職業(yè)院校無(wú)人機(jī)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)3D打印課程探討

陸添羽，王天斌

職業(yè)院校無(wú)人機(jī)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)3D打印課程探討

陸添羽，王天斌

（江蘇省交通技師學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212028）

2018年初，中國(guó)出臺(tái)了《全國(guó)技工院校專(zhuān)業(yè)目錄（2018年修訂）》，其中明確提到，設(shè)立無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)。然而對(duì)于中高職高校而言，該專(zhuān)業(yè)還未有統(tǒng)一的專(zhuān)業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。作為國(guó)家863計(jì)劃的一部分，3D打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展正如火如荼，而該項(xiàng)技術(shù)的掌握對(duì)無(wú)人機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)習(xí)助力頗大，因此建議應(yīng)在職業(yè)院校無(wú)人機(jī)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)3D打印課程，并研究了課程建設(shè)相關(guān)內(nèi)容。

職業(yè)院校；無(wú)人機(jī)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)；3D打印課程；課程建設(shè)

無(wú)人機(jī)這一飛行器主要由無(wú)線電遙控設(shè)備或自備的程序控制裝置等制作，其應(yīng)用范圍較廣，尤其是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域較為常見(jiàn)，3D打印技術(shù)屬于數(shù)字模型為主的快速成型技術(shù)，使用了幾種不同的材料，如固體、液體塑料等，最后利用熔融沉積成型完成實(shí)物的建造。

一般情況下，無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)件制造應(yīng)當(dāng)保證所需材料符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下才能加工，在拼裝和焊接后制作成品。3D打印技術(shù)的應(yīng)用，節(jié)省了使用者的模具和原胚環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)軟件的重要作用，制作相應(yīng)的產(chǎn)品的3D圖形數(shù)據(jù)模型，簡(jiǎn)化產(chǎn)品加工流程，節(jié)約制造時(shí)間，從而為無(wú)人機(jī)制造或改進(jìn)提供支持。

1 職業(yè)院校無(wú)人機(jī)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)狀況

1.1 無(wú)人機(jī)專(zhuān)業(yè)目錄設(shè)置

2016年前，中國(guó)各大高校并未設(shè)立無(wú)人機(jī)專(zhuān)業(yè)，而教育部門(mén)制作的《普通高等職業(yè)教育（專(zhuān)科）專(zhuān)業(yè)目錄（2015）》中并不包含這一專(zhuān)業(yè)，大多數(shù)中職學(xué)校將這一專(zhuān)業(yè)納入到其他的機(jī)械電子專(zhuān)業(yè)或是其他的維修類(lèi)專(zhuān)業(yè)范疇，2016年，這一專(zhuān)業(yè)被納入航空裝備類(lèi)[1]。2018年初，中國(guó)出臺(tái)了《全國(guó)技工院校專(zhuān)業(yè)目錄（2018年修訂）》，其中明確提到，設(shè)立無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)。

1.2 無(wú)人機(jī)專(zhuān)業(yè)建設(shè)及教材

無(wú)人機(jī)是全新的專(zhuān)業(yè)，對(duì)于中高職高校而言，并未制定相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，或發(fā)布其他教材。無(wú)人機(jī)技術(shù)使用范圍較廣，涉及其他多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域均致力于無(wú)人機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的制定，并在此基礎(chǔ)上做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，最后作為編寫(xiě)教材的依據(jù)。參與者包括機(jī)械行指委、航空行指委、民航企業(yè)。

1.3 國(guó)內(nèi)無(wú)人機(jī)培訓(xùn)教育現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，市面上興起許多無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)培訓(xùn)的專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)，這些機(jī)構(gòu)最開(kāi)始是為了吸引用戶(hù)的注意，根據(jù)企業(yè)自身實(shí)際情況，擴(kuò)大行業(yè)應(yīng)用范圍，不斷積累后初具規(guī)模，成立了極飛學(xué)院等。無(wú)人機(jī)專(zhuān)業(yè)教育在國(guó)內(nèi)獲得快速發(fā)展，結(jié)合高等職業(yè)教育專(zhuān)業(yè)設(shè)置備案數(shù)據(jù)來(lái)看，2013年后，中國(guó)設(shè)立這一專(zhuān)業(yè)的高職院校數(shù)量為2所。截至2018年，設(shè)立這一專(zhuān)業(yè)的高職院校數(shù)量超過(guò)了146所[2]。結(jié)合2013—2018年各大高校專(zhuān)業(yè)現(xiàn)狀能夠發(fā)現(xiàn)，在6年的時(shí)間里，設(shè)立這一專(zhuān)業(yè)的高職院校數(shù)量呈不斷上升的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)這一專(zhuān)業(yè)教育的發(fā)展速度不斷加快。

