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摘要：課程設計是培養大學生工程設計思想和實踐能力的主要途徑。為適應地方行業人才需求為背景，對焊接夾具課程設計現狀、存在的問題和產生的原因進行了分析，提出了一些教學改革建議和措施，以加強專業實踐教學與地方工程實際需求緊密結合。
關鍵詞：焊接夾具；課程設計；實踐教學
焊接在汽車制造過程中占重要地位，從車身到零部件的成形制造，電阻焊、CO2氣體保護焊、TIG/MIG焊、激光焊、摩擦焊、釬焊等多種焊接方法得到廣泛應用。汽車制造焊接生產具有大批量、快速、高裝焊精度等特點，需要專門的焊裝夾具來對車身及零部件的相對位置進行準確定位、快速夾緊固定與貼合[1]，以保證良好的焊接精度和準確度。因此作為汽車焊裝線上重要的工藝設備，焊接夾具的設計、生產制造水平和周期直接影響整個焊接工藝水平、汽車生產能力和質量[2]。由于我國汽車行業起步較晚，汽車焊接夾具技術與發達國家相比，在實際的設計制造、管理等方面存在較大的不足，突出表現在自動化成程度低、不能全面的考慮實際使用過程中的種種約束和要求，這也使得國內大型汽車生產公司的焊接夾具90%靠進口，增加了設計和加工成本[3]。因此如何調高焊接夾具設計水平，培養懂設計、熟悉焊接工藝、通曉一般生產、經營管理的高素質復合技能型人才成為高校的焊接專業人才培養需要解決的問題。隨著本地汽車制造業的快速發展，我校每年焊接專業有65%左右的畢業生在汽車企業工作，焊接夾具設計、制造與管理將是這些學生要面對的重要工作之一。然而據調查，目前在重慶汽車企業從事焊接夾具設計的主要是機電、機械自動化專業的學生，焊接專業畢業學生不超過20%。對此，為突出當前我校立足地方，與地方行業服務的辦學特色與方向，增加焊接專業學生就業面，本文以焊接夾具課程設計為例，對如何適應地方大工程行業背景的需要，培養地方性、應用創新型和工程化結合的人才，進行了思考。
一“焊接夾具”課程設計現狀分析
（一）“焊接夾具”課程設計要求
課程設計安排在本科教學第七學期末執行，時間為四周，設計題目由老師自定，內容涉及壓力容器、管道連接、鋼架等結構相對簡單的產品或構件的焊接夾具設計。設計過程中，指導教師的任務是對學生進行指導、檢查，以及結束后根據學生的表現和完成任務的質量給予綜合評定。學生需要理解老師的給出的設計要求，并根據產品結構特點選用合適的焊接方法和焊接工藝，在此基礎上查閱資料完成包括夾具裝配圖、零件圖在內的共計2張零號圖紙工作量的設計圖，編寫設計說明書1份。
（二）目前存在的問題及原因分析
焊接夾具課程設計雖然對大多數學生在一定程度上起到了一定的實踐能力和創新能力的培養效果，但從整體完成情況看并不理想。存在如下問題：
1.與地方行業背景發展聯系不緊密，“多年一題”
設計內容陳舊、單一，題目覆蓋的知識面過窄，綜合度低，體現在學生采用的焊接方法基本是手工電弧焊和少量氣體保護焊，面很窄，設計的夾具基本為手動裝夾操作，適應性不強，與國內外的研究現狀及工程實際脫節；設計任務對汽車領域的夾具很少涉及，與地方行業背景發展、與將來的從事的工作聯系不緊密，不能滿足汽車行業夾具設計需求。
2.學生基本技能不全面，綜合運用能力不足
學生已修完基礎課程，但在實際訓練時對所設計的零部件不知道如何選材，85%學生在材料一欄中寫得最多的就是Q235，或者鑄鐵；不考慮所設計零件的結構合理性和加工工藝性，在學生眼中，鑄造和焊接是萬能的夾具零部件加工方法；弄不清楚零件設計過程中公差配合、粗糙度等級、行位公差要求，不知道零件使用還需要一定的熱處理要求，設計更是缺乏工廠觀點和工程設計規范指導[4]。引起“焊接夾具”課程設計出現上述問題的原因如下：
