- 文档大小:394.47 KB
- 文档格式:pdf
- 约 5页
- 2022-04-11 发布
- 举报
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
- 1、本文档共5页,内容下载后可编辑。
- 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
- 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
复合材料结构设计人才培养的几点思考 2016年7月 复合材料结构设计人才培养的几点思考 袁国青 (同济大学航空航天与力学学院复合材料与结构研究所,上海200092) 摘要:业内专家已深刻地意识到影响我国复合材料在高性能结构上广泛应用的最主要的原因之一是复合材料结构设计 人才的匮乏,因此做好复合材料结构设计人才的培养工作已成为推动复合材料在若干重要产业领域创新应用发展的关键。本 文围绕有关概念、培养方法和培养标准等给出了作者的若干思考,抛砖引玉,愿能对推动复合材料结构设计人才的培养工作有 所裨益。 关键词:复合材料结构;设计;人才;培养 中图分类号:TB332 文献标识码:A —— 文章编号:1003-0999(2016)07009605 环顾当今世界,复合材料结构的地位因为其在 波音787、空客350以及在其他重要结构物上的创新 应用而得到世人的广泛认可。但把眼光收回到国 内,我们清醒地看到我们要把这具有诸多优势的结 构自主地用好、用到世界水平,却还是需要业界砥砺 奋进的。这其中有许多值得探讨的事情,如路径问 题。怎样才能较快地走到世界的前列?关于此我们 的业界已在做出许多有价值的探索¨ ,,如重视顶 层设计和开展有组织的研发、引进先进技术、加强预 先研究、全球招聘一流人才、开展与代表国际先进水 平公司的合作等,且已取得不少成效。但长远看,怎 样培养出具有世界一流创新能力的复合材料结构设 计与制造的人才恐怕才是最关键的,而且关于这方 面人才培养的重要性、迫切性已有不少论述¨ ,这 里并不拟在此再做展开。本文重点就若干基本概 念、人才培养方法、不同层次人才的培养标准等谈一 点儿自己的思考。 l几个概念 1.1复合材料结构 “ ” 在各类复合材料书籍中,关于复合材料的定“” 义讲得比较多,但将复合材料结构作为一个完整 的术语对其内涵予以界定的并不多见,为避免引起 歧义,本文将对其内涵做如下定义。 所谓复合材料结构是指由复合材料原材料应用 某种成型工艺制备而成的复合材料构件,或进一步 按照某种方式联结在一起的、能承受一定荷载作用 的复合材料物体或物体系统。① 复合材料结构不同于传统材料结构的是:其 材料与结构是同一的,不是买来复合材料后再加工 成的结构物,而是采用复合材料成型工艺使用复合 材料的原材料,在制得复合材料的同时也制成了复② 合材料结构;复合材料及其结构的性能对工艺的 依赖性强。 1.2复合材料结构设计 “ ” 复合材料结构的设计是以适用、安全、经济 为原则,根据该结构对应产品的功能要求,综合考虑 原材料、工艺、成本、成型效率等因素,以及已有的相 关工程实践经验、复合材料结构概念设计的知识、有 “” 关规范等,设定该结构的可选布局(可谓设),通 过理论计算、数值模拟与模型或实物的试验(可谓“ ”“ ” 计),确定出一个适用、安全、经济的结构方案, 并以平面图纸、3D数模、技术文件等形式表达出来 的一种技术活动。 “” 上述所讲适用的要求决定了结构所受的主 要载荷、所处的环境、外形及边界连接的限制条件“” 等;安全方面的要求则明确了结构在遭遇各类工 况下应处的应力、变形和稳定状态等,其应具有足够 “ 的强度、刚度和稳定性,以及恰当的振动特性等;经” 济方面的要求应区分原型机研制成本、小批量产成 本和与产品属性呼应的大批量产成本等而开展有区“ 别的评价;既要看一次性投入成本,还要看全寿命” 成本;要分析原材料、工艺、设计、试制与验证、研制 或生产周期等各成本影响因素的构成情况,以做出 收稿日期:2016一O1.I1 作者简介:袁国青(1967.),男,博士,副教授,主要从事复合材料与结构方面的教学和科研工作。 