三维工艺设计十篇

三维工艺设计篇1

随着企业信息化的持续发展，越来越多的离散制造型企业从二维设计模式过渡到全三维设计模式。三维设计的参数化、可视化和分析验证等功能大幅提高了企业的设计效率、研发及创新能力。但是，由于原有的工艺管理应用工具是基于二维设计的基础上实现的，无法享受到三维设计带来的便利性，数据缺乏关联性。大多数企业的工艺解决方案是工艺人员以设计人员输出的设计数据为依据，生成所需要的工艺步骤及路线。由此造成设计与工艺脱节，设计数据不符合工艺要求，设计数据根据工艺要求更改的时间滞后；三维设计数据与工艺数据不能实现参数联动和同步更新等问题。本文以某专用车公司为例，介绍如何通过SolidWorksEPDM系统及工艺模块的开发，实现产品设计及工艺流程控制，工艺路线卡片编制，真正实现三维环境下的设计与工艺参数关联及动态变化更新。

二、设计与工艺关联实现原理

基于产品的设计流程，一般的审核流程会经过设计、校对、工艺、审核及批准等步骤，最终完成后产品用于生产。因此，基于设计、工艺一体化的过程，可以考虑在工艺审核过程中完成工艺编制及工艺审批，最终实现设计与工艺关联的目标。具体的实现原理如图1所示，通过SolidWorksEnterprisePDM系统,实现三维设计数据的电子审批流管理，产品在设计-校对-审核-批准的审批流程基础上，增加工艺会审过程，实现工艺信息的编制及审批。不同企业的工艺编制方法有所不同，在图1所示的流程中，产品工艺的编制分为两部分，首先由综合工艺员编制产品的工艺路线，然后由工艺员编制各工艺路线的工序方法。具体如下。当数据处于“综合工艺会签中（试制）”的状态时，由综合工艺员确定产品设计是否符合工艺要求，不符合则退回设计人员重新修改，符合则制订产品的工艺路线（如下料、机加、焊接和装配等），然后流转到下一流程状态“工艺会签中（试制）”，由各个工艺员对其中的工艺路线，包括产品展开尺寸、所用原材料规格、加工方法、所用设备和耗费工时等进行编辑。编制完成确认无误后，流转到下一个流程状态“综合工艺最终会签（试制）”，由综合工艺员检查工艺编制的完整性，做最终的审核判断。以上过程所涉及的工艺路线，我们可以定义好对应的代码，如表所示，在工艺编制过程中直接使用。为体现一体化设计的优势，在工艺模块中满足以下要求。（1）集成在SolidWorks的CAD工作界面上，可以随意查看三维数据的同时进行工艺编制，对于三维数据没有权限做修改。（2）通过PDM的用户组权限，确定是否具有修改编辑权限。当数据处于“综合工艺会签中（试制）”状态时，用户处在综合工艺员组，满足这两个权限，才可以编辑生成对应的工艺路线；当数据处于“工艺会签中（试制）”状态时，用户处在工艺员组，满足这两个权限，才可以编辑生成对应的工序加工方法。（3）后台使用的数据库，支持调用材料库、设计库等信息数据。（4）根据需求可以导出各类工艺数据信息。

三、工艺编制

综合工艺员在SolidWorks中打开需要审核的三维数据，然后调用加载到界面上的工艺路线模块，如图2所示。此时，综合工艺员可以调用SolidWorks命令，随意旋转或放大缩小产品模型，了解详细的产品特性，进行工艺路线的编辑生成，如图3所示。工艺路线编辑完成后，产品数据经流程审批，转换到“工艺会签中（试制）”状态下，并同时通过PDM系统发出通知，要求工艺员进行工序方法的编制。此时，综合工艺员或其他用户查看工艺路线时，处理灰色不可编辑状态，如图4所示。下料工艺员登陆系统，接到通知，要求进行新产品工序方法的编制，此时，下料工艺员打开产品，进行工序编制，输入该工序所需工时，选择需要的加工设备，同时双击打开模夹具编辑按钮，在弹出的模夹具清单中选择对应的工装夹具及辅助设备。接着，下料工艺员确定加工工位，计算并输入下料尺寸，调用原材料库导入原材料规格并输入工序要求，完成工序方法的编制过程，如图5所示。工艺员根据产品的需要，利用配置功能，同时建立基于三维设计数据的工艺卡，实现参数化驱动关联管理，如图6所示。其他机加工工艺员、装配工艺员等可同时调用工艺路线模块进行编制，相互之间独立操作，不受影响。最终完成工序方法的编制，提交流程审批进入“综合工艺员最终会签（试制）”环节，最后，经综合工艺员重新检查校对后，完成所有工艺路线的编制。制造加工部门人员通过PDM系统，在产品的数据卡信息中，可以很直观方便地了解到产品的最终工艺信息，如图7所示。

