘇州大學沒有材料科學與工程學院,而是材料與化工學部,研究偏向化工,在無機非金屬、高分子材料方面實力不錯。納米材料與技術專業(yè)并沒有開設在材料與化工學部,而是2010年成立的納米科學技術學院。除了納米科學技術學院,蘇州大學研究納米材料的機構還有2008年成立的蘇州大學功能納米與軟物質研究院、2011年成立的蘇州大學-滑鐵盧大學蘇州納米科技研究院。其中,以中科院院士李述湯教授領銜組建的功能納米與軟物質研究院已初具規(guī)模,它以功能納米材料和軟物質為研究對象,側重于功能納米材料與器件、有機光電材料與器件、納米生物醫(yī)學技術等,尋求在納米器件以及新能源、環(huán)保、醫(yī)用等領域的應用。
南京理工大學
南京理工大學由軍工學院演變發(fā)展而來,其材料科學與工程學院的材料學研究側重于金屬材料及復合材料。不過,南理工是國內最早開展納米材料與技術研究的大學之一,正籌建納米結構研究中心,研究側重點是與納米結構材料相關的分析、材料力學、電化學性能評估等。由南理工化工系和南京部分企業(yè)共同支持的南京市高聚物納米復合材料工程技術中心,研究側重點是納米材料制備、應用、納米催化聚合反應、納米復合材料,該中心已與江蘇部分納米企業(yè)開展納米技術產業(yè)化合作。此外,南理工還共建了金屬納米材料與技術聯合實驗室。
其他高校納米特色
上海交通大學
上海交通大學材料科學與工程學院在各類相關排名中居首,教職工200多人,研究側重點包括金屬材料、復合材料、塑性成形、輕合金精密成型等,在中國是材料科學與工程學子公認的夢想學府。其材料學院也涉及納米材料,比如,復合材料研究所部分老師從事納米復合材料研究,微電子材料與技術研究所從事納米電子材料研究。此外,上海交通大學還成立了微納科學技術研究院,研究方向為納米生物醫(yī)學、納米電子學與器件。生物醫(yī)藥工程學院也開展納米材料的可控合成與制備、納米生物材料等方面的研究。
清華大學
與北京航空航天大學相似,清華大學材料科學與工程系是學校名氣大于院系實力,每年有數百人爭奪材料系不足30個研究生名額。材料系建有新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室,研究側重點以陶瓷材料為主,同時涉及磁性材料、復合材料、電極材料和核材料。在納米材料方面,清華材料系主要研究納米材料結構、納米材料合成和微納米顆粒等。2010年,清華大學成立了微納米力學與多學科交叉創(chuàng)新研究中心,主要研究微納米器件、納米復合材料在電能存儲上應用和微納米設備研發(fā)等。
北京大學
北大材料科學與工程系成立于2005年,教職工10余人,成立之初就把材料科學與納米技術結合起來,欲在納米材料與微納器件方面有所突破。此外,北大成立了納米化學研究中心,教職工7人直博生卻達45人,主要研究領域包括低維新材料與納米器件、納米領域的基本物理化學問題。
西北工業(yè)大學
西工大是西部材料科學與工程實力最強的院校,其材料學院師資隊伍近200人,有凝固技術國家重點實驗室和超高溫復合材料國防科技重點實驗室。因此,其研究側重點在凝固,復合材料和金屬材料的實力亦不俗。在納米材料方面,西工大成立了微/納米系統研究中心,致力于航空航天微系統技術、微納器件設計制造技術、微納功能結構技術??傊鞴ご蟮募{米材料研究可能集中于納米器件在航天、航空、航海方面的應用。
留學兩大國
納米技術是交叉學科,包括納米科技、物理、化學、數學、分子生物學等課程。報考納米專業(yè)或方向的研究生在本科一般學的是材料學、材料物理與化學、凝聚態(tài)物理、物理化學等。就留學而言,由于納米材料處于基礎研究階段,容易;各個國家在納米材料方面投入大量資金,使得科研經費相對充足,相比于其他專業(yè)容易申請獎學金。這兩點決定了留學攻讀納米技術專業(yè)研究生相對容易。
2000年,美國白宮國家納米技術計劃,美國的納米技術得到飛速發(fā)展??傮w上看,美國的納米技術已經處在納米技術實用化階段,而其他各國仍處在納米技術的基礎研究階段。美國各大高校也爭相進入納米材料各個研究領域——
實力強勁的麻省理工學院在太陽能存儲、航空材料、燃料電池薄膜、封裝材料耐磨織物和生物醫(yī)療設備領域的碳納米管、聚合納米復合材料等方面成果顯著。
加州大學伯克利分校注重于納米材料在能源、藥物、環(huán)境等方面的應用,已卓有成效。
哈佛大學則側重在生物納米科技,即生物學、工程學與納米科學的交叉領域。
康奈爾大學已經在納米級電子機械設備、碳納米管應用電池、納米纖維等方面獲得突破。
斯坦福大學重在納米晶的光學性能、輸運性能和生物應用,以及納米傳感器、納米圖形技術等。
普渡大學的納米電子學、納米光子學、計算納米技術,尤其是計算納米技術全球領先。
紐約州立大學奧爾巴尼分校專注于納米工程、納米生物科學,其納米技術研究中心是全球該領域最先進的研究機構。
