航空航天學科評估精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇航空航天學科評估，期待它們能激發您的靈感。

篇1

航空航天行業信息化是指航空航天行業在生產和經營、管理和決策、研究和開發、市場和銷售等各方面廣泛應用現代信息技術，建立現代企業信息系統，從而不斷提高生產、經營、管理、決策及研究開發方面的能力、水平和效率，最終提高我國航空航天行業的核心競爭力。

近年來，我國航空航天企業信息化建設取得顯著成效，已經廣泛應用在產品設計、制造、管理的各個環節，諸如CAD，CAPP，CAM，CAE，PDM，PLM和ERP等單項技術與系統的應用比較普及，產品研制周期明顯縮短，設計制造質量顯著提高。

1　航空航天行業的信息化建設內容與作用

航空航天行業方面信息化建設主要包括企業總體的信息管理、研制與制造的協同及產品研制能力的提升3部分。

1.1　企業總體的信息管理

企業資源計劃(Enterprise Resource Planning，ERP)系統，是指建立在信息技術基礎上，以系統化的管理思想為企業決策層及員工提供決策運行手段的管理平臺。在航空航天企業中，由于需要涉及整體調動和資源整合很多，ERP作為對企業資源進行有效共享和利用的系統，可以使航空航天行業達到整體的資源規劃統一。

1.2　研制與制造的協同

在航空航天行業，信息化主要為科研生產服務。該行業的重大工程是1個多學科綜合、多專業集成、多個子系統集成和多單位跨地域協同的龐大系統工程；其復雜性、研制周期以及研制過程中各種因素的不確定性，需要采取信息化手段進行約束；其設計與制造中涉及大量的信息系統，并且需要在嚴格的流程管理控制下實現這些信息系統之間的交互和協作，以支持并行的協同設計和制造。設計研制過程中會涉及到成百上千個子系統、多種BOM表和多種變更管理。航空航天產品研制生產數據分散存放在各承擔單位，大多數分系統和單機的研制生產數據沒有實現集中存放和統一管理，上下游間難以保證數據的一致性和數據的有效重用。同時，近年來航天企業的研制與生產并重，設計與制造間的協同需求也很迫切。如此眾多的系統、流程以及異構的數據協同實現集成需要1個統一的管理平臺和集成環境。

航空航天行業又與其他行業不同，對質量管理、產品可靠性的要求非常嚴格，每個零部件要能追溯生產制造源頭。

PDM主要針對的是產品數據管理。它以軟件技術為基礎，以產品為核心，實現對產品相關的數值處理過程、資源一體化的集成管理技術。PLM則指產品生命周期管理，作為全局信息的集成框架，可有效實現資源集成和協同研發生產及精益化管理。所謂集成框架，即在異構分布式計算機環境中能使企業內各類應用實現信息集成、功能集成和過程集成的軟件系統。PDM和PLM可為航空航天產品的研制和制造創造協同工作環境?；谛畔⒒瘏f同工作環境，設計人員可以跨越空間的限制，利用計算機通信網絡等技術實現資源共享，完成異地協同設計與協同制造。

重點需要實現下列兩個方面的集成：(1)PDM，PLM與CAD/CAPP/CAM的集成；(2)PDM，PLM與ERP的集成。ERP與PDM，PLM的互通，可以最大限度地共享企業全部信息系統。將PDM和PLM技術引入航空航天企業的研制和生產過程中，對改進現有技術和管理流程有非常重大的意義，能在一定程度上解決航空航天企業在研制過程中信息與流程的集成與管理及協同。

1.3　實現航空航天產品的三維全數字化定義設計與制造集成，提升產品研制能力

CAD，CAPP，CAM及CAE主要針對航空航天產品的研發及制造過程的信息化，在產品設計和制造加工的集成上提升產品的研制能力。從技術角度看，航空航天產品的研制過程涵蓋現代科技的諸多領域，如機械、材料、電子、力學、聲學、熱學和能源等；多學科多性能的要求致使各種CAE之間需要協同，而在CAE仿真后進行的優化也需要CAD與CAE之間實現協同。

在航空航天產品的研制技術方面(CAD和CAE)，通過數字樣機的建立，可以實現部件或整機的虛擬裝配運動機構仿真、裝配干涉檢查、空間分析管路設計、氣動分析和強度分析等。總體而言，在航空航天產品研制中全面采用信息化技術，可實現三維數字化定義、三維數字化預裝配和并行工程，建立產品的數字樣機，取消全尺寸實物樣機，使工程設計水平和產品研制效率得到極大提高，大幅度降低干涉、配合安裝等問題帶來的設計更改。

