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1机械工程全日制专业学位研究生培养体系改革的总体策略
在人才培养越来越注重个性化、创新性的今天,高等学校应该改变过去单一的知识传授的教育方式,增强学生的个性培养与实践创新能力的培养,培养体系应该有自己的特色与个性。通过领会我国由工程教育大国迈向工程教育强国,走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国的发展战略,为适应高等教育面向社会需求培养人才的发展形势,我们深入分析了机械工程领域的优势特色和发展难题,借鉴国内外工程教育教学改革的成功经验,确立了石油特色机械工程全日制专业学位研究生培养体系改革的总体策略。即:依托石油石化企业发展优势,进一步增强与企业的产学研合作,促进导师队伍建设,加快具有石油特色的实验室和校内外实践创新基地建设;开阔全球视野,推进国际化办学,拓宽学科发展空间和就业渠道;以企业需求为导向,借鉴国际工程教育人才培养新理念,培养知识面广博、适应性广、实践创新能力强的高层次应用型人才。
2机械工程全日制专业学位研究生培养体系的构建
专业学位研究生培养体系的构建涉及培养目标、研究方向、课程设置、实践基地、培养方式、学制、学位论文、导师队伍、质量管理等要素。
2.1培养目标全日制专业学位是以应届本科毕业生为主的全脱产学习,其培养目标与非全日制专业学位应有所不同,与学术型学位有明显差异。机械工程全日制专业学位研究生的培养目标为:具有良好的思想道德素养、敬业精神和创新精神;具有坚实的数学、力学、机械工程、计算机技术基础;掌握一门外国语,能熟练阅读专业文献;掌握现代机械设计、制造、机电控制、车辆工程等领域的基本理论与方法,了解本学科专业发展前沿;在石油机械工程、机械设计、机械制造、机电控制、车辆工程等某一方向或领域,从事科技攻关、技术开发、工程设计与施工、工程规划与管理的应用型高层次专门人才。
2.2研究方向经过机械工程学科与石油与天然气工程、石油化学与化工技术、油气田防灾减灾工程及防护工程等石油特色学科或方向的长期交叉渗透,融合凝练成东北石油大学机械工程领域全日制专业学位研究生的研究方向:a.石油机械工程;b.机械设计及理论;c.机械制造及其自动化;d.机械电子工程;e.车辆工程;f.工业设计;g.安全技术及工程;h.材料腐蚀防护与失效分析。
2.3课程设置在实行弹性学分制的同时,将研究生所学课程分为学位课与非学位课,以及为加强实践能力培养而设置的必修环节,为跨专业学生设置的补修环节。全日制专业学位硕士研究生应修学分不少于32学分,其中专业学位课程不少于12学分,必修环节至少5学分。为了突出石油特色,注重知识的前沿性、交叉性和渗透性,除了对常设课程内容和教学模式进行改革与更新的同时,新设置了油井举升工程前沿技术、机械制造前沿技术、机电控制前沿技术、材料科学与工程前沿技术、机械装备故障检测与分析前沿技术、石油化工设备安全技术、流体参数测试实验等课程。
2.4实践创新基地全日制专业学位研究生实践能力的培养,需要采取多种模式、拓展多种渠道,在加强企业实践基地建设的同时,要更加重视校内实践基地的建设。我们依托黑龙江省石油装备工程技术研究中心、中国石油HSE安全检测与评价重点实验室、钻井修井井架及设备检测评价国家计量认证实验室等高水平实验室,整合学科、学院实践教学资源,构建了机械工程专业学位研究生校内实践基地。由多个实践教学平台组成:石油钻采机械实践平台、海洋石油钻井采油工程技术与装备实践平台、多相流分离技术与装备实践平台、特种工程车辆实践平台、石油化工设备状态监测与故障诊断实践平台、石油化工装备腐蚀防护与失效分析实践平台、流体传动与控制综合应用实践平台。实践基地为学生提供一个实现自主创新、自由探索的实践环境。
