發(fā)布時(shí)間：2023-04-01 10:11:12
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的航空發(fā)動(dòng)機(jī)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
【關(guān)鍵詞】綜合化；航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制；課程改革；民航
“大學(xué)課程綜合化既是現(xiàn)代社會(huì)和當(dāng)代科技日趨綜合的反應(yīng)，又是大學(xué)與社會(huì)發(fā)展日益密切的結(jié)果，更是高等教育內(nèi)部發(fā)展的邏輯要求”[1]。當(dāng)前，快速發(fā)展的中國(guó)民航要求建設(shè)適應(yīng)民航強(qiáng)國(guó)需要、支撐現(xiàn)代民航教育體系的人才培養(yǎng)體系和科技創(chuàng)新體系，從而不斷提升為行業(yè)和社會(huì)發(fā)展服務(wù)的能力。在此背景下，為改進(jìn)飛行器動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)教育教學(xué)質(zhì)量的提高，進(jìn)行了航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程綜合化改革的探索與實(shí)踐。
1課程改革的歷史必然性分析
中國(guó)民航大學(xué)的飛行器動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)是一個(gè)主要面向航空維修領(lǐng)域的特色專(zhuān)業(yè)。成立六十多年來(lái)，一直緊密貼近民航發(fā)展，在課程設(shè)置上也體現(xiàn)了行業(yè)需求，其中的航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程就是這樣的一門(mén)課程，主要講授發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)基本部件的工作原理、控制特性，以及典型民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的組成及功能特點(diǎn)等，希望學(xué)生能夠通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，掌握基本的控制原理，熟悉民航主力機(jī)型控制系統(tǒng)的工作特點(diǎn)。在近年來(lái)的授課過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一些新的問(wèn)題需要加以解決，主要體現(xiàn)在：
1.1近年來(lái)民航主力機(jī)型的控制系統(tǒng)已經(jīng)由傳統(tǒng)的液壓機(jī)械式控制系統(tǒng)全面更換為全權(quán)限的數(shù)字式電子控制系統(tǒng)（FADEC），在控制部件的工作原理、系統(tǒng)功能及運(yùn)行模式上都體現(xiàn)除了與過(guò)去截然不同的特點(diǎn)，尤其是大量電子技術(shù)的引入，使得發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程融合了機(jī)械、液壓、電子、流體力學(xué)、傳熱等多學(xué)科的知識(shí)，體現(xiàn)了綜合化的特點(diǎn)，對(duì)教師教學(xué)提出了更高的要求。
1.2行業(yè)快速發(fā)展過(guò)程中引入了大量的先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型，要求學(xué)生在使用過(guò)程中快速掌握其工作特點(diǎn)。這就要求在課程內(nèi)容上，體現(xiàn)知識(shí)的廣度，并且貼近民航實(shí)際，在原理講授中要有針對(duì)性，講解過(guò)程簡(jiǎn)單易懂。
1.3二十一世紀(jì)的高等教育越來(lái)越重視創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，由于信息科技的大量應(yīng)用，使得學(xué)生可以在短期內(nèi)獲得大量的信息，此時(shí)更為重要的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新型思維以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，因此課程設(shè)置一定要有利于學(xué)生思維廣度、深度及靈活性的發(fā)展[2]。
1.4行業(yè)需求導(dǎo)致的學(xué)生擴(kuò)招帶來(lái)了教學(xué)資源的緊張，而與此同時(shí)需要進(jìn)一步地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，因此在課程講授中除了要體現(xiàn)現(xiàn)動(dòng)機(jī)控制的特點(diǎn)，也要與時(shí)俱進(jìn)地在教學(xué)資源配置上，尤其是在教學(xué)實(shí)驗(yàn)、教學(xué)的方法手段上作出改變。
2改革的具體措施
針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程出現(xiàn)的問(wèn)題，決定針對(duì)此課程開(kāi)展綜合化改革。關(guān)于課程的綜合化，研究者形成了以下幾方面的認(rèn)識(shí)：第一種是“學(xué)科之間的綜合”說(shuō)，既包括課程體系的綜合化，也包括課程內(nèi)容的綜合化，還要從課程目標(biāo)、學(xué)習(xí)活動(dòng)方式、甚至從課程的教學(xué)組織形式進(jìn)行整體分析并加以綜合，形成一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)；第二種是“學(xué)科、社會(huì)和學(xué)習(xí)者之間的綜合”說(shuō)，即課程綜合化泛指課程組織結(jié)構(gòu)中各要素（學(xué)科、社會(huì)、學(xué)習(xí)者）之間的各種各樣的橫向關(guān)系或聯(lián)系。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程綜合化改革的具體措施包括：
2.1課程知識(shí)點(diǎn)的綜合化。
課程的綜合化就是要強(qiáng)調(diào)學(xué)科領(lǐng)域之間的聯(lián)系和一致性，避免由于過(guò)早或過(guò)分地強(qiáng)調(diào)各個(gè)領(lǐng)域的區(qū)別和界限，而導(dǎo)致的課程之間的彼此孤立、相互重復(fù)或脫節(jié)的狀態(tài)。為了完成航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程內(nèi)容的綜合化，首先明確了綜合化的目標(biāo)是統(tǒng)整各相關(guān)學(xué)科知識(shí)，通過(guò)學(xué)生的關(guān)聯(lián)式、研究式、體驗(yàn)式等綜合化學(xué)習(xí)，克服分科課程的局限。之后，通過(guò)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程的前置課程和后續(xù)課程知識(shí)點(diǎn)的梳理，明確具體講授的知識(shí)點(diǎn)，并在課程設(shè)置上進(jìn)行了合并，主要是合并了自動(dòng)控制原理課程，對(duì)自控原理相關(guān)的內(nèi)容依照實(shí)際需求進(jìn)行了刪減，僅保留卻為授課所需的內(nèi)容。另外加大了控制系統(tǒng)特點(diǎn)的總結(jié)，有意識(shí)地減少課程講授的機(jī)型數(shù)量，減少學(xué)生負(fù)擔(dān)，給學(xué)生更多的自主學(xué)習(xí)時(shí)間和內(nèi)容。最終，通過(guò)知識(shí)點(diǎn)的整理，整個(gè)控制類(lèi)課程的授課學(xué)時(shí)由原先的108課時(shí)縮減為54學(xué)時(shí)。
2.2課程與行業(yè)的綜合。
行業(yè)需求一直是引領(lǐng)課程改革的方向標(biāo)，當(dāng)前的航空維修工作對(duì)機(jī)務(wù)人員綜合運(yùn)用知識(shí)和技能的要求增高；此外，為了能使得大學(xué)更好地為社會(huì)服務(wù)，需要開(kāi)展課程與行業(yè)的綜合工作。在本課程的授課中，尤其是在典型發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的講授中，引入了航空公司所使用的培訓(xùn)教材，包括其所應(yīng)用的CBT（計(jì)算機(jī)輔助訓(xùn)練）軟件，同時(shí)引入企業(yè)或培訓(xùn)單位有經(jīng)驗(yàn)的一線(xiàn)工作人員進(jìn)課堂，為學(xué)生帶來(lái)一手的技術(shù)資料。此外，還注重加大學(xué)生企業(yè)實(shí)踐的比例，使得學(xué)生在實(shí)習(xí)的過(guò)程中消化理解課堂講授的知識(shí)。當(dāng)前，正在結(jié)合卓越工程師計(jì)劃的開(kāi)展，力圖開(kāi)門(mén)辦學(xué)，進(jìn)一步夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)、實(shí)踐技能。
2.3課程與學(xué)生的綜合。
在新世紀(jì)里，人的全面發(fā)展包括四層內(nèi)涵：完整發(fā)展、和諧發(fā)展、多方面發(fā)展和自由發(fā)展[3]。傳統(tǒng)的大學(xué)課程設(shè)置和傳授都是以分科課程為主導(dǎo)的，很難實(shí)現(xiàn)人的這種全面發(fā)展的需要，會(huì)導(dǎo)致人的發(fā)展的片面化。因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程的綜合化改革中，要改變課程分割的局面，同時(shí)要大力轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)單向的以教師為中心的授課方式，轉(zhuǎn)為以學(xué)生為主的課程學(xué)習(xí)。具體措施除了課程內(nèi)容的綜合外，還體現(xiàn)在小班授課和借用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行溝通交流，組織學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)和體驗(yàn)式的教學(xué)。通過(guò)大作業(yè)的方式，組織學(xué)生進(jìn)行科研課題形式的思考和研究，使得其能綜合運(yùn)用所學(xué)的內(nèi)容。
2.4課程與教師的綜合。
隨著課程綜合化改革的推廣與深入，教師教學(xué)能力及其結(jié)構(gòu)的更新和提高，已經(jīng)成為教育改革面臨的重要問(wèn)題。總之，“課程改革需要教師提高教學(xué)能力”[4]。在課程改革中，教學(xué)過(guò)程的不確定性對(duì)教學(xué)提出了更高的要求，由于學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，教師更應(yīng)關(guān)注學(xué)生的個(gè)別化發(fā)展；改變課堂學(xué)習(xí)方式，探究與合作成為師生教學(xué)活動(dòng)的主體；課堂應(yīng)該更為的開(kāi)放[5]。綜上，在實(shí)際的課程綜合化改革中，除了通過(guò)培訓(xùn)、交流、講義編寫(xiě)、課程開(kāi)發(fā)等工作，逐漸提高老師的專(zhuān)業(yè)技能外，還需要教師把教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法手段有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，整合教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，靈活運(yùn)用多種教學(xué)策略，開(kāi)發(fā)課程資源，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，并整合相應(yīng)的教學(xué)環(huán)境[6]。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程綜合化改革中，為了營(yíng)造這種環(huán)境，專(zhuān)門(mén)在專(zhuān)業(yè)教室內(nèi)進(jìn)行授課，綜合運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)、多媒體、控制部件實(shí)物等啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考。
2.5教學(xué)與科研的綜合。
科研與教學(xué)是高等學(xué)校的兩個(gè)重要職能。高等學(xué)校一方面通過(guò)科學(xué)研究探索真理，發(fā)展知識(shí)，構(gòu)成了社會(huì)發(fā)展的思想庫(kù)；一方面通過(guò)教學(xué)挖掘和開(kāi)發(fā)人的潛在能力，為社會(huì)發(fā)展積累有知識(shí)和創(chuàng)造性的人力資本。但在高等教育的實(shí)踐過(guò)程中，如何處理教學(xué)與科研的關(guān)系卻一直是一個(gè)重要的命題[7]。因此在航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程的綜合化改革中，有意識(shí)地將教學(xué)與科研進(jìn)行了綜合，在教材的編寫(xiě)、實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)過(guò)程中，將最新的科研成果引入了教堂，使得學(xué)生能夠接觸到最新的科研進(jìn)展；另外還通過(guò)引入科研機(jī)構(gòu)的教師參與授課，將名師帶入課堂，也促進(jìn)了知識(shí)內(nèi)容與體系的更新；同時(shí)，對(duì)在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的有科研潛力和興趣的學(xué)生，也適當(dāng)分配了一些科研輔助工作，注重在科研過(guò)程中培養(yǎng)其能力和興趣。
3綜合化改革實(shí)踐與分析
目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制課程的綜合化改革已經(jīng)在試點(diǎn)班進(jìn)行了一輪的授課，各項(xiàng)措施得到了落實(shí)，在實(shí)踐過(guò)程中，通過(guò)對(duì)綜合化改革的反思，得到了以下看法。
3.1包括綜合化改革在內(nèi)的課程改革是一個(gè)長(zhǎng)期化的過(guò)程，需要教師、學(xué)生及教務(wù)工作者在一輪一輪的授課中動(dòng)態(tài)地處理遇到的問(wèn)題，只有堅(jiān)持以學(xué)生為中心的思想，堅(jiān)持提高教育教學(xué)質(zhì)量這一根本性目標(biāo)，才能解決前進(jìn)中遇到的困難，并且要得到更廣泛的參與和支持，不僅僅是來(lái)自教師的力量，更重要的還得有行業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的支撐，才能使得課程在瞬息萬(wàn)變的時(shí)代中歷久彌新。
3.2綜合化改革中需要進(jìn)一步地更新思想觀念，打破本位意識(shí)，打破課程與課程間的孤立和隔離，打破學(xué)校與社會(huì)和行業(yè)間的距離，融合教學(xué)與科研，真正地實(shí)現(xiàn)課程的綜合化。
3.3在改革中要不斷地加強(qiáng)師資隊(duì)伍的建設(shè)。可以說(shuō)教師是主導(dǎo)改革進(jìn)程的參與者，但更應(yīng)該成為領(lǐng)導(dǎo)者，只有教師能力上去了，才能更好地建設(shè)包括教材、實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的教學(xué)資源，才能在課堂上有意思的引領(lǐng)學(xué)生，才能真正地將改革的意圖貫徹好，將改革的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)好。