CAPP與CAM則指航空航天產品的制造協同。CAPP包括工裝設計系統建立和工藝系統，在工裝分類和典型化基礎上，建立各自的工裝設計資源庫；開發基于工裝族和有工藝知識支持的專用輔助工裝設計系統，加強工裝標準化、組件化和系列化工作，顯著提高工裝設計效率；實現產品模型在工裝設計過程中的信息共享，提高工裝設計與產品設計的協同程度；進行基于三維模型的計算機柔性化組合夾具工裝研究，使工裝快速組合裝配，滿足型號不同研制階段和狀態的快速工藝準備需求。工藝方面，針對產品制造過程中的鑄造、數控加工、鈑金成型、焊接等關鍵工藝過程，利用CAE進行計算機模擬的研究與應用，實現工藝方案的評估及優化；最終實現工藝流程的優化。CAM方面，運用CAD進行制造過程的前期設計，利用CAE進行計算機模擬，實現CAM方式與過程的優化。

總之，設計人員通過CAD完成設計，由專門仿真人員利用CAE完成設計多性能之間的協同仿真優化，通過CAD得到最終設計；而后通過CAD，CAE與CAPP，CAM的協同完成航空航天產品制造的過程。同時，運用兩者之間的溝通，通過對航空航天產品的整體信息化建設，建立起CAD設計知識庫、CAE仿真知識庫、CAPP和CAM的制造工裝知識庫，使其成為航空航天企業在研發、制造方面的寶貴經驗財富。

2　航空航天行業的信息化建設目標

通過上述幾個部分的交互運用和協同，可以實現航空航天行業的管理、資源、設計、制造的全方位信息化工程，最終達到以下目標：

(1)實現信息的共享和傳遞速度，加強各地各部門之間的溝通與交流，提高工作效率；

(2)確保整體信息流的暢通，如產品各方面性能的仿真協同、設計協同等，有效開展工藝與設計的網上協同工作；

(3)提高總體設計能力，建立航空航天行業的設計知識庫、仿真知識庫和制造知識庫等；

(4)提高制造過程信息化應用水平，建立工藝管理平臺。實現制造過程計算機化，工藝流程管理及工藝信息與其他信息系統的集成，優化工藝和制造過程；

(5)建立產品設計、制造協同平臺；

(6)加強管理信息系統的集成和共享，形成基于網絡的、可視化的、高效的生產管理平臺。

篇2

工程教育認證標準一般由八個指標構成，分別是學生、專業教育目標、學生成果、持續改進、課程體系、師資力量、教學設施、學校支持等。其中工程教育專業認證中的課程設置，為了能支持畢業要求的達成，課程體系設計有企業或行業專家參與。我國各高校在啟動工程教育專業認證工作過程中，發現課程體系設置是否科學、合理、會規直接影響到畢業生的工程實踐能力與創新能力，進而影響專業培養目標、畢業要求的可達性。因此各高校針對工程教育專業認證標準和要求，提出了各個專業課程體系改革的思路、做法和經驗。西北工業大學的張清江等通過調研我國工程教育與專業認證發展歷程，對我國航空航天專業與其他已獲得資格專業進行對比分析。并結合國際航空航天質量體系認證中的要求，從航空航天工程教育專業認證的必要性、專業特點、航空航天工程教育現狀等角度出發進行研究。結合現代中國工程教育存在的普遍問題，提出針對航空航天類專業認證的新方式、新方法，并對航空航天工程教育專業認證需要注意的特性進行討論。遼寧石油化工大學馬會強等依據工程教育專業認證標準，以遼寧石油化工大學環境工程專業為例，通過明確培養目標，解析培養要求，從課程設置、實踐環節、畢業設計等方面進行了課程體系改革探索。廣東石油化工學院任紅衛等分析了我國工程教育的現狀，并探討了在工程教育專業背景下電氣專業的教學改革方法，從而提高學生的工程實踐能力。浙江工業大學姜理英等人基于對工程教育專業論證的國際比較，結合環境工程教育專業認證的必要性，從培養計劃的調整、課程體系的優化、實踐教學的強化和師資隊伍的提升四個方面，綜合系統地提出了對環境工程專業教學內容進行全面優化和提升的路徑。張秋根等人根據環境工程專業規范和認證標準要求，以南昌航空大學環境工程專業為例，對其核心課程體系設置和教學內容兩方面進行了優化與規范的探討。為了重視國際認證的引領作用，加強專業辦學品牌建設，突出南京航空航天大學能動專業的航空航天辦學特色，緊跟國內能動專業人才需要，提升其人才培養質量與專業競爭力，從而拓寬自身生存發展空間，因此需要開展基于工程教育專業認證的能動專業課程體系改革。