2.5学制与培养方式实行弹性学制,一般培养年限为3年,最长不超过5年。具备提前毕业资格的研究生,修学年限可为2~3年。研究生培养采用“三跨”模式,学生可以根据需要自由择时、择地、择专业课学习。实行双导师制,校内导师为主要责任人,指导团队培养相结合。应充分发挥导师指导研究生的主导作用,努力体现“因材施教”的教育思想,积极调动研究生学习的主动性和自觉性,帮助研究生按时制定好个人培养计划。加强研究生的自学能力、动手能力、表达能力、写作能力和创新能力的训练和培养。
2.6教师队伍充分利用地处大庆油田这一地理位置的优势,选派青年教师到石油石化企业去挂职锻炼,他们将得到大量的直接面向工程实践的“实战机会”;加强学校与企业的合作,积极开展联合课题研究和科技服务,使年轻教师都参与到解决工程实际问题和科技创新的实践中来,工程创新意识不断得到增强,解决工程实践问题的能力也得到相应提升。同时,现场工程知识的积累及科技创新,又促进了专业理论水平的提高,逐步建成“双师型”的导师团队。充分利用与石油石化行业长期全面合作办学的各种资源,完善校外导师聘任制度,扩大校外导师队伍,落实好全日制专业学位研究生培养的“双导师制”。
结束语
关键词:研究生工程教育;行业特色培养方案;课程体系
中图分类号:G40 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)53-0046-02
随着我国高等教育的跨越式发展,不仅本科招生规模迅速扩大,研究生的招生规模也有了巨大的增长。另外,由于国家行政体制的改革,很多部委院校划归地方管理,行业人才培养属性逐渐减弱。培养什么样的人成为这些院校乃至我国高等教育所面临的新课题。研究生教育是高等教育中精英教育的重要部分,承担着我国未来高级人才的培养重任。硕士研究生数量多、学科门类涵盖面广,怎样结合院校的历史、特色和社会需求设定培养目标是当务之急。
研究生培养方案是完成培养目标的具体操作规程,其中课程体系或课程设置是提高研究生研究能力与实践能力的关键。本文将结合工程教育的理念对培养方案中的课程设置进行梳理与优化,贯彻培养目标拉动的思想,提高培养质量。
一、背景
硕士研究生的培养其本质是科研能力、产品设计开发能力的培养,其导师的科研能力、视野往往决定了学生的培养质量。这些院校的大多导师的科研来自于原院校所属的行业企业,因此有必要在研究生的培养中进一步强化行业特色,这样就决定了培养目标中行业人才培养成为主要目标之一。目前研究生培养模式还存在很多问题,归纳起来如下:(1)课程设置不合理,教学形式与教学方法与本科雷同;(2)科研训练不足,导师指导不够;(3)培养目标上,重学术性人才培养,忽视应用型人才培养;(4)培养过程重视“共性”而忽视“个性”;(5)培养目标与培养过程不统一,与社会发展需求脱节。
二、研究生工程教育的本质与体系
研究生工学教育的目标定位是培养学术型人才,以知识传承和培养研究生的知识发现和创新能力为目标,以开展学术研究为主要特征;研究生工程教育的目标定位是培养高层次应用型人才,以提高解决工程问题和技术创新能力为目标,以对接职业发展为主要特征。原部委所属院校的研究生培养目标大多为应用型人才,因此引进工程教育理念优化研究生的培养方案是必要的。不同的目标定位,必然需要不同的培养模式与之相适应,在课程内容、教学方式和教学手段等教育资源组织和运行方式上都应有明显的区别。因此,急需摆脱完全学术型观念和框架的束缚,建立起相对独立的研究生工程教育培养模式来支撑和保障目标的实现。研究生工程教育体系的基本框架:研究生工程教育体系从结构上分,应包括教育的层次结构和学科结构。从层次结构上看,研究生工程教育有硕士和博士两级,目前主要针对硕士层次的研究生培养。
三、研究生工程教育培养知识结构与课程结构设计