3.4高等學(xué)校的課程改革，尤其是一些主干核心課程的改革要慎之又慎，本著對(duì)學(xué)生負(fù)責(zé)的態(tài)度，要量力而行，扎扎實(shí)實(shí)地推進(jìn)，可以考慮的是以試點(diǎn)班的形式進(jìn)行驗(yàn)證后再進(jìn)行推廣。
參考文獻(xiàn)
[1] 李茜妹，大學(xué)課程綜合化研究，山西大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006；
[2] 姜艷萍，高校課程綜合化改革與創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，山西師范大學(xué)研究生學(xué)位論文，2001；
[3] 扈中平，“人的全面發(fā)展”內(nèi)涵解析[J]，教育研究，2005（5）：3-8；
[4] 戚業(yè)國(guó)，陳玉琨，學(xué)校發(fā)展與教師的專(zhuān)業(yè)發(fā)展[J]，教育理論與實(shí)踐，2002（8）；
[5] 喻曉東，課程綜合化與教師課堂教學(xué)行為的變化――對(duì)柳州市小學(xué)新課程實(shí)驗(yàn)教師的個(gè)案研究，廣西師范大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，2003；
[6] 王憲平，課程改革視野下教師教學(xué)能力發(fā)展研究，華東師范大學(xué)博士學(xué)位論文，2006；
[7] 郭祥群，洪藝敏，融教學(xué)科研為一體，提升本科教學(xué)的質(zhì)量，高等理科教育，教育教學(xué)研究專(zhuān)輯，2003。
Li Bifeng；Li Furong；Di Yazhou；Wang Xiaofei
（Naval Aeronautical and Astronautical University Qingdao Branch，Qingdao 266041，China）
摘要：為了挖掘隱藏在飛參數(shù)據(jù)背后的信息知識(shí)，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)進(jìn)行判別研究。利用飛參數(shù)據(jù)中與發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)相關(guān)的九個(gè)參數(shù)和典型的故障數(shù)據(jù)，分別建立了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和決策樹(shù)模型，通過(guò)結(jié)果的比較，確定了最佳分類(lèi)預(yù)測(cè)模型。
Abstract: In order to tap the information and knowledge hidden behind the flight data, we use data mining technology to judge and research the health status of aero-engine. Making use of nine parameters and typical fault data related with engine health, the models of neural network and decision tree were established respectively, and the optimum model of classification and prediction was determined by comparing the results.
關(guān)鍵詞：飛參數(shù)據(jù) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 決策樹(shù) Clementine
Key words: flight data；neural network；decision tree；Clementine
中圖分類(lèi)號(hào)：V23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2011）19-0019-02
0引言
飛參數(shù)據(jù)是由飛參采集記錄設(shè)備所記錄的與飛機(jī)飛行性能、設(shè)備狀態(tài)有關(guān)的實(shí)時(shí)飛行數(shù)據(jù)。主要用行事故調(diào)查、飛機(jī)設(shè)計(jì)、機(jī)務(wù)維修和飛行質(zhì)量評(píng)估。隨著參數(shù)量的增加，采樣率的提高，記錄時(shí)間的延長(zhǎng)，飛參系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)量也急劇膨脹，為飛參工作人員利用地面數(shù)據(jù)處理軟件確定機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)的故障以及幫助地勤維護(hù)人員視情維修帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。目前，各種飛參地面數(shù)據(jù)處理軟件依賴(lài)邏輯運(yùn)算判據(jù)對(duì)機(jī)載設(shè)備的故障狀態(tài)定性進(jìn)行描述，積累了海量的描述性故障數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在飛參數(shù)據(jù)智能處理中的應(yīng)用帶來(lái)了廣闊的應(yīng)用前景。
1基于發(fā)動(dòng)機(jī)飛參故障數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘
數(shù)據(jù)挖掘是一個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的循序漸進(jìn)的螺旋式數(shù)據(jù)探索過(guò)程，主要包括業(yè)務(wù)理解、數(shù)據(jù)理解、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、建立模型、方案評(píng)估和方案實(shí)施等多個(gè)階段。根據(jù)某航空部隊(duì)所反饋的有關(guān)飛參數(shù)據(jù)故障現(xiàn)象的描述，問(wèn)題大多出在發(fā)動(dòng)機(jī)上。因此，數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程圍繞航空發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、建立模型和結(jié)果分析三大環(huán)節(jié)。
1.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理一般來(lái)說(shuō)，在整個(gè)數(shù)據(jù)挖掘?qū)嵤┻^(guò)程中，70%的工作量用于進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要是提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)所描述的故障現(xiàn)象，涵蓋起飛階段、空中飛行階段以及著陸階段所出現(xiàn)的左發(fā)動(dòng)機(jī)超轉(zhuǎn)、右發(fā)動(dòng)機(jī)超轉(zhuǎn)、雙發(fā)超轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速相同情況下左發(fā)動(dòng)機(jī)或右發(fā)動(dòng)機(jī)排溫不正常、排溫相同情況下左發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或右發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不正常、左發(fā)動(dòng)機(jī)或右發(fā)動(dòng)機(jī)最高排溫偏低等方面。通過(guò)對(duì)所描述飛參故障數(shù)據(jù)的分析，發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)y可定義為四個(gè)類(lèi)別，即左發(fā)動(dòng)機(jī)故障、右發(fā)動(dòng)機(jī)故障、兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)均故障、正常，分別用數(shù)值1、2、3、4表示（注意此處故障包括具有故障征兆的含義）。事實(shí)上，新生成的發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)屬性y是對(duì)定性故障描述數(shù)據(jù)的一個(gè)定量處理。而依據(jù)故障現(xiàn)象描述及飛參判據(jù)從51個(gè)參數(shù)中篩選與發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)有關(guān)的9個(gè)參數(shù)，分別為指示空速、左發(fā)排氣溫度、右發(fā)排氣溫度、左發(fā)高壓轉(zhuǎn)速、右發(fā)高壓轉(zhuǎn)速、左起落架放下、右起落架放下、襟翼放下25度、襟翼放下35度，用參變量xi（i=1，2，…，9）表示。經(jīng)過(guò)參數(shù)篩選和新屬性生成，接下來(lái)就需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合并、抽樣處理。數(shù)據(jù)合并生成112901個(gè)樣本，抽樣后生成60411個(gè)樣本。數(shù)據(jù)預(yù)處理節(jié)點(diǎn)流程見(jiàn)圖2明確變量角色節(jié)點(diǎn)之前。
1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與決策樹(shù)算法作為數(shù)據(jù)挖掘算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與決策樹(shù)是常用的分類(lèi)預(yù)測(cè)方法，其分類(lèi)也甚多，這里主要介紹所使用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和決策樹(shù)中的C5.0算法。
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種前饋式、多層、感知機(jī)網(wǎng)絡(luò)。圖1是含有一個(gè)隱層的BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，輸入向量為X=（x1，x2，…，xn），輸出向量為Y=（y1，y2，…，ym）。
隱層的輸出Uj及網(wǎng)絡(luò)輸出yk的計(jì)算公式如下：
U■=f■w■x■+θ■ j=1，2，…，p（1）
y■=f■w■U■+θ■k=1，2，…，m（2）
式（1），（2）中，wij是輸入層與隱層的連接權(quán)值，wjk是隱層與輸出層的連接權(quán)值，f是（0，1）型Sigmoid激活函數(shù)，即：
f（z）=■（3）
網(wǎng)絡(luò)的確定主要由訓(xùn)練數(shù)據(jù)對(duì)隱層的連接權(quán)值ωij、ωjk和閾值θj、θk進(jìn)行調(diào)解，以達(dá)到最佳輸入輸出的映射關(guān)系。
決策樹(shù)是一個(gè)可以自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)的樹(shù)形結(jié)構(gòu)，是樹(shù)形結(jié)構(gòu)的知識(shí)表示，可以直接轉(zhuǎn)換成分類(lèi)規(guī)則。決策樹(shù)算法是以一組樣本數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)的一種歸納學(xué)習(xí)方法，著眼于從一組無(wú)序、無(wú)規(guī)則的樣本數(shù)據(jù)中推理出決策樹(shù)表示形式的分類(lèi)規(guī)則[1]。而C5.0作為決策樹(shù)算法之一，是C4.5的商業(yè)化版本，其核心與C4.5相同。下面對(duì)C4.5算法進(jìn)行描述[2]：
輸入：R-候選屬性的集合（可以是連續(xù)值），C-分類(lèi)屬性，S-訓(xùn)練集。輸出：一棵決策樹(shù)。
方法：
①創(chuàng)建結(jié)點(diǎn)N。如果訓(xùn)練集為空，則返回結(jié)點(diǎn)N并標(biāo)記為Failure；如果訓(xùn)練集中的所有記錄都屬于一個(gè)類(lèi)別，則以該類(lèi)標(biāo)記結(jié)點(diǎn)N；如果候選屬性為空，則返回N作為葉節(jié)點(diǎn)，標(biāo)記為訓(xùn)練集中最普通的類(lèi)。
②for each 候選屬性attribute_list。
③if 候選屬性是連續(xù)的 then 對(duì)該屬性進(jìn)行離散化。
④選擇候選屬性attribute_list中具有最高信息增益的屬性D。標(biāo)記結(jié)點(diǎn)N為屬性D。
⑤for each 屬性D的已知值di。由結(jié)點(diǎn)N長(zhǎng)出一個(gè)條件為D=di的分支。
⑥設(shè)Si是訓(xùn)練集S中剩的訓(xùn)練樣本的集合。
⑦if Si為空。加上一個(gè)樹(shù)葉，標(biāo)記為訓(xùn)練集中最普通的類(lèi)。
⑧else 加上一個(gè)由C4.5（R-{D}，C，Si）返回的結(jié)點(diǎn)。
1.3 Clementine建模及結(jié)果分析選擇Clementine12.0軟件作為數(shù)據(jù)挖掘工具，xi（i=1，2，…，9）為條件屬性，發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)y為決策屬性，分別建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和決策樹(shù)模型，從60411個(gè)樣本中抽取70%的樣本作為訓(xùn)練樣本，30%樣本作為檢驗(yàn)樣本，執(zhí)行的結(jié)果作為結(jié)點(diǎn)加入數(shù)據(jù)流中。數(shù)據(jù)挖掘流程如圖2。條件屬性值經(jīng)[0,1]標(biāo)準(zhǔn)化處理后的決策樹(shù)分類(lèi)預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。其中1_Training 是訓(xùn)練樣本，2_Testing是檢驗(yàn)樣本，$C-故障類(lèi)別是故障類(lèi)別的預(yù)測(cè)值，$CC-故障類(lèi)別是預(yù)測(cè)置信度。
表2給出了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和決策樹(shù)分類(lèi)預(yù)測(cè)精度的對(duì)比。通過(guò)比較可以看出，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和決策樹(shù)的分類(lèi)預(yù)測(cè)精度都非常高，兩者差距不大，但是從執(zhí)行效率上相比，決策樹(shù)明顯優(yōu)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，僅用時(shí)34秒，所以選擇決策樹(shù)作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)的分類(lèi)預(yù)測(cè)模型比較理想。
2結(jié)論
航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的核心部件，其健康狀態(tài)直接影響飛行質(zhì)量和飛行員的安全。通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)飛參故障數(shù)據(jù)的分析處理可知，面對(duì)海量的飛參數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)的分類(lèi)預(yù)測(cè)是可行且具有推廣價(jià)值的。
參考文獻(xiàn)：
[1]廖芹，郝志峰，陳志宏.數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)學(xué)建模[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.2.