萊斯大學在納米碳材料領域成果顯著,在學校的研究人員中,納米材料研究人員的比重約為四分之一,是美國納米材料研究人員最多的大學之一。
此外,美國有很多研究納米技術的實驗室,它們比較愿意招中國大學生,這一點也值得注意。
日本算是最早開展納米技術基礎及應用研究的國家,早在1981年,日本政府就建立了納米技術扶持計劃。美國公布國家納米技術計劃前,曾派人去日本做調查。日本納米技術的研發(fā)特點是企業(yè)界是主力軍,它們試圖將納米技術融入到產業(yè)中。比如,日本企業(yè)紛紛斥巨資建納米技術研究機構,同時建立納米材料分廠實現產業(yè)化。此外,企業(yè)與大學、科研院所合作,開發(fā)納米技術。比如,富士通和德國慕尼黑大學合作,三菱公司和日本京都大學合作。
與美國在納米技術基礎研究和生物工程技術領域領先不同,日本在精細元器件及材料的制造方面獨占鰲頭,日本對納米材料研究的投入不斷加大,也使得去日本讀納米專業(yè)是一個不錯的選擇。
Tips:何去何從
[作者簡介]包姝妹(1978-),女,內蒙古呼和浩特人,中國民航大學法學院,講師,碩士,研究方向為航空法學及思想政治教育;王鳳珍(1964-),女,吉林洮南人,中國民航大學法學院,副教授,研究方向為刑法學。(天津300300)
[中圖分類號]G642[文獻標識碼]A[文章編號]1004-3985(2012)21-0088-02
一、民航院校法學教育改革的必要性
在民航領域,目前我國專門的航空類院校中只有中國民航大學和北京航空航天大學設置了專門的法學院。但這幾家民航類院校的法學通常沒有將學校的民航專業(yè)與法學相結合,培養(yǎng)出來的學生不能滿足民航領域中對于專業(yè)方面法律知識運用的需求,不能很好的解決民航資本運營、民航市場與調控監(jiān)管等方面的各類法律問題。面對這樣的困境,民航院校的法學專業(yè)更應該利用自身的行業(yè)院校優(yōu)勢和特色,進行跨學科多元化的法學教學改革,以培養(yǎng)適應民航實務的多元化復合型法律人才。
二、民航特色與法學結合的跨學科多元化教育改革
民航類院校法學教育的跨學科多元化模式改革就是將法學與其他學科,如航空運輸經濟與管理、航空工程學、航空自動化等學科專業(yè)進行交叉融合,實現跨學科的聯合授課。通過多個學科專業(yè)之間的溝通聯系,借助院際之間的交流合作平臺和合作培養(yǎng)體系,民航類法學專業(yè)的學生可以具備兩個或兩個以上學科領域的基本理論,初步掌握具有民航系統性知識以及法學專業(yè)知識,具備寬廣的知識視野和扎實的法學基本功,實現民航領域中的法律功效。
(一)跨學科多元化教學模式
目前各國在進行跨學科多元化教育改革上經常采取以下幾種方式:
1.“主輔修復合型模式”,簡稱主輔修模式。即學生以一個學科專業(yè)為主修學科,以另一個學科專業(yè)作為輔修學科。主修和輔修的專業(yè)課程經考核合格,達到國家、學校有關規(guī)定要求即可在畢業(yè)時獲主修學科專業(yè)的畢業(yè)證、學位證與輔修學科專業(yè)證書,或者獲主輔修畢業(yè)文憑與主修學科專業(yè)的學位證。學生成為掌握兩個學科專業(yè)基礎理論知識的主輔修復合型跨學科人才。
2.學際型模式。“學際”就是學科之間相互滲透、融合、聯系的邊際,主要通過學校的選課制度進行。學院之間設置合理的課程選項,允許不同學院的學生進行跨學科之間的學習。除此之外還有雙主修制模式和第二學士學位制度模式?;诿窈筋愒盒5默F實情況,可采納主輔修模式或學際型模式。如中國民航大學空中交通管理學院推行的學際型“四加一”課程,允許法學院的學生通過選拔考試進入空中交通管理學院學習相關民航交通運輸課程,將空中交通管理過程中產生的法律糾紛問題與法學理論知識融合。
(二)制定符合多元化教學改革要求的培養(yǎng)方案與教學大綱
為了配合民航類院校法學教育跨學科多元化教學需求,各院校還應當立足自身特點,制定具有民航特色的培養(yǎng)方案與教學大綱。
1.培養(yǎng)目標。立足民航服務界,結合民航院校特色和優(yōu)勢,注重強化航空法和民航法律實務基本技能訓練的學習,培養(yǎng)系統掌握法學基礎理論知識,熟知民航運輸業(yè)務知識的復合型學生。
2.教學理念。民航類院校以工程專業(yè)為主,以中國民航大學為例,設有航空工程學院、工程訓練中心、航空自動化學院等。在這樣的學校開設法學院,要發(fā)揮資源優(yōu)勢,把握特色發(fā)展法學教育就應開展CDIO理念下的法學教育。CDIO代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate),是以產品研發(fā)到產品運行的生命周期為載體,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。