FRP/CM2016.No,7 2016年第7期 玻璃钢/复合材料 合理的材料、工艺和结构方案的选择。成本关乎产 品研发的成败,决定着复合材料结构的实际竞争力, 因此应引起足够的重视。 鉴于复合材料结构与传统材料结构的差异,在 进行复合材料结构设计时还要求同时完成原材料选 择和复合材料性能的设计工作,设计人员还需同时 考虑成型的工艺方法。 1.3复合材料结构设计人才 所谓复合材料结构设计人才即能胜任复合材料 结构设计工作的人,其应能按照复合材料结构设计 的总要求,运用恰当的设计方法,独立或与团队共同 承担企业、社会或国家发展提出的复合材料结构的 设计任务,甚至能自主地根据复合材料的优势和特 点、既有结构产品的不足或缺陷、潜在的市场需求提 出复合材料结构开发目标进而组织完成结构方案的 设计。 客观上我们可以根据其实际能从事的设计工作 的复杂和难易程度,将之分为若干个层次,譬如套用 我国既有的职称体系,可将之分为助理级、中级、高 级和高高级四个等级。对应我国人才培养的学位体 系,可分为学士级、硕士级和博士级。 2复合材料结构设计人才的培养方法 基于复合材料结构设计所需的知识、经验等的 综合性、复杂性,国际上认为培养一个成熟的复合材 料结构设计工程师至少需要十年J。这一方面说明 复合材料结构设计工程师需要培养、也可以培养,同 时也说明其培养的不易。国内航空复合材料专家陈“ 绍杰老师一直在讲我国复合材料结构应用水平的 落后与我国复合材料结构设计工程师的匮乏密切相” 关。那么在对培养这类人才无异议的情况下,我们 遇到的问题是这类人才该怎样培养?国外有没有现 成的模式可供借鉴?是优先在高校里培养还是应更 重视企业内培养?这涉及对复合材料结构设计属性 的认识、人才培养的一般规律、国内外可资借鉴的经 验及我们的实践总结和理论思考等。 2.1复合材料结构设计的属性 复合材料结构设计是依具体产品而展开的,要 很好地设计一个复合材料结构,必须对该产品的功 能定位、性能要求有较为准确的理解,因此开展复合 材料的结构设计必须对产品本身的背景有较全面的 了解。而不同产品的背景和要求往往差别很大,如 大型民用飞机复合材料结构和汽车复合材料结构、 风电叶片结构等,其性能要求、可接受的成型方法等 差别就很大;外加复合材料与结构的同一性、复合材 料及其结构的性能对工艺的强依赖性,一方面决定“ ” 了该项工作的工程属性,另一方面又决定了其的“” 学科交叉属性。 “ ” 复合材料结构设计的工程属性决定了其往 往需要一个团队协同工作来完成,尤其是一个新的、 复杂的复合材料结构的设计。 某一给定背景的复合材料结构物的设计,需要 设计人员有一定相关行业的背景知识,同时又需要 他们掌握复合材料学、力学、结构设计等的知识,涉 及复合材料原材料、工艺、检测、力学理论和实验、数 值仿真、计算机绘图等多方面的知识¨ 击j。而这些知 识的传授在既有的大学学科体系及专业设置中没有 对应的培养方案,常常是材料学院、力学专业、飞行 器设计专业等均有一定的涉猎,但面对复合材料结“”“ 构设计的要求都显得缺斤短两,实际上的学科 ” 交叉属性,决定了其设计人员的培养需突破原有培 “” 养模式的限制,转而应大胆探索一种学科交叉形 式的新培养模式。 2.2复合材料结构设计人才培养的学科交 叉模式 基于对复合材料结构设计属性的认识,我们在 培养复合材料结构设计人才时应当打破原有的专业 界定,转而采用一种学科交叉模式的培养方案,具体“ 宜以在传统专业中设置复合材料结构设计与制” 造专业方向来落实,即其可在传统飞行器专业、汽 车专业等中增设复合材料结构专业方向来实现培养 目标。