协同创新在民航特色院校材料学科建设中的作用

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  [摘要]协同创新是大学、企业、研究机构等协同互动的网络创新模式,可以充分释放创新要素的活力,解决经济与科技发展“两层皮”现象。本文分析了协同创新对行业特色院校创新体系发展的重要意义,重点阐述了“大飞机”重大工程背景下民航特色院校材料学科领域协同创新的紧迫性和重要性,总结了与航空材料有关的协同创新中心的现状,最后结合材料学科发展的特点提出了民航特色院校材料学科协同创新的几点举措。
  [关键词]协同创新  民航特色  材料学科
  一、“协同创新”对行业特色院校创新体系发展的重要意义
  2011年4月24日,胡锦涛总书记在庆祝清华大学建校100周年大会上的讲话中提出,全面提升高等教育质量,必须大力提升人才培养水平、增强科学研究能力、服务经济社会发展、推进文化传承创新,特别强调高校在积极提升“原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新能力”的同时积极推动“协同创新”。
  “协同创新”是在原有“分散式”创新体制的基础上提出的一种新的创新机制,是以大学、企业、研究机构为核心要素,以政府金融机构、中介组织、创新平台、非营利性组织等为辅助要素的多元主体协同互动的网络创新模式。它可以通过知识创造主体和技术创新主体间的深入合作和资源整合,产生系统叠加的非线性效用。它有效汇聚了创新资源和要素,通过突破创新主体间的壁垒,充分释放了彼此间“人才、资本、信息、技术”等创新要素的活力[1]。
  “协同创新”思想的提出为我国行业特色院校创新体系的发展指明了方向。在建国之初,为了满足各行各业的发展,组建了一批与“航空、航天、”、“海洋”、“石油”、“林业”、“化工”等国计民生行业相关的特色大学,这些业特色大学成为了行业技术创新的重要支撑,在“产、学、研协同创新”方面取得了一定的成绩。即使如此,国内行业特色院校依然存在科技与经济“两张皮”现象,科技成果转化率不足25%,远低于美、日、德、英等发达国家的50%[2]。行业院校距离成为“行业产业共性技术的研发基地和区域创新发展的引领阵地”的目标要求还有很大差距。这主要是因为行业特色高等院校、科研院所和行业企业科研机构等长期以来各自成体系,研究工作分散重复,效率不高。具体来说,高校和科研机构拥有丰富的人力资源,但资金缺乏且研究项目空泛,往往与产业需求相脱节;行业企业有明确的科研需求和充沛的资金供应,但缺乏质量高、规模大的研究团队。这种分散、封闭、低效的科技创新模式已成为我国建设创新型国家的障碍。因此,开展协同创新,既是顺应世界科技发展趋势的要求、提高国家创新能力的重大举措,也是建设高水平行业特色型大学的现实需要。2006年以后,我国陆续启动“十六个国家科技重大专项”,行业特色院校、科研院所、行业企业之间的“协同创新”显得更为重要和紧迫。特别是2008年,作为工业桂冠的“航空工业”启动了“大飞机专项”,旨在2016年研制出单通道、150座级别的商用客运飞机。大飞机研制过程中的工程技术创新是一项复杂的系统工程,涉及多个技术领域,相互之间联系紧密。同时技术创新主体之间需要跨组织协同合作,协调界面多,具有典型的组织协同性[3]。以波音飞机的研制为例,大型飞机的部件有上万个,科研小组不计其数,分布在波音公司、霍尼韦尔公司、达索公司、加州理工大学、斯坦福大学、普渡大学等生产、教学和科研单位,正是这些科研小组之间充分沟通、通力合作,才使得波音飞机的研发周期为短短的5年时间。空客飞机的研制也是如此,科研机构和生产机构遍布欧洲4个国家,在各方协同创新、共同努力之下,使得大型客机的研发周期也为5年左右。2008年,我国启动“国产大飞机”研制,参研单位包括中航工业各个研究所,中铝、宝钢、宝钛等大型企业,当然也包含各个航空特色高等院校[4]。这种大型科研项目需要各个研究要素之间的“协同创新”,发挥高校、科研院所的人力资源优势和企业的经济资源优势,共同推进大型项目的研究进展。同时通过民机大型项目各个研究要素之间的“协同创新”,也可以提升航空特色院校的学科建设水平,更好的为航空工业输送人才,从而形成了“合作——创新——提高——再创新”的良性循环。
  二、“大飞机”专项背景下材料学领域“协同创新”的重要性
  根据创新的领域不同,“协同创新”分为面向科学前沿、面向文化传承、面向行业产业和面向区域发展四种类型。其中面向行业产业的协同创新,是以工程技术学科为主体,以培育战略新兴产业和改造传统产业为重点,通过高校与高校、科研院所,特别是与大型骨干企业的强强联合,针对支撑我国行业产业发展的核心共性技术进行深层次的研發和转移。
