产品设计工程学是描述讲述产品设计，制造，生产工艺的一门学科。合格的设计师不仅仅是造型师，设计师应该是贯穿产品生命周期始终的一位产品经理，工业设计并非天马行空的幻想，而是脚踏实地与制造业紧密挂钩的一个行业，产品只有真正在生产线投产落地的时候，才能真正的算是成功的产品。老师为我们讲解的产品工程制造课程弥补了很多同学设计知识学习过程中的不足，为我们每个人的知识库补足了短板。
课程内容概述：
第一节课，老师通过工业设计的概念入手，为我们引出产品设计工程的概念，工业设计是工业美学，生产美学，劳动美学，工业设计是随着我们国家工业化的发展和社会发展而逐渐兴起的一个行业。在建国初期，我国的工业基础薄弱，1950年印度人均钢产量为4千克，美国为538.3千克，而中国1952年才2.37千克；1950年印度人均发电量10.9千瓦时，美国是2949千瓦时，而中国1952年仅2.76千瓦时。新中国建国之初，中国工业产业处在近乎于无的现状，后来的近30年，我国工业基本是处于打基础，学习先进技术的阶段，在这个阶段产品基本处于供销制的限制之下，并非市场经济，工业设计也基本处于造型优化，在细节上增增减减的时代，这个时代下设计师只是产品的美工，并不能主导产品设计，工业设计也基本处于萌芽阶段。
工业设计的跨越发展起始于国家的改革开放和市场经济的发展。1978年之后，我国实施改革开放政策，大力引进外资，开放市场，随着生产力的发展和进步，市场中的产品逐渐多了起来，普通民众的收入也逐年增多，可以购买更多的家电产品，使得制造业进入了良性循环的过程中。从国家统计局2019年7月公布的数据来看，1952年我国国内生产总值仅为679亿元，人均国内生产总值为119元。2018年我国人均国民总收入达到9732美元，高于中等收入国家平均水平。在这片勤劳富饶的土地上，设计行业逐渐兴起。随着我国制造业的蓬勃发展，以及市场竞争的日趋激烈，企业对于更高利润的追求催生了行业对于消费者心理的关注，除了产品的质量以外，产品的造型，色彩，工艺，都越发的得到消费者的关注，设计师也逐渐的由产品的美工转变为产品的构架师，产品的主人。
早期的工业设计是由工业设计促进会进行推广的，90年代初期，工业设计无法转化为工艺设计，遇到了推广的障碍，在企业推广过程中，老师以机床企业为例，说我们国家的机床质量很好，但由于长期不重视设计，逐步被市场淘汰。这是一个负面的案例，也会说明了当时工业设计的局限性。
当今是艺术设计和工业设计融合发展的时代，我们的产品不仅仅是工业美学的体现，也带有一定的艺术性。在经济全球化的背景下，设计也走向了全球化，很多产品的审美也是全球趋同。汽车制造的著名企业吉利在瑞典哥德堡、西班牙巴塞罗纳、美国洛杉矶、上海都建立了设计中心，家电龙头海尔在全球拥有10大综合研发中心、6大设计分部、18大设计中心、28个国际研发机构。跨国企业为了满足不同消费者的喜好，都会依据当地消费者的生活习惯优化产品设计，像消费电子类的产品，则是有全球共通的审美，苹果手机由加利福尼亚苹果总部的设计部门设计，但是却在全球都取得了很好的销售成绩。这样说明了在互联网影响之下，部分产品的设计美学实际上是填平了地域民族国家之间的沟壑的。
对于设计师的发展来说，想要找的自己谋生的手段，就应该将自己所研究的方向与设计的需求相结合，想要获得生活资源，则需要根据社会需要来研究和发掘。例如在贵州，设计扶贫，设计师进基层都能发货我们的专业专长，对于贵州部分地区的脱贫攻坚作出贡献。大都市的时代精神，对于边远地区是不需要的，反而是对各自文化价值和标准的研究是设计理论发展的中心任务之一。
