航空航天学科评估精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇航空航天学科评估，期待它们能激发您的灵感。

篇1

航空航天行业信息化是指航空航天行业在生产和经营、管理和决策、研究和开发、市场和销售等各方面广泛应用现代信息技术，建立现代企业信息系统，从而不断提高生产、经营、管理、决策及研究开发方面的能力、水平和效率，最终提高我国航空航天行业的核心竞争力。

近年来，我国航空航天企业信息化建设取得显著成效，已经广泛应用在产品设计、制造、管理的各个环节，诸如CAD，CAPP，CAM，CAE，PDM，PLM和ERP等单项技术与系统的应用比较普及，产品研制周期明显缩短，设计制造质量显著提高。

1　航空航天行业的信息化建设内容与作用

航空航天行业方面信息化建设主要包括企业总体的信息管理、研制与制造的协同及产品研制能力的提升3部分。

1.1　企业总体的信息管理

企业资源计划(Enterprise Resource Planning，ERP)系统，是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。在航空航天企业中，由于需要涉及整体调动和资源整合很多，ERP作为对企业资源进行有效共享和利用的系统，可以使航空航天行业达到整体的资源规划统一。

1.2　研制与制造的协同

在航空航天行业，信息化主要为科研生产服务。该行业的重大工程是1个多学科综合、多专业集成、多个子系统集成和多单位跨地域协同的庞大系统工程；其复杂性、研制周期以及研制过程中各种因素的不确定性，需要采取信息化手段进行约束；其设计与制造中涉及大量的信息系统，并且需要在严格的流程管理控制下实现这些信息系统之间的交互和协作，以支持并行的协同设计和制造。设计研制过程中会涉及到成百上千个子系统、多种BOM表和多种变更管理。航空航天产品研制生产数据分散存放在各承担单位，大多数分系统和单机的研制生产数据没有实现集中存放和统一管理，上下游间难以保证数据的一致性和数据的有效重用。同时，近年来航天企业的研制与生产并重，设计与制造间的协同需求也很迫切。如此众多的系统、流程以及异构的数据协同实现集成需要1个统一的管理平台和集成环境。

航空航天行业又与其他行业不同，对质量管理、产品可靠性的要求非常严格，每个零部件要能追溯生产制造源头。

PDM主要针对的是产品数据管理。它以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数值处理过程、资源一体化的集成管理技术。PLM则指产品生命周期管理，作为全局信息的集成框架，可有效实现资源集成和协同研发生产及精益化管理。所谓集成框架，即在异构分布式计算机环境中能使企业内各类应用实现信息集成、功能集成和过程集成的软件系统。PDM和PLM可为航空航天产品的研制和制造创造协同工作环境。基于信息化协同工作环境，设计人员可以跨越空间的限制，利用计算机通信网络等技术实现资源共享，完成异地协同设计与协同制造。

重点需要实现下列两个方面的集成：(1)PDM，PLM与CAD/CAPP/CAM的集成；(2)PDM，PLM与ERP的集成。ERP与PDM，PLM的互通，可以最大限度地共享企业全部信息系统。将PDM和PLM技术引入航空航天企业的研制和生产过程中，对改进现有技术和管理流程有非常重大的意义，能在一定程度上解决航空航天企业在研制过程中信息与流程的集成与管理及协同。

1.3　实现航空航天产品的三维全数字化定义设计与制造集成，提升产品研制能力

CAD，CAPP，CAM及CAE主要针对航空航天产品的研发及制造过程的信息化，在产品设计和制造加工的集成上提升产品的研制能力。从技术角度看，航空航天产品的研制过程涵盖现代科技的诸多领域，如机械、材料、电子、力学、声学、热学和能源等；多学科多性能的要求致使各种CAE之间需要协同，而在CAE仿真后进行的优化也需要CAD与CAE之间实现协同。

在航空航天产品的研制技术方面(CAD和CAE)，通过数字样机的建立，可以实现部件或整机的虚拟装配运动机构仿真、装配干涉检查、空间分析管路设计、气动分析和强度分析等。总体而言，在航空航天产品研制中全面采用信息化技术，可实现三维数字化定义、三维数字化预装配和并行工程，建立产品的数字样机，取消全尺寸实物样机，使工程设计水平和产品研制效率得到极大提高，大幅度降低干涉、配合安装等问题带来的设计更改。

CAPP与CAM则指航空航天产品的制造协同。CAPP包括工装设计系统建立和工艺系统，在工装分类和典型化基础上，建立各自的工装设计资源库；开发基于工装族和有工艺知识支持的专用辅助工装设计系统，加强工装标准化、组件化和系列化工作，显著提高工装设计效率；实现产品模型在工装设计过程中的信息共享，提高工装设计与产品设计的协同程度；进行基于三维模型的计算机柔性化组合夹具工装研究，使工装快速组合装配，满足型号不同研制阶段和状态的快速工艺准备需求。工艺方面，针对产品制造过程中的铸造、数控加工、钣金成型、焊接等关键工艺过程，利用CAE进行计算机模拟的研究与应用，实现工艺方案的评估及优化；最终实现工艺流程的优化。CAM方面，运用CAD进行制造过程的前期设计，利用CAE进行计算机模拟，实现CAM方式与过程的优化。

总之，设计人员通过CAD完成设计，由专门仿真人员利用CAE完成设计多性能之间的协同仿真优化，通过CAD得到最终设计；而后通过CAD，CAE与CAPP，CAM的协同完成航空航天产品制造的过程。同时，运用两者之间的沟通，通过对航空航天产品的整体信息化建设，建立起CAD设计知识库、CAE仿真知识库、CAPP和CAM的制造工装知识库，使其成为航空航天企业在研发、制造方面的宝贵经验财富。

