郭霖瀚，比 譯，康 銳，馬小兵，梁幫龍

（北京航空航天大學(xué) 可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院，北京 100191）

引言

2015年，國(guó)務(wù)院印發(fā)《中國(guó)制造2025》，將“質(zhì)量為先”列為建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要指導(dǎo)思想之一，提出質(zhì)量是建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的生命線，要加強(qiáng)可靠性設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，使航空航天裝備等重點(diǎn)領(lǐng)域產(chǎn)品的性能穩(wěn)定性、質(zhì)量可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、使用壽命等指標(biāo)達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平［1］。同年，飛行器質(zhì)量與可靠性專業(yè)被列為新工科專業(yè)。

2018年9月17日，教育部、工業(yè)和信息化部及中國(guó)工程院聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見》，對(duì)工程人才培養(yǎng)提出新的要求，要求大學(xué)的理工科應(yīng)加強(qiáng)探索工程教育的新理念、新模式和新方法，能夠在未來培養(yǎng)出適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的卓越工程師，以適應(yīng)和推動(dòng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)發(fā)展［2］。而工科研究生是高層次工程人才，是未來新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的中堅(jiān)力量，如何使研究生具備成長(zhǎng)為卓越工程師的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新素質(zhì)，是新工科建設(shè)亟須破解的重要問題之一［3-6］。這就需要在新工科研究生課程教學(xué)中，著力調(diào)整教學(xué)方式方法，更加注重學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)，使研究生在畢業(yè)走向工作崗位后能夠并跑和領(lǐng)跑新產(chǎn)品研發(fā)。

飛行器質(zhì)量與可靠性專業(yè)一直是北京航空航天大學(xué)可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)，學(xué)院在新工科建設(shè)契機(jī)下，站在新的歷史起點(diǎn)，從本科專業(yè)核心通識(shí)課到研究生專業(yè)理論核心課，開展了一系列教學(xué)改革工作。2018年，“保障性分析技術(shù)”課程作為學(xué)院研究生專業(yè)理論核心課得到了校研究生院精品課建設(shè)支持。在飛行器質(zhì)量與可靠性工科專業(yè)建設(shè)背景下，該精品課堅(jiān)持新工科建設(shè)指導(dǎo)思想，結(jié)合專業(yè)理論與知識(shí)，借助課程教學(xué)平臺(tái)，對(duì)研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方式做出了一些有益的探索和嘗試。

本文分析了在新工科專業(yè)建設(shè)的必然要求下，“保障性分析技術(shù)”課程的新工科內(nèi)涵和特點(diǎn)，緊貼裝備研制過程的實(shí)際創(chuàng)新型工程人才需要，結(jié)合課程特色研究了新工科研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方式，介紹了課程建設(shè)過程中的實(shí)踐方法，并闡述了關(guān)于研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的思考。

一、“保障性分析技術(shù)”課程新工科內(nèi)涵分析

（一）“保障性分析技術(shù)”課程新工科發(fā)展特點(diǎn)

保障性是裝備的設(shè)計(jì)特性和計(jì)劃的保障資源能夠滿足裝備執(zhí)行任務(wù)要求的能力，裝備在設(shè)計(jì)過程中，通過執(zhí)行保障性分析，才能將保證裝備必須具備的滿足任務(wù)執(zhí)行要求的能力轉(zhuǎn)化為裝備的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)，并把這些設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)細(xì)化分解落實(shí)到裝備各個(gè)層次的功能產(chǎn)品和維護(hù)保障資源的設(shè)計(jì)上。裝備保障性工程主要圍繞對(duì)裝備故障的處置及準(zhǔn)備工作保持或恢復(fù)裝備設(shè)計(jì)所賦予的性能。在裝備設(shè)計(jì)過程中，只有有效開展保障性分析工作，才能保證裝備“召之即來、來之能戰(zhàn)”。掌握保障性分析技術(shù)的人才是在裝備研制過程中有效開展保障性工作的首要前提，對(duì)具備保障性分析知識(shí)的專業(yè)人才的培養(yǎng)就成為國(guó)家裝備建設(shè)戰(zhàn)略中必不可少的重要環(huán)節(jié)。