第二节课，老师带我们认识了产品的结构设计。结构是产品设计中重要的一部分，结构不同，强度也就不同，产品的结构受工程材料的性能，虽然我们不需要背过每一个产品的材料工艺性能，但是需要知道从哪里可以查到相关信息，也就是各种通用的国家标准和行业标准中，会有相关的材料基础信息。
第三节课，老师讲了产品的造型设计与工艺相关的内容，主要是机构零件的特征，材料和快速成型技术以及材料学科的进步。其中材料需要关注的信息是形态色彩表面肌理和质感，产品的成型规则则包括使用性原则，工艺性原则，性价比原则，环保性原则，以及美学性原则。产品的强度则是包括比强度和屈强比的内容，产品硬度包括布氏硬度，洛氏硬度和维氏硬度，钢的分类包括结构钢工具钢，特殊性能钢。每种钢材都有独立的特性，我们在选择的时候应该按照需求来挑选，以铸铁为例，铸铁拥有良好的铸造性，减磨性，减震性，切削加工性，熔炼简便，成本低，但抗拉强度，塑性韧性都不如钢铁。
在表面处理工程技术上，有众多的选择，比如激光表面处理，热处理，化学处理，非金属电镀，神探处理等等，比如我们常见的W18CR4V刀具的制造过程就要经历热处理的退火，正火，淬火，回火的流程。在电镀上，镀层又分为装饰性镀层，防护性镀层，功能性镀层。
第四节课老师着重强调了机械结构在设计中的地位，有同学对于设计的认知停留在造型设计上，对课程不感兴趣，这是片面的，设计师不仅仅要具有美学认识，也应该拥有结构思维，才能够设计出可以量产的产品，比如桌椅产品在设计时不仅仅要考虑美观和人机，还要涉及产品的选材，连接，精度等等，在可折叠的产品中，结构设计的重要性就非常高，直接决定产品的功能是否能够实现。设计人员有时候不可避免的会面对结构设计工作，为掌握简单的机械结构的性能设计打下基础。在机械结构中，包含零件构件和部件，零件是加工制造的单元体，构件是运动的单元体，部件概念很宽泛，机构中，又包含原动机部分，传动部分，执行部分和控制部分。
结构是产品和社会设施设计中常见对象，机械设计的基本要求是实现预定功能，经济性要求，安全和可靠，达到加工制造要求，标准化系列化，通用化要求，以及其他特殊要求。机械设计的基本程序是，从总体到局部，从方案到细节的设计程序，一般来说在机械设计中，凡是通用零件都不必须要自己设计，为了节约成本和通用性的考虑，同一产品尽量使用通用的零部件型号，最后，设计师应该学会通过查询相关的国家标准和设计手册来选择合适的零部件要求，关注三化要求（标准化、通用化、系列化）通用件使用的越多，产品的成本实现也就越好。
材料方面，常见的材料除了金属之外，还有塑料，橡胶和复合材料，在选择材料的时候，一般要注重材料的性能要求，包括力学性能，表面性能，物理性能和化学性能，以及加工工艺性能。选择合适的材料的同时还需选择合适的材料。保证产品的制造过程和加工过程没有问题。
后面的几节课，老师主要讲了机械运动方面的知识，以电动机为例，存在间歇性运动机构，棘轮机构，来限制机器的运动方向，有些电动机还有制动力回收功能。在力的传动方面，传动可以通过机械，液压力，电力等形式来实现。传动是机械设计的基本内容之一，常见的汽车传动机构包括变速箱，传动轴，传动带等等，传动带还分为平面带和V带传动，以及交叉带和半交叉带差U能动，一般以标准化的形式来确定使用那些传动机构。汽车发动机带动电动机的发点，一半油带传动或者链传动，在传送带使用时间较久了以后，会容易变松，为了解决这个问题，人们发明了张紧装置，一般可以自动调节皮带的松紧。这也是我们汽车的皮带不需要经常更换和手动调节松紧的原因。
