#每日科普# [科学探索的“眼睛” 高端制造的“尺子”]
科学家门捷列夫说:“科学是从测量开始的。”“现代热力学之父”开尔文有一条著名结论:“只有测量出来,才能制造出来。”人类科学研究的革命,工业制造的迭代升级,都离不开测量技术的精进。在当代科技和工业领域,高水平的精密测量技术和精密仪器制造能力,是一个国家科学研究和整体工业领先程度的重要指标,更是发展高端制造业的必备条件。随着精密测量技术不断进步,其在科学研究、工程科技、现代工业、现代农业、医疗卫生和环境保护等领域发挥着越来越重要的作用。

精密测量是工业生产的倍增器

精密测量是一个大的泛指的范畴。凡是准确度很高的各类测量,都可称之为精密测量。在精密和超精密工程领域,精密测量有具体的数量级,是指测量准确度在1微米至0.1微米量级的测量,超精密测量是指测量准确度优于100纳米,如10纳米、1纳米,甚至皮米(千分之一纳米)量级的测量。

精密测量兴起于工业大生产。规模化大生产是现代工业的重要特征,产业分工与专业化配套越来越细化,地域分布越来越广,产业链遍布全世界。也就是说,一个产品由成百上千甚至成千上万个零部件组成,这些零部件不可能由一个厂家生产,需要联合遍布各地的多个优势厂家。比如一部智能手机有1600多个零件和元器件,由分布在世界上十多个国家和地区的150多家工厂提供。这样做,能大批量标准化生产,生产效率高、质量高、成本低,优势明显。但技术层面存在一个难题——面对如此多零件、元器件,其中任何一个的尺寸精度或其他技术指标不合格,就无法集成到一起。

为解决这类问题,国际标准化组织(ISO)和国际计量局(BIPM)制定了一系列标准与规范。依据这些标准与规范,国际计量局将公认的标准量值传递给每一台测量仪器,以保证这个标准量值在全世界范围内一致。之后,生产厂商使用测量仪器,对产品的每一个零件和元器件的所有技术参数进行精密测量。这样才能保证所有的测量仪器都是精确的,测量数据都是精准的,进而成千上万的零件或元器件具有互换性。通俗地说,就是不同厂商的产品都是合格的、好用的。由此而来,精密测量已成为促进科技发展的新兴学科。

精密仪器助力科学新发现

怎样进行精密测量?这就需要实施精密测量的工具——精密仪器。精密仪器包括各类高端测量仪器、分析仪器、成像仪器、诊疗仪器和各类实验仪器等。在帮助工业生产“把关”的同时,精密仪器也是科学研究的有力工具。纵观各国科技发展历史,不难发现,科技强国一定是基础研究强国,基础研究强国一定是测量与仪器强国。大多数现代科学发现和基础研究突破,都是借助先进的精密测量方法和尖端测量仪器实现的。引力波探测就是一个典型例子。