CDIO理念下民航類院校法學專業(yè)的跨學科多元化改革主要包含下列四個方面:(1)C——構思。即將工程理念下的民航院校法學教學進行全盤構思,搭建內容結構。(2)D——設計。即根據各民航院校不同層次不同專業(yè)的學生,精心設計法學教學改革,實行項目化實踐教學。(3)I——實現。即將法學專業(yè)教育與民航特色教育涉及的知識結構和能力要求融為一體,按照多元化跨學科教學理論實踐一體化要求貫穿在教學行為中。(4)O——運作。即通過具體實踐操作將上述構思和設計轉變?yōu)閷W生個人自己的動手實踐能力,使項目化教學的效果變成學生以后工作就業(yè)中受益的知識或能力。
具體而言:(1)從學校角度,就是將學生的學習、就業(yè),教師的培訓以及學校的發(fā)展整合起來。(2)從管理者的角度,要為學生提供學習和實習場所、為教師提供適合的教學大綱和培養(yǎng)方案并為教師提供適當的民航行政部門及企事業(yè)單位法律部門掛職鍛煉的機會,從而尋求符合學校發(fā)展的特色法學教育。(3)從教師角度而言,就是在教學和科研方面體現工程教育的方式方法,與民航業(yè)界的專家人員進行法律科研和教學項目的合作,并將其運用到教學中進行研究開發(fā)。(4)從學生角度而言,CDIO法學教育理念下的學生必須具備民航與法律的基礎知識、個人分析解決案例的專業(yè)知識與推理能力、團隊合作與人際溝通表達能力以及責任感和職業(yè)道德四個層面。
3.課程設置。依據民航院校的不同特色和優(yōu)勢開設不同方向的課程。不同類型、不同層次的學校優(yōu)勢不同,發(fā)展方向各異,因此課程應依據各校的特色和發(fā)展目標來設置。具體課程設置如下:
第一,基礎理論課程。16門法學基礎課:法理學、憲法、中國法制史、刑法學、民法學、經濟法學、刑事訴訟法、民事訴訟法、行政法與行政訴訟法、商法概論、知識產權法、國際法、國際私法、國際經濟法、勞動法、環(huán)境與自然資源保護法。
第二,專業(yè)特色課程。各院校應根據本校特色培養(yǎng)適合市場需要的法學人才。如中國民航大學民航學科齊全,包括空中交通管理、航空安全航空電子等,所以法學專業(yè)可以重點將涉及航空公司法、航空運輸法、航空保安法航空電子服務平臺的法律以及民航行政課程作為其重點內容;而北航和南航是以我國航空航天、宇航、信息化等高端科技專業(yè)為其主要特色,故在法學教學方面可結合相關的國際法、知識產權法,以外層空間法、國際航空法、航空航天知識產權法為特色課程。
第三,實踐技能課程。主要包括民航案例演析和民航法律實務兩大類。民航法律實務主要包括模擬法庭、法院實習及選派學生到民航實務部門實習,其主要目的是為學生提供實訓平臺,幫助將學生所學知識運用到今后的工作實踐。
4.教學方式。改變傳統的單一法律理論課堂教學方法,實施以理論教學為基礎,輔以案例教學、實地教學、課堂討論等多元教學方法。在現代化多功能的模擬法庭、法律診所等仿真模擬實驗室進行授課,穿插案例,由學生扮演不同角色,設計制造、仿真、模擬案例研究。學生通過分組討論、辯論、演示、提問、學習后反饋能夠在現場充分領會航空法的內容。除此之外,考慮到民航特色,需要聘請民航業(yè)界的專業(yè)人士,如民航法律師、民航法務部門和各航空公司的工作人員兼職授課、舉辦講座,結合各自的實踐經驗和研究優(yōu)勢選擇自己熟悉的部分與學生進行討論。
5.構建法學跨學科多元化教育模式的考核與績效評價機制。教學考核改革傳統的閉卷考試方法,對于實行跨學科法學教育的學生,應結合所跨學科專業(yè)的特點、難易程度等方面靈活處理。因為不同專業(yè)學生,理解法學知識內容的能力和角度不同,一律采取統一的方式考核太過單一,應采用不同的方法衡量學生的專業(yè)知識。具體考核標準如表所示。
法學跨學科多元化改革是將管理學、經濟學、民航工程、計算機科學、電子信息等學科知識引入商法學、經濟法學、工程法學、刑法學以及其他部門法學的教學當中,從整體上構建法學教育的立體多元教學模式。這種教學模式相對比較復雜,需要教師、學生和院校的整體配合,資源共享,責任共擔,因此它的實施需要建立一個相對完整的制度以及對應的績效考核方法,既便于對教師的教學效果進行評價,也便于對教師的資格能力進行考核,同時也是對學校改革措施的一個評價。
三、總結
通過上述改革措施,將空管、航空工程、航空自動化等多個航空專業(yè)學科與法學融會貫通,形成以航空法為中心,涵蓋民航安全法律、民航電子服務法律等鮮明民航特色的法律學科。這樣民航類院校不僅可以培養(yǎng)兼具法律與民航專業(yè)領域知識的復合型法學學生,提高其在社會中的創(chuàng)造性、適應性以及自身的就業(yè)能力與競爭能力,同時也可以構建行業(yè)院校獨具特色的辦學方針,落實“文理交叉、學科融合”的人才培養(yǎng)目標,提高民航系統從業(yè)人員的綜合法律素質。
