“互聯網+”背景下的“機械設計基礎”課程教學改革創新

葉子波 高群 徐偉 劉健

摘 ?要：隨著國家對新能源電池技術要求的不斷提高，在“互聯網+”背景下，文章結合極片制造和電池裝配的工藝流程，對機械設計基礎課程的教學設計進行研究，詳細闡述了動力電池智能化生產制造體系，以增強學生在新能源電池企業產業升級中的研發能力。

關鍵詞：“互聯網+”;“機械設計基礎”;新能源動力電池

作者簡介：葉子波、高群、徐偉、劉健，廣東技術師范大學。（廣東 廣州 510665）

基金項目：本文系廣州市民生項目“新能源汽車電源系統火災預防機制和應急機制處理預案研究與示范應用”（編號：201803030041）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ?文章編號：1671-0568（2019）24-0033-03

2015年5月19日國務院提出“中國制造2025”作為我國實施制造強國戰略第一個十年的行動綱領，并提出通過“三步走”實現制造強國的戰略目標。高校教師應在“中國制造2025”和“互聯網+”的指導下，對高等教育管理的改革方案提出對策和建議，利用互聯網思維積極探索新的教學模式和優化課堂教學方法，并把互聯網技術應用于教學中提升教學效果，提高學生對信息化和工業化深度融合的認識。[1]專業基礎課程“機械設計基礎”是車輛工程專業的一門學科基礎必修課程，在培養學生的機械設計能力和創新能力所需的知識和素質結構中，占有十分重要的地位。[2]電動汽車和可再生能源開發為動力電池發展提供了應用基礎，成為全球發展的熱點和經濟增長點。因此，將互聯網信息技術與新能源動力電池產品設計相融合，對“機械設計基礎”課程的教學方法進行創新設計，并提出產品追溯的實施方法和用戶參與的策略，旨在增強學生對新能源汽車動力電池技術工作的適應能力和開發創造能力。

一、“機械設計基礎”課程教學改革的必要性和目標

機械產品系統由多個結構與功能相對獨立的零件和電子器件組成，對機械產品系統進行功能分解或結構分解之后，其子系統之間是相互聯系和相互作用的，某一子系統性能的改變將影響其他相關子系統，從而對整個系統產生影響。目前，國內一些電池企業仍采用抽樣檢測的方法，并人工記錄電池關鍵參數，以此來衡量整批產品的質量情況。但是，用抽樣數據代表總體存在風險性，而且手工記錄的實時性差，若出現不合格品而不及時更正，則會浪費過多材料和工時。互聯網作為一個工具，互聯網加上任何一個行業可以形成全新的商業模式，甚至顛覆消費習慣并拓展消費市場，運用互聯網技術采集裝配過程信息并實現信息化的過程監控、系統整體性能的反饋以及故障源的追溯，有助于設計人員快速便捷地掌握產品質量并進行修改和設計。所以，在“互聯網+”環境下，動力電池產品制造的服務平臺能夠標準產品設計流程，把自動化生產布局、工藝流程、安全輔助、環境控制等要素統籌規劃，實現生產信息和管理信息的高度融合。

在滿足本課程人才培養要求的前提下，“機械設計基礎”課程改革旨在推動車輛工程系面向新能源領域的課程教學的順利開展和實施，教學改革的具體目標是在發展新能源汽車這一發展戰略背景下利用“互聯網+”平臺對“機械設計基礎”的教學內容進行創新設計，提出具體的教學方法，為社會培養高素質的工業設計人才。

二、“互聯網+”模式下教學改革的內容和實施方法

“機械設計基礎”的課程改革是通過模擬建設“互聯網+”的智能化工廠，指導學生分析動力電池在制造過程中影響電化學性能和安全性的因素，運用互聯網思維構建智能生產中各類資源的信息采集和過程追溯的系統集成平臺，實現電池生產產業設備智能化的相互連通。其主要內容有兩點：一是極片生產線的質量控制及其設備運行參數的采集;二是電池裝配工藝數字化和電化學檢測。

