3D技术及其在高职机械专业教学中的应用,目 录,3D技术,一、3D技术概述,我们生活在三维的空间中，我们的眼睛和身体感知到的这个世界都是三维立体的，并且具有丰富的色彩、光泽、表面、材质等外观质感，以及巧妙而错综复杂的内部结构和时空动态的运动关系；我们对这世界的任何发现和创造的原始冲动都是三维的。,3D技术,一、3D技术概述,但是在人类漫长的历史中，为了在沙土、羊皮、纸张的平面上表达和传递对这个世界的认识和创造，人们发明了投影方法，并基于纸张平面形成了丰富而完整的抽象二维视图体系；二维视图在近现代人类改造世界的科学与生产实践中发挥了巨大的无可替代的作用。,3D技术,一、3D技术概述,进入新的世纪以来，随着计算机网络信息技术的迅猛发展，现代计算机3D技术终于使人们对现实世界的描述重新回到了原始的直观三维境界，并且已经随着计算机应用的普及在迅速成为今天的现实。,在当今世界，无论在虚拟的网络上还是在现实的生活中，从大到飞机、轮船、汽车、电站、大厦、楼宇，小到生活中的每一个小小的工业产品，到处都能见到电脑制作的三维模型，通过计算机3D技术实现对现实世界的模拟和仿真。,3D技术应用及前景,一、3D技术概述,3D技术应用及前景,一、3D技术概述,3D行业与前景,一、3D技术概述,2010年5月，天津 成立3D产业研发中心 主攻摄像机、屏幕显示和放映设备。 2010年5月，江苏 3D科技园，成立中国三维成像科技产业园 成立3D技术研发中心、3D产业国际企业园区、3D技术教育园区、3D大赛展览馆等。 2010年6月，北京 . 3D科技园 成立3D国际研发中心区、3D产业国际企业园、3D国际主题公园等。 2010中国国家广电总局制定中国3D电视标准，2011年开始3D电视试播。 中国科技部已将3D标准纳入了“十二五计划重大战略新兴产业”范畴。 3D上游厂商： Intel（英特尔） 、AMD（超威）、 NVIDIA（英伟达） 3D下游厂商： 索尼、三星、宏碁、联想、惠普 3D也山寨,部分应用企业,一、3D技术概述,谁需要3D技术？,一、3D技术概述,3D技术员、助理工程师、项目工程师、主任工程师； 三维造型工程师、产品设计工程师、结构工程师； 机械设计工程师、机构工程师； 分模工程师、塑胶模具设计工程师、五金模具设计工程师； 高级工程师、资深专家、技术总监，研发总经理，高管； 助理设计师、设计师、主任设计师； 销售工程师、售前工程师、售后工程师； 市场专员、销售经理、广告专员、市场经理； 策划、编导 ,技术类：,非技术类：,3D技术是工程师、设计师 “创造” 必须工具技术！ 职业空间广、就业需求大、职位层次高、工作环境优、薪金待遇好,3D应用之电子消费产品设计,一、3D技术概述,创意手绘初稿,外观建模设计,外观手板,结构设计,1,2,3,1、市场行情的探察，产品相关调研； 2、素描初稿绘制 3、机构功能原理装配模拟图 4、优化细化修正 5、评审,1、主体机构零件外观建模 2、三维标注 3、渲染 4、优化细化修正 5、评审,1、CNC自动加工 2、整机制做及表面处理 3、整机零配件和功能模块的装配， 并进行产品的外观和功能的测试。 4、评审,1、市场行情了解，产品相关研究 2、结构及材料分析、工艺设计 3、资源范围分析、确定 4、结构三维建模及评审 5、加工装配及制造使用维护分析 6、CAD装配图 7、评审,4,5,模具、量产,3D应用之机械设备虚拟样机,一、3D技术概述,3D应用之人机工程分析,一、3D技术概述,二、国内外主要三维软件,二、国内外主要三维软件,世界级的CAD/CAM/CAE/PDM 一体化解决方案,UG,二、国内外主要三维软件,前身UnigraphicsSolutions公司 ，隶属于美国麦道飞机公司； 1991年麦道将UG出让给当时通用汽车公司下属的EDS； EDS收购了SDRC（Ideas），2001年UG与SDRC合并，更名为EDS PLM Solutions； 2004年5月，EDS PLM Solutions正式从EDS剥离并改名为UGS； 2007年5月，西门子完成对UGS公司的收购；更名为“UGS PLM软件公司”（UGS PLM Software），并作为西门子自动化与驱动集团（Siemens A&D）的一个全球分支机构展开运作 。