数字设计与制造

专业规划与课程大纲

（三年制大专课程）

Digital Design & Manufacturing

Subject Plan & Curriculum Syllabus

（3-Year Associate Course）

● 专业背景

随着新一代计算和网络技术的发展，在传统的工业设计和制造领域，出现了一系列基于计算机和新兴数字化设备的设计与制造技术。中国在加入世贸组织后逐步成为“世界制造中心”，全国的制造企业都开始广泛使用先进的数字控制和数字生产技术。2006年颁布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》明确规定：“以信息化改造制造业，推进生产设备数字化、生产过程智能化和企业管理信息化，促进制造业研发设计、生产制造、物流库存和市场营销变革。”与传统的机械设计和机械制造手段不同，数字设计与制造技术是指借助计算机和数字化设备开展的，以三维图形、虚拟现实、仿真互动和快速建模及成型等技术为主的数字化设计与数字化产品制造方法。数字设计与制造的重点技术内容包括数字模具设计、数字机械设计和数字分析和数控制造等。

这些新兴的技术发展都对数字设计与制造行业的专业技术人才提出了新的需求。美国国家科学基金委员会（National Science Foundation）下属的设计制造与工业创新局（The Division of Design, Manufacture and Industrial Innovation (DMII)）专门提出要在全美高校重点发展以新一代数字设备和技术为基础的数字化设计与制造教育课程，为竞争日益激烈的制造业培养人才。在中国，劳动力市场也出现数字生产技术应用型人才的严重短缺，企业不断呼吁高薪难聘高素质的数字技师，数字设计与制造人才的严重短缺成为全社会普遍关注的热点问题。正如专家们所言: 二十一世纪制造业的竞争，其实质是数字技术以及数字技术人才的竞争。

本专业通过三年全日制教育，针对数字模具设计、数字机械设计、数字分析和数控制造等实用技术，用全新的教育理念，合理的课程体系，优化的教学内容和手段，现代化的教学设备设施和师资教会学生系统掌握本专业必需的基本理论和数字设计与制造软件工具的应用技巧，经过扎实的技能操作实训，使学生具有良好的动手操作技能。学习内容包含以专业技能为导向的模块化技术训练、实际工程项目的案例教学和团队合作，使学生了解和掌握企业实际的数字设计与制造流程和最新技术方法，培养能够为企业所实际运用的、掌握前沿数字设计与制造技术的实用型专业人才。

所有与制造相关的行业，如电子产品、电器制造、汽车生产、飞机制造、通信、建筑、医疗器械、军工生产、玩具和工艺品生产等等，都离不开制造设计环节，而且越来越倚重于基于计算机的数字化设计技术及方法。数字设计与制造技术反映了数字造型设计及数字制造领域的最新理念和技术动向，强调现代设计和制造过程应面向客户、协作互动等特性，并充分运用了三维造型、仿真互动等多种新技术，以帮助设计师实现产品生产目的，并在多种行业中得到应用。从世界范围看，伴随工业生产中数字化应用程度的提高，数字设计与制造技术的应用普及也逐渐成为融合了高新科技的设计与制造行业的新趋势，因此数字设计与制造技术也被誉为二十一世纪最具发展前途的数字化技术。

目前，国内大多数院校还没有开设符合新一代国际制造行业技术变革需求的数字设计与制造专业课程，一些传统的工业设计或机械设计课程除引入CAD等课程外，也缺乏对新兴的数字设计与制造技术和工具方法的教学和实践培训。上海大数集团引入的美国智能研究院开发的数字设计与制造模块教育课程针对目前国内众多制造企业的实际需求，结合国内大专院校学生对技能化实用化教育的需求，将最新的数字制造设计工具和开发方法融合到课程中，通过教师对各专业课程的讲授，以及专业课件、教材、案例和项目实训的安排，使学生掌握数字模具设计、数字机械设计、数字分析及数控制造等领域的实用技能。实践中，部分课程可以采用双语教学的模式，使学生在掌握技术工具的同时了解国际专业技术发展趋势。

