用三维数字化技术创新制造业

来源：塑胶五金网发布时间：2007-12-16 15:06:56点击率：

        1.用三维数字化技术创新制造业
    数字化技术传统上是指把原始的声音、文字、图像等信息用间断的电磁脉冲(常用0和l来代表)来获取、存储、处理和传递的技术，主要直用领域就是多媒体。数字化技术作为实现信息化的核心技术手段，其作用越来越重要。从一定意义上说，信息化革命的本质便是数字化革命，数字化技术是推动社会信息化的强大动力。因而，发展数字化技术是信息时代的要求，是知识经济社会发展的需要，已引起世界各国驹高度重视，纷纷采取措施促进其发展。
    三维数字化技术就是指三维采集、三维显示、三维输出及与此相关的计算机技术。一说到扫描仪，人们传统理解就是将照片、图片等采集到电脑里，目前将三维实物采集到电恼里去的三维扫描仪也已投入使用，同样三维显示器、能打印三维物体的三维打印机也已投入实际使用中。三维数字化技术正在进入制造业领域，改变着人们的传统观念。
    所谓制造业的数字化主要是指产品的设计、开发、制造计算机化和网络化，利用的三维计算机软硬件技术和宽带网络环境实现产品开发全过程，即在网络和计算机辅助下通过产品数据模型，全面模拟产品的设计分析、装配、制造等过程，并借助网络实现产品销售理念的转变。
    2．制造业的新理念
    美国麻省理工学院教授尼葛洛庞帝在《数字化生存》一书中提出了后信息时代概念，又称比特时代或数字化时代，是继工业时代和信息时代之后的一个新时代。“工业时代”是原子时代，是在任何时间与地点都以统一的标准化方式重复进行的机器化大生产的经济形态。
    “信息时代”(即“后工业时代”)则是计算机的时代。它虽然也是规模经济时代，但已不像工业时代那样受制于时空条件，人们可在任何地方任何时间从事生产，而产品(不仅仅是信息)可在瞬间完成在全球范围内的流通。
    “后信息时代”则是实现了“真正的个人化”，一是个人选择丰富化，二是个人与环境能够恰当地配合。在后信息时代里，机器对人的了解程度不亚干人对人的了解程度；不存在时空障碍，人们可分散在多处工作和生活。后信息时代的数字化生存将使人获得大解放；电子网络和个人电脑将分散权力或说赋予个人大权力；信息技术使民族、国家界限模糊、人类将走向全球化；是以合作替代竞争，追求普遍和谐的时代。这与我国提出的建立和谐社会的理念也是相统一的。
    制造业的新的理念应概括为：“数字化的生产力，网络化的生产关系，个性化的产品”。
    3．三维数字化技术和产品
    大家都知道，制造业生产的产品大多都是三维的，因而制造业要想实现数字化，必须借助于先进的三维数字化技术和设备。随着计算机技术的迅猛发展，三维数字化技术和设备已进入使用阶段，目前的三维数字化设备主要是指三维采集设备、三维显示设备和三维输出设备，如：三维扫描仪、三维显示器和三维打印快速成型系统，三维数字化技术主要指快速成型(R P)技术、快速反求技术(RE)。
    3．1三维数字化扫描技术和设备
    随着扫描技术的发展，三维数字化扫描技术也已基本成熟，三维数字化扫描仪的使用已进入到各个领域，如文化艺术数字化保存(意大利的古代铜像数字化、中国的古代佛像数字化古文物数字化保存)、三维动画模型建构(电影株罗纪公园)、医学研究中的牙齿、骨头扫瞄，人类学的考古研究等，都运用了三维数字化扫描仪，可以快速的对模型扫描并建构；而且因宽带网及计算机速度的提升，网络的三维虚拟世界将得到大力发展，也将带动三维数字化扫瞄技术扩及于商品的电子商务、产品简报、电玩动画等。
    随着逆向工程技术或叫反求技术的发展和需求，三维数字化扫瞄仪已进入到工业界，并成为产品设计过程中的一个不可缺少的环节，但凡产品设计、模具开发等，无一不与三维数字化扫描有着紧密的结合。它缩短了产品的设计开发周期，加速了产品的开发，同时借助宽带网也加速了产品的销售，使得产品的设计更紧密的贴近市场需求。
    三维数字化扫瞄系统在设计工程更扮演一个不可或缺的角色，三维数字扫瞄系统提供了产品设计师一个可以扫瞄三维模型与检查产品外型的重要工具，而有了三维数字扫瞄系统产品设计师可以更直觉、快速的使用黏土模型来塑模，重要的是三维数字扫瞄比用C A D来建模型来得更简单容易，且产品设计师更可以得到扫瞄模型的外观、尺寸与颜色，而藉由三维数字扫瞄系统的数字化及网络(Inte或Intr)的传播，将更有效率的提供销售人员、产品设计及研发人员在产品的开发初期的设计讨论，缩短产品的研发时间。