2基于工程教育專業認證標準下南航能動專業課程體系優化

通過對國內外本科院校工程教育專業認證的分析與研究，利用對中國近幾年的專業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建設相關內容與特色，以培養具有航空航天特色的工程教育專業人才為目標，對南京航空航天大學能動專業課程體系進行優化。以培養要求為基準，著手對課程體系進行優化，并對本科培養大綱進行相應的修訂，從而實現培養目標。確定能源與動力專業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

能源與動力專業數學與自然科學類課程是指該專業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、專業基礎類課程與專業類課程

工程基礎類課程和專業基礎類課程主要體現數學和自然科學在該專業應用能力培養，而專業類課程主要體現系統設計和實現能力的培養。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基礎類課程必須要修滿至少29.5個學分。對于專業類課程，由于能源與動力專業具體有兩個培養方向:方向一為熱能動力方向，主要陪養就業方向為航空發動機、地面燃氣輪機等相關單位；方向二為能源利用方向，主要培養的就業方向為電廠、新能源以及制冷等相關單位。因此其專業類課程既有相同的專業課程，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兩個培養方向都必須學習的專業類課程。另外每個培養方向又有其特定的專業類課程必須選修，其中熱能動力方向專業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，共同學習的專業類課程與特定選修的專業課程之和必須要修滿至少28個學分。因此,工程基礎類課程、專業基礎類課程與專業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工程實踐與畢業設計

能源與動力專業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，主要培養學生對各門基礎課、專業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集團下屬的企業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)畢業設計，指導老師開設的畢業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實際，培養學生的工程意識、協作精神以及綜合應用所學知識解決實際問題的能力。能源與動力專業要求學生在實踐能力與畢業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)創新創業類模塊，主要包括大學生職業生涯發展與規劃、創業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的航空航天特色，在開設的課程中，如國防軍事模塊、專業類課程以及工程實踐與畢業設計中，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集團，具有豐富的研究經驗，因此在專業基礎課和專業課的講課過程中，所列舉的實例都是以航空航天為背景的工程問題，特別是畢業設計和下廠實習，因此在能源與動力專業課程優化過程中，充分突出了南京航空航天大學的航空航天特色。

2.6注重科技創新能力培養

學生創新素質的培養直觀重要的是培養學生的創新意識，因此積極創造條件讓學生能夠在大學期間積極的參與科技創新活動。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教學計劃表。

3結論

篇3

(一)我國空管工程師的培養現狀目前，我國的空中交通管制員培訓主要集中在中國民航大學、中國民用航空飛行學院和南京航空航天大學民航學院三所院校，采取傳統的高考招生錄取培養模式。在課程體系方面，根據國家教育部與民航業主管部門的要求實施教學，包括基礎課、專業基礎課、專業課和實驗課、實習及論文［3］。由于3所院校在辦學背景、辦學理念及辦學條件等方面存在差異，長期未能形成統一的空管專業辦學規范體系，從而導致空管人才的培養質量參差不齊，在當前空管用人單位日益提高人才質量標準的前提下，規范體系的缺失顯然與之不相適應，制約了行業的發展。

(二)空管卓越工程師的培養目標本研究認為，應當結合我國大學的辦學指導思想和未來民航空中交通管理行業對高素質、應用型人才的培養需求制定空管卓越工程師的培養目標，主要包括，(1)具有健全人格，具備高素質、高層次、多樣化、創造性的人文精神，具有提出和解決問題的能力，具有進行有效交流和團隊合作能力的高素質卓越管制人才;(2)具有堅實的航空、民航、管理等科學基礎知識，具有“寬口徑，深基礎”的知識結構，能夠發現和解決民航工程實踐問題和科研能力的綜合性人才;(3)扎實掌握空管領域專門知識與高級技能，能夠從事機場、進近、區域管制、空域、流量管理及飛行情報工作的高級技術與管理人才。

