程志君 羅鵬程 蔣平 郭波

【摘要】本文從大數(shù)據(jù)時(shí)代可靠性人才需求出發(fā)，針對(duì)當(dāng)前可靠性課程體系存在的問(wèn)題，依托“大數(shù)據(jù)+可靠性”創(chuàng)新科研成果，開(kāi)展相應(yīng)課程體系建設(shè)改革的研究，分別從課程體系框架構(gòu)建、課程體系內(nèi)容設(shè)計(jì)和教學(xué)手段改革三方面進(jìn)行積極探索，提出對(duì)策和建議，為相關(guān)研究生培養(yǎng)方案和課程大綱修訂提供支持。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù)時(shí)代 可靠性課程體系

【中圖分類(lèi)號(hào)】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）16-0241-01

一、引言

在現(xiàn)代軍事、航天、航空等高科技領(lǐng)域中，以減少故障、提高產(chǎn)品質(zhì)量為目的的可靠性，在相關(guān)設(shè)備研制、生產(chǎn)和使用過(guò)程中扮演舉足輕重的角色。所謂可靠性，是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。通俗地說(shuō)，可靠性就是產(chǎn)品無(wú)故障完成任務(wù)的能力[1]。可靠性經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一門(mén)綜合性的新興交叉學(xué)科，國(guó)內(nèi)外許多著名大學(xué)不僅設(shè)立相關(guān)專(zhuān)業(yè)，建立完整的課程體系，而且其中某些課程也成為其他工科專(zhuān)業(yè)的必修課程[2]。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，以大數(shù)據(jù)、人工智能、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等為代表的技術(shù)變革徹底改變了原有產(chǎn)品的發(fā)展軌跡[3]，高技術(shù)設(shè)備性能指標(biāo)多樣，組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在其需求論證、設(shè)計(jì)研制和保障使用中，通過(guò)傳感器或終端能夠獲取海量數(shù)據(jù)，如衛(wèi)星每秒產(chǎn)生的在軌性能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)數(shù)萬(wàn)條。一方面，這些性能或環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)從不同方面反映設(shè)備的狀態(tài)，能夠?yàn)槠淇煽啃苑治鎏峁└嗟臄?shù)據(jù)支撐，從而成為推動(dòng)可靠性技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略資源。另一方面，這些數(shù)據(jù)大多并非故障數(shù)據(jù)，而且往往具有非結(jié)構(gòu)化、非線性特點(diǎn)，因而對(duì)傳統(tǒng)基于經(jīng)典統(tǒng)計(jì)的可靠性理論方法和手段提出了新的挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)間相關(guān)關(guān)系的挖掘，抽樣及數(shù)據(jù)精度已非其研究和應(yīng)用的關(guān)注點(diǎn)，原有經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)抽樣、因果分析建模方法難以奏效[4]。因此，未來(lái)從事可靠性工程相關(guān)領(lǐng)域研究的人員，需要更新原有的可靠性知識(shí)體系，掌握大數(shù)據(jù)相關(guān)的新理論與新方法。在這種形勢(shì)下，必然對(duì)現(xiàn)有的可靠性課程體系提出新的、更高的要求。為此需要結(jié)合當(dāng)前可靠性大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，對(duì)原有課程體系進(jìn)行改革與創(chuàng)新，建設(shè)“大數(shù)據(jù)+”可靠性方向研究生課程體系。

二、“三類(lèi)四層”的課程體系框架構(gòu)建

現(xiàn)有的裝備可靠性課程體系是 “三類(lèi)四層”框架結(jié)構(gòu)，其中，“三類(lèi)”是指裝備可靠性研究和應(yīng)用的“故障診斷”、“壽命預(yù)測(cè)”、“風(fēng)險(xiǎn)分析”三個(gè)方面領(lǐng)域知識(shí)。“四層”是指“基礎(chǔ)-專(zhuān)業(yè)-應(yīng)用-展望”四個(gè)層次的知識(shí)劃分。所謂“基礎(chǔ)”課程包括軍事裝備相關(guān)的領(lǐng)域基礎(chǔ)課程和“概率統(tǒng)計(jì)”、“隨機(jī)過(guò)程”等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程；“專(zhuān)業(yè)”課程即“故障診斷”、“風(fēng)險(xiǎn)分析”等專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程；“應(yīng)用”主要是指解決應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的案例分析課程，是基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)的綜合應(yīng)用；“展望”是指針對(duì)裝備可靠性未來(lái)發(fā)展的綜合研討類(lèi)課程。

而大數(shù)據(jù)理論的引入，將徹底改變上述“三類(lèi)四層”框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵與關(guān)系。一是三類(lèi)領(lǐng)域知識(shí)的重新設(shè)置，原有三類(lèi)領(lǐng)域邊界較為清晰，但大數(shù)據(jù)理論從整體著眼的特點(diǎn)使三者結(jié)合更為緊密，重新劃分三類(lèi)領(lǐng)域的邊界，涉及到不同內(nèi)容的擴(kuò)展與綜合；二是四層結(jié)構(gòu)中課程的調(diào)整與知識(shí)更新，如“基礎(chǔ)”課程中需要增加與大數(shù)據(jù)相關(guān)課程（如人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等），“專(zhuān)業(yè)”課程中應(yīng)結(jié)合大數(shù)據(jù)更新原有“故障診斷”、“狀態(tài)預(yù)測(cè)”等課程知識(shí)體系；三是原有內(nèi)容與大數(shù)據(jù)相關(guān)新理論方法的整合問(wèn)題，將新的知識(shí)和傳統(tǒng)方法協(xié)調(diào)綜合為一個(gè)整體。從上述三方面出發(fā)，研究和梳理解決當(dāng)前裝備可靠性三個(gè)領(lǐng)域問(wèn)題對(duì)大數(shù)據(jù)新理論、新方法的需求，結(jié)合我校研究生培養(yǎng)的特點(diǎn)，構(gòu)建“大數(shù)據(jù)+”裝備可靠性方向研究生課程體系的“三類(lèi)四層”新框架，從而確立各門(mén)課程之間的支撐關(guān)系。

