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机械类专业工程教育改革与创新东南大学张远明101000134@seu.edu.cn1.先进制造技术发展趋势和装备制造业的现状1.1先进制造技术发展趋势（1）向“数、精、极、自、集、网、智、绿”这8个方面发展，彼此渗透，相互依赖，相互促进，形成一个整体。“数”是发展的核心，指制造领域的数字化。以设计为中心、以控制为中心和以管理为中心的数字化制造。“精”是发展的关键，指加工精度及其发展。以超精密加工的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表,将进入微型机械电子技术和微型机器人的时代。20世纪末年已达到１－１０nm；ATP酶（分子马达）,轉速最大每秒可轉八次，續航力一百五十分鐘.在21世纪初开发的分子束生长技术、离子注入技术和材料合成、扫描隧道工程(STE)可使加工精度达到１nm；美国康纳尔大学研制成的纳米直升机示意图现在精密工程正向其终极目标-原子级精度的加工逼近,也就是说,可以做到移动原子级别的加工。用扫描隧道显微镜的针尖在铜表面上搬运和操纵48个原子，使它们排成圆形。芯片多层结构示意图超净:加工车间尘埃颗粒直径＜1μm，颗粒数少于0.1个/inch3；2）超纯:芯片材料有害杂质，其含量要＜1/109；3）超精:加工精度达纳米级。“极”是发展的焦点，就是极端条件，是指生产特需产品的制造技术，必须达到“极”的要求。“微机电系统”就是其中之一。“自”是发展的条件，“自”就是自动化。实现了机械制造系统自动化。普遍采用CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM/ERP。在加工技术方面也已实现了底层的自动化。包括广泛地采用加工中心(或数控技术)、自动引导小车(AGV)等。“集”是发展的方法，“集”主要指现代技术的集成、加工技术的集成、企业集成等。北京第一机床厂通过实施C1MS工程，主导产品设计周期缩短1／2，库存占用资金减少10％，生产计划编制效率提高40一60倍。C1MS工程“网”是发展的道路，“网”就是网络化。制造技术的网络化不可阻挡，它的发展会导致一种新的制造模式，即虚拟制造组织。“智”是发展的前景，智能制造作为一种模式，是集自动化、集成化和智能化于一身的先进制造系统，也是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统。高精度和快速3D机器人视觉系统显示天窗的组装并进行完整的质量检查“绿”是发展的必然“绿”就是“绿色”制造。人类必须从各方面促使自身的发展与自然界和谐一致。清洁生产技术既可满足人们的需要，又可合理使用自然资源和能源并保护环境的实用生产方法和措施。其实质是一种物料和能耗最少的人类生产活动的规划和管理，将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产过程之中。日本Mazak公司在产品综合样本中展示出一种未来机床，在结构布局上也已突破了传统机床原有的格式。该机床在外形上犹如太空飞行器,加工过程中噪音、油污、粉尘等将不再给环境带来危害。1.2机械工业现状和发展（1）主要成绩规模跃居世界首位2010年机械工业增加值占全国GDP的比重已超过9%;工业总产值从2005年的4万亿元增长到2010年的14万亿元，年均增速超过25%，在全国工业中的比重从16.6%提高到20.3。2009年，我国机械工业销售额达到1.5万亿美元，超过日本的1.2万亿美元和美国的1万亿美元，跃居世界第一，成为全球机械制造第一大国。装备保障能力显著增强“十一五”以来，在高速增长的需求拉动下，我国机械产品的水平有了长足的进步，机械产品的国内市场占有率已经由2005的80%提高到了2010的85%以上，重大技术装备自主化取得了较大突破，对国民经济各行业的保障能力明显增强。