四、工艺资源管理

工艺资源管理实现的很重要一点是在后台建立基准库，包括工艺路线库、材料库、工艺库、原材料库、设备库和模夹具库。无论是设计人员还是工艺人员，都有了统一的基准库。基准库实现权限控制，管理员可增加或删除库信息，其他人员仅有调用使用的权限。利用基准库之间的关联性，实现工序、设备和模夹具之间的对应，选择不同的工序时，系统自动选出与之对应的设备和模夹具，以减少使用人员操作的复杂性。工艺路线的后台管理系统如图8所示。

五、报表输出

以后台数据库系统为基础，所有的工艺信息都做为属性信息记录在产品数据中。因此，结合PDM的功能，可实现各类报表信息的汇集输出，如图9所示。工艺模块可实现以下功能。（1）支持在PDM系统内点击零部件，调出输出界面，做特定需求输出。（2）支持在PDM系统内点击零部件，直接输出工艺清单。（3）支持通过工艺审批流程自动输出工艺清单到PDM系统固定文件夹内。

六、应用行业及优势

三维工艺设计篇2

关键词：非标设备设计 工艺特征 三维模块化

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0101-01

非标准设备是指国家尚未定型标准，各设备生产厂不能在加工工艺过程中采取批量生产，只能按一次订货，并根据具体的设计图纸制造的设备[1]。非标准设备种类繁多，非标设计及其工艺具备单件、小批量的特点。为适应市场的发展，满足客户的不同需求，非标设计工艺人员必须有良好的技术沉淀，掌握扎实的专业知识。针对非标设计及其工艺实施的特征，本文尝试采用三维模块化方案来解决。

1 非标设计及其工艺特征

非标设计及工艺一般为单件小批量生产，不存在样件试制加工，要求设计人员有丰富的经验，尽量做到一次成功，与普通设备相比，非标设备设计及其工艺具有以下特征。

（1）要求设计人员知识面广泛，专业知识扎实。

（2）通用机床加工，使用效率低，成本高。

（3）工艺人员工作量大，工艺通用性差。

（4）工艺装备大多采用通用夹具、标准附件、通用刀具和万能量具[2]。

（5）对工人技术要求高。

2 三维模块化流程

非标设计的实质是通过已有资源、知识及现有产品创造新产品的过程[3]。随着时代的发展，传统的使用平面软件设计的方法已难以满足市场对产品的品种、规格、质量及交货周期等方面提出的更高要求，而模块化设计解决了产品品种、规格多样化与成本之间的矛盾，迅速在各个领域得到广泛应用与发展[4]。使用现有的软件如UG、Solidworks、CATIA等建立非标设备设计及工艺的三维模块，通过个性化需求分析，其流程如图1所示。

针对非标件的工艺设计，对工艺流程中所包含的尺寸信息、特征信息进行自动拾取，并替换卡片和数据库中的数据。工艺模型和流程的驱动完成后，每道流程的尺寸信息、特性信息必定发生变化，再从三维模型中提取新的参数和流程更新到对应的卡片和数据库中，以实现数据的统一性和二维卡片的同步更新。

3 应用实例

以摇柄设计为例，探研三维模块化在非标设计中的应用。

3.1 技术要求输入

某绕线车需手动绕线，需设计一套摇柄，摇柄部分高度为250 mm，摇柄需操作便捷、拆装方便、加工简单。

3.2 产品部件分析

摇柄由摇杆、转轴、套筒、螺母等零件组装而成，摇杆、转轴、套筒为非标件。

3.3 三维模块调用

根据已积累的产品设计经验，对非标件调用后，检查/更新关键参数。在三维软件中以提供了螺母的标准件库，可直接调用。

3.4 产品装配

绝大多数的机械设计中包含多个零件、组件，都需要通过装配达到设计的最终目的，同时，可以通过装配过程和装配分析发现零件设计或造型的不足，以便进行修改。

3.5 工艺设计

摇柄、转轴、套筒为一般机械加工类零件，调用已有工艺知识库进行更改即可。对于标准件螺母，可使用已编制定型的工艺卡片。

4 结语

非标设计及其工艺的三维模块化是一个繁杂、技术沉淀的过程，其模块化的探研为减轻设计及工艺人员的工作量起到了非常重要的作用，为非标企业的知识构建打好了基础。在三维软件中，实现非标产品从设计、分析、制造、装配、成本控制等整个过程，从构建设计发展为仿真模型设计，从重复编制工艺发展为工艺批处理模式。

参考文献

[1] 吴玉庆，隋维东.合理审定非标设备造价有效控制企业资金流失[J].齐鲁石油化工，2005，33（3）.

