工業工程產品結構設計課程的研討

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一、《產品結構設計》的課程設置規劃

本課程作為工業工程專業的一門實踐性強的專業核心課程，其主要任務是學習產品功能的設定、常用材料的種類和特性以及加工工藝、產品結構設計的原則以及與產品造型有關的通用結構設計知識，使學生掌握與產品設計相關的基本知識，具有產品結構設計的基本技能，能夠完成簡單產品設計中從功能定義到材料選擇以及最終的結構設計。

1.1本課程的知識模塊包括：①產品材料與表面處理工藝常識；②塑料件結構設計的基本原則；③鈑金類產品結構設計基本原則；④模具基礎知識；⑤產品結構布局設計；⑥產品典型結構。其目的是使學生掌握結構設計的基礎知識，培養學生的三維空間想象能力，在實際應用中培養學生的新產品開發以及應用計算機繪圖的能力。

1.2課程的重點內容包括：①常用塑膠材料基本知識；②常用金屬材料基本知識；③常用表面處理知識；④產品結構設計總原則；⑤產品結構關系分析與結構繪圖的基本要求。

二、《產品結構設計》課程的教學思路

2.1選用教材。目前還沒有適合工業工程專業使用的《產品結構設計》教材，所以國內普遍做法是選用產品結構設計方面教材，暫定的教材是黎恢來編寫的《產品結構設計實例教程》。該教材將作者十幾年的產品結構設計經驗總結而成，系統、精細、全面地介紹了產品結構設計知識及設計全過程，明確了產品結構設計的概念和崗位職責，并通過講解一款電子產品的全套產品結構設計的整個過程，幫助學生融會貫通，更加高效地學習和掌握實用技巧。

2.2教學內容。依據工業工程專業的整體人才培養方案和教學大綱的具體要求，將《產品結構設計》分為六大模塊，每個模塊里面包括若干的章節，各章節之間既自成體系，又互相有銜接，條理清晰，通俗易懂。①“產品材料與表面處理工藝常識”模塊，主要介紹注塑工藝理論、常用塑膠材料和金屬材料基本知識，以及注塑件、鈑金件表面處理方法。塑膠的定義及分類方面，介紹ABS、PS、PP、PVC等的應用范圍、注塑模工藝條件和化學和物理特性，重點是使學生了解注塑件的常見問題分析及解決，比如縮水、飛邊、熔接痕、頂白、塑膠變形等。金屬材料方面，介紹一些金屬的特性和應用范圍，比如不銹鋼、鋁、銅、鎳和鋅合金。常用表面處理知識方面，主要涉及塑料二次加工的基本知識，學生需要了解絲印、移印、燙印、超聲波焊接、噴涂、電鍍和模內覆膜等表面處理工藝。②“塑料件結構設計規范”模塊，重點介紹塑料件在設計和修改階段需掌握的通用設計規范，比如塑料件的料厚、脫模斜度、圓角設計，能夠分析塑料件的加強筋、孔、支撐面的使用范圍。在細節部分，應了解塑料件文字、圖案、螺紋和嵌件設計。③“鈑金件結構設計規范”模塊，介紹鈑金類產品設計的工藝要求，包括沖裁、折彎、拉伸、成形工藝，并且讓學生了解壓鑄類產品結構設計的工藝要求。在此模塊的教學中，應引入企業實際產品案例進行講解，以便于學生更好地掌握鈑金件的設計規范。④“塑料模和鈑金模基礎知識”模塊，介紹塑料模和鈑金模的基本類型及典型結構，包括模具概述，模具的分類、注塑機介紹等，重點講解的是注塑模結構里面的澆注系統、頂出系統、排氣系統和行位與斜頂，以及二板模和三板模之間的區別和應用，以“實用、夠用”為度，學生只需了解典型的模具結構，不需要進行后期的模具設計。⑤“產品結構布局設計”模塊，主要介紹殼體形狀結構、密封結構、卡扣結構、螺釘柱結構、螺紋連接結構和嵌件連接結構等知識，以及各個特征的定義、作用和設計原則，特別是特征在使用時的相互配合關系。拓展知識方面，要了解塑料零件自攻螺柱及通過孔設計規則，以及模具設計與產品結構設計之間的聯系。⑥“典型產品結構”模塊，重點介紹目前國內普遍使用的三大產品（電子產品、家電產品和電動產品）的典型結構設計知識。每類產品選取一款經典的已批量的產品作為藍本，深入解剖結構知識在產品設計的運用。比如電子產品選手機為代表產品，講解手機產品各零部件的結構、前殼與底殼的止口設計、LCD屏限位結構設計和電池固定結構設計，以及內藏攝像頭結構設計。家電產品則以電吹風為例，學生要掌握電吹風的功能、材料、結構工藝性等，了解CAD軟件在電吹風設計中的應用，能對產品塑料件進行結構分析。在此過程中，還要掌握項目管理方面的知識。

2.3教學方法。在教學中，提倡基于工作過程為導向的項目化教學，理論教學與實踐練習相結合，增加實踐課時的比例，培養產品設計的實踐能力。教師引導學生建立實用合理的知識結構，強化學生的自覺體驗和掌握知識的遷移能力，淡化理論和實踐的界限。在基礎知識夠用的前提下，采用任務驅動教學法、項目教學法，通過在具備多媒體教學設施的校內實訓基地開展新產品和新工藝的開發工作，使學生體會具體產品的外觀造型和結構設計過程，提高學生的綜合應用能力和實際應用能力。

三、《產品結構設計》在工業工程專業總體實訓的具體應用

在面向制造業的工業工程專業總體實訓里，結合各校的實際情況，以典型產品的流水線裝配設計為主體，總體實訓內容分為五個階段：前期的準備環節、產品設計與組裝環節、生產線裝配改善環節、三維系統模擬環節、總結交流環節。在這些實訓中，可以實現“教-學-做”一體化的行動教學，讓理論和實踐緊密結合，從而使學生在知識和技能上達到雙重提高；另一方面，可以鍛煉學生的綜合專業知識運用能力，提高團隊協作能力，也有利于提升學生的實際動手能力，更好地讓學生參與企業模擬項目，融入企業生產實踐。在產品設計與組裝環節，教師把學生分成六人左右的項目組，根據企業的某一個典型產品布置項目任務書。學生綜合考量校內實訓基地的實際條件和設備，運用產品結構設計的知識，共同完成項目。在此過程中，教師可以對新產品提出具體的要求，比如產品的結構尺寸不能過大，必須與生產線相匹配；結合人因工程學，運用動作分析和雙手操作分析，在工藝上要符合車間的零部件裝配順序，有利于工序和工位的確定；新產品各零部件的裝配要牢固可靠，可以滿足多次拆卸而不容易損壞；產品的價格應合理，要用最少的成本做出符合客戶要求的產品；考慮試驗的可行性和零部件的可修改性。

作者：李敏 劉璇 單位：佛山職業技術學院