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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[5篇范例]

時(shí)間:2019-05-13 19:12:27下載本文作者:會(huì)員上傳
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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(shì)。本文介紹了該技術(shù)主要通過對(duì)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(tái)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(tái)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)”??s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(tái)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(duì)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?;贛BD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(tái)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(huì)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(duì)工藝分離面劃分結(jié)果在DPM中進(jìn)行全機(jī)及部件級(jí)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(duì)各工藝部件進(jìn)行裝配流程設(shè)計(jì),劃分下一級(jí)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(hào),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(tái)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(tái)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(hào),確認(rèn)某個(gè)部件的裝配工位,查看AO文件名稱、文件號(hào)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(hào),進(jìn)入該產(chǎn)品的具體生產(chǎn)信息界面,對(duì)應(yīng)AO名稱和文件號(hào),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(tái),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(duì)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(shì),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(duì)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(duì)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(duì)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(shì),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(huì)與時(shí)代的發(fā)展,很多人已經(jīng)不再對(duì)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(duì)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(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行建模和調(diào)整,通常這些步驟都會(huì)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(duì)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(duì)設(shè)計(jì)人員可綜合搜集到的資料,對(duì)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(huì)存在誤差,但是在這一期間不不會(huì)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(duì)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(duì)設(shè)計(jì)制作出的產(chǎn)品模型進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)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(duì)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(duì)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(píng)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(jí)階段,對(duì)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(duì)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(huì)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(huì)影響湘繡的設(shè)計(jì)和制作效果.對(duì)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(duì)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(hào),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(huì)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(huì)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(píng)《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(shì)———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(huì)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(shì)

了解CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)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。總的來說,CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾方面:

(1)基于32/64位微機(jī)的Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)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(shí)到多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì),并使之廣泛應(yīng)用,而三維CAD技術(shù)對(duì)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(duì)于缺少對(duì)實(shí)物感官認(rèn)識(shí)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?,舊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(huì)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(shì)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(shí)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(shí),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(duì)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(tái)技術(shù)也已開始在實(shí)踐中發(fā)揮作用,并且以其對(duì)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(jí)專業(yè)帶頭人、國家級(jí)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。

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