1.研究生工程教育培养知识结构设计。研究生个体课程体系设计是以高质量的创新能力、实用的工程能力为目标的,创新的知识结构是实现目标的有力保证。如图1所示为工程型人才知识结构框图,此图呈宝塔形状,塔基为宽厚坚实的基础知识和广博宽泛的相关知识构成;塔身由深入稳固的专业知识构成;塔尖由系统而精深的专业知识构成;各知识结构之间充满了综合性方法论知识、实验与验证方法知识和工程实践知识,使各知识模块之间有机的联系起来,形成浓重的工程创新氛围。
2.研究生工程教育培养的课程设置。高层次工程人才的培养主要通过课程体系来实施。根据工程人才的能力和素质特征,课程体系的建立应运用CDIO(构思、设计、实施和运作)的课程设计方法,涵盖三方面的内容:一是理论层面的知识体系,包括未来工程师个体必须掌握的基础科学、核心工程基础和高级工程基础等知识;二是实践层面的能力体系,包括未来工程师个体必须具备的工程推理与问题解决技能、实验与知识发现技能、系统思维能力等;三是人际交往技能体系,包括团队合作与沟通能力、外语交际能力,以及在企业与社会环境中,兼顾各方利益和尊重生态规律,构思、设计、实施和运作土程产品/系统的能力。
基于图1所示的知识结构设计的硕士研究生课程包括:学位课、选修课、必修课程和补修课程。为了更好地达成顶层工程实践能力,在课程设置的各个层级中设置了与行业相关的课程,也可以称之为专业特色课程。①学位课分为公共基础课及学科基础课,是为达到培养目标要求,保证研究生培养质量而必须学习的课程。同时增加了行业通识知识课程,使之对行业中所涉及的基本知识有所了解。②选修课是为解决实际问题、完善知识结构或加深某方面知识而开设的课程。选修课应以实际应用为导向,以职业需求为目标,以综合素养和应用知识与能力的提高为核心,与专业任职资格挂钩。重视理论性与应用性课程的有机结合,突出案例分析和实践研究,注重培养学生解决实际问题的意识和能力。在此增加了行业的前沿知识课和行业工程知识课,这一部分大多要结合研究生的研究、设计或工程项目开发、未来工作取向以及社会人才需求状况等在导师的指导下选定。③实践环节中案例科研、工程实践以及行业企业的工程实践列为必修环节,贯彻“实践、认识、再实践、在认识”的认识论,加快学生从感性认识到理性认识的速度,提高认知水平和知识运用能力。④补修与增修,对于跨一级学科考入或同等学力考入本专业的硕士研究生以及跨范畴选择课题的研究生,一般应在导师指导下确定1~3门本学科内外的课程作为补修或增补课程,并进行考试或考核。⑤论文阶段,要求最终成果不仅限于研究论文,而是增加工程设计以及工程项目开发报告等。不论是论文还是报告都必须来源于实践,最好来自于企业乃至所在行业的企业。
3.培养目标牵引下的课程设置。当某个体研究生的个性化培养目标确定之后,就要按照工程教育的理念为其选定各层面的课程,即明确哪一门课程、哪一个章节、哪一个知识点能够解决未来研究或工程中的哪个问题,使之充分保证目标的达成。以大连交通大学机械工程学科研究生培养中的两个研究方向研究生为例:①计算流体动力学数值仿真研究方向,主要针对工程领域中的流体流动、传热等问题,以数值计算和仿真为主要手段,开展大规模计算工程软件的工程应用问题的研究。近年紧密与我国高铁的建设相联系,研究解决动车运行各种工况下的空气动力学问题,培养的研究生大部分就业于南北车集团的所属企业。课程配置时在学位课程模块中除选定其他学科基础课外,再选定《流体力学》、《现代轨道车辆》两门专业相关、行业相关课程;在选修课模块中选定《计算流体动力学软件应用》、《机车车辆高等流体动力学》、《车辆工程》等具有较强行业特色的课程;研究生论文的研究内容都取自南北车下属企业的生产企业,这样既解决了企业的实际工程问题,也锻炼了研究生的解决工程问题的能力,同时也为研究生的就业打下了良好的基础。