1.課程體系設置問題
汽車焊接夾具設計是一門經驗性和理論性都很強的綜合性技術，涉及到材料、機械設計、金屬加工工藝、單片機/PLC和自動控制原理，以及一些軟件的使用。理論上學生應該先修完相關的基礎課和專業基礎課后,才能很好的理解和開展焊接夾具設計。實際上我校的焊接專業歸屬于材料大類，對自動化焊裝夾具設計所需要的金屬加工工藝、單片機/PLC等課程沒有設置，像自動控制、互換性和測量技術等課程基本為選修課，課時少，內容淺。在當前這種學分模式下，學生不懂如何選，也不愿多選，因此造成學生在這些知識方面的欠缺，沒有能力開展汽車領域自動化焊裝夾具設計。
2.專業課程相關知識無法有機融合
這主要體現在兩個方面，一個是專業課老師知識有限，老師在講解專業課程時對相關知識之間的銜接性和連貫性不夠，各門課程中的內部邏輯關系不夠緊密，學生難以從中學到完整的知識。比如老師在講解互換性中量具設計時，多是對公差配合、結構作詳細講解，卻忽略了為什么要選擇這種材料和后續熱處理要求的介紹；同樣我們焊接老師講解焊接夾具設計時，參考教學書詳細介紹夾具的結構特點，忽略了結構的可加工性，以及實際不同使用場合對材料和熱處理工藝的要求，這就使得學生難以對知識建立一種系統的完整的聯系。其次從學生角度講，學生自身對自動控制、電工、機械方面的知識掌握較少，對一些先修課程掌握不牢或不會綜合應用，造成相關知識無法有機融合，理論知識不能很好地與實踐結合。
3.感性知識少，理性知識欠缺
焊接夾具設計與產品結構方案、產量、工廠焊接裝備、現場自動化程度等有關。特別是汽車焊接夾具的設計，必須要了解生產綱領，了解汽車產品結構及變形特點、熟悉焊接工藝，把握制件及裝配精度，通曉工藝要求，才能對焊接夾具進行全方位的設計[5]。由于接觸的工程實際少，大部分老師對汽車領域采用較多的電阻點焊、激光焊、以及機器人自動化焊裝線了解不多，學生對一些焊接方法和設備的認識僅限書本上提供的理論，僅有的生產實習時間短、學生主要是參觀，深入的程度不夠，對設計的幫助不大，因此汽車焊接夾具設計難以開展，使得培養的學生競爭力減弱，進入企業的適應周期增長。
二對焊接夾具課程設計教學改革的思考
這些問題在一定程度上弱化了學生的工程設計能力，影響著人才培養的質量，使我系培養的畢業生到汽車企業后不能快速適應大規模自動化焊裝生產線要求，無法進行汽車產品自動化工裝夾具設計，使我們培養的本科畢業生與市內其他高校焊接方向相比，無明顯的競爭優勢。對此，本文結合實踐教學體會提出一些改進措施和建議。
1.強化選課指導，加強理論教學內容的匹配性
首先在選課上要加強指導，大部學生對將來從事的工作不了解，對需要具備的知識能力不清楚，因此在選修課程時普遍存在趨眾、盲目、避重就輕的情況，需要有責任心強、教學經驗豐富的教師為學生選課做引導。其次，汽車焊接夾具設計所涉及的領域較多，作為非機電、非自動化專業的學生，基礎知識不夠，現有的機電一體化、電氣控制等課程內容對焊接的學生來講內容多，難度大，因此我們在現有少學時的選修課上，根據汽摩焊接夾具自動化較高的特點，探索以實際應用為目的，有針對性的對一些知識點，如PLC、電機控制等內容加強講解，用圖例、案例等直觀教具，有意識引導學生進行充分的感知，拓寬知識面，加強專業知識的滲透[4]。
2.加強校企聯合，改革選題
