3D升级让中国制造走出“山寨”

时间:2010-03-09 00:00:00  来源:中青在线-中国青年报 佚名  |  查看:

牡丹江大学动漫系一队制作的《我们的家园》作品获2009全国3D大赛数字表现组一等奖。
在全国3D大赛全国总决赛现场,集美大学飞创设计团队成员徐渭琦正在对作品《未来电动越野车》进行外形轮廓优化设计。
湖南工业大学塑造空间设计团队制作的《家用概念车――电动螃蟹》作品获2009全国3D大赛数字表现组一等奖。
北京科技经营管理学院数字电影学院学生制作的特效电影作品《幻想工厂》,获2009全国3D大赛数字表现组一等奖。

提到中国制造,现如今人们最容易联想到的一个词便是“山寨”――从山寨手机、山寨上网本到山寨平板电视;从山寨谷歌、山寨电视剧到山寨春晚。山寨如此“横行”,也引来了两会代表委员的关注。全国人大代表张正贵最近在谈到中国企业如何提升核心竞争力时,忧心忡忡地说,一些高科技企业为了眼前的经济效益,放弃了对新产品的研发,导致国内市场上“山寨”数码产品泛滥,这样的企业难以持续发展。其实去年,全国政协委员倪萍就递交了“应坚决抵制山寨产品”的提案。“中国要摆脱‘模仿大国’称号,成为创新型国家,我们必须抓住当前3D技术大发展的契机,推进信息化与工业化融合,鼓励人人参与创新。”国家制造业信息化培训中心3D办主任鲁君尚说。

山寨旋风的背后

北京时间2010年1月28日凌晨,苹果公司在美国旧金山正式发布了旗下最新的产品――iPad平板电脑。仅仅过了一周,国产的“山寨iPad”就摆上了北京中关村[6.50 1.72%]一些电子卖场的货架。

那么,如此迅猛的山寨旋风是如何刮起来的呢?

在传统的工业设计中,要生产一件产品,首先要由设计师提供外观图纸,然后由工厂的老师傅或技师用黏土将产品形状用手捏出来,再以土法炼钢的方式制作出造型近似的模具,其中的过程十分复杂而且无法产生CAD/CAM(计算机辅助设计制造)所需的数据。

为了克服这些问题,逆向工程技术应运而生。

据业内人士介绍,只要一台三维激光扫描仪或者三坐标测量仪,就可以对物体的表面进行全面的3D扫描或测量。现如今,一台先进的3D扫描仪可以以每秒数十万个点的扫描速率获得物体表面的三维点数据,再利用逆向工程软件对数据进行整理、编辑,获取所需的三维特征曲线,最终得出可以准确表达物体外形的数学模型。工程师在此基础上,根据需要把模型进行简单的修改和调整,传到一般的计算机辅助设计系统,再由数控机床加工出精度很高的模具。

很多以往无法获得的物体外形数据,或者需要耗费大量时间、精力才能完成的模具制造过程,通过逆向工程技术都可以变得简单、快速而精确。如今,从机车零件、运动器材、医疗辅具等工业产品的精密设计加工,到人头像、人造腿骨、齿模等复杂曲面的准确测量,这一技术都得到了广泛的应用。

“作为中国引进与使用三维数字化技术最早的地区之一,珠江三角洲一带的小厂、小作坊中的普通工人每人掌握一到两种三维数字化软件绝对不是什么新鲜事。”山东科技大学机械电子工程学院副院长钟佩思教授说,这些厂家通过应用三维数字化技术,以极低的成本模仿主流品牌产品的外观或功能,从而可以快速占领需求正旺的中低端市场。

推动模仿走向创新的那只手

前不久,《国家大型企业集团创新能力研究》南开―清华课题组在调研中发现,我国企业集团创新“九成模仿、一成突破”。多数企业集团将模仿作为基本战略,走“逆向”分解与模仿创新的技术路线。这类创新主要是在引进平台基础上进行的衍生技术创新,其结果就是以实用新型和外观设计为主的专利。只有少数企业集团能够构造出技术壁垒,在平台技术和前沿技术上有所突破。

3D技术的革新和运用,如果只是被一些企业用来提高外围模仿能力,那绝对是大材小用了。事实上,三维CAD已经成为现代产业的基础性工具,在研发创新中发挥着不可取代的作用。

去年国庆60周年庆典上,中国空军的王牌“空警2000”预警机闪亮登场,赢得一片喝彩。其实,早在上世纪60年代末,我国就曾开展预警机研制,但因解决不了关键的技术问题而中途夭折。2001年,三维数字化技术被引进预警机研制流程中,科技人员通过采用三维数字化设计,以电子样机代替物理样机,在看不见的电磁频谱空间,完成了电磁兼容性控制,一举突破技术瓶颈,推动了我国预警机技术的发展。

“空警2000”的成功研制只是三维数字化技术在国家重点项目领域成功应用的一例。中国工程院院士、“863”计划先进制造与自动化领域专家委员会主任孙家广认为,现代产品的创新设计离不开三维CAD,因为只有三维CAD才能进行结构设计、强度设计、外形设计以及优化设计等,从某种意义上说,没有三维CAD就没有创新设计。