②工业机器人技术研究方向,主要面向汽车制造、机车车辆制造领域研究、开发设计工业机器人及其应用系统,在应用工程的基础上进行机器人机构学理论、控制理论、计算机控制方法的研究。其特点为理论联系实际,立足应用。在进行课程配置时在学位课程模块中选定《车辆工程》或《现代轨道车辆》行业相关课程;在选修课模块中选定《车辆现代设计与制造技术》、《机器人技术》、《计算机控制技术》等具有较强行业特色的课程;研究生论文的研究内容都取自南北车下属企业的生产企业,如动车车辆转向机焊接、车体的焊接、地铁及城轨车辆的焊接等工程项目,在为企业解决实际工程问题的同时,也使研究生知道了学习机器人技术的意义,掌握了解决车辆制造过程中焊接自动化的工程问题的知识与技能,为机电专业方向的研究生就业开辟了一条新路。
四、展望
在过去多年的研究生培养实践中,学校和导师都不断地对工程型研究生培养问题进行探索与研究,也总结出很多经验,制定了一些切实的培养方案,但在培养的过程中大多都按照学术性研究生的培养方案进行,缺乏系统的基于工程教育理念的培养方案。本文所述内容也是我们在培养研究生方面的一些思考和初步实践的总结,尚缺乏深入的理论研究和系统论述。今后要进一步研究工程教育在研究生培养中的理论意义,并构建系统的培养规程,特别要注重下列几方面具体问题的研究与落实:第一,大力构建产学研联盟体系,为研究生培养提供工程实践的条件与机会;第二,推动与职业任职资格及国际研究生工程教育发展趋势的对接;第三,积极营造崇尚工程文化的氛围,提高公众、社会及学校对工程人才和工程教育的认识;第四,主动培育研究生工程教育的师资队伍,适应未来工程人才培养要求。
参考文献:
[1]刘建树.浅谈研究生工程教育体系的构建[J].纺织教育,2012,(2):43-46.
[2]汪应洛.当代工程观与工程教育[J].西安交通人学学报:社会科学版,2008,(1):6-8.
走到机械工程楼下,一个覆盖着白雪却又充满历史感的火车头映入眼帘。
采访时我们得知,这是由1990届机车专业校友捐赠的,
它产于上世纪五十年代,这显露着北交大轨道交通的悠长历史。
北京交通大学机械与电子控制工程学院的车辆工程学科以轨道交通为研究支点,关注车辆寿命,全力研究结构疲劳可靠性,一方面放眼国内,循轨而行,只要是轨道上的车,尤其是客车,几乎都要进行疲劳可靠性评估;一方面接轨国际,承担了我国大部分出口轨道车辆相关试验研究和疲劳可靠性评估。由此积累的庞大测试数据,形成了巨型数据库,在轨道安全领域的研究达到了国际先进水平,并得到了国际铁路联盟UIC的认可。
可以说,北交大车辆工程专业是北交大发展一流学科、一流专业的一面旗帜。
火车头的关键技术
来到八层,记者见到了车辆工程专业博士生导师刘志明教授和任尊松教授。
刘教授介绍说,车辆工程专业的研究方向众多,如汽车整车及零部件的设计开发、车身及造型设计、车辆电子技术应用、汽车制造工艺以及生产管理等。北交大车辆工程专业因原属铁道部的背景,从1958年开始培养铁路机车车辆设计、制造与运用人才。
“轨道交通领域更新换代的速度极快,我们丝毫不敢懈怠。自北交大开设车辆工程专业以来,屡次根据经济社会发展对人才的需求调整专业定位。”刘教授告诉记者,北交大1958年_始招收本科生时,设置的是车辆、热力机车专业,1961年细化为蒸汽机车、内燃机车、铁道车辆、电力机车、铁道供电专业。1977年按照内燃机车、铁道车辆、机车柴油机、机车电传动专业招生。2005年则按照铁道机车车辆专业招生,2012年改名为“车辆工程专业”。
作为轨道交通研究的主力军,北交大的研究不断领先。不仅积累了大量列车测试数据,还建设了与行业前沿技术密切相关的动车组系列课程群,出版了全国第一套本科动车组系列教材,建立了全国为数不多的轨道车辆实验室,自主研制出了全国第一套动车组专业教学实验平台,建立了教学科研企业一体化实践平台。
