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发展方向

一、协同创新的总体思路与发展目标

   1、总体思路

   遵循“湖北省2011计划”的总体精神,按照“国家急需,省内一流”的总体目标要求,围绕国家节能减排、加强环境保护和振兴湖北装备制造业重大需求,以绿色风机制造为特色突破口,联合湖北省内装备制造领域具有比较优势的高校和风机制造企业,建立“绿色风机制造湖北省协同创新中心”,深入开展装备制造领域人才培养、学科发展、科技创新与成果转化的创新机制体制改革,探索高校与企业、科研院所协同创新模式,建立高校、行业企业等深度融合的协同创新体系,有效聚集人才、信息、技术、资本等创新资源和要素,将“绿色风机制造湖北省协同创新中心”打造成为湖北省风机行业产业共性关键技术研发基地,技术服务、科技成果转化基地,创新创业人才培养基地,全面提升学科建设水平和人才培养质量,为湖北区域经济发展作出贡献。

   1)汇聚科技资源

   以“绿色风机制造湖北省协同创新中心”为纽带,汇聚省内在装备制造方面具有比较优势的高校,依据研究特色与专长,形成风机制造的技术研发平台。以省内具有比较优势的风机制造企业形成产业发展体系,中心逐步向省内风机企业开放,形成技术成果应用转化基地,建立以用户需求为导向的,科研、制造和应用的科技资源与生产应用体系相结合的协同创新中心。

   2)创新协同机制

   以“绿色风机制造湖北省协同创新中心”为抓手,以企业和需求为牵引,建立开放的人员交流机制、利益分配机制、实效评价机制,通过企业与高校的协同,缩短基础研究向产品转化的时间,使设想、设计、制造、需求实行短流程作业,创造出引领行业发展的新产品。

   3)培养创新人才

   以“绿色风机制造湖北省协同创新中心”为平台,通过高校与企业协同,以装备制造业发展的要求,结合教育部卓越工程师培养计划,实现产学研的深度合作,打通大学“人才培养平台”和产业“技术创新平台”,形成全新人才培养模式和有效技术创新模式,促进高校人才培养质量的跃升,培养装备制造业的创新人才。

   4)提升学科创新能力

   以“绿色风机制造湖北省协同创新中心”为载体,探索多学科交叉融合的科研组织模式,探索建成科研和教学创新要素与资源创新新机制,培养新的学科增长点,提升高校学科创新能力和工程创新能力。

   2、发展目标

   1)建成国内领先的“绿色风机制造湖北省协同创新中心”;

   2)构建高性能绿色节能风机设计、制造与应用协同创新新模式与新机制;

   3) 聚集和培养一批行业创新人才;

   4) 在高能效低噪声风机、鼓风机等基础理论研究,装备设计和综合应用方面取得一定的标志性成果;

   5) 成为湖北省风机行业产业共性关键技术的研发基地。

 

 

 

 

二、培育组建阶段的目标体系

   1、资源整合:构建资源整合机制,汇集资源要素,打造若干个协同创新研发平台。

   2、科技创新:通过校企合作组建协同创新中心,组织协同创新项目,明确任务、联合攻关,共同研制、开发符合国家产业政策、引导行业技术进步的新型节能产品,体现出需求性、改革性、创新性,促进学校人才、学科、科研三位一体创新能力的提升。

 

 

三、重点任务

   1、重点建设任务之一:集成创新--构建集成化风机设计技术平台

  风机行业需要利用现代设计手段,提升技术水平,改进风机设计、减少设计环节、加快产品上市速度,削减开发成本,提高产品质量。平台建设任务为将风机的设计方法、理论和商用软件集成,构建集成化的风机设计技术平台,使它成为一般风机工程师容易使用的工具。平台建设成功可将技术人员从重复性事务工作中解放出来,把精力集中到开发、创新更多产品。然而,全部利用这些现代设计手段的风机企业和工程师还不是很多,其中主要原因之一是这些商业软件一般是通用的,没有针对风机行业的专用软件,商业软件的集成化是目前的主要趋势,但离风机行业工程师应用的要求还有距离。为了有利于各个不同应用领域,商业软件也提供了用户二次开发的接口,可以通过二次开发,面向风机企业和工程师,将风机的设计方法、理论和这些软件进一步集成,成为一般风机工程师容易使用的工具。实现完成集成化的风机设计技术平台。

    该项目的目标是为企业开发一个集成化风机设计技术平台。该平台为销售、设计人员提供一种现代技术手段,建立起一个实用的选型、设计、开发风机的数值化、可视化的信息化平台。