[2] 华宏强.非标设备设计制造中应注意的问题[J].机械设计师，2005（4）：104-105.

三维工艺设计篇3

随着计算机技术迅猛发展，工艺设计经历了手工绘图到 CAD辅助二维制图，再到三维工艺设计等不同的阶段。工艺设计水平是衡量产品制造水平的重要方面。国外以波音、洛 ・马和空客公司为代表的飞机制造业在数字化技术应用领域取得了巨大的成功，实现了产品设计（含工艺设计）、工装设计、零件加工、部件装配和零部件检测检验的高度集成、协同和融合，建立了三维数字化设计制造一体化集成应用体系，开创了飞机数字化设计制造的崭新模式，确保了波音787客机的研制周期和质量。

近几年，缩短与国外先进制造企业的差距，国内航空企业开始应用基于模型的定义（ Model Based Definition， MBD）技术进行产品的设计，制造部门为了能与设计部门有效对接，协同开展各项业务工作，也开始针对基于模型的工艺设计技术开展研究工作。如何利用三维设计模型有效地开展工艺设计工作是我们面临的巨大挑战。

一、工艺设计方法优势对比分析

从计算机辅助设计软件诞生之时起，工艺设计就进入了数字化时代。工艺设计从二维走向三维，更是工艺设计水平的一个飞跃和提升。但是任何一项新技术从产生到应用都会经历一个漫长的过程。本文研究的内容是如何让工艺设计顺畅地过渡到三维环境下，以及如何缩短这个过程。

1.二维工艺设计

二维工艺作为多年来形成的一种思维定势的产物，具有以下特点。

①二维工艺设计在方法上使用多年，应用较为成熟。二维工艺数据清晰明了。二维余量图真实形象地展示了各工序的余量及各工序尺寸特征变化的情况，校对人员通过余量图进行尺寸链计算可以方便地验证工艺尺寸的正确性。

②二维工艺设计相关标准比较完善，作为工程设计的主要介质，其在行业内的垄断短期内无法改变。

③在通用软件的基础上开发了很多插件，通过插件的使用，大大提高了工作效率和图幅质量。

④工艺修改灵活。对典型工艺，可直接修改尺寸，快速生成工艺。

⑤工序之间没有关联关系，工序信息相互独立。

⑥对于复杂零件，在图样的理解上容易产生二义性。

2.三维工艺设计

相对二维展示方式而言，三维工艺更形象，更直接。但是，因为空间自由度的增多，相关的信息量也增多了。三维工艺从总体上来讲，具有以下特点。

①表达直观，消除了对工艺理解的二义性。有些空间的尺寸用二维图表述非常难以理解，用三维空间展示方式将会非常直观，形象。

②同一数据源，可作为多种用途，为协同并行工作提供条件，提高各部门工作效率。

③工序模型之间可以保持关联，有效保证数据的统一性和准确性。当设计模型发生更改时，各模型会自动更新，这种关联性是传统二维工艺所不具备的，这种关联性减少了工艺人员在工艺编制的过程中发生错误的概率。

④工序模型参数化设计可实现快速更改。

⑤基于模型的工艺设计相关标准尚处在研究阶段。

二、工艺信息层级划分

无论使用什么方式进行工艺设计，都是为了表达制造要求，因此工艺信息内容是相同的，只是在结构划分上方法不同。工艺信息可按以下两种方法进行归类。

第一种：从工艺编制的流程来看，工艺规程是一个逐渐细化的过程，以数控加工工序为主要研究对象，工艺信息可如图1所示来表示。

从图 1可以看出，工艺信息大致可以分为 4个级别，分别是总工艺级、工序级、工步级和加工区域级。

工艺信息也可以按照不同的部门及角色来进行划分，基于 NX的三维数字化工艺支持并行工程，各部门不需要再像二维纸质工艺那样到资料室去借阅。不同的人员想要了解的信息是不同的。涉及的人员主要有：工艺设计员、工装设计员、毛坯设计员、检验人员及生产准备人员等。工艺设计员作为整套工艺的设计人员，要为相关的部门编制工艺信息，同时对所有的工艺信息负责。工艺员编制的工艺发放给各个部门的人员，可用图2所示来表示。

