第一篇：基于MBD的三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)及現(xiàn)場可視化技術(shù)應(yīng)用

基于MBD的三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)及現(xiàn)場可視化技術(shù)應(yīng)用

基于MBD的三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù)是現(xiàn)代航空數(shù)字化制造中的一門新興學(xué)科，也是未來飛機(jī)三維裝配工藝設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。本文介紹了該技術(shù)主要通過對DELMIA、3DVIA Composer、CAPP等工藝設(shè)計(jì)、工藝仿真軟件進(jìn)行客戶化定制和多系統(tǒng)集成應(yīng)用，完成基于MBD三維產(chǎn)品模型的工藝分離面的劃分、BOM重構(gòu)、工藝仿真以及三維裝配指令編制等工藝設(shè)計(jì)工作，并通過生產(chǎn)管理系統(tǒng)將已完成的工藝設(shè)計(jì)信息傳遞到生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)可視化裝配，打通了基于MBD的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)及現(xiàn)場可視化裝配的技術(shù)路線。

MBD(Model-Based Definition)即基于模型的產(chǎn)品數(shù)字化定義，其特點(diǎn)是：產(chǎn)品設(shè)計(jì)不再發(fā)放傳統(tǒng)的二維圖紙，而是采用三維數(shù)字化模型作為飛機(jī)零件制造、部件裝配的依據(jù)。傳統(tǒng)的二維工藝設(shè)計(jì)模式已經(jīng)不能適應(yīng)全三維設(shè)計(jì)要求。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工藝設(shè)計(jì)軟件技術(shù)的發(fā)展，以及協(xié)同平臺的建立，為三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)和并行工程奠定了基礎(chǔ)。三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)及現(xiàn)場可視化系統(tǒng)

通過采用達(dá)索公司三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)平臺DELMIA及3DVIA Composer解決方案，構(gòu)建“數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)和仿真系統(tǒng)”及“生產(chǎn)現(xiàn)場可視化系統(tǒng)”。突破DELMIA二次開發(fā)及定制技術(shù)、3D制造過程仿真驗(yàn)證及優(yōu)化技術(shù)、MBD技術(shù)、生產(chǎn)現(xiàn)場可視化技術(shù)、Windchill/DELMIA/EPCS/CAPP多系統(tǒng)集成技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，最終構(gòu)建符合企業(yè)業(yè)務(wù)需求的“數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)和仿真系統(tǒng)”及“生產(chǎn)現(xiàn)場可視化系統(tǒng)”。縮短飛機(jī)裝配周期，提高裝配質(zhì)量，全面提升飛機(jī)的數(shù)字化制造能力。系統(tǒng)流程及集成架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程及集成框架

系統(tǒng)流程及集成工作思路如下：

(1)Windchill企業(yè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是企業(yè)唯一合法的數(shù)據(jù)來源，管理著各種BOM信息。通過接口程序，把PBOM以XML的格式輸出。

(2)通過在DELMIA DPE平臺上二次開發(fā)技術(shù)，把XML格式的PBOM及產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)模型調(diào)入DPE模塊中進(jìn)行工藝規(guī)劃，并創(chuàng)建頂層MBOM。

(3)劃分哪些工作需要在DELMIA中進(jìn)行仿真驗(yàn)證，哪些不需要仿真驗(yàn)證，并將創(chuàng)建的頂層MBOM存到Windchill中。

(4)將需要仿真驗(yàn)證的裝配件在DELMIA中進(jìn)行詳細(xì)的AO劃分。

(5)在DELMIA DPM中進(jìn)行裝配仿真驗(yàn)證、人機(jī)工程仿真、資源仿真等工作。

(6)利用3DVIA Composer進(jìn)行細(xì)節(jié)三維裝配指令編制工作。

(7)進(jìn)行DELMIA與CAPP的接口開發(fā)，使三維AO及配套表傳入CAPP系統(tǒng)，并最終通過CAPP在Windchill進(jìn)行流程審簽。

(8)開發(fā)Windchill和ERP及MES的接口程序，把MBOM和AO信息傳遞給ERP及MES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車間現(xiàn)場裝配可視化，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)工作。2 三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)

三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)是通過對飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在企業(yè)現(xiàn)有制造能力（設(shè)備、工藝技術(shù)能力、人力資源等）及產(chǎn)量要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行組件劃分，制定裝配流程，確定裝配方案，并選擇各裝配環(huán)節(jié)所需要的制造資源。在三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，工藝設(shè)計(jì)用樹狀結(jié)構(gòu)表示，主要由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹、工藝結(jié)構(gòu)樹、資源結(jié)構(gòu)樹3個(gè)分支構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)特征按企業(yè)需求進(jìn)行工藝模板定制。基于MBD技術(shù)的三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)主要工作流程如圖2所示。

圖2 基于MBD技術(shù)的三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)流程

2.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作

在三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)中所用的數(shù)據(jù)格式分為3種，CGR格式、CATIA V5模型、smgxml格式。其功能為：

CATIA V5模型：來源于產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門，是工藝設(shè)計(jì)的依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