  国务院在《2006━2020年国家信息化发展战略》文件中指出,我国信息化发展的战略重点之一就是利用信息技术改造和提升传统产业。促进信息技术在机械等行业的普及应用,推进设计研发信息化、生产装备数字化、生产过程智能化和经营管理网络化。因此,该平台是企业信息化的一个重要组成部分。

  本平台的集成包括从用户提供参数开始到产品设计、出工程图之间的各个阶段,即选型(相似设计和变型设计)、强度校核、结构优化、性能分析、报价、出工程图等多个环节。

    本平台利用Visual Basic6.0对三维建模软件SolidWorks进行二次开发,建立了离心风机的专用参数化建模模块,该模块可以完成风机的三维实体建模、离心风机整体的自动化装配和流域模型的建立。包括叶轮的受力状况和转子的临界转速等的工程分析,通过分析可以提出风机结构的有关改进措施。由三维流体模型和CFD软件对风机的内部流场进行数值模拟,从而改善风机气动性能。在三维模型基础上生成二维工程图的功能,完成零部件和装配体二维工程图的自动输出。

   

    新型风机的研制需要较长的周期,设计完成后,需要制作样机进行气动实验。而制作样机、进行气动实验需要投入大量的人力、物力。为企业开发新产品研发一个集成化软件平台,该平台结合三维造型软件、CFD计算机流体模拟技术,为企业新产品开发开辟新的途径。新型风机模型的研制,可在理论计算后用软件来模拟分析,计算结果与设计比对后,调整模型,直至理论计算与模拟结果吻合程度较高,在有把握的情况下,再制作样机进行气动实验,该方式成功率较高,摆脱以往重复试验、重复制造的模式,使得产品研发可以采用“纸上谈兵”的模式,从而节约大量的资源、成本及时间,突出绿色制造主题。

   风机技术开发平台将现代的设计方法和手段结合,基本理论、设计方法、试验数据结合,以固化的形式保留在程序中,这样就不会受人员变迁的影响。在平台的建立和使用过程中,相关人员会得到技术方面的提升。

   该平台在选型方面是要能够迅速和准确得出能否满足用户的要求,并与用户协商得到一个用户满意的方案。如果完成了三维模型的参数化,可以向用户展现三维动画,可以展示风机内部的流场,体现了企业的技术水平和形象。

   该平台在设计开发方面:用现代设计方法与设计理论改造流体机械产品传统设计开发过程,在科学计算与理论分析的基础上进行新产品的开发与研制。通过该系统的使用,在设计初期即能对产品的性能有全面的了解,能有效的减少产品开发的盲目性以及对物理原型机试验的依赖性,缩短开发周期,降低开发成本。

   该平台首先要具备企业自己的资料库,资料库的重要性不言而喻,资料库内涵的规范和完善是企业的核心竞争力之一,而资料库的核心部分是其中性能优良的典型模型。性能良好的风机模型可以从3种创新途径获得,即原始创新、集成创新、吸收创新。现阶段的重点不能放在原始创新,风机和电机的集成是企业的特点之一,吸收消化再创新相对比较容易。由资料库的重要性可以知,建立资料库是一个需要比较长期投入和不断积累的过程。

   在资料库的基础上,利用基础理论和资料库的数据,现代设计方法和技术手段,通过程序的二次开发实现平台的功能。

   风机技术开发平台的建设涉及的内容比较多,是一个集成化的工程,例如,资料库数据的准确、完整,需要大量的试验、搜集、筛选工作,通过长期积累来实现,程序编写部分也有与时俱进的内容。因此,有如下的工作需要进行:

   1)建立数据库:先构造建立一个资料库,搜集筛选部分风机模型,将数据输入到资料库中。

   2)实验数据积累:数据库中的数据一定要可靠、准确、完整,这里的数据决定着以后计算结果的可信度,是今后选型、报价、分析、创新所有环节的必不可少的基石。所以实验环节很重要,实验包括产品和模型,要更加重视模型的试验研究和开发。实验内容中电机要有功率与效率的试验曲线,以保证风机模型试验时得到风机的效率,从而可以独立评价风机性能的好坏。在比较大尺寸的风机试验时,可以同时测量噪声,因为此时的背景噪声可能允许现场测量风机噪声。根据国家标准和企业标准测量有关流量、压力、功率、噪声数据,充实到数据库中。这项工作决定了平台功能的发挥和效果。

   3)风机模型的选取:规划风机性能频谱,根据目前产品的性能范围和发展方向,规划风机形式和机号(叶轮直径)等结构参数,结合叶轮转速和宽度(企业一般称为高)、角度、叶片数等变化以满足市场需要。这些几何参数与测量数据要一起纪录在案。