三、基于模型的工艺设计方法演变历程

近几年，随着计算机技术的发展及产品制造需求，工艺设计方法也经历了多种不同模式。

1.二维工艺设计模式

从利用计算机进行工艺设计开始，工艺规程的编制在公司航空发动机产品研制过程中，主要有以下几种体现形式。

（1）传统二维工艺。

传统二维工艺将一般工艺信息和数控加工信息分为2条主线进行。首先，制定基本工艺路线，包括特种加工工艺的工序安排。其次，根据设计图和毛坯图分配各工序余量，完成余量图。第三，完成各工序工艺图表，并添加关键加工部位的刀具信息、量具信息等。第四，根据基本定型的工艺，发出派工，完成工装设计。另一条主线是数控加工工艺，在工艺规程编制完成之后，根据工艺装备情况及现场设备情况，编制数控工艺文件，包括数控工步卡和数控加工程序等。这2条主线分别具有完全独立的工艺审批流程。

（2）工艺细化。

随着发动机性能的不断提高，使得发动机结构越来越复杂，各种新材料、新工艺不断出

现，对工艺及制造水平的要求也越来越高。传统的二维工艺已经远远满足不了现场加工的要求，工艺信息需要不断地进行完善，于是就产生了工艺细化的概念。工艺细化是指在传统二维工艺的基础上，将设备、加工工艺参数等固化在工艺规程中。此外加工零件所用的刀具编号、量具编号等都要在工艺规程的尺寸栏后进行明确。每道工序的刀具消耗也要细化在工序中。这样以来，一个新的操作者进行工艺准备的时间会大大缩短，加工效率也会大幅度提高。

（3）创新工艺。

创新工艺完全打破了二维工艺的传统编制模式，将数控工艺和普通工艺融为一体，简化了工艺审签流程。并且工艺信息借鉴国外产品制造的先进模式，每道工序充分考虑操作者的操作流程，第一步是本工序的加工前的注意事项，细化到“用抹布将工作台擦干净”等细小的动作。第二步，本工序的工艺准备信息，包好夹具、量具、刃具的编号和数量等信息。第三步是装夹找正方法。第四步是加工工步信息，最小以一个数控加工程序为单元，将加工参数、刀具装卡方式、工位和加工区域等信息以文字或图示的方式表示出来。最后是检验信息，每个尺寸，在哪个工步形成，用什么量具检测都以清单的形式表达出来。创新工艺内容细化，不再需要数控工步卡，同时对工艺知识的传承起到了很好的作用。数控操作员接受新工艺时，只要认真、细心，按工艺流程操作，很快就能掌握正确的加工方法。

2.三维工艺设计模式

三维工艺设计模式也是我们正在探索的一种工艺设计模式。在国内航空发动机制造企业还没有真正的成熟应用案例。

（1）工艺规划。

三维工艺的设计是在基于模型的三维平台上进行的，因此和二维工艺的编制方法有所不同，但是编制工艺的依据都是依据设计图（模型）、毛料图（毛坯模型）和设计部门下发的技术文件。首先规划工艺路线，确定各工序的主要内容，然后开始设计余量图，这是一个非常重要的过程。在三维设计环境下，以设计模型为源头，设定假想的工艺基准。假想的工艺基准包含轴向、径向和角向的假想基准。轴向的基准是零件上的某一个比较重要的端面，可以是设计基准。角向的基准相当于建立了一个假想的极坐标系，可以以某一个基准孔作为角向的 0°。通过建立三个假想的工艺基准，对余量进行合理分配，从而使工序模型的大致轮廓基本确定，每道工序加工部位也基本确定。各工序的余量都是从同一假想的工艺基准递推，这样可以保持各工序之间的关联。