CCR格式模型：由CATIA V5模型轉(zhuǎn)換而來，輕量化模型，用于大數(shù)據(jù)量模型的仿真及DPM環(huán)境下產(chǎn)品結(jié)構(gòu)瀏覽。

smgxml格式模型：由CATIA V5模型轉(zhuǎn)換而來，輕量化模型，用于在WKC中進(jìn)行三維裝配指令的三維視圖編輯。smgxml格式模型轉(zhuǎn)換界面如圖3所示。

圖3 smgxml格式模型轉(zhuǎn)換界面

2.2 PBOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入

將來自協(xié)同平臺的XML格式的PBOM導(dǎo)入DELMIA的DPE中，PBOM中的零組件信息（工藝路線、批架次、工組件等）會通過程序自動(dòng)關(guān)聯(lián)CGR模型、CATIA V5模型、smgxml模型3種格式的數(shù)據(jù)。并導(dǎo)入產(chǎn)品模型的坐標(biāo)位置信息。在DPE中構(gòu)建全機(jī)或部件的PBOM結(jié)構(gòu)樹。數(shù)據(jù)導(dǎo)入流程如圖4所示。

圖4 PBOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入 2.3 工藝分離面的劃分

完成數(shù)據(jù)導(dǎo)人工作后，在DELMIA系統(tǒng)的MA(Manufacturing Assembly)中根據(jù)三維產(chǎn)品模型在三維數(shù)字化環(huán)境下進(jìn)行全機(jī)、部組件工藝分離面的劃分，結(jié)合PBOM結(jié)構(gòu)樹確定各工藝裝配部件、組合件需要裝配的組件及零件項(xiàng)目，構(gòu)建工藝部件、組件模型結(jié)構(gòu)。在MA中進(jìn)行工藝分離面劃分如圖5所示。

圖5 MA中進(jìn)行工藝分離面劃分

2.4 全機(jī)或部件裝配工藝仿真

針對工藝分離面劃分結(jié)果在DPM中進(jìn)行全機(jī)及部件級工藝仿真，驗(yàn)證工藝分離面劃分的合理性，并進(jìn)行優(yōu)化。

2.5 部件裝配方案的設(shè)計(jì)

在工藝分離面劃分優(yōu)化的基礎(chǔ)上，在DPE的PROCESS結(jié)構(gòu)樹上對各工藝部件進(jìn)行裝配流程設(shè)計(jì)，劃分下一級組件裝配單元，確定在各組件裝配的零組件項(xiàng)目，構(gòu)建頂層MBOM結(jié)構(gòu)樹，關(guān)聯(lián)來自工藝部件的組件裝配工藝模型。確定裝配工藝基準(zhǔn)和裝配定位方法，并規(guī)劃各組件之間的裝配流程。

2.6 部、組件裝配AO的確定

在部、組件劃分的基礎(chǔ)上，依據(jù)分配到部、組件項(xiàng)目的裝配工藝模型在DPE的PROCESS結(jié)構(gòu)樹上進(jìn)一步進(jìn)行部、組件裝配過程設(shè)計(jì)，確定各部、組件所屬零組件的裝配順序，規(guī)劃完成裝配的AO項(xiàng)目，編制AO號，關(guān)聯(lián)每本AO需要裝配的零組件項(xiàng)目。

2.7 工裝訂貨單的編制及工裝設(shè)計(jì)

工藝部門依據(jù)工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容提出裝配工裝、夾具、刀具的訂貨技術(shù)要求。工裝部門根據(jù)訂貨技術(shù)要求，設(shè)計(jì)裝配型架、地面設(shè)備、專用工、刀、量具的三維數(shù)模。2.8 工裝數(shù)據(jù)的導(dǎo)入

將來自于企業(yè)協(xié)同平臺的工裝等資源三維模型數(shù)據(jù)分別以CATIA V5模型和格式導(dǎo)入DELMIA系統(tǒng)，建立資源結(jié)構(gòu)樹，并分別關(guān)聯(lián)到PROCESS工藝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)樹上的部組件裝配項(xiàng)目上。

2.9 詳細(xì)工藝設(shè)計(jì)

在三維數(shù)字化環(huán)境下確定該裝配工藝過程零組件、標(biāo)準(zhǔn)件、成品等裝配順序，明確裝配工藝方法、裝配步驟，進(jìn)行AO下工步的詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成本裝配過程的工步規(guī)劃設(shè)計(jì)，并將產(chǎn)品零組件和工步關(guān)聯(lián)。選定該裝配過程所需要的工裝、夾具、工具、輔助材料等一系列的制造資源，并將工裝與工位關(guān)聯(lián)。依據(jù)產(chǎn)品連接定義分配該過程所需要的標(biāo)準(zhǔn)件，形成用于指導(dǎo)生產(chǎn)的AO裝配信息。

