“智能制造”课程教学模式与课程设计初探

2019年1月刊

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0 引言

制造业是我国国民经济的主要支柱[1]，飞行器制造业是制造业中核心的高端产业，推动着中国航空航天事业的高速发展[2]。飞行器制造工程专业的人才培养应当紧随高端制造业的发展脚步，不断输送后备力量。随着人工智能技术的不断发展，当前的制造业已经由数字化制造、网络化制造逐步迈向智能制造的新兴交叉型行业[3]。近年来，国家相关政策的提出，也给中国发展高端制造业，特别是航空航天重大实际需求催生的智能制造提供了更多机遇及要求。“智能制造”作为一门新兴的制造类专业课程，其人才培养关系到中国未来高端制造业的发展前途，其课程设计、教学案例、教学方法、培养模式均与传统的机械类学科有所不同。因此，本文针对飞行器制造工程专业的本科生培养需求，结合学科特点，对“智能制造”课程教学模式、课程大纲与课程内容设计进行深入研究。

“智能制造”课程教学模式

与课程设计初探

许 可，李迎光，刘长青，郝小忠

（南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016）

【摘要】 “智能制造”作为一门新兴的高等教育制造类专业课程，对未来的飞行器制造领域有着举足轻重的作用。本

文基于飞行器制造工程专业的学科背景，探讨了“智能制造”课程的教学模式、课程大纲与课程内容设计。其中，教学模式围绕探讨性授课与自主性探索展开，进行中借鉴了PBL （Problem-Based Learning ）教学法；课程大纲包括背景介绍、难点分析、内容阐述3个部分，结合航空航天制造的案例与难点，围绕智能制造的3个基本范式重点阐述，完成课程的教学内容编排。

【关键词】智能制造；飞行器制造；制造类课程；课程设计

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-5065（2019）01-0038-05

收稿日期：2018-10-10

作者简介：许可（1989—），男，江苏南京人，博士，讲师，研究方向为数字化制造与智能制造；

李迎光（1976—），男，河北衡水人，博士，教授，研究方向为数字化制造与智能制造；

刘长青（1986—），男，河南开封人，博士，副教授，研究方向为数字化制造与智能制造；

郝小忠（1980—），男，江苏泰州人，博士，高级实验师，研究方向为数字化制造与智能制造。

基金项目：2015年江苏省教育厅高校品牌专业建设工程项目“机械工程”（项目编号：PPZY2015A021）；江苏省研究生教育教学改革研究与实践重点课题“依托国际联合实验室培养航空航天制造类创新型人才的固溶模式”（项目编号：JGZZ16_010）；江苏高校青蓝工程优秀教学团队“航空复杂零件智能制造教学团队”（项目编号：暂无）；南京航空航天大学教师教学能力提升研究重点课题“本科生‘科研助理’机制研究与实践”（项目编号：1611JF0502Z ）。

2019年

1月刊

1 飞行器制造工程专业制造类课程

教学现状

飞行器制造工程的基础学科为机械制造工程。虽然目前针对飞行器制造工程专业的课程体系已有大量研究[2,5-9]，然而针对该专业的制造类基础课程大多依旧采用传统的机械制造类课程，如“机械制造基础”“数控加工技术”“CAD/ CAM技术”等。随着制造领域智能化技术与智能制造模式的不断发展，这些课程内容已经略显陈旧，难以匹配当今制造业的发展趋势。

另外，飞行器制造是机械制造中较为高端的制造产业，其制造精度、性能要求等量化指标都需要依托更为先进的制造技术来实现。而传统的机械制造类课程所讲授的制造技术与案例通常都以传统机械加工为需求[10,11]，难以满足飞行器制造中的高端需求。

撇开教学内容不谈，目前针对制造类专业课程的教学模式大多采用大班授课制[12]，教学效果一般。制造类课程涉及大量概念性原理与经验公式，对于实际加工经验严重缺乏的学生来说既枯燥又难以理解，若不从根源上改变教学模式，则易导致教学效果不佳。

2 人工智能技术发展下的“智能制

造”课程新模式

智能制造，顾名思义就是将人工智能技术与制造技术相融合所形成的新的制造技术与制造模式。纵观制造业发展，从最初的手工制造到随着计算机技术发展而兴起的数字化制造，到随着网络技术发展形成的网络化制造，再到当今依托人工智能技术正在不断发展的智能化制造，每一阶段都有其标志性的制造技术与制造模式。例如，在航空航天数字化制造体系中，计算机辅助制造与数控技术是较为典型的数字化制造范式，也是当前飞行器制造工程专业制造类课程涵盖的重点领域。

我国在20世纪60年代就提出了设计制造一

体化的想法[14]，“十五”（2001—2005）期间，

航空企业成功将数字化技术应用在多个型号发动

机的研制生产中，也促使数字化制造占据了航空

航天制造的主导地位。然而，随着智能技术的不

断发展和制造大数据的不断积累，通过数据驱动

的智能制造新模式正不断颠覆传统的制造理念，

也为制造学科的课程大纲与教学内容提出了新的

需求与挑战。与目前主流的数字化制造相关课程

不同，智能制造目前仍处于快速发展阶段，结合

人工智能的各类制造新模式与新技术呈爆发式

增长的态势。而这部分知识目前大多集中在各

类学术论文中，尚无系统性的总结与提炼。因此，本文结合飞行器制造工程的应用背景与该专

业本科生的知识结构，基于智能制造学科的发

展特点，提出一种“智能制造”课程的教学新

模式。

该课程的教学环节包括探讨性授课、自主性

探索、答辩汇报。在探讨性授课阶段，由南京航

空航天大学（以下简称“南航”）教授分别介绍

智能制造的发展历程及智能制造的3种范式，由

英国、瑞典高校的教授介绍前沿的智能制造新模

式及其在工程领域中的应用案例。课程的最后10

分钟设为开放式讨论环节，教授给出一个与本课

程内容相关的议题，该议题通常无标准答案。学

生之间可自由讨论，也可与教授探讨，若对该议

题产生浓厚兴趣，则可以建立小组进行自主性探索。该课程不设期末考试，最后两次课设为答辩

汇报，由学生分组上台对探索议题进行演讲，演

讲内容需包括该议题的内涵与外延、国内外研究

现状、关键技术与难点、实际应用价值等。演讲

过程中，教授与其余小组成员可随时提问，并在

演讲结束时对该组进行打分，分数纳入总成绩。

针对自主性探索的分组，建议由3～4名学生组成

一个小组，每个小组就该组选择的议题展开研究。由于议题数量有限，为保证课程质量，该课

程规模需控制在30人以内，既保证了议题的合理

分配，也能够让学生充分参与讨论环节。

该课程议题的选择方法对该课程的最终教

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