隨著裝備建設(shè)的發(fā)展由原來的跟跑到現(xiàn)在的并跑，甚至實(shí)現(xiàn)在一些領(lǐng)域的領(lǐng)跑，裝備保障模式也由粗放式保障轉(zhuǎn)向精準(zhǔn)化保障，由信息化保障轉(zhuǎn)向智能化保障，由事后保障轉(zhuǎn)向事前保障。裝備保障模式轉(zhuǎn)變的需求也催生了裝備保障性分析技術(shù)由原來的定性分析技術(shù)為主向定量分析轉(zhuǎn)變，基于數(shù)據(jù)的分析技術(shù)向基于模型的分析技術(shù)轉(zhuǎn)變，面向過程的分析技術(shù)向面向預(yù)測(cè)和優(yōu)化的分析技術(shù)轉(zhuǎn)變。新技術(shù)需求的涌現(xiàn)使“保障性分析技術(shù)”課程知識(shí)體系融入了新工科的新知識(shí)體系特色。

由于前人未曾涉足的新裝備設(shè)計(jì)任務(wù)越來越多，缺乏可借鑒的成熟的技術(shù)方法，加之故障的隨機(jī)性，導(dǎo)致裝備保障性分析中存在大量的不確定性因素，保障性工程師面臨大量的創(chuàng)新性問題，無法遵循固化流程的設(shè)計(jì)方法有效解決這些新問題。這些新問題的解決對(duì)保障性工程師的創(chuàng)新能力提出了極高的要求。在裝備設(shè)計(jì)過程中，新問題的解決需求促使“保障性分析技術(shù)”課程培養(yǎng)模式融入了新工科的創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式。

（二）“保障性分析技術(shù)”課程新工科建設(shè)需求

“保障性分析技術(shù)”課程一直是北京航空航天大學(xué)可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院系統(tǒng)工程專業(yè)學(xué)術(shù)型研究生核心專業(yè)課，為裝備研制一線輸送了近15屆裝備保障性工程專業(yè)方向碩士和博士研究生，為國(guó)家裝備建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)。裝備研制需求是“保障性分析技術(shù)”課程新工科建設(shè)的直接動(dòng)力，由前述裝備保障性工程的新需求特點(diǎn)看，目前裝備保障性方向人才培養(yǎng)主要存在三個(gè)問題：一是原有課程知識(shí)體系不能滿足課程新工科知識(shí)體系要求，二是原有培養(yǎng)模式不能與課程新工科培養(yǎng)模式相契合，三是原有課程缺乏解決復(fù)雜工程問題的創(chuàng)新性實(shí)踐訓(xùn)練。恰逢新工科建設(shè)契機(jī)，對(duì)這三個(gè)問題的思考和解決成了課程新工科建設(shè)發(fā)展的需求。

1.新工科知識(shí)體系需要?！氨Ｕ闲苑治黾夹g(shù)”課程原有的知識(shí)體系更多是圍繞定性分析方法，用于確定裝備維修保障需求的修復(fù)性和預(yù)防性維修工作項(xiàng)目的方法，主要從裝備的故障模式分析入手，圍繞導(dǎo)致裝備發(fā)生故障的定性因素，通過補(bǔ)償或消除裝備故障或潛在故障影響的邏輯主線確定適合和有效的維修工作，進(jìn)而通過確定滿足這些維修工作執(zhí)行條件的保障資源需求形成裝備保障方案。這種以定性分析為主的知識(shí)體系不能滿足裝備精準(zhǔn)保障的設(shè)計(jì)需求，無法準(zhǔn)確預(yù)防裝備故障的發(fā)生，也不能滿足裝備保障智能化的發(fā)展需要，故需要建設(shè)“保障性分析技術(shù)”新工科知識(shí)體系以滿足日新月異的裝備設(shè)計(jì)中的新技術(shù)需求。

