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摘要：课程设计是培养大学生工程设计思想和实践能力的主要途径。为适应地方行业人才需求为背景，对焊接夹具课程设计现状、存在的问题和产生的原因进行了分析，提出了一些教学改革建议和措施，以加强专业实践教学与地方工程实际需求紧密结合。
关键词：焊接夹具；课程设计；实践教学
焊接在汽车制造过程中占重要地位，从车身到零部件的成形制造，电阻焊、CO2气体保护焊、TIG/MIG焊、激光焊、摩擦焊、钎焊等多种焊接方法得到广泛应用。汽车制造焊接生产具有大批量、快速、高装焊精度等特点，需要专门的焊装夹具来对车身及零部件的相对位置进行准确定位、快速夹紧固定与贴合[1]，以保证良好的焊接精度和准确度。因此作为汽车焊装线上重要的工艺设备，焊接夹具的设计、生产制造水平和周期直接影响整个焊接工艺水平、汽车生产能力和质量[2]。由于我国汽车行业起步较晚，汽车焊接夹具技术与发达国家相比，在实际的设计制造、管理等方面存在较大的不足，突出表现在自动化成程度低、不能全面的考虑实际使用过程中的种种约束和要求，这也使得国内大型汽车生产公司的焊接夹具90%靠进口，增加了设计和加工成本[3]。因此如何调高焊接夹具设计水平，培养懂设计、熟悉焊接工艺、通晓一般生产、经营管理的高素质复合技能型人才成为高校的焊接专业人才培养需要解决的问题。随着本地汽车制造业的快速发展，我校每年焊接专业有65%左右的毕业生在汽车企业工作，焊接夹具设计、制造与管理将是这些学生要面对的重要工作之一。然而据调查，目前在重庆汽车企业从事焊接夹具设计的主要是机电、机械自动化专业的学生，焊接专业毕业学生不超过20%。对此，为突出当前我校立足地方，与地方行业服务的办学特色与方向，增加焊接专业学生就业面，本文以焊接夹具课程设计为例，对如何适应地方大工程行业背景的需要，培养地方性、应用创新型和工程化结合的人才，进行了思考。
一“焊接夹具”课程设计现状分析
（一）“焊接夹具”课程设计要求
课程设计安排在本科教学第七学期末执行，时间为四周，设计题目由老师自定，内容涉及压力容器、管道连接、钢架等结构相对简单的产品或构件的焊接夹具设计。设计过程中，指导教师的任务是对学生进行指导、检查，以及结束后根据学生的表现和完成任务的质量给予综合评定。学生需要理解老师的给出的设计要求，并根据产品结构特点选用合适的焊接方法和焊接工艺，在此基础上查阅资料完成包括夹具装配图、零件图在内的共计2张零号图纸工作量的设计图，编写设计说明书1份。
（二）目前存在的问题及原因分析
焊接夹具课程设计虽然对大多数学生在一定程度上起到了一定的实践能力和创新能力的培养效果，但从整体完成情况看并不理想。存在如下问题：
1.与地方行业背景发展联系不紧密，“多年一题”
设计内容陈旧、单一，题目覆盖的知识面过窄，综合度低，体现在学生采用的焊接方法基本是手工电弧焊和少量气体保护焊，面很窄，设计的夹具基本为手动装夹操作，适应性不强，与国内外的研究现状及工程实际脱节；设计任务对汽车领域的夹具很少涉及，与地方行业背景发展、与将来的从事的工作联系不紧密，不能满足汽车行业夹具设计需求。
2.学生基本技能不全面，综合运用能力不足
学生已修完基础课程，但在实际训练时对所设计的零部件不知道如何选材，85%学生在材料一栏中写得最多的就是Q235，或者铸铁；不考虑所设计零件的结构合理性和加工工艺性，在学生眼中，铸造和焊接是万能的夹具零部件加工方法；弄不清楚零件设计过程中公差配合、粗糙度等级、行位公差要求，不知道零件使用还需要一定的热处理要求，设计更是缺乏工厂观点和工程设计规范指导[4]。引起“焊接夹具”课程设计出现上述问题的原因如下：