   4)程序编写和二次开发:建立数据库时就要进行程序编写,通过程序编写和二次开发实现风机平台各种功能——选型、报价、分析、设计、建模等。

 

    2、重点建设任务之二:气动设计方法和内容研究

  风机是一个涉及多学科的复杂装置,许多问题还有待探讨,例如多场耦合,噪声的产生机理,现代设计方法,多部件耦合等。

    风机是将机械能转换为气体压力能和动能的设备,所需要的动力大部分是电动机,由于量大面广,消耗的能量是惊人的,素有“电老虎”之称。据不完全统计,全国风机的拥有量约400万台,正在使用的约285万台,风机用电约占全国发电量的10%,因而风机的节能具有十分重要的意义。风机还广泛应用于新的节能减排流程和装置中。例如污水处理中的鼓风机,清洁煤燃烧电厂装置中的压缩机和通风机,钢厂和电厂的脱硫处理用风机。

  节能减排、保护环境是风机行业义不容辞的责任,节能减排的重要途径之一是提高风机效率,尤其是使用效率。例如风机效率提高1%,按全国2011年发电量5万亿度计算,耗电量将减少50亿度,相当两个30万Kw装机容量电厂的一年的发电量,燃煤减少200万吨,CO2、SO2、Nox、粉尘的排放分别减少400万吨、400万Kg、345万Kg、168万Kg。如果风机效率提高5%或更多,节能减排的效果将显著增加,效益成倍提升。

  通过气动设计方法和内容的创新,提高风机效率,达到节能减排的效果。

   1)气动设计方法的研究

   现在使用的风机设计方法主要有两大类,相似设计和效率法设计。相似设计是使用最多的一类方法,但前提是有好的风机模型,这类方法设计得到的产品性能不会超过模型的性能,而且有时不能保证用户的需求。该类方法已经在集成化风机设计技术平台内实现了信息化、数值化。

   目前风机的效率还停留在比较低的水平,这主要是对风机内部流动了解不够,研究内容不深入,设计方法比较原始造成的。相似设计也需要不断开发新的高效率产品模型。所以从设计方法的角度,还需要对气动设计方法进行研究、改进。

   常规方法是建立在大量试验和经验基础上,协同创新中心将CFD方法与常规方法结合,一元方法、二元方法、三元方法结合,改进设计方法,建立某些新的设计准则。在实施路线上,为了保证项目起点高和进展顺利,采取购买部分风机设计软件和自主开发相结合。

   2)研究内容创新

   鼓风机有单级和多级形式,一个级是由叶轮和相匹配的静止元件组成。除叶轮的研究相对比较多外,其它元件研究很少,尤其是吸气室、回流器的研究。实际上,还存在级之间、级中各个元件之间的相互影响,这方面的研究也很缺失。针对设计高性能鼓风机急需解决的问题,协同创新中心拟定的研究内容创新点包括:

   吸气室的设计方法和对叶轮影响的研究

   回流器的设计方法和对级性能影响的研究

   蜗壳与叶轮匹配的研究

  

 

   3、重点建设任务之三:新型风机模型研究(产品和结构创新)

   集成化的风机设计技术平台和设计方法与研究内容的创新,最后要落实到新产品的开发。在以上两项研究的基础上,对产品和结构进行研究创新,以保证新产品开发具有先进水平、达到高性能,同时也是经济发展和技术进步的要求。

   协同创新中心将对湖北省内风机企业开放,研发出多款高效率、低噪声风机。

   1)真空离心鼓风机研究

   造纸行业的工艺流程中,原有的真空泵台数多(某纸厂流程用13台)、分散安装、效率低、耗电大、设备费和维护费高。本项目拟两台真空离心鼓风机代替原来的多台真空泵,节电可达30%。

   国内还没有造纸行业用真空离心鼓风机产品,两次中间加气的工艺流程要求特殊的结构,该产品的开发集中体现了上述设计方法和研究内容创新点的应用。

   2)脱硫轴流风机研究

   随国家环保要求的不断提高,许多钢厂需要上脱硫项目,钢厂脱硫与电厂脱硫相比,要求输送气体流量更大(200万-300万m3/h),压力更低(1000-2000Pa),对现国内多数轴流通风机来说,比转速太大,无法选型。