2 3D打印課程現(xiàn)狀

中國(guó)采取了多種措施擴(kuò)大3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍，而科技部門(mén)將這一技術(shù)作為國(guó)家863計(jì)劃的一部分，各大高校也設(shè)立了相關(guān)的3D打印課程。2013年下旬，同濟(jì)大學(xué)師生在此基礎(chǔ)上充分研究了3D打印機(jī)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的鉆研，最后打印出微型飛機(jī)，完成了試飛過(guò)程。2016年，國(guó)內(nèi)利用這種技術(shù)制定了“易尚3D創(chuàng)客教育整體解決方案”[3]，解決了3D打印教育存在的問(wèn)題；隨后，成立了3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等，并簽訂了德州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)的相關(guān)協(xié)議，最后建立了德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院3D打印學(xué)院。國(guó)內(nèi)首個(gè)3D打印學(xué)院將會(huì)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)改革，或提供技術(shù)服務(wù)等。

3 無(wú)人機(jī)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)3D打印課程的必要性

3.1 經(jīng)濟(jì)性

3D打印“加法”并不包括切割、磨削等方式，使原材料得到充分利用，在一定程度上提高了利用率，減少了廢料的形成；“一次成型”在很大程度上降低了模具、夾具等成本；“本地化”生產(chǎn)模式在一定程度上減少了成本，尤其是控制了廠房前期投入，使得中間運(yùn)輸儲(chǔ)存成本控制在合理范圍內(nèi)。

國(guó)外的CrucibleIndustrialDesign公司利用這一技術(shù)制作了帶扣，滿(mǎn)足了空客A380乘客的需求，相比傳統(tǒng)的鋼制帶扣而言，每個(gè)帶扣質(zhì)量減少了85 g，結(jié)合飛機(jī)壽命進(jìn)行計(jì)算，減少1 kg，可實(shí)現(xiàn)45 000 L燃油的合理利用，這在一定程度上節(jié)約了330萬(wàn)升燃油，運(yùn)營(yíng)成本將近2億歐元左右。

3.2 時(shí)效性

無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)較為常見(jiàn)，應(yīng)用在原型機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，可提高制作效率，降低制作成本。無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)要及時(shí)更新，傳統(tǒng)加工不斷更新，裝配工藝的改進(jìn)等增加了人力物力財(cái)力成本。無(wú)需開(kāi)模的3D打印技術(shù)在很大程度上加快了更新速度，可進(jìn)一步加快驗(yàn)證原型機(jī)的制造速度，縮短產(chǎn)品使用周期，對(duì)企業(yè)效率的提升具有重要作用。驗(yàn)證后的原型機(jī)需要及時(shí)進(jìn)行展示，在一定程度上推動(dòng)了產(chǎn)品上市，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

2012年，弗吉尼亞大學(xué)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研制，終于制作出了第三架3D打印飛機(jī)，但以前，僅僅塑料渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)就要耗費(fèi)2年的時(shí)間，成本達(dá)到了25萬(wàn)美元左右。利用這一技術(shù)，在4個(gè)月的時(shí)間內(nèi)完成了這架飛機(jī)的制造，成本耗費(fèi)將近2000美元左右，可發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)周期明顯縮短。

3.3 制造復(fù)雜零件優(yōu)勢(shì)明顯

就傳統(tǒng)制造來(lái)看，物體形狀與制造成本呈正相關(guān)關(guān)系，尤其是3D打印機(jī)，這種關(guān)系更加明顯，由于其制造形狀相對(duì)復(fù)雜，其物品成本呈現(xiàn)出逐步上升的發(fā)展趨勢(shì)，制造相對(duì)復(fù)雜的物品耗費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，其難度堪比制造復(fù)雜的物品，其所需的技能、成本較高。

無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)不同于其他產(chǎn)業(yè)，其對(duì)加工精度提出了更高的要求，且零件相對(duì)復(fù)雜，還有的零件制作程序比較復(fù)雜，甚至是傳統(tǒng)加工工藝也難以制作，而3D打印技術(shù)解決了這一問(wèn)題[4]。

4 職業(yè)院校無(wú)人機(jī)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)3D打印課程開(kāi)發(fā)設(shè)置研究

結(jié)合江蘇省發(fā)布的人才發(fā)展研究數(shù)據(jù)來(lái)看，在今后的幾年內(nèi)，江蘇省3D打印市場(chǎng)人才需求量呈現(xiàn)出不斷上升的發(fā)展趨勢(shì)?？陀^來(lái)看，該地區(qū)制造業(yè)發(fā)展速度不斷加快，與此同時(shí)，3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在2018年，該地區(qū)3D打印人才需求量不斷上升，總共達(dá)到了40 000人左右。 然而鎮(zhèn)江市的各大高校均沒(méi)有設(shè)立3D打印專(zhuān)業(yè)，人才培養(yǎng)不夠系統(tǒng)，由此可見(jiàn)，開(kāi)設(shè)3D打印課程是適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。

4.1 課程體系建設(shè)

以市場(chǎng)調(diào)研的方式，結(jié)合無(wú)人機(jī)應(yīng)用技術(shù)，制定“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略，各大高校按照學(xué)生自身的崗位目標(biāo)，對(duì)其提出不同的要求，提高學(xué)生的崗位勝任力，建立想要的課程體系。