,二、国内外主要三维软件,国内应用情况：CATIA在国内最先主要应用在西飞公司、航空设计院等高端设计领域。随着国内汽车行业的快速发展，CATIA在丰田、本田、现代等一批汽车合资生产企业及其零配件配套企业的应用面迅速扩展。,CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAM/CAE一体化软件； 早在上世纪70年代Dassault Aviation（ 其产品以幻影2000和阵风战斗机最为著名）成为了第一个用户 ，CATIA 也应运而生； 美国波音飞机公司全线使用CATIA完成了整个波音777电子样机的装配； CATIA 的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰、丰田、本田、现代等一大批知名航空与汽车企业。,二、国内外主要三维软件,Pro/E（全称Pro/ENGINEER）是美国PTC公司的数字化产品设计制造系统； 1986年由原CV公司的技术人员开发创建，不仅最先将“参数化”技术融入CAD系统，并且借助PC（个人计算机）的快速崛起； 率先将高端CAD系统从航空航天国防尖端领域推介到民用制造行业； 近20年的快速发展，目前Pro/E系统的功能得到巨大提升和完善，已成为一个集CAD/CAM/CAE一体化的中高端CAX系统 。,国内应用情况：随着20世纪80、90年代我国对外开放，Pro/E伴随“三来加工”从台、港等地迅速传入广东、浙江一带，并在我国东南地区轻工行业的快速发展中形成较大影响，广泛应用于轻工、电器及其模具设计制造等的中小型制造企业，并随着发展壮大不断向汽车等大型制造领域延伸。,二、国内外主要三维软件,Cimatron是以色列公司的CAD/CAM/PDM产品; 是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM全功能的系统; 该系统提供了比较灵活的用户界面，优良的三维造型、工程绘图，全面的数控加工，各种通用、专用数据接口以及集成化的产品数据管理。,国内应用情况：主要以长三角地区的模具设计及加工的用户为主。我院一直采用此软件进行教学，很多学生毕业后去苏州大智学习。,二、国内外主要三维软件,Mastercam软件是美国CNC Software.INC所研制开发的CAD/CAM系统; 是经济有效率的全方位的软件系统，包括美国在内的各工业大国皆一致采用本系统，作为加工制造的标准; 操作简单、易学易用，是工业界及学校广泛采用的CAD/CAM系统。,国内应用情况：主要以做数控（二轴半/三轴铣加工）的用户为主。,二、国内外主要三维软件,CAXA是中国工业软件领军企业，致力于提供产品研发设计的“协同设计和管理平台”、产品生产制造的“数字化工厂解决方案” 。 依托北京航空航天大学的科研实力，北航海尔开发出了中国第一款完全自主研发的CAD产品CAXA。 CAXA四个字母，读作“卡萨”，是由C-Computer（计算机），A- Aided（辅助的），X（任意的），A-Alliance、Ahead（联盟、领先）四个字母组成的，其涵义是“领先一步的计算机辅助技术和服务“（Computer Aided X Alliance - Always a step Ahead）。,二、国内外主要三维软件,二、国内外主要三维软件,来源：2008年机械工业信息中心信息化推进处企业信息化调查报告（2009.1）,三、3D技术在现代教学中的应用,1、在机械制图课程中的应用,三、3D技术在现代教学中的应用,1、在机械制图课程中的应用,机械制图的培养目标是以培养学生的空间思维和想象能力为目的，达到能绘制或中等难度机械零件的三视图，即具有一定的画图和识图能力。 