2.新工科培養(yǎng)模式需要?！氨Ｕ闲苑治黾夹g(shù)”課程原有培養(yǎng)模式更多以課堂知識(shí)講授為主，講授內(nèi)容主要圍繞國(guó)軍標(biāo)認(rèn)證相應(yīng)的流程和方法。但這些流程方法相對(duì)固化，培養(yǎng)方式相對(duì)單一，培養(yǎng)出的研究生在面對(duì)工作中的既有問題時(shí)具有較強(qiáng)的工作能力，而面對(duì)工作中的創(chuàng)新性問題時(shí)往往缺乏有效的解決手段，不能拿出有針對(duì)性的解決方案，因此，原有培養(yǎng)模式無法滿足裝備建設(shè)發(fā)展中技術(shù)領(lǐng)跑的發(fā)展趨勢(shì)，需要建設(shè)“保障性分析技術(shù)”課程新工科培養(yǎng)模式，培養(yǎng)領(lǐng)跑裝備設(shè)計(jì)開發(fā)的創(chuàng)新型技術(shù)領(lǐng)軍人才。

3.新工科創(chuàng)新性實(shí)踐需要。“保障性分析技術(shù)”課程原有教學(xué)大綱中缺乏注重學(xué)生動(dòng)手能力培養(yǎng)的實(shí)踐訓(xùn)練環(huán)節(jié)。工程中為降低新技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，新方法和新技術(shù)必須加以驗(yàn)證才能在裝備設(shè)計(jì)和制造過程中實(shí)施。為滿足裝備研制過程中的新技術(shù)驗(yàn)證需要，新工科要求下的“保障性分析技術(shù)”課程實(shí)踐不僅需要增加課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，而且要增加創(chuàng)新性實(shí)踐環(huán)節(jié)，從而提升學(xué)生在解決復(fù)雜工程問題時(shí)新方法與新技術(shù)的應(yīng)用能力。

二、“保障性分析技術(shù)”課程新工科建設(shè)初探

（一）“保障性分析技術(shù)”課程新工科知識(shí)體系構(gòu)建

“保障性分析技術(shù)”課程新工科知識(shí)體系的形成路徑主要來自該學(xué)科領(lǐng)域科研項(xiàng)目的成果積累，從近十五年積累的課題研究成果中，不斷汲取新知識(shí)沉淀到課程教學(xué)中。這些科研項(xiàng)目主要分為四類：第一類是基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，主要是基金類項(xiàng)目，這類項(xiàng)目成果通常是針對(duì)抽象復(fù)雜可修系統(tǒng)的新理論和新方法；第二類是應(yīng)用基礎(chǔ)類科研項(xiàng)目，這類項(xiàng)目成果通常是針對(duì)某類裝備的新方法和新技術(shù)；第三類是應(yīng)用類科研項(xiàng)目，這類項(xiàng)目通常對(duì)象類型有明確限定和范圍，新技術(shù)和新方法通常相對(duì)成熟；第四類是工程型號(hào)類項(xiàng)目，這類項(xiàng)目研究對(duì)象具體，新方法或新技術(shù)有物化的軟硬件工具或國(guó)軍標(biāo)支撐。從這四類項(xiàng)目積累的模型庫(kù)中，形成保障要求量化、預(yù)防性及預(yù)計(jì)性維修決策、保障資源預(yù)測(cè)及關(guān)鍵保障資源與優(yōu)化、修理級(jí)別優(yōu)化、保障性仿真評(píng)估等新知識(shí)體系。

同時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生收集社會(huì)上發(fā)生的與裝備保障有關(guān)的熱點(diǎn)問題，如共享單車、波音737 Max800型飛機(jī)空難事故等，或者是學(xué)生熟悉的家用或辦公設(shè)備，融入分析這些經(jīng)典案例與新熱點(diǎn)案例，形成課程的新工科知識(shí)體系，如圖1所示。

