淺析復合材料專業復合材料產品設計能力提升方法研究

摘 要:南京工業大學復合材料與工程專業在課程設計、畢業實習和畢業論文的教學實踐過程中，致力于復合材料產品設計工程師的培養，提出了新方法和新思路，研究探索并采取了一系列有效措施，如打通了各個教學環節將課程設計、畢業實習和畢業設計三個環節進行結合形成整體的復合材料產品設計，采用雙師制進行教學，并注重加強復合材料產品設計過程的管理，顯著提高了本專業畢業生復合材料產品設計能力。

關鍵詞:復合材料 產品設計 提升方法

中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(c)-0008-02

當今時代是知識和信息快速發展的時代。人們已經普遍認識到，現在的本科教學最重要的核心任務不是僅僅讓學生記住教材上的知識點，而是培養學生“自主學習”的能力，具體來說就是培養學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力;培養學生進行文獻調研了解學科領域研究現狀、發現問題并提出問題推進科技發展的能力;培養學生創新能力、科研能力及實踐能力等。這樣才能提高他們的就業競爭力。

那么如何提高他們的創新能力、科研能力及實踐能力，最好的方法就是根據行業實際需求，將理論和實踐相結合，在實踐過程中發現問題進而尋求理論解決方案。對于復合材料與工程專業學生也不例外，這就要求在認識實習、課程設計、畢業實習和畢業設計等實踐環節中有所創新，結合復合材料行業需求，邊實踐邊學習理論知識，進而提高其綜合素質能力。

目前復合材料需求日益增長，亞洲尤其中國需求極為旺盛，中國的年均增長率已經達到15%。目前復合材料全球總產量約為820萬t，中國占16%。2007年中國的玻璃纖維總產量為160萬t，但用于玻璃鋼(FRP)工業就已達到115.5萬t;不飽和聚酯樹脂的產量為135萬t，而用于玻璃鋼領域達68.8萬t;膠衣樹脂產量為15.87kt;乙烯基樹脂產量為12.64kt。建筑、汽車、風電等行業的快速發展將帶動復合材料產業飛速發展，包括水槽、冷卻塔和雷達罩等采用手糊工藝制造，其中冷卻塔的年增長率為15%～20%。目前中國汽車市場年增長也超過30%，是全世界增長最快的，同時汽車制造中復合材料使用增長迅速，因此許多世界著名的汽車制造商，都在大力開展汽車用復合材料的設計和制備技術研究。風力發電相對其它能源來說有著巨大的發展潛力，中國預期今后10年內的年增率為20%以上，現風力發電機用轉子葉片、機艙罩和整流罩絕大部分采用復合材料制造，每臺有3個轉子葉片，同時葉片尺寸也越來越大，如海上風力發電機葉片長度最長達60m，重量達到20t。

綜上可以看出復合材料產品用量日益加大，而其性能也千差萬別，所以必須根據其使用要求對其進行產品設計，主要包括材料設計、結構設計和工藝設計三個方面。目前高校培養的復合材料方向的畢業生主要包括材料和結構設計兩類，而企業對能夠從事材料設計、結構設計和工藝設計相結合的人才需求很大，兩者存在著矛盾。如常州天馬集團有限公司目前共有工程技術人員420人，其中材料類專業約280人，包括無機非金屬材料、有機高分子材料、復合材料和金屬材料，主要分布于纖維及制品、基體材料、復合材料等領域;工程技術人員中只有15人從事復合材料工藝，10人從事復合材料設計，遠遠不能滿足企業對復合材料綜合設計的人才需求。目前企業一般采取對新進畢業生進行多輪培訓，通過“傳幫帶”等形式，來提高其綜合設計能力。企業更希望高校向他們輸送能直接從事復合材料設計的人才。

目前國內開設復合材料與工程專業的高校主要有中南地區的武漢理工大學，華北地區的中北大學，東北地區的哈爾濱工業大學，西北地區的西北工業大學，華東地區的華東理工大學、濟南大學和南京工業大學這七所高校。近年來，武漢理工大學和中北大學積極根據復合材料行業需求——復合材料設計人員極度缺乏的現狀，把培養“掌握復合材料的成型加工的基本知識，具有正確選擇設備進行復合材料研究、復合材料設計、復合材料開發的初步能力”的人才列入培養目標;也采取了一些措施:如在原有專業課程體系中增加了《復合材料產品設計》等相關課程。我校復合材料與工程專業則對學生教學實踐環節進行了大膽的改革和創新，將課程設計、畢業實習和畢業設計三者相結合，將復合材料產品設計知識穿插在實踐過程中傳授，初步達到理論與實際相得益彰的目的。

1 課程設計、畢業實習和畢業設計的選題相結合

課程設計是加深學生對專業課程基礎知識和基本理論的理解和掌握，培養學生綜合利用知識能力的實踐環節之一，其目的是使學生在理論分析、設計與計算、制圖、運用標準與規范、查閱設計手冊與資料、計算機應用能力等方面獲得初步訓練。

畢業實習是通過實習，了解相關工廠的生產過程及設備、企業管理、生產組織、技術改造和科研工作的情況;達到聯系生產實際、鞏固所學專業知識、培養分析問題和解決實際問題能力的目的;同時為畢業設計搜集所需的資料。

畢業設計是本科專業人才培養計劃中最后一個綜合性教學環節，是培養學生工程實踐能力、理論研究能力和創新意識的重要途徑，做好畢業設計工作對培養具有創新精神和實踐能力高素質人才具有極其重要意義。