传统的教学方法是我们的教师在课堂上是以挂图、模型、黑板板书的授课形式进行。 制图课程中由二维到三维再到二维的转换过程，很难形象地表现出来，致使课程教学呆板、教学内容显得枯燥。 教学模型作为教学手段的主要组成部分，在帮助学生形象地理解教学内容的过程中，起着积极的辅助教学的作用。,三、3D技术在现代教学中的应用,1、在机械制图课程中的应用,深圳职业技术学院将橡皮泥带入课堂的教学方式，即通过橡皮泥建造形象具体实物帮助学生高效地理解和掌握一般物体的空间模型。 有的院校通过切萝卜的方法进行空间造型的教学。 对于形状复杂的形体或有一定内部结构的形体，就很难准确地将事物建好、效率低、变化少。 可用三维软件的实体建模辅助教学,三、3D技术在现代教学中的应用,1、在机械制图课程中的应用,相 贯 线 教 学,三、3D技术在现代教学中的应用,2、在机械设计课程中的应用,在机械设计课程设计的环节，传统教学方法，学生通常进行二维作图，由于学生缺乏实际经验，往往需要对某些结构不合理的地方进行多次修改，采用二维设计，结构变动较大时则不得不重新设计并花费大量时间重新设计。而采用三维软件只需要修改零件的某个或某几个参数即可完成整体修改。,范例：,三、3D技术在现代教学中的应用,3、”机械原理”教学中的应用,三维软件可以将机械设计功能和动画功能结合起来，帮助学生掌握机构的运动原理、运动状态。,三、3D技术在现代教学中的应用,3、”机械原理”教学中的应用,三、3D技术在现代教学中的应用,4、”结构认知”教学中的应用,三、3D技术在现代教学中的应用,5、”操作规程”教学中的应用,三、3D技术在现代教学中的应用,专业教学资源库建设,教学素材资源库 ： （1）图片库：企业生产用的各种工具、生产对象、生产场景、校内教学条件等图片； （2）音视频库：企业生产过程、学生校外实习、校内实训、课堂教学录像等音视频； （3）动画库：工作原理、工作过程、内部结构等动画； （4）虚拟资源库：虚拟设备、虚拟操作以及虚拟实训项目； （5）案例库：企业现场、典型生产等案例资源。,1、把最基础的东西先学习好。 2、不要过分讲究方法和技巧，要下真功夫。 3、坚持长期学习，勿三天打渔两天晒网。 4、重视软件自带的帮助文档。 5、多与别人交流，相互学习与进步。 6、学以致用，切合实际。,四、如何学习三维软件,1、开思网 http:/bbs.icax.org/ 2、CAD/CAM之家 http:/www.caxhome.com/ 3、UG网 http:/bbs.uggd.com/ 4、CAXA技术论坛 http:/top.caxa.com/ 5、3D动力 http:/www.3ddl.net/ 6、优酷网 http:/www.youku.com/,四、如何学习三维软件,学习三维软件的网站：,四、我院部分学生作品展示,1、石料破碎机,四、我院部分学生作品展示,2、多功能逃生拐杖,拐杖上端手柄处功能： 手电筒 、指南针 拐杖中部功能： 千斤顶 拐杖下端部功能 支撑三爪（机械手）,四、我院部分学生作品展示,2、多功能逃生拐杖,上端部分：手电筒、指南针,中间部分：千斤顶,下端部分：支撑三爪（机械手）,四、我院部分学生作品展示,3、新型机械手臂虚拟样机的设计,四、我院部分学生作品展示,3、新型机械手臂虚拟样机的设计,手掌爆炸图,四、我院部分学生作品展示,3、新型机械手臂虚拟样机的设计,四、我院部分学生作品展示,3、新型机械手臂虚拟样机的设计,四、我院部分学生作品展示,4、立轴回转分度钻床夹具设计,五、全国3D大赛介绍,指导部门： 科技部高新技术发展及产业化司 教育部科学技术司 国家制造业信息化培训中心 主办： 国家制造业信息化培训中心 3D 办 3D 动力网（全国 3D-CAD-VR 技术推广服务与教育培训联盟）。 简称 3D大赛（3DDS） 按省/自治区/直辖市设立分赛区,五、全国3D大赛介绍