圖1 課程知識(shí)體系

（二）“保障性分析技術(shù)”課程新工科教學(xué)模式探索

針對(duì)學(xué)生在保障性分析設(shè)計(jì)中缺乏對(duì)創(chuàng)新性問題系統(tǒng)有效解決能力問題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已經(jīng)掌握的基礎(chǔ)知識(shí)自主篩選研究對(duì)象，教師根據(jù)對(duì)象的特點(diǎn)牽引啟發(fā)其中有價(jià)值的需求問題，再要求學(xué)生結(jié)合學(xué)習(xí)到的新建模知識(shí)與教師團(tuán)隊(duì)共同探討問題解決方案，并在課程搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)結(jié)論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，形成研究對(duì)象自主篩選、需求問題牽引啟發(fā)、建模知識(shí)課堂講習(xí)、解決方案共同探討、理論驗(yàn)證仿真分析的五位一體的研究型教學(xué)模式，著重培養(yǎng)學(xué)生解決創(chuàng)新性問題的能力。

在多輪教學(xué)實(shí)踐中，一方面，將這五點(diǎn)串成一條通識(shí)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主線，促使學(xué)生在自主選題或?qū)蛐赃x題的解決過程中能夠熟練運(yùn)用創(chuàng)新思維方式和創(chuàng)新問題解決方法；另一方面，結(jié)合課程新知識(shí)體系，分別在這五點(diǎn)上結(jié)合經(jīng)典問題推行創(chuàng)新性問題解決范式，讓學(xué)生在教學(xué)培養(yǎng)環(huán)節(jié)形成持續(xù)學(xué)習(xí)新技術(shù)的能力和習(xí)慣，形成保障性分析技術(shù)新工科專業(yè)創(chuàng)新能力，如圖2所示。

圖2 課程培養(yǎng)模式

（三）“保障性分析技術(shù)”課程新工科教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)

針對(duì)課程缺乏實(shí)踐環(huán)節(jié)的問題，搭建了自主研發(fā)的保障性仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，包括保障性仿真實(shí)驗(yàn)工具、保障性評(píng)估工具及仿真數(shù)據(jù)庫(kù)。以保障性仿真基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為抓手，引入針對(duì)新問題的提高性實(shí)驗(yàn)，針對(duì)在保障性方向開題的研究生設(shè)立自主實(shí)驗(yàn)以提升其創(chuàng)新實(shí)踐能力，同時(shí)每輪次課程完成后擴(kuò)充新實(shí)驗(yàn)，促使學(xué)生在經(jīng)典問題實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，可以融合自主或?qū)蛐允占男聠栴}，在教師的啟發(fā)下，自主開展新仿真實(shí)驗(yàn)研究，不斷提升開放式教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的教學(xué)質(zhì)量，有效發(fā)揮課程的新工科教學(xué)平臺(tái)的創(chuàng)新實(shí)踐作用。

仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)是省部級(jí)科研項(xiàng)目的技術(shù)成果之一，于2015年11月完成了成果鑒定，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。該成果應(yīng)用于課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，極大地提升了學(xué)生對(duì)復(fù)雜可修系統(tǒng)通用特性定量關(guān)系的認(rèn)知水平，增強(qiáng)了學(xué)生解決復(fù)雜可修系統(tǒng)保障性工程問題的實(shí)踐能力。

結(jié)語(yǔ)

新工科建設(shè)給工科研究生教育注入了新的發(fā)展動(dòng)力，本文以北京航空航天大學(xué)“保障性分析技術(shù)”課程為例，立足于系統(tǒng)工程學(xué)科的發(fā)展背景，結(jié)合國(guó)家《中國(guó)制造2025》規(guī)劃對(duì)裝備質(zhì)量建設(shè)提出的新要求，分析了課程在新工科契機(jī)下的新工科特征和建設(shè)需求，介紹了課程新工科建設(shè)的一些初步嘗試，包括構(gòu)建來自不同層次科研項(xiàng)目成果的新工科知識(shí)體系、探索具有鮮明新工科特色的五位一體研究型教學(xué)模式，以及搭建新工科教學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并通過多輪次教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證了課程新工科建設(shè)成果對(duì)研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)性和支撐性作用。