（2）工序模型生成。

航空发动机制造企业多使用 NX系统，通过参数化建模、同步建模、上下文之间建立表达式及 WAVE等技术便可以构造各工序的模型。工序模型生成的过程是从毛坯到最终产品的正推或逆推过程。在实际应用过程中，应该根据零件的特点选择建模方法，简化建模过程。机械加工主要的加工类型为技术车加工和铣加工。车加工零件的特点是回转体，建模过程简单，可以在规划好余量图后直接利用余量图的截面生成回转体。铣加工（如机匣等零件）可能会有不规则的凸台或岛屿等特征，画余量图等可能不太方便，可以选择同步建模等技术生成。总之在建模的过程中使用的建模方法越少越好，操作步骤越简单越好，尽量单一化，避免模型在生成过程中出错。

工序模型构建是为满足数控程序编制、工装设计等多部门协同工作的需要，通过建立工序模型结构树，不同角色的人员就可以调用工序模型进行相关操作。各工序模型进行参数关联，当某工序在进行更改时，与之相关联的工序可实现自动更新。

（3）工艺信息表达。

工艺信息的表达始终围绕工序模型进行，这也是基于模型的工艺设计的核心内容。通过对模型进行视图划分并进行尺寸标注、注释、添加属性来表达制造要求。工艺信息包含很多内容：尺寸标注、技术要求、形位公差、加工区域、夹具、量具和刃具等，所有这些工艺信息都放在一起会显得杂乱无章，因此工艺信息也需要以特定的方式有序地组织在一起。

体现在三维工序模型上的尺寸标注、技术要求等信息是以多视图的方式进行展示的。多视图的展示同时也是工艺信息规划的一个过程。被加工部位以特殊颜色进行标识，并与标注的尺寸及形位公差等保持关联。工序中每个视图以加工部位或加工工步为一个单元。工艺信息不必重复录入，全部信息标注完成后只是一个视图划分的过程。这样做的目的是方便现场操作人员，制造现场操作员可以方便地浏览当前加工部位的尺寸及技术要求等信息。

四、基于模型的工艺设计应用展望

工艺设计完成之后，所有的工艺信息都存储在同一个三维设计环境中。要形成可视化的工艺浏览文件发放到制造现场，还需要建立工艺文档环境、工艺文档管理环境和工艺文档的浏览环境。目前还没有哪个企业真正做到了在制造现场全三维可视化工艺浏览。

工艺环境用于从工艺设计环境中提取制造信息，并形成现场可用的工艺文档。

工艺管理环境实现可视化三维工艺文档的存储及管理。公司已经具备了产品数据管理的平台大环境，在数据集成、数据结构的部署上还需要进一步地开展研究工作。

工艺浏览环境能够在现场工控机上运行，现场各部门根据需求浏览不同的工艺文档，完成零件的加工。

三维工艺设计篇4

通过理论教学，使学生在理解机械制造理论知识的同时，了解传统和现代机械加工手段及其对应的工艺装备，掌握机械制造工艺的编制、机床夹具的三维CAD/CAM、数控编程以及零件的制造精度测试方法，培养学生的工程实践能力和创新意识，为今后的工作和学习奠定坚实的基础。其目的在于：①掌握机器零件机械加工工艺规程的一般过程，学会机械加工工艺规程的编制思想和方法。②通过机械加工专用夹具的设计课题，掌握机床夹具的一般设计方法。③学会使用有关标准、手册、图册以及其他技术资料，学会分析和解决设计中的各种问题。④综合运用所学课程知识，进一步提高机械设计、分析计算、机械制图、编写工艺技术文件及独立的技术工作能力。⑤熟悉三维软件的使用方法，强化三维设计能力的训练。⑥熟悉CAPP软件，学会用CAPP软件实现计算机辅助工艺的编制。

2设计内容及要求

为保证课程设计质量，达到培养学生机械制造创新能力的目的，课程设计内容包括下述各项：①工艺分析。熟悉零件的结构，用三维软件对零件建模，并绘出零件二维工程图；零件的加工工艺审查；设计毛坯，分析计算毛坯余量，用三维软件对毛坯建模，并导出毛坯二维工程图。②工艺编制。编制零件的工艺流程，需考虑先进加工设备的使用；填写工艺卡片（可使用电子版）。③夹具设计。设计某道工序使用的夹具，确定使用专用夹具或组合夹具，进行夹具结构设计；夹具的三维设计与装配，利用《机床夹具标准件与三维图库》和《组合夹具标准件与三维图库》，选取夹具所用的标准零件，并设计绘制非标件；提交夹具的二维工程图（装配图）。④零件制造。参考所编工艺文件，指导实验室完成该零件的加工。⑤数控加工。对零件进行手工编程（或用Mastercam等软件实现自动编程）；熟悉数控机床操作面板上各控制键的操作（如加工中心、数控慢走丝线切割机床、数控雕刻加工机床、数控电火花成型机）；加工仿真或实际加工。⑥测试实验。对加工完成后的零件尺寸精度、形状精度、位置精度等进行测量，提交测量结果报告；把测量结果和零件设计图比较，分析加工工艺。