TK6932型超重型双立柱数控落地铣镗床在齐二机床研制成功，该机床具有完全自主知识产权，达到了国际先进水平，可以为航天航空、大型矿山机械、大型水电机组、核电站设备等超大型工件进行加工，打破了西方技术垄断。我国造出世界最大、最先进的1万5千吨水压机,有效地解决我国核电、水电、火电、船舶、冶金、石化、煤化工业以及国防装备等领域高端大型铸锻件的生产.中国目前最大的30000吨级模锻液压机，位于重庆市西南铝业集团有限公司，于1971年制造。国家发改委正式批复二重建造8万吨大型模锻压机。该项目总投资将达到15.17亿元人民币，建设期限为两年半。我国上海和大连终于掌握了低速大功率船用曲轴制造技术－航母动力核心技术之一.国内首台、世界最大的矿用５５立方米挖掘机２６日在山西太重集团下线，这是我国２０００万吨级以上大型露天矿成套设备中的关键设备，具有完全自主知识产权，可满足世界上所有露天矿山的采掘条件72米臂架泵车创造了两项新的世界纪录，一是混凝土输送泵车臂架长度达到72米为世界第一，二是泵车混凝土输送量世界第一。在水轮机转轮稳定性和巨型全空冷发电机冷却两大关键技术上取得了重大突破，开发出具有自主知识产权的世界最大等级的全空冷水轮发电机组，是国内外水电建设史上又一个重要的里程碑。超超临界燃煤发电技术的研发和应用项目获国家科学技术进步奖一等奖，大型直接空冷汽轮机关键技术研究及设备研制项目获国家科学技术进步二等奖。1000兆瓦超超临界风冷汽轮机3兆瓦海洋风电设备，具有自主知识产权的直驱型风力发电机组国产时速350公里CRH3“和谐号”动车组标志着中国成为世界上仅有几个制造时速350公里高速铁路移动装备的国家之一。C919将在2013年底到2014年上半年期间下线，2014年实现首飞，2016年交付使用。基本型全经济布局168座，混合级156座。其标准航程4075千米，巡航速度每小时828千米。我国最新定型涡喷发动机-----太行世界最先进的3000米深水半潜式海洋石油钻井平台，作业水深可达3000米，最大钻井水深为12000米。裂解气压缩机为乙烯装置的“心脏设备”，是天津百万吨乙烯装置中最为关键的核心设备。它的安装标志着我国百万吨乙烯装置将首次装上“中国芯”。结构调整取得一定进展在资本结构方面：已实现多元化，行业内生的发展活力越来越强。在组织结构方面：企业小而散的局面有所改观，主要行业的生产集中度不断提高，尤其是汽车、工程机械、发电设备等行业更加突出。2010年，中国以超过1800万辆的年度产销量，蝉联世界第一大汽车生产国和消费国，自主品牌轿车市场份额也从2%提升至30%。在产品结构方面：新产品产值始终保持两位数增长，科技创新成果成为推动行业持续发展的强劲动力。在资产结构方面：“十一五”期间，机械行业固定资产投资持续高速增长，累计完成固定资产投资57281亿元，年均增速达到约38%。通用机械进出口贸易由逆差变顺差2006年，实现历史性的转折，首次实现对外贸易顺差。2008年，我国机械工业实现对外贸易顺差477亿美元，达到历史最好水平。2010年进出口总额达到5138亿美元，同时仍保持了进出口基本平衡，实现了顺差31亿美元。（2）存在问题自主创新能力明显薄弱我国机械工业的产业规模虽已位居世界首位，但目前高端装备仍满足不了需要，不得不大量进口。行业中低端产能过剩、高端严重不足的矛盾非常突出。基础发展严重滞后与快速发展的主机产品相比，基础零部件及优质专用材料、自控系统和测试仪器、数控机床和基础制造装备的发展明显滞后，已成为影响机械产品向高端升级的三大瓶颈。尤其是基础零部件，不但产品水平差距大，而且至今尚未引起各方面足够重视。进口高档精密轴承高档进口电机现代制造服务业发展缓慢从实物产量看，与工业发达国家相比，我国许多机械产品的产量已高居世界前列，但从全行业的销售额看，尤其是从经济效益看，这一优势并不明显，主要原因是服务性增值方面的巨大差距。产业发展方式较为粗放行业的快速发展仍以过多的资源消耗为代价，生产效率和经营效益与工业发达国家同行相比差距明显。（3）面临形势政策环境有利于行业发展党的十七届五中全会明确提出要培育和发展的七大战略性新兴产业中，机械工业就占了两个——高端装备制造业和新能源汽车，而且其他5个战略性新兴产业也都离不开机械工业的支撑。