2.10 部、組件裝配仿真

產(chǎn)品及資源三維模型在工步上關(guān)聯(lián)后，依據(jù)AO內(nèi)容及設(shè)計(jì)好的裝配工藝流程，在DPM中通過對每個(gè)零件、成品和組件的移動(dòng)、定位、夾緊等操作進(jìn)行產(chǎn)品與產(chǎn)品、產(chǎn)品與工裝的干涉檢查，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)存在干涉情況時(shí)報(bào)警，并顯示出干涉區(qū)域和干涉量，以幫助工藝設(shè)計(jì)人員查找和分析干涉原因。同時(shí)通過對產(chǎn)品裝配和拆卸過程進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)仿真，可以驗(yàn)證每個(gè)零件按工藝設(shè)計(jì)的裝配順序是否能無阻礙的裝配上去，以發(fā)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)過程中裝配順序設(shè)計(jì)的合理性。對于開敞性、可視性、可達(dá)性、可操作性較差的部位可以將標(biāo)準(zhǔn)人體的三維模型放人虛擬裝配環(huán)境中進(jìn)行人機(jī)工程仿真，模擬操作者的操作過程以便發(fā)現(xiàn)操作空間大小是否滿足裝配需要，操作者身體或肢體能否到達(dá)裝配位置、是否看得見等問題。仿真結(jié)果通過仿真報(bào)告提交產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)等部門進(jìn)行優(yōu)化。

2.11 三維裝配指令編制

通過部、組件裝配仿寞，對產(chǎn)品、工裝、AO內(nèi)容及裝配順序等進(jìn)行優(yōu)化后，依據(jù)優(yōu)化后的工藝設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)入DELMIA的WKC(Work Instruction Composer)中進(jìn)行各工步三維可視化視圖設(shè)計(jì)，將每個(gè)工步所要表達(dá)的工藝信息通過三維輕量化視圖表達(dá)，包括標(biāo)準(zhǔn)件信息、裝配尺寸標(biāo)注、制孔要求、定位要求、工裝使用要求，其形式如圖6所示。

圖6 WKC中三維可視化文件編制 現(xiàn)場可視化技術(shù)應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場可視化文件輸出、管理

由于采用MBD技術(shù)以后，生產(chǎn)現(xiàn)場不再發(fā)放二維圖紙，為了滿足裝配生產(chǎn)需要，中航工業(yè)陜飛采取了利用裝配仿真視頻、AO和三維工步視圖指導(dǎo)現(xiàn)場裝配作業(yè)的解決方案，具體方法是將在DPE中完成的部組件工藝規(guī)劃、設(shè)計(jì)內(nèi)容提取到CAPP中的AO模板中，包括AO內(nèi)容頁、輔材配套表、標(biāo)準(zhǔn)件配套表、零件配套表等文檔信息，同時(shí)輸出DPM中部組件的仿真視頻和WKC中的三維工步視圖，通過Windchill協(xié)同制造平臺進(jìn)行審簽發(fā)放和管理。

3.2 現(xiàn)場可視化應(yīng)用

通過裝配現(xiàn)場可視化技術(shù)，使MBD技術(shù)在車間“落地”，它是將產(chǎn)品的裝配仿真驗(yàn)證文件、三維工作指令以及工藝設(shè)計(jì)文件等工藝信息傳遞導(dǎo)入到企業(yè)的MES系統(tǒng)，發(fā)送到車間現(xiàn)場，操作人員通避現(xiàn)場觸摸屏，在MES系統(tǒng)里查詢產(chǎn)品工藝裝配信息，可以直接查看三維裝配指令及相關(guān)三維仿真，以更直觀的方式了解產(chǎn)品的裝配屬性，理解產(chǎn)品的裝配工藝和工藝流程，從而提高裝配工作效率和準(zhǔn)確性。

MBD技術(shù)現(xiàn)場具體應(yīng)用過程是，首先運(yùn)行MES系統(tǒng)，通過查詢工位設(shè)備號，確認(rèn)某個(gè)部件的裝配工位，查看AO文件名稱、文件號以及裝配該部件的工藝裝備，然后輸入負(fù)責(zé)該部件裝配工作的操作者證件號，進(jìn)入該產(chǎn)品的具體生產(chǎn)信息界面，對應(yīng)AO名稱和文件號，查看產(chǎn)品的裝配仿真驗(yàn)證動(dòng)畫，直觀地全面了解產(chǎn)品的裝配流程，查看三維工作指令，獲取產(chǎn)品的定位、裝配尺寸等裝配信息，查看AO文件，獲取產(chǎn)品的裝配零件及詳細(xì)工作內(nèi)容，最終完成產(chǎn)品的裝配，如圖7所示。

圖7 現(xiàn)場可視化 結(jié)論

通過基于MBD的三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)及現(xiàn)場可視化技術(shù)應(yīng)用研究及實(shí)施，打通了基于MBD的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)及現(xiàn)場可視化裝配的技術(shù)路線。從實(shí)施情況看三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)及現(xiàn)場可視化系統(tǒng)在數(shù)字化制造中有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)的并行工程，縮短了產(chǎn)品研制周期，減少了開發(fā)成本。

(2)通過裝配過程三維仿真驗(yàn)證，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)存在的問題，有效地保證了產(chǎn)品裝配的質(zhì)量。

(3)通過現(xiàn)場可視化系統(tǒng)的應(yīng)用，三維裝配仿真通過三維數(shù)據(jù)直觀地顯現(xiàn)了裝配過程，使裝配操作者更容易理解裝配工藝，減少了裝配過程中的反復(fù)和人為差錯(cuò)。

(4)使工藝研制更便捷、更直觀，特別在新產(chǎn)品研制中，通過三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)使得工藝方案的制定、技術(shù)決策更準(zhǔn)確、便捷。

(5)通過多個(gè)系統(tǒng)的集成，使設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)的信息可以更方便被調(diào)用，數(shù)據(jù)流通更加暢通。