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一、引言
隨著科技水平的進步和科技創(chuàng)新的日益發(fā)展,高校為我國科技進步做出了突出的貢獻。國家逐年加大對科研經費的投入,使得高校的科研實力顯著增強。因此高校科研經費的評估與管理不僅是高水平學術成果的重要保障,更是我國科技發(fā)展的重要動力。國防科研經費在科研經費中所占比例較大,作為國家的基本投資建設支出,加強經費管理,提高使用效益,具有重大意義。
二、高校國防科研經費構成
國防科研項目經費由收益、計價成本和不可預見費三部分組成。其中國防科研項目的計價成本,應根據項目執(zhí)行期間物價水平和相關原材料等的變化適當調整。具體包括從項目論證階段到試生產階段所發(fā)生的設計費、材料費、外協費、專用費、試驗費、固定資產使用費、工資費以及管理費等八項內容。第一,管理費:包括項目執(zhí)行過程中的辦公費、資料費、人員工資、薪酬費、交通運輸費和培訓費等。第二,固定資產使用費:按項目應分攤的儀器折舊費、廠房建筑費等固定資產應計提的折舊費和減值準備。第三,試驗費:指項目研制過程中用于仿真試驗、儲存試驗和打靶、發(fā)射等各種試驗驗證費用、工藝試驗、綜合匹配試驗,包括消耗品和動力燃料費。第四,設計費:指項目準備階段的調研費、申報費、技術轉化成本等等。第五,材料費:包括原材料和輔助材料、外購商品、專利使用權、電子元器件和動力燃料等。第六,專用費:指項目專用的測試費、試運行費、樣品費和專用工藝費等。
三、高校國防科研經費的審計監(jiān)管及存在問題
我國的高??蒲薪涃M監(jiān)管主要包含三方面:合法性、真實性、效益性。合法性原則上從法律法規(guī)層面監(jiān)督經費使用去向的合法性、規(guī)范性。真實性主要從財務審計角度,檢查資金使用的項目、分類、進度是否達到要求。效益性是對科研項目成果的收益性進行評價,評估其理論和實踐價值,研究轉化成果的速度和效益等等。我國對高校國防科研經費的監(jiān)管主要是高校審計部門、會計部門依照相關的科研經費實施規(guī)范,對相關項目進行審計與預決算審批,經費分配的主管部門對審計結果進行核查。國家審計機關承擔最終的抽查任務。我國高校缺乏經費劃撥部門的設置,經費使用情況大多由審計部門監(jiān)督,缺乏專業(yè)性和傳遞性。
由于缺乏分類分項的經費管理細則,只有籠統的規(guī)范,所以高校內部審計多流于形式,只能大體起到監(jiān)管經費總數使用情況。審計部門的滯后現象比比皆是,更談不上跟蹤審計和結題審計工作的開展,使得審計部門不能充分發(fā)揮其事前、事中和事后監(jiān)督職能,對國防經費的不合理使用無法做到警示和懲戒作用。
四、科研經費合理使用的對策建議
針對國防科研經費在使用過程中出現的種種問題,本文提出以下建議,既能方便科研工作者合理、規(guī)范地使用經費,又能提高經費使用效率,滿足節(jié)約的原則。
(一)完善激勵制度,制定國防經費使用減免政策
高校應通過合理計提和再分配政策,平衡各學科項目經費,充分調動科研創(chuàng)新工作者的積極性??梢跃唧w將減免制度加以量化,鼓勵基礎研究領域的科研人員,因為各單位對基礎研究領域的資助一直較低。與工科類研究相比,人文科學領域的研究費用一直較低,對這些領域的管理經費進行適當地減免可以保證學術研究的公平性。政策的傾斜另一方面也可以引導扶持相關薄弱產業(yè)的發(fā)展。
(二)完善人力資本價值的界定
在我國眾多的國家級、省部級基金項目經費管理辦法中,都沒有明確規(guī)定人力資本的報酬等人工費用。這與國外先進的管理模式差別甚遠,因為西方發(fā)達國家對于科研經費中人工報酬的計提比例是很高的。而我國相關管理只明確了對參加項目的碩博士生提供相應勞務費,對項目負責人計提的報酬沒有說明。而有的省部級項目甚至沒有規(guī)定勞務費是必須支出的,這種不合理的制度嚴重損害了人力資本的價值??蒲腥藛T的體力、腦力支出只能依靠經費里的其他項目列式。
(三)完善經費補償機制
美國等西方發(fā)達國家在高校國防科研經費補償問題上一直走在前列,政府為其提供了完善的補償渠道確保科研項目的可持續(xù)發(fā)展。英國政府從2006年開始完全按照經濟成本的80%計提補償經費,成果達到某一階段可以計提100%,這一措施很好地解決了高校研究者墊款的弊病。我國科研投入長期受大鍋飯的影響,對項目的預調研不充分,導致有的經費用不掉,有的經費不足的現象時有發(fā)生,嚴重損害了科研人員的積極性。
參考文獻
[1]周瑩瑩,王偉清.擬成果購買制架構中的研究項目公告制度研究[J].科技進步與對策,2009(01):21-23.