3教材内容体系

全书共分8部分。①总体要求。②零件工艺分析与毛坯设计。③工艺规程编制，主要有编制过程、加工方法选择、热处理工序安排、工序加工余量、机床设备选择、金属切削刀具、量具选用、切削液选用、机械加工定位与夹紧、工艺文件填写等内容。④切削用量计算，主要有车削、铣削、孔加工、插削、拉削加工等。⑤机床夹具设计，主要有夹具设计与计算、夹具结构与绘图、夹具的公差与配合、夹具零件的公差和技术条件、定位误差的分析与计算、夹紧力的确定、机床夹具常用定位件、常用夹紧件、其它元件与部件等内容。⑥计算机辅助工艺过程设计，讲解了CAPP概念和CAXA工艺图表的用法。⑦典型设计题目与夹具示例，给出了CA6140后托架、法兰盘、拨叉等几个典型工件的专用夹具三维图。⑧附录部分给出了轴类、类、支架类、箱体类、杆叉类等典型工件供学生选用。

4教材特点

4.1针对该课程设计中题目少、多人同题的缺点，选择了34个常规零件作为参考题目。大部分题目网上资料较少，可有效避免学生拷贝，促使学生认真完成自己的题目。每个零件都用二维图、三维图片、三维模型（Pre/E、NX/UG、CATIA、Solidworks）等6种形式给出，方便学生读懂零件结构，也便于学生进行夹具设计时快速进行三维装配。图1、图2为某零件的三维图片、Solidworks三维模型。

4.2在工艺规程编制部分，弥补该课程理论教学中金属切削刀具、量具选用部分的欠缺，编列了孔加工刀具和铣刀的型式和尺寸参数，并给出了三维图片。量具部分编列了实物类量具（量块、塞规、塞尺、R规、螺纹规）、卡尺类量具（游标卡尺、表盘卡尺、电子卡尺、高度尺）、千分尺类量具（外径千（百）分尺、内径千（百）分尺、电子千分尺、杠杆千分尺）、角度类量具（万能角度尺、万能角度规）、指示表类量具（百分表、杠杆百分表、内径百分表、千分表）、形位误差类量具（水平仪、平台、平板、方箱）、综合类量具、可靠度类量具等。

三维工艺设计篇5

上个世纪90年代是中国数码艺术设计兴起和发展的早期阶段，在以后的20年内，数码艺术设计得到蓬勃发展，并深入影响了各行各业的设计领域，其中包含了绘画艺术、影视制作、商业设计等，并收获了巨大的成功，为推动文化创意产业具有深远意义。而就数码艺术设计本身而言，其和传统艺术相比，拥有着无限的创意色彩、多维的艺术空间以及重现现实能力，几乎挣脱了传统艺术门类的局限，融汇多样性的技法与表现形式，进而呈现出自由高端、缤纷多彩的视觉艺术效果，同时将艺术设计延伸到了社会中的其他领域。

目前，国内数码艺术设计的发展虽然具有新奇便捷的优势，但就其呈现的艺术意义而言，掺杂了过多体现商业价值的视觉冲击效果，但却忽视了艺术设计的内涵。数码艺术最初应用于计算机辅助设计以及计算机辅助制造，自它诞生到发展壮大都是依从于商业的需求而发展。同时也是由于市场中过多的商业需求，才让数码艺术设计在短短20年时间内家喻户晓、各个领域均有涉及。在这样的情况下，减少数码艺术设计的功利性，避免数码艺术设计作品的批量生产，可以最大限度地还原其艺术欣赏价值。

数码艺术设计的特征

1.数码转换功能

数码艺术对于传统艺术创作具有转换功能，其做法就是将美术作品通过扫描技术传输到电脑里面，然后经过数码和网络环境进行传播。这一功能无关艺术设计的创造性，因为真正的创作过程并不是在计算机中的数码环境完成的，但其在网络上的使用比例颇高。这一特征让不少传统美术拥有了网上画廊，能够在网络环境中让人们更加贴近传统艺术的本身。