2　航空航天行业的信息化建设目标

通过上述几个部分的交互运用和协同，可以实现航空航天行业的管理、资源、设计、制造的全方位信息化工程，最终达到以下目标：

(1)实现信息的共享和传递速度，加强各地各部门之间的沟通与交流，提高工作效率；

(2)确保整体信息流的畅通，如产品各方面性能的仿真协同、设计协同等，有效开展工艺与设计的网上协同工作；

(3)提高总体设计能力，建立航空航天行业的设计知识库、仿真知识库和制造知识库等；

(4)提高制造过程信息化应用水平，建立工艺管理平台。实现制造过程计算机化，工艺流程管理及工艺信息与其他信息系统的集成，优化工艺和制造过程；

(5)建立产品设计、制造协同平台；

(6)加强管理信息系统的集成和共享，形成基于网络的、可视化的、高效的生产管理平台。

篇2

工程教育认证标准一般由八个指标构成，分别是学生、专业教育目标、学生成果、持续改进、课程体系、师资力量、教学设施、学校支持等。其中工程教育专业认证中的课程设置，为了能支持毕业要求的达成，课程体系设计有企业或行业专家参与。我国各高校在启动工程教育专业认证工作过程中，发现课程体系设置是否科学、合理、会规直接影响到毕业生的工程实践能力与创新能力，进而影响专业培养目标、毕业要求的可达性。因此各高校针对工程教育专业认证标准和要求，提出了各个专业课程体系改革的思路、做法和经验。西北工业大学的张清江等通过调研我国工程教育与专业认证发展历程，对我国航空航天专业与其他已获得资格专业进行对比分析。并结合国际航空航天质量体系认证中的要求，从航空航天工程教育专业认证的必要性、专业特点、航空航天工程教育现状等角度出发进行研究。结合现代中国工程教育存在的普遍问题，提出针对航空航天类专业认证的新方式、新方法，并对航空航天工程教育专业认证需要注意的特性进行讨论。辽宁石油化工大学马会强等依据工程教育专业认证标准，以辽宁石油化工大学环境工程专业为例，通过明确培养目标，解析培养要求，从课程设置、实践环节、毕业设计等方面进行了课程体系改革探索。广东石油化工学院任红卫等分析了我国工程教育的现状，并探讨了在工程教育专业背景下电气专业的教学改革方法，从而提高学生的工程实践能力。浙江工业大学姜理英等人基于对工程教育专业论证的国际比较，结合环境工程教育专业认证的必要性，从培养计划的调整、课程体系的优化、实践教学的强化和师资队伍的提升四个方面，综合系统地提出了对环境工程专业教学内容进行全面优化和提升的路径。张秋根等人根据环境工程专业规范和认证标准要求，以南昌航空大学环境工程专业为例，对其核心课程体系设置和教学内容两方面进行了优化与规范的探讨。为了重视国际认证的引领作用，加强专业办学品牌建设，突出南京航空航天大学能动专业的航空航天办学特色，紧跟国内能动专业人才需要，提升其人才培养质量与专业竞争力，从而拓宽自身生存发展空间，因此需要开展基于工程教育专业认证的能动专业课程体系改革。

2基于工程教育专业认证标准下南航能动专业课程体系优化

通过对国内外本科院校工程教育专业认证的分析与研究，利用对中国近几年的专业认证与评估成果的调查与研究，对其进行梳理，依据工程教育专业认证中课程设置要求，依据南京航空航天大学能源与动力学院能动专业建设相关内容与特色，以培养具有航空航天特色的工程教育专业人才为目标，对南京航空航天大学能动专业课程体系进行优化。以培养要求为基准，着手对课程体系进行优化，并对本科培养大纲进行相应的修订，从而实现培养目标。确定能源与动力专业学生在校期间应修总学分数不能少于180学分。

2.1数学与自然科学类课程

能源与动力专业数学与自然科学类课程是指该专业学生必须掌握的基础课程，主要包括高等数学（11学分）、大学物理（6.5学分）、大学英语模块（10学分）、C++语言程序设计（3学分）等方面共六门课程，总共30.5个学分。因此能源与动力专业数学与自然科学类课程占总学分的比例约为17％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的15%的要求。

2.2工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程

工程基础类课程和专业基础类课程主要体现数学和自然科学在该专业应用能力培养，而专业类课程主要体现系统设计和实现能力的培养。其中工程基础类课程主要包括电子电工技术（5学分）、理论力学（3学分）、材料力学（3学分）、工程图学（4.5学分）以及机械设计基础（3学分）等课程，总共为18.5个学分；专业基础类课程主要包括工程流体力学（3学分）、工程热力学（3学分）、传热学（3学分）和化学反应动力学基础（2学分）等课程，总共为11个学分。因此工程基础类课程和专业基础类课程必须要修满至少29.5个学分。对于专业类课程，由于能源与动力专业具体有两个培养方向:方向一为热能动力方向，主要陪养就业方向为航空发动机、地面燃气轮机等相关单位；方向二为能源利用方向，主要培养的就业方向为电厂、新能源以及制冷等相关单位。因此其专业类课程既有相同的专业课程，也有自身特色的课程。其中燃烧原理（2.5学分）、燃气轮机原理与构造（3学分）、热能综合利用（2学分）、热交换器原理与设计（2.5学分）以及热工测量原理与方法（2学分）等，总共12个学分，这些课程为能源与动力专业两个培养方向都必须学习的专业类课程。另外每个培养方向又有其特定的专业类课程必须选修，其中热能动力方向专业类课程包括叶轮机原理（2.5学分）、燃气轮机控制原理及应用（2学分）、燃烧技术与分析（2学分）、内燃机原理与构造（2学分）、工程传质与应用（2学分）等共9门课程；能源利用方向专业类课程包括泵与风机（2学分）、供热工程（2学分）、锅炉原理（2学分）、制冷原理与技术（2学分）、可再生能源利用技术（2学分）以及热力发电技术概论（2学分）等共10门课程。无论学生学习哪个方向，共同学习的专业类课程与特定选修的专业课程之和必须要修满至少28个学分。因此,工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程必须要修满的学分数为：29.5＋28＝57.5学分，因此该类课程学分占总学分的比例约为32％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的30%的要求。

