获奖等级：江苏省高等教育教学成果二等奖
获奖时间：2021年
完成单位：南京航空航天大学
主要完成人：郭 宇、田 威、朱如鹏、傅玉灿、金 霞、齐振超、左敦稳、周来水、陈炳发、杨文安、朱海华
一、研究概况
（一）研究背景
航空航天飞行器的制造是衡量制造强国的重要标志，航空航天制造是制造业的“皇冠”，是国家制造业的龙头，牵引着整个制造业的发展。新世纪以来，我国航空航天取得了前所未有的进步和成绩，歼20、大运、C919、嫦娥探月等一批国之重器成为提升国家实力、维护国家安全的重要保障，建设航空航天强国已经成为我国当前乃至未来的重要国家战略。以智能制造为代表的新一代技术正在推动传统航空航天制造模式发生重大变革。但航空航天产品非常复杂、质量要求非常高，工作环境非常特殊，属于典型的复杂离散制造模式，是实现智能制造最困难的行业。随着新型战机、大客、空间站、火星探测等重大专项的推进，航空航天智能制造专业人才需求迫切，但目前培养模式下，航空航天智能制造的专业人才供给数量和质量还存在巨大缺口和不足。
因此，作为以航空航天为特色的大学，改革航空航天制造类专业、扩展智能制造内涵迫在眉睫，符合国家重大航空航天工程对人才的需求。
（二）改革思路
为主动适应现代航空航天制造类人才需求，自2010年起，项目组围绕航空航天智能制造行业的人才需求，在国家级教改项目的支持下，依托南航在航空航天制造工艺与装备、数字化设计与制造领域的优势，开展可重构模式驱动的航空航天智能制造人才培养创新与实践研究，创新提出面向多种规格人才培养的可重构航空航天智能制造人才培养模式，构建航空航天制造技术与智能制造技术有机融合课程体系，打造虚实融合、开放共享的航空航天智能制造实验实践平台（图1）。
二、主要研究工作与成果
（一）主要问题
我国航空航天制造业2010年后进入高速发展周期，随着航空航天型号的迭代升级，航空航天制造业正在进行一场以航空航天智能制造为驱动的技术和产业变革，高质量的航空航天智能制造人才成为推动变革的关键。
航空航天智能制造专业人才培养存在巨大挑战，主要表现为：缺乏适应航空航天智能制造需求的灵活高效人才培养模式；传统航空航天制造知识体系迫切需要进行“智能化”升级和改造；缺乏覆盖航空航天智能制造技术体系的集成创新实验实践平台。
（二）达成的手段
1.坚持立德树人，提出四类驱动的可重构航空航天智能制造人才培养模式
为满足航空航天智能制造不同规格人才培养需求，基于模块化重组理念，提炼出航空航天智能制造迫切需要的四种人才规格，创建了需求驱动的航空航天智能制造可
重构培养模式（图2）：围绕智能制造装备、智能制造工艺、智能管控系统，以及智能车间与智慧工厂四大模块，构建课程、案例、项目、实践等可重构资源库。
（1）设置专业思政必选模块：建设3大专业思政课：型号总师思政课，邀请航空航天重大型号总师报告，弘扬航空航天精神；工艺总师导论课（图3），改革专业导论授课方式，邀请优秀校友结合工作介绍专业和个人成长；学术大师前沿课程：院士领衔，开设“逐梦系列”航空航天智能制造技术前沿系列课。全面推进和航空航天院所的协同育人，做实国防企业面对面、企业校园俱乐部和企业实践基地建设。
（2）建立可重构4类驱动的航空航天智能制造学习模式：满足人才培养需求和学生兴趣需求的双重需求前提下，提供可重构的4类培养模式。
兴趣驱动：可根据学生对智能制造专业知识的兴趣点，推送相关课程，学生凭兴趣在智能制造课程选修模块中选择课程并完成相应学分；案例驱动：以典型航空航天智能制造项目为对象，学习相关知识，完成项目技术总结报告，发放微专业证书；专业驱动:为想更加系统、全面、深入学习智能制造知识的跨专业学生设置的辅修专业，学生在规定时期内完成20学分的智能制造必修课程，获辅修专业结业证书（图4）；项目驱动:促进研教结合，以实际航空航天工程项目为对象，提升集成创新能力。
成果：机械工程和飞行器制造工程入选首批国家一流专业建设点；机械工程专业2017年通过工程教育专业认证；2015年机械工程专业入选江苏高校品牌专业建设工程一期A类项目（江苏省唯一），2019年验收优秀。承担了首批国家级新工科教学改革项目3项，江苏省教学改革项目4项（其中重中之重项目1项、重点项目1项）。机械设计基础入选国家级教学团队，飞行器制造技术与装备团队等2个教学团队入选江苏省青蓝工程优秀教学团队，智能制造技术与装备入选江苏省青蓝工程科技创新团队。