需求变化要求产业升级内需形势：机械产品市场需求总量仍将保持持续增长。由于宏观政策注重经济转型升级和科学发展，对机械产品品种、质量和水平的要求将受到更多关注。外需形势：出口量仍将不断增长，机械工业的外向型程度将继续提高。在此过程中，外部需求也将促进机械工业产品质量的提高和水平升级。2011年以来机电产品进口额、出口额累计同比增速能源资源约束更趋强化高耗能、高污染、高消耗问题，加剧了能源、资源的供需矛盾和环境压力。要提高我国能源和资源利用效率，都要求先进机械装备的支撑，从而也必然会促进机械产品的结构调整和升级。国产百万千瓦超超临界燃煤机组,机组热效率高达４５％，烟气脱硫装置效率９５％以上，除尘效率高达９９．９％。行业瓶颈凸现呼唤转型必须加快发展方式的转变，由过度依赖于消耗能源、资源和增加环境成本转向更多地依靠技术创新、管理创新和劳动者素质提高实现增长。（3）指导思想和发展目标以转变发展方式为主线，转型升级为方向，推进机械工业产业结构调整和优化，按照“主攻高端、创新驱动、强化基础、两化融合、绿色为先”的总体要求，提高发展质量和效益，实现全行业由大到强的战略目标。2.机械专业高素质人才培养体系的建设与实践社会活动和生产过程呈现出学科交叉、综合集成、高速发展等特质，要求高校培养的学生应是复合型创新人才。重理论轻实践，学科与学科和专业与专业之间相互隔离，导致在教学理念、培养模式等方面难以适应工程内涵变化带来的调整。培养的学生因工程知识和能力结构单一、自主研学和创新能力弱而难以应对现代工程综合性、复杂性、多样性等的挑战。2.1研究的背景和理念（1）背景（2）建设理念提出“工程实现”的理念，并用其蕴含的“知识、能力、素质”一体化思想和“目标、过程、效果”一体化特质作为人才培养模式和体系建构的出发点与归属点。让每一位学生都经历“工程知识学习、工程实践训练、工程经验积累”过程中的循序渐进、逐步积淀、技术内化、能力养成，将学习知识、运用知识、创造知识有效结合起来。增强通识教育，拓宽学科基础，提出机械类课程体系以“机械设计、机械制造、机电控制、生产保障”四条主线进行建设。依据“立足专业特点、面向工程实际、注重能力培养、提高综合素质”的实践教育思想和“理论与实践、基础与前沿、经典与现代、原理分解与综合设计、渐进习得与研究探索”相结合的实践项目设计原则，打破学科界限和课程壁垒，对全校机电类实验课程、实验项目进行重组与优化，强调多学科融合。创新始于问题、源于实践，创新能力的培养应该从低年级开始，应该贯穿教学全程、贯通课程内外。让“创新”成为学生在学习中的一种自觉习惯。以“工程实现”理念为指导，创建了以“四个体系、两个机制、一个基地为主要内容、体现“理论教学、实践教学、自主研学”三位一体的机械类人才培养新模式。2.2机械类人才培养新模式（1）机械类课程体系梳理并重整专业知识领域、知识单元及知识点，根据循序渐进的认知规律，组建课程、课程群（系列课程），形成四主线、三层式（基本核心、拓展提高、专业应用与学科研讨）的机械类课程体系（见图2）。经过系统建设，已形成国家、省、校三级精品课程体系和系列优秀教材，其中国家精品课程5门、江苏省级优秀课程8门、校级优秀系列课程（课程群）3个；编著出版“十二五”国家级规划教材3本，获全国精品教材1本，江苏省精品教材奖2本，教育部、江苏省网络教材、多媒体课件奖10余种。（2）实践教学体系创建了含工程基础训练、学科基础训练和工程实现训练三层次，贯穿设计、制造、机电控制和生产保障技术四主线，多模块、开放式、研学型、适应“工程实现”能力培养需要的实践教学体系。基于多学科教师的教研或科研成果，创设实践课程、研学项目、创新项目和学科竞赛等载体，实现多学科知识学习与应用的融合。形成面向全校所有专业服务，满足机械等多个学科人才培养体系需求，知识结构科学，课程配置优化，形式多样，内涵丰富的实践教学体系。新开实验课程12门新开实验项目183个省级以上“大学生创新性实验项目”130项校级SRTP项目620项省级以上各类竞赛9项开出实践课程37门，其中国家