無論是生產工藝，還是裝配工藝，質量管理技術架構（如圖1所示）包含設備工藝、數據采集、數據處理和用戶訪問這四個層次。在設備工藝層中極片生產和電池裝配所用的主要設備具有標準化數據傳輸接口，設備運行時的各參數通過數據采集層獲取，實時傳輸至數據處理層進行統計分析，用戶訪問層則可以讀取各類數據點以監控和指導生產。

課程改革所需的器材和實驗場地可基于學院的發動機實驗室或整車實驗室進行改裝，實驗室需騰出位置放置控制系統、模擬工廠環境的裝配線、物料回收區和供師生討論的教學區。該課程改革要求學生把理論知識與智能化的生產實踐緊密結合，[3]訓練學生的動手操作能力。

以實驗室常用的CR2032型扣式電池為例，[4]電池主要部件有扣式電池殼、正極片、隔膜、集電器、支撐片、負極片和電解液，扣式電池制備工藝包括調漿、極片制備、電池裝配、干燥注液、封口和化成分容等，全過程的工藝流程和儀器設備分別如圖2和表1所示，在實驗過程中學生記錄設備的運行參數和半成品的關鍵質量特性值。例如，干粉球磨時的擺震頻率和干粉粒度，真空攪拌時的攪拌轉速和漿料粘度，極片涂布時的涂敷速度和極片厚度，極片輥壓時的輥壓壓力和壓實密度，真空烘干時的干燥溫度和時間。扣式電池裝配過程中的注液量和裝配完成后電池的容量、效率、倍率、內阻等也是重要的參數。

學生根據每一個步驟列舉主要影響因素并記錄存儲參數值，運用無線射頻識別技術（RFID）、二維碼或序列號則可讀取這些參數值，而且系統集成平臺把原料來源、半成品裝配線和成品庫相關聯，以保證原料供應和生產工藝的物流通暢。此外，平臺的功能還有人員信息、產品履歷管理等。人員信息包括裝配過程中零件的所在工位、加工狀態、操作人員等，產品履歷管理主要存儲各零件供應商的信息、生產批次號和零件庫存等，為產品裝配過程的質量控制或有質量問題產品的召回以及后期追溯提供了依據。為了滿足整車廠商對單體電池和整體一致性的需求，基于“互聯網+”的動力電池智能化工廠把設備信息和產品數據都存儲于系統集成平臺，綜合考查學生運用互聯網技術和借助大數據的統計方法去評價電池制造工序的穩定性，及時發現質量異常情況并分析原因。

三、結語

“互聯網+新能源動力電池產業”模式下，“機械設計基礎”課程教學改革指導學生開發基于互聯網的電池產品設計平臺，模擬智能工廠的運作流程，提高產品的直通率。此課程改革具有拓展性，學生可自主設計與自己專業相關或興趣所在領域的案例，在基于互聯網平臺的案例基礎上充分學習，進一步擴展互聯網技術在機械產品的系統集成上應用，以提高產品的設計效率和用戶參與產品管理為目的，教師應鼓勵學生自主設計實驗，動手完成實驗。

參考文獻：

[1] 范勇，吳姝芹，陳小勇.“互聯網+”機械設計基礎教學問題與解決思路[J].教育現代化，2019，6（24）： 82-84.

[2] 甘樹坤，呂雪飛.基于遞進式能力培養的汽車類專業機械基礎課群建設與實踐[J].職業技術教育，2018，39（20）： 27-30.

[3] 陳鋒.產教融合： 深化與演化的路徑[J].中國高等教育，2018，（Z2）： 13-16.

[4] V. Murray，D. S. Hall，J. R. Dahn. A guide to full coin cell making for academic researchers batteries and energy storage[J].Journal of The Electrochemical Society，2019，166（2）：A329-A333.

責任編輯 ?陳 ?佩