二、培養空管卓越工程師的實施方案

(一)重組通識和學科基礎課程體系依據教育部“卓越工程師教育培養計劃”通用標準和行業標準，在原有空中交通管理專業培養方案的基礎上，本研究重新制定了通識教育、校內學習、企業學習階段的培養標準、培養方案、教學計劃等方面的內容(圖1);將課程分為3個階段，學生在第1－4學期完成工科通識教育課程和學科基礎課程，實現“寬口徑、重基礎”的要求，達到“建立工程思想、拓寬知識結構”的目的，第5－6學期完成專業基礎課程，包括理論課程和校內實踐性課程，達到民航局法律規章中要求的教學內容和教學目的，第7－8學期完成校外實踐課程，通過與各單位的密切合作來提高學生的工程實踐能力。

(二)注重空中交通管制技能的培養根據“卓越工程師教育培養計劃”的培養標準，在學生畢業時保持最低184學分不變的基礎上，通過壓縮調整課程學時和改革學分分配比例，本研究將學生參加實踐的周時數增加到56周，保證了強化管制實踐能力的培養效果。主要的實踐內容包括，(1)48學時程序管制，實驗內容包括程序管制模擬機操作、程序管制工作程序、飛行進程單使用、控制離場航空器放行間隔、簡單航空器沖突管制、復雜航空器沖突管制、航空器管制責任移交、特情實驗;(2)48學時雷達管制，實驗內容包括雷達管制模擬機操作、雷達管制工作程序、航空器雷達識別、航空器雷達引導、航空器精密進近的引導、航空器速度控制、航空器進場排序、簡單航空器沖突管制、復雜航空器沖突管制、航空器管制責任移交、特情實驗;(3)48學時機場管制，實驗內容包括機場管制模擬機操作、機場管制工作程序、放行許可、控制放行間隔、地面滑行實驗、起落航線管制、起飛管制、著落管制、機場綜合管制、惡劣天氣條件機場管制、低能見度機場管制、飛行沖突的調配、飛行延誤實驗、特情實驗、大流量機場管制;(4)64學時航行情報服務，實驗內容包括航行情報信息處理系統基本操作、電報綜合處理操作實踐、多種通告聯合撰寫、航行情報信息提取飛行前資料公告操作、航行情報信息綜合查詢操作、航行情報信息其他功能操作、航行情報講解服務。在增加技能實踐教學內容和學時的同時，為了促使實踐教學體系化、實踐教學有針對性，本研究認為，需要完善實踐課程教材和輔導材料的編寫，配備數量足夠的模擬機設備，聘請資深管制員來校上課，以保證實踐教學的精細化需要;還需要修訂“空管專業學生生產實綱”和“空管專業本科學生畢業設計大綱”，落實空管崗位實踐實習，鼓勵畢業設計與崗位實習項目相結合，注重知識的實際應用。

(三)開設研究型、創新型實驗課程在校內實踐教學的過程中，開展研究型與項目型的學習和設計型與綜合型的實驗項目都能夠幫助學生及早發現并發展各自的興趣、潛力及特長。校內實踐教學是改革原有專業培養計劃的重點，主要的綜合實踐環節包括:(1)64學時飛行程序課程設計，內容有飛行程序設計系統基本操作、非精密進近飛行程序設計、非精密進近障礙物評估、精密進近飛行程序設計、精密進近障礙物評估、反向飛行程序設計、直角航線設計、區域導航程序設計、離場飛行程序設計、機場最低運行標準、飛行程序設計報告撰寫;(2)32學時航圖課程設計，內容有手工航圖制作、計算機航圖制作系統實踐、機場障礙物A/B型圖的制作、標準儀表進離場圖的制作、標準儀表進近圖的制作、精密進近地形圖的制作、機場地面活動圖的制作、國內航線的制作與調整、國際航線的制作和優化;(3)16學時飛行計劃制作，內容有國內航線和國際航線飛行剖面規劃、巡航高度上當量風的計算及風的影響修正、飛行計劃相關圖表的使用、用簡化飛行計劃圖標確定國內航線燃油量實驗、用積分航程表制定燃油計劃、無備降機場的飛行計劃、目的地機場不能加油的飛行計劃;(4)16學時飛行性能分析，實驗內容包括飛行手冊的使用、航空器使用限制分析、典型機型爬升和巡航推力表的使用、確定航路爬升所經過的地面距離計算、起飛性能和起飛航跡仿真、巡航性能表的使用、著陸性能表的使用、利用著陸性能表確定參考速度。在校內實踐教學過程中，鼓勵教師采用探究式學習、基于問題的學習、基于項目的學習及案例式教學法等多種教學方式，提高學生發現、分析和解決實際問題的能力，著力培養學生的創新能力。