2.3工程实践与毕业设计

能源与动力专业设计完善的实践教学体系，主要包括以下几个方面：(1)军事训练，培养学生的吃苦耐力与过硬的身体素质；(2)各种课程的课程设计，如:机械设计基础课程设计、电工与电子技术课程设计、C++语言课程设计等，主要培养学生对各门基础课、专业基础课的实际应用能力；(3)工程训练，主要包括机械加工方面的车、磨、铣、刨、铸造以及焊接等金工实习，锻炼学生的动手能力；(4)下厂实习，大三暑假期间，在指导老师带领下去中航工业集团下属的企业或电厂进行为期一个月的下厂实习，锻炼学生把理论知识应用于工程实际中的能力；(5)毕业设计，指导老师开设的毕业设计题目一般都来源于实际工程问题，学生在老师的指导下，在大四下半年开展为期半年的本科毕业实际，培养学生的工程意识、协作精神以及综合应用所学知识解决实际问题的能力。能源与动力专业要求学生在实践能力与毕业设计方面修读的总学分不低于42.5，占总学分的23.6％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的20%的要求。

2.4人文社会科学类通识教育课程

能源与动力专业在人文社会科学类通适教育课程方面主要包括以下几个模块：(1)通适基础教育平台，主要包括形式政策教育、思想道德修养与法律基础、安全教育、大学生心理健康教育等课程，共19.5个学分；(2)国防军事模块，包括航空航天概论、军事高技术概论等，至少修满1.5个学分；(3)文化素质模块，主要包括文化历史、艺术鉴赏、科技基础、哲学社会等课程，至少要修满6个学分；(4)创新创业类模块，主要包括大学生职业生涯发展与规划、创业基础以及经济管理等课程，共5.5个学分。人文社会科学类通识教育课程总共需修满32.5个学分，占总学分的18％，达到了工程教育专业认证标准中至少占总学分的15%的要求，使学生在从事工程设计时能够考虑经济、环境、法律、伦理等各种制约因素。

2.5航空航天特色类课程的设置

为了突出南京航空航天大学能源与动力专业的航空航天特色，在开设的课程中，如国防军事模块、专业类课程以及工程实践与毕业设计中，课程教学内容包含浓郁的航空航天特色，由于指导老师所从事的科研项目都是来自于国防工业集团，具有丰富的研究经验，因此在专业基础课和专业课的讲课过程中，所列举的实例都是以航空航天为背景的工程问题，特别是毕业设计和下厂实习，因此在能源与动力专业课程优化过程中，充分突出了南京航空航天大学的航空航天特色。

2.6注重科技创新能力培养

学生创新素质的培养直观重要的是培养学生的创新意识，因此积极创造条件让学生能够在大学期间积极的参与科技创新活动。主要包括：(1)鼓励学生积极参加各种科技类竞赛，如:流体力学大赛、节能减排大赛、开设卓越班等，并且科技竞赛获得奖励的同学在保研方面给予政策上的倾斜；(2)安排学生参与教师的科学研究工作，让学生在参与科研过程中更好的掌握好该专业的理论知识，加强学生的动手能力，拓展学生的科研视野。

2.7学习进程

大学生本科期间的各门课程是相互衔接的，因此需要考虑课程之间的匹配与衔接，如图1所示。学习进程主要分成了三部分:一是基础课程，包括高等数学、大学物理、计算机等;二是学科基础，包括结构和流体力学、热学和电学方面的课程;三是专业课程，主要包括了热能动力和能源综合利用两个方向的相关课程。整个课程体系分为三条线:第一是流体和热学相关的课程，如流体力学、工程热力学、传热学、燃烧学等；第二是结构力学方面，包括理论力学、材料力学等;第三是计算机语言方面的课程。因此在安排各门课程的学期上需要考虑上述课程衔接问题，从而最终制定出合理的能源与动力工程专业教学计划表。

3结论

篇3

(一)我国空管工程师的培养现状目前，我国的空中交通管制员培训主要集中在中国民航大学、中国民用航空飞行学院和南京航空航天大学民航学院三所院校，采取传统的高考招生录取培养模式。在课程体系方面，根据国家教育部与民航业主管部门的要求实施教学，包括基础课、专业基础课、专业课和实验课、实习及论文［3］。由于3所院校在办学背景、办学理念及办学条件等方面存在差异，长期未能形成统一的空管专业办学规范体系，从而导致空管人才的培养质量参差不齐，在当前空管用人单位日益提高人才质量标准的前提下，规范体系的缺失显然与之不相适应，制约了行业的发展。