三、“三個(gè)有機(jī)結(jié)合”的課程體系內(nèi)容設(shè)計(jì)

大數(shù)據(jù)為解決可靠性問(wèn)題提供了龐大的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，但可靠性與大數(shù)據(jù)結(jié)合，將不再追求抽樣與統(tǒng)計(jì)結(jié)果的精確性，而注重從整體數(shù)據(jù)上分析，強(qiáng)調(diào)相關(guān)關(guān)系分析或潛在關(guān)系的挖掘。因而需要分析這一特點(diǎn)，基于“三類(lèi)四層”的新框架，設(shè)計(jì)各門(mén)課程的教學(xué)內(nèi)容。課程內(nèi)容將按照“大數(shù)據(jù)與經(jīng)典統(tǒng)計(jì)結(jié)合”、“大數(shù)據(jù)與可靠性理論結(jié)合”、“大數(shù)據(jù)與裝備應(yīng)用結(jié)合”（簡(jiǎn)稱(chēng)“三個(gè)有機(jī)結(jié)合”）的總體思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體包括：

（1）“大數(shù)據(jù)與經(jīng)典統(tǒng)計(jì)結(jié)合”：“基礎(chǔ)”課程中要兼顧經(jīng)典數(shù)理統(tǒng)計(jì)和大數(shù)據(jù)理論方法，“專(zhuān)業(yè)”課程中可靠性理論內(nèi)容應(yīng)涉及經(jīng)典數(shù)理統(tǒng)計(jì)與大數(shù)據(jù)理論方法相結(jié)合來(lái)研究故障診斷、壽命預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)分析等領(lǐng)域問(wèn)題。

（2）“大數(shù)據(jù)與可靠性理論結(jié)合”：大數(shù)據(jù)理論知識(shí)與可靠性專(zhuān)業(yè)知識(shí)應(yīng)盡量相互呼應(yīng)、關(guān)聯(lián)承接，“專(zhuān)業(yè)”課程中的裝備故障診斷、壽命預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)分析等專(zhuān)業(yè)理論課程內(nèi)容要包含解決這些領(lǐng)域問(wèn)題的大數(shù)據(jù)理論方法，而“基礎(chǔ)”課程中增加的大數(shù)據(jù)相關(guān)理論方法應(yīng)涉及可靠性領(lǐng)域應(yīng)用。

（3）“大數(shù)據(jù)與應(yīng)用結(jié)合”：“基礎(chǔ)”課程中應(yīng)包含軍事裝備論證、研制、試驗(yàn)等基本理論及其中涉及的可靠性問(wèn)題和大數(shù)據(jù)問(wèn)題等內(nèi)容，“應(yīng)用”課程應(yīng)突出大數(shù)據(jù)理論方法應(yīng)用于裝備可靠性問(wèn)題的解決方案，“展望”課程針對(duì)可靠性專(zhuān)業(yè)理論當(dāng)前存在的現(xiàn)實(shí)緊迫問(wèn)題，結(jié)合大數(shù)據(jù)方法解決裝備可靠性問(wèn)題的未來(lái)發(fā)展，進(jìn)行展望性研討。

四、結(jié)合新一代信息技術(shù)的課程體系教學(xué)手段改革

大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)為課程教學(xué)手段改革提供了新的發(fā)展思路[5]?？紤]到當(dāng)前裝備性能或環(huán)境監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)海量、多樣、非結(jié)構(gòu)化等特點(diǎn)，利用Hadoop、NLP等軟件，依托學(xué)校優(yōu)質(zhì)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境、“雨課堂”、軍隊(duì)“夢(mèng)課”等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，設(shè)計(jì)適應(yīng)“大數(shù)據(jù)+”課程體系的教學(xué)方法，探討翻轉(zhuǎn)課堂、在線互動(dòng)式課堂、研究型教學(xué)、項(xiàng)目式教學(xué)等手段在課程教學(xué)中的應(yīng)用，推動(dòng)大數(shù)據(jù)工具與教學(xué)結(jié)合的實(shí)踐驗(yàn)證。其中，對(duì)部分“基礎(chǔ)”課程，強(qiáng)調(diào)Hadoop等大數(shù)據(jù)分析軟件的應(yīng)用，嘗試基于“夢(mèng)課”平臺(tái)的翻轉(zhuǎn)課堂，或結(jié)合“雨課堂”開(kāi)展在線互動(dòng)式教學(xué)；對(duì)部分“專(zhuān)業(yè)”課程，可通過(guò)研究型教學(xué)方法，突出如何運(yùn)用大數(shù)據(jù)理論方法解決裝備故障診斷、壽命預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)分析等問(wèn)題的研究；對(duì)“應(yīng)用”課程，可采用項(xiàng)目式大作業(yè)貫穿，并在相關(guān)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行授課，結(jié)合經(jīng)典可靠性軟件和NLP軟件來(lái)解決項(xiàng)目作業(yè)；對(duì)“展望”課程，可邀請(qǐng)相關(guān)院校教授、知名學(xué)者以及國(guó)防工業(yè)部門(mén)的工程專(zhuān)家，采用講座、研討、交流等方式進(jìn)行。

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作者簡(jiǎn)介：

程志君（1978.06-），女，漢族，國(guó)防科技大學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)院副教授，研究方向：可靠性建模與分析、維修決策。