当然也可考虑在复合材料与工程专业增设飞 行器结构、汽车结构等方向。在设置新方向后,应对 原专业培养方案做出相应调整,以确保培养复合材 料结构设计能力所需的专业基础和专业知识能通过 设置的相应课程传授给学生。要实现这一点,需要 在学校层面进行设计,也可以通过相关学院问的合 作来推进,当然不排除部分学院本身的学科设置就 有较好的交叉性,其可在学院内部就完成这样的交 叉人才的培养,必要时再少量引入一些师资即可。 总之,各校可因校制宜,根据自己的学科特长, 制订出有自己特色的培养方案,开展相关人才的培 |☆ ∞ % 0 FEt1),, 2I6.l0j7 精 0 计#一 98 复合材料结构设计人才培养的几点思考 2016年7月 养。如同济大学即是在航空航天与力学学院飞行器 专业设置了复合材料结构设计与制造专业方向。 这种交叉模式的人才培养方法还有利于培养懂 复合材料结构的产品研制总师,从而更有利于在其 岗位上推进先进复合材料的应用。 当然这样的专业改造也必然会带来一些争议, 譬如有人会认为弱化了原专业的课程,必然使原定 的培养目标不能很好地实现,也有人会认为这样培 养出来的人会几不像,什么都不精,等等。要注意, 平息争议的关键是要让大家知道新设专业方向的培 养目标本就不再是原专业传统意义上的培养目标, 只要新确立的人才培养目标符合社会对相关人才的 需求且能切实实现该培养目标,则不必在意他人一 时的不理解。 同济大学在飞行器专业设置的复合材料结构设 计与制造专业方向拟定的培养目标是懂航空、知材 料、晓制造、会设计复合材料结构的卓越工程师。现 开设的相关课程主要包括:力学与航空概论、理论力 学、材料力学、流体力学、空气动力学、飞行器结构力 学、弹性力学、飞行器结构设计、航空材料、飞行器总 体设计、飞机疲劳与断裂、飞行器设计与制造软件实 践、新技术跟踪;冲压工艺与钣金、飞机装配工艺、计 算机辅助飞机制造、航空维修技术;计算机图形学课 外上机、小飞机设计与制作;复合材料力学、复合材 料工艺学、复合材料试验技术、复合材料结构设计、 复合材料结构CAE、复合材料结构的损伤与修复、复 合材料结构设计的课程设计等。 另外在课程教学中,除基础课实验外,在方向课 群中还开设了31个实验项目,共102学时的课内实 验,还可围绕各级大学生创新研究计划(SITP)项目 等开展相应的课外自主实验。在复合材料结构CAE 课程中,教师结合近年来的科研工作,提炼出了若干 有实际背景的分析题目,让学生人选一题,作为课程 大作业的题目;复合材料结构课程设计的内容也是 从某教练机复合材料垂尾中直接凝练出来的,载荷、 外形是全真数据,然后设定一些方案,让每人都能独 立地接受一次较为完整的结构设计训练。同时我们 积极鼓励学生参加各种竞赛,如SAMPE学会组织的 超轻复合材料机翼、桥梁的竞赛等。学生参加SAMPE 学会组织的这种竞赛活动对他们来讲是一次重要的 进行复合材料结构的设计、制备与验证的实践机会, FRP/C2)6..1 可使他们的综合能力得到一次很好的锻炼。多年来 所取得的优异成绩也充分印证了其价值,特别值得一 提的是学生在2014年赴美参赛取得了四个单项 第一、一个单项第二、总分第一名的优异成绩;在 “ 2015年首届由中国复合材料工业协会主办的上纬” 杯全国大学生复合材料设计与制作大赛中获一等 奖1名,三等奖2名。这些成绩的取得一定程度上 反映了该专业方向的培养方案是符合人才培养规律 的,因为这两个赛事的内容恰恰是要求学生具备一 定的设计与制备的知识和能力。 2.3借鉴国外经验,加强校企合作,努力培 养卓越的复合材料结构设计工程师“ 我国的高等教育重大改革计划卓越工程师教” “ ” 育培养计划(以下简称卓越计划)把创新能力 强、能适应经济社会发展需要的、高质量的工程师称“ ” 为卓越工程师,卓越工程师应是面向工业界、面 向未来、面向世界的J。对照我们要培养的复合材 “ 料结构设计工程师的目标,其自然应列入卓越计” 划并按相关规律进行人才培养。