牡丹江大學(xué)動漫系一隊(duì)制作的《我們的家園》作品獲2009全國3D大賽數(shù)字表現(xiàn)組一等獎。

　　在全國3D大賽全國總決賽現(xiàn)場，集美大學(xué)飛創(chuàng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員徐渭琦正在對作品《未來電動越野車》進(jìn)行外形輪廓優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　萬明輝攝

　　湖南工業(yè)大學(xué)塑造空間設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)制作的《家用概念車——電動螃蟹》作品獲2009全國3D大賽數(shù)字表現(xiàn)組一等獎。

　　北京科技經(jīng)營管理學(xué)院數(shù)字電影學(xué)院學(xué)生制作的特效電影作品《幻想工廠》，獲2009全國3D大賽數(shù)字表現(xiàn)組一等獎。

    提到中國制造，現(xiàn)如今人們最容易聯(lián)想到的一個(gè)詞便是“山寨”——從山寨手機(jī)、山寨上網(wǎng)本到山寨平板電視；從山寨谷歌、山寨電視劇到山寨春晚。山寨如此“橫行”，也引來了兩會代表委員的關(guān)注。全國人大代表張正貴最近在談到中國企業(yè)如何提升核心競爭力時(shí)，憂心忡忡地說，一些高科技企業(yè)為了眼前的經(jīng)濟(jì)效益，放棄了對新產(chǎn)品的研發(fā)，導(dǎo)致國內(nèi)市場上“山寨”數(shù)碼產(chǎn)品泛濫，這樣的企業(yè)難以持續(xù)發(fā)展。其實(shí)去年，全國政協(xié)委員倪萍就遞交了“應(yīng)堅(jiān)決抵制山寨產(chǎn)品”的提案。“中國要擺脫‘模仿大國’稱號，成為創(chuàng)新型國家，我們必須抓住當(dāng)前3D技術(shù)大發(fā)展的契機(jī)，推進(jìn)信息化與工業(yè)化融合，鼓勵人人參與創(chuàng)新。”國家制造業(yè)信息化培訓(xùn)中心3D辦主任魯君尚說。

    山寨旋風(fēng)的背后

    北京時(shí)間2010年1月28日凌晨，蘋果公司在美國舊金山正式發(fā)布了旗下最新的產(chǎn)品——iPad平板電腦。僅僅過了一周，國產(chǎn)的“山寨iPad”就擺上了北京中關(guān)村一些電子賣場的貨架。

    那么，如此迅猛的山寨旋風(fēng)是如何刮起來的呢？

    在傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)中，要生產(chǎn)一件產(chǎn)品，首先要由設(shè)計(jì)師提供外觀圖紙，然后由工廠的老師傅或技師用黏土將產(chǎn)品形狀用手捏出來，再以土法煉鋼的方式制作出造型近似的模具，其中的過程十分復(fù)雜而且無法產(chǎn)生CAD／CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造）所需的數(shù)據(jù)。

    為了克服這些問題，逆向工程技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

    據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，只要一臺三維激光掃描儀或者三坐標(biāo)測量儀，就可以對物體的表面進(jìn)行全面的3D掃描或測量。現(xiàn)如今，一臺先進(jìn)的3D掃描儀可以以每秒數(shù)十萬個(gè)點(diǎn)的掃描速率獲得物體表面的三維點(diǎn)數(shù)據(jù)，再利用逆向工程軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、編輯，獲取所需的三維特征曲線，最終得出可以準(zhǔn)確表達(dá)物體外形的數(shù)學(xué)模型。工程師在此基礎(chǔ)上，根據(jù)需要把模型進(jìn)行簡單的修改和調(diào)整，傳到一般的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，再由數(shù)控機(jī)床加工出精度很高的模具。

    很多以往無法獲得的物體外形數(shù)據(jù)，或者需要耗費(fèi)大量時(shí)間、精力才能完成的模具制造過程，通過逆向工程技術(shù)都可以變得簡單、快速而精確。如今，從機(jī)車零件、運(yùn)動器材、醫(yī)療輔具等工業(yè)產(chǎn)品的精密設(shè)計(jì)加工，到人頭像、人造腿骨、齒模等復(fù)雜曲面的準(zhǔn)確測量，這一技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用。

    “作為中國引進(jìn)與使用三維數(shù)字化技術(shù)最早的地區(qū)之一，珠江三角洲一帶的小廠、小作坊中的普通工人每人掌握一到兩種三維數(shù)字化軟件絕對不是什么新鮮事。”山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院副院長鐘佩思教授說，這些廠家通過應(yīng)用三維數(shù)字化技術(shù)，以極低的成本模仿主流品牌產(chǎn)品的外觀或功能，從而可以快速占領(lǐng)需求正旺的中低端市場。