(6)為企業(yè)提供了承上啟下的工藝設(shè)計(jì)平臺，便于在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新開發(fā)，為企業(yè)的質(zhì)量管理、生產(chǎn)管理等系統(tǒng)提供上游工藝信息。

應(yīng)用中的不足之處：

(1)目前人機(jī)仿真操作比較繁瑣。

(2)裝配仿真時(shí)模型作為剛性件處理，無法模擬仿真零組件變形后的裝配情況，主要反映在某些鈑金零件的仿真以及部組件自重引起的變形調(diào)整的仿真。

(3)目前采用的現(xiàn)場可視化方案雖然解決了MBD技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用，但在現(xiàn)場應(yīng)用中由于可視化終端設(shè)備相對固定，操作者在飛機(jī)內(nèi)部或距離終端設(shè)備較遠(yuǎn)的部位操作時(shí)不方便，還需研究開發(fā)便攜式可視化終端設(shè)備及其數(shù)據(jù)管理方式。5 結(jié)束語

基于MBD的三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)及現(xiàn)場可視化技術(shù)是現(xiàn)代航空數(shù)字化制造中的一門新興學(xué)科，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用將引發(fā)飛機(jī)裝配的歷史性變革，將在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面取得巨大的效益，為企業(yè)提升企業(yè)的核心競爭力奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。的份上

第二篇：三維數(shù)字化技術(shù)的傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)論文

摘要：進(jìn)入21世紀(jì)之后，三維數(shù)字化技術(shù)取得突破進(jìn)展，在各行各業(yè)中展現(xiàn)了獨(dú)特的優(yōu)勢，尤其是在傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品中，能夠借助三維數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行藝術(shù)造型和設(shè)計(jì)，提高了傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品的藝術(shù)魅力.本文基于三維數(shù)字化技術(shù)，對傳統(tǒng)工藝美術(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，希望能為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供借鑒和參考.關(guān)鍵詞：三維數(shù)字化技術(shù)；傳統(tǒng)工藝；美術(shù)設(shè)計(jì)

引言：

作為數(shù)字時(shí)代特有的技術(shù)類型，三維數(shù)字化技術(shù)能夠借助先進(jìn)的設(shè)備軟件，利用模擬操作功能創(chuàng)造出直觀的產(chǎn)品模型，這對企業(yè)產(chǎn)品的藝術(shù)設(shè)計(jì)無疑起到了巨大推動(dòng)作用.對于傳統(tǒng)工藝美術(shù)產(chǎn)業(yè)而言，三維數(shù)字化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的基礎(chǔ)，本文闡述了三維數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)工藝美術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢，并討論了三維數(shù)字化技術(shù)的設(shè)計(jì)方法，最后通過陶瓷等工藝美術(shù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)實(shí)踐分析三維數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用.1三維數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)工藝美術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的意義

傳統(tǒng)工藝美術(shù)是我國傳統(tǒng)文化中的一部分，隨著社會與時(shí)代的發(fā)展，很多人已經(jīng)不再對傳統(tǒng)工藝美術(shù)產(chǎn)品感興趣，這就導(dǎo)致我國傳統(tǒng)工藝美術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)行業(yè)出現(xiàn)人才斷層現(xiàn)象.而將三維數(shù)字化技術(shù)引入傳統(tǒng)工藝美術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)后，可以借助現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)吸引學(xué)子目光，激發(fā)人們對傳統(tǒng)工藝美術(shù)產(chǎn)品的熱愛，可以說三維數(shù)字化技術(shù)是促進(jìn)文化傳承與傳播的溝通橋梁.此外，三維數(shù)字化技術(shù)能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)工藝美術(shù)設(shè)計(jì)手法的不足，科學(xué)利用三維數(shù)字化技術(shù)可以促進(jìn)傳統(tǒng)工藝美術(shù)產(chǎn)品的繁榮與發(fā)展.2三維數(shù)字化技術(shù)的設(shè)計(jì)方法分析

三維數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用需要利用設(shè)計(jì)軟件，對設(shè)計(jì)對象進(jìn)行建模和調(diào)整，通常這些步驟都會分為四個(gè)階段，下面具體進(jìn)行分析.2.1前期準(zhǔn)備階段

在前期準(zhǔn)備階段過程中，需要將傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要用到的資料和素材準(zhǔn)備好，確定基本的設(shè)計(jì)思路，例如，對于一項(xiàng)工藝產(chǎn)品而言，它的產(chǎn)品圖色、裝飾圖案、產(chǎn)品材料都是需要提前確定的[1].尤其是工藝產(chǎn)品的美術(shù)造型需要利用標(biāo)準(zhǔn)色卡進(jìn)行顏色比對設(shè)計(jì)人員可綜合搜集到的資料，對工藝產(chǎn)品進(jìn)行大概的方案策劃，繪制初步的產(chǎn)品三視圖.準(zhǔn)備階段的產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖各個(gè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性可能會存在誤差，但是在這一期間不不會差生過多的影響，事實(shí)上這一階段設(shè)計(jì)出的模型只是為后期階段深入研發(fā)做準(zhǔn)備.2.2設(shè)計(jì)制作階段