2.加强知识交融、注重层次递进，打造特色鲜明的航空航天智能制造课程体系
结合航空航天制造技术发展和专业人才的知识需求，从航空航天制造技术和智能制造技术两个维度梳理知识体系，通过矩阵模式融合两个维度的知识，形成系统性强，特色鲜明的航空航天智能制造课程体系（图5）。
主要举措如下：（1）围绕航空航天的制造装备设计、零部件加工工艺、生产管理、工厂规划的主线，梳理航空航天制造技术内涵，设置层次递进的航空航天智能制造特色模块；（2）依据智能制造装备、智能制造单元、智能制造系统及智能工厂的智能制造框架，提炼智能制造支撑技术，并与特色模块融合；（3）在矩阵交汇点加强智能制造技术与航空航天制造技术的有机融合，创建航空航天智能装备、智能工艺、智能系统和智慧工厂四大模块。
成果：3门特色课程入选首批国家一流课程，国家级规划教材4部，省部级重点教材8部。
3.增强实践创新培养，打造五位一体航空航天智能制造技术实验实践平台
针对航空航天智能制造技术实验条件“飞机装配场地需求巨大、专业设备成本高、专业操作人员资质要求高”等特点，遵循先进理念，依托专业/学科/平台和实践基地，打造五位一体的航空航天智能制造技术实验教学平台（图6）。
虚实结合的航空航天制造基础技术实验，以飞行器产品为主线，建设了从数字化设计与制造、飞行器钣金成形、复合材料构件制造到飞行器装配的产品全生命周期的基础性、综合性、探究性的递进型实验（图7）。
交叉融合的航空航天智能制造技术实验，建设了智能制造技术的实验，包括物联感知、智能装备控制、智能决策与工艺仿真、智能生产线管控的基础性、综合性、探究性的递进型实验（图8）。
项目驱动的航空航天智能制造集成创新实验，以设计建模→零件制造→部件装配→生产智能管控为主线，融合航空航天制造技术和智能制造技术，开展集成创新型实验（表1）。
平台支持面向课内外实践实验、创新创业训练和竞赛；面向校外开放共享。同时，面向校内其他专业，以及校外开放共享。
成果：2个实验入选国家级虚拟仿真实验项目。飞机大部件虚拟仿真项目（图9）为4个中西部高校提供网上实验。2016年以来，学生在全国重要赛事中获包括“互联网+”国赛金奖4项的50余项奖励，省部级以上科创竞赛获奖634人次（图10）。
三、成果的创新点
（一）面向航空航天智能制造不同规格的人才需求，提出了四类驱动的航空航天智能制造人才培养新模式
针对不同规格航空航天智能制造人才目标，首次提出了四类驱动的航空航天智能制造人才培养模式，通过专业知识的模块化重组、改革可重构人才培养机制，支持不同规格的人才培养需求。
（二）设计了两维矩阵驱动的知识融合方法，创建了特色鲜明的航空航天智能制造课程模块
结合航空航天制造和智能制造的工程技术内涵，按照层次递进的关系分别系统梳理航空航天制造和智能制造知识体系，提出基于矩阵模式的知识融合方法，注重围绕着航空航天制造模式完善智能制造内涵，形成了特色鲜明的航空航天智能制造课程体系。
（三）遵循先进的实验教学理念，打造了五位一体的航空航天智能制造技术实验教学平台
整合优势资源，借助先进IT技术，打造了包括虚实结合的制造基础技术实验、交叉融合的智能制造技术实验、项目驱动的集成创新实验，自主探究的创新创业实验，开放共享的远程服务实验在内的五位一体实验教学平台。部分实验模块填补了国内空白。
四、成果的应用情况
（一）人才培养成效好
近五年每年毕业生超过60%去航空航天单位工作，且比例逐年增加，参与了包括歼20、运20、C919、神舟飞船等几乎所有的大国重器，其中参加成飞歼20研制的人员中南航毕业的学生达126人，是各高校中最多的（图11）。中航工业成飞、西飞、沈飞、航天科工二院、晨光集团等重点航空航天厂所给予了高度评价（图12）：“学生有极强的专业荣誉感，具有报国情怀和忠诚奉献的精神，航空航天智能制造知识掌握扎实，推进了新一代航空航天器的智能制造能力提升”。2020年，依托专业设立的南航-成飞“智能制造基地”获批工信部首批校企协同育人示范基地。