引力波探测是直接验证爱因斯坦广义相对论、探索宇宙起源和演变的实验,具有重大科学价值。但引力波信号极其微弱,探测难度极大,采用超高分辨率的远距离激光干涉测量方法探测,是目前最有优势的技术途径。也就是说,激光干涉测量仪的测量准确度,将直接决定探测引力波的极限能力。如果激光干涉测量仪建立在地球上,其互为垂直的两路激光测量臂长至少要达到4000米。只有满足这一条件,引力波引起的激光测量臂长极其微小的变化(不超过质子直径的万分之一)才能被测量到。如果按比例放大,这一超高分辨率测量相当于在绕地球1000亿圈的长度上,检测出不超过一根头发丝直径的长度变化。经各国科学家共同努力,2016年人类首次直接测量到高频段引力波,3位相关科学家因此项成果获得诺贝尔物理学奖。
就科学研究而言,这样的探测还远远不够。为测量到低频段引力波,必须将激光干涉测量仪建立在太空环境中。这样,其互为垂直的两路激光测量臂长才能够达到数十万千米到数百万千米,激光干涉测量仪的测量准确度才有望达到1皮米。
引力波的例子很好地证明了,测量技术有多精密,科学探索就能走多远。
只有测量出来,才能制造出来
对国家而言,精密测量与装备制造业水平紧密相关。装备制造业向中高端跨越的关键是提升制造质量,而提升制造质量的关键则是提高精密测量能力。只有通过精密测量,才能知道产品哪里不合格;只有通过大量精密测量数据的积累,才能找到产品不合格的根源与规律;只有基于精密测量数据建立起成体系的误差补偿模型,才能有效实现制造精度和产品性能的精确调控,产品质量才能在不断的精确调控中逐渐提升。
超精密光刻机的研制,很好地证明了这个结论。超精密光刻机被称为“超精密尖端装备的珠穆朗玛峰”,挑战着人类超精密制造的精度和性能极限。超精密光刻机是在超精密量级上把最先进的光机电控等几十个分系统、几万个零部件集成在一起,使其高性能协同工作。它是人类装备制造史上复杂程度最高、技术难度最大、综合精度性能最强的尖端装备之一。它在高速和高加速度下,达到纳米级的同步精度、单机套刻精度和匹配套刻精度等,这与传统的精度提升环境完全不同。超精密光刻机的制造精度已接近现有制造能力的极限,其精度提升一点点,通常都要付出几倍十几倍的努力。比如,用于28纳米节点制程的DUV光刻机拥有7万多个光机零件,涉及上游5000多家供应商。这些零部件对精度和稳定性的要求极高,只有发挥供应链上所有顶尖制造商的技术优势,才能全部达到标准,超精密光刻机才能研发成功。
任何一个重要零件的不合格,都会导致超精密光刻机研制失败。以其中一个构件——激光反射镜的制造精度为例。它由微晶玻璃制成,有108项尺寸公差和62项形状、位置、方向公差,还有内部应力等技术要求。要完成这样一个复杂构件的超精密测量,需要20多种专用超精密测量仪器。而光刻机有7万多个光机零件,其中80%以上的零件属于精密和超精密级,需要700多种专用精密和超精密测量仪器。如果没有成体系的专用超精密测量技术与仪器来管控制造精度,就不可能制造出合格的零件,也就不可能装配调试出合格的部件与分系统,更不可能制造出合格的光刻机整机。
精密测量技术还推动了各国建立国家测量体系。它能够有效管控工业测量体系,保障整个制造链的质量,赋能高科技产业高质量发展。对大众而言,直观感受就是所购买的工业产品质量变好了、更好用了。目前工业发达国家的产品都经历了从低质量向高质量的曲折发展历程。正是因为建立起了完整的精密测量体系,培育起了一批顶尖超精密仪器企业,才能对高端装备制造形成强有力支撑,才能打造出诸多国际驰名品牌。
我国正在向世界科技强国、制造强国和质量强国迈进,构建新一代国家测量体系成为关键一环。今年1月,国务院印发《计量发展规划(2021—2035年)》,明确提出加快构建国家现代先进测量体系,推进计量标准建设。我国精密测量领域科研工作者将继续勇担重任,以与时俱进的精神、革故鼎新的勇气、坚忍不拔的定力,为中国制造备好“尺子”,为科技强国建设不懈奋斗。

【如何做好职业本科教育专业建设】自《国家职业教育改革实施方案》提出开展本科层次职业教育试点工作以来,中国职业教育进入新的历史发展时期,技术技能人才的培养迈入更高层次。高等职业教育如何完成好这一历史使命,笔者认为从三个方面做好职业本科教育的专业建设是关键。

特色鲜明,坚持职业教育属性

要建设特色鲜明的职业本科教育专业,就要在办学方向上坚持职业教育类型不变,培养定位上坚持技术技能人才不变,培养模式上坚持产教融合、校企合作、工学结合不变的职业教育属性。同时,在专业设置上保持职业教育属性和特色,专业布点主动服务产业基础高级化、产业链现代化。培养契合区域产业转型升级需求和中国制造急需的高层次技术技能人才,使其深具家国情怀底蕴,遵循手脑并用理念,掌握做学合一方法,秉承大国工匠精神,熔铸敬业乐群品质,具备更加深厚的理论基础、更加完整的知识体系、更加复合的专业能力、更加坚实的技术技能积累。

脉络清晰,优化专业发展规划

一是定位清晰,目标高远。专业建设首先要有明确的定位和发展方向,要基于学校的总体发展方向,秉承“面向需求、重点突出、特色鲜明、结构合理”的指导方针。比如笔者所在的南京工业职业技术大学围绕制造强国战略和江苏先进制造业集群发展需求,主要服务装备制造业领域,并结合自身特长确立了智能制造、现代控制、工业信息化等学科与专业定位,夯实支撑专业可持续发展的学科基础。

二是体系清晰,协同发展。将装备制造业划分为通用装备制造和专用装备制造两大领域,梳理了从设计、生产到管理、服务的全产业链中所涉及的岗位群及相关的制造、控制和信息技术等核心技术类型,与岗位群相结合,对其中的核心技术技能进行总结提炼,进而提出机电工程、控制工程、软件工程、城规工程、汽车工程、航空工程等专业群,以此构建学校的专业体系,各专业不仅与产业紧密相关,而且相互之间密切关联,能够实现良好的互相促进、协同发展效应。

