基于智能制造的飞行器制造专业教学内容与方法的研究

摘 要：制造业智能化、信息化给航空航天工业带来了新的活力和挑战，同时也对高校航空航天专业的教学及人才培养提出了新的要求。本文以飞行器制造专业的主干课飞机钣金成形原理与技术为例，剖析了当前飞行器制造专业的特点及当前教学和人才培养方面的不足之处;结合智能制造的内涵，分析了基于智能制造的飞行器专业课程的发展趋势;在此基础上，基于“中国制造2025”提出的将制造业数字化、网络化、智能化的目标，提出了针对该课程教学内容及教学方法的一些改革措施。

关键词：智能制造;飞行器制造;教学内容;教学方法

随着航空航天工业的飞速发展，高性能、轻量化、大型化、整体化的先进飞行器不断涌现，这对航空航天制造业水平及专业制造人员的素质都提出了更高的要求。近年来，随着德国工业4.0[1]、美国工业互联网、日本全球智能制造合作计划，欧盟IMS2020计划的相继提出，制造业数字化、网络化、智能化将成为新一轮工业革命的核心技术。鉴于此，我国提出《中国制造2025》，将智能制造定位为中国制造业实现由大变强及工业化与信息化深度融合的主攻方向。[2]因此对于航空航天领域制造业来说，是一次提升产业制造水平的机遇。然而由于航空航天制造领域本身的特点，与现有先进技术的融合还不够，迫切需要大量具有多学科交叉背景的高新技术人才，因此对于高校本科教育和教学也提出了新要求。本文首先分析了飞行器制造专业的特点及当前教学不足之处，结合智能制造的要求，总结了飞行器制造专业今后的发展趋势，并针对教学内容和教学方法提出了相应的改革建议。

一、飞行器制造专业特点及当前教学不足

本文以飞行器制造专业的主干必修课“飞机钣金成形原理与技术”为例进行说明。该课程主要介绍飞机不同部位具有不同特征的钣金零件的成形工艺和方法以及成形过程中共同的力学基础及规律。该课程中所介绍的飞机钣金成形工艺，已经广泛应用于国内几大主机厂，是飞机上各种钣金零件成形的基础。因此，该课程的目的在于系统地、科学地阐明飞机钣金成形工艺中的共同基础和规律，并引导学生将所学的理论分析方法，具体应用到各个成形工艺的分析中去，为合理制定飞机钣金零件成形的工艺方案和设计合理的工装和模具结构打下理论基础。

该课程具有学科交叉度高、知识容量大、技术发展快等特点。首先，该课程综合了高等数学、力学、机械设计、材料学等学科，要求学生具备这些学科的基础理论知识，同时还需要学会利用这些交叉学科综合分析和解决钣金成形工艺中的实际问题。其次，该课程知识量大，不仅要求学生理解钣金成形过程中的共同物理基础和力学基础，同时还要求学生理解针对飞机不同零件特点所对应的钣金成形工艺和方法，成形工艺种类多，其工艺特点均不相同。再次，随着我国航空航天事业的迅猛发展，对于大型客机、大型运输机及其他特种机型的要求越来越高，因此急需采用新的成形工艺和方法来满足其对外形及性能的要求，钣金成形工艺新技术发展也越来越迅速，甚至一些新技术已经引起钣金成形工艺领域新的革命。因此，传统的教学内容和方法难以激发学生的学习兴趣及热情，学生难以理解及应用该门课程所介绍的技术及方法。

随着互联网+，人工智能、机器人等新兴科技的飞速发展，[3]不仅颠覆了许多传统制造业，彻底改变了当今人们的生活方式;同时也逐渐改变人们学习新知识、获取新信息的方式以及看待新事物的思维。大学，作为国家新一代高素质年轻人聚集的地方，对国家乃至全世界范围内出现的新技术带来的发展以及革新尤其敏感。他们不太乐意接受传统的教学方式和方法，而对新技术、新革命表现出强烈的兴趣和热爱。在这个知识爆炸以及智能化、信息化占据热点的时代，高校教学，尤其是专业知识和基础的教学，不能再默守传统固化模式，而应该结合新技术发展带来的机遇和契机，扬长避短，探索出真正适合社会发展需要的、能最大程度提升学生学习积极性和自主性的教学内容和教学方法。

结合该课程的特点以及当今新技术发展的需要，本项目拟解决如下问题：

（1）传统教学难以激发学生学习兴趣及热情。飞机钣金成形工艺属于比较传统的专业基础课程，目前教材介绍的成形技术一方面难以满足新時代航空航天领域的发展要求;另外由于与当今科技发展的热点结合较少，难以最大程度调动学生学习的积极性，传统的教学内容和教学方法在这门课程中的效果表现得差强人意。