  在“大飞机”专项启动以后,航空特色院校中“材料学科”——这一传统学科的发展方向和创新模式成为了专家、学者讨论的焦点。飞机性能的改进进程大部分是靠材料的改进推动的,材料的先进性决定了飞机的先进性。例如以波音747飞机为代表的第一代民用航空飞机的主体材料为铝合金和钢材;以波音777为代表的第二代客运飞机中钛合金得到了广泛应用;以波音787为代表的新型飞机中,复合材料的用量提升到了50%,燃油经济性提升20%,所以业界一直存在着“一代材料、一代飞机”这样的说法。师昌绪院士一再强调“发展大飞机,材料要先行”这一理念[5]。这是因为航空材料的研制与发展需要一个相当长的周期,要有很强的前瞻性,靠盲目仿制永远满足不了国产大飞机的需求,因此需要及早着手适用于大飞机的新型材料的创新与研制。师先生同时指出“目前大飞机领域内的材料研制并没有先行”,究其原因还是在创新过程中存在很多壁垒,各个研制单位都在部门分割的思想下互相牵制,没有形成创新的合力。一方面航空材料创新所需周期长、资金量大,主体行业企业不愿对科研院校进行大量投入;另一方面科研院校的研究方向没有很好地贴近行业需求,使得科研成果的转化率远低于发达国家的水平。师先生一针见血地指出了目前大飞机领域材料研制存在的问题,而要解决这一问题,使材料研制处于“先行”的位置,就必须在“协同创新”思想指导下对航空特色院校的材料学科的创新模式进行改革,增加校校之间、校企之间的合作,对大飞机材料方面的研制进行顶层设计,明确重点研制那些类型材料、先研制哪些材料、主要解决哪些问题。主体行业企业提出研究任务,高校、科研院所提供智力支持,在共同的研究平台上推进大飞机的材料研制工作。只有在打破各个创新要素壁垒,释放各要素活力,形成创新合力的基础上,才能真正实现师先生提出的“发展大飞机,材料要先行”的理念。   三、航空材料学领域协同创新的现状
  在某一学科领域进行协同创新,这一模式多年前在科技发达国家就已经得到了重视。例如美国硅谷就是以半导体材料和能源材料为主要研究对象,依托斯坦福大学、伯克利大学和加州理工大学等高校,以苹果、英特尔、思科、朗讯等公司为基础,形成的产、学、研一体的“协同创新网络”[6]。除此之外,在美国的西雅图、法国的图卢兹等地区都依托“大飞机”项目形成了规模化的协同创新聚集群。2011年我国教育部制定了“高等学校创新能力提升计划”(简称“2011计划”),自2012年启动实施,四年为一个周期,旨在建立一批“协同创新中心”,大力推进高校与科研院所、行业企业、地方政府以及国外科研机构的深度合作,探索适应于不同需求的协同创新模式,营造有利于协同创新的环境和氛围[7]。在教育部“2011计划”的推动下国内高校依托特色学科逐渐建立了涵盖量子物理、化学化工、生物医药、航空航天、轨道交通、新型材料、纳米科技等各领域的国家级“协同创新中心”,与此同时部分高校自主挂牌了一批“协同创新中心”,国内协同创新的局面已经形成。在国家级的“协同创新中心”中,与航空材料相关的创新中心备受关注。例如“有色金属先进结构材料与制造协同创新中心”以中南大学为主导单位,联合北京航空航天大学、中国铝业公司、中国商飞上海飞机设计研究院等,围绕有色金属先进结构材料与制造关键科学和共性技术问题,开展科学研究、人才培养、战略研究、成果转化等协作。在协同创新中心的平台上,高校和企业之间打破了以往壁垒,签订保密协议,有了共同的研究目标,推动了大飞机铝合金、钛合金和高温合金方面的创新速度和应用进程。除了国家级的协同创新中心以外,高校自主挂牌的“协同创新中心”中也出现了一批与材料学科相关的创新中心。例如郑州航空工业管理学院与中航工业609所共建“航空材料协同创新中心”,该中心主要开展航空金属与非金属材料、航空制造与装备、电子技术与信息处理等方面的研究,双方共享科研资源和科研成果、共同开展预研项目和技改项目研究、共同开展相关的研究平台建设、共同推动学术交流、共同开展相關专业的人才培养。东华大学与上海交通大学、中国商用飞机有限责任公司等联合建设“民用航空复合材料协同创新中心”,围绕“人才、学科、科研”三个方面,在复合材料关键原材料、复合材料结构制造与检测、复合材料设计与表征等方向进行协同创新。另外,由西北工业大学牵头,联合哈尔滨工业大学、中南大学、北京航空航天大学,同时联合中国航天科技集团公司、中国航天科工集团公司、中国航空工业集团公司、中国商用飞机有限责任公司正在筹建“航空航天关键材料技术协同创新中心”,确定在极端热环境材料技术、强韧轻质结构材料技术、特种功能材料技术和材料设计与评价方法三个方面进行协同创新工作。与航空材料相关的国家级和校级“协同创新中心”的建立,表明了材料学科在航空制造领域内具有很高的重要性,企业需要高校为其提供材料学方面的创新支持,而高校也需要与企业联合,提升自身的科研水平和学科建设能力。
  四、民航特色院校材料学领域“协同创新”的几点举措