4.1.1 課程定位

作為無(wú)人機(jī)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)比較重要的課程，將其納入到理實(shí)一體化課程范疇內(nèi)，在第6個(gè)學(xué)期開(kāi)設(shè)。作為無(wú)人機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)崗位必備的技能，先導(dǎo)課程有兩個(gè)部分，即“機(jī)械制圖與計(jì)算機(jī)繪圖”和“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”，而后續(xù)課程的核心課程是“計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)制造”。

4.1.2 課程設(shè)計(jì)思路

以項(xiàng)目案例教學(xué)法為主，制定了3D打印的目標(biāo)，并采用數(shù)字化的設(shè)計(jì)完成無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)件的制作，圍繞學(xué)生活動(dòng)，制定具體的學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生根據(jù)教師的指示進(jìn)行操作，確定學(xué)習(xí)任務(wù)，分析任務(wù)，并做出相應(yīng)的評(píng)價(jià)，最后，了解相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)，或?qū)ｉT(mén)的操作技能。

4.1.3 課程目標(biāo)

了解FDM3D打印機(jī)的操作方法或相應(yīng)的使用特點(diǎn)，同時(shí)，對(duì)三維掃描儀的專(zhuān)業(yè)技能做好維護(hù)，并進(jìn)行調(diào)整。掌握大量的3D打印方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，或逆向工程等技能，做好三維掃描儀相關(guān)的維護(hù)工作，了解點(diǎn)云數(shù)據(jù)具體的操作方式。提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力，讓學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)探索或思考，注重學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)的提升，以及自我展示能力、創(chuàng)新力的提升。

4.1.4 課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

課程內(nèi)容設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于突破了傳統(tǒng)教學(xué)方法的限制，不再采用獨(dú)立課程體系，而是在“無(wú)人機(jī)構(gòu)件的數(shù)字化設(shè)計(jì)”基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測(cè)量技術(shù)或其他的數(shù)據(jù)處理、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等技術(shù)相融合的新職業(yè)課程。教學(xué)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)了解學(xué)生需求，或以逐步推進(jìn)的方式，使學(xué)生在實(shí)施項(xiàng)目的環(huán)節(jié)，了解與課程相關(guān)的知識(shí)或所需的技能。

4.2 實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所建設(shè)

課題組做好調(diào)研工作，根據(jù)學(xué)校目前的現(xiàn)狀，課題組利用3D打印技術(shù)進(jìn)一步推動(dòng)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)項(xiàng)目的發(fā)展，培養(yǎng)了大量的3D打印人才，本實(shí)訓(xùn)室主要針對(duì)電子機(jī)械等類(lèi)型學(xué)生，主要組成部分為3D建模軟件、3D掃描儀、3D打印機(jī)等儀器設(shè)備，建成后可完成以下幾項(xiàng)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目：3D建模、3D打印原理、切片軟件應(yīng)用、其他的逆向掃描等。

4.3 師資力量建設(shè)

學(xué)?；蛞砸M(jìn)的方式，招聘優(yōu)秀教師，保證充足的教師資源，以適應(yīng)專(zhuān)業(yè)教學(xué)發(fā)展，與此同時(shí)，不斷提高教師文化層次，或?qū)崿F(xiàn)教師的職位晉升等，不斷完善教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu)，提高教師的文化層次。進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)學(xué)研合作基地的影響力，并保證所有的專(zhuān)業(yè)課教師獲得AOPA無(wú)人機(jī)執(zhí)業(yè)資格，取得資格證，掌握大量的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并產(chǎn)生更好的專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)效果。

4.4 技能競(jìng)賽環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

3D打印技術(shù)有利于實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)意到作品的轉(zhuǎn)換，豐富產(chǎn)品功能，展現(xiàn)產(chǎn)品的個(gè)性化特征?？砷_(kāi)展多種形式的3D打印設(shè)計(jì)大賽，讓學(xué)生積極參與，使各個(gè)領(lǐng)域?qū)W生積極參賽，并掌握大量的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，結(jié)合3D打印技術(shù)快速制作作品，體現(xiàn)作品的個(gè)性化特點(diǎn)，這種技術(shù)在很大程度上挖掘了學(xué)生的潛力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新力。

［1］柴源.中職學(xué)校開(kāi)設(shè)無(wú)人機(jī)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)探討［J］.機(jī)電技術(shù)，2018（8）：117-120.

［2］李小麗，馬劍雄，李萍，等.3D打印技術(shù)及應(yīng)用趨勢(shì)［J］.自動(dòng)化儀表，2014（1）：1-5.

［3］白祥.關(guān)于高職無(wú)人機(jī)專(zhuān)業(yè)建設(shè)的調(diào)研與探索［J］.中外企業(yè)家，2016（35）：200，202.

［4］張洪.“無(wú)人機(jī)+”背景下民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)人才教育培訓(xùn)思考［J］.民航管理，2018（3）：49-52.

G633

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.24.068

2095－6835（2019）24－0152－02

陸添羽（1988—），男，江蘇鹽城人，工程碩士，講師，研究方向?yàn)殡娮蛹夹g(shù)應(yīng)用。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