这方面国外的一 些成功经验值得我们很好地借鉴。 德国之所以能长期保持其世界工业强国的地 “ ” 位,与其培养的工程师十分卓越密不可分,德国 的职业教育体系突出实践取向,多采用学校与企业 紧密结合的双元合作教育模式,人才培养由校企共 同承担,学校负责理论教学,企业负责实践教学,并 为毕业生提供工作岗位J。 “” 美国高等工程教育着力培养的是通才工程师¨ ,特别重视交叉专业人才的培养,这一点很值 得我们借鉴,因为在学科交叉领域常常蕴藏着太多 的创新机会。同时他们也非常重视发挥企业在工程 师教育领域的作用,或通过校企联盟,或通过在工程 院系设置工业咨询委员会,来了解工业界的呼声,拉 近校企之间的距离,争取企业在人力和物力两方面 对学校教育的支持。 法国的工程师教育也同样非常重视与企业界建 立紧密的伙伴关系,通过设立有大公司高管参加的 校董会,聘请来自企业的兼职教授,为学生创设赴企 业逐级递进实习的机会,使企业能有效参与学校管 理,使培养出的学生能更好地适应社会的需求和未 来的发展趋势¨ 。 相比较国外的这些成功模式,我们在校企合作 2016年第7期 玻璃钢/复合材料 上做得还非常有限。因此加强校企互动,努力创设 学生参与复合材料结构设计与制造实践的机会是非 常重要的,也应当是我们教学改革的重要方向。 从近两年我们召开的来自国内航空、航天研究 院所、工厂的专家参加的专题研讨会上有关专家的 反馈意见来看,他们多数对校企合作开展人才培养 工作是有积极性的,只是目前并无现成的模式,各家 单位也各有自己的一些困难,需要在具体推进中分 门别类地去解决。相信通过努力,签订校企合作的 工程实践中心、实习基地等的协议是完全可能的,落 到实处这种合作可能以短期的见习实习、较长周期 的深度实习、准长周期的校企联合毕业设计、联合开 设课程或讲座、互聘兼职教师、联合指导研究生、开 展项目合作等形式呈现。 考虑到教师队伍中也存在实践经验不足的问 题,因此加强教师到企业的践习锻炼也应引起重视。 我们还应重视组建校企联合专业建设教学指导 委员会,使校企合作办学能更加规范化、常态化。 2.4准确把握面向世界的要求,真正打开学 生在复合材料结构设计领域的国际 视野 在复合材料结构设计领域,我国与国际先进水 平还有较大的差距,为使我们培养的学生能较快地 站到世界复合材料结构设计领域的前列,教师队伍 的业务能力自然是很重要的影响因素;另外在教材 建设,实验室软、硬件条件建设等方面也要把握世界 的发展水平,努力创设好的环境,使学生有更多接 触、学习、使用世界最新设计工具的机会。同时要重 视与世界上有影响的复合材料结构设计开发方面的 中心、研究所、公司建立合作关系,在人才引进、学生 留学、学术交流甚至项目研究方面建立形式多样的 合作关系。 在全球化的今天,多争取一些与跨国公司的合 作机会,也是可选择的一条开阔学生国际视野的好 途径。请一些海外著名专家、学者经常到学校直接 面向学生开设一些课程或做一些行业前沿发展趋势 的报告、讲座也是非常好的。现在国家正在推动的 模块化教学工作也为此提供了很好的契机。 寻找对口的国外大学开展国际合作办学是另外一 种途径,加强全英语或双语课程的建设也可为开 拓学生的国际视野奠定一个好的基础。 3不同层次复合材料结构设计人才的培养 标准 正如1.3节中所言,人才是有层次之分的。站 在高校的角度,我们可以从本科、硕士和博士三个层 次对其探讨。当然即使同样是本科,不同高校同一 专业的培养目标也可以有层次之分,不应理解为有 高低之分,而应归于特色定位有别。 文献[8]中给出了本科、硕士和博士层次卓越 工程师培养的通用标准,应该说针对复合材料结构 设计工程师而言还有其专用标准部分。