(四)建立穩定的校企聯合培養機制目前，南京航空航天大學民航學院董事會由中國民航局人教司、航空公司、機場及空管局等30多家民航企事業單位聯合組成，校企聯合培養分為3個環節完成，其中，第5－6學期采用校企教學交互的方式，在實踐性課程的教學實施階段中邀請民航高級工程技術人員走進校內參與講授;第7－8學期組織學生到合作單位進行實習實踐和畢業設計，強調企業的集中培養。

三、結語

篇4

關鍵詞 課程教學改革；航空航天類專業；自動控制原理

中圖分類號 G642.0

文獻標識碼 A

文章編號 1005-4634（2012）05-0048-05

0 引言

《自動控制原理》是航空航天類本科專業一門重要的專業基礎課。以筆者所在的北京理工大學為例，航空宇航科學與技術一級學科下屬的飛行器設計與工程、航天運輸與控制、飛行器動力工程、武器系統與發射工程、探測制導與控制技術等專業的本科生，均在大三第一學期必修《自動控制原理》經典控制理論部分，包括54個理論課時和10個實驗課時，其任務是通過對自動控制理論知識的學習，培養學生對控制系統的分析設計能力、工程實踐能力和創新能力。同時，《自動控制原理》還是學習測試技術、飛行器制導與控制技術、飛行器總體設計、航天器測控原理等諸多專業課程的先修課，在航空航天類專業的本科生培養計劃中占據著非常重要的地位。

《自動控制原理》的授課模式一般有兩種：一是將經典控制理論部分和現代控制理論部分分開講述，先講授經典控制后講授現代控制，目前國內大部分高等院校均是采用的這種授課模式；二是將經典控制和現代控制融合講授，這種授課模式有助于培養學生從系統角度、全局高度來思考問題的能力，更利于掌握控制理論的實質。由于授課模式的沿襲性及單學期課時數的限制，北京理工大學航空航天類專業的《自動控制原理》采用了前一種授課模式。授課教師采用A、B角的方式，教師隊伍中有授課近20年的教師，還有剛剛博士畢業踏上工作崗位的年輕教師，更難能可貴的是，所有授課教師均有出國留學或訪問的經歷，兼通中西教學模式之長，融蓬勃朝氣與豐富經驗于一體。

本文主要是以《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》（教高[2012]4號）中“堅持內涵式發展”、“促進高校辦出特色”、“創新人才培養模式”、“提升國際交流與合作水平”等內容為指導，結合北京理工大學的學校定位和辦學特色，以筆者在《自動控制原理》經典控制理論部分本科教學過程中的思考和認識為基礎，對北京理工大學航空航天類專業在《自動控制原理》本科教學改革中的若干有效措施進行總結和探討。

1 授課內容及學習過程中存在的問題

1.1《自動控制原理》的授課內容

筆者主要講授《自動控制原理》中的經典控制理論部分，授課內容分為八章，分別是：自動控制系統導論、自動控制系統的數學模型、自動控制系統的時域分析、根軌跡法、頻率法分析、控制系統校正、非線性系統和線性離散系統。其中，前六章和第八章是重點講授內容，第七章是一般講授內容。就總的講授內容來說，有理論性強、新概念多、系統性強、與工程尤其是航空航天工程聯系緊密的特點，如已列裝或在研的大部分導彈飛行器，其自動駕駛儀的設計仍主要是在經典控制理論的框架下完成的。學習過程是先了解控制系統的組成尤其是強調“反饋”的概念，再根據實際的控制系統建立數學模型，然后通過時域法、根軌跡法、頻率法等分析系統性能的優劣對比，最后對系統整體性能進行校正和設計，可以說，整個過程是一個完整的體系，更是一個循序漸進的過程。