    目前针对不同的应用环境和应用目的，开发出了各种型号的三维数字化扫描设备，按照其在工业领域的用途分为：(1)、专业三维数字化扫瞄仪；适用于模具设计、产品外型验证、产品设计等，如：3DFamilY 四轴卧式扫瞄机与龙门式扫瞄机，采用全闭回路系统，精度非常高。(2 )、扫描循迹三维数字化扫描仪；适用于工件外型特征曲率变化小、不适用曲率大的工件表面等。如Ranishaw 扫瞄仪。(3)、三次元坐标量床；三次元坐标量床过去一般以接触式探针为主用于模具检测、产品外型验证、工件外型特征变化大、几何形状等。逆向工程的快速发展，大量曲面的产品零件因应而生，接触式探针为主的三次元坐标量床已不能满足要求，结合接触式及非接触式的探头是必然的趋势，但如何整合两系统的坐标是非常重要的，台湾3DFamilY公司已和Brown ＆ Sharpe及CHEW AY 两家公司合作推出全世界的两机一体(探针+ 线激光)的系统，并且已开发专用的曲面检测软件。
    3．2三维显示技术和设备
    不用戴专用眼镜也可以看到立体(3D)图像的显示器正悄悄兴起。夏普公司宣布，将推出一系列的三维效果的电脑屏幕，并独霸这一细分市场。由于这种全新显示器能够逼真地显示分子的结构，因此受到很多专业人士的欢迎。夏普公司计划将这种显示器的目标客户锁定在商业用户、工程师、设计人员、药品开发公司、石油化工公司。将其用于制造业设计，相信必将带来极大便利，也必将节约许多成本。
    3．3三维快速打印成型技术(RP)
    三维快速打印成型系统，采用尼龙粉末、金属粉末、蜡质、砂质、橡胶粉末、甚至的生物树脂等材质，逐层进行堆积，产生三维立体原型，不但可重复设计与确认设计概念，亦可在设计之初发现潜在的设计问题，节省开发模具所需的时间及大量成本。如：新加坡Kinergy公司和德国EOS公司的RP系统。
    3．4三维快速反求技术(RE)
    反求技术是针对现有三维实物(样品或模型)，在没有技术文档的情况下，利用三维数字化测量设备准确、快速测得轮廓的几何数据，并加以建构、编辑、修改生成通用输出格式的曲面数字化模型，再送入通用C A D/CAM 系统中，作进一步的处理，从而生成NC加工路径或R P所需的模型截面轮廓数据，复制出实物或其原型的过程。它所涉及的关键技术包括：三维实体几何形状数据的快速获取，大型密集离散数据处理及其三维实体模型重构，快速原型及快速加工等技术。
    随着我国加入w T O ，市场的进一步开放，竞争将日趋激烈，除国内之间的竞争外，还将面临国际间的竞争，为加强生存能力，必须投入大量资金于先进技术和设备，藉以提升产品品质并增加附加价值、提高生产效率，降低成本；所以现今工业必须走向技术性、自动化与资源整合，是现阶段与未来工业界的发展方向，应用三维数字化扫瞄系统、CAD、CAM、三维显示技术和三维快速打印成型系统(RP快速原型)是产品设计研发的新趋势，将涵盖许多产业，如汽车业、通讯业、家电业、玩具业、模具业、航天业、五金业、眼镜业、运动器材业等。应用三维数字扫瞄系统与快速成型系统(RP)的整合，配合尼龙粉末、金属粉末、蜡质、砂质、橡胶粉末、甚至的生物树脂等材质，快速成型系统能逐层进行堆积，产生所扫瞄的三维立体原型，不但可重复设计与确认设计概念，亦可在设计之初发现潜在的设计问题，节省开发模具所需的时间及成本，大大缩短产品开发周期，提高产品附加值、掌握市场脉动与保持竞争优势。
    4．我国制造业现状和应采取的对策
    产品创新设计能力不足、新产品制造周期过长、制造管理水平低是我国产品制造业目前普遍存在的问题。随着我国加入wTO ，这种低水平的、漫长的、单调的产品设计和开发，无法应对制造业日益增长的需求和激烈的市场竞争。目前有些制造业尽管采用了计算机辅助设计，但大多局限于设计层次上，产品只能是停留在电脑里的虚拟产品。
    必须紧紧把握“信息时代” 的内涵，采用现代化的三维计算机数字化技术和宽带网络技术改革我国传统制造业，提高其产品设计和开发能力、缩短产品研制周期、降低开发成本、实现设计目标和企业间的协作，使企业能在短时间内组织全球范围的设计和制造，

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