国家制造业信息化科技工程专家组组长、全国3D大赛组委会副主任杨海成教授把三维数字化技术形容为信息化条件下新“工程师语言”。他表示,制造业是我国国民经济的主要支柱。三维CAD/CAM软件是制造业提升产品创新能力的关键支撑性软件,应用三维CAD/CAM技术,可以大大缩短设计周期,降低研发成本,提高研发质量,设计与加工复杂曲面,是航空航天、装备、汽车、造船、电子、消费品、模具等制造行业的企业应对经济危机挑战,满足客户个性化需求的必备工具软件。如果没有三维数字化技术与人才,产品创新、产业升级将无从做起,提升中国制造业水平就成了一句空话。

“从山寨模仿逐步过渡到掌握核心技术的自主研发设计,是创新必须经历的阶段,因为在现代化社会,任何创新都是在已有的知识基础之上去做的,不可能从零开始创造。”鲁君尚教授说,“我国的制造业必须尽快跨过这个阶段,早日跻身产业链的上游。”

不容错失的新一轮竞争

今年1月,在美国拉斯韦加斯闭幕的第43届CES国际电子消费展上,3D概念成为绝对的主流。索尼、夏普、三星、松下、东芝、LG六大家电巨头同时推出了具有3D显示功能的大屏幕电视。松下宣称,今年将向市场推出100万台3D等离子高清电视、3D蓝光播放器和3D眼镜。索尼也表示,到2012年,3D产品的销售将占索尼消费电子产品一半以上的份额。

与此同时,《阿凡达》、《变形金刚2》等一大批好莱坞的3D电影也纷纷登场,在带给观众全新的视觉震撼的同时,也卷走了惊人的票房。此外,3D照相、3D打印、3D互联网、3D虚拟世界等一系列新的技术,也在不断地走进我们的生活。从二维最终过渡到三维,已是时代不可逆转的发展趋势。

但是,以3D为代表的新一轮技术革命在全球打响之时,我们能否抢得先机呢?

从行业发展来看,以彩电企业为代表,国内主要彩电企业纷纷表示对3D市场的发展持观望态度。多数业内专家认为,国内电视产业数字化和高清化的水平比欧美和日本市场分别落后3到5年的时间,而3D是比数字化和高清化更高级的概念,其普及必然是一个长期的事情,短期市场很难被看好。而且在中国3D标准缺失的情况下,3D电视市场的节目制作数量在3D产业中尚不足1%,3D电视节目制作还处于空白状态。

从技术储备来看,清华大学软件学院副院长王建民教授不无担忧地说:“目前三维CAD/CAM软件的核心技术仍掌握在欧美日等发达国家手中。我国的三维CAD/CAM市场几乎被国外产品完全垄断。每年我国制造企业采购三维CAD/CAM软件的金额高达几十亿元,而且还在以每年20%的速度递增。这种尴尬局面不仅使得制造企业承受了高昂的成本压力,而且支撑产品创新的核心工具受制于人,存在重大的信息和知识产权安全隐患。”

“2010年是3D从殿堂走向大众普及的历史转折点。3D时代的来临让我们和欧美发达国家处于同一历史起跑线上。”鲁君尚表示,目前在前沿技术上,国内外差距还不太大,我们必须尽快制定3D产业标准,加大自主研发的投入,尽可能多地培养掌握扎实专业知识和现代3D技能的复合型人才,才能使我们缩小与西方同行的差距,甚至在新的一轮竞争中占得先机。

拥抱人人创新的时代

在前不久举办的2009年全国三维数字化创新设计大赛上,中国海洋大学的工程冲击力队凭借作品《爬壁吸尘车》一举荣获一等奖。事实上,这个团队的成员都是些大三的学生。

“有一次,我上网看新闻,得知擦玻璃幕墙的‘蜘蛛人’工作非常危险,便萌生了做一个可以清洁玻璃幕墙的机器装置的想法。”团队成员戴源说,有了这个想法后,他便和同学查资料,尝试着做出一台能飞檐走壁的吸尘车来。

尽管这是戴源第一次尝试制作一款结构复杂的产品,但使用3D软件进行设计,各种零件的装配关系,尺寸比例都可以在电脑上运算完成。在一边上课,一边学习软件各项功能的情况下,他和同伴花了一个学期时间,就把想法变成了现实。

“如果没有3D软件帮忙的话,我们得用ABS塑料一遍遍地做出实物模型来进行检测,不仅费时费力,而且要花数千元去买零件和原材料,对于我们学生来说,实在是一笔不小的开销。”戴源表示,使用3D软件,除了能设计出外观,还能进行仿真模拟。通过把受力点的数据输入软件进行仿真,可以非常直观地看到各个部位的实际受力情况分析:红色表示非常危险,蓝色表示安全,这样,原先的设计中有哪些不能满足设计要求的地方,可以很方便地通过修改尺寸或更换材料来解决问题。

“在全国3D大赛中,涌现出很多学生自己设计制作的优秀作品,如未来电动越野车、蚊式仿生飞行器等。而且有相当多的选手并不是机械制造或计算机专业的学生,他们只是出于兴趣自学了3D软件。”鲁君尚表示,三维数字化、网络信息化、仿真虚拟化等3D技术的应用,让创造成本不再高昂,很多普通人都能参与其中。随着3D技术的普及,一个人人参与创新的时代绝对可期可待。

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