    推動模仿走向創(chuàng)新的那只手

    前不久，《國家大型企業(yè)集團(tuán)創(chuàng)新能力研究》南開—清華課題組在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，我國企業(yè)集團(tuán)創(chuàng)新“九成模仿、一成突破”。多數(shù)企業(yè)集團(tuán)將模仿作為基本戰(zhàn)略，走“逆向”分解與模仿創(chuàng)新的技術(shù)路線。這類創(chuàng)新主要是在引進(jìn)平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行的衍生技術(shù)創(chuàng)新，其結(jié)果就是以實(shí)用新型和外觀設(shè)計(jì)為主的專利。只有少數(shù)企業(yè)集團(tuán)能夠構(gòu)造出技術(shù)壁壘，在平臺技術(shù)和前沿技術(shù)上有所突破。

    3D技術(shù)的革新和運(yùn)用，如果只是被一些企業(yè)用來提高外圍模仿能力，那絕對是大材小用了。事實(shí)上，三維CAD已經(jīng)成為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)性工具，在研發(fā)創(chuàng)新中發(fā)揮著不可取代的作用。

    去年國慶60周年慶典上，中國空軍的王牌“空警2000”預(yù)警機(jī)閃亮登場，贏得一片喝彩。其實(shí)，早在上世紀(jì)60年代末，我國就曾開展預(yù)警機(jī)研制，但因解決不了關(guān)鍵的技術(shù)問題而中途夭折。2001年，三維數(shù)字化技術(shù)被引進(jìn)預(yù)警機(jī)研制流程中，科技人員通過采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，以電子樣機(jī)代替物理樣機(jī)，在看不見的電磁頻譜空間，完成了電磁兼容性控制，一舉突破技術(shù)瓶頸，推動了我國預(yù)警機(jī)技術(shù)的發(fā)展。

    “空警2000”的成功研制只是三維數(shù)字化技術(shù)在國家重點(diǎn)項(xiàng)目領(lǐng)域成功應(yīng)用的一例。中國工程院院士、“863”計(jì)劃先進(jìn)制造與自動化領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會主任孫家廣認(rèn)為，現(xiàn)代產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)離不開三維CAD，因?yàn)橹挥腥�維CAD才能進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)、外形設(shè)計(jì)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等，從某種意義上說，沒有三維CAD就沒有創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

    國家制造業(yè)信息化科技工程專家組組長、全國3D大賽組委會副主任楊海成教授把三維數(shù)字化技術(shù)形容為信息化條件下新“工程師語言”。他表示，制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的主要支柱。三維CAD／CAM軟件是制造業(yè)提升產(chǎn)品創(chuàng)新能力的關(guān)鍵支撐性軟件，應(yīng)用三維CAD／CAM技術(shù)，可以大大縮短設(shè)計(jì)周期，降低研發(fā)成本，提高研發(fā)質(zhì)量，設(shè)計(jì)與加工復(fù)雜曲面，是航空航天、裝備、汽車、造船、電子、消費(fèi)品、模具等制造行業(yè)的企業(yè)應(yīng)對經(jīng)濟(jì)危機(jī)挑戰(zhàn)，滿足客戶個(gè)性化需求的必備工具軟件。如果沒有三維數(shù)字化技術(shù)與人才，產(chǎn)品創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)升級將無從做起，提升中國制造業(yè)水平就成了一句空話。

    “從山寨模仿逐步過渡到掌握核心技術(shù)的自主研發(fā)設(shè)計(jì)，是創(chuàng)新必須經(jīng)歷的階段，因?yàn)樵诂F(xiàn)代化社會，任何創(chuàng)新都是在已有的知識基礎(chǔ)之上去做的，不可能從零開始創(chuàng)造。”魯君尚教授說，“我國的制造業(yè)必須盡快跨過這個(gè)階段，早日躋身產(chǎn)業(yè)鏈的上游。”

    不容錯失的新一輪競爭

    今年1月，在美國拉斯韋加斯閉幕的第43屆CES國際電子消費(fèi)展上，3D概念成為絕對的主流。索尼、夏普、三星、松下、東芝、LG六大家電巨頭同時(shí)推出了具有3D顯示功能的大屏幕電視。松下宣稱，今年將向市場推出100萬臺3D等離子高清電視、3D藍(lán)光播放器和3D眼鏡。索尼也表示，到2012年,3D產(chǎn)品的銷售將占索尼消費(fèi)電子產(chǎn)品一半以上的份額。

    與此同時(shí)，《阿凡達(dá)》、《變形金剛2》等一大批好萊塢的3D電影也紛紛登場，在帶給觀眾全新的視覺震撼的同時(shí)，也卷走了驚人的票房。此外，3D照相、3D打印、3D互聯(lián)網(wǎng)、3D虛擬世界等一系列新的技術(shù)，也在不斷地走進(jìn)我們的生活。從二維最終過渡到三維，已是時(shí)代不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢。