同时，我们还根据制造行业的产品种类细分，有针对性的提供按不同行业设置的数字设计与制造课程，重点方向包括：交通设备设计与制造（汽车、火车、自行车、船舶、飞机等）、医疗产品设计与制造（医用电子设备、医疗器械、保健设备、影像设备等）、电器与电子产品设计与制造（电视、冰箱、DVD等）、工业设备设计与制造、木和纸制品设计与制造、塑料制品设计与制造、安防产品设计与制造等等。

数字设计与制造专业课程表 （三年制大专）

序号	课 程 名 称	学分安排			学时安排			课程简介
		教学	实训	合计	教学	实训	合计
1	哲学与社会科学 Philosophy & Social Science
2	军事训练与体育锻炼 Military Training & Sports
3	大学英语 University English
4	造型与设计基础 Foundation of Modeling & Design			6	72	36	108	本课程主要的任务是让学生有一定的造型能力已经审美能力。加深对结构的认识。同时了解一些基本的人体比例几人体结构。为三维动画的制作打下基础。
5	数字工程制图 Digital Engineering Drawing			4	36	36	72	本课程主要的任务是让学生通过相关的软件有一定的设计制造能力。同时了解一些基本的专业数字制造设计软件的运用。为三维数字制造设计打下基础。
6	产品概念与工业设计 Product Concept & Industrial Design			6	36	72	108	本课程主要的任务是让学生通过定性研究(例如创意座谈会)或定量的概念测试来设计、修改及确定适当的产品概念。
小计				16	144	144	288
7	三维与自由曲面建模技术 3D & MFF Technology			6	36	72	108	本课程在学生掌握基础三维动画技巧的基础之上，深入讲解各类三维建模方法及流程，使学生能够熟练运用三维工具独立完成三维建模制作项目。
8	材料与制造工程 Materials & Manufacturing Engineering			3	36	18	54	本课程主要讲授金属材料的主要性能、金属的晶体结构与结晶、铁碳合金、钢的热处理、常用金属材料六个部分的内容，其中着重讲述了钢铁材料和热处理、绍铸造成形、锻压成形、焊接成形等内容，系统阐述各种热加工工艺方法、特点、规律、应用与结构工艺性、冷成形工艺基础，金属切削的基础知识、常用加工方法综述、典型表面加工分析与零件的结构工艺性等内容。使学生对各种机加工方法、特点、应用等内容有所了解。
9	钣金设计与数字加工应用技术 Sheet Metal Design & Digital Machining Application Technology			3	36	18	54	讲授简单曲面、复杂曲面和双曲度弯边等的压印或成形部件的设计。同时引进数字加工应用技术概念来辅助钣金设计。通过本课程的学习，要求学生掌握钣金设计的一些基本准则，通过数字加工技术在计算机上完成钣金设计。
10	产品结构与模具设计 Product Structure & Mould Design			6	36	72	108	本课程作为数字设计与制造方向的专业基础课程，重点讲述机械内部结构的构架原理和模具设计方法，学使学生在充分理解工业产品内部结构原理和组建方法的基础上能运用现代数字设计软件对产品进行实际的设计操作。
11	大学英语 University English
小计				18	144	180	324
12	机械动力与运动工程 Mechanical Dynamic & Kinematic Engineering			3	36	18	54	本课程主要讲授机械在运转过程中的受力情况，机械中各构件的质量与机械运动之间的相互关系等等， 研究机械运转过程中能量的平衡和分配关系。
13	初级UG/ProE设计技术 Basic UG/ProE Design			6	54	54	108	本课程主要的任务是让学生通过对UG/ProE的认识和使用，学会简单的初始的概念设计、产品设计、仿真和制造工程。
14	车削铣制造过程 Machining Process			3	36	18	54	本课程主要讲授机械车削基础知识、车床技术参数及辅具、常用材料及金属热处理、螺纹及圆锥基本参数和计算、刀具材料及车刀几何角度的合理选择、车削用量及加工余量的合理选择、螺纹加工工艺、典型机械零件车削加工工艺等制造过程。
15	机械电子系统 Mechatronics Systems			4	54	18	72	本课程主要讲授物理系统进行建模与仿真的方法、机电系统中最常见的八种控制的设计步骤等内容，使学生通过学习对机械电子系统的工作原理有一定的了解。
16	数字制造设计项目实践 I Digital Manufacturing Design Practice I			1	0	28	28	本课程主要的任务是让学生通过对UG或Pro/E的实际使用，学会较简单的3D数字设计。
小计				17	180	136	316
17	中级UG/ProE设计技术 Middle UG/ProE Design			6	36	72	108	本课程主要的任务是让学生通过对UG/ProE的认识和使用，学会较复杂的初始的概念设计、产品设计、仿真和制造工程。
18	逆向工程与快速成型技术 Reverse Engineering & Rapid Prototyping Technology			4	54	18	72	本课程是要求学生需要通过一定的途径，将实物信息转化为CAD模型。使学生学习快速制模技术知识,为后续产品设计、毕业设计和毕业后的工作奠定基础。
19	MasterCAM应用技术 MasterCAM Application Technology			6	36	72	108	本课程主要的任务是让学生通过对CAM的认识和使用，学会对CAM的实际设计应用。
20	机械系统计算机控制技术 Computer Control of Mechanical Systems			3	36	18	54	讲授现代计算机控制技术对机械体统的继续控制原理和方法。本课程主要让学生通过学习理解计算机控制技术对机械系统的控制。
21	数字制造设计项目实践 II Digital Manufacturing Design Practice II			1	0	28	28	本课程主要的任务是让学生通过对UG或Pro/E的实际使用，学会较复杂的3D数字设计。
小计				20	162	208	370
22	高级UG/ProE设计技术 Advanced UG/ProE Design			6	36	72	108	本课程主要的任务是让学生通过UG/ProE的认识和使用，学会复杂的初始的概念设计、产品设计、仿真和制造工程。
23	数字加工中心编程技术 Programming of CNC			4	36	36	72	本课程主要围绕数控车床、数控铣床与加工中心的编程加工技术系统而全面地展开讲授，使学生理解掌握数控编程加工的实质并能比较简单的进行数控编程操作。
24	产品工程流程与项目管理 Product Engineering Process & Project Management			2	36	0	36	本课程得主要任务是让学生了解产品工程流程的基本原理及方式，同时了解数字设计项目的基本环节。通过学习使学生了解优化流程对数字设计项目的重要性，并了解一些基本的流程优化方法。
25	数字制造设计项目实践 III Digital Manufacturing Design Practice III			2	0	56	56	本课程主要的任务是让学生通过对UG或Pro/E的实际使用，学会有一定难度的3D数字设计。
小计				14	108	164	272
26	毕业设计 Graduation Design			4	0	112	112
27	毕业实习 Graduation Internship			10	0	280	280
28	毕业鉴定 Graduation Assessment
小计				14	0	392	392
总计				99	738	1224	1962

