淺談快速成型技術(shù)課程在高職教育中的發(fā)展前景

徐小玉

摘 要：快速成型技術(shù)以其獨(dú)有的快速與高效對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生巨大影響。面對(duì)市場需求，從我院計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造專業(yè)課程體系、師資隊(duì)伍、實(shí)踐體系等方面，探討高職教育中快速成型技術(shù)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：快速成型；職業(yè)教育；課程建設(shè)；CAD/CAM

快速成型技術(shù)是20世紀(jì)90年代才顯著發(fā)展起來的新型制造技術(shù)，顛覆了傳統(tǒng)制造觀念，能夠快速自動(dòng)的借助三維實(shí)體建模軟件將設(shè)計(jì)理念變?yōu)閷?shí)物，突破時(shí)間、設(shè)備、工具、場地等環(huán)境因素的影響，能在最短時(shí)間設(shè)計(jì)與研制出符合設(shè)計(jì)者與用戶需求的新產(chǎn)品，從而快速相應(yīng)市場需求，促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、提升產(chǎn)品競爭力，占據(jù)市場，是當(dāng)今世界上新產(chǎn)品快速加工與制造的強(qiáng)有力手段，已廣泛應(yīng)用于多個(gè)國民生產(chǎn)領(lǐng)域。

1 快速成型技術(shù)原理和特點(diǎn)

RP技術(shù)基本原理是先借助計(jì)算建模軟件構(gòu)建三維數(shù)據(jù)模型，再利用專門的切片軟件進(jìn)行分層切片，然后提取每一層截面的數(shù)據(jù)輪廓，利用數(shù)據(jù)技術(shù)控制激光器或噴嘴有選擇性的制作一層層具有微小厚度的的片狀實(shí)體，然后采用 粘結(jié)燒結(jié)等方法堆積成一個(gè)整體，從而得到設(shè)計(jì)實(shí)物，其制作過程實(shí)質(zhì)是分層制造，逐層疊加，是一種生長制造，只有當(dāng)激光技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、機(jī)電技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)、材料技術(shù)發(fā)展一定程度才能實(shí)現(xiàn)的制造方法，帶來了制造技術(shù)的變革[1]。

快速成型的最顯著特點(diǎn)在于能夠及時(shí)迅速的制造出復(fù)雜的實(shí)體零件，無需專用設(shè)備與工具，往往只需傳統(tǒng)加工過程的三分之一時(shí)間和成本，大大提升企業(yè)在殘酷的市場上競爭力，此外，以軟件模型直接驅(qū)動(dòng)打印設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化，此外軟件模型功能強(qiáng)大，任意復(fù)雜形狀的零件都可以繪制，突破了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的限制，同時(shí)軟件模型還具備可修改性，能及時(shí)根據(jù)市場和客戶的反饋進(jìn)行調(diào)整，非常適合于企業(yè)研發(fā)新產(chǎn)品，制作試樣或小批量零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳統(tǒng)加工方法不易加工的零件，也可以應(yīng)用于加工快速反求（逆向工程）、快速制模、快速鑄造等行業(yè)。

2 高職教育開設(shè)快速成型課程的必要性

高職教育一向強(qiáng)調(diào)以培養(yǎng)適應(yīng)生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)一線的高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才為根本任務(wù)，以社會(huì)需求為目標(biāo)、崗位技術(shù)要求為主線設(shè)計(jì)教學(xué)體系的培養(yǎng)方案，以就業(yè)為導(dǎo)向。因此，在專業(yè)課程設(shè)置中必須緊貼經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，強(qiáng)化內(nèi)涵建設(shè)與質(zhì)量提升，完善學(xué)科建設(shè)，推行雙師雙證，著力提升學(xué)生的高素質(zhì)、高技能，培養(yǎng)市場急需、企業(yè)歡迎、德才兼?zhèn)涞膬?yōu)秀人才。由于快速成型技術(shù)將傳統(tǒng)去除制造法變革為增長制造法，為制造業(yè)帶來全新的血液和旺盛的生命力，因此傳統(tǒng)制造業(yè)的人才培養(yǎng)和專業(yè)設(shè)置也必須相應(yīng)發(fā)生變革。高職教育的專業(yè)課程設(shè)置要以人才市場需求變化為導(dǎo)向，不是針對(duì)學(xué)科而是針對(duì)職業(yè)崗位或崗位群，基于職業(yè)分析，根據(jù)職業(yè)的變化，以及不同地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不同需要靈活設(shè)置專業(yè)，適時(shí)調(diào)整專業(yè)結(jié)構(gòu)和培養(yǎng)方案[2]。當(dāng)前國家示范性骨干職業(yè)學(xué)院天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院以"注重內(nèi)涵建設(shè)，立足行業(yè)發(fā)展，服務(wù)濱海新區(qū)"為辦學(xué)指導(dǎo)思想，已經(jīng)開設(shè)數(shù)控技術(shù)專業(yè)（快速成型方向），同時(shí)還在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造專業(yè)中開設(shè)快速成型技術(shù)和快速成型與逆向工程實(shí)訓(xùn)等課程，因此，結(jié)合我院現(xiàn)有師資、課程體系、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)條件，對(duì)我院現(xiàn)有專業(yè)課程設(shè)置進(jìn)行變革也是應(yīng)運(yùn)而生。