除了皮带传动之外，还有一种我们天天见到的传动方式就是齿轮传动，无论是手表，还是汽车，以及满大街的摩托车自行车，都离不开齿轮传动，常见的齿轮传动方式有平行轴齿轮传动，相交轴齿轮传动，交错轴齿轮传动，以及蜗杆传动。前几年比较火的共享单车中，摩拜单车使用的就是锥齿轮传动方式，这样自行车的齿轮保护于车体的内部，不仅仅免除了分吹日晒的维护成本，更是延长了产品的使用寿命，带来的缺点就是产品相对于竞争对手的廉价单车生产成本高，车体较为沉重。这就是针对不同的机械结构的选择，厂家需要平衡协调的地方了。
最后一节课，老师讲了轴承相关的内容，比如部分轴承上的零件必须要固定位置，定位方法有轴肩轴向固定，轴桶滑动轴固定，之策会给你周保持着轴的旋转精度。减少者轴承与轴承之间的摩擦与磨损。
感悟与反思：
通过本门课程的学习，我们扩充了对于机械结构相关的知识，弥补了自己知识面的不足,了解了设计和机械之间的相辅相成的关系。为自己的设计师的认识打下了更加坚实的基础。
谈一谈工作中所认识到的一些关于机械结构与新材料相关的知识:
某公司是一家软件企业，但是转型做了一些关于机器人和自助服务机器的产品。公司的主要制品有两种，一种是玻璃钢制品，一种是大型金属钣金制品。其机器人是由玻璃钢外壳打造而成，自从来到这家公司，认识到了部分骗补贴的国产机器人公司与本田阿西莫，美的库卡，ABB和安川电机以及美国的波士顿动力这类优秀的机器人企业之间的不足与差距。比如外壳，国外大企业采用注塑材料开模制作精细的机器人外壳部件，组合严密，运动性能好。这家公司采用的玻璃钢外壳成本低，做工粗糙，精度很低，内部的一些像是主板和减速电机这类的零部件由玻璃钢预埋角铁固定，或者另外由强力胶粘上的亚克力板固定，内部走线混乱且无序，机器人没有平衡系统，观察波士顿动力和阿西莫机器人，内部有着一系列严密的平衡传感器算法，我们的只有脚底下的两个轮子……种种存在的问题诉说着我们与国际先进水平机器人的差距。
不过令人感动的是，并非所有的公司都想这家一样属于依赖于政府订单的附属企业，比如深圳的大疆公司，凭借着对于人才和研发的追求，成功占领了72%全球无人机市场，这是政策企业不可能做到的，大疆在发展的过程中并没有忘记对于国内机器人行业的支持，创办了全国大学生机器人大赛robomaster机甲大师赛，2018年，发展到第四届的RoboMaster机甲大师赛新增了哨兵机器人、空中机器人装载发射机构等要求，专注于工程实践人才培养，吸引近200支全球队伍参赛。同年，大疆在澳大利亚举办第二届ICRA RoboMaster人工智能挑战赛，专注于机器人学术课题研究。面对中国乃至全世界的机器人爱好者，是享誉全球的高规格高水平大赛。在机甲大师赛积攒了经验和吸引了大量机器人爱好者之后，2019年6月12日大疆推出了机甲大师S1教育版机器人。令人震惊的是，大疆在3499元的低价下，给这款优秀的机器人加入了46 个编程控制部件，整套水球设计系统，6 类人工智能编程模块、高清低延时第一人称视角、Scratch & Python 编程、四驱全向运动系统、冲击感应装甲这些令人难以置信的功能模块，提供了面对初学者和机器人爱好者的全套模块。对比之下，我们之前某公司售价18万的呆滞机器人是多么可笑。从大疆这款机器人看，产品的量产可以有效降低单个产品成本，这款机器人的研发成本至少在千万乃至上亿的级别，这也是普通公司难以匹敌的地方。