    但是，以3D為代表的新一輪技術(shù)革命在全球打響之時(shí)，我們能否搶得先機(jī)呢？

    從行業(yè)發(fā)展來看，以彩電企業(yè)為代表，國內(nèi)主要彩電企業(yè)紛紛表示對3D市場的發(fā)展持觀望態(tài)度。多數(shù)業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，國內(nèi)電視產(chǎn)業(yè)數(shù)字化和高清化的水平比歐美和日本市場分別落后3到5年的時(shí)間，而3D是比數(shù)字化和高清化更高級的概念，其普及必然是一個(gè)長期的事情，短期市場很難被看好。而且在中國3D標(biāo)準(zhǔn)缺失的情況下，3D電視市場的節(jié)目制作數(shù)量在3D產(chǎn)業(yè)中尚不足1％，3D電視節(jié)目制作還處于空白狀態(tài)。

    從技術(shù)儲備來看，清華大學(xué)軟件學(xué)院副院長王建民教授不無擔(dān)憂地說：“目前三維CAD／CAM軟件的核心技術(shù)仍掌握在歐美日等發(fā)達(dá)國家手中。我國的三維CAD／CAM市場幾乎被國外產(chǎn)品完全壟斷。每年我國制造企業(yè)采購三維CAD／CAM軟件的金額高達(dá)幾十億元，而且還在以每年20％的速度遞增。這種尷尬局面不僅使得制造企業(yè)承受了高昂的成本壓力，而且支撐產(chǎn)品創(chuàng)新的核心工具受制于人，存在重大的信息和知識產(chǎn)權(quán)安全隱患。”

    “2010年是3D從殿堂走向大眾普及的歷史轉(zhuǎn)折點(diǎn)。3D時(shí)代的來臨讓我們和歐美發(fā)達(dá)國家處于同一歷史起跑線上。”魯君尚表示，目前在前沿技術(shù)上，國內(nèi)外差距還不太大，我們必須盡快制定3D產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加大自主研發(fā)的投入，盡可能多地培養(yǎng)掌握扎實(shí)專業(yè)知識和現(xiàn)代3D技能的復(fù)合型人才，才能使我們縮小與西方同行的差距，甚至在新的一輪競爭中占得先機(jī)。

    擁抱人人創(chuàng)新的時(shí)代

    在前不久舉辦的2009年全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽上，中國海洋大學(xué)的工程沖擊力隊(duì)?wèi){借作品《爬壁吸塵車》一舉榮獲一等獎。事實(shí)上，這個(gè)團(tuán)隊(duì)的成員都是些大三的學(xué)生。

    “有一次，我上網(wǎng)看新聞，得知擦玻璃幕墻的‘蜘蛛人’工作非常危險(xiǎn)，便萌生了做一個(gè)可以清潔玻璃幕墻的機(jī)器裝置的想法。”團(tuán)隊(duì)成員戴源說，有了這個(gè)想法后，他便和同學(xué)查資料，嘗試著做出一臺能飛檐走壁的吸塵車來。

    盡管這是戴源第一次嘗試制作一款結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，但使用3D軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，各種零件的裝配關(guān)系，尺寸比例都可以在電腦上運(yùn)算完成。在一邊上課，一邊學(xué)習(xí)軟件各項(xiàng)功能的情況下，他和同伴花了一個(gè)學(xué)期時(shí)間，就把想法變成了現(xiàn)實(shí)。

    “如果沒有3D軟件幫忙的話，我們得用ABS塑料一遍遍地做出實(shí)物模型來進(jìn)行檢測，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且要花數(shù)千元去買零件和原材料，對于我們學(xué)生來說，實(shí)在是一筆不小的開銷。”戴源表示，使用3D軟件，除了能設(shè)計(jì)出外觀，還能進(jìn)行仿真模擬。通過把受力點(diǎn)的數(shù)據(jù)輸入軟件進(jìn)行仿真，可以非常直觀地看到各個(gè)部位的實(shí)際受力情況分析：紅色表示非常危險(xiǎn)，藍(lán)色表示安全，這樣，原先的設(shè)計(jì)中有哪些不能滿足設(shè)計(jì)要求的地方，可以很方便地通過修改尺寸或更換材料來解決問題。

    “在全國3D大賽中，涌現(xiàn)出很多學(xué)生自己設(shè)計(jì)制作的優(yōu)秀作品，如未來電動越野車、蚊式仿生飛行器等。而且有相當(dāng)多的選手并不是機(jī)械制造或計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，他們只是出于興趣自學(xué)了3D軟件。”魯君尚表示，三維數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)信息化、仿真虛擬化等3D技術(shù)的應(yīng)用，讓創(chuàng)造成本不再高昂，很多普通人都能參與其中。隨著3D技術(shù)的普及，一個(gè)人人參與創(chuàng)新的時(shí)代絕對可期可待。