涌现出一批包括全国模范教师朱如鹏教授，全国辅导员年度人物入围奖/全国第六届辅导员职业能力大赛二等奖获得者王洋老师为代表的政治素质过硬、育人水平高超的优秀教师。
（二）创新创业成绩大
参加国家、省部级、校级各类竞赛的学生基本实现全覆盖，获奖的数量和层次逐年升高，累计在全国I级竞赛中获68项奖，省部级奖634人次（图13）。近四年，获得“互联网+”国赛金奖4项，“挑战杯”国赛一等奖以上5项，“挑战杯•创青春”金奖2项（图14）。“单车位立体车库”获2018年“第八届全国机械创新设计大赛一等奖”，并被推荐为中国好设计奖（全国仅50项）。航空大数据团队获工信部创业奖学金特等奖。
（三）专业建设水平高
成果极大提升了专业水平：机械工程和飞行器制造工程入选首批国家一流专业建设点，工业设计入选2020年国家一流专业建设点，机械工程专业2017年通过工程教育专业认证；2015年机械工程专业入选江苏高校品牌专业建设工程一期A类项目（江苏省唯一），2019年验收优秀（图15）。
积极推进航空航天智能制造人才培养体系改革与创新：承担了首批国家级新工科教学改革项目3项，江苏省教学改革项目7项（其中重中之重项目1项、重点项目1项）。
师资队伍力量得到了极大的提升：机械设计基础入选国家级教学团队，飞行器制造技术与装备团队等2个教学团队入选江苏省青蓝工程优秀教学团队，智能制造技术与装备入选江苏省青蓝工程科技创新团队。
建成一批特色鲜明、影响力大的高水平教学资源：“飞机大部件装配虚拟仿真实验”和“民航大飞机客舱用户体验设计虚拟仿真实验”2个项目入选国家级虚拟仿真实验项目。《航空航天先进复合材料构件制造》《钣金模具综合实验》《机械原理》等3门课程入选首批国家一流课程，《机床数控技术》入选国家级精品在线开放课程，3门课入选首批国家级精品共享资源课程，3门课程获江苏省在线课程立项，3门课程入选江苏省省级外国留学生英文授课精品课程，获江苏省微课大赛获奖5项。国家级规划教材4部，省部级重点教材8部。《液压与气压传动》、《机床数控技术》等教材累计发行十余万册，被几十所高校指定为本科生教材。2016年以来获3个省优秀毕设团队，8项省优秀毕设。
（四）成果辐射影响大
“飞机大部件装配虚拟仿真实验”项目从296个国家级虚拟仿真实验教学项目中脱颖而出，成为2019年教育部组织的中国慕课大会上唯一在大会主题报告中现场展示的项目。通过5G+VR技术，指导教师与千里之外的贵州理工大学和西北工业大学以及现场南京航空航天大学的师生协同，在大会现场完成了一场往返4000公里的飞机翼身对接虚拟仿真异地协同实验。教育部钟登华副部长给出了高度评价，指出“特别是田威老师的多地互动，给我们留下了深刻的印象，以前要做到这样是不可能的，随着现代技术的发展，让不可能变成了现实”。中央电视台新闻频道对此进行了重点报导，包括新华网、人民网和爱奇艺等网络媒体均对大会进行了现场直播，包括中央电视台、中央教育电视台等约94家媒体进行了报导（图16）。
“飞机大部件装配虚拟仿真实验”设计开发了“飞机蒙皮成形工艺设计”“飞机壁板自动钻铆工艺设计”和“飞机翼身对接”等模块，强调实验的“可探究性”，实现学生“基本原理、综合设计、探索实践”能力的综合培养，填补了当前我国飞行器制造工程专业在飞机装配虚拟仿真实践教学平台方面的空白。同时，项目组针对中西部一些地方高校的航空航天制造类专业缺乏专业实验条件和指导教师等难题，进行了虚拟仿真实验平台的应用和推广工作，目前，已在贵州理工学院等4所高校的相关专业进行了应用，年覆盖学生约五百余人，效果良好（图17）。
2020年，依托机电学院设立的成飞-南航“智能制造”育人平台获批“工信部首批校企协同育人示范基地”，在示范推广方面发挥了重要作用。通过该基地，学生的实践教学“科创-实习-毕设”三个重要环节得到无缝链接。自2016年来，通过该基地，成飞公司根据生产研制中实际遇到的问题，累计发布4期61个方向的课题，设立95个科创项目，39个毕设课题，共有400余名本科生学生参与（图18）。