[2]紀(jì)希禹.數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.4.
關(guān)鍵詞：TRIZ理論，創(chuàng)新設(shè)計(jì)，機(jī)械產(chǎn)品，
二十一世紀(jì)全世界范圍內(nèi)機(jī)械產(chǎn)品激烈競(jìng)爭(zhēng)，各個(gè)國(guó)家都很重視如何提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，增強(qiáng)其競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。而產(chǎn)品設(shè)計(jì)最主要的目標(biāo)就是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新，滿(mǎn)足消費(fèi)者的需要并且占據(jù)市場(chǎng)更重要的位置，所以，要想增強(qiáng)機(jī)械產(chǎn)品自身的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，最根本的途徑就是重視創(chuàng)新設(shè)計(jì)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論又叫做TRIZ理論，是設(shè)計(jì)的核心理論，目前已經(jīng)在機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，可以提現(xiàn)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。1946年，前蘇聯(lián)G.S.Altshuller創(chuàng)立了TRIZ理論，指的是發(fā)明問(wèn)題的解決理論。以這個(gè)理論為基礎(chǔ)，軍事工業(yè)得到了很大的發(fā)展。二十世紀(jì)九十年代開(kāi)始流入美歐，在某些企業(yè)當(dāng)中開(kāi)始應(yīng)用并且推廣，取得了很多發(fā)明專(zhuān)利，隨之也產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)很多國(guó)家興起了TRIZ理論研究和推廣的熱潮。1998年之后，TRIZ理論開(kāi)始在中國(guó)出現(xiàn)，不少科研機(jī)構(gòu)把TRIZ理論作為技術(shù)創(chuàng)新的首選，積極的進(jìn)行探索。這篇論文主要是探討TRIZ理論主要內(nèi)容以及在機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
1.TRIZ理論基本內(nèi)容概述
TRIZ理論的觀點(diǎn)是，發(fā)明問(wèn)題的關(guān)鍵是解決沖突，而解決沖突需要遵守相關(guān)的原則：對(duì)系統(tǒng)的某個(gè)零部件或者性能進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，不可以影響到系統(tǒng)或者相鄰的其他零部件以及性能。沖突主要包括技術(shù)沖突和物理沖突，物理沖突指的是如果對(duì)一子系統(tǒng)出現(xiàn)相反的要求時(shí)所出現(xiàn)的沖突，系統(tǒng)的某個(gè)部分同一時(shí)間出現(xiàn)兩種相反的狀態(tài)，主要是由一個(gè)參數(shù)造成的。技術(shù)沖突的含義是系統(tǒng)的某個(gè)部分性能增強(qiáng)造成了有害以及有用兩種結(jié)果，也可以理解為有益作用被引入或者有害作用被消除，造成其他的一個(gè)或者幾個(gè)子系統(tǒng)性能降低，這種問(wèn)題主要是由兩個(gè)參數(shù)造成的。
G.S.Altshuller在理論當(dāng)中提出了四十條沖突解決原理，也就是發(fā)明原理以及沖突解決矩陣的含義，各種領(lǐng)域的相互沖突的特性通過(guò)高度的概括，抽象成為三十九個(gè)技術(shù)特性參數(shù)（也叫做通用工程參數(shù)），矩陣中的行代表沖突惡化的參數(shù)，列代表沖突改善的參數(shù)。針對(duì)技術(shù)沖突，可以以沖突矩陣為基礎(chǔ)，找到對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理，從而找到解決問(wèn)題的辦法；針對(duì)物理沖突，通常利用分離原理了可以找到解決辦法，發(fā)明原理和分離原理之間具有一定的關(guān)系，一條分離原理，可以對(duì)應(yīng)很多條發(fā)明原理。
2.TRIZ理論在機(jī)械產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中應(yīng)用
2.1.TRIZ理論在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中應(yīng)用的步驟程序
將TRIZ理論應(yīng)用到機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要的步驟是：對(duì)機(jī)械系統(tǒng)問(wèn)題進(jìn)行分析，明確關(guān)鍵的技術(shù)功能，找到造成系統(tǒng)中問(wèn)題的參數(shù)，對(duì)沖突的類(lèi)型進(jìn)行判斷。如果系統(tǒng)中的問(wèn)題主要是由一個(gè)參數(shù)造成的，屬于物理沖突；如果是由兩個(gè)參數(shù)造成的，屬于技術(shù)沖突。可以通過(guò)分離原理解決物理沖突，對(duì)分離方法進(jìn)行確定，包括時(shí)間分離、空間分離、整體和部分的分離、基于條件的分離，根據(jù)實(shí)際的分離原理和解決沖突的發(fā)明原理的對(duì)應(yīng)關(guān)系，找到解決問(wèn)題的辦法。技術(shù)沖突，第一步要確定惡化技術(shù)特性參數(shù)和改善技術(shù)特性參數(shù)，再以沖突矩陣為基礎(chǔ)，找出對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理，從而找出解決問(wèn)題的辦法。最后，把推薦的對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理應(yīng)用的具體的問(wèn)題上，對(duì)每一個(gè)原理在具體問(wèn)題上的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用進(jìn)行探討。
2.2.呆扳手的創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例
設(shè)計(jì)初期的呆扳手在松開(kāi)或者擰緊六角螺母或者螺栓時(shí)，因?yàn)槁菽富蛘呗菟ㄊ芰c(diǎn)在兩條棱邊，很容易變形，因此無(wú)論是松開(kāi)還是擰緊都比較困難。而新的設(shè)計(jì)需要避免原來(lái)設(shè)計(jì)當(dāng)中的缺陷。后來(lái)美國(guó)一項(xiàng)以沖突矩陣為基礎(chǔ)的專(zhuān)利解決了這個(gè)問(wèn)題。這個(gè)專(zhuān)利是從三十九個(gè)通用工程參數(shù)當(dāng)中選擇一對(duì)特性參數(shù)：1）提高質(zhì)量的參數(shù)：物體所產(chǎn)生的有害因素，可以對(duì)螺母或者螺栓減少磨損。2）可以造成負(fù)面影響的參數(shù)：制造精度，全新的改進(jìn)有可能造成制造的困難。然后把上面的兩個(gè)參數(shù)代進(jìn)沖突矩陣，可以得到下面四條發(fā)明理論，即是：維數(shù)變化、小對(duì)稱(chēng)、拋棄與復(fù)制、修復(fù)。通過(guò)分析維數(shù)變化以及小對(duì)稱(chēng)這兩條發(fā)明原理可知，經(jīng)過(guò)創(chuàng)新的呆扳手工作面的某些點(diǎn)可以和螺母或者螺栓的側(cè)面相接觸，而不僅僅是接觸棱邊，因此解決了這個(gè)問(wèn)題。
通過(guò)這個(gè)實(shí)例可以說(shuō)明，機(jī)械產(chǎn)品的某些參數(shù)或者特性進(jìn)行改進(jìn)之后會(huì)造成其他參數(shù)和特性的惡化，可以通過(guò)沖突矩陣來(lái)解決這種技術(shù)沖突，這說(shuō)明在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用TRIZ理論時(shí)具有價(jià)值的。
2.3.某飛機(jī)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)引擎罩的創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例
某飛機(jī)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)引擎罩在設(shè)計(jì)時(shí)，表現(xiàn)出來(lái)的技術(shù)沖突是：一方面希望發(fā)動(dòng)機(jī)可以吸入較多的空氣，另一方面又希望發(fā)動(dòng)機(jī)罩和地面之間的距離可以不減少。把它轉(zhuǎn)化為物理沖突：應(yīng)該將發(fā)動(dòng)機(jī)罩的直徑加大，這樣有利于吸入空氣，但是直徑又不宜過(guò)大，避免機(jī)罩和路面的距離減少。
這個(gè)物理沖突可以用空間分離原理進(jìn)行解決。空間分離所對(duì)應(yīng)的發(fā)明原理當(dāng)中有No.4不對(duì)稱(chēng)原理。根據(jù)這個(gè)原理，可以把原來(lái)的對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)變更為不對(duì)稱(chēng)的設(shè)計(jì)。如下圖所示。
圖1：發(fā)動(dòng)機(jī)罩改進(jìn)設(shè)計(jì)方案示意圖
3.結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；數(shù)控機(jī)床；制造；應(yīng)用
科技的發(fā)展促進(jìn)產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，推動(dòng)制造業(yè)產(chǎn)品的科技含量越來(lái)越高，品質(zhì)也逐漸提高，品種更為多樣。面對(duì)制造業(yè)產(chǎn)品研制周期縮短，如果依然采用傳統(tǒng)的加工制造方法，很難使得產(chǎn)品在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。特別是目前各種機(jī)械部件形狀復(fù)雜多樣，且對(duì)加工制造具有高質(zhì)量的要求，即需要將計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)引入到加工制造業(yè)當(dāng)中，采用基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而建立起來(lái)的數(shù)控技術(shù)，將所有可應(yīng)用的技術(shù)都采用計(jì)算機(jī)一體化操縱方式，使得制造業(yè)發(fā)生了極大的變化。
1 數(shù)控機(jī)床的工作原理
數(shù)控機(jī)床，簡(jiǎn)稱(chēng)“數(shù)字控制機(jī)床”（Computer Numerical Control Machine Tools）是在機(jī)床上安裝自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以對(duì)所制造產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節(jié)都按照一定的計(jì)算機(jī)邏輯程序進(jìn)行。具體而言，就是控制系統(tǒng)在執(zhí)行各種命令的時(shí)候，是要對(duì)控制編碼以及相關(guān)符號(hào)進(jìn)行邏輯性處理。所有的譯碼都使用數(shù)字表示。這些數(shù)據(jù)信息被輸入到數(shù)控裝置中，經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后得出操作結(jié)果。數(shù)控裝置可以根據(jù)所獲得的控制信號(hào)對(duì)機(jī)床上的操作進(jìn)行控制，包括圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品只存和形狀等等，都可以在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工、生產(chǎn)。
2 數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)
在數(shù)控機(jī)床上對(duì)各種零部件進(jìn)行加工的過(guò)程中，要嚴(yán)格執(zhí)行所規(guī)定的加工動(dòng)作，加工的過(guò)程中就要采用自動(dòng)化操作方式，根據(jù)計(jì)算機(jī)程序所確定的參數(shù)來(lái)執(zhí)行操作動(dòng)作。相比較于普通的機(jī)床，數(shù)控機(jī)床采用自動(dòng)化技術(shù)所具備的特點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：
2.1 數(shù)控機(jī)床的環(huán)境適應(yīng)性比較強(qiáng)
數(shù)控機(jī)床加工的過(guò)程中，主要編制計(jì)算機(jī)程序，將加工程序輸入到系統(tǒng)中，就可以進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化操作了。如果加工尺寸有所改變，只需要修改程序或者操作參數(shù)即可。目前的加工制造業(yè)以批量生產(chǎn)為主，采用數(shù)控機(jī)床可以對(duì)加工產(chǎn)品的改型提供了便利，使得工作效率大大提升。
2.2 數(shù)控機(jī)床具有較高的產(chǎn)品加工精度
數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的過(guò)程中，當(dāng)數(shù)控裝置輸出一個(gè)脈沖，數(shù)字伺服系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生精度為0.1μm至1.0μm的位移量。機(jī)床傳動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)了間歇補(bǔ)償，閉環(huán)系統(tǒng)則可以對(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行所產(chǎn)生的螺距以及傳動(dòng)誤差進(jìn)行控制，加之?dāng)?shù)控機(jī)床具有良好的熱穩(wěn)定性和剛性，使得數(shù)控機(jī)床的加工具有較高的精度。數(shù)控機(jī)床所采用的是計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行控制操作。這種自動(dòng)化的加工方式可以避免人為操作所造成的加工誤差，確保所加工的產(chǎn)品特征一致、質(zhì)量穩(wěn)定。一些難度相對(duì)較高的零件，采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工更能夠使其規(guī)格符合設(shè)計(jì)要求。