1.2《自動控制原理》學習過程中的幾點問題

無論哪門課程，講授目的均是希望學習者能夠掌握相關知識的基本原理、分析方法并最終做到靈活運用?？荚嚦煽兪窃u價學習者是否達到上述標準的一個參考，但考試成績并不能表明一個學生是否真正達到了上述標準。為了準確評估《自動控制原理》的講授效果，真正了解該門課程學習中可能存在的問題，不但要時刻注意本專業學生在修習過程中的反饋意見，而且要廣泛調研和閱讀其它學校和專業的教師在該門課程上的經驗總結。在此基礎上，結合筆者的親身體驗和思考，認為航空航天類專業的學生在學習《自動控制原理》過程中可能面對的主要問題包括：（1）部分學生由于數學基礎不夠扎實，對課程中涉及到的數學知識產生畏難情緒，進而無法很好地掌握控制系統的分析方法；（2）不能將所學的控制理論知識與自己專業的實際案例充分地聯系起來，這主要是在學習過程中接觸專業案例少造成的；（3）閱讀英文文獻的能力不足，而且這種不足突出表現在缺乏對專業詞匯的正確理解上，這說明《自動控制原理》需要適度地推進雙語教學改革；（4）無法將基本理論和計算機輔助設計軟件MATLAB結合起來進行更有效地控制系統設計，即割裂了基本理論和計算機輔助軟件相輔相成、互相印證、互相促進的關系；（5）從系統角度理解控制系統核心思想的能力不足，即無法做到融會貫通，更談不上靈活運用，這需要授課過程中注意前后串聯，幫助學生建立起系統概念。針對上述問題，結合北京理工大學辦學定位和航空航天類專業《自動控制原理》的授課特色，授課教師均提出了有針對性的改革措施。多年來的教學實踐證明，這些措施很好地解決了北京理工大學航空航天類專業本科生在《自動控制原理》課程中的學習問題，增強了學生對該門課程的學習興趣和“自主學習”能力。

2 教學改革的若干舉措

2.1從數學基礎抓起

“工欲善其事，必先利其器?！薄蹲詣涌刂圃怼氛n程涉及大量的數學知識，如拉氏變換及其逆變換、微分方程、差分方程、復變函數理論、Z變換等。毫不夸張地說，扎實的數學功底是學好該課程的基礎。如果學生缺乏必要的數學知識，教師又不能適時補上這個不足的話，很容易造成學生在學習過程中的畏難情緒，不可避免地會影響教學效果。

北京理工大學授課教師的做法是在《自動控制原理》開課伊始，就給學生列出所有需要用到的基礎數學知識。一方面引導學生重新復習這些已經學過的數學知識；另一方面，授課教師還會抽出專門的課時來對這些數學知識進行復習和重點講授。為了不斷加深學生對這些數學知識的理解，在用到相應的數學工具時，授課教師都會結合具體的實例進行更詳細地講述。為了盡可能減少學生在學習中的畏難情緒，北京理工大學授課教師在考試中堅持“注重概念，弱化計算”的理念，只要學生思路正確，僅僅是計算錯誤的情況下，盡量少扣或不扣分。

2.2雙語教學，與國際接軌

開展雙語教學有助于我國高等教育與國際接軌，是當前教育改革的熱點和重點，同時也得到了教育部等相關部門的大力支持。在雙語教學的改革中，有一點需要明確的是，專業課雙語教學的目的并不是為了增加學生的詞匯量，也不是為了提高學生外語的寫作水平，更不是為了教學生外語語法，而是為了增強學生閱讀專業外文文獻的能力和對專業知識的理解能力。近年來，英語已經逐漸發展成為全世界通用的語言，最新的科研成果更主要是以英文形式發表。所以，我國高等教育中大部分的雙語教學均是采用中文和英文的雙語授課模式。

由于《自動控制原理》涉及到的諸多基本理論和分析方法大都是從國外引進和翻譯過來的，加上國外學術界習慣用人名來命名定理的做法，給國內學生記憶和理解這些理論和方法增加了額外的困難。如用于判定線性系統穩定與否的勞斯判據就是以英國數學家Edward John Routh的名字命名的，類似這樣的例子還有很多，這對于習慣望文生義的國內學生來說，想僅僅從字面意思來理解勞斯判據本身幾乎是不可能的。有鑒于此，基于航空航天類專業《自動控制原理》雙語教學改革的目的主要是為了增加學生對專業詞匯認知這一基本的出發點，決定了航空航天類專業《自動控制原理》雙語教學的授課方針應以中文為主、英語為輔。具體做法是，每當第一次出現新的名詞、原理和方法時，授課教師先用中文進行詳細講解，然后告訴大家這些名詞、原理和方法在英文中的表示方法和來源，并在以后遇到這些名詞、原理和方法時，更多地采用英文表述。如傳遞函數（Transfer Function）、勞斯判據（Routh Criterion）、階躍響應（Step Response）、脈沖響應（Impulse Response）、根軌跡（RootLocus）等，都可以采用這種處理方式。此外，還需要注意引導學生適量閱讀英文參考書和專業文獻，由于Katsuhiko Ogata所著《Modern Control Engineer-ing》一書在世界范圍內的廣泛被接受性，北京理工大學同樣推薦學生將這本書作為英文參考書。