  2008年“大飞机”专项的启动以及教育部“2011年计划”的实施为民航特色院校的创新能力、学科水平的提高提供了契机。民航特色院校应该紧紧抓住本行业高速发展的黄金时期,围绕行业重大需求,大力推进高校与高校、高校与企业之间的“协同创新”,努力提升自身的学科水平和创新能力,诸如“材料学科”等建设投入大、创新周期长、影响广泛的学科更应该优先进行“协同创新”。民航特色院校材料学领域的“协同创新”,应该注意以下几点:
  1.选准“创新点”
  发展国产“大飞机”,航空材料领域需要的创新点还有很多,例如发动机领域需要高温性能更好的合金材料、热障涂层材料,机身为了减重需要先进复合材料、轻合金材料,起落架为了保证强度需要屈服强度更高的超高强钢等等。每个院校在对“创新点”的选择上要兼顾自身的学科特色,不要盲目跟风,而是要注意“差异性创新”。另外一方面,材料学科的创新活动往往需要价值昂贵的硬件设备进行支持,并且需要大规模的资金投入,因此高校在选择“创新点”时需要有比较深厚的学科基础和相关领域的科研活动的经验,避免“低水平创新”。
  2.注意“联动性”
  进行材料学科的“协同创新”,要注意与行业需求紧密结合,可以定期组织高校老师到民航企业中进行交流,也可以定期邀请企业技术人员到高校中进行讲座。企业需要高校的科研力量帮助其进行复杂、系统的技术攻关,而高校更需要企业技术人员将生动、丰富的一线知识带到课堂中来。高校除了需要和企业之间进行联动以外,也需要同具有类似学科的高校和研究所间进行联动。除了要打破校、企之间的壁垒,也需要打破学校、研究机构之间的壁垒,建立开放式的交流平台,让硬件资源共享,让人才在创新要素之间自由流动。只有建立具有“联动性”的创新机制,才能激发各方的活力,使得创新具有实用性和高效性。
  3.提高“带动性”
  进行“协同创新”,要注意创新工作对学科建设、人才培养工作的“带动性”。材料学科的人才培养包含理论教学和实践教学两部分内容。传统的人才培养模式中,理论教学一般在学校集中授课,由于理论知识难度大,授课老师缺少工程经验,学生会感到枯燥乏味;实践教学包含认识实习、生产实习等环节,由于资金投入不足和企业不愿意接待等诸多难题,实践环节基本上以“参观”为主,学生受益很少。实施“协同创新”以后,可以借助协同创新平台为学生提供不同方向的科研题目,学生可以根据个人爱好加入不同的科研兴趣小组。如果学生在科研中遇到实际问题,可以及时到企业中得到技术人员的信息和技术支持,从而逐渐提高学生解决实际问题的能力。让“协同创新”这一个“点”,带动学科建设这一个“面”。“协同创新”特色学科培养的学生到企业就业后,又能更好地提高的企业的创新能力。从而高校和企业两个创新要素通过“协同创新”这一纽带联系在一起,形成人才培养和科技创新方面的良性循环。   4.做好“产权保护”
  民用航空产品的市场是充分竞争的市场,航空材料方面的创新往往会提高民用航空产品的竞争性,因此世界各国都非常重视对航空材料创新方面的产权保护。建立“协同创新”体系是为了鼓励交流与合作,但同时也要注意对创新要素各方权益的保护,更要做好创新成果的知识产权保护。“协同创新”是为了使合作各方的利益获得提升,绝不能使以一方获利而其他方利益受损。为此,在建立“协同创新组织”时可以要求各方签署保密协议,同时规定各方在创新成果中获得的经济效益比例,明确各方在创新活动中的权利和义务。
  5.推动“学科交叉”
  民用航空产品往往是多学科知识的结晶,因此民航特色院校在专业设置上涉及面也非常广泛。具有民航特色的学科之间的创新活动有很强的依赖关系。例如民用航空复合材料方面的创新,需要了解材料的受力环境、电磁环境、辐照环境,需要得到力学、光学、电磁学、化学等其他学科相关知识的支持。随着民用航空器产品复杂程度逐渐提高,仅仅依靠单一学科的力量进行创新愈發困难。因此“协同创新”在确立主体学科领域的基础上,还要积极推动“学科交叉”。在教学方面,打破学科之间的壁垒,相关性比较强的教学课程可以作为开放性课程,鼓励不同学科领域的学生和老师互相旁听课程。在科研方面,鼓励不同学科领域的学生或教师组成联合科研小组,针对协同创新平台中提出的问题进行联合技术攻关。
  五、结束语
  材料学科的理论体系和工程实际结合非常紧密,其学科发展的特色要求我们必须进行“协同创新”。“发展大飞机,材料要先行”,国产大飞机重大工程背景下,材料学科的协同创新显得尤为重要和急迫。民航特色院校应该抓住行业高速发展的时机,努力建设“产学研协同”的创新平台,优化材料学科等工程性学科的人才培养模式,提升科研创新活动的目的性和有效性,促进教育、科技、经济之间的紧密结合。
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  (作者单位:中国民航大学 理学院 天津)
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