以下是我们 提出的本科层次复合材料结构设计预备工程师的“” 卓越标准: 初步具备选材的能力(了解常见的复合材料的 原材料性能,具备测试复合材料及其组分材料的主 要物理、力学性能的能力);了解各种复合材料成型 工艺的特点,并能通过课程教学或到企业实践积累 初步的复合材料及其结构物的成型经验;掌握一定 的复合材料及其结构的力学知识,掌握较好的复合 材料结构设计的概念,具备初步的结构设计能力,能 独立应用复合材料结构CAE软件完成一些常规的 分析任务;初步具备开展结构试验方案设计和完成 结构试验的能力、具有熟悉常见的无损检测手段并 能积累初步的使用经验。同时学生应对复合材料结 构领域世界范围内的一些发展动态有一定的了解, 富有创新精神和团队协作意识。 硕士层次和博士层次的培养标准则应分别依据“ 具备设计开发出拥有自主知识产权的新产品或新 工程项目的能力,设计开发的产品或工程项目应在 ”“ 国内市场具有竞争力、具备创造出具有国际竞争 力的专利技术、专有技术、尖端产品或高技术含量的 工程项目的能力,所研究开发的技术、产品或项目应 ” 具有国际竞争力的培养目标¨ 加以研究确定。 4结 语 复合材料结构设计人才的严重缺乏已影响到飞 机、汽车、船舶、能源设备等的发展水平和竞争力,这 绝不仅仅是复合材料产事业发展快慢的问题,而直 接攸关我国若干制造业的综合竞争力和可持续发 展,甚至关乎环境的改善和民众的福祉,因此我们当 | |0 100 复合材料结构设计人才培养的几点思考 2016年7月 认真研究其培养规律、方法和标准,并积极行动起 来,为培养卓越的复合材料结构设计人才献计献策、 抓铁留痕。 参考文献 [1]陈绍杰.我国先进复合材料技术领域的问题与差距[J].高科技 纤维与应用,2015,40(3):l一7,21. [2]杜善义,关志东.我国大型客机先进复合材料技术应对策略思 考[J].复合材料学报,2008,25(1):1-l0. [3]沈真.碳纤维复合材料在飞机结构中的应用[J].高科技纤维与 应用,2010,35(4):1-4,24. [4]陈绍杰.论我国先进复合材料产事业的发展【J].高科技纤维与 应用,2013,38(1):1-11. [5]王荣国,矫维成,刘文博,等.玻璃钢/复合材料行业学科建设 及人才培养回顾与展望[J].玻璃钢/复合材料,2014(9):9-l1. [6]陈绍杰.复合材料技术发展及其对我国航空工业的挑战[J].高 科技纤维与应用,2010,35(1):1-7. [7]张博明,杨继萍.航空复合材料学科发展研究[R].201O一2ol1 航空科学技术学科发展报告. [8]http://baike.baidu.corn/subview/10905/8129128.htm. [9]王连成.工程系统论[M].北京:中国宇航出版社,2002:8.“” [1O]林健.卓越工程师教育培养计划通用标准研制[J].高等工 程教育研究,2OLO(4):21-29. “ ” [11]刘建强.德国应用科学大学模式对卓越工程师培养计划的 — 启示[J].中国高教研究,2010(6):5052. [12]鲁正,武贵,熊海贝.美国高等工程教育及启示[J].高等建筑 教育,2013(3):43_47. [13]杨晓芳.法国工程师教育模式及启示[J].高等建筑教育,2013— (3):4850. [14]武丽民,张胤.论卓越工程师的层次化培养问题[z].文教资 — 料,2014,35:126127,131. [15]于福莹.我国硕士层次卓越工程师培养模式探析[Z].