2.3融科研于教學

隨著我國高等教育改革的不斷實施和深入，昔日的“填鴨式”教學已逐步被更能激發學生“自主學習”能力的“啟發式”、“案例式”教學所取代。在《自動控制原理》的教學中，如果只是講授一般的數學公式和物理定理，而與實際工程割裂開來的話，很可能出現的后果就是學生學習后不知道用在什么地方，更不知道如何用，更糟糕的情況是學生在考試后就把所學的東西全忘掉了。為了避免這一狀況的發生，有必要將專業案例、授課教師的科研項目融入日常的教學工作中去，讓科研帶動教學、教學促進科研。

如在第一章講授自動控制系統定義和基本組成的時候，通用的教材是舉一些工業上常見的例子，像室溫調節系統和水位調節系統來引入自動控制的專業術語和反饋的概念。這種講授方法是很好的，有利于學生建立對控制系統組成的直觀概念，并認識到自動控制的核心思想所在。對于航空航天類專業的學生來說，在講述通用案例的同時，還可以結合航空航天領域的應用案例，如引入圖1所示的導彈攻擊飛機的案例。在這個案例中，導彈根據自己探測到的目標機動特性，依據一定的制導律生成最佳攻擊曲線，當彈上的測試設備探測到實際飛行路線和預定飛行路線出現偏差的時候，彈載計算機會依據一定的法則生成控制指令，氣動舵機來執行這一控制指令，從而達到控制導彈回到預定飛行路線的目的。按照這一描述可以畫出它的系統方塊圖，如圖2所示，和基本的負反饋閉環控制系統（如圖3所示）對應起來，預定飛行路線對應給定輸入、彈載計算機對應控制器、氣動舵機對應執行機構、導彈就是被控對象、實際飛行路線即是實際輸出、彈載測試設備即對應測量輸出的傳感器。這樣講授下來，由于比較貼近專業方向，同學們就很容易理解控制系統的結構，并對輸入、輸出、被控對象、執行機構、控制器的作用及反饋的概念有了更為直觀和深刻的認識。

在講述控制系統穩態性能和動態性能的時候，大量引入航空航天的專業案例，尤其是一些因為控制系統設計失誤或控制系統未能正常工作產生重大損失的失敗案例，對引發學生的學習興趣頗有幫助。從教學的效果看，這些案例的引入，不僅加深了學生對《自動控制原理》重要性的認識，激發了他們學習的熱情，同時，還培養了他們對所學專業的興趣。在此基礎上，可以注意吸收一些對自動控制理論或應用感興趣的學生提前進入實驗室，并挑選與任課教師負責項目相關或者處于航空航天控制前沿的研究方向，如臨近空間飛行器的制導與控制技術，讓他們自由發揮，思考和創新，切實培養他們的動手能力。

此外，授課教師要非常注重“基于書本、超越書本”。比如香農（Shannon）采樣定理認為：對于一個連續信號來說，當采樣角頻率是該連續信號所含最高次諧波頻率兩倍以上的話，即能做到一個周期內采樣兩次以上的話，那么經采樣后所得到的脈沖序列，就包含了原連續信號的全部信息，可通過理想濾波器把原信號毫無失真地恢復出來。這一表述在數學理論上是沒有任何問題的，但在實際工程項目中往往是行不通的，比如一個正弦曲線的測試，一個周期里只采樣兩三個點的情況下，幾乎沒有可能復現原信號。類似于這樣的問題，授課教師需要在授課過程中向學生特別強調。

2.4計算機輔助教學

由于《自動控制原理》在授課過程中涉及到的數學公式、圖形（結構圖、框圖、根軌跡圖、伯德圖等）比較多，非常不方便在課堂上進行直接板書，一旦板書不清楚會直接影響學生的學習效果。而這些公式和圖形是非常適合以幻燈片（PPT）的形式來進行表述的，學生也更樂意看到這種方式。北京理工大學授課教師同樣采用了以PPT為主的授課模式，配以適當的動畫，給學生一個更為直觀的展示。如在講授動態性能指標的時候，延遲時間、上升時間、峰值時間、超調量、調節時間等名詞的定義并不是那么容易理解，但通過動畫的形式就可以很清楚、明了地向同學們展示這些概念的不同，學生反映良好。再比如在講授不同阻尼比情況下二階系統單位階躍響應特性的時候，只靠文字表述“隨著阻尼比的增大，系統的響應越快，但超調量越大”的話，大部分學生是比較茫然的。如果換成通過PPT展示給同學們如圖4所示的響應曲線時，就會一目了然，同時，還有助于同學們掌握零阻尼、欠阻尼、臨界阻尼、過阻尼等情況下單位階躍響應特性的不同。