在這一階段中，設(shè)計(jì)人員需要詳細(xì)的了解產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的細(xì)分，并且制作精確的設(shè)計(jì)方案.我國傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品類型多種多樣，所涉及到的設(shè)計(jì)內(nèi)容也樣式繁多，因而在設(shè)計(jì)制作階段需要設(shè)計(jì)師選用最佳的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行工作，例如，選用相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件，在制作傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品模型期間，需要設(shè)計(jì)人員掌握不同產(chǎn)品的特點(diǎn)，對于產(chǎn)品的應(yīng)用材料、模型結(jié)構(gòu)，都要做好充分準(zhǔn)備.2.3方案優(yōu)化階段

方案優(yōu)化階段屬于對設(shè)計(jì)制作出的產(chǎn)品模型進(jìn)行設(shè)計(jì)評價(jià)，從已經(jīng)制作出的產(chǎn)品模型中分析產(chǎn)品的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和表現(xiàn)，尋找在模型中存在的瑕疵，并且根據(jù)可優(yōu)化方向做進(jìn)一步的設(shè)計(jì)修改.2.4深入設(shè)計(jì)階段

深入設(shè)計(jì)階段基本上就是傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品模型定型階段，在這一階段中需要設(shè)計(jì)人員最終確定設(shè)計(jì)方案，并且校對好三維模型的各項(xiàng)數(shù)據(jù).得出最終的設(shè)計(jì)結(jié)果后，利用模型數(shù)據(jù)計(jì)算制造成品所需的產(chǎn)品材料數(shù)量，以及制作成品的各項(xiàng)收縮比值，這樣可以促使生產(chǎn)產(chǎn)品過程中的成功率的提升.值得注意的是，三維數(shù)字化技術(shù)在設(shè)計(jì)中可以忽視一些實(shí)踐工藝設(shè)計(jì)中難以克服的困難，因此在設(shè)計(jì)方案敲定后還要考慮實(shí)際加工藝術(shù)產(chǎn)品時(shí)的限制，結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際生產(chǎn)水平適當(dāng)更改設(shè)計(jì)方案.3三維數(shù)字化技術(shù)融入傳統(tǒng)工藝美術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的分析

傳統(tǒng)的產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)大多是通過手工組成，或者是利用圖紙繪制出模型，或者是利用輕便材料制作實(shí)物模型，但是這兩種方式都存在一定弊端.相比這兩種傳統(tǒng)的模型方法，利用三維數(shù)字化技術(shù)制作模擬模型，既可以節(jié)約大量時(shí)間，又可以輕松得到模型的數(shù)據(jù)，繼而換算與實(shí)際產(chǎn)品的數(shù)據(jù)比值[2].當(dāng)前，我國陶瓷、琉璃燈利用傳統(tǒng)材料進(jìn)行設(shè)計(jì)的工藝美術(shù)產(chǎn)品，已經(jīng)引入了三維數(shù)字化技術(shù)的設(shè)計(jì)方法，完善了傳統(tǒng)美術(shù)工藝產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，提高了陶瓷產(chǎn)品與琉璃產(chǎn)品的造型水平，其已經(jīng)成為現(xiàn)代化裝飾藝術(shù)發(fā)展的手段.3.1利用三維數(shù)字化技術(shù)設(shè)計(jì)陶瓷產(chǎn)品

陶瓷產(chǎn)品的造型與設(shè)計(jì)注重產(chǎn)品曲面的弧度，因此在設(shè)計(jì)之中需要有嚴(yán)格的曲線率控制，傳統(tǒng)的陶瓷產(chǎn)品，例如茶壺（圖2）、茶杯等藝術(shù)工藝品在設(shè)計(jì)創(chuàng)造中多依賴手工藝人的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，通過肉眼觀察來塑造陶瓷工藝品的曲面曲線，盡管茶壺等工藝產(chǎn)品的曲面設(shè)計(jì)難度不大，但是為了展現(xiàn)出陶瓷茶壺工藝品的藝術(shù)性就必須創(chuàng)造出具有最優(yōu)化曲面和舒適度的藝術(shù)工藝品.利用三位數(shù)字化技術(shù)對陶瓷茶壺工藝品進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠有效的減少茶壺曲面率差錯(cuò)，在計(jì)算曲面率數(shù)據(jù)中得到更準(zhǔn)確數(shù)值，這比單純依靠肉眼進(jìn)行判斷要準(zhǔn)確很多.要想實(shí)現(xiàn)茶壺曲面精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，可以選擇具有曲面計(jì)算功能的繪制工具，在實(shí)踐中設(shè)計(jì)人員常用Rhino軟件來進(jìn)行茶壺的造型設(shè)計(jì)工作.借助Rhino軟件可以先進(jìn)行簡單的框架設(shè)計(jì)，繪制出簡單的茶壺模型，然后利用軟件功能進(jìn)行造型的分析和評價(jià)，再進(jìn)一步優(yōu)化茶壺造型設(shè)計(jì).茶壺分為兩個(gè)部分，即由壺蓋、壺身組成，壺身上又從左到右依次分為壺嘴、壺肚、壺把，所以總體來看茶壺在設(shè)計(jì)時(shí)要著重從四個(gè)節(jié)點(diǎn)入手.在使用Rhino軟件時(shí)，應(yīng)當(dāng)先從整體著眼，把握這四個(gè)部件的具體規(guī)格，在設(shè)計(jì)過程中更加注重每兩個(gè)相連部件之間的數(shù)據(jù)，利用曲線工具、圓弧工具琢磨連接處，保證茶壺的四個(gè)部分能夠組成協(xié)調(diào)的一體模型.3.2利用三維數(shù)字化技術(shù)設(shè)計(jì)琉璃產(chǎn)品