3 課程體系

高職教育必須以社會(huì)需求為目標(biāo)、崗位技術(shù)要求為主線來設(shè)計(jì)教學(xué)體系的培養(yǎng)方案。目前雖然快速成型技術(shù)在國際上其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展到制造領(lǐng)域的全部行業(yè)，但國內(nèi)的發(fā)展水平還只停留在產(chǎn)品開發(fā)。在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，雖然現(xiàn)在的三維模型繪圖軟件功能已經(jīng)非常強(qiáng)大，但設(shè)計(jì)者仍舊無法在短時(shí)間內(nèi)，僅憑自己的想象和圖形數(shù)據(jù)，全面考慮尺寸、結(jié)構(gòu)、功能性、形狀、實(shí)用性、可加工性等問題，得到最終優(yōu)化結(jié)果。因此快速成型技術(shù)制作出的樣品將能使用戶直接評(píng)價(jià)產(chǎn)品外觀和性能，使生產(chǎn)企業(yè)能夠及時(shí)得到市場方面的反饋需求，以便及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品。美國Stratasys公司是世界上快速成型技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)者之一，它的客戶中有營運(yùn)設(shè)計(jì)、制造和安裝實(shí)驗(yàn)室家具業(yè)務(wù)的Servco公司。憑借Stratasys的3D打印機(jī)，Servco的客戶能夠提前看到原型，因此說服和溝通更加簡單，同時(shí)3D打印機(jī)還讓企業(yè)能夠更加靈活地調(diào)整設(shè)計(jì)，以滿足客戶的不同要求，因此可以快速開發(fā)令人振奮的新產(chǎn)品和涉足尚未開發(fā)的市場?？焖俪尚图夹g(shù)是真正實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)的強(qiáng)有力手段。這一特征意味著設(shè)計(jì)行業(yè)需要大量掌握快速成型技術(shù)的人才，對(duì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的畢業(yè)生提出了新的要求。不僅需要完成三維軟件模型的建立，還要掌握快速成型制造技術(shù)，完成產(chǎn)品實(shí)物的制造工作。

當(dāng)前，我院計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造專業(yè)是國家重點(diǎn)專業(yè)，其課程體系內(nèi)開設(shè)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)平臺(tái)課以及專業(yè)方向課，主干課程有機(jī)械制圖、機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、電工電子技術(shù)、公差配合及測(cè)量技術(shù)、冷沖模設(shè)計(jì)、塑料模設(shè)計(jì)、模制工藝與夾具、SolidWorks、UG，專業(yè)課程體系已經(jīng)完善，根據(jù)市場需求，增設(shè)快速成型技術(shù)課程作為專業(yè)方向課，則能夠使得本專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)崗位拓展到新產(chǎn)品開發(fā)、概念模型可視化，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證、功能測(cè)試等方面，從而充分迎合制造業(yè)市場需求。