3 數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)構(gòu)成
3.1 數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體
數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體是部件加工的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，在數(shù)控機(jī)床上所加工的部件也是基本部件。數(shù)控機(jī)床的機(jī)床本體同時(shí)還發(fā)揮著監(jiān)測(cè)的作用，對(duì)傳動(dòng)部件的精度具有一定的影響。
3.2 數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置
數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)通常會(huì)選擇CNC數(shù)據(jù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的組成包括中央處理存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)輸入接口和數(shù)據(jù)輸出接口。中央處理器是系統(tǒng)的核心部分，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)控制器、數(shù)據(jù)運(yùn)算器和總線(xiàn)。中央處理器的數(shù)控裝置所具備的控制功能通過(guò)數(shù)據(jù)控制加工程序得以實(shí)現(xiàn)，所有的控制功能都是在內(nèi)部存儲(chǔ)器中提取程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，所發(fā)揮的功能包括數(shù)據(jù)的輸入和存儲(chǔ)、數(shù)控加工、插補(bǔ)運(yùn)算等等。所有的數(shù)據(jù)信息傳輸都是通過(guò)設(shè)備接口完成。如果控制對(duì)象有所變化，或者需要對(duì)一些功能進(jìn)行調(diào)整，只需要調(diào)整設(shè)備的接口就可以獲得應(yīng)用效果。
3.3 數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線(xiàn)檢測(cè)的時(shí)候進(jìn)行伺服控制。數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)所發(fā)揮的主要控制功能包括進(jìn)給位置的控制，即對(duì)部件所移動(dòng)的位置進(jìn)行控制；主軸轉(zhuǎn)速的控制，即對(duì)機(jī)床移動(dòng)部件的速度進(jìn)行檢測(cè)。
4 發(fā)動(dòng)機(jī)制造中數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用
數(shù)控機(jī)床具有加工高效率、高精度的特點(diǎn)，且數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的過(guò)程中具有較高的穩(wěn)定性，可以在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中廣泛應(yīng)用。由于發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)加工精度要求比較高，因此在生產(chǎn)線(xiàn)中引入了數(shù)控機(jī)床，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件的生產(chǎn)成本有所降低，產(chǎn)品質(zhì)量得以提高。
數(shù)控機(jī)床需要具有較高的加工效率，而且要求精度也很高，對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性也具有較高的要求。在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中應(yīng)用數(shù)控機(jī)床，可以使得所加工的產(chǎn)品具有更為符合設(shè)計(jì)要求。為了使得發(fā)動(dòng)機(jī)的柔性程度良好，在對(duì)缸體加工、缸蓋加工的過(guò)程中，應(yīng)用數(shù)控機(jī)床的切削工藝，就可以使得加工產(chǎn)品的精度有所提高。由于缸體和缸蓋的零件形狀較為復(fù)雜，在加工之后需要使用數(shù)控單砂輪磨削，不僅使得零件形狀符合設(shè)計(jì)要求，而且可以使刀具的成本有所降低[4]。此外，缸蓋多會(huì)選擇鋁合金材料，其具有良好的加工性能，應(yīng)用數(shù)控機(jī)床高速切削，可以確保產(chǎn)品精度的同時(shí)，還提高了零件生產(chǎn)效率。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，在發(fā)動(dòng)機(jī)制造中，數(shù)控技術(shù)得以應(yīng)用，主要在于發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件要求精度高。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)的發(fā)展，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，就需要提高發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量和工作效率，采用數(shù)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的智能化加工，使得發(fā)動(dòng)機(jī)零部件在低成本的情況下批量生產(chǎn)，以更好地滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)制造需求。
參考文獻(xiàn)：
[1]廖述雨.數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的實(shí)際應(yīng)用探討[J].科技傳播，2014（19）：91-99.
[2]何金梅.突破數(shù)字化制造技術(shù) 大力發(fā)展我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)[J].金屬加工冷加工，2014（15）：1-1.
關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)；燃機(jī)模塊；電子控制系統(tǒng)；軟件設(shè)計(jì)
引言
隨著燃?xì)廨啓C(jī)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的廣泛使用，對(duì)控制性能的要求越來(lái)越高，其控制系統(tǒng)也迅速?gòu)囊簤簷C(jī)械式控制器發(fā)展為模擬式電子控制系統(tǒng),進(jìn)而發(fā)展成數(shù)字電子控制系統(tǒng)。到20世紀(jì)90年代,燃?xì)廨啓C(jī)開(kāi)始全面配置數(shù)字電子控制系統(tǒng)。近年來(lái)，國(guó)外燃?xì)廨啓C(jī)的數(shù)字電子控制系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，實(shí)現(xiàn)了模塊化,并配置了菜單式的開(kāi)發(fā)軟件。模塊化控制系統(tǒng)中通信總線(xiàn)是系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換的橋梁，總線(xiàn)的可靠性是系統(tǒng)可靠性的保障，總線(xiàn)速度也直接影響到整個(gè)控制器的性能，因此必須選擇實(shí)時(shí)、可靠的通信總線(xiàn)。MIL-STD-1553B、ARINC-429等傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)可靠性高、使用靈活，工程上已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但卻遭受速度瓶頸。工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)具有速度快、實(shí)時(shí)性好、可靠性高等特點(diǎn)，它的發(fā)展使工業(yè)控制在通用化、模塊化、數(shù)據(jù)交換等方面都面臨新的技術(shù)革命，特別適用于分布式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。EtherCAT是由德國(guó)Beckhoff公司開(kāi)發(fā)。采用以太網(wǎng)幀，以特定環(huán)狀拓?fù)浒l(fā)送數(shù)據(jù)的技術(shù)，擁有杰出的通訊性能，接線(xiàn)簡(jiǎn)單，并對(duì)其它協(xié)議開(kāi)放。
1.總體方案
1.1燃機(jī)模塊式電子控制系統(tǒng)方案
系統(tǒng)的控制對(duì)象是某型艦用中檔功率系列燃?xì)廨啓C(jī)，控制系統(tǒng)采用開(kāi)放性的模塊結(jié)構(gòu)。電子控制器采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的模塊設(shè)計(jì)，各模塊間采用最新的工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)Ethercat連接，控制軟件設(shè)計(jì)成可選擇、可配置的標(biāo)準(zhǔn)模塊和接口，液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成通用的模塊化的部件和組件。這就使整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變?yōu)楣δ苣K的選擇、匹配和調(diào)整——根據(jù)燃機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)數(shù)量和接口類(lèi)型選擇合適的硬件模塊，根據(jù)特定控制規(guī)律和控制系統(tǒng)要求選擇、配置相應(yīng)的軟件模塊，根據(jù)燃油和導(dǎo)葉的控制要求選擇合適液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。采用的是成熟的模塊使各模塊功能、性能都有了保證，各部件僅需要進(jìn)行部分調(diào)整就能滿(mǎn)足要求，既縮短研發(fā)周期，又提高系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也便于今后實(shí)現(xiàn)性能改進(jìn)和功能擴(kuò)展。
1.2燃機(jī)控制系統(tǒng)組成
燃機(jī)控制系統(tǒng)包括綜合電子控制柜、系統(tǒng)軟件、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電氣系統(tǒng)等。液壓機(jī)械裝置采用模塊化設(shè)計(jì)方法，包括高壓燃油泵、燃油計(jì)量裝置、導(dǎo)葉調(diào)節(jié)裝置等。各模塊可根據(jù)具體燃機(jī)要求配合使用。電子硬件通用模塊包括：電子控制器模塊、獨(dú)立保護(hù)模塊。系統(tǒng)軟件包含控制軟件和應(yīng)用軟件。控制系統(tǒng)接收來(lái)自控制室或監(jiān)控臺(tái)的控制信號(hào)，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的起動(dòng)、加速、減速、穩(wěn)態(tài)工況運(yùn)行以及停車(chē)和重要參數(shù)限制實(shí)施全面的自動(dòng)控制和安全保護(hù)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)燃機(jī)輔助系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制，能實(shí)現(xiàn)對(duì)燃機(jī)的故障診斷和重要參數(shù)的記錄、存貯和通訊。
2.控制軟件設(shè)計(jì)
2.1電子控制器方案介紹
電子控制器由主CPU模塊與AD模塊、DA模塊、FI模塊、IO模塊等低級(jí)模塊組成，各模塊自帶CPU處理器，模塊之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)連接，控制系統(tǒng)采用基于網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)模塊化設(shè)計(jì)，控制器的各種功能模塊之間用實(shí)時(shí)以太網(wǎng)進(jìn)行連接，完成數(shù)據(jù)交互。各模塊可以集中在一起也可以分散到燃機(jī)的各部分，通過(guò)工業(yè)總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息交流和控制。
2.2控制軟件分層設(shè)計(jì)
控制軟件包含CPU模塊的控制應(yīng)用軟件、其它通用模塊底層軟件組成。底層軟件與模塊一一對(duì)應(yīng)。模塊的底層軟件主要是實(shí)現(xiàn)通用模塊采集、輸出或信息交互功能，并與其它模塊通訊，傳遞和接受信息，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)功能。CPU模塊的控制應(yīng)用軟件通過(guò)與底層軟件，根據(jù)模塊的特點(diǎn)進(jìn)行功能的初始選擇和配置。初步設(shè)計(jì)的控制軟件層次結(jié)構(gòu)如圖1所示，該層次結(jié)構(gòu)適用于主CPU模塊與所有低級(jí)功能模塊。由于低級(jí)功能模塊的任務(wù)都比較簡(jiǎn)單，所以并無(wú)必要采用實(shí)時(shí)內(nèi)核，主CPU模塊也需根據(jù)實(shí)際情況決定采用傳統(tǒng)的順序結(jié)構(gòu)還是基于實(shí)時(shí)內(nèi)核的并行結(jié)構(gòu)。同一功能的器件在驅(qū)動(dòng)程序?qū)酉蝽攲犹峁┮恢碌慕涌冢谶@一層次中需要制定對(duì)器件讀、寫(xiě)、模式設(shè)置、中斷、輪詢(xún)等操作的驅(qū)動(dòng)程序函數(shù)模版。整理電子控制器硬件設(shè)計(jì)中常用的接口器件資料，針對(duì)這些器件編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序并用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序模塊的管理。