在三維數(shù)字化技術(shù)中，3D打印技術(shù)成為各方設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，國際上已經(jīng)有人開始利用這種3D打印技術(shù)制成工藝產(chǎn)品.3D打印技術(shù)將三維數(shù)字化設(shè)計(jì)功能和工藝制造功能結(jié)合，能夠在設(shè)計(jì)圖紙定型后直接“打印”出立體產(chǎn)品.盡管3D打印技術(shù)剛剛興起，但是已經(jīng)引發(fā)了幾輪熱潮，目前在服飾行業(yè)、首飾行業(yè)、工藝產(chǎn)品行業(yè)中已經(jīng)有設(shè)計(jì)人員利用這種技術(shù)制作出成品，當(dāng)然由于3D打印技術(shù)還只是出于初級階段，對于一些產(chǎn)品并不能直接利用相應(yīng)的材料進(jìn)行“打印”，只能以替代性材料來提前“打印”產(chǎn)品[3].對于琉璃藝術(shù)產(chǎn)品而言，當(dāng)前的3D技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)脫蠟鑄造玻璃，因而在利用三維數(shù)字化技術(shù)設(shè)計(jì)琉璃工藝產(chǎn)品時(shí)，能夠借助3D打印技術(shù)完成琉璃工藝產(chǎn)品.傳統(tǒng)的脫蠟鑄造玻璃過程，需要經(jīng)過一系列復(fù)雜的處理環(huán)節(jié)，而使用三維數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行玻璃的設(shè)計(jì)與“打印”，可以節(jié)省許多步驟，3.3利用三維數(shù)字化技術(shù)設(shè)計(jì)湘繡產(chǎn)品

我國刺繡藝術(shù)產(chǎn)品可以說是傳統(tǒng)藝術(shù)產(chǎn)品的突出代表，刺繡的種類有許多，本文主要討論的是湘繡藝術(shù).傳統(tǒng)湘繡需要繡工手工制作，手工湘繡在制作前也會繪制出效果圖，但是由于手工繪制圖與實(shí)際的刺繡圖案存在較大不同，實(shí)際上也會影響湘繡的設(shè)計(jì)和制作效果.對此，運(yùn)用三維數(shù)字化技術(shù)，采用具有多項(xiàng)功能的設(shè)計(jì)軟件，可以在屏幕上設(shè)計(jì)出湘繡藝術(shù)產(chǎn)品模型，利用三維數(shù)字化技術(shù)創(chuàng)造的湘繡模型與人們最終制作出的藝術(shù)成品具有極高的相似性，若要提前觀察湘繡藝術(shù)產(chǎn)品的制作效果就可以通過設(shè)計(jì)模型進(jìn)行預(yù)覽.并且在預(yù)覽中對模型進(jìn)行糾錯(cuò)和改進(jìn)，當(dāng)湘繡產(chǎn)品的規(guī)格尺寸出現(xiàn)問題時(shí)，可以直接利用修改軟件進(jìn)行改正[4].例如，在設(shè)計(jì)湘繡作品《牡丹》時(shí)，共需要繪制4朵牡丹花，每朵牡丹花的標(biāo)準(zhǔn)色都有細(xì)微差別，利用三維數(shù)字化軟件Rhino先將牡丹花的造型設(shè)計(jì)出來，然后利用分類功能繪制牡丹花的用色圖表.牡丹花花色偏艷麗，多為粉紅色，所以選取的主色調(diào)為粉色，在設(shè)計(jì)期間可以在模型上標(biāo)明每朵花的主色型號，這樣可以避免在成品制作過程中出現(xiàn)混淆.一幅湘繡繡稿，除了圖案設(shè)計(jì)以外，最重要的就是繡線顏色和繡線類型，湘繡繡線有許多不同分類，如果在設(shè)計(jì)之中沒有精準(zhǔn)把握好繡線的分類，容易在繡制過程中引發(fā)失誤.所以現(xiàn)代湘繡藝術(shù)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上會借助三維數(shù)字化技術(shù)提前做好效果圖，標(biāo)明重要組成部分的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以提高湘繡工藝產(chǎn)品的制作水平.結(jié)論：綜上，三維數(shù)字化技術(shù)在傳統(tǒng)工藝美術(shù)中的應(yīng)用具有重要的意義和作用.在新的時(shí)代背景下，傳統(tǒng)工藝美術(shù)行業(yè)應(yīng)當(dāng)加快引入三維數(shù)字化技術(shù)，促進(jìn)傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)手段與現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合.相信未來三維數(shù)字化技術(shù)會更加成熟，3D打印技術(shù)也可以在傳統(tǒng)工藝美術(shù)行業(yè)中大放異彩，提高產(chǎn)品的制造效率和質(zhì)量.參考文獻(xiàn)：

〔1〕高原,丁劍.三維數(shù)字化傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品美術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)研究———評《產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)材料與工藝》[J].宏觀經(jīng)濟(jì)管理,2017(01):97-98.〔2〕董春波.三維數(shù)字化造型在雕塑藝術(shù)中的運(yùn)用研究[D].武漢紡織大學(xué),2016.〔3〕侯可新.論三位數(shù)字化技術(shù)在傳統(tǒng)工藝美術(shù)傳承與創(chuàng)新中的優(yōu)勢———以湖南傳統(tǒng)工藝美術(shù)為例[J].藝術(shù)科技,2014(11):36-39.〔4〕張乃鵬.基于產(chǎn)品三維模型的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)方法研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2013.