   本轴流风机的开发除满足钢厂脱硫压力、流量外,效率要达到先进水平。

   3)养殖行业风机研究

   围绕着风机在养殖场环境调控中的应用开展研究。

   ①基于Fluent6.0的养殖场风机流场数值模拟、噪声和振动分析、节能、有限元分析、饲料及除尘风机气固耦合等方面的研究。

   ②养殖场风机的特点、结构参数的变化、虚拟设计与虚拟样机试验、产品比较研究、 CAD设计及CAM加工制造等方面的研究。

   ③养殖场风机性能参数测试、调速等调控技术、故障诊断、根据养殖环境需要的检测与自动控制技术等方面的研究。

   人才培养:风机创新人才培养是协同创新中心的重要任务之一。

  

   4、重点建设任务之四:校企协同创新人才培养研究

    依托高校与行业结合紧密的优势学科,充分发挥行业特色优势,探索建立多学科融合、多团队协同、多技术集成的研发与应用平台,在此平台基础上,大力开展专业应用型人才培养。

  目前全国开设风机专业方向的高校只有2所,风机专业技术人员不足,本专业毕业的学生奇缺。风机行业从业技术人员大多是机械类专业背景。进行风机专业人才培养和风机企业一线在职工程技术人员的继续教育,是提升行业发展水平和技术创新能力的重要途径,是协同创新中心的重要任务之一,通过校企协同创新,以科研促进学科、专业建设,武昌工学院在机械学科开设风机专业方向,承担培养风机专业不同层次的学生以及风机企业一线工程技术人员新技术、新方法的继续教育任务,为风机行业培养急需的专业技术人才,提升湖北风机行业的竞争力。

  在协同创新中心建设中,校企协同共同制定适合企业需求的人才培养方案、课程体系,校企协同共同培养师资,提高教师的教学、科研水平。

    通过协同创新,将教学、科研与生产紧密结合起来,以协同创新为契机,以提升创新能力为突破,以培养创新人才为根本。将开展协同创新与创新人才培养的观念、内容、模式结合起来,实现三个转变。一是在培养观念上,从“学科为本”转变为“育人为本”。学科是集教学、科研、队伍、基地的要素于一体的综合育人平台,学科建设要为育人服务,真正做到一切以学生健康成长和人才脱颖而出为出发点和落脚点。二是在培养内容上,从“传授知识”转变为“提升素质”。真正的创新人才必然具有良好的素质,包括品德、知识、能力、作风、体魄等综合性概念,从目前过于注重知识,下功夫转变到“能力为重”,注重培养学生的自主学习能力、实践能力和创新能力,参与科研实践正是促成这种转变的重要途径。三是在培养模式上,从“以教为主”转变为“以学为主”。让学生参与课题研究,加入创新团队,在“寓教于研”中提高实践能力和创新本领,提升综合素质,培养创新能力。

  通过协同创新项目的实施,引进和培养一批高素质的“产学研”相结合的科技创新人才和中青年学术骨干。通过创新项目的研究,吸收多学科领域专家的参与开发,促进最新研究成果向行业产业需求发展,向学科发展、向教学层面转化,更新教学内容,提高教学水平。

    具体措施:

1)制定创新人才培养方案,构建装备制造业发展需要的课程体系。

    结合湖北装备制造业发展的需要,制定创新人才培养方案,构建具有行业特色的满足装备制造业产业创新人才培养需要的课程体系。

  (1)到国内相关高校和省内相关行业相关公司等用人单位进行广泛的调研,深入研究、兼收并蓄其他高等学校本学科的产业人才培养计划,深入了解装备制造业各行业和毕业生对专业人才的知识与能力需求。

  (2)以装备制造业产业发展对专业人才知识、能力、素质的要求为依据,以培养计算机辅助设计、制造技术应用为专长,进一步加强工程应用能力培养,适应企业生产一线的需要。聘请企业工程技术人员共同研究课程设置、教学大纲、教学内容与教学要求,科学设置实验、实习和工程实践教学环节,研究制定各教学环节的质量标准和考核规范。从理论教学环节、实践教学环节及创新能力培养等多方面加强学生知识能力和工程素质的培养,形成特色鲜明的创新人才培养模式,科学制定与之相适应的人才培养方案。

2)改革和完善实践教学体系,推进创新人才培养与工程实践相结合,提高学生的工程实践能力。

  (1)结合企业对产业人才动手能力和工程能力的需求,合理制定实践教学方案,改革实践教学内容,改进实践教学方法,构建以“实验教学——课程设计——工程实训——专业实习——毕业论文(设计)”等五大实践教学环节为主线,以学生工程应用能力训练、科技创新能力培养为核心的实践教学体系。

 (2)进一步加强校企合作,逐步建立和完善校企联合开展实践教学工作机制、校企双方教师的选派机制等制度建设,使校外实践教学基地,不仅能承担学生的校外实习的实践教学任务,而且能参与制定实习模式和实施办法,将创新人才培养计划的实践教学落实到实处。