中圖分類號:F49 文獻標識碼:A
文章編號:1007-7685(2013)01-0090-04
近期,英國《經濟學人》雜志在《第三次工業(yè)革命》一文中,將3D打印技術作為第三次工業(yè)革命的重要標志之一,引發(fā)了世人的關注。作為新生事物,什么是3D打印技術?它與傳統產品開發(fā)和生產制造有什么區(qū)別?發(fā)展的意義何在?我國發(fā)展現狀如何?下一步應如何發(fā)展?
一、3D打印概況
(一)3D打印的概念
3D打印技術是制造業(yè)領域正在迅速發(fā)展的一項新興技術,被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術”。運用該技術進行生產的主要流程是:應用計算機軟件設計出立體的加工樣式,然后通過特定的成型設備(俗稱“3D打印機”),用液化、粉末化、絲化的固體材料逐層“打印”出產品。3D打印技術是“增材制造”的主要實現形式?!霸霾闹圃臁钡睦砟顓^(qū)別于傳統的“去除型”制造。傳統數控制造一般是在原材料基礎上,使用切割、磨削、腐蝕、熔融等辦法,去除多余部分,得到零部件,再以拼裝、焊接等方法組合成最終產品。而“增材制造”與之不同,無需原胚和模具,就能直接根據計算機圖形數據,通過增加材料的方法生成任何形狀的物體,簡化產品的制造程序,縮短產品的研制周期,提高效率并降低成本。
(二)3D打印技術所依托的關鍵技術
3D打印技術需要依托多個學科領域的尖端技術,主要包括以下方面:信息技術,即要有先進的設計軟件及數字化工具,輔助設計人員制作出產品的三維數字模型,并根據模型自動分析出打印的工序,自動控制打印器材的走向;精密機械,即3D打印技術以“每層的疊加”為加工方式,產品的生產要求高精度,必須對打印設備的精準程度、穩(wěn)定性有較高的要求;材料科學,即用于3D打印的原材料較為特殊,必須能夠液化、粉末化、絲化,在打印完成后又能重新結合起來,并具有合格的物理、化學性質??陀^說,目前3D打印技術尚不成熟。作為一項多學科交叉的高新技術,還需要在各相關領域投入較大的研發(fā)力量,才能掌握完整的核心技術。
(三)3D打印技術的應用領域
近年來,3D打印技術發(fā)展迅速,在各領域都取得了長足發(fā)展,已成為現代模型、模具和零部件制造的有效手段,在航空航天、汽車摩托車、家電、生物醫(yī)學等領域得到了一定應用,在工程和教學研究等領域也占有獨特地位。
具體應用領域包括:工業(yè)制造。可應用于產品概念設計、原型制作、產品評審、功能驗證。制作模具原型或直接打印模具,直接打印產品:3D打印技術制造的小型無人飛機、小型汽車等概念產品已問世,家用器具模型也被用于企業(yè)的宣傳、營銷活動中;文化創(chuàng)意和數碼娛樂:可作為形狀和結構復雜、材料特殊的藝術表達載體??苹妙愲娪啊栋⒎策_》運用3D打印技術塑造了部分角色和道具,3D打印技術制造的小提琴接近了手工藝的水平;航空航天、國防軍工:可對形狀復雜、尺寸微細、性能特殊的零部件、機構進行直接制造;生物醫(yī)療:可應用于人造骨骼、牙齒、助聽器、假肢等的制作;消費品:可應用于珠寶、服飾、鞋類、玩具、創(chuàng)意DIY作品的設計和制造;建筑工程:可應用于建筑模型風動實驗和效果展示,建筑工程和施工(AEC)模擬;教育:可應用于模型驗證科學假設,用于不同學科實驗、教學。在北美的一些中學、普通高校和軍事院校,3D打印機已經被用于教學和科研;個性化定制:可提供基于網絡的數據下載、電子商務的個性化打印定制服務。
從市場應用份額看,3D打印技術應用在汽車及零配件領域占37%,在消費品領域占18.2%,應用于航空航天和國防軍工占13.7%,在商業(yè)機器領域占11.2%,在醫(yī)療領域占8.8%,在科研方面占8.6%。
二、我國3D打印產業(yè)發(fā)展現狀及面臨的問題