第三篇：淺談三維CAD技術(shù)在教學(xué)和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

淺談三維CAD技術(shù)在教學(xué)和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

湖南省勞動(dòng)人事學(xué)校張志明

摘要：CAD技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，是計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程設(shè)計(jì)、機(jī)械制造等領(lǐng)域中最有影響的一項(xiàng)高新應(yīng)用技術(shù)。CAD系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法與生產(chǎn)模式發(fā)生了深刻的變化，已經(jīng)產(chǎn)生、必然繼續(xù)產(chǎn)生巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：三維CAD技術(shù)；設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的一體化；教學(xué)與設(shè)計(jì)

現(xiàn)代化教學(xué)和技術(shù)創(chuàng)新是21世紀(jì)職業(yè)學(xué)校和企業(yè)競爭的焦點(diǎn)之所在，而產(chǎn)品創(chuàng)新既是技術(shù)創(chuàng)新的主要組成部分，也是技術(shù)創(chuàng)新的物化成果和集中體現(xiàn)，同時(shí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵。

一、CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢

了解CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢對推廣應(yīng)用技術(shù)是十分重要的，有利于CAD方案設(shè)計(jì)、選型適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要?？偟膩碚f，CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢有以下幾方面：

(1)基于32/64位微機(jī)的Windows操作系統(tǒng)平臺的CAD系統(tǒng)倍受歡迎，象Pro/E、I-DEAS等運(yùn)行于工作站的軟件也紛紛推出微機(jī)版。

(2)二維繪圖與三維實(shí)體建模一體化，基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件應(yīng)當(dāng)是CAD系統(tǒng)的主要功能要求。同時(shí)要求CAD與CAPP、CAM、CAE信息集成，提供符合IGES、STEP標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品信息模型。

(3)基于Windows/Objects/Wcb的技術(shù)解決方案是當(dāng)前CAD軟件的一個(gè)重要特點(diǎn)，也就是要求CAD軟件能在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下支持協(xié)同設(shè)計(jì)、異地設(shè)計(jì)和信息共享。

(4)支持并行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品數(shù)字管理(PDM)一體化集成。

(5)CAD系統(tǒng)的智能化、可視化和標(biāo)準(zhǔn)化。

二、現(xiàn)代化教學(xué)已充分認(rèn)識到多媒體教學(xué)的優(yōu)勢，并使之廣泛應(yīng)用，而三維CAD技術(shù)對教學(xué)也有很大的幫助

1、在教學(xué)很多課程需要實(shí)物模型幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，而傳統(tǒng)的教學(xué)方式是利用實(shí)物或者教師自制簡單模型。存在的問題是實(shí)物攜帶困難，根據(jù)教學(xué)需要更改模型的可操作性也不大，自制模型簡單，缺少變化，并且要花費(fèi)教師的很多時(shí)間，沒有經(jīng)驗(yàn)的年輕教師完成這項(xiàng)工作也有困難。如果沒有模型，僅僅依靠講解，這樣要想把一個(gè)立體結(jié)構(gòu)講清楚又是很困難的事情，對于缺少對實(shí)物感官認(rèn)識的學(xué)生理解沒有模型的講解不是一個(gè)簡單的事情，這個(gè)過程很容易出現(xiàn)偏差。

2、教學(xué)中存在的另一個(gè)問題是傳統(tǒng)的教學(xué)模型更新?lián)Q代的速度慢，而幾十年不變的教學(xué)模型已不能滿足教學(xué)和科技時(shí)代不斷進(jìn)步的需要，傳統(tǒng)教學(xué)模型基本上不能夠修改，更換時(shí)的問題是新模型或?qū)嵨锍杀靖撸f模型基本沒有再利用的價(jià)值。

3、三維CAD技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用完全可以避免傳統(tǒng)教具的缺點(diǎn)，它在具有實(shí)物教具直觀，容易理解的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服了傳統(tǒng)教具的不足，避免了攜帶困難，模型修改方便，添加新模型的成本低（計(jì)算機(jī)建模），學(xué)生根據(jù)自己的理解也可自己和建立新模型，達(dá)到降低教學(xué)成本，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。另一方面，使學(xué)生在學(xué)習(xí)階段就能不斷了解新技術(shù)，也為之將來走向社會打下良好的基礎(chǔ)。

三、三維CAD設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ)

1、設(shè)計(jì)手段的計(jì)算機(jī)化。現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)已離不開計(jì)算機(jī)的參與和支持，計(jì)算機(jī)已成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的必備工具，這一點(diǎn)已經(jīng)被現(xiàn)代企業(yè)、學(xué)校在計(jì)算機(jī)應(yīng)用的實(shí)際情況所證實(shí)。三維CAD技術(shù)正是充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)優(yōu)勢的有力工具。