● 培养目标

本专业培养适应我国社会主义现代化建设需要,德、智、体、美全面发展，具有良好的文化素质和科学素养，较好地掌握数字设计与制造专业的基本理论、基本知识、基本技能与方法，能从事数字设计与制造工作，具有创业精神和实践能力的高素质实用型技术人才。

● 培养方式及特点

总体上分为三个阶段（三学年）进行，培养社会需要的数字设计与制造专门应用型人才。

第一阶段是公共专业基础知识的学习，掌握计算机技术和数字制造设计的基本原理、基本技能。

第二阶段是根据专业方向的课程学习及其实践，加深对数字设计与制造专业技术的掌握，初步培养学生的项目实践和动手能力。

第三阶段是以团队实训为主的专业知识的学习与毕业设计及实习，强调学生的专业问题处理能力和实践动手能力，同时培养学生的个性发展、创新意识与职业素质。

通过这样的学习，着重培养的几方面实用型人才：一是制造企业所需的计算机数字化设计与制造职业技术人才；二是针对企事业单位在数字化设计方面的综合需求，培养能动手操作的实用型数字专业技术人才；三是为高端的数字设计与制造人才提供在本专业技能上的初级学习的准备，以便学生具备基本的能力，可以在毕业后升入本科、研究生等高端阶段学习，以及工作后进一步接受该专业的继续教育。