2.3控制軟件模塊化設(shè)計(jì)
控制軟件采用模塊設(shè)計(jì)，將燃機(jī)的主要控制過(guò)程、各種控制規(guī)律形成標(biāo)準(zhǔn)程序模塊。模塊劃分可層層分解，步步細(xì)化，當(dāng)針對(duì)具體燃機(jī)時(shí)只要選用合適的模塊進(jìn)行組合，并進(jìn)行對(duì)參數(shù)設(shè)置連接就可形成控制程序。程序的框架設(shè)計(jì)要保證其可擴(kuò)展性，根據(jù)燃機(jī)控制要求的變化，不斷的增加先進(jìn)控制規(guī)律、控制算法模塊提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。在對(duì)燃機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)后，建立對(duì)燃機(jī)控制軟件的通用框架結(jié)構(gòu)、模塊劃分準(zhǔn)則與模塊配置策略，通過(guò)更改模塊配置信息、模塊整體更換等方式靈活構(gòu)建可靠的燃機(jī)控制軟件。軟件模塊化按照由粗到細(xì)、由繁到簡(jiǎn)的指導(dǎo)方針，按步驟逐級(jí)細(xì)化，最終生成最基本的模塊單元。根據(jù)燃機(jī)控制系統(tǒng)的功能，將控制軟件劃分為基本數(shù)值計(jì)算模塊庫(kù)、信號(hào)處理模塊庫(kù)、故障處理模塊庫(kù)、起動(dòng)控制模塊庫(kù)、燃機(jī)運(yùn)行控制模塊庫(kù)、停車(chē)控制模塊庫(kù)、輔助系統(tǒng)控制模塊庫(kù)、底層軟件模塊庫(kù)、通訊協(xié)議模塊庫(kù)。模塊一般采用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編寫(xiě)，與CPU相關(guān)的代碼采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，考慮到不同CPU的字長(zhǎng)、對(duì)齊方式等特性，模塊內(nèi)部均采用自定數(shù)據(jù)類(lèi)型，且可通過(guò)外部進(jìn)行設(shè)置。
3.通訊軟件設(shè)計(jì)
EtherCAT通訊程序包括網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊、EtherCAT接口模塊、EtherCAT設(shè)備模塊、主站模塊和從站模塊。網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊完成底層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收功能。EtherCAT接口模塊實(shí)現(xiàn)EtherCAT通訊程序與功能軟件的接口功能。EtherCAT設(shè)備模塊實(shí)現(xiàn)EtherCAT設(shè)備掃描和軟件初始化工作。主站模塊實(shí)現(xiàn)主站初始化命令和循環(huán)命令的發(fā)送處理，實(shí)現(xiàn)和維護(hù)主站的狀態(tài)機(jī)。從站模塊實(shí)現(xiàn)從站設(shè)備的配置，同時(shí)維護(hù)從站設(shè)備的狀態(tài)機(jī)。
3.1Ethercat協(xié)議
EtherCAT是用于過(guò)程數(shù)據(jù)的優(yōu)化協(xié)議，憑借特殊的以太網(wǎng)類(lèi)型，它可以在以太網(wǎng)幀內(nèi)直接傳送。EtherCAT幀可包括幾個(gè)EtherCAT報(bào)文，每個(gè)報(bào)文都服務(wù)于一塊邏輯過(guò)程映像區(qū)的特定內(nèi)存區(qū)域，該區(qū)域最大可達(dá)4GB字節(jié)。數(shù)據(jù)順序不依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò)中以太網(wǎng)端子的物理順序，可任意編址。從站之間的廣播、多播和通訊均得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)最佳性能，且要求EtherCAT組件和控制器在同一子網(wǎng)操作時(shí)，則直接以太網(wǎng)幀傳輸就將派上用場(chǎng)。然而，EtherCAT不僅限于單個(gè)子網(wǎng)的應(yīng)用。EtherCATUDP將EtherCAT協(xié)議封裝為UDP/IP數(shù)據(jù)報(bào)文，這就意味著，任何以太網(wǎng)協(xié)議堆棧的控制均可編址到EtherCAT系統(tǒng)之中，甚至通訊還可以通過(guò)路由器跨接到其它子網(wǎng)中。顯然，在這種變體結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)性能取決于控制的實(shí)時(shí)特性和以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方式。因?yàn)閁DP數(shù)據(jù)報(bào)文僅在第一個(gè)站才完成解包，所以EtherCAT網(wǎng)絡(luò)自身的響應(yīng)時(shí)間基本不受影響。另外，根據(jù)主/從數(shù)據(jù)交換原理，EtherCAT也非常適合控制器之間（主/從）的通訊。自由編址的網(wǎng)絡(luò)變量可用于過(guò)程數(shù)據(jù)以及參數(shù)、診斷、編程和各種遠(yuǎn)程控制服務(wù)，滿(mǎn)足廣泛的應(yīng)用需求。主站/從站與主站/主站之間的數(shù)據(jù)通訊接口也相同。從站到從站的通訊則有兩種機(jī)制以供選擇。一種機(jī)制是，上游設(shè)備和下游設(shè)備可以在同一周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)通訊，速度非常快。由于這種方法與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)，因此適用于由設(shè)備架構(gòu)設(shè)計(jì)所決定的從站到從站的通訊，如打印或包裝應(yīng)用等。而對(duì)于自由配置的從站到從站的通訊，則可以采用第二種機(jī)制—數(shù)據(jù)通過(guò)主站進(jìn)行中繼。這種機(jī)制需要兩個(gè)周期才能完成，但由于EtherCAT的性能非常卓越，因此該過(guò)程耗時(shí)仍然快于采用其他方法所耗費(fèi)的時(shí)間。EtherCAT僅使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀，無(wú)任何壓縮。因此，EtherCAT以太網(wǎng)幀可以通過(guò)任何以太網(wǎng)MAC發(fā)送，并可以使用標(biāo)準(zhǔn)工具。
3.2主站軟件設(shè)計(jì)
EtherCAT可以在單個(gè)以太網(wǎng)幀中最多實(shí)現(xiàn)1486字節(jié)的分布式過(guò)程數(shù)據(jù)通訊。其它解決方案一般是，主站設(shè)備需要在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)周期中為各個(gè)節(jié)點(diǎn)處理、發(fā)送和接收幀。而EtherCAT系統(tǒng)與此不同之處在于，每周期僅需要一個(gè)或兩個(gè)幀即可完成所有節(jié)點(diǎn)全部通訊，因此，EtherCAT主站不需要專(zhuān)用的通訊處理器。主站功能幾乎不會(huì)給主機(jī)CPU帶來(lái)任何負(fù)擔(dān)，處理任務(wù)的同時(shí)，還可處理應(yīng)用程序，因此EtherCAT無(wú)需使用昂貴的專(zhuān)用有源插接卡，只需使用無(wú)源的NIC卡或主板集成的以太網(wǎng)MAC設(shè)備即可。EtherCAT主站容易實(shí)現(xiàn)，尤其適用于中小規(guī)模的控制系統(tǒng)和有明確規(guī)定的應(yīng)用場(chǎng)合。EtherCAT映射不是在主站產(chǎn)生，而是在從站產(chǎn)生，此時(shí)過(guò)程映像已經(jīng)完成排序。該特性進(jìn)一步減輕了主機(jī)CPU的負(fù)擔(dān)。可以看到，EtherCAT主站完全在主機(jī)CPU中采用軟件方式實(shí)現(xiàn)，相比之下，傳統(tǒng)的慢速現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)通過(guò)有源插接卡方可實(shí)現(xiàn)主站的方式則要占用更多的資源，甚至服務(wù)于DPRAM的有源卡本身也將占用可觀的主機(jī)資源。
3.3從站軟件設(shè)計(jì)
子站模塊劃分為A/D采樣模塊、頻率量模塊、LVDT及振動(dòng)信號(hào)處理模塊、熱電阻信號(hào)處理模塊、熱電偶信號(hào)處理模塊、壓力信號(hào)處理模塊、電流電壓信號(hào)處理模塊、開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸入1模塊、開(kāi)關(guān)量輸入2模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸出模塊1、模擬量輸出模塊2，備份槽。主程序通過(guò)不同的功能要求調(diào)用軟件塊。軟件模塊設(shè)計(jì)的基本原則是數(shù)據(jù)隱藏，即各模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)私有，并提供外部接口訪問(wèn)這些私有數(shù)據(jù)，各模塊之間相互獨(dú)立，從而降低各模塊之間的耦合程度。整個(gè)框架提供諸多配置接口，具有一定的通用性。子站模塊實(shí)現(xiàn)的功能為DSP外設(shè)初始化；獲取通道信息；獲取開(kāi)關(guān)量輸入、擬量輸入、頻率量輸入信號(hào)；輸出開(kāi)關(guān)量、PWM信號(hào)；FLASH存儲(chǔ)器操作；定時(shí)器的啟停、看門(mén)作等。
4.結(jié)束語(yǔ)
在國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)研制的技術(shù)積累基礎(chǔ)上，開(kāi)展基于網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的燃機(jī)模塊式電子器研究工作，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、具有國(guó)際先進(jìn)水平的燃機(jī)模塊式電子控制系統(tǒng)，不僅可以創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，而且能夠打破燃機(jī)電子控制系統(tǒng)被國(guó)外公司壟斷的局面，極大提高燃機(jī)市場(chǎng)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
參考文獻(xiàn)
[1]周向陽(yáng).模塊式燃機(jī)電子控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)研究.南京航空航天大學(xué)碩士論文.2010-03-01
[2]EtherCAT——技術(shù)介紹及發(fā)展概貌.國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù).2006-11-30
[3]周千翔.基于實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的分布式電子控制器設(shè)計(jì).南京航空航天大學(xué)碩士論文.2008-12-01
關(guān)鍵詞：氣膜孔；化學(xué)法；環(huán)境沉積物；CMAS；高壓反應(yīng)釜
中圖分類(lèi)號(hào)：F40 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
渦輪葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要熱端部件，在工作過(guò)程中，在葉身和緣板會(huì)出現(xiàn)大量環(huán)境沉積物。這些沉積物在高溫下會(huì)在葉片表面熔化而堵塞氣膜冷卻孔，導(dǎo)致葉片冷卻效果下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致葉片燒蝕。采用傳統(tǒng)機(jī)械去除方法雖可去除表面沉積物，但卻無(wú)法清除葉片氣膜孔中的堵塞物，葉片難以恢復(fù)性能繼續(xù)使用，因此有必要研究一種有效去除葉片氣膜孔中沉積物的工藝方法。
化學(xué)腐蝕法去除各類(lèi)污染物是國(guó)內(nèi)外常用的工藝，化學(xué)溶液具有“無(wú)孔不入”的特點(diǎn)，只要遵循對(duì)基體損傷在合理范圍內(nèi)及工藝過(guò)程可控的原則，通過(guò)選取適宜的腐蝕溶液與工藝過(guò)程，即可達(dá)到去除各類(lèi)污染物的目的，同時(shí)避免機(jī)加過(guò)程對(duì)零件的損害。本文考察了不同反應(yīng)溶液及工藝參數(shù)對(duì)去除葉片氣膜孔內(nèi)沉積物的效果，確定了合理的處理工藝。
1試驗(yàn)
環(huán)境沉積物又稱(chēng)CMAS，是一種以SiO2、MgO、CaO、Al2O3等為主要成分的物質(zhì)。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料表明：高導(dǎo)葉片氣膜孔內(nèi)環(huán)境沉積物主要成分為CMAS及部分積碳。從環(huán)境沉積物的成分來(lái)看，強(qiáng)酸強(qiáng)堿均有可能去除，為避免基體材料的腐蝕，本試驗(yàn)首先選取堿液作為主要反應(yīng)溶液以去除環(huán)境沉積物。
某型機(jī)高導(dǎo)葉片由GH600、DZ40M、K40M3種材料金屬件焊接而成，試驗(yàn)選取以下幾種堿液作為主要反應(yīng)溶液，溶液成分及工藝參數(shù)如表1所示。
2試驗(yàn)結(jié)果及討論
2.1堿溶液去除CMAS的效果
環(huán)境沉積物去除效果采用目視及0.45mm通針進(jìn)行檢測(cè)。其結(jié)果如表2所示，去除微觀效果圖如圖1所示。