(二)空管卓越工程师的培养目标本研究认为，应当结合我国大学的办学指导思想和未来民航空中交通管理行业对高素质、应用型人才的培养需求制定空管卓越工程师的培养目标，主要包括，(1)具有健全人格，具备高素质、高层次、多样化、创造性的人文精神，具有提出和解决问题的能力，具有进行有效交流和团队合作能力的高素质卓越管制人才;(2)具有坚实的航空、民航、管理等科学基础知识，具有“宽口径，深基础”的知识结构，能够发现和解决民航工程实践问题和科研能力的综合性人才;(3)扎实掌握空管领域专门知识与高级技能，能够从事机场、进近、区域管制、空域、流量管理及飞行情报工作的高级技术与管理人才。

二、培养空管卓越工程师的实施方案

(一)重组通识和学科基础课程体系依据教育部“卓越工程师教育培养计划”通用标准和行业标准，在原有空中交通管理专业培养方案的基础上，本研究重新制定了通识教育、校内学习、企业学习阶段的培养标准、培养方案、教学计划等方面的内容(图1);将课程分为3个阶段，学生在第1－4学期完成工科通识教育课程和学科基础课程，实现“宽口径、重基础”的要求，达到“建立工程思想、拓宽知识结构”的目的，第5－6学期完成专业基础课程，包括理论课程和校内实践性课程，达到民航局法律规章中要求的教学内容和教学目的，第7－8学期完成校外实践课程，通过与各单位的密切合作来提高学生的工程实践能力。

(二)注重空中交通管制技能的培养根据“卓越工程师教育培养计划”的培养标准，在学生毕业时保持最低184学分不变的基础上，通过压缩调整课程学时和改革学分分配比例，本研究将学生参加实践的周时数增加到56周，保证了强化管制实践能力的培养效果。主要的实践内容包括，(1)48学时程序管制，实验内容包括程序管制模拟机操作、程序管制工作程序、飞行进程单使用、控制离场航空器放行间隔、简单航空器冲突管制、复杂航空器冲突管制、航空器管制责任移交、特情实验;(2)48学时雷达管制，实验内容包括雷达管制模拟机操作、雷达管制工作程序、航空器雷达识别、航空器雷达引导、航空器精密进近的引导、航空器速度控制、航空器进场排序、简单航空器冲突管制、复杂航空器冲突管制、航空器管制责任移交、特情实验;(3)48学时机场管制，实验内容包括机场管制模拟机操作、机场管制工作程序、放行许可、控制放行间隔、地面滑行实验、起落航线管制、起飞管制、着落管制、机场综合管制、恶劣天气条件机场管制、低能见度机场管制、飞行冲突的调配、飞行延误实验、特情实验、大流量机场管制;(4)64学时航行情报服务，实验内容包括航行情报信息处理系统基本操作、电报综合处理操作实践、多种通告联合撰写、航行情报信息提取飞行前资料公告操作、航行情报信息综合查询操作、航行情报信息其他功能操作、航行情报讲解服务。在增加技能实践教学内容和学时的同时，为了促使实践教学体系化、实践教学有针对性，本研究认为，需要完善实践课程教材和辅导材料的编写，配备数量足够的模拟机设备，聘请资深管制员来校上课，以保证实践教学的精细化需要;还需要修订“空管专业学生生产实纲”和“空管专业本科学生毕业设计大纲”，落实空管岗位实践实习，鼓励毕业设计与岗位实习项目相结合，注重知识的实际应用。

(三)开设研究型、创新型实验课程在校内实践教学的过程中，开展研究型与项目型的学习和设计型与综合型的实验项目都能够帮助学生及早发现并发展各自的兴趣、潜力及特长。校内实践教学是改革原有专业培养计划的重点，主要的综合实践环节包括:(1)64学时飞行程序课程设计，内容有飞行程序设计系统基本操作、非精密进近飞行程序设计、非精密进近障碍物评估、精密进近飞行程序设计、精密进近障碍物评估、反向飞行程序设计、直角航线设计、区域导航程序设计、离场飞行程序设计、机场最低运行标准、飞行程序设计报告撰写;(2)32学时航图课程设计，内容有手工航图制作、计算机航图制作系统实践、机场障碍物A/B型图的制作、标准仪表进离场图的制作、标准仪表进近图的制作、精密进近地形图的制作、机场地面活动图的制作、国内航线的制作与调整、国际航线的制作和优化;(3)16学时飞行计划制作，内容有国内航线和国际航线飞行剖面规划、巡航高度上当量风的计算及风的影响修正、飞行计划相关图表的使用、用简化飞行计划图标确定国内航线燃油量实验、用积分航程表制定燃油计划、无备降机场的飞行计划、目的地机场不能加油的飞行计划;(4)16学时飞行性能分析，实验内容包括飞行手册的使用、航空器使用限制分析、典型机型爬升和巡航推力表的使用、确定航路爬升所经过的地面距离计算、起飞性能和起飞航迹仿真、巡航性能表的使用、着陆性能表的使用、利用着陆性能表确定参考速度。在校内实践教学过程中，鼓励教师采用探究式学习、基于问题的学习、基于项目的学习及案例式教学法等多种教学方式，提高学生发现、分析和解决实际问题的能力，着力培养学生的创新能力。

(四)建立稳定的校企联合培养机制目前，南京航空航天大学民航学院董事会由中国民航局人教司、航空公司、机场及空管局等30多家民航企事业单位联合组成，校企联合培养分为3个环节完成，其中，第5－6学期采用校企教学交互的方式，在实践性课程的教学实施阶段中邀请民航高级工程技术人员走进校内参与讲授;第7－8学期组织学生到合作单位进行实习实践和毕业设计，强调企业的集中培养。

