職業院校無人機應用專業開設3D打印課程探討

陸添羽，王天斌

職業院校無人機應用專業開設3D打印課程探討

陸添羽，王天斌

（江蘇省交通技師學院，江蘇 鎮江 212028）

2018年初，中國出臺了《全國技工院校專業目錄（2018年修訂）》，其中明確提到，設立無人機應用技術專業。然而對于中高職高校而言，該專業還未有統一的專業教學標準。作為國家863計劃的一部分，3D打印技術在國內發展正如火如荼，而該項技術的掌握對無人機專業的學習助力頗大，因此建議應在職業院校無人機應用專業開設3D打印課程，并研究了課程建設相關內容。

職業院校；無人機應用專業；3D打印課程；課程建設

無人機這一飛行器主要由無線電遙控設備或自備的程序控制裝置等制作，其應用范圍較廣，尤其是工業、農業、軍事等領域較為常見，3D打印技術屬于數字模型為主的快速成型技術，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物的建造。

一般情況下，無人機結構件制造應當保證所需材料符合標準的情況下才能加工，在拼裝和焊接后制作成品。3D打印技術的應用，節省了使用者的模具和原胚環節，充分發揮設計軟件的重要作用，制作相應的產品的3D圖形數據模型，簡化產品加工流程，節約制造時間，從而為無人機制造或改進提供支持。

1 職業院校無人機專業開設狀況

1.1 無人機專業目錄設置

2016年前，中國各大高校并未設立無人機專業，而教育部門制作的《普通高等職業教育（專科）專業目錄（2015）》中并不包含這一專業，大多數中職學校將這一專業納入到其他的機械電子專業或是其他的維修類專業范疇，2016年，這一專業被納入航空裝備類[1]。2018年初，中國出臺了《全國技工院校專業目錄（2018年修訂）》，其中明確提到，設立無人機應用技術專業。

1.2 無人機專業建設及教材

無人機是全新的專業，對于中高職高校而言，并未制定相應的專業教學標準，或發布其他教材。無人機技術使用范圍較廣，涉及其他多個行業領域，各個行業領域均致力于無人機專業教學標準的制定，并在此基礎上做出適當的調整，最后作為編寫教材的依據。參與者包括機械行指委、航空行指委、民航企業。

1.3 國內無人機培訓教育現狀

現階段，市面上興起許多無人機應用技術培訓的專業機構，這些機構最開始是為了吸引用戶的注意，根據企業自身實際情況，擴大行業應用范圍，不斷積累后初具規模，成立了極飛學院等。無人機專業教育在國內獲得快速發展，結合高等職業教育專業設置備案數據來看，2013年后，中國設立這一專業的高職院校數量為2所。截至2018年，設立這一專業的高職院校數量超過了146所[2]。結合2013—2018年各大高校專業現狀能夠發現，在6年的時間里，設立這一專業的高職院校數量呈不斷上升的發展趨勢，國內這一專業教育的發展速度不斷加快。

2 3D打印課程現狀

中國采取了多種措施擴大3D打印技術的應用范圍，而科技部門將這一技術作為國家863計劃的一部分，各大高校也設立了相關的3D打印課程。2013年下旬，同濟大學師生在此基礎上充分研究了3D打印機，經過長時間的鉆研，最后打印出微型飛機，完成了試飛過程。2016年，國內利用這種技術制定了“易尚3D創客教育整體解決方案”[3]，解決了3D打印教育存在的問題；隨后，成立了3D打印技術產業聯盟等，并簽訂了德州經濟技術開發區的相關協議，最后建立了德州職業技術學院3D打印學院。國內首個3D打印學院將會進行教學活動改革，或提供技術服務等。

3 無人機專業開設3D打印課程的必要性

3.1 經濟性

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，使得中間運輸儲存成本控制在合理范圍內。

國外的CrucibleIndustrialDesign公司利用這一技術制作了帶扣，滿足了空客A380乘客的需求，相比傳統的鋼制帶扣而言，每個帶扣質量減少了85 g，結合飛機壽命進行計算，減少1 kg，可實現45 000 L燃油的合理利用，這在一定程度上節約了330萬升燃油，運營成本將近2億歐元左右。

3.2 時效性

無人機領域，3D打印技術較為常見，應用在原型機設計過程中，可提高制作效率，降低制作成本。無人機設計要及時更新，傳統加工不斷更新，裝配工藝的改進等增加了人力物力財力成本。無需開模的3D打印技術在很大程度上加快了更新速度，可進一步加快驗證原型機的制造速度，縮短產品使用周期，對企業效率的提升具有重要作用。驗證后的原型機需要及時進行展示，在一定程度上推動了產品上市，提高了企業的競爭力。