1.课程体系设置问题
汽车焊接夹具设计是一门经验性和理论性都很强的综合性技术，涉及到材料、机械设计、金属加工工艺、单片机/PLC和自动控制原理，以及一些软件的使用。理论上学生应该先修完相关的基础课和专业基础课后,才能很好的理解和开展焊接夹具设计。实际上我校的焊接专业归属于材料大类，对自动化焊装夹具设计所需要的金属加工工艺、单片机/PLC等课程没有设置，像自动控制、互换性和测量技术等课程基本为选修课，课时少，内容浅。在当前这种学分模式下，学生不懂如何选，也不愿多选，因此造成学生在这些知识方面的欠缺，没有能力开展汽车领域自动化焊装夹具设计。
2.专业课程相关知识无法有机融合
这主要体现在两个方面，一个是专业课老师知识有限，老师在讲解专业课程时对相关知识之间的衔接性和连贯性不够，各门课程中的内部逻辑关系不够紧密，学生难以从中学到完整的知识。比如老师在讲解互换性中量具设计时，多是对公差配合、结构作详细讲解，却忽略了为什么要选择这种材料和后续热处理要求的介绍；同样我们焊接老师讲解焊接夹具设计时，参考教学书详细介绍夹具的结构特点，忽略了结构的可加工性，以及实际不同使用场合对材料和热处理工艺的要求，这就使得学生难以对知识建立一种系统的完整的联系。其次从学生角度讲，学生自身对自动控制、电工、机械方面的知识掌握较少，对一些先修课程掌握不牢或不会综合应用，造成相关知识无法有机融合，理论知识不能很好地与实践结合。
3.感性知识少，理性知识欠缺
焊接夹具设计与产品结构方案、产量、工厂焊接装备、现场自动化程度等有关。特别是汽车焊接夹具的设计，必须要了解生产纲领，了解汽车产品结构及变形特点、熟悉焊接工艺，把握制件及装配精度，通晓工艺要求，才能对焊接夹具进行全方位的设计[5]。由于接触的工程实际少，大部分老师对汽车领域采用较多的电阻点焊、激光焊、以及机器人自动化焊装线了解不多，学生对一些焊接方法和设备的认识仅限书本上提供的理论，仅有的生产实习时间短、学生主要是参观，深入的程度不够，对设计的帮助不大，因此汽车焊接夹具设计难以开展，使得培养的学生竞争力减弱，进入企业的适应周期增长。
二对焊接夹具课程设计教学改革的思考
这些问题在一定程度上弱化了学生的工程设计能力，影响着人才培养的质量，使我系培养的毕业生到汽车企业后不能快速适应大规模自动化焊装生产线要求，无法进行汽车产品自动化工装夹具设计，使我们培养的本科毕业生与市内其他高校焊接方向相比，无明显的竞争优势。对此，本文结合实践教学体会提出一些改进措施和建议。
1.强化选课指导，加强理论教学内容的匹配性
首先在选课上要加强指导，大部学生对将来从事的工作不了解，对需要具备的知识能力不清楚，因此在选修课程时普遍存在趋众、盲目、避重就轻的情况，需要有责任心强、教学经验丰富的教师为学生选课做引导。其次，汽车焊接夹具设计所涉及的领域较多，作为非机电、非自动化专业的学生，基础知识不够，现有的机电一体化、电气控制等课程内容对焊接的学生来讲内容多，难度大，因此我们在现有少学时的选修课上，根据汽摩焊接夹具自动化较高的特点，探索以实际应用为目的，有针对性的对一些知识点，如PLC、电机控制等内容加强讲解，用图例、案例等直观教具，有意识引导学生进行充分的感知，拓宽知识面，加强专业知识的渗透[4]。
2.加强校企联合，改革选题