作为北京交通大学的“元老”级学科,车辆工程凭着“冲锋陷阵,与时俱进”的火车头精神,始终坚定地追踪着轨道交通的前沿理论,时刻更新着轨道车辆工程领域的关键技术。随着我国列车速度的不断提升,车辆工程专业选择了科研难度颇大、但又是国际竞争力强、潜力大的轨道车辆结构疲劳可靠性作为学科的主要研究方向。所谓车辆疲劳可靠性,就是通过对车辆各种零部件安全性的研究,帮助列车延长寿命。
“车辆工程专业潜力巨大,已成为学校建设双一流的重点支持项目。”任教授说。
“中国数据”支撑安全的“天”
对于轨道车辆来说,安全就是最大的“天”,北交大车辆工程专业的研究重点正是被称为“结构疲劳可靠性”的车辆安全。刘志明教授说起自己专业的优势时滔滔不绝:“当传统车辆设计的热点、关注点停留在速度时,我们已经结合结构强度方向研究上的优势,开始关注车辆的寿命和安全问题,重点研究结构疲劳可靠性,针对车辆在不同线路、地域的运营状态,进行数据测试;我们还逐渐将单一的研究方向系统化,开始触及载荷谱研究计划(指通过加载试验,研究列车各部位在受力时的各种情况,从而得到一系列研究数据)。”多年的研究使北交大结构强度研究团队成绩斐然,既能让旧机车“起死回生”,又能在新领域“打怪升级”,走在了轨道交通的最前端。
2006年,洛阳进口机车的牵引座(即提供牵引动力的牵引拉杆的支座)大限将至,故障频频。因购买新车价格昂贵,洛阳机务段的工作人员愁眉不展,找到厂家申请维修。厂家没有自己的研究人员,遇到这样复杂的问题束手无策,只好辗转找到北京交通大学结构强度研究团队。刘志明教授一行人前往仔细考察后发现,这个牵引座的处境十分尴尬,如果按原样修复,维持的时间很短暂;而若想运用新技术替换,当时又根本找不到可替换的新型机车部件。在这种情况下,刘教授团队经过对该结构在陇海线运输过程中的载荷谱进行系统的线路测试、数据分析以及可靠性评估后,提出了牵引支座改进方案,并最终改造了83台机车,“在一般情况下,能改造10台左右已经算很多了。”
“我们被要求保证这个车在十年内都能继续使用,出现任何问题都要全权负责,说实话当时我们的压力是很大的。”但十年期满后的2016年,团队去考察时发现,该型机车仍能正常使用,这也让刘教授无比欣慰,“通过延寿技术的实施,我们给国家机车的更新换代赢得了时间。”
除了能让老旧的车辆“起死回生”,北交大车辆工程专业在高铁新领域的突破也不落于人后。国内某厂家曾经从德国进口了一种列车电机吊架(用于安装电机的支架),北交大的教授们对测试数据进行研究、评估后,预测吊架的寿命只有5年。结果德国企业既没有能力改造,又害怕索赔,拒不承认此评估结果。5年之后,吊架果然出现裂纹。企业不得不再次委托北交大教授,寻觅改造之法。刘教授说:“我们基于列车以往在线路运营过程中大量的测试数据,再结合本次测试得到的数据详细地做分析,得到了这个结构的载荷谱。然后,我们采用结构疲劳理论、损伤一致性原则、可靠性理论以及多种数据处理和分析方法,大胆做出了一个新的结构,由国内厂家配合生产,最终替换了进口吊架。”
北交大教授们不仅要解决高铁的问题,还要接手更复杂的城轨车项目:“如今各个城市的地铁发展很快,但由于地铁的规划权限下放到了省市,而各省市建设水平又参差不齐,这要求我们必须完善各城市的地铁跟踪测试,积累数据,保障车辆的安全性运行。”
但要想进一步研究地铁车辆的寿命问题,实在棘手。“比起高铁,地铁的启动和制动频繁,线路激扰频带也比较宽,所以车辆的结构疲劳可靠性问题就更复杂。”北交大结构强度研究团队6名教授经过商讨,最终提出了地铁车辆“载荷谱研究”计划,决心建立轨道车辆客车所有车系的载荷谱。“这个计划要储备大量的载荷谱数据,研究成型后就可以预测不同车型在线路上跑的时候会受到哪些载荷,以及载荷的大小和频次。这样就可以更有针对性地设计转向架的强度和关键零部件的强度,让它的寿命设计和评估更精确。”刘教授告诉我们。