2012年，弗吉尼亞大學經過長時間的研制，終于制作出了第三架3D打印飛機，但以前，僅僅塑料渦輪風扇發動機就要耗費2年的時間，成本達到了25萬美元左右。利用這一技術，在4個月的時間內完成了這架飛機的制造，成本耗費將近2000美元左右，可發現生產周期明顯縮短。

3.3 制造復雜零件優勢明顯

就傳統制造來看，物體形狀與制造成本呈正相關關系，尤其是3D打印機，這種關系更加明顯，由于其制造形狀相對復雜，其物品成本呈現出逐步上升的發展趨勢，制造相對復雜的物品耗費的時間較長，其難度堪比制造復雜的物品，其所需的技能、成本較高。

無人機產業不同于其他產業，其對加工精度提出了更高的要求，且零件相對復雜，還有的零件制作程序比較復雜，甚至是傳統加工工藝也難以制作，而3D打印技術解決了這一問題[4]。

4 職業院校無人機應用專業3D打印課程開發設置研究

結合江蘇省發布的人才發展研究數據來看，在今后的幾年內，江蘇省3D打印市場人才需求量呈現出不斷上升的發展趨勢。客觀來看，該地區制造業發展速度不斷加快，與此同時，3D打印技術的應用范圍不斷擴大，在2018年，該地區3D打印人才需求量不斷上升，總共達到了40 000人左右。 然而鎮江市的各大高校均沒有設立3D打印專業，人才培養不夠系統，由此可見，開設3D打印課程是適應時代發展的需要。

4.1 課程體系建設

以市場調研的方式，結合無人機應用技術，制定“一帶一路”發展戰略，各大高校按照學生自身的崗位目標，對其提出不同的要求，提高學生的崗位勝任力，建立想要的課程體系。

4.1.1 課程定位

作為無人機應用專業比較重要的課程，將其納入到理實一體化課程范疇內，在第6個學期開設。作為無人機產品設計崗位必備的技能，先導課程有兩個部分，即“機械制圖與計算機繪圖”和“機械設計基礎”，而后續課程的核心課程是“計算機設計制造”。

4.1.2 課程設計思路

以項目案例教學法為主，制定了3D打印的目標，并采用數字化的設計完成無人機結構件的制作，圍繞學生活動，制定具體的學習任務，讓學生根據教師的指示進行操作，確定學習任務，分析任務，并做出相應的評價，最后，了解相應的專業理論知識，或專門的操作技能。

4.1.3 課程目標

了解FDM3D打印機的操作方法或相應的使用特點，同時，對三維掃描儀的專業技能做好維護，并進行調整。掌握大量的3D打印方面的專業知識，或逆向工程等技能，做好三維掃描儀相關的維護工作，了解點云數據具體的操作方式。提高學生解決問題的能力，讓學生進行主動探索或思考，注重學生團隊合作意識的提升，以及自我展示能力、創新力的提升。

4.1.4 課程內容設計

課程內容設計的關鍵點在于突破了傳統教學方法的限制，不再采用獨立課程體系，而是在“無人機構件的數字化設計”基礎上，實現數字化測量技術或其他的數據處理、創新設計等技術相融合的新職業課程。教學項目的設計應當了解學生需求，或以逐步推進的方式，使學生在實施項目的環節，了解與課程相關的知識或所需的技能。

4.2 實訓場所建設

課題組做好調研工作，根據學校目前的現狀，課題組利用3D打印技術進一步推動實訓室建設項目的發展，培養了大量的3D打印人才，本實訓室主要針對電子機械等類型學生，主要組成部分為3D建模軟件、3D掃描儀、3D打印機等儀器設備，建成后可完成以下幾項實訓項目：3D建模、3D打印原理、切片軟件應用、其他的逆向掃描等。

4.3 師資力量建設

學校或以引進的方式，招聘優秀教師，保證充足的教師資源，以適應專業教學發展，與此同時，不斷提高教師文化層次，或實現教師的職位晉升等，不斷完善教師隊伍結構，提高教師的文化層次。進一步擴大產學研合作基地的影響力，并保證所有的專業課教師獲得AOPA無人機執業資格，取得資格證，掌握大量的專業知識，并產生更好的專業課程教學效果。

4.4 技能競賽環節設計

3D打印技術有利于實現學生創意到作品的轉換，豐富產品功能，展現產品的個性化特征。可開展多種形式的3D打印設計大賽，讓學生積極參與，使各個領域學生積極參賽，并掌握大量的專業知識，結合3D打印技術快速制作作品，體現作品的個性化特點，這種技術在很大程度上挖掘了學生的潛力，提高了學生的創新力。

［1］柴源.中職學校開設無人機應用專業探討［J］.機電技術，2018（8）：117-120.

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

［3］白祥.關于高職無人機專業建設的調研與探索［J］.中外企業家，2016（35）：200，202.

［4］張洪.“無人機+”背景下民用無人機產業人才教育培訓思考［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，研究方向為電子技術應用。

〔編輯：嚴麗琴〕