3D升級助模仿走向創新 中國制造走出山寨局面

提到中國制造，現如今人們最容易聯想到的一個詞便是“山寨”——從山寨手機、山寨上網本到山寨平板電視；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注。全國人大代表張正貴最近在談到中國企業如何提升核心競爭力時，憂心忡忡地說，一些高科技企業為了眼前的經濟效益，放棄了對新產品的研發，導致國內市場上“山寨”數碼產品泛濫，這樣的企業難以持續發展。其實去年，全國政協委員倪萍就遞交了“應堅決抵制山寨產品”的提案。“中國要擺脫‘模仿大國’稱號，成為創新型國家，我們必須抓住當前3D技術大發展的契機，推進信息化與工業化融合，鼓勵人人參與創新。”國家制造業信息化培訓中心3D辦主任魯君尚說。

山寨旋風的背后

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

那么，如此迅猛的山寨旋風是如何刮起來的呢？

在傳統的工業設計中，要生產一件產品，首先要由設計師提供外觀圖紙，然后由工廠的老師傅或技師用黏土將產品形狀用手捏出來，再以土法煉鋼的方式制作出造型近似的模具，其中的過程十分復雜而且無法產生CAD／CAM(計算機輔助設計制造)所需的數據。

為了克服這些問題，逆向工程技術應運而生。

據業內人士介紹，只要一臺三維激光掃描儀或者三坐標測量儀，就可以對物體的表面進行全面的3D掃描或測量。現如今，一臺先進的3D 掃描儀可以以每秒數十萬個點的掃描速率獲得物體表面的三維點數據，再利用逆向工程軟件對數據進行整理、編輯，獲取所需的三維特征曲線，最終得出可以準確表達物體外形的數學模型。工程師在此基礎上，根據需要把模型進行簡單的修改和調整，傳到一般的計算機輔助設計系統，再由數控機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據，或者需要耗費大量時間、精力才能完成的模具制造過程，通過逆向工程技術都可以變得簡單、快速而精確。如今，從機車零件、運動器材、醫療輔具等工業產品的精密設計加工，到人頭像、人造腿骨、齒模等復雜曲面的準確測量，這一技術都得到了廣泛的應用。

“作為中國引進與使用三維數字化技術最早的地區之一，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字化軟件絕對不是什么新鮮事。”山東科技大學機械電子工程學院副院長鐘佩思教授說，這些廠家通過應用三維數字化技術，以極低的成本模仿主流品牌產品的外觀或功能，從而可以快速占領需求正旺的中低端市場。

推動模仿走向創新的那只手

前不久，《國家大型企業集團創新能力研究》南開—清華課題組在調研中發現，我國企業集團創新“九成模仿、一成突破”。多數企業集團將模仿作為基本戰略，走“逆向”分解與模仿創新的技術路線。這類創新主要是在引進平臺基礎上進行的衍生技術創新，其結果就是以實用新型和外觀設計為主的專利。只有少數企業集團能夠構造出技術壁壘，在平臺技術和前沿技術上有所突破。

3D技術的革新和運用，如果只是被一些企業用來提高外圍模仿能力，那絕對是大材小用了。事實上，三維CAD已經成為現代產業的基礎性工具，在研發創新中發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”預警機閃亮登場，贏得一片喝彩。其實，早在上世紀60年代末，我國就曾開展預警機研制，但因解決不了關鍵的技術問題而中途夭折。2001年，三維數字化技術被引進預警機研制流程中，科技人員通過采用三維數字化設計，以電子樣機代替物理樣機，在看不見的電磁頻譜空間，完成了電磁兼容性控制，一舉突破技術瓶頸，推動了我國預警機技術的發展。

“空警2000”的成功研制只是三維數字化技術在國家重點項目領域成功應用的一例。中國工程院院士、“863”計劃先進制造與自動化領域專家委員會主任孫家廣認為，現代產品的創新設計離不開三維CAD，因為只有三維CAD才能進行結構設計、強度設計、外形設計以及優化設計等，從某種意義上說，沒有三維CAD就沒有創新設計。