除了“载荷谱”计划,研究团队还承担了众多国家级研究项目,每个项目的创新性和挑战性都不小,如适应“一带一路”沿线国家不同轨距的时速400公里变轨距转向架高速列车;最高运行时速500km以上的高速磁浮车辆;以高附加值货物为运输对象的250km/h及以上高速货运动车组;具有自行升降、旋转或与站场地面配合转动的驼背运输车等等。“轨道车辆未来的一系列发展可谓日新月异,我们也将顺应时展,继续完善数据库,不断攻克难关,创新技术。”
为积累车辆在各种环境下的运行数据,北交大教授和学生们的脚步遍布大江南北。任尊松教授说:“在评估车辆疲劳可靠性的工作中,我们要求师生必须亲临实地线路,全程跟踪研究、测试,以更客观地积累总结数据成果,形成数据库。”就这样,教授们带着一批又一批学生们跋山涉水,昼夜不分地忙碌在京广、京沪、京哈、胶济、遂渝等全国各提速和客运专线上,完成了数十万公里200至350km/h等级高速动车组的试验研究和疲劳可靠性评估。
除了在国内通宵达旦地做实验,团队还要赴万里之外的国家作评估。任教授说:“我国高铁在国际上‘火力全开’,辐射到了多个国家,在欧洲、美洲也占有一席之地。因为所有由我国设计的、出口的车辆都要做评估,所以车卖到哪儿,我们教师和学生就要去哪儿。” 虽然国际上有不少高校也设置了车辆工程专业,理论研究不错,但由于种种客观条件的限制,使得他们没条件为车辆做评估。
任教授去英国高校考察时发现:“那儿有教授对动力学和结构强度颇有造诣,但因为实验室的规模容量小,人员零散,研究分工又太细,难成体系,不能像我们这样去进行大规模的、系统的测试。” 比起国外的尴尬局面,我国注重实际,兼顾设计和测试,高铁技术发展成熟。
因先后在全国范围内、甚至在全球多个国家轨道车辆进行了大范围的系统研究,国际铁路非官方组织UIC(国际铁路联盟)拟将在中国高铁运行过程中获得的载荷数据纳入标准。对此任教授难掩自豪之情:“联盟如果有我们实车采集的数据,会使今后设计的转向架可靠性更高。”
卓越工程师循轨而上
对于人才培养,北交大车辆工程提出“面向世界,面向未来,面向工业界”的方案,培养的是“轨道车辆卓越工程师”。刘志明教授如数家珍:“学生首先要培养一种素质――工程素质;同时还要拥有两大类知识――基础知识与轨道车辆设计制造及运用专门知识;更应该具备三大能力――专业表达能力,工程实践能力,国际视野和团队合作能力。” 也因此,北交大车辆工程的毕业生几乎都是能承担轨道交通车辆设计制造、技术开发和应用研究、运行管理等“一条龙服务”的工程技术人才,他们在圈子里有一个响当当的名号――“轨道车辆卓越工程师”。
车辆工程专业作为北交大的王牌专业,“引无数英雄竞折腰”。对此,任尊松教授颇感欣慰:“我们专业的研究生招生场面火爆,几十个名额往往受到数百个学生的争抢,很多高分的落榜学生心系北交大,坚决不接受其他好学校、好专业的调剂,二战、三战再考,直到得偿所愿才肯罢休。”
车辆工程专业采用“多对多”模式培养研究生。为保证质量,北交大招收研究生的数量并不算多,也没有采用通常“一名研究生对应一名导师”的做法,而是让所有老师都是学生的导师,所有学生都是导师的学生。任教授介绍道:“开学之初,我们会集中本专业的20余名老师(包括6位教授,7位副教授),向每年招收的20余名研究生和6名左右的博士生详细介绍老师们的情况,比如每位老师的研究方向、特长、优势、学术贡献、性格、联系方式等。学生们可以随时可以找任何老师交流学术问题。每位老师各显神通,学生则师从百家。”
校企合作又给研究生的培养锦上添花。任教授说:“我们注重通过校企双导师联合的方式培养研究生,导师既有设计动车的专家,也有国家交通领域的管理者,还有企业家。这些导师让大家开阔视野,学生从他们身上可以更多地学习解决实际问题的能力。”
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