由表2及圖1所示可見(jiàn)，雖然理論上CMAS可與堿液發(fā)生反應(yīng)，但在一般條件下反應(yīng)難以進(jìn)行。由于表面張力的存在，堿液也難以進(jìn)入氣膜孔，孔內(nèi)物質(zhì)也就更難去除。高溫高壓的條件，可促使金屬氧化物與堿液發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)將堿液壓入氣膜孔，使得氣膜孔內(nèi)物質(zhì)反應(yīng)溶出。在高溫高壓條件下，反應(yīng)產(chǎn)物雖溶于溶液中，但在葉片出槽的過(guò)程中極易迅速凝結(jié)于葉片表面，對(duì)葉片造成二次污染。
2.2輔助試驗(yàn)結(jié)果
基于堿液腐蝕雖有效去除了氣膜孔內(nèi)沉積物，但造成葉片二次污染的結(jié)果，本研究增加了后續(xù)輔助處理，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)CMAS的清除效果，后續(xù)處理工藝如表3所示，效果如表4所示。
由輔助試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，葉片緣板材料不耐腐蝕，在強(qiáng)酸溶液中易受到腐蝕，因此應(yīng)選擇弱腐蝕溶液對(duì)零件進(jìn)行后續(xù)處理。
2.3工藝路線(xiàn)的確定
在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在高壓反應(yīng)釜進(jìn)行堿液腐蝕的過(guò)程中，葉片應(yīng)以葉盆朝下的方式無(wú)疊加的碼放，應(yīng)盡量采用新配制溶液，避免舊溶液中物質(zhì)對(duì)葉片的二次污染。葉片從高壓脫芯釜取出后要立即用熱水反復(fù)清洗，最大限度避免堿液的殘留。槽液4工藝雖難以直接去除CMAS，但該處理槽液可顯著改善經(jīng)高壓反應(yīng)釜處理后的葉片表觀質(zhì)量，零件經(jīng)工藝4處理后增加熱水浸泡工序，零件應(yīng)在熱水中浸漬至少120min，隨后增加酸液輔助處理，最后經(jīng)高壓水槍清洗。一方面消除葉片的二次污染，同時(shí)中和了葉片內(nèi)腔的堿液。最后葉片需經(jīng)3-5次超聲波清洗，每次清洗時(shí)間不低于10min，以保證葉片內(nèi)腔無(wú)酸、堿殘留。最終的洗滌用水經(jīng)試紙檢測(cè)應(yīng)呈中性。同時(shí)，隨機(jī)抽檢部分葉片，將試紙貼于葉片表面，若有酸堿顯示則重新進(jìn)行清洗。經(jīng)調(diào)整后最終確定了處理工藝路線(xiàn)：高壓反應(yīng)釜——多次熱水清洗高錳酸鉀清洗——熱水浸泡——弱腐蝕——高壓水槍清洗——多次超聲波清洗——清洗用水PH檢測(cè)。最終處理效果如圖2所示。
3結(jié)論
（1）采用高溫高壓反應(yīng)釜堿液處理可有效去除葉片及氣膜孔內(nèi)環(huán)境沉積物。
（2）最終處理工藝路線(xiàn)：高壓反應(yīng)釜多次熱水清洗高錳酸鉀清洗熱水浸泡弱腐蝕高壓水槍清洗多次超聲波清洗清洗用水PH檢測(cè)。
（3）由于氣膜孔較為狹小，易存留酸堿，需嚴(yán)格控制每一工步的操作過(guò)程，以保證最終的去除效果。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：航空檢測(cè)技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)模式
中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）37-0269-03
《航空檢測(cè)技術(shù)》課程以基本的檢測(cè)原理、檢測(cè)方法、各種傳感原理和結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以民航領(lǐng)域的應(yīng)用為背景，闡述檢測(cè)系統(tǒng)組成、檢測(cè)原理、方法及其在民航領(lǐng)域的應(yīng)用。從課時(shí)分配上，《航空檢測(cè)技術(shù)》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分與理論教學(xué)課時(shí)相當(dāng)。針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的問(wèn)題，新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)考核制度的提升完善，緊密結(jié)合本專(zhuān)業(yè)相關(guān)工程實(shí)踐和科研要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)選題和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)多層次培養(yǎng)的方案。從而充分發(fā)揮《航空檢測(cè)技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)勢(shì)，滿(mǎn)足民航對(duì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的要求，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、學(xué)習(xí)能力、組織能力和科研能力，為民航輸送更加優(yōu)秀的畢業(yè)生。
一、引言
《航空檢測(cè)技術(shù)》課程理論部分對(duì)檢測(cè)裝置、檢測(cè)系統(tǒng)組成與工作原理進(jìn)行介紹，對(duì)典型傳感元件及相關(guān)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行講解，輔以航空維修及檢測(cè)中的應(yīng)用，使學(xué)生在原理上對(duì)《航空檢測(cè)技術(shù)》有了初步的了解。課程實(shí)驗(yàn)部分在航空檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室中完成，完成對(duì)課上部分理論內(nèi)容的驗(yàn)證和靈活應(yīng)用。目前，部分高校在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在：
1.教學(xué)理念上，注重基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)技能的講授，對(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視程度不夠。沒(méi)有認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的必要途徑。實(shí)驗(yàn)課程地位明顯低于理論課程，甚至淪落為理論課的配件，無(wú)法充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)作用。
2.教學(xué)內(nèi)容上，重點(diǎn)介紹實(shí)驗(yàn)所需儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟的詳細(xì)描述。對(duì)設(shè)計(jì)思路、科研能力、數(shù)據(jù)分析等方面的內(nèi)容涉及較少。一些所謂的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也只是在某一環(huán)節(jié)有所重視加強(qiáng)，與設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)特征相差甚遠(yuǎn)，并不是真正意義上的設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
3.教學(xué)方法上，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)往往在教師示范下進(jìn)行，按照實(shí)驗(yàn)教材中規(guī)定的實(shí)驗(yàn)步驟，順序完成即可，整個(gè)過(guò)程學(xué)生機(jī)械地完成任務(wù)，很少有機(jī)會(huì)提出自己的見(jiàn)解。實(shí)驗(yàn)課程的目的沒(méi)有達(dá)到，學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的能力培養(yǎng)沒(méi)有得到提高。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求學(xué)生整齊劃一，完全按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)來(lái)順序完成，沒(méi)有學(xué)生個(gè)性的發(fā)揮空間，制約了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法疏于對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，固化統(tǒng)一的教學(xué)方法下，即使學(xué)生有自己的想法，也無(wú)法得到驗(yàn)證。
4.考核方式上，普遍采用實(shí)驗(yàn)考勤與實(shí)驗(yàn)報(bào)告相結(jié)合的方式，對(duì)學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的參與度和積極性缺乏考量。傳統(tǒng)的考核方式，無(wú)法帶動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程的熱情，從而無(wú)法達(dá)到激勵(lì)學(xué)生的初衷。
如果可以引導(dǎo)學(xué)生在課程理論部分和實(shí)驗(yàn)部分找到結(jié)合點(diǎn)，以分組項(xiàng)目的形式完成目標(biāo)、方法、實(shí)驗(yàn)、分析等全部過(guò)程，以學(xué)生為主體，教師參與其中，會(huì)很大程度上提升教學(xué)效果。因此，針對(duì)《航空檢測(cè)技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，進(jìn)行綜合改革，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)多元化，實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程向多層次發(fā)展，有利于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。
二、研究背景
傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)理論教學(xué)內(nèi)容的固化和驗(yàn)證。其實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用不僅于此，更重要的是，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是全面培養(yǎng)學(xué)生能力的重要途徑。這就需要“首要教學(xué)原理”與CDIO理念的融合，在激活學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上，將新知識(shí)與實(shí)踐融于一體，讓學(xué)生介入到解決實(shí)際問(wèn)題的全部過(guò)程中，針對(duì)不同檢測(cè)對(duì)象的特性，完成實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行，從而全面培養(yǎng)學(xué)生各方面的能力。國(guó)內(nèi)外的高校不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式的探索。
國(guó)外高校設(shè)立實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，注重學(xué)生各方面能力的培養(yǎng)，充分培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)“設(shè)計(jì)性、研究性、探索性”的教育功能。著名的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程――斯坦福大學(xué)的“project”實(shí)驗(yàn)課和麻省理工學(xué)院的“upper Division”實(shí)驗(yàn)課，著力為學(xué)生提供足夠的軟硬件條件，由學(xué)生自行進(jìn)行實(shí)驗(yàn)題目的選擇、自主擬定實(shí)驗(yàn)方案、在設(shè)備配置、數(shù)據(jù)測(cè)量、結(jié)果分析方面也都是獨(dú)立完成。不硬性規(guī)定實(shí)驗(yàn)時(shí)間，學(xué)生可根據(jù)自己時(shí)間、能力及興趣來(lái)安排。受到了學(xué)生的歡迎，收到了良好的教學(xué)效果，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力培養(yǎng)的目的。
隨著國(guó)內(nèi)高校教育水平的不斷提高，教育觀念的不斷更新，培養(yǎng)重點(diǎn)開(kāi)始傾向于全面培養(yǎng)學(xué)生能力，因此國(guó)內(nèi)高校對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的關(guān)注程度也是逐年增加。西安交通大學(xué)的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法》課程，針對(duì)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的層次性差、理論性過(guò)強(qiáng)等問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)課程將實(shí)驗(yàn)分為三類(lèi)：研究性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)。針對(duì)不同實(shí)驗(yàn)性質(zhì)，采用不同的考核方法，獲得了良好的教學(xué)效果。山東理工大學(xué)的《分子生物學(xué)》實(shí)驗(yàn)課程也開(kāi)展了綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目缺乏創(chuàng)新性、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與科研脫節(jié)的問(wèn)題，進(jìn)行了科研課題與實(shí)驗(yàn)課程相結(jié)合的方式，提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的授課效果。天津工業(yè)大學(xué)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，對(duì)考核方式進(jìn)行了改革，對(duì)學(xué)生期末成績(jī)、平時(shí)表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)成績(jī)和專(zhuān)題論文水平進(jìn)行綜合考量，激發(fā)了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的熱情。