（2）传统教学难以满足新时代对人才培养的要求。在当今互联网、智能化、信息化迅猛发展的时代，知识更替周期大为缩短，需要高校学生能快速掌握高新科技，同时能学以致用，将最新的科学技术应用到自身的专业领域，提升专业制造水平，从而促进我国制造业水平的发展，为我国跻身工业强国提供人才保障。

（3）过分强调单科知识的学习难以培养学生利用交叉学科知识分析和解决问题的综合性思维。当今制造技术的专业化和集成度越来越高，解决一个问题往往涉及到多方面多学科的知识，因此需要学生具有多学科知识积累以及分析和解决问题的综合能力。

（4）课堂教学不够前沿，难以培养学生对本专业的荣誉感和使命感。陈旧的教学内容和模式容易造成学生对于钣金成形技术“脏、累、旧”的错误认识，因此，亟需结合高新技术，让学生认识到传统的钣金成形可以与最新前沿技术有机结合，传统行业也可以“高、大、上”。

二、基于智能制造的专业课程发展趋势

智能制造的核心是推进制造过程及制造装备数字化、网络化、智能化，其涉及到机械、电子、材料、信息、系统管理和人工智能等前沿知识与技术，学科跨度大，对于智能制造新人才的培养提出了更高要求。基于智能制造的专业课程发展趋势如下：

（1）多学科交叉：基于航空航天领域智能制造的特点，需有针对性的将机械、电子、信息等交叉学科的基础知识与前沿人工智能有机结合，培养学生学会运用所学知识综合分析、解决问题的能力，从而构建精确知识架构，提升创新思维及能力。

（2）课上与课外有机结合：课上基础知识授课及具体案例分析，引导学生课后自主搜索、积极学习，巩固课上所学内容，同时获取最新技术，课上和课外有机结合，实现优势互补。

（3）基础与前沿碰撞：智能制造需要采用前沿技术来改造传统制造技术和方式，通过案例教学有利于培养学生创造性思维，在基础教学与前沿技术中碰撞出思想的火花。

三、教学内容与教学方法改革举措

基于“中国制造2025”提出的将制造业数字化、网络化、智能化的目标，针对飞行器制造专业特有的航空航天特色，修订基于多学科交叉的教学内容;基于案例教学法，培养学生采用多学科综合分析问题的能力;将基础知识与前沿理论有机结合，激发学生学习兴趣及课后自主学习的积极性，具体说明如下：

（一）探索基于智能制造的飞机钣金成形技术教学内容改革

首先，需对课程教学大纲修订和完善，删减一些过时的技术和内容;其次，对多学科交叉知识点补充和拓展，如力学与材料学相结合，机械与自动控制相结合等;再次，添加具体教学案例的讨论与分析，针对航空企业的具体工程案例，综合巩固所学知识，加强学生对基础知识的理解以及培养综合分析的创新性思维;另外，开展基础知识与前沿科技的专题探讨，根据课程大纲的重点知识，结合最新的前沿科学技术，将两者有机结合起来，提升学生参与讨论和分析的兴趣及热情，在此过程中达到落实基础教学和培养创新性思维的目的。

（二）探索基于智能制造的飞行器制造专业教学方法改革

理论讲解与实践相结合：结合教师科研课题以及国内飞机制造主机厂对新技术的需求，[5]将科学问题简化到所教授课程的具体知识点上，提高教学的针对性。

课外基于互联网资料搜集、分析与课上讨论相结合的教學法;通过课上具体理论知识讲解，结合具体案例分析，引导学生课后对相关专题进一步探讨、研究。教导学生学会利用互联网、智能终端等获取最新知识及信息，提升学生自主学习的能力。

成功案例仿效：通过剖析其他工业领域的优秀案例，将其应用到航空航天专业教学和人才培养上，对其优点进行消化吸收，从而转接应用。

四、结语

本文以飞机钣金成形原理与技术课程为例，分析了智能制造的典型特征及其对于高校教学内容和人才培养的最新要求，通过更新教学内容，采用多举措改进教学方法，有望提高学生的创新思维和创新能力，为我国航空航天事业的快速发展源源不断输送人才。

参考文献：

[1]张曙.工业4.0和智能制造[J].机械设计与制造工程，2014（8）：1-5.

[2]周济.智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J].中国机械工程，2015，26（17）：2273-2284.

[3]肖静华，毛蕴诗，谢康.基于互联网及大数据的智能制造体系与中国制造企业转型升级[J].产业经济评论，2016（2）：5-16.

[4]吴国兴，范君艳，樊江玲.智能制造背景下应用型本科机械类专业人才培养[J].教育与职业，2017（16）：89-92.

[5]李悦，李丽丽.探索以教师的科研项目为引导的转型高校应用型人才培养模式[J].设计，2017（13）：90-91.

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