拋棄“多年一題”的現象，結合真實的工程現場和企業的實際需求，增加貼近汽車生產和工程設計題目，給出貼合實際的設計任務書及技術指標參數，設計過程中加強學生對設計規范、標準的熟悉和使用，要求他們采用當前行業同等版本的工程設計軟件進行工程圖紙繪制，掌握說明書和計算書的編寫[6]。從企業聘請相關汽車夾具設計、工藝控制管理的技術人員走進課堂,現身指導，增強了教學效果，提高學生設計的積極性。
3.加強工程意識和創新能力培養
改革學生的學習模式，將模仿型設計和思考型設計相結合，鼓勵合理改進和創新。對車身等綜合性較強的汽車夾具設計采取集體合作與個人分工相結合的方法。集體合作是對前期設計方案進行集體討論協作完成，個人分工是根據項目的大小和難易程度細分成小的單元，每人一題獨立完成。學生先根據分工進行資料收集，集體討論提出初步設計方案，然后在老師的帶領下進行方案論證分析，確定可選方案。設計后期由個人獨立完成設計，包括給出零件和元器件的結構設計、計算和選型，培養學生的工程意識，集體協作精神和主觀能動性。
4.采用以系統化專業知識為主線的課程設計模式
由于課程設計時間短，為了能讓學生將大學里幾年來學習的知識點“串”起來，形成有機的整體。對汽車焊接夾具課程設計這種綜合度要求高的課題，可以將其與畢業設計結合，學生針對某一選題，以系統化專業知識為主線，將電工技術、焊接自動化、機械設計、焊接方法，金屬材料等課程聯系起來，將方案設計、功能設計融為一體。課程設計期間強調綜合與集成，不限定設計結果，不規定具體的實現過程，以完成夾具主題圖紙設計為準。在畢業設計時，細化主要零部件的計算和選型、控制系統的分析、設計等，對控制系統設計以現今常用的PLC、計算機+步進電機/伺服電機+運動控制卡的控制方式為主，傳動部分以氣壓傳動、機械傳動為主，完成汽車夾具綜合性設計。
5.加強現代設計手段和網絡資源的運用
鼓勵學生充分利用網絡資源多查閱有關圖例和標準，增加感性認識。對課程設計所用到的主要零部件產品，引導學生到相應企業網站查詢需要的技術數據，學會并掌握元器件的選型。有意識強調讓學生選用Catia、Pro/E、UG等汽車焊接夾具常用設計軟件直接繪制三維裝配圖。
三結束語
焊接夾具課程設計主要針對焊接專業學生進行階段專業技術訓練，對學生的工程意識和創新意識進行培養，使學生樹立正確的設計思想。本文以適應地方大工程行業背景的需要、培養應用型人才為目的，以社會職業崗位、企業技術領域所需的知識和技能為依據，探討了焊接夾具課程設計目前存在的問題，從教學方式和實踐內容上進行了改革思考，以期提高專業課程設計質量，提高學生的工程意識，滿足汽車企業一線工作崗位對焊接類畢業生快速適應大規模自動化焊裝生產線要求。
參考文獻
[1]袁慶勇.汽車車身零部件焊裝夾具的特點和裝配工藝[J].現代機械，2011(6):4-6.
[2]李國林,姜春曉,張俊華.汽車車身焊裝夾具的結構優化及設計規則提取的研究[J].焊接技術,2014,43(06):42-46.
[3]邊明軍.淺談汽車焊接夾具的結構設計研究與發展趨勢[J].軍民兩用技術與產品,2015(12)6:22-23.
[4]吳瑋.“焊接專業”夾具課程設計質量提升的策略與思考[J].科教導刊,2015,(10):57-58.
[5]郭俊臣.汽車焊接夾具設計制作與應用[J].軍民兩用技術與產品,2015.(5)3:22-23.
[6]姜波,甫拉提·阿不里米提.關于工科畢業設計題目的設計思考[J].中國電力教育,2013(04):154-155.
作者:吳瑋 甘貴生 李春天 楊棟華 單位:重慶理工大學 材料科學與工程學院