三、结语

篇4

关键词 课程教学改革；航空航天类专业；自动控制原理

中图分类号 G642.0

文献标识码 A

文章编号 1005-4634（2012）05-0048-05

0 引言

《自动控制原理》是航空航天类本科专业一门重要的专业基础课。以笔者所在的北京理工大学为例，航空宇航科学与技术一级学科下属的飞行器设计与工程、航天运输与控制、飞行器动力工程、武器系统与发射工程、探测制导与控制技术等专业的本科生，均在大三第一学期必修《自动控制原理》经典控制理论部分，包括54个理论课时和10个实验课时，其任务是通过对自动控制理论知识的学习，培养学生对控制系统的分析设计能力、工程实践能力和创新能力。同时，《自动控制原理》还是学习测试技术、飞行器制导与控制技术、飞行器总体设计、航天器测控原理等诸多专业课程的先修课，在航空航天类专业的本科生培养计划中占据着非常重要的地位。

《自动控制原理》的授课模式一般有两种：一是将经典控制理论部分和现代控制理论部分分开讲述，先讲授经典控制后讲授现代控制，目前国内大部分高等院校均是采用的这种授课模式；二是将经典控制和现代控制融合讲授，这种授课模式有助于培养学生从系统角度、全局高度来思考问题的能力，更利于掌握控制理论的实质。由于授课模式的沿袭性及单学期课时数的限制，北京理工大学航空航天类专业的《自动控制原理》采用了前一种授课模式。授课教师采用A、B角的方式，教师队伍中有授课近20年的教师，还有刚刚博士毕业踏上工作岗位的年轻教师，更难能可贵的是，所有授课教师均有出国留学或访问的经历，兼通中西教学模式之长，融蓬勃朝气与丰富经验于一体。

本文主要是以《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高[2012]4号）中“坚持内涵式发展”、“促进高校办出特色”、“创新人才培养模式”、“提升国际交流与合作水平”等内容为指导，结合北京理工大学的学校定位和办学特色，以笔者在《自动控制原理》经典控制理论部分本科教学过程中的思考和认识为基础，对北京理工大学航空航天类专业在《自动控制原理》本科教学改革中的若干有效措施进行总结和探讨。

1 授课内容及学习过程中存在的问题

1.1《自动控制原理》的授课内容

笔者主要讲授《自动控制原理》中的经典控制理论部分，授课内容分为八章，分别是：自动控制系统导论、自动控制系统的数学模型、自动控制系统的时域分析、根轨迹法、频率法分析、控制系统校正、非线性系统和线性离散系统。其中，前六章和第八章是重点讲授内容，第七章是一般讲授内容。就总的讲授内容来说，有理论性强、新概念多、系统性强、与工程尤其是航空航天工程联系紧密的特点，如已列装或在研的大部分导弹飞行器，其自动驾驶仪的设计仍主要是在经典控制理论的框架下完成的。学习过程是先了解控制系统的组成尤其是强调“反馈”的概念，再根据实际的控制系统建立数学模型，然后通过时域法、根轨迹法、频率法等分析系统性能的优劣对比，最后对系统整体性能进行校正和设计，可以说，整个过程是一个完整的体系，更是一个循序渐进的过程。

1.2《自动控制原理》学习过程中的几点问题

无论哪门课程，讲授目的均是希望学习者能够掌握相关知识的基本原理、分析方法并最终做到灵活运用。考试成绩是评价学习者是否达到上述标准的一个参考，但考试成绩并不能表明一个学生是否真正达到了上述标准。为了准确评估《自动控制原理》的讲授效果，真正了解该门课程学习中可能存在的问题，不但要时刻注意本专业学生在修习过程中的反馈意见，而且要广泛调研和阅读其它学校和专业的教师在该门课程上的经验总结。在此基础上，结合笔者的亲身体验和思考，认为航空航天类专业的学生在学习《自动控制原理》过程中可能面对的主要问题包括：（1）部分学生由于数学基础不够扎实，对课程中涉及到的数学知识产生畏难情绪，进而无法很好地掌握控制系统的分析方法；（2）不能将所学的控制理论知识与自己专业的实际案例充分地联系起来，这主要是在学习过程中接触专业案例少造成的；（3）阅读英文文献的能力不足，而且这种不足突出表现在缺乏对专业词汇的正确理解上，这说明《自动控制原理》需要适度地推进双语教学改革；（4）无法将基本理论和计算机辅助设计软件MATLAB结合起来进行更有效地控制系统设计，即割裂了基本理论和计算机辅助软件相辅相成、互相印证、互相促进的关系；（5）从系统角度理解控制系统核心思想的能力不足，即无法做到融会贯通，更谈不上灵活运用，这需要授课过程中注意前后串联，帮助学生建立起系统概念。针对上述问题，结合北京理工大学办学定位和航空航天类专业《自动控制原理》的授课特色，授课教师均提出了有针对性的改革措施。多年来的教学实践证明，这些措施很好地解决了北京理工大学航空航天类专业本科生在《自动控制原理》课程中的学习问题，增强了学生对该门课程的学习兴趣和“自主学习”能力。

2 教学改革的若干举措

2.1从数学基础抓起

“工欲善其事，必先利其器。”《自动控制原理》课程涉及大量的数学知识，如拉氏变换及其逆变换、微分方程、差分方程、复变函数理论、Z变换等。毫不夸张地说，扎实的数学功底是学好该课程的基础。如果学生缺乏必要的数学知识，教师又不能适时补上这个不足的话，很容易造成学生在学习过程中的畏难情绪，不可避免地会影响教学效果。