三是需求清晰,调研充分。在确立了专业体系后,还需做好行业企业对职业本科人才的需求调研,分析专业设置的可行性和必要性,制定专业发展的近期及长期规划。要有效对接区域经济和行业发展需求,明确人才培养目标定位,科学设置专业课程体系,培养产业转型升级和企业技术创新需要的发展型、复合型和创新型人才,使学生具备扎实的专业基础理论知识和较强的技术能力,毕业后能在行业企业一线从事技术开发、设计和现代化管理,成为能解决实际问题的高层次技术技能人才。

四是标准清晰,把关严格。对于具体某一个专业的设置与建设,需要更加严谨审慎,特别是严把准入关,从源头选拔优质专业开展职业本科教育。要严格按照职业本科专业设置标准,审核职业本科专业设置的师资条件、实验实训场所、专业教学所需仪器设备、所依托专科专业的招生就业情况等刚性要求,有序推进、规范管理,避免一哄而上。

稳步推进,提升人才培养质量

一是以“五个坚持”为原则进行人才培养方案研制。坚持技术技能人才的培养定位,构建“专业能力、工匠精神、创新创业能力”三融合人才培养方案,达成解决工程实际中的复杂问题和进行复杂操作的人才培养目标。坚持服务产业发展的需求导向,紧密跟踪产业持续快速发展、时刻关注产业结构优化升级,建立专业与产业的联动机制,动态修订人才培养方案,适时调整课程设置,确保专业培养目标、内容、质量契合行业企业岗位需求。坚持工学结合的人才培养模式,依托产业研究院等产教融合新平台,推动校企合编教材、开发综合实训项目等深度协同育人。坚持实践教学的职教特色,强化课程体系的实践性,突出理实一体化项目式教学的主体地位,注重职业素质的培养。坚持书证融通的培养导向,积极推进“学历证书+若干职业技能等级证书”的培养导向,将“1+X”证书的能力要求融入专业人才培养方案,优化课程设置和教学内容,提高人才培养的适应性和针对性。

二是以“资源建设”促进人才培养环境优化。建设高水平“双师双能型”师资队伍,结合办学要求与发展目标,充分掌握人力资源状况,通过培训、引进、联合共享等多种渠道,打造一支结构合理、技术先进、实践能力强并富有创新精神的专兼职师资队伍。建设体系化“精品型”课程资源,强化教学的中心地位,通过政策激励,引导教师潜心体系化教学精品资源建设,打破传统课堂教学方式,有效利用课前、课中、课后,推动教学理念、方法、模式的变革。建设智能化“融合型”实训平台,以国家级实训基地、双创基地等为依托,建设融产品设计、生产与维修、教师工作室、大学生创客空间几大模块,实现“教学、科研、生产、创新、社会服务”功能可开放共享的智能化、网络化和系统化的实训平台。建设嵌入式“产学研”协同机制,充分发挥产业、教学与科研的相互促进作用,面向市场需求,创新产学研合作机制,实现产业与教学、科研的互嵌式合作,在服务企业的过程中促进研究成果转化和专业人才培养。

三是以“体制创新”保障人才培养工作开展。结合办学规模、管理模式等实际,努力构建符合自身特点的管理机构和制度。厘清管理职责,创新管理机制,保障专业建设的有序运行。特别要细化专业建设管理、人才培养方案动态修订、教学运行与质量监控和实验实训运行等管理制度,保障职业本科教育人才培养工作良性开展。同时,提升专业建设相关经费的分配、统筹及规划使用能力,坚持“总体规划、做好预算、突出重点、专款专用、专账核算”的原则,保证专业建设相关经费合理布局,发挥出最大效益。

四是以“自我诊改”推动人才培养质量提升。坚持以提高人才培养质量为核心的内涵式发展道路,以“自我诊改”作为人才培养质量提升的重要推动力。首先要不断强化全员质量意识,通过制度建设和文化建设使每个部门与人员充分意识到人才培养质量对于专业建设和学校发展的重要意义;其次要不断深化诊改的机制建设,从制度保障、流程设计、工作举措等方面确保专业建设和人才培养工作能够做到反馈数据准确及时、评价合理、指导性强,有效助力提升人才培养质量。再其次要不断优化诊改平台,实现数据共享、全方位监控,通过信息化手段实现教学质量的全流程管理,使诊改成为一种自觉行为。(作者杨燕系南京师范大学教育科学学院博士生、南京工业职业技术大学教授;李镇系南京工业职业技术大学副教授)

#武汉身边事#【#光谷同济儿童医院正式开诊#】昨日,光谷同济儿童医院正式开诊。作为华中科技大学同济医院的“院中院”,光谷同济儿童医院将为儿童提供一站式、多学科、全周期的健康管理服务,打造国际一流的智慧型儿童医学中心。31个专科、266 位专家,复旦版中国医院排名儿内科华中第一、儿外科华中第一,光谷同济儿童医院是华中地区实力最强的智慧型儿童医院,专家团队可谓顶级配备。(极目新闻)https://t.cn/A6aIXqBM


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