將復合材料與工程專業課程設計、畢業實習和畢業設計三個環節進行結合，統一選題。通過課程設計環節對復合材料產品設計有初步感性認識，達到找出問題的目的;畢業實習環節深入了解復合材料產品制備過程，為系統進行復合材料產品的設計奠定基礎;畢業設計環節綜合提高產品的設計能力，最終完成產品設計。在條件允許的情況下，按照設計結果制備出真實的復合材料產品。

將三個環節有機結合起來可以切實加強校企的交流與合作，充分利用企業資源彌補學校教學基礎設施的不足，拓寬復合材料產品設計的課題選擇范圍，盡量使學生達到真題真做，實現提高學生的綜合素質、就業率和就業質量的母的。學生通過帶著問題參加畢業實習，參觀生產現場，有針對性的了解產品生產過程，從而有效地調動學生學習的積極性、主動性。在指導教師的指導下，通過畢業實習過程實現復合材料產品研究現狀及存在問題的調研目的，使他們養成在生產實際過程中發現設計問題和難點、獲得研究方向、找尋設計資料的習慣，通過生產實踐過程及與企業技術人員交流等多種途徑掌握解決問題的方法和步驟，增強學生的綜合實踐能力，為學生步入社會開展工作奠定基礎。

2 采用雙師制進行教學

采用雙師制即學校教師和企業或研究院所工程師對學生進行聯合培養，分別從理論和實踐角度對復合材料與工程專業學生進行產品設計指導。在復合材料產品設計課題的選擇與完成的過程中，兩位設計指導教師都要嚴格把好質量關，加強指導。企業或研究院所的指導教師根據實際研發或生產要求提出設計任務書，并對學生設計產品的生產可操作性等方面側重指導;學校教師要積極從產品設計方法、流程和軟件應用等方面進行指導。對于有研究價值較高的課題則應由多位教師和企業技術人員、學生一起組建課題組，聯合進行技術攻關研究，這樣既能很好的保證復合材料產品設計的質量，同時又能為企業或研究院所解決一些研發或生產過程中的實際問題。

3 加強復合材料產品設計過程的管理

復合材料產品設計過程是以學生為主體，教師為客體參與的一項實踐活動，所有指導教師和學生都應該高度重視，嚴格按照課程設計、畢業實習和畢業設計的學校、學院規章制度和文件要求進行實施。指導教師要有高度的責任心、責任感和耐心，能積極調動學生參與復合材料產品設計的主動性和創造性;所有參與設計的學生也要充分發揮自身的積極性和主動性，積極參與到復合材料產品設計研究工作中，同時要密切配合指導教師的指導和檢查工作，實現產品設計過程中的質量監控，從而確保復合材料產品設計的質量和水平。

復合材料產品設計指導教師必須根據研發或生產實際擬定設計題目及設計主要內容，在此基礎上制定詳細的設計指導書、實習指導書、設計任務書和實習任務書，學生獲得復合材料產品設計任務后，必須制定出擬定詳細的開題報告，使用ppt等方式匯報課題所屬領域的國內外研究現狀、課題的重點和難點、產品設計方法和流程、產品設計軟件學習情況、畢業實習企業同類產品設計及生產現狀等;在完成設計任務后，學生應匯報產品具體設計過程及設計要點、重點和難點問題解決情況、復合材料產品設計結果以及在此設計結果基礎上制備出的復合材料產品情況等。

4 結語

在實際教學中，新的教學方法的提出，有助于形成新的教學理念，而教學理念的形成則是本科教育長期發展的基石。對于工科院校來說，這點尤為重要。

一旦復合材料產品設計能力培養方案得到實施，從學生角度來看將可以大大提升學生的綜合素質能力，一定程度上能消除學生的厭學情緒，有機會讓他們學以致用，并培養他們融匯貫通運用知識的能力，有助于他們對專業知識更深層次的理解，進一步激發學習興趣;同時本方法實踐性強，能夠與復合材料行業需求背景緊密結合，如果學生能學好，將顯著提高其就業競爭力。從教師角度來看，復合材料與工程專業學生能力提升方法的建立顯然也擴充了教師自身的知識面，同時也有利于教師進一步搞好教學和科研工作。從企業和研究院所角度來看，將可以大大縮短他們對新進人才的培養時間并降低培養成本。

參考文獻

[1]復合材料行業呈現三大熱點.http://www.100ye.com/news/493066-734235.html.

[2]Catia V5復合材料設計模塊.http://designnews.com.cn/0705-614.aspx.

[3]焦立新.復合材料設計及工藝仿真解決方案.航空制造技術，2006，12:58-60.

[4]張雙寅.復合材料設計的原理與實踐. 應用基礎與工程科學學報，1998，3:278-285.

[5]宋桂明，周玉，雷廷權.復合材料設計的回顧與展望.固體火箭技術，1997，4:53-60.

[6]羅必斯.納米復合材料的設計與應用研究.化工文摘，2009，1:38-39.

[7]潘秋紅，黃瑤，王雪剛.材料學科畢業設計要實現產學研結合.中國冶金教育，2008，6:38-39.

[8]沈坤元，王強華.現實世界中的復合材料設計.玻璃鋼，2004，2:25-29.

[9]徐立波.談高職《復合材料工藝技術》課程項目化教學設計.成才之路，2008，34:12.

[10]張紹和，方小紅，楊凱華.金屬基金剛石復合材料專業復合型研究生人才培養途徑的探討.超硬材料工程，2007，1:42-44.