再说第二家公司，依旧是以玻璃钢制品为主的铁路相关公司。
当然，铁路行业是一个如汽车一样涉及庞杂的复合行业。我们耳熟能详的都是青岛四方，长春长客，株洲株机这些大型铁路主机厂，但是除了主机厂之外，每一家企业，每一列火车都有着成百上千家零部件供应商。PPT中主要介绍了三种材料，一个是铝蜂窝板，一个是防火板，一个是玻璃钢。铝蜂窝板是近几年在铁路行业得到快速利用的一种新材料，其结构强多很大，但是相对厚铝板能够节省大量的材料。并且防火性能非常好，个人猜测，铝蜂窝材料是跟着我国从日本引进的CRH2A系列（原型车是日本川崎重工业株式会社生产的新干线E2-1000型新干线列车）进入中国市场的。其次是防火板材料，这家公司主要采用的两家供应商主要是WSY和FMJ，高铁列车也基本采用的这两家的产品。FMJ是防火板的发明企业，说白了防火板就是用三聚氰胺和酚醛数值浸泡过的牛皮纸材料，内部有印刷纹理的一种复合板。那么为什么要用防火板材料呢？防火板材料应用在哪里呢？
这就要说到现在铁路列车越来越严格的防火需求了。我国的铁路列车的标准一般遵循TBxxxx也就是俗称的铁标标准，没有相关资质的企业是无法为铁路主机厂供货的。以我们常见的高铁列车为例，列车上的接缝处和部分列车的窗台都有木纹面，这实际上并非是真正的木材，木材不仅仅是易燃材料，而且一旦燃烧会释放大量有毒烟尘。如果有木材，必须要表面贴上防火板材料，避免不小心引燃木材，导致严重的事故后果。高铁上的木纹纹理，甚至有时候不是木材贴防火板，而是刚刚提到的铝蜂窝板贴防火板，这样的防火性能就非常优异了。对于整列高铁的安全有着很好的保证。
最后说说玻璃钢在铁路行业的应用，玻璃钢早期都应用于高铁的墙板生产，后面随着铁总对于新型列车的需求和高铁制品成本降低，技术下放，玻璃钢也逐渐应用于新型铁路后勤车辆的生产之中，我司主要生产的就是铁路后勤车辆的玻璃钢制品，比如钢轨探伤车，接触网检测车，这些车辆的墙板。工作的过程中，还有幸参与了一个新的市场的探索，那就是玻璃钢车头的一个生产全过程，从设计到生产到安装，看着自己的设计由图纸到模型，最后安装到真正的列车上，还是比较有成就感的。玻璃钢的特性就是生产方便，成本较低，质量轻但是有着很高的强度。而且对于设计师来说，玻璃钢对于造型的容忍程度较大，可以使用漂亮的曲面造型，摆脱了传统后勤保障列车造型呆板，以钣金焊接车身为主的弊端。这列新型钢轨探伤车在19年的新闻里被列为十周年庆典创新型新产品列车。可以说是该公司的主推产品，也是对自己工作的一个认可吧。
所以，从工作一年半的经验来看，设计师与材料，与结构密不可分，在铁路公司任职的一年中，也曾设计过多个桌椅壁橱以及洗手台的结构，好在这都是简单的板式产品，可以绘制好之后交由我们的供应商进行简单的结构设计补全，另一方面，材料对于产品的最终展示也有着重要的影响，工作的过程中，经常去我们的供应商那里拿不同防火板的样本木纹，挑选合适的木纹纹理，挑选合适的色丽石色彩，才能从整体上提升火车内饰的整体感和档次感。所以我认为，无论是从事哪些行业，设计师都必须掌握一定的材料知识和结构知识，这也是我在本门课程中最大的感悟。