近年來,我國積極探索3D打印技術的研發(fā),初步取得成效。自20世紀90年代初以來,清華大學、西安交通大學、華中科技大學、華南理工大學、北京航空航天大學、西北工業(yè)大學等高校,在3D打印設備制造技術、3D打印材料技術、3D設計與成型軟件開發(fā)、3D打印工業(yè)應用研究等方面,開展了積極的探索,已有部分技術處于世界先進水平。其中,激光直接加工金屬技術發(fā)展較快,已基本滿足特種零部件的機械性能要求,有望率先應用于航天、航空裝備制造;生物細胞3D打印技術取得顯著進展,已可以制造立體的模擬生物組織,為我國生物、醫(yī)學領域尖端科學研究提供了關鍵的技術支撐。目前,依托高校的研究成果,對3D打印設備進行產業(yè)化運作的公司實體主要有:北京殷華(依托于清華大學)、陜西恒通智能機器(依托西安交通大學)、湖北濱湖機電(依托華中科技大學)。這些企業(yè)都已實現了一定程度的產業(yè)化,部分企業(yè)生產的便攜式桌面3D打印機的價格已具備國際競爭力,成功進入歐美市場。
一些中小企業(yè)成為國外3D打印設備的商,經銷全套打印設備、成型軟件和特種材料。還有一些中小企業(yè)購買了國內外各類3D打印設備,專門為相關企業(yè)的研發(fā)、生產提供服務。其中,廣東省工業(yè)設計中心、杭州先臨快速成型技術有限公司等企業(yè),設立了3D打印服務中心,發(fā)揮科技人才密集的優(yōu)勢,向國內外客戶提供服務,取得了良好的經濟效益。
在家用電器、汽車配件、通信技術、航天、軍工等領域,3D打印技術被越來越多應用到產品研發(fā)和生產中。在醫(yī)療領域,國內高水平的醫(yī)院使用3D打印技術,為患者提供定制的牙齒和骨骼替代物以及具有仿生性能的體內植入物。在教育領域,我國有很多高校購買了3D打印設備,開展多個學科的教學和研究工作。目前,中國已成為美國、日本、德國之后的3D打印設備擁有國。
3D打印產業(yè)正成為投資熱點。不少原來從事數字化技術、材料技術、精密機械技術的企業(yè)紛紛考慮投資開發(fā)3D打印設備生產和服務。
資料來源:《3D打印技術將掀起“第三次工業(yè)革命”?》,載自《科學研究動態(tài)監(jiān)測快報》,中國科學院國家科學圖書館,2012年10月1日。
目前,我國3D打印產業(yè)處于起步階段,存在一系列影響3D打印產業(yè)快速發(fā)展的問題。
第一,缺乏宏觀規(guī)劃和引導。3D打印產業(yè)上游包括材料技術、控制技術、光機電技術、軟件技術,中游是立足于信息技術的數字化平臺,下游涉及國防科工、航空航天、汽車摩配、家電電子、醫(yī)療衛(wèi)生、文化創(chuàng)意等行業(yè),其發(fā)展將會深刻影響先進制造業(yè)、工業(yè)設計業(yè)、生產業(yè)、文化創(chuàng)意業(yè)、電子商務業(yè)及制造業(yè)信息化工程。但在我國工業(yè)轉型升級、發(fā)展智能制造業(yè)的相關規(guī)劃中,對3D打印產業(yè)的總體規(guī)劃與重視不夠。
第二,對技術研發(fā)投入不足。我國雖已有幾家企業(yè)能自主制造3D打印設備,但企業(yè)規(guī)模普遍較小,研發(fā)力量不足。在加工流程穩(wěn)定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術等諸多環(huán)節(jié),存在較大缺陷,難以完全滿足產品制造的需求。而占據3D打印產業(yè)主導地位的一些美國公司,每年研發(fā)投入占銷售收入的10%左右。目前,歐美一些3D打印企業(yè)依托其技術優(yōu)勢,正加緊謀劃拓展我國市場。我國對3D打印技術的研發(fā)投入與美國有較大差距,占銷售收入的比重很少。
第三,產業(yè)鏈缺乏統籌發(fā)展。3D打印產業(yè)的發(fā)展需要完善的供應商和服務商體系和市場平臺。在供應商和服務商體系中,包含工業(yè)設計機構、3D數字化技術提供商、3D打印機及耗材提供商、3D打印設備經銷商、3D打印服務商。市場平臺包含第三方檢測驗證支持、金融支持、電子商務、知識產權保護等支持。而目前國內的3D打印企業(yè)還處于“單打獨斗”的初級發(fā)展階段,產業(yè)整合度較低,主導的技術標準、開發(fā)平臺尚未確立,技術研發(fā)和推廣應用還處于無序狀態(tài)。
第四,缺乏教育培訓和社會推廣。目前,我國多數制造企業(yè)尚未接受“數字化設計”、“批量個性化生產”等先進制造理念,對3D打印這一新興技術的戰(zhàn)略意義認識不足。企業(yè)購置3D打印設備的數量非常有限,應用范圍狹窄。在機械、材料、信息技術等工程學科的教學課程體系中,缺乏與3D打印技術相關的必修環(huán)節(jié),還停留在部分學生的課外興趣研究層面。