此次《航空檢測(cè)技術(shù)》課程綜合化實(shí)驗(yàn)教學(xué)在國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，充分考慮航空專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，在教學(xué)和考核方法上進(jìn)行全新嘗試，以提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)在學(xué)生綜合能力培養(yǎng)方面的效果。如果說(shuō)各個(gè)理論知識(shí)點(diǎn)和各種儀器設(shè)備工具都是一個(gè)個(gè)積木零件，傳統(tǒng)的教學(xué)中往往給出固定的組裝方式，讓學(xué)生按照組裝圖機(jī)械地拼插零件。如果學(xué)生能夠了解拼裝的用意，能夠了解各個(gè)零件的功用，能夠知道零件之間的關(guān)系，那么在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)模式將發(fā)生改變，有利于發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。
三、研究思路
結(jié)合《航空檢測(cè)技術(shù)》課程的行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)，融合“首要教學(xué)原理”與CDIO理念，從教學(xué)和考核方面對(duì)《航空檢測(cè)技術(shù)》課程進(jìn)行探索，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。
1.教學(xué)理念上，重視學(xué)生綜合能力培養(yǎng)，課程理論學(xué)習(xí)與課程實(shí)驗(yàn)相互配合。“首要教學(xué)原理”強(qiáng)調(diào)的是新舊知識(shí)的融合，教學(xué)過(guò)程中，舊知識(shí)對(duì)新知識(shí)的帶動(dòng)和引導(dǎo)作用得到體現(xiàn)。通過(guò)解決一個(gè)工程實(shí)踐中遇到的問(wèn)題，達(dá)到對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的工程理解和綜合運(yùn)用。CDIO著重培養(yǎng)學(xué)生的工程思維，從工程需求到問(wèn)題的解決往往需要學(xué)生從各個(gè)方面著手，構(gòu)思、設(shè)計(jì)的可行性和有效性等等都需要學(xué)生主動(dòng)的投入，直至最終的實(shí)現(xiàn)與運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生將知識(shí)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用的過(guò)程中，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力培養(yǎng)的作用將得到充分體現(xiàn)。
2.教學(xué)內(nèi)容上，在對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器及相關(guān)知識(shí)具有一定了解的基礎(chǔ)上，著重強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)思想、設(shè)計(jì)思路、研究方法等，培養(yǎng)學(xué)生的思維模式和實(shí)踐能力。教學(xué)實(shí)驗(yàn)不是讓學(xué)生解決工程難題，而是引導(dǎo)學(xué)生一步一步完成一個(gè)項(xiàng)目的所有步驟。從檢測(cè)的目的意義、檢測(cè)的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、被測(cè)量以及檢測(cè)方法的確定、設(shè)備和器件的選擇、故障的排查、檢測(cè)結(jié)果的處理等方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)。讓學(xué)生主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，教師則是幫助學(xué)生理清思路，引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生如何思考、如何從頭開(kāi)展研究。
3.教學(xué)方法上，摒棄學(xué)生一味模仿老師的傳統(tǒng)方法。讓學(xué)生不再拘泥于按部就班地完成實(shí)驗(yàn)步驟上規(guī)定的內(nèi)容，而是開(kāi)啟主動(dòng)學(xué)習(xí)模式，自主創(chuàng)新，將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，釋放自身的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新能力，通過(guò)從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)到完成實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程來(lái)探索知識(shí)。同時(shí)將科研與課程相結(jié)合。教師可以招募適合的學(xué)生進(jìn)入到自己的科研團(tuán)隊(duì)，讓學(xué)生從小事做起，從基礎(chǔ)做起，參與到真正的科研過(guò)程中來(lái)。讓學(xué)生在科研一線(xiàn)體驗(yàn)到團(tuán)隊(duì)精神和科研能力的碰撞。通過(guò)教學(xué)的開(kāi)展，學(xué)生也能自己申請(qǐng)大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目，不斷提高科研能力。
4.實(shí)驗(yàn)考核制度完善。制定相應(yīng)實(shí)驗(yàn)考核制度，明確考核原則、目標(biāo)、方向及內(nèi)容，創(chuàng)新考核方式，將考核貫徹到實(shí)驗(yàn)過(guò)程的每一個(gè)環(huán)節(jié)中，重點(diǎn)考察學(xué)生思維是否縝密、思路是否清晰、研究方法是否正確，是否符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)。豐富考核內(nèi)容和方式，增大實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)谄谀┏煽?jī)中的比例，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程和能力培養(yǎng)的重視程度。
三、研究?jī)?nèi)容
《航空檢測(cè)技術(shù)》課程綜合化實(shí)驗(yàn)教學(xué)從教學(xué)和考核方面進(jìn)行了嘗試。
1.教學(xué)方面，始終圍繞著一個(gè)實(shí)際的工程問(wèn)題展開(kāi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生帶著實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題進(jìn)行理論學(xué)習(xí)。
在《航空檢測(cè)技術(shù)》的開(kāi)課之初，教師就會(huì)為學(xué)生布置分組申報(bào)實(shí)驗(yàn)題目的任務(wù)。讓學(xué)生自由組隊(duì)，3―4人一隊(duì)并明確每個(gè)人的分工。經(jīng)過(guò)學(xué)生課下調(diào)研討論，根據(jù)成員意愿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)題目的申報(bào)。教師會(huì)依據(jù)實(shí)驗(yàn)室硬件條件、實(shí)驗(yàn)題目的可行性和合理性，對(duì)各組上報(bào)題目進(jìn)行審核。各組成員將就選定題目制作ppt，進(jìn)行研究報(bào)告，并現(xiàn)場(chǎng)接受質(zhì)詢(xún)。過(guò)程中，每組學(xué)生會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)題目的研究背景、檢測(cè)的意義、依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)方法的可行性、檢測(cè)系統(tǒng)的搭建方案等有了一定的理解和研究，為后期的實(shí)驗(yàn)打下良好的基礎(chǔ)。
在實(shí)驗(yàn)完成過(guò)程中，學(xué)生會(huì)根據(jù)申報(bào)題目的內(nèi)容選擇不同的設(shè)備和器件，進(jìn)行系統(tǒng)搭建和實(shí)驗(yàn)。最終對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行整理分析。整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生一直是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體，教師引導(dǎo)學(xué)生思考和動(dòng)手，在系統(tǒng)搭建、故障排查、系統(tǒng)標(biāo)定、數(shù)據(jù)分析等方面培養(yǎng)了學(xué)生在科學(xué)研究、組織工作、團(tuán)隊(duì)意識(shí)等方面的綜合能力。
2.考核方面，采用更加多樣化的考核方式，綜合考量學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作與科研意識(shí)。從實(shí)驗(yàn)小組的選題、報(bào)告、實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其中，研究報(bào)告及答辯過(guò)程，教師會(huì)根據(jù)報(bào)告的內(nèi)容、ppt的制作、實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)前期調(diào)研的效果以及問(wèn)題的回答情況進(jìn)行打分，這部分成績(jī)占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的30%。在實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，教師會(huì)觀察每位同學(xué)的表現(xiàn)，從設(shè)備、器件的選型，實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)、故障排除的策略、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的參與度等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，這部分成績(jī)占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的40%。關(guān)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的書(shū)面報(bào)告部分，教師會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)選題完成情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理分析的合理性等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，這部分成績(jī)占實(shí)驗(yàn)成績(jī)的30%。經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，這種對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)全程進(jìn)行考核的方式激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)參與的熱情，提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。
四、結(jié)語(yǔ)
《航空檢測(cè)技術(shù)》課程是在各種檢測(cè)原理基礎(chǔ)上的應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)理論教學(xué)的升華。經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的實(shí)踐，將“首要教學(xué)原理”和CDIO教學(xué)理念融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過(guò)改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、完善實(shí)驗(yàn)考核制度等手段，可以充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能優(yōu)勢(shì)，更好的發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)效果，提升《航空檢測(cè)技術(shù)》課程的教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
[1]王文一，張興祥，趙義平.復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討[J].教育教學(xué)論壇，2013，（09）.
[2]劉文，胡魏.分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革及綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)[J].教育教學(xué)論壇，2013，（03）.
[3]呂亞榮，繆相林.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探索[J].教育教學(xué)論壇，2014，（18）.
[4]謝玲，惠煌，遲宗正，張政凱.高校數(shù)模電實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2016，（3）.
