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摘 要：在分析目前工业工程专业在总体实训阶段存在的缺乏产品结构知识的问题上,提出了增加《产品结构设计》课程的措施,并对工业工程专业的《产品结构设计》课程设置和教学设计进行了必要的研究,深入探讨产品设计在工业工程专业课程体系的地位与应用.
关 键 词：工业工程产品设计总体实训
工业工程是目前世界上被大家认可的可以有效地提高生产效率和经济效益的把生产技术与科学管理有效地结合起来的一门相对边缘的学科.它涵盖了管理工程、制造工程和系统工程的相关内容.伴随着世界现代工业的飞速发展,工业工程专业的课程体系也得到了不断的完善,所含内容逐渐丰富.但随着学科的不断扩充,教学内容越来越广泛,工业工程专业高速发展带来的弊端也日益凸显,尤其突出的就是实践环节薄弱,实际经验不足.这些弊端不能仅从高校单方面的角度来解决,而应该联合企业共同探求实际可行的方案.
1工业工程专业培养目标
工业工程专业以制造业为对象、制造业信息化为背景,培养具备综合应用现造工程、现代管理理论、信息技术应用和系统工程方法的知识、素质和能力,培养适应现代企业对生产管理和信息化建设需求,富有责任心、主动性和创造力的,知识面宽、适应能力和沟通能力强,具有解决制造领域复杂问题能力的、既懂技术又会管理的高层次复合型人才.工业工程专业的学生首先应具有较扎实的自然科学基础,以及较好的人文、艺术和社会科学基础,而在素质和技能方面,应具备基本的工程素质,能够看懂工程图纸,并运用机械工程的基本理论和方法解决简单产品的设计、工艺问题.另外,还应掌握包含在工业工程学科里面必需的系统工程、制造工程和管理工程等学科的基础理论和基本技能.在具体实施企业方案时,应能够灵活应用工业工程专业的基本理论和方法,解决企业在生产、物流和仓储管理的实际问题.
2《产品结构设计》的课程设置规划
本课程作为工业工程专业的一门实践性强的专业核心课程,其主要任务是学习产品功能的设定、常用材料的种类和特性以及加工工艺、产品结构设计的原则以及与产品造型有关的通用结构设计知识,使学生掌握与产品设计相关的基本知识,具有产品结构设计的基本技能,能够完成简单产品设计中从功能定义到材料选择以及最终的结构设计.
2.1本课程的知识模块包括：①产品材料与表面处理工艺常识；②塑料件结构设计的基本原则；③钣金类产品结构设计基本原则；④模具基础知识；⑤产品结构布局设计；⑥产品典型结构.其目的是使学生掌握结构设计的基础知识,培养学生的三维空间想象能力,在实际应用中培养学生的新产品开发以及应用计算机绘图的能力.
2.2课程的重点内容包括：①常用塑胶材料基本知识；②常用金属材料基本知识；③常用表面处理知识；④产品结构设计总原则；⑤产品结构关系分析与结构绘图的基本要求.
3《产品结构设计》课程的教学思路
3.1选用教材.目前还没有适合工业工程专业使用的《产品结构设计》教材,所以国内普遍做法是选用产品结构设计方面教材,暂定的教材是黎恢来编写的《产品结构设计实例教程》.该教材将作者十几年的产品结构设计经验总结而成,系统、精细、全面地介绍了产品结构设计知识及设计全过程,明确了产品结构设计的概念和岗位职责,并通过讲解一款电子产品的全套产品结构设计的整个过程,帮助学生融会贯通,更加高效地学习和掌握实用技巧.