数字设计与制造类专业人才的特点：

Ø        培养职业素质和专业能力，特别是以动手能力为主，实施案例教学、团队实训模式，达到学以致用的目标。

Ø        和企业直接挂钩，强调与实际结合的工程实战方式培养数字设计与制造的专门实用型人才。

Ø        课程设置突出实用性，注重实践性，强化职业综合素质训练。全面推行模块化的教学方法，团队内分工合作完成数字制造设计流程的设计开发项目，使学生掌握实际项目开发过程，切实提高实践工作能力。

● 就业与职业定位

近期举行的《中国制造业与高级人才教育培训发展展望》系列报告会第二场专题报告会上指出，信息化是迅速提高我国制造业技术水平和企业管理水平的必由之路，而信息化的目标就是各类数字设计、数字制造企业。据《中国教育与人力资源问题报告：从人口大国迈向人力资源强国》提供的数据表明：2001年全国制造业从业人员的平均受教育年限，日本为12.33年，我国为9.47年；其中具有大专及以上文化程度者，日本达28.3%，我国只有5.8%。因此，“中国制造”竞争力的提高，急需高质量的数字设计与制造技术人才。

本专业毕业生可在各类制造相关的企事业单位，特别是工业产品制造、电子电器生产、产品设计、模具设计、工艺品和玩具生产、交通通信、医疗生产、安全及军工生产等机构从事数字设计与制造工作。一般而言，一个规模在100个制造加工工人的生产企业就需要10个以上从事数字设计与制造的专门人员。根据国家有关部门的统计数字，中国制造业从业人员已达八千多万，截至2005年，全国仅沿海六省市的各类制造加工企业对数字设计与制造方面的人才缺口就达近百万之众。

数字设计与制造类专业的职业定向：

本专业毕业生可在各类制造相关的企事业单位，特别是工业产品制造、电子电器生产、产品设计、模具设计、工艺品和玩具生产、交通通信、医疗生产、安全及军工生产等机构从事数字设计与制造工作。

● 职业岗位能力分析

1、基本素质：使学生具有合格的政治素养、良好的敬业精神、较强的团队合作精神和吃苦务实的工作作风。

2、专业能力：要求学生系统掌握本专业必需的基本理论和常用数字制造设计软件工具的应用技巧，经过扎实的技能操作实训，具有良好的动手操作技能。通过面向市场、面向企业需求的以专业技能为导向的模块教育和技术训练，以及来自实际工程项目的案例教学和团队作业，使学生了解和掌握企业实际的数字设计与制造流程和最新技术方法，将数字设计与制造规范及标准流程与教学实践紧密结合，培养出能够为企业所用的、掌握前沿数字设计与制造技术的动手型、实用型人才。

● 专业课程设置

1．基础课类：

大学英语、哲学与社会科学、军事训练与体育锻炼。

2．专业基础课类：

造型与设计基础、数字工程制图、产品概念与工业设计。

3．专业课类：

三维与曲面建模技术、材料与制造工程、钣金与数字加工应用技术、结构与模具设计、机械动力与运动工程、逆向工程与快速成型技术、初中高级UG/ProE设计技术、车削铣制造过程、机械系统计算机控制技术、MasterCAM应用技术、数字加工中心编程技术。

4．实践课类：

数字制造设计项目实践 I、数字制造设计项目实践 II、数字制造设计项目实践 III。

5．专业技能认证：

本专业学生可以获得的专业技术证书有：美智数字设计与制造证书、UG技能证书、Pro/E技能证书、MasterCAM技能证书、AutoDesk认证、国家计算机相关认证、国家英语证书等。

● 国内数字设计与制造课程合作案例

1．复旦大学软件学院软件工程研发中心

创建于2002年的复旦大学软件学院是教育部与国家计委联合批准成立的35所国家级示范性软件学院之一。复旦大学软件学院软件工程研发中心由若干归国博士、硕士，企业专家共同组建，旨在将教育科研和工程应用相结合。