三、我國發(fā)展3D打印產業(yè)具有重要的戰(zhàn)略意義
當前,全球正在興起新一輪數字化制造浪潮。發(fā)達國家為解決近年來制造業(yè)競爭力下降的難題,大力倡導“再工業(yè)化、再制造化”戰(zhàn)略,提出智能機器人、人工智能、3D打印技術是實現數字化制造的關鍵技術,并希望通過這三大數字化制造技術的突破,鞏固和提升制造業(yè)的主導權。雖然3D打印等數字化制造的核心技術仍處在發(fā)展的初級階段,產業(yè)還不成熟,但在產品設計、復雜和特殊產品生產、個性化服務等方面已顯示其獨特優(yōu)勢。所以,我們應充分認識智能制造、數字化制造對我國的深刻影響,加快3D打印產業(yè)的發(fā)展,推動我國由“工業(yè)大國”向“工業(yè)強國”轉變。
(一)發(fā)展3D打印產業(yè),可提升我國工業(yè)領域的產品開發(fā)水平,提高工業(yè)設計能力
傳統的工業(yè)產品開發(fā)方法往往是先做模具,然后再做出樣品,而運用3D打印技術,無需模具,就可以把制造時間降低為以前的1/10到l/5,費用降低到1/3以下。一些好的設計理念,無論其結構和工藝多么復雜,均可以利用3D打印技術短時間內制造出來,從而極大地促進產品的創(chuàng)新設計,能夠有效克服我國工業(yè)設計能力薄弱的問題。
(二)發(fā)展3D打印產業(yè),可生產出復雜、特殊、個性化的產品,有助于攻克技術難關
3D打印技術可為基礎科學的研究提供重要的技術支持。在航天、航空、大型武器等裝備制造業(yè),零部件種類多、性能要求高,需要進行反復測試。運用3D打印技術,既在研制速度上具有優(yōu)勢,還可以直接加工出特殊、復雜的形狀,簡化裝備的結構設計,化解技術難題,實現關鍵性能的趕超。在生命科學的研究和應用中,3D打印以“細胞打印”、“仿生定制”等形式出現,把標準化、自動化的機械加工業(yè)生產方式,應用到生物工程、生物制藥和臨床醫(yī)學等領域,已取得豐碩成果。以生物組織為原材料的制造業(yè),有望成為高端制造業(yè)的重要組成部分。發(fā)展3D打印技術,將促進我國在生物能源開發(fā)利用、生物和化學藥劑試驗、人體組織和器官再造等領域取得技術進步。
(三)發(fā)展3D打印產業(yè),可形成新的經濟增長點,促進就業(yè)
隨著3D打印技術的普及,“大批量的個性化定制”將成為重要的生產模式。3D打印技術與現代服務業(yè)的緊密結合,將衍生出新的細分產業(yè)、新的商業(yè)模式,創(chuàng)造出新的經濟增長點。如,自主創(chuàng)業(yè)者可通過購置或租賃低成本的3D打印設備(一些3D打印設備已低于1萬元),利用電子商務等平臺,為大量消費者定制生活用品、文體器具、工藝裝飾品等各類中小產品,激發(fā)個性化需求,形成一個數百億甚至數千億元規(guī)模的文化創(chuàng)意制造產業(yè),并增加社會就業(yè)。
四、我國3D打印產業(yè)發(fā)展的政策建議
(一)制定3D打印產業(yè)發(fā)展規(guī)劃,促進其優(yōu)先發(fā)展
建議將3D打印技術定位為生產業(yè)、文化創(chuàng)意、工業(yè)設計、先進制造、電子商務及制造業(yè)信息化工程的關鍵技術和共性技術,將該產業(yè)納入優(yōu)先發(fā)展產業(yè)及產品目錄。在財稅金融政策上,鼓勵企業(yè)投資、研發(fā)、生產和應用3D打印技術,支持3D打印設備的進出口。
(二)加強3D打印產業(yè)聯盟、行業(yè)協會建設,推動產業(yè)協同發(fā)展
積極引導工業(yè)設計企業(yè)、3D數字化技術提供商、3D打印機及材料研發(fā)企業(yè)和機構、3D打印服務應用提供商組建產業(yè)聯盟,利用有關學會、協會的平臺加強研討和交流,共同推動3D打印技術研發(fā)和行業(yè)標準制定。促進3D打印技術發(fā)展的市場建設,包括3D打印電子商務平臺、3D打印數據安全和產權保護機制、3D打印技術及關聯項目投融資機制等,促進產業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
(三)加大科技扶持力度,提升3D打印技術水平