3)深化校企结合的课程改革,建设符合产业特点的特色教材。

  (1)通过广泛的社会和企业调研,了解行业和企业对学生的能力需求,开设更适合产业创新人才培养的课程,改革课程教学内容与教学手段,使课程内容充分反应装备制造业技术的新发展。

  (2)实施部分课程企业技术人员和校方教师的合作教学,与企业相关人员共同研究教学内容、教学规律,不断改进教学方法。

 (3)革新课程内容,加强特色教材的编写和出版。组织教师和相关企业工程技术人员合作,及时将合作企业实际案例和教师的科研成果转化为教学资源,共同编写理论知识实用、突出工程能力培养的特色教材(讲义),以避免学校教学内容与行业标准脱节。

  

  

   

四、学科建设:以协同创新中心为依托,在研究的过程中,凝练学科方向、汇聚学科队伍,构筑学科基地,制定学科建设规划,创新研究成果,形成新学科课程基础。

  在高等学校内部,本质上要求以学科建设为基础,人才培养和科学研究紧密结合,人才、学科、研究三位一体履行大学职能。但是在现实中,三者脱节现象普遍存在:学科建设常常孤立而行,与人才培养和科学研究脱节,人才培养与科学研究脱节,学科建设和科学研究成果与资源不能转化为人才培养资源。学科的划分是相对的,它是对知识的人为划分,在科学技术迅速发展的今天,学科体系在不断变化,学科之间也在不断交叉融合。

  开展协同创新就是打破高校内部学科与学科之间的壁垒,推动人才、学科、科研三位一体,相互协同与互动,共同提高创新能力。

  武昌工学院是一所以工科为主的普通高校,“机械制造及自动化”、“信息工程”是学校重点学科,机械制造及自动化学科目前有“机械设计制造及其自动化”、“材料成型及控制工程”、“工业设计”3个本科专业,其中“机械设计制造及其自动化”专业,是湖北省重点培养本科专业和湖北省新型战略支柱产业专业。建成有12个实验室和1个校内实习基地,建立了武汉鼓风机有限公司、东风汽车有限公司等10个校外实习基地。

  通过协同创新,主要以3个研究方向为重点,逐步培养具有核心竞争力的学术团队。

  1)计算机辅助设计/制造

  主要针对制造业信息化、计算机辅助设计/制造进行研究:智能优化设计、CAD/CAM/CAE/CAPP应用与二次开发、三维建模等。

  2)先进(绿色)制造工艺与装备

  主要研究高精度、高效益、低成本、高柔性和洁净化的制造过程(绿色制造)对先进制造工艺与装备的要求,开展产品开发、快速成型、特种材料加工等关键工艺及装备,虚拟制造技术与工艺优化设计。

  3)制造业信息化技术

  主要研究产品整个生命周期中相关数据和过程的管理理念及方法:数字化设计、制造装备数字化、管理数字化、生产过程数字化和企业数字化。

  该研究方向集合武昌工学院3个学院(机械工程学院、信息工程学院、经济与管理学院)、4个学科(机械设计及理论、机械制造及自动化、计算机应用技术、管理科学与工程),通过多学科交叉融合,解决制造业在产品研发、生产制造和供应销售中存在的实际问题,开展相应的研究和开发,提供整体解决方案。

  通过协同创新中心4年的建设,将“机械制造及自动化”学科建成为湖北省重点学科,争取取得工程硕士学位授予权。

 

 

 

五、队伍建设:中心将围绕“国家急需、省内一流”的目标,基于人才培养、学科建设、科学研究的需要,按照“不求所有、但求所用”,“人员流动不调动”的原则,聘用科研人员、实验人员、管理人员。着力进行青年人才队伍建设,重点培养学术带头人、后备力量和青年骨干教师。

 具体措施:

 1)引进领军人物。根据协同创新平台建设需要,引进领军人物,保证创新能力和活力。

  2)双师型教师。引进高职称高学历人才和具有丰富工程实践经验的企业高级工程技术人才补充到教师队伍中来。

  3)安排没有工程实践经历的专任教师到相关企业一线学习锻炼,鼓励老师到企业做科研。

  4)聘请企业工程师到学校兼职授课。

 5)选拔优秀的青年教学和科技骨干人员到中心工作,为其提供充分的科研项目支持,良好、宽松的工作环境和优越的配套条件。

 

 

六、深化机制、体制改革:把机制创新、制度创新作为协同创新中心建设的关键。探索建立”任务一体化、队伍一体化、资源一体化、机制一体化”的运行机制,形成鼓励自主创新、自由探索、团队协作的学术氛围和文化环境。

 

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