MATLAB是學習《自動控制原理》的學生必須掌握的一個計算機輔助分析工具。實際上，一個令人引以為傲的事實是，北京理工大學航空航天類專業本科生的MATLAB基礎知識都是在《自動控制原理》的課堂上學到的。由于年輕學生對新鮮事物天生的好奇感，當他們看到教材上一幅幅精美的圖片是通過MATLAB展示在自己面前的時候，不但會加深他們對所學知識的理解，更會激發他們學習這門課的熱情。比如講二階欠阻尼系統階躍響應的時候，可以首先引導學生思考一個問題：“既然阻尼比越小，系統響應越快，超調量越大，那怎么來選擇合適的阻尼比呢？”然后再用教學計算機上裝載的MATLAB畫出圖5，這是阻尼比位于[0.10.9]之間，以上升時間為橫坐標、超調量為縱坐標的Pareto圖，同時在圖中標示阻尼比分別為0.4、0.707和0.8所對應的點。以這個直觀的示意圖做基礎，同學們就很容易理解為什么工程上一般要求阻尼比在[0.4 0.8]范圍內了，再告訴同學們阻尼比為0.707時控制系統效果最佳，他們也就明白了因果來源。如果更進一步畫出阻尼比分別為0.6、0.707和0.8時候的單位階躍響應曲線來，如圖6所示，同學們就會有一個更加明確和直觀的印象。此外，授課教師還可以通過課下作業的形式，引導學生利用課堂所學知識編程實現更復雜的響應曲線，使學生可以親身感受到響應曲線隨不同參數變化的規律，不但可以加深學生所學的理論知識，還有助于學生掌握輔助軟件的用法。

用MATLAB輔助教學可能會帶來的一個副作用就是，同學們可能覺得只要掌握MATLAB就可以了，而忽略了自動控制本身的基本原理和定性的分析方法。這是授課教師在教學過程中需要重點留意并刻意避免的問題之一，北京理工大學授課教師在每次用MATLAB輔助教學時，都會強調基本原理的重要性，同時會刻意用所學的定性分析方法來評估MATLAB結果的正確與否，并一再強調，MATLAB只是一個輔助大家進行控制系統分析的工具，不能取代大家所學的基本原理和分析方法本身，考試中也不會考這方面的內容。

2.5注重前后串聯，建立系統概念

《自動控制原理》本身的講授內容多、跨度時間長，而且學生同時還在修習其它課程，所以用在《自動控制原理》這一門課上的時間是極其有限的。而且一般教材也更傾向于將每個章節的內容獨立出來，如僅僅在第二章講述控制系統模型的建立方法，在以后的學習中就直接拿現成的傳遞函數來用；再如第三章講述時域分析法之后，在后續章節的講述中幾乎不會再涉及。很可能造成的一個后果就是學習過程中常常不清楚各個知識點之間的相互聯系，也無法真正的做到融會貫通，在遇到實際的工程問題時就會顯得束手無策、不知如何下手。這需要授課教師幫助同學們理清線索，弄清楚各個章節之間的因果關系。

北京理工大學授課教師在每個章節開始和結束的時候都會向學生展示圖7，告訴大家正在學習的內容在圖中什么位置，在整個自動控制原理的框架中起到什么作用，它以哪幾個章節為基礎、又可以為哪幾個章節提供幫助。在課程結束的時候，還會精心選取幾個航空航天專業的典型案例，讓同學們以小組為單位形成一個大作業，這個大作業涉及到《自動控制原理》所講授的全部核心內容，從系統建模到系統性能分析，并發揮他們自己的獨立思維進行系統的二次設計，從學生的反響及實際的教學效果看，這種做法十分可取。

篇5

關鍵詞：SLA；立體光固化成型；增材制造

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、消費品以及醫療等行業。

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、反復測試、修改來說，可以提高效率、節約零件的開發成本。

航空航天領域中發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。

發動機一直都是一個復雜的機構，而且對于發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動機艙的液體的流動走向，確保發動機艙的冷卻液能到全程循環流通。利用光固化成型技術可以很容易的制造出透明的發動機模型，然后在模型艙內注入某種循環液體，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生產中的應用。下面工微光固化快速成型技術和生物醫學兩方面對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展，并在某些領域已經開始應用。

（二）生物醫學領域

在生物醫學領域，光固化快速成型技術可以為一些通過常規方法無法制造的復雜的人體器官制造模型。基于CT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及醫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展，并將在工業制造和生物醫學等領域有著更為廣泛的應用。

【參考文獻】