一旦計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的快速成型技術(shù)課程成功開展，可以推廣到模具專業(yè)，使其向快速制模方向發(fā)展，快速制模使模型或模具的制造時(shí)間縮短數(shù)倍甚至數(shù)十倍，將快速成型技術(shù)與傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)相結(jié)合，可以大大縮短模具制造的開發(fā)周期，提高生產(chǎn)率，是解決模具設(shè)計(jì)與制造薄弱環(huán)節(jié)的有效途徑[3]。此外，借助快速成型技術(shù)甚至可以推動(dòng)材料成型與控制工程從高能耗、高污染的傳統(tǒng)鑄造方向快速鑄造方向發(fā)展。快速鑄造可以直接成型鑄造用蠟?zāi)：涂上?、能直接成型砂型鑄造用砂型或木模，還能直接成型精密鑄造用的耐火型殼和蠟?zāi)ｈT造中的壓型模具[4]。快速鑄造技術(shù)能縮短鑄造生產(chǎn)的周期，能提高生產(chǎn)效率，適合復(fù)雜零件的單件小批量生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。因此快速成型技術(shù)中的快速鑄造也將會(huì)是材料成型與控制工程專業(yè)的發(fā)展方向之一。

4 師資隊(duì)伍

師資隊(duì)伍是課程建設(shè)的最重要的內(nèi)容，因?yàn)橐婚T課程若沒有一支好的師資隊(duì)伍，講好課，提高教學(xué)質(zhì)量、完成人才培養(yǎng)都是空中樓閣的。因此建設(shè)一支人員精干、素質(zhì)優(yōu)良、結(jié)構(gòu)合理、專兼結(jié)合、特色鮮明和相對(duì)穩(wěn)定的教師隊(duì)伍是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。

我院一向重視教師隊(duì)伍建設(shè)規(guī)劃，層層落實(shí)到位，主抓培養(yǎng)專業(yè)帶頭人、學(xué)術(shù)帶頭人和骨干教師，重點(diǎn)抓好中青年骨干教師的提高和培養(yǎng)，并且充分發(fā)揮老教師傳、幫、帶作用，不斷培養(yǎng)優(yōu)秀的青年教師充實(shí)到教學(xué)第一線。經(jīng)過多年資源積累和沉淀，我院計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造專業(yè)擁有一支堪稱精良的教師隊(duì)伍，現(xiàn)有教師50余人，其中教授1人，副教授10余人， 同時(shí)我院的師資建設(shè)還與市場接軌，從社會(huì)上聘用既有豐富實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，又有較高學(xué)術(shù)水平的高級(jí)技術(shù)與管理人員為兼職教師，目前已備有國內(nèi)知名企業(yè)就職的高級(jí)職稱專家近15人。同時(shí)我院還注重專職教師的水平提升，通過教學(xué)實(shí)踐、專業(yè)實(shí)踐和業(yè)務(wù)進(jìn)修，大力培養(yǎng)一批既有較高學(xué)術(shù)水平、教學(xué)水平又有較強(qiáng)實(shí)際工作能力的"雙師型"專業(yè)教師作為中堅(jiān)力量。近兩年，我院派出多名教師到無錫工業(yè)園無錫易維模型設(shè)計(jì)制造有限公司進(jìn)修學(xué)習(xí)逆向設(shè)計(jì)軟件和快速成型技術(shù)，同時(shí)專程邀請(qǐng)企業(yè)技術(shù)人員到我院開設(shè)快速成型設(shè)備操作培訓(xùn)課程，為開設(shè)快速成型技術(shù)課程和實(shí)訓(xùn)奠定師資基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)我院一貫堅(jiān)持的以市場為導(dǎo)向，不斷優(yōu)化和調(diào)整專業(yè)方向，用"創(chuàng)新"、"特色"的理念進(jìn)行專業(yè)建設(shè)；堅(jiān)持依托市場需求辦學(xué)，把培養(yǎng)"綜合素質(zhì)高，敬業(yè)精神好，動(dòng)手能力強(qiáng)，上崗適應(yīng)快"的學(xué)生作為我院的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