北京理工大学授课教师的做法是在《自动控制原理》开课伊始，就给学生列出所有需要用到的基础数学知识。一方面引导学生重新复习这些已经学过的数学知识；另一方面，授课教师还会抽出专门的课时来对这些数学知识进行复习和重点讲授。为了不断加深学生对这些数学知识的理解，在用到相应的数学工具时，授课教师都会结合具体的实例进行更详细地讲述。为了尽可能减少学生在学习中的畏难情绪，北京理工大学授课教师在考试中坚持“注重概念，弱化计算”的理念，只要学生思路正确，仅仅是计算错误的情况下，尽量少扣或不扣分。

2.2双语教学，与国际接轨

开展双语教学有助于我国高等教育与国际接轨，是当前教育改革的热点和重点，同时也得到了教育部等相关部门的大力支持。在双语教学的改革中，有一点需要明确的是，专业课双语教学的目的并不是为了增加学生的词汇量，也不是为了提高学生外语的写作水平，更不是为了教学生外语语法，而是为了增强学生阅读专业外文文献的能力和对专业知识的理解能力。近年来，英语已经逐渐发展成为全世界通用的语言，最新的科研成果更主要是以英文形式发表。所以，我国高等教育中大部分的双语教学均是采用中文和英文的双语授课模式。

由于《自动控制原理》涉及到的诸多基本理论和分析方法大都是从国外引进和翻译过来的，加上国外学术界习惯用人名来命名定理的做法，给国内学生记忆和理解这些理论和方法增加了额外的困难。如用于判定线性系统稳定与否的劳斯判据就是以英国数学家Edward John Routh的名字命名的，类似这样的例子还有很多，这对于习惯望文生义的国内学生来说，想仅仅从字面意思来理解劳斯判据本身几乎是不可能的。有鉴于此，基于航空航天类专业《自动控制原理》双语教学改革的目的主要是为了增加学生对专业词汇认知这一基本的出发点，决定了航空航天类专业《自动控制原理》双语教学的授课方针应以中文为主、英语为辅。具体做法是，每当第一次出现新的名词、原理和方法时，授课教师先用中文进行详细讲解，然后告诉大家这些名词、原理和方法在英文中的表示方法和来源，并在以后遇到这些名词、原理和方法时，更多地采用英文表述。如传递函数（Transfer Function）、劳斯判据（Routh Criterion）、阶跃响应（Step Response）、脉冲响应（Impulse Response）、根轨迹（RootLocus）等，都可以采用这种处理方式。此外，还需要注意引导学生适量阅读英文参考书和专业文献，由于Katsuhiko Ogata所著《Modern Control Engineer-ing》一书在世界范围内的广泛被接受性，北京理工大学同样推荐学生将这本书作为英文参考书。

2.3融科研于教学

随着我国高等教育改革的不断实施和深入，昔日的“填鸭式”教学已逐步被更能激发学生“自主学习”能力的“启发式”、“案例式”教学所取代。在《自动控制原理》的教学中，如果只是讲授一般的数学公式和物理定理，而与实际工程割裂开来的话，很可能出现的后果就是学生学习后不知道用在什么地方，更不知道如何用，更糟糕的情况是学生在考试后就把所学的东西全忘掉了。为了避免这一状况的发生，有必要将专业案例、授课教师的科研项目融入日常的教学工作中去，让科研带动教学、教学促进科研。

如在第一章讲授自动控制系统定义和基本组成的时候，通用的教材是举一些工业上常见的例子，像室温调节系统和水位调节系统来引入自动控制的专业术语和反馈的概念。这种讲授方法是很好的，有利于学生建立对控制系统组成的直观概念，并认识到自动控制的核心思想所在。对于航空航天类专业的学生来说，在讲述通用案例的同时，还可以结合航空航天领域的应用案例，如引入图1所示的导弹攻击飞机的案例。在这个案例中，导弹根据自己探测到的目标机动特性，依据一定的制导律生成最佳攻击曲线，当弹上的测试设备探测到实际飞行路线和预定飞行路线出现偏差的时候，弹载计算机会依据一定的法则生成控制指令，气动舵机来执行这一控制指令，从而达到控制导弹回到预定飞行路线的目的。按照这一描述可以画出它的系统方块图，如图2所示，和基本的负反馈闭环控制系统（如图3所示）对应起来，预定飞行路线对应给定输入、弹载计算机对应控制器、气动舵机对应执行机构、导弹就是被控对象、实际飞行路线即是实际输出、弹载测试设备即对应测量输出的传感器。这样讲授下来，由于比较贴近专业方向，同学们就很容易理解控制系统的结构，并对输入、输出、被控对象、执行机构、控制器的作用及反馈的概念有了更为直观和深刻的认识。

在讲述控制系统稳态性能和动态性能的时候，大量引入航空航天的专业案例，尤其是一些因为控制系统设计失误或控制系统未能正常工作产生重大损失的失败案例，对引发学生的学习兴趣颇有帮助。从教学的效果看，这些案例的引入，不仅加深了学生对《自动控制原理》重要性的认识，激发了他们学习的热情，同时，还培养了他们对所学专业的兴趣。在此基础上，可以注意吸收一些对自动控制理论或应用感兴趣的学生提前进入实验室，并挑选与任课教师负责项目相关或者处于航空航天控制前沿的研究方向，如临近空间飞行器的制导与控制技术，让他们自由发挥，思考和创新，切实培养他们的动手能力。

此外，授课教师要非常注重“基于书本、超越书本”。比如香农（Shannon）采样定理认为：对于一个连续信号来说，当采样角频率是该连续信号所含最高次谐波频率两倍以上的话，即能做到一个周期内采样两次以上的话，那么经采样后所得到的脉冲序列，就包含了原连续信号的全部信息，可通过理想滤波器把原信号毫无失真地恢复出来。这一表述在数学理论上是没有任何问题的，但在实际工程项目中往往是行不通的，比如一个正弦曲线的测试，一个周期里只采样两三个点的情况下，几乎没有可能复现原信号。类似于这样的问题，授课教师需要在授课过程中向学生特别强调。

