叶子波 高群 徐伟 刘健

摘  要：随着国家对新能源电池技术要求的不断提高，在“互联网+”背景下，文章结合极片制造和电池装配的工艺流程，对机械设计基础课程的教学设计进行研究，详细阐述了动力电池智能化生产制造体系，以增强学生在新能源电池企业产业升级中的研发能力。

关键词：“互联网+”;“机械设计基础”;新能源动力电池

作者简介：叶子波、高群、徐伟、刘健，广东技术师范大学。（广东 广州 510665）

基金项目：本文系广州市民生项目“新能源汽车电源系统火灾预防机制和应急机制处理预案研究与示范应用”（编号：201803030041）的研究成果。

中图分类号：G642.0        文献标志码：A    文章编号：1671-0568（2019）24-0033-03

2015年5月19日国务院提出“中国制造2025”作为我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领，并提出通过“三步走”实现制造强国的战略目标。高校教师应在“中国制造2025”和“互联网+”的指导下，对高等教育管理的改革方案提出对策和建议，利用互联网思维积极探索新的教学模式和优化课堂教学方法，并把互联网技术应用于教学中提升教学效果，提高学生对信息化和工业化深度融合的认识。[1]专业基础课程“机械设计基础”是车辆工程专业的一门学科基础必修课程，在培养学生的机械设计能力和创新能力所需的知识和素质结构中，占有十分重要的地位。[2]电动汽车和可再生能源开发为动力电池发展提供了应用基础，成为全球发展的热点和经济增长点。因此，将互联网信息技术与新能源动力電池产品设计相融合，对“机械设计基础”课程的教学方法进行创新设计，并提出产品追溯的实施方法和用户参与的策略，旨在增强学生对新能源汽车动力电池技术工作的适应能力和开发创造能力。

一、“机械设计基础”课程教学改革的必要性和目标

机械产品系统由多个结构与功能相对独立的零件和电子器件组成，对机械产品系统进行功能分解或结构分解之后，其子系统之间是相互联系和相互作用的，某一子系统性能的改变将影响其他相关子系统，从而对整个系统产生影响。目前，国内一些电池企业仍采用抽样检测的方法，并人工记录电池关键参数，以此来衡量整批产品的质量情况。但是，用抽样数据代表总体存在风险性，而且手工记录的实时性差，若出现不合格品而不及时更正，则会浪费过多材料和工时。互联网作为一个工具，互联网加上任何一个行业可以形成全新的商业模式，甚至颠覆消费习惯并拓展消费市场，运用互联网技术采集装配过程信息并实现信息化的过程监控、系统整体性能的反馈以及故障源的追溯，有助于设计人员快速便捷地掌握产品质量并进行修改和设计。所以，在“互联网+”环境下，动力电池产品制造的服务平台能够标准产品设计流程，把自动化生产布局、工艺流程、安全辅助、环境控制等要素统筹规划，实现生产信息和管理信息的高度融合。

在满足本课程人才培养要求的前提下，“机械设计基础”课程改革旨在推动车辆工程系面向新能源领域的课程教学的顺利开展和实施，教学改革的具体目标是在发展新能源汽车这一发展战略背景下利用“互联网+”平台对“机械设计基础”的教学内容进行创新设计，提出具体的教学方法，为社会培养高素质的工业设计人才。

二、“互联网+”模式下教学改革的内容和实施方法

“机械设计基础”的课程改革是通过模拟建设“互联网+”的智能化工厂，指导学生分析动力电池在制造过程中影响电化学性能和安全性的因素，运用互联网思维构建智能生产中各类资源的信息采集和过程追溯的系统集成平台，实现电池生产产业设备智能化的相互连通。其主要内容有两点：一是极片生产线的质量控制及其设备运行参数的采集;二是电池装配工艺数字化和电化学检测。

无论是生产工艺，还是装配工艺，质量管理技术架构（如图1所示）包含设备工艺、数据采集、数据处理和用户访问这四个层次。在设备工艺层中极片生产和电池装配所用的主要设备具有标准化数据传输接口，设备运行时的各参数通过数据采集层获取，实时传输至数据处理层进行统计分析，用户访问层则可以读取各类数据点以监控和指导生产。

课程改革所需的器材和实验场地可基于学院的发动机实验室或整车实验室进行改装，实验室需腾出位置放置控制系统、模拟工厂环境的装配线、物料回收区和供师生讨论的教学区。该课程改革要求学生把理论知识与智能化的生产实践紧密结合，[3]训练学生的动手操作能力。

以实验室常用的CR2032型扣式电池为例，[4]电池主要部件有扣式电池壳、正极片、隔膜、集电器、支撑片、负极片和电解液，扣式电池制备工艺包括调浆、极片制备、电池装配、干燥注液、封口和化成分容等，全过程的工艺流程和仪器设备分别如图2和表1所示，在实验过程中学生记录设备的运行参数和半成品的关键质量特性值。例如，干粉球磨时的摆震频率和干粉粒度，真空搅拌时的搅拌转速和浆料粘度，极片涂布时的涂敷速度和极片厚度，极片辊压时的辊压压力和压实密度，真空烘干时的干燥温度和时间。扣式电池装配过程中的注液量和装配完成后电池的容量、效率、倍率、内阻等也是重要的参数。

学生根据每一个步骤列举主要影响因素并记录存储参数值，运用无线射频识别技术（RFID）、二维码或序列号则可读取这些参数值，而且系统集成平台把原料来源、半成品装配线和成品库相关联，以保证原料供应和生产工艺的物流通畅。此外，平台的功能还有人员信息、产品履历管理等。人员信息包括装配过程中零件的所在工位、加工状态、操作人员等，产品履历管理主要存储各零件供应商的信息、生产批次号和零件库存等，为产品装配过程的质量控制或有质量问题产品的召回以及后期追溯提供了依据。为了满足整车厂商对单体电池和整体一致性的需求，基于“互联网+”的动力电池智能化工厂把设备信息和产品数据都存储于系统集成平台，综合考查学生运用互联网技术和借助大数据的统计方法去评价电池制造工序的稳定性，及时发现质量异常情况并分析原因。

三、结语

“互联网+新能源动力电池产业”模式下，“机械设计基础”课程教学改革指导学生开发基于互联网的电池产品设计平台，模拟智能工厂的运作流程，提高产品的直通率。此课程改革具有拓展性，学生可自主设计与自己专业相关或兴趣所在领域的案例，在基于互联网平台的案例基础上充分学习，进一步扩展互联网技术在机械产品的系统集成上应用，以提高产品的设计效率和用户参与产品管理为目的，教师应鼓励学生自主设计实验，动手完成实验。

参考文献：

[1] 范勇，吴姝芹，陈小勇.“互联网+”机械设计基础教学问题与解决思路[J].教育现代化，2019，6（24）： 82-84.

[2] 甘树坤，吕雪飞.基于递进式能力培养的汽车类专业机械基础课群建设与实践[J].职业技术教育，2018，39（20）： 27-30.

[3] 陈锋.产教融合： 深化与演化的路径[J].中国高等教育，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.

责任编辑  陈  佩