隨著科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展以及對(duì)工程人才素質(zhì)的高要求，靜態(tài)的課堂教學(xué)無(wú)法直接滿(mǎn)足企業(yè)對(duì)于材料工程師的要求，我們針對(duì)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的要求，對(duì)學(xué)生加強(qiáng)工程實(shí)踐教育，工程意識(shí)培養(yǎng)，提高工程實(shí)踐能力和知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，引入最先進(jìn)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，是卓越工程師班教學(xué)改革中最核心的部分。
（一）強(qiáng)化主干課程，更新教學(xué)內(nèi)容基于上述指導(dǎo)思想，通過(guò)走訪與材料專(zhuān)業(yè)相關(guān)企業(yè)的專(zhuān)家、校友、教師和部分在校學(xué)生，邀請(qǐng)企業(yè)專(zhuān)家、校友、教師座談等形式，對(duì)材料卓越班的課程體系和教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行修訂。具體方案為：首先，強(qiáng)化材料科學(xué)的主干課程，特別強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，大幅度提高專(zhuān)業(yè)課程的實(shí)踐學(xué)時(shí)比例。新課程體系直面工程，在強(qiáng)化理論教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，針對(duì)工程教育的特點(diǎn)，提高專(zhuān)業(yè)知識(shí)點(diǎn)講授學(xué)時(shí)與工程實(shí)驗(yàn)實(shí)踐學(xué)時(shí)的比例。其次，新課程體系對(duì)現(xiàn)有課程進(jìn)行了有機(jī)的融合和精簡(jiǎn)，避免了知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)講授和關(guān)聯(lián)知識(shí)間的孤立講授，特別整合和削減部分選修課，以適應(yīng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)及適應(yīng)新材料發(fā)展的趨勢(shì)。同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容大量增加相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)進(jìn)展，更新或重構(gòu)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)以適應(yīng)快速的技術(shù)發(fā)展。
（二）實(shí)施典型工程產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)式課堂教學(xué)模式卓越材料工程師班進(jìn)入專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)后，采用小班教學(xué)、單獨(dú)授課的模式，實(shí)行理論與實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)相結(jié)合，開(kāi)展典型工程產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)式課堂教學(xué)模式。在教學(xué)過(guò)程中，雖然要系統(tǒng)學(xué)習(xí)材料科學(xué)與工程的基本理論、基本方法及相關(guān)的基本實(shí)驗(yàn)技能，了解材料科學(xué)與工程與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，但是具體以工程實(shí)例為對(duì)象進(jìn)行講授，工程實(shí)例貫穿在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中。例如，在金屬材料的相關(guān)專(zhuān)業(yè)課中，以典型的軸承、齒輪、鋼件等產(chǎn)品為實(shí)例，從各零件的選材、金屬的熔煉、成型、設(shè)計(jì)加工、熱處理、性能測(cè)試和表面處理等六大部分貫穿了第3學(xué)年14門(mén)專(zhuān)業(yè)課程（圖1所示），任課教師通過(guò)教學(xué)法研究或集體討論備課將產(chǎn)品涉及的知識(shí)按照制備工藝主線(xiàn)有機(jī)結(jié)合，通過(guò)產(chǎn)品的制造過(guò)程驅(qū)動(dòng)學(xué)生去掌握相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，特別注重啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提高解決問(wèn)題的能力。該模式還強(qiáng)調(diào)講課與實(shí)踐同步，將課堂教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)同步在實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行驗(yàn)證，然后在第4學(xué)年前往本專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐基地西北軸承股份有限公司進(jìn)行企業(yè)實(shí)踐，在實(shí)際車(chē)間對(duì)該典型產(chǎn)品應(yīng)用相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行生產(chǎn)，掌握分析和解決工程問(wèn)題的工具和手段，達(dá)到生產(chǎn)實(shí)踐以及專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
（三）采用注重實(shí)踐能力的考核方式考核是教學(xué)的重要部分，通過(guò)考核可以判定學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度，達(dá)到反饋教學(xué)效果并對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行調(diào)控的目的[5]。目前有關(guān)考核方式的改革呈多元化趨勢(shì)，其方法包括課程作業(yè)、課堂表現(xiàn)、課程報(bào)告等多目標(biāo)綜合評(píng)定，形式又大都以開(kāi)卷、閉卷、多試卷交叉等，來(lái)滿(mǎn)足差異化專(zhuān)業(yè)課程的要求。本專(zhuān)業(yè)在此基礎(chǔ)上，重視對(duì)學(xué)生能力的考核，推行全程化的評(píng)價(jià)方法。首先，在課堂教學(xué)過(guò)程中在實(shí)踐性較強(qiáng)的章節(jié)采用小工程案例設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造工藝設(shè)計(jì)等方式，學(xué)生組隊(duì)分工完成設(shè)計(jì)并進(jìn)行答辯考核，該部分占總成績(jī)的40%—60%。例如在“材料科學(xué)基礎(chǔ)”的教學(xué)過(guò)程中，在金屬的結(jié)晶、鐵碳合金相圖、金屬的塑性變形等章節(jié)設(shè)計(jì)3次工藝設(shè)計(jì)，要求卓越班學(xué)生每5人為一組分工合作完成設(shè)計(jì)報(bào)告，并隨堂進(jìn)行答辯，成績(jī)占總評(píng)的45%。此外，降低了期末試卷考試的比重，同時(shí)結(jié)合行業(yè)的要求，以工程實(shí)例的方式命題，取消選擇、填空、名詞解釋等記憶類(lèi)題型，增加判斷、計(jì)算、論述以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)等，使得考核重點(diǎn)以培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力、解決實(shí)際工程問(wèn)題能力為主，讓考試更好地服務(wù)于卓越工程師工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。
（四）創(chuàng)新實(shí)踐型教師隊(duì)伍建設(shè)創(chuàng)新實(shí)踐型教師隊(duì)伍的建設(shè)是卓越材料工程師培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵，近年來(lái)專(zhuān)業(yè)教研室聘請(qǐng)了6名企業(yè)高級(jí)技術(shù)人員作為卓越工程師班的兼職教師，協(xié)助完成日常教學(xué)、講座以及實(shí)踐環(huán)節(jié)，同時(shí)還要求具有博士學(xué)位的青年教師必須前往大型國(guó)企、工程訓(xùn)練中心、實(shí)驗(yàn)中心等鍛煉3—6個(gè)月，以提高工程實(shí)踐能力。例如，新進(jìn)教師在培養(yǎng)環(huán)節(jié)必須前往東方電氣集團(tuán)、吳江工業(yè)園企業(yè)等進(jìn)行工程實(shí)踐鍛煉，這些舉措使得卓越班專(zhuān)業(yè)教師隊(duì)伍日趨合理，為培養(yǎng)高質(zhì)量卓越材料工程師奠定了基礎(chǔ)。
二、構(gòu)建創(chuàng)新意識(shí)及工程能力培養(yǎng)的實(shí)踐平臺(tái)
材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)卓越工程師實(shí)踐體系構(gòu)建時(shí)強(qiáng)調(diào)理論與素質(zhì)并重，突出實(shí)踐能力的培養(yǎng)，在原有實(shí)踐環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，針對(duì)如何提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，從實(shí)踐時(shí)間、實(shí)踐內(nèi)容、實(shí)踐方式上進(jìn)行改革，特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生在真實(shí)的企業(yè)環(huán)境中進(jìn)行理論與實(shí)際的結(jié)合訓(xùn)練，同時(shí)注重團(tuán)隊(duì)合作解決問(wèn)題模式的培養(yǎng)。與此同時(shí)，培養(yǎng)過(guò)程中還穿行專(zhuān)業(yè)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)、開(kāi)放性課題實(shí)驗(yàn)以及大學(xué)生科技活動(dòng)等創(chuàng)新能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)。卓越材料工程師實(shí)踐教學(xué)體系如圖2所示，其中第1階段在材料卓越班學(xué)生入校后即進(jìn)行專(zhuān)業(yè)認(rèn)識(shí)教育，主要安排參觀材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和分析測(cè)試中心，初步了解專(zhuān)業(yè)內(nèi)涵，培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)興趣，樹(shù)立卓越工程師的目標(biāo)；第2階段首先在西安理工大學(xué)國(guó)家級(jí)工程訓(xùn)練中心進(jìn)行基礎(chǔ)工程訓(xùn)練，培養(yǎng)基本的車(chē)、銑、刨、鍛、磨各類(lèi)材料工程師的基本功。隨后進(jìn)入2+4+16+18模式的企業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)與企業(yè)的聯(lián)合培養(yǎng)，其中2周的認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)與大型國(guó)企（金堆城集團(tuán)、西安遠(yuǎn)東公司、西安西電集團(tuán)、陜鼓集團(tuán)、西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司等）合作建立訓(xùn)練基地，以短期實(shí)習(xí)等方式與目前材料工程的發(fā)展緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工程實(shí)踐教育的目的；4周的生產(chǎn)實(shí)習(xí)在西北軸承股份有限公司建立了實(shí)踐訓(xùn)練基地，學(xué)生進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí)，直接參與產(chǎn)品的生產(chǎn)等環(huán)節(jié)，指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出解決方案，連通企業(yè)技術(shù)人員一起解決實(shí)際問(wèn)題，從而積累工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；16周的校企聯(lián)合培養(yǎng)實(shí)踐時(shí)，與大型國(guó)企構(gòu)建完善的工程實(shí)踐平臺(tái)，結(jié)合專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)，每人配備1名企業(yè)導(dǎo)師，使卓越班學(xué)生能夠借助該平臺(tái)，在機(jī)械設(shè)計(jì)、熱處理、表面強(qiáng)化、粉末冶金、分析檢測(cè)等方面全面訓(xùn)練，培養(yǎng)與提升創(chuàng)新意識(shí)和工程問(wèn)題解決能力；最后18周的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)在前面實(shí)踐的基礎(chǔ)上，選取企業(yè)目前面臨的工程問(wèn)題深入研究并提出解決方案。
（一）創(chuàng)新企業(yè)參與的實(shí)踐教學(xué)體系為推進(jìn)卓越計(jì)劃，本專(zhuān)業(yè)在構(gòu)建、改革培養(yǎng)計(jì)劃、課程體系、培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱及內(nèi)容方面均有企業(yè)專(zhuān)家的深度參與，包括長(zhǎng)春一汽集團(tuán)、二汽集團(tuán)、東方電氣、濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)，西北軸承股份集團(tuán)、陜鼓集團(tuán)、西安福萊特?zé)崽幚砉镜龋瑫r(shí)，企業(yè)每年會(huì)派遣2—3名經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師來(lái)校為卓越班學(xué)生教學(xué)，內(nèi)容涉及與企業(yè)密切相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，此外，第4學(xué)年實(shí)踐環(huán)節(jié)中企業(yè)會(huì)為每名卓越班學(xué)生配備1位企業(yè)導(dǎo)師，類(lèi)似于師徒的傳幫帶模式，形成高校和行業(yè)企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)人才的新機(jī)制。
（二）開(kāi)展以創(chuàng)新意識(shí)為導(dǎo)向的科技活動(dòng)鼓勵(lì)卓越工程師班學(xué)生積極參加各類(lèi)課外學(xué)術(shù)競(jìng)賽活動(dòng)，通過(guò)競(jìng)賽項(xiàng)目的啟發(fā)式專(zhuān)業(yè)教學(xué)，提高解決工程或?qū)嶋H問(wèn)題的能力。每年教研室積極幫助學(xué)生聯(lián)系指導(dǎo)教師制定參賽課題，動(dòng)員專(zhuān)業(yè)課教師開(kāi)放專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室，指導(dǎo)學(xué)生參加各類(lèi)科技競(jìng)賽，著重培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作能力，取得了較好的效果。僅2011級(jí)卓越材料工程師班29人中就有3人獲得國(guó)家大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽三等獎(jiǎng)，5人入選國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃，5人入選陜西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃，7人獲得省級(jí)挑戰(zhàn)杯科技競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，70人次獲得各類(lèi)課外學(xué)術(shù)活動(dòng)及其他獎(jiǎng)勵(lì)。