2.4计算机辅助教学

由于《自动控制原理》在授课过程中涉及到的数学公式、图形（结构图、框图、根轨迹图、伯德图等）比较多，非常不方便在课堂上进行直接板书，一旦板书不清楚会直接影响学生的学习效果。而这些公式和图形是非常适合以幻灯片（PPT）的形式来进行表述的，学生也更乐意看到这种方式。北京理工大学授课教师同样采用了以PPT为主的授课模式，配以适当的动画，给学生一个更为直观的展示。如在讲授动态性能指标的时候，延迟时间、上升时间、峰值时间、超调量、调节时间等名词的定义并不是那么容易理解，但通过动画的形式就可以很清楚、明了地向同学们展示这些概念的不同，学生反映良好。再比如在讲授不同阻尼比情况下二阶系统单位阶跃响应特性的时候，只靠文字表述“随着阻尼比的增大，系统的响应越快，但超调量越大”的话，大部分学生是比较茫然的。如果换成通过PPT展示给同学们如图4所示的响应曲线时，就会一目了然，同时，还有助于同学们掌握零阻尼、欠阻尼、临界阻尼、过阻尼等情况下单位阶跃响应特性的不同。

MATLAB是学习《自动控制原理》的学生必须掌握的一个计算机辅助分析工具。实际上，一个令人引以为傲的事实是，北京理工大学航空航天类专业本科生的MATLAB基础知识都是在《自动控制原理》的课堂上学到的。由于年轻学生对新鲜事物天生的好奇感，当他们看到教材上一幅幅精美的图片是通过MATLAB展示在自己面前的时候，不但会加深他们对所学知识的理解，更会激发他们学习这门课的热情。比如讲二阶欠阻尼系统阶跃响应的时候，可以首先引导学生思考一个问题：“既然阻尼比越小，系统响应越快，超调量越大，那怎么来选择合适的阻尼比呢？”然后再用教学计算机上装载的MATLAB画出图5，这是阻尼比位于[0.10.9]之间，以上升时间为横坐标、超调量为纵坐标的Pareto图，同时在图中标示阻尼比分别为0.4、0.707和0.8所对应的点。以这个直观的示意图做基础，同学们就很容易理解为什么工程上一般要求阻尼比在[0.4 0.8]范围内了，再告诉同学们阻尼比为0.707时控制系统效果最佳，他们也就明白了因果来源。如果更进一步画出阻尼比分别为0.6、0.707和0.8时候的单位阶跃响应曲线来，如图6所示，同学们就会有一个更加明确和直观的印象。此外，授课教师还可以通过课下作业的形式，引导学生利用课堂所学知识编程实现更复杂的响应曲线，使学生可以亲身感受到响应曲线随不同参数变化的规律，不但可以加深学生所学的理论知识，还有助于学生掌握辅助软件的用法。

用MATLAB辅助教学可能会带来的一个副作用就是，同学们可能觉得只要掌握MATLAB就可以了，而忽略了自动控制本身的基本原理和定性的分析方法。这是授课教师在教学过程中需要重点留意并刻意避免的问题之一，北京理工大学授课教师在每次用MATLAB辅助教学时，都会强调基本原理的重要性，同时会刻意用所学的定性分析方法来评估MATLAB结果的正确与否，并一再强调，MATLAB只是一个辅助大家进行控制系统分析的工具，不能取代大家所学的基本原理和分析方法本身，考试中也不会考这方面的内容。

2.5注重前后串联，建立系统概念

《自动控制原理》本身的讲授内容多、跨度时间长，而且学生同时还在修习其它课程，所以用在《自动控制原理》这一门课上的时间是极其有限的。而且一般教材也更倾向于将每个章节的内容独立出来，如仅仅在第二章讲述控制系统模型的建立方法，在以后的学习中就直接拿现成的传递函数来用；再如第三章讲述时域分析法之后，在后续章节的讲述中几乎不会再涉及。很可能造成的一个后果就是学习过程中常常不清楚各个知识点之间的相互联系，也无法真正的做到融会贯通，在遇到实际的工程问题时就会显得束手无策、不知如何下手。这需要授课教师帮助同学们理清线索，弄清楚各个章节之间的因果关系。

北京理工大学授课教师在每个章节开始和结束的时候都会向学生展示图7，告诉大家正在学习的内容在图中什么位置，在整个自动控制原理的框架中起到什么作用，它以哪几个章节为基础、又可以为哪几个章节提供帮助。在课程结束的时候，还会精心选取几个航空航天专业的典型案例，让同学们以小组为单位形成一个大作业，这个大作业涉及到《自动控制原理》所讲授的全部核心内容，从系统建模到系统性能分析，并发挥他们自己的独立思维进行系统的二次设计，从学生的反响及实际的教学效果看，这种做法十分可取。

篇5

关键词：SLA；立体光固化成型；增材制造

SLA立体光固化成型法，英文全称叫“Stereo lithography Appearance”，它的原理是用一种限定的波长与强度的激光聚焦到光固化材料的表面，使之按照一定的顺序凝固，完成一个截面的形状，然后在垂直方向上移动到下一个层面，再固化下一个截面，这样一个截面一个截面的往下固化，直到最终完成整改三维实体模型为止。

在当前应用较多的几种3D打印的工艺方法中，光固化成型由于具有高度成型过程自动化、产品模型表面质量好、高精度以及能够实现比较精细的尺寸成型等特点，使之在当前各工业生产领域有着较为广泛的应用。在概念设计的交流、单件小批量精密铸造、产品模型、快速工模具及直接面向产品的模具等诸多方面广泛应用于航空、汽车、电器、消费品以及医疗等行业。