5 實(shí)踐訓(xùn)練體系

運(yùn)行良好、管理規(guī)范的實(shí)踐訓(xùn)練體系是培養(yǎng)高等技術(shù)應(yīng)用性人才的必備條件。我院計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造專業(yè)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)強(qiáng)調(diào)與生產(chǎn)、建設(shè)、管理、服務(wù)第一線相一致，形成真實(shí)或仿真的職業(yè)環(huán)境，注意資源的優(yōu)化配置和共享。目前現(xiàn)有萬余平方的實(shí)訓(xùn)場所，有現(xiàn)代工業(yè)中心模具實(shí)訓(xùn)基地、現(xiàn)代工業(yè)中心數(shù)控技術(shù)基地、現(xiàn)代工業(yè)中心機(jī)械加工技術(shù)實(shí)訓(xùn)基地三個(gè)共享型基地；一個(gè)模具制造實(shí)訓(xùn)中心；模具設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)中心。實(shí)訓(xùn)設(shè)備初具規(guī)模，現(xiàn)有加工中心、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、注塑機(jī)、逆向激光掃描儀，快速成型機(jī)等250多臺(tái)機(jī)床設(shè)備及CAD/CAM軟件，設(shè)備總價(jià)值6000多萬元；實(shí)訓(xùn)基地內(nèi)還設(shè)有國家職業(yè)技能鑒定站、建有全國CAD技術(shù)應(yīng)用培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)南京中心常州培訓(xùn)基地、美國UGS公司授權(quán)UG-NX培訓(xùn)中心，常年舉辦UG、AutoCAD、鉗工、車工等方面的技能培訓(xùn)和技能鑒定。

此外，為了實(shí)現(xiàn)學(xué)生就業(yè)與市場無縫接軌，我院重視院外實(shí)習(xí)基地建設(shè)。按照互惠互利原則，盡可能爭取與專業(yè)有關(guān)的企事業(yè)單位合作。我院與常州華威亞克模具有限公司、江蘇常發(fā)集團(tuán)、戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所、梅特勒托利多電子衡器有限公司等多家大型企業(yè)單位建立了穩(wěn)固的校企合作關(guān)系，這些校外實(shí)訓(xùn)基地提高了學(xué)生的職業(yè)能力，為學(xué)生的就業(yè)提供了保障，拓寬了畢業(yè)生就業(yè)渠道，贏得了良好的社會(huì)聲譽(yù)。

實(shí)施雙證融通的教育政策使得我院學(xué)生本專業(yè)學(xué)生在國家、省市級(jí)CAD大賽中多次獲獎(jiǎng)，深受用人單位的青睞。完成我院計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造專業(yè)學(xué)習(xí)的畢業(yè)生除了獲得?？飘厴I(yè)證書外，還可獲得以下資格證書：1）數(shù)字設(shè)計(jì)、數(shù)字制造軟件中級(jí)證書（必?。?）快速成型與逆向工程操作中級(jí)證書（選?。?；3）數(shù)控設(shè)備操作中級(jí)證書（必取）；4）鉗工操作中級(jí)或高級(jí)（選取），其就業(yè)方向也從單一的從事新產(chǎn)品開發(fā)、數(shù)控程序編制、產(chǎn)品批量生產(chǎn)、機(jī)械設(shè)計(jì)等技術(shù)人員拓展到制造中的其他工作崗位中，就業(yè)渠道更為廣泛。通過開設(shè)快速成型技術(shù)課程，必將為我院畢業(yè)生就業(yè)錦上添花，提供更強(qiáng)的市場競爭力，滿足市場經(jīng)濟(jì)的需求。

因此，從課程體系、師資隊(duì)伍、實(shí)踐體系等方面來看，我院計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造專業(yè)開設(shè)快速成型技術(shù)課程條件已經(jīng)成熟，可以將傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方向轉(zhuǎn)型或開設(shè)新產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用方向，甚至推廣到快速制模和快速鑄造方向，這將為我院模具系人才培養(yǎng)創(chuàng)造新的天地。快速成型技術(shù)作為九十年代以來世界先進(jìn)制造技術(shù)和新產(chǎn)品研發(fā)手段，在制造工業(yè)中高達(dá)67%的應(yīng)用，已經(jīng)引起工業(yè)領(lǐng)域的極大重視[5]。由于快速成型技術(shù)的巨大吸引力，不僅工業(yè)界對(duì)其十分重視，而且許多其他行業(yè)都紛紛致力于它的應(yīng)用和推廣，促使向更高精度與更優(yōu)的材質(zhì)性能方向發(fā)展，形成高效率、高質(zhì)量、高精度的復(fù)制工藝體系。快速成型技術(shù)課程也將會(huì)在高職教育中大放異彩！

參考文獻(xiàn)：

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項(xiàng)目支持：江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃2013年立項(xiàng)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)（201313101009Y）