抛弃“多年一题”的现象，结合真实的工程现场和企业的实际需求，增加贴近汽车生产和工程设计题目，给出贴合实际的设计任务书及技术指标参数，设计过程中加强学生对设计规范、标准的熟悉和使用，要求他们采用当前行业同等版本的工程设计软件进行工程图纸绘制，掌握说明书和计算书的编写[6]。从企业聘请相关汽车夹具设计、工艺控制管理的技术人员走进课堂,现身指导，增强了教学效果，提高学生设计的积极性。
3.加强工程意识和创新能力培养
改革学生的学习模式，将模仿型设计和思考型设计相结合，鼓励合理改进和创新。对车身等综合性较强的汽车夹具设计采取集体合作与个人分工相结合的方法。集体合作是对前期设计方案进行集体讨论协作完成，个人分工是根据项目的大小和难易程度细分成小的单元，每人一题独立完成。学生先根据分工进行资料收集，集体讨论提出初步设计方案，然后在老师的带领下进行方案论证分析，确定可选方案。设计后期由个人独立完成设计，包括给出零件和元器件的结构设计、计算和选型，培养学生的工程意识，集体协作精神和主观能动性。
4.采用以系统化专业知识为主线的课程设计模式
由于课程设计时间短，为了能让学生将大学里几年来学习的知识点“串”起来，形成有机的整体。对汽车焊接夹具课程设计这种综合度要求高的课题，可以将其与毕业设计结合，学生针对某一选题，以系统化专业知识为主线，将电工技术、焊接自动化、机械设计、焊接方法，金属材料等课程联系起来，将方案设计、功能设计融为一体。课程设计期间强调综合与集成，不限定设计结果，不规定具体的实现过程，以完成夹具主题图纸设计为准。在毕业设计时，细化主要零部件的计算和选型、控制系统的分析、设计等，对控制系统设计以现今常用的PLC、计算机+步进电机/伺服电机+运动控制卡的控制方式为主，传动部分以气压传动、机械传动为主，完成汽车夹具综合性设计。
5.加强现代设计手段和网络资源的运用
鼓励学生充分利用网络资源多查阅有关图例和标准，增加感性认识。对课程设计所用到的主要零部件产品，引导学生到相应企业网站查询需要的技术数据，学会并掌握元器件的选型。有意识强调让学生选用Catia、Pro/E、UG等汽车焊接夹具常用设计软件直接绘制三维装配图。
三结束语
焊接夹具课程设计主要针对焊接专业学生进行阶段专业技术训练，对学生的工程意识和创新意识进行培养，使学生树立正确的设计思想。本文以适应地方大工程行业背景的需要、培养应用型人才为目的，以社会职业岗位、企业技术领域所需的知识和技能为依据，探讨了焊接夹具课程设计目前存在的问题，从教学方式和实践内容上进行了改革思考，以期提高专业课程设计质量，提高学生的工程意识，满足汽车企业一线工作岗位对焊接类毕业生快速适应大规模自动化焊装生产线要求。
参考文献
[1]袁庆勇.汽车车身零部件焊装夹具的特点和装配工艺[J].现代机械，2011(6):4-6.
[2]李国林,姜春晓,张俊华.汽车车身焊装夹具的结构优化及设计规则提取的研究[J].焊接技术,2014,43(06):42-46.
[3]边明军.浅谈汽车焊接夹具的结构设计研究与发展趋势[J].军民两用技术与产品,2015(12)6:22-23.
[4]吴玮.“焊接专业”夹具课程设计质量提升的策略与思考[J].科教导刊,2015,(10):57-58.
[5]郭俊臣.汽车焊接夹具设计制作与应用[J].军民两用技术与产品,2015.(5)3:22-23.
[6]姜波,甫拉提·阿不里米提.关于工科毕业设计题目的设计思考[J].中国电力教育,2013(04):154-155.
作者:吴玮 甘贵生 李春天 杨栋华 单位:重庆理工大学 材料科学与工程学院