一、当前立体光固化成型法的应用

（一）SLA在航空航天领域的应用

在航空航天领域，SLA模型可用于一些必要的可靠性试验与环境测试，如：风洞试验、零件的可装配性检验、人机工程测试等。运用在航空航天领域的零件与我们日常生活中所接触到的零件有很大的不同，对其重量、结构的可靠性以及精密性要求也严格得多。在采用光固化成型技术以后，可以通过SLA模型进行前期的装配，以便检测个零件之间的配合度，是否有干涉、零件装不上去等现象。通过此技术还可以对一些复杂的结构零件进行加工制造讨论评估，制定最佳的加工工艺流程，对前期复杂零件小批量生产开发、反复测试、修改来说，可以提高效率、节约零件的开发成本。

航空航天领域中发动机上许多零件都是经过精密铸造来制造的，对于高精度的木模制作，传统工艺成本极高且制作时间也很长。采用SLA 工艺，可以直接由CAD 数字模型制作熔模铸造的母模，时间和成本可以得到显著的降低。数小时之内，就可以由CAD 数字模型得到成本较低、结构又十分复杂的用于熔模铸造的SLA 快速原型母模。

（二）SLA在其他制造领域的应用

光固化成型技术不只在航空航天领域起到了非常重要的作用，在其他的一些传统的制造加工领域也有着非常广泛的应用，如在船舶、汽车、模具制造等领域也有着重要的应用。下面就光固化快速成型技术在汽车领域和制造加工领域做一些简单的介绍。

在汽车领域，现代汽车生产的特点是产品生产周期短，型号多，为了适应不同的客户群体，一款汽车在生产定型后，还需要根据市场的需求不断的改进调整，但是不可能每一次的改进调整都直接投入生产，这样带来的风险是很大的，而且成本也高。虽然现在很多内容都可以在计算机上用电脑进行仿真分析，但是在实际研发的过程中仍然需要做出实物模型，可以直观的验证实物与模型之间的差距以及人机工程的合理性，对于一些结构特别复杂的零件，如发动机舱，可以采用光固化成型技术制作零件原型，用来验证设计的合理性。

发动机一直都是一个复杂的机构，而且对于发动机内仓的检测一直都比较复杂。采用光固化成型技术可以有效的检测发动机舱的液体的流动走向，确保发动机舱的冷却液能到全程循环流通。利用光固化成型技术可以很容易的制造出透明的发动机模型，然后在模型舱内注入某种循环液体，液体中加入一些细小颗粒或气泡，就能很直观的看到流道内液体的走向。该检测技术最关键的问题是透明模型的制造，如果采用传统的方法来制造，花费大且不精确，而用SLA技术结合CAD 造型仅仅需要4～5 周的时间，且花费只为之前的1/3，制作出的透明模型能完全符合机体水箱和气缸盖的CAD 数据要求，模型的表面质量也能满足要求。

二、光固化成型技术的研究进展

光固化成型技术自问世以来，在制造领域产生了巨大的影响，目前已经成为工业制造领域关注的焦点。该技术制作精度能够达到大多数工业产品的要求，而且性能可靠，成本较低，因此该技术一直成为国内外众多学者研究的热点。目前，有部分研究者通过对产品产性参数、成型方式以及材料等方面的因素进行分析，提出了一系列的改进，这些仿佛有效的提高了光固化原型的制造精度，有效的减小了零件的变形，降低了残余应力。到今天为止，光固化快速成型技术已经发展比较成熟。各类新的成型工艺不断出现并应用，推进了这一技术在实际工业生产中的应用。下面工微光固化快速成型技术和生物医学两方面对SLA技术的应用做一个基本的介绍。

（一）微光固化快速成型制造技术

目前，传统的SLA设备成型精度可达到±0.1mm，对于一般的工业产品可以很好的满足要求，到时在生物工程和微电子领域是远远不够的，这种领域要求制造的结构都是以纳米级的为单位。很明显传统的SLA工艺技术基本上无法满足这一要求。然而，在最进几年里，微生物和微电子领域发展迅速，使得这些微机械结构有了巨大的研究价值和应用市场。因此，在20世纪80年代，提出了微光固化快速成型μ-SL（Micro Stereolithography），此技术是在传统的SLA技术上，针对微机械结构的制造提出的一种新型快速成型方法，经过30多年的努力研究，这一技术已经有了一定的发展，并在某些领域已经开始应用。

（二）生物医学领域

在生物医学领域，光固化快速成型技术可以为一些通过常规方法无法制造的复杂的人体器官制造模型。基于CT图像的光固化成型技术是应用于假体制作、复杂外科手术的规划、口腔颌面修复的有效方法。目前在生命科学研究的前沿领域出现的一门新的交叉学科―组织工程是光固化成型技术非常有前景的一个应用领域。基于SLA技术可以制作具有生物活性的人工骨支架，该支架具有很好的机械性能和与细胞的生物相容性，且有利于成骨细胞的黏附和生长。

三、结语

当前3D打印等增材制造工艺作为未来工业加工、生产的趋势，SLA立体光固化成型法作为其中一种较为成熟的工艺已经在当前的各工业及医疗领域中有着广泛的应用，具有成熟度高、加工速度快、产品生产周期短、高度自动化等优点，但当前仍有很多限制和不足。未来立体光固化成型技术将向高精细化、多种可加工材料及微光固化成型发展，并将在工业制造和生物医学等领域有着更为广泛的应用。

【参考文献】