教学研 — 究,2011,34(3):2831. SoMETHoUGHTSoNTRAININGCOMPOSITESTRUCTUREDESIGNTALENTS YUANGuo-qing (InstituteofCompositeMaterialsandStructures,SchoolofAerospaceandEngineeringMechanics, TongjiUniversity,Shanghai200092,China) Abstract:Industryexpertshavedeeplyrealizedthatoneofthemainreason,whichaffectscompositematerials thatarewidelyusedinadvancedstructureinourcountr y,isthelackofcompositematerialstructuredesigntalent. Soithasbecomethekeyofcompositematerialsinnovationapplicationdevelopmentinsomeimportantindustrythat howtotraincompositematerialstructuredesigntalents.Inthispaper,somethoughtsabouttherelatedconcept, trainingmethodsandtrainingstandardsarepresented.Servingasamodestspurtoinduceotherpeopletoconcernit, thepapercanpromotecompositestructuredesigntalentedpersonSraisework. Keywords:compositestructure;design;talents;training 妤 l讧7
您可能关注的文档
- “离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究.pdf
- “神舟七号”飞船舱外航天服防护头盔组件的研制.pdf
- “十二五”复合材料发展重点和方向解读.pdf
- “珠串”堆叠超结构的介孔铁酸锌的制备与表征.pdf
- (001)应变对正交相Ca2 P0.25 Si0.75能带结构及光学性质的影响.pdf
- 0.8设计系数用X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂行为.pdf
- 0.20mm CGO硅钢高温退火Goss晶粒起源及异常长大行为研究.pdf
- 0Cr16Ni5Mo低碳马氏体不锈钢的热变形行为及其热加工图.pdf
- 0Cr17Ni4Cu4Nb钢制螺钉断裂原因分析.pdf
- 1.5MW风机叶片模具加热工艺研究与技术创新.pdf
- 1.5MW风机叶片VARI工艺模拟分析及验证.pdf
- 2.5维机织复合材料低速冲击性能研究.pdf
- 2.25Cr-1Mo钢后续热处理中的磷偏聚行为.pdf
- 2A50锻铝三点弯曲试验与高分辨率CT成像分析.pdf
- 2A12与2A11铝合金超声波焊接工艺与组织研究.pdf
- 2MW风机复合材料叶片材料及工艺研究.pdf
- 3Cr2W8V模具钢激光表面相变硬化层性能的研究.pdf
- 3D打印技术及先进应用研究进展.pdf
- 3D打印技术研究现状和关键技术.pdf
- 5%鱼藤酮悬浮剂的研制.pdf
- 村长
- 该用户很懒,什么也没介绍
相关文档
- “离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究.pdf2021-11-235页
- “神舟七号”飞船舱外航天服防护头盔组件的研制.pdf2021-11-233页
- “十二五”复合材料发展重点和方向解读.pdf2021-11-232页
- “珠串”堆叠超结构的介孔铁酸锌的制备与表征.pdf2021-11-235页
- (001)应变对正交相Ca2 P0.25 Si0.75能带结构及光学性质的影响.pdf2021-11-236页
- 0.8设计系数用X80管线钢在近中性pH溶液中的应力腐蚀开裂行为.pdf2021-11-237页
- 0.20mm CGO硅钢高温退火Goss晶粒起源及异常长大行为研究.pdf2021-11-237页