國家制造業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字化技術形容為信息化條件下新“工程師語言”。他表示，制造業是我國國民經濟的主要支柱。三維CAD／CAM軟件是制造業提升產品創新能力的關鍵支撐性軟件，應用三維CAD／CAM技術，可以大大縮短設計周期，降低研發成本，提高研發質量，設計與加工復雜曲面，是航空航天、裝備、汽車、造船、電子、消費品、模具等制造行業的企業應對經濟危機挑戰，滿足客戶個性化需求的必備工具軟件。如果沒有三維數字化技術與人才，產品創新、產業升級將無從做起，提升中國制造業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的自主研發設計，是創新必須經歷的階段，因為在現代化社會，任何創新都是在已有的知識基礎之上去做的，不可能從零開始創造。”魯君尚教授說，“我國的制造業必須盡快跨過這個階段，早日躋身產業鏈的上游。”

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藍光播放器和3D眼鏡。索尼也表示，到2012年，3D產品的銷售將占索尼消費電子產品一半以上的份額。

與此同時，《阿凡達》、《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，也卷走了驚人的票房。此外，3D照相、3D打印、3D互聯網、3D虛擬世界等一系列新的技術，也在不斷地走進我們的生活。從二維最終過渡到三維，已是時代不可逆轉的發展趨勢。

但是，以3D為代表的新一輪技術革命在全球打響之時，我們能否搶得先機呢？

從行業發展來看，以彩電企業為代表，國內主要彩電企業紛紛表示對3D市場的發展持觀望態度。多數業內專家認為，國內電視產業數字化和高清化的水平比歐美和日本市場分別落后3到5年的時間，而3D是比數字化和高清化更高級的概念，其普及必然是一個長期的事情，短期市場很難被看好。而且在中國3D標準缺失的情況下，3D電視市場的節目制作數量在3D產業中尚不足1%，3D電視節目制作還處于空白狀態。

從技術儲備來看，清華大學軟件學院副院長王建民教授不無擔憂地說：“目前三維CAD／CAM軟件的核心技術仍掌握在歐美日等發達國家手中。我國的三維CAD／CAM市場幾乎被國外產品完全壟斷。每年我國制造企業采購三維CAD／CAM軟件的金額高達幾十億元，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承受了高昂的成本壓力，而且支撐產品創新的核心工具受制于人，存在重大的信息和知識產權安全隱患。”

“2010年是3D從殿堂走向大眾普及的歷史轉折點。3D時代的來臨讓我們和歐美發達國家處于同一歷史起跑線上。”魯君尚表示，目前在前沿技術上，國內外差距還不太大，我們必須盡快制定3D產業標準，加大自主研發的投入，盡可能多地培養掌握扎實專業知識和現代3D技能的復合型人才，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。

擁抱人人創新的時代

在前不久舉辦的2009年全國三維數字化創新設計大賽上，中國海洋大學的工程沖擊力隊憑借作品《爬壁吸塵車》一舉榮獲一等獎。事實上，這個團隊的成員都是些大三的學生。

“有一次，我上網看新聞，得知擦玻璃幕墻的‘蜘蛛人’工作非常危險，便萌生了做一個可以清潔玻璃幕墻的機器裝置的想法。”團隊成員戴源說，有了這個想法后，他便和同學查資料，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構復雜的產品，但使用3D軟件進行設計，各種零件的裝配關系，尺寸比例都可以在電腦上運算完成。在一邊上課，一邊學習軟件各項功能的情況下，他和同伴花了一個學期時間，就把想法變成了現實。

“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物模型來進行檢測，不僅費時費力，而且要花數千元去買零件和原材料，對于我們學生來說，實在是一筆不小的開銷。”戴源表示，使用3D軟件，除了能設計出外觀，還能進行仿真模擬。通過把受力點的數據輸入軟件進行仿真，可以非常直觀地看到各個部位的實際受力情況分析：紅色表示非常危險，藍色表示安全，這樣，原先的設計中有哪些不能滿足設計要求的地方，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，涌現出很多學生自己設計制作的優秀作品，如未來電動越野車、蚊式仿生飛行器等。而且有相當多的選手并不是機械制造或計算機專業的學生，他們只是出于興趣自學了3D軟件。”魯君尚表示，三維數字化、網絡信息化、仿真虛擬化等3D技術的應用，讓創造成本不再高昂，很多普通人都能參與其中。隨著3D技術的普及，一個人人參與創新的時代絕對可期可待。