據悉,今年1月召開的國務院學位委員會第三十二次會議審議通過了該評估結果,國務院副總理劉延東在會上強調,要健全授權審核機制,實現常態(tài)化授權審核,健全授權點動態(tài)調整和強制退出機制。
根據通知,評估結果為“不合格”、被撤銷學位授權的學位授權點,5年之內不得重新申請。2016年招生工作結束后不得招生,在學研究生按原渠道培養(yǎng)、授予學位。評估結果為“限期整改”的學位授權點,自發(fā)文之日起進行為期2年的整改,2016年招生工作結束后暫停招生。整改結束后將接受復評,復評結果為“合格”的恢復招生,復評結果達不到“合格”的撤銷學位授權。限期整改和撤銷授權的博士學位授權點,其同一學科的碩士學位授權點繼續(xù)行使碩士學位授權并招收碩士研究生。
2014年1月,國務院學位委員會、教育部制定《學位授權點合格評估辦法》,要求學位授權點合格評估是我國學位授權審核制度的重要組成部分,每6年進行一輪,獲得學位授權滿6年的學術學位授權點和專業(yè)學位授權點,均須進行合格評估。
學位授權點合格評估分為學位授予單位自我評估和教育行政部門隨機抽評兩個階段,以學位授予單位自我評估為主。每一輪評估的前5年為自我評估階段,最后1年為隨機抽評階段。隨機抽評的學位授權點按專家評議意見認定,即:1/3(含1/3)至1/2(不含1/2)的參評專家認為“不合格”的學位授權點屬于限期整改的學位授權點;1/2(含1/2)以上的參評專家認為“不合格”的學位授權點屬于不合格學位授權點。未抽評的學位授權點按學位授予單位自我評估結果認定。自我評估為“合格”的學位授權點屬于合格學位授權點;自我評估為“不合格”的學位授權點屬于限期整改的學位授權點。
教育部表示,學位授權點專項評估是學位授權點合格評估的重要內容,是我國研究生教育質量監(jiān)督的重要手段,對保證學位授權點和研究生教育質量具有重要作用。該專項評估由國務院學位委員會辦公室負責,委托國務院學位委員會學科評議組和全國專業(yè)學位研究生教育指導委員會組織實施,主要檢查學位授權點的研究生培養(yǎng)體系完備性,包括師資隊伍、人才培養(yǎng)和質量保證等。
2014年學位授權點專項評估結果(不合格名單):
一、博士學位授權學科
東北大學:統計學;同濟大學:法學;中國科學技術大學:公共管理;華南理工大學:法學。
二、碩士學位授權學科
首都師范大學:新聞傳播學;黑龍江科技大學:數學;聊城大學:管理科學與工程;西安財經學院:管理科學與工程。
三、專業(yè)學位授權類別
北京交通大學:公共管理碩士;中國科學院大學:工程博士(領域:電子與信息);河北農業(yè)大學:工程碩士(領域:項目管理)、公共管理碩士;河北醫(yī)科大學:護理碩士;遼寧大學:工程碩士(領域:計算機技術);遼寧醫(yī)學院:口腔醫(yī)學碩士;遼寧師范大學:工程碩士(領域:計算機技術)、工程碩士(領域:化學工程);大連大學:工程碩士(領域:環(huán)境工程);吉林大學:教育碩士;北華大學:翻譯碩士;佳木斯大學:工程碩士(領域:材料工程)、口腔醫(yī)學碩士;哈爾濱商業(yè)大學:工程碩士(領域:計算機技術);南京航空航天大學:公共管理碩士、藝術碩士;河海大學:法律碩士;廈門大學:教育碩士;福建師范大學:工程碩士(領域:環(huán)境工程)、農業(yè)碩士;江西農業(yè)大學:工程碩士(領域:計算機技術);濟南大學:臨床醫(yī)學碩士;山東師范大學:工程碩士(領域:環(huán)境工程);曲阜師范大學:農業(yè)碩士;山東財經大學:工程碩士(領域:項目管理);煙臺大學:工程碩士(領域:電子與通信工程);河南農業(yè)大學:工商管理碩士、公共管理碩士;河南大學:工程碩士(領域:環(huán)境工程);信陽師范學院:工程碩士(領域:化學工程);武漢紡織大學:工程碩士(領域:環(huán)境工程)、工程碩士(領域:項目管理)、工商管理碩士;華南理工大學:藝術碩士;四川大學:教育碩士;成都理工大學:工商管理碩士;貴州師范大學:工程碩士(領域:環(huán)境工程);昆明理工大學:農業(yè)碩士;云南師范大學:工程碩士(領域:化學工程);西北大學:教育碩士;長安大學:旅游管理碩士。
學位授予單位主動提出放棄授權的學位授權點名單:
一、碩士學位授權學科
中國地質大學:農業(yè)資源與環(huán)境;新疆大學:光學工程。
二、專業(yè)學位授權類別