2、設(shè)計(jì)范疇的擴(kuò)大化?，F(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念已不僅是產(chǎn)品本身結(jié)構(gòu)、性能、工藝等的設(shè)計(jì)，還應(yīng)包括與之相關(guān)的一切過程。而三維CAD技術(shù)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，能夠?yàn)楹罄m(xù)的CAE（計(jì)算機(jī)輔助分析系統(tǒng)）；CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)）；NCP（數(shù)控編程系統(tǒng)）；PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）等提供完整統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息，大大地簡化后續(xù)工作，優(yōu)化整個(gè)設(shè)計(jì)過程。

3、設(shè)計(jì)過程的并行化和智能化。局域網(wǎng)和INTERNET的普及，已使絕大多數(shù)人認(rèn)識到，網(wǎng)絡(luò)將是二十一世紀(jì)發(fā)展的首選工具。一個(gè)大中

型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)不是一個(gè)人或少數(shù)幾個(gè)人就能夠完成的，而網(wǎng)絡(luò)將這種設(shè)計(jì)任務(wù)的并行性的可能性大大提高。三維CAD技術(shù)使得設(shè)計(jì)人員之間的交流更容易，減少了交流過程中的不必要錯(cuò)誤，網(wǎng)絡(luò)交流更直觀。

（1）設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的一體化。計(jì)算機(jī)技術(shù)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已從以往的計(jì)算、繪圖和制造發(fā)展到當(dāng)今的三維建模、虛擬制造、智能設(shè)計(jì)及CAD／CAE／CAM集成階段。三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件作為當(dāng)今最先進(jìn)的CAD軟件，在發(fā)達(dá)國家與工程設(shè)計(jì)有關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。比如：美國福特公司為迎接21世紀(jì)而制定的革命性的技術(shù)發(fā)展計(jì)劃《FORD2000》，應(yīng)用三維CAD技術(shù)后將新型汽車開發(fā)周期從18個(gè)月壓縮到12個(gè)月，減少了90％的實(shí)物模型，減少新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更改50％以上，減少新汽車試制成本50％，提高投資收益30％。波音公司新一代777客機(jī)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了“無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)”，其先進(jìn)的CAD／CAM技術(shù)，走在了全世界的前面。

（2）強(qiáng)調(diào)顧客參與化。新世紀(jì)需求的產(chǎn)品內(nèi)涵是一組能滿足消費(fèi)需求的理解，需求是產(chǎn)品存在和發(fā)展的先決條件。那么一個(gè)優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮消費(fèi)者的意見，應(yīng)盡力讓消費(fèi)者參與到設(shè)計(jì)中來，這樣就必須讓消費(fèi)者充分理解設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，而一個(gè)消費(fèi)者大多數(shù)不具備理解產(chǎn)品圖紙的專業(yè)知識，這時(shí)設(shè)計(jì)的直觀性就顯得非常重要。

（3）追求產(chǎn)品的精神功能和環(huán)保性。這一點(diǎn)是在設(shè)計(jì)者思想重視的同時(shí)，依靠設(shè)計(jì)能力的和設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高來保證的。

（4）分行業(yè)進(jìn)行基礎(chǔ)件、標(biāo)準(zhǔn)通用件的二維和三維建庫工作。目前，二維建庫的工作已較成熟，三維實(shí)體設(shè)計(jì)是發(fā)展方向，二維與三維相互結(jié)合應(yīng)是國內(nèi)企業(yè)應(yīng)用CAD的一種模式。

四、對CAD應(yīng)用人才的培養(yǎng)

CAD技術(shù)成功應(yīng)用的關(guān)鍵在于人才。企業(yè)應(yīng)首先注意加強(qiáng)CAD技術(shù)應(yīng)用人才的培養(yǎng)。企業(yè)人才培養(yǎng)的重點(diǎn)是應(yīng)用好軟件，解決實(shí)際問題。高等院校和科研單位的人才重點(diǎn)是開發(fā)。一般來說，中小型企業(yè)自己培養(yǎng)CAD技術(shù)的開發(fā)人才是不適宜的。應(yīng)走合作開發(fā)應(yīng)用的道路。

現(xiàn)代三維CAD技術(shù)正逐步走向成熟，微機(jī)平臺技術(shù)也已開始在實(shí)踐中發(fā)揮作用，并且以其對硬件要求不高，操作簡便，容易上手，價(jià)格較

低（國產(chǎn)“金銀花“MDA系統(tǒng)價(jià)格已低于￥5000）等優(yōu)點(diǎn)，已被學(xué)校和中小型企業(yè)接受，希望這種技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)校和企業(yè)帶來效益，提高學(xué)校和企業(yè)的整體設(shè)計(jì)能力，在二十一世紀(jì)的技術(shù)創(chuàng)新中發(fā)揮作用。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 路清獻(xiàn)AUTOCAD2004教程電子工業(yè)出版社，2006.[2] 張小寧深化推廣應(yīng)用CAD技術(shù)存在的問題郵電出版社，2003.作者簡介：張志明、執(zhí)教于湖南省勞動(dòng)人事學(xué)校（湖南技師學(xué)院），中專高講、省級專業(yè)帶頭人、國家級骨干教師、赴德進(jìn)修教師。研究方向：機(jī)械制造、設(shè)計(jì)、模具及數(shù)控。