                       数字制造设计工具应用示例图

2．上海市劳动职业培训中心

位于上海市职业培训指导中心的三维数码采集与造型实训室是由大数集团参与并负责总体规划设计。该实训室拥有国际水平的智能应用和数字媒体两个核心技术软硬件设备，如知识管理、多Agent网络、企业智能系统、智能决策分析、全三维显示屏、全息图景、增强实境（AR）、三维交互动态（3DID）、浸入式环境、交互游戏、网络遥感环境等，被誉为上海市数字媒体教育的示范工程，并为胡锦涛、黄菊、李铁映、尉健行等国家领导人视察，受到表彰。

实训室示意图

● 数字设计与制造课程大纲范例

课程编号	DDM0010	课程总学时	72学时
授课教师	/	课程学分	4学分
课程类别	专业必修课	授课教室	/
课程方向	数字设计与制造	预修课程	DDM0006，DDM0008

一、课程任务和目的

学习国际最新的基于定量控制的质量和工程管理以及项目管理方法，特别是数字设计与制造系统中的产品设计和生产的模块化流程管理的控制及改进思路，如产品生产生命周期，产品工艺流程控制，PLC/PLM, 项目组管理工具，项目管理要素，甘特图，网络分析，最佳路径分析，项目进度里程碑，风险控制，成本分析，团队组建，团队流程管理和个人流程管理，生产线控制和供应链管理，产品流程管理，质量统计控制技术，戴明方法，德古奇方法，6Sigma，ISO，PM等，以及其它一些引领质量管理和工程运动的新方法，如生命周期控制，协同工程设计与制造（Collaborative Engineering），资源计划（Resources Planning），数据过程分析技术，过程运转分析，耐性测试的数字化方法，运用相关数据进行过程控制的方法，定量化的质量控制设计及方法等。课程课件和案例涉及：质量设计和控制方法演变，对质量的概念化框架，设计和控制，戴明和德古奇方法，对数据过程控制的概念化框架，用于可变数据的控制图表的数据基础，用于可变测量的控制图表的建立和释义，合理取样的重要性，取样实验的重要性及过程功能测试，数据耐性测试和规划，对个别测试的一些控制图表方式，项目数据统计和分析控制方法，传统和新工具方法比较，工业案例研究等。要求学生在学习过程中掌握企业实际生命周期流程控制和项目管理工具的应用，学会基本的工程质量分析和控制方法，以及数字化协同设计与制造流程技术，对教师提出的应用案例进行分析和答辩，并在实操作业中运用所学的重要知识点。

二、课件和工具要求

本课程规定学生必须运用指定的教材、课件、案例、软件工具（Project，Tecnomatix，PLC/PLM, PSP/TSP等）对本课程讲授的技术和方法模块进行分析和作业，并要求学生分组提交重点知识模块的报告（Report）和演示（Presentation）。

三、实践环节及基本要求

配合讲授课程对知识模块的学习，实操作业阶段主要通过分组机房上机实践使学生在模拟企业实际操作流程环境中学习和掌握专业操作工具的运用和问题解决方法，教师的指导环节包括：分组作业，操作讲解，小组讨论会，案例分析，实操作业评估等，以达到通过实操和实训切实掌握实际工具的操作技巧的目的。

四、对学生能力培养的要求

1. 结合企业实际操作流程中对本专业技术的应用状况，通过重点知识模块、企业案例分析、项目讲解，课件展示，分组报告和演示，实操实训作业等的讲解和训练保证全体学员能够扎实细致的学习和领会该课程的知识要点，理解专业基础理论，以及操作工具的应用，并学会将所学的解决问题的思路和技巧应用到实际工作中。

2．加深实践操作的体验，在实际操作中让学员充分练习和领会本课程知识模块与企业实践的结合过程和运用方法。

3．除课堂学习之外，还要求学生在互联网等学习平台上学会相关专业资料的查询分析和研究，在一定程度上培养自己的自学能力和钻研能力，以适应今后在该专业技能上的进一步学习提高和证书考核的需要。

五、说明

1．本课程主要教学环节包括讲授、课件、案例、报告、演示、习题、讨论、

作业、实操、实训、考核和评估。

2．本课程需大量的实操作业，学生除完成教师布置的作业外，还应做大量

实操和实训上机练习。

3．在实际教学过程中，运用美智教育流程管理方法对学生的创新能力、工

具运用能力、实际操作能力等进行阶段性的模块化训练。