3.2教学内容.依据工业工程专业的整体人才培养方案和教学大纲的具体要求,将《产品结构设计》分为六大模块,每个模块里面包括若干的章节,各章节之间既自成体系,又互相有衔接,条理清晰,通俗易懂.①“产品材料与表面处理工艺常识”模块,主要介绍注塑工艺理论、常用塑胶材料和金属材料基本知识,以及注塑件、钣金件表面处理方法.塑胶的定义及分类方面,介绍ABS、PS、PP、PVC等的应用范围、注塑模工艺条件和化学和物理特性,重点是使学生了解注塑件的常见问题分析及解决,比如缩水、飞边、熔接痕、顶白、塑胶变形等.金属材料方面,介绍一些金属的特性和应用范围,比如不锈钢、铝、铜、镍和锌合金.常用表面处理知识方面,主要涉及塑料二次加工的基本知识,学生需要了解丝印、移印、烫印、超声波焊接、喷涂、电镀和模内覆膜等表面处理工艺.②“塑料件结构设计规范”模块,重点介绍塑料件在设计和修改阶段需掌握的通用设计规范,比如塑料件的料厚、脱模斜度、圆角设计,能够分析塑料件的加强筋、孔、支撑面的使用范围.在细节部分,应了解塑料件文字、图案、螺纹和嵌件设计.③“钣金件结构设计规范”模块,介绍钣金类产品设计的工艺要求,包括冲裁、折弯、拉伸、成形工艺,并且让学生了解压铸类产品结构设计的工艺要求.在此模块的教学中,应引入企业实际产品案例进行讲解,以便于学生更好地掌握钣金件的设计规范.④“塑料模和钣金模基础知识”模块,介绍塑料模和钣金模的基本类型及典型结构,包括模具概述,模具的分类、注塑机介绍等,重点讲解的是注塑模结构里面的浇注系统、顶出系统、排气系统和行位与斜顶,以及二板模和三板模之间的区别和应用,以“实用、够用”为度,学生只需了解典型的模具结构,不需要进行后期的模具设计.⑤“产品结构布局设计”模块,主要介绍壳体形状结构、密封结构、卡扣结构、螺钉柱结构、螺纹连接结构和嵌件连接结构等知识,以及各个特征的定义、作用和设计原则,特别是特征在使用时的相互配合关系.拓展知识方面,要了解塑料零件自攻螺柱及通过孔设计规则,以及模具设计与产品结构设计之间的联系.⑥“典型产品结构”模块,重点介绍目前国内普遍使用的三大产品（电子产品、家电产品和电动产品）的典型结构设计知识.每类产品选取一款经典的已批量的产品作为蓝本,深入解剖结构知识在产品设计的运用.比如电子产品选手机为代表产品,讲解手机产品各零部件的结构、前壳与底壳的止口设计、LCD屏限位结构设计和电池固定结构设计,以及内藏摄像头结构设计.家电产品则以电吹风为例,学生要掌握电吹风的功能、材料、结构工艺性等,了解CAD软件在电吹风设计中的应用,能对产品塑料件进行结构分析.在此过程中,还要掌握项目管理方面的知识.3.3教学方法.在教学中,提倡基于工作过程为导向的项目化教学,理论教学与实践练习相结合,增加实践课时的比例,培养产品设计的实践能力.教师引导学生建立实用合理的知识结构,强化学生的自觉体验和掌握知识的迁移能力,淡化理论和实践的界限.在基础知识够用的前提下,采用任务驱动教学法、项目教学法,通过在具备多媒体教学设施的校内实训基地开展新产品和新工艺的开发工作,使学生体会具体产品的外观造型和结构设计过程,提高学生的综合应用能力和实际应用能力.
4《产品结构设计》在工业工程专业总体实训的具体应用
在面向制造业的工业工程专业总体实训里,结合各校的实际情况,以典型产品的流水线装配设计为主体,总体实训内容分为五个阶段：前期的准备环节、产品设计与组装环节、生产线装配改善环节、三维系统模拟环节、总结交流环节.在这些实训中,可以实现“教-学-做”一体化的行动教学,让理论和实践紧密结合,从而使学生在知识和技能上达到双重提高；另一方面,可以锻炼学生的综合专业知识运用能力,提高团队协作能力,也有利于提升学生的实际动手能力,更好地让学生参与企业模拟项目,融入企业生产实践.在产品设计与组装环节,教师把学生分成六人左右的项目组,根据企业的某一个典型产品布置项目任务书.学生综合考量校内实训基地的实际条件和设备,运用产品结构设计的知识,共同完成项目.在此过程中,教师可以对新产品提出具体的要求,比如产品的结构尺寸不能过大,必须与生产线相匹配；结合人因工程学,运用动作分析和双手操作分析,在工艺上要符合车间的零部件装配顺序,有利于工序和工位的确定；新产品各零部件的装配要牢固可靠,可以满足多次拆卸而不容易损坏；产品的价格应合理,要用最少的成本做出符合客户要求的产品；考虑试验的可行性和零部件的可修改性.