2.数码复制功能

数码复制的实现方法是在计算机的帮助下，让传统艺术家脱离纸张、颜料、画笔等创作工具，通过电脑和周边设备创作传统作品来。之后经过计算机的随机生成复制，让作品得到更多的备份，克服了传统艺术设计单一性、不可复制的难题，同时在创造和复制的过程中还会产生更多意想不到的意外效果，拓宽了艺术创作的可能性，同时还为创造提供方便。

因而传统艺术家在进行艺术创造的过程中，往往会产生很多不同的想法和创意，由于传统创造不能为作品提供多样化的思路，艺术家要经过慎重思索来决定作品的最终效果，期间可能会让意外的惊喜想法得到了呈现和表达，只能弃之不用。数码艺术能够让艺术作品最大程度地复制还原，让更多的艺术创意得到清晰的表达与实现。

3.数码媒介功能

数码艺术还应该鲜明的媒介功能，针对仅能够在数码环境中进行创作、传播和欣赏，并具备明显新特征的艺术作品而言，数码艺术是其呈现的必要基础。这些作品往往具有传统作品的基础，在结合运用数码媒介功能，进而实现某种更加新颖的传播效果。

4.多维空间化

数码艺术包含了二维、三维等多维动画图形艺术，通过多样的即时输入输出设备系统，艺术家的思维已经能够从简单的二维平面拓展到立体逼真的三维平面。再加上时间轴，创作思维的想象已经能够漫步四维空间，不再会受到空间的限制。进而实现物体的全方面逼真模拟，能够成功抓住其角度、运动和表情的变化。可以深入探索物体结构、动态以及环境变化。在宽广的视角范围内，艺术设计已经能够涉及到物体展示、动画制作、三维模拟、幻想表现等崭新领域。

3D动画的知识领域

三维动画是现代电脑美术中的一个分支领域，其根基是动画艺术和电脑的软件技术、硬件技术，呈现出较为独立的艺术风格形式。因而三维动画是数码艺术设计的一个独立领域，数码艺术设计包含了三维动画设计。最早的三维动画是应用在军事，直到个人PC机的大量出现，计算机图形学才得以延展到数码艺术设计，例如平面设计、服装设计、建筑设计、游戏设计、广告设计等方面。后来，计算机软件技术和硬件技术蓬勃发展了起来，三维动画迎来了独立的快速发展阶段。

80年代初期，人们开始积极开展对于计算机图形动画技术的探索，那时候的三维动画仅可以通过大型工作站完成制作。与此相关的是，三维动画设计软件也迎来不断地更新和深入。在DOS操作系统环境下，三维动画的设计多数要依赖3D Studio软件。而Windows操作系统下，工作站上制作软件又升级成为Softimage软件。Win95诞生的时候，3DS升级成为3DSMAX1.0。而1998年诞生的Maya技术几乎代表着3D动画发展的转折点和历史性标志。

三维动画在制作的过程中需要依托多媒体计算机作为制作工具，多方面运用文学、美工美学、动力学、电影艺术等多学科的知识原理，通过以多人合作为基础开展三维动画的思考进而呈现出来。三维动画能够还原现实世界的意识和概念，同时也能够呈现立足于现实的人物、景观或物体，因而三维动画的制作需要有一个以现实为基础的故事框架。

因而在进行三维动画制作的时候往往在故事原稿的基础上，进行二维角色和场景的设计，再通过三维设计软件进行各类模型的创建，然后在摄像机的帮助下，给每个场景中的模型做动画。最后给模型添加材质，为场景添加上灯光，再经过渲染输出，然后运用软件后期组接渲染出的分散镜头和特效等，让动画变得连贯和完整。

三维动画制作的过程中包含了详细而严谨的制作步骤，只有完成这些，才能够保证三维动画的成果，如下所示：

1.前期规划

前期规划步骤主要包含了对动画故事的创造和设计，除了故事原稿之外，前期还应该做好文学剧本和分镜头剧本的编辑，进而完成动画的造型设计和场景设计等内容做准备。

2.中期制作

在准备好前期工作以后，需要做好三维动画的中期制作，其中主要包含了3D粗模、3D故事板、3D角色模型（场景、道具模型）等内容的制作，还要准备好动画的贴图材质、骨骼蒙皮，做好分镜动画，并打好灯光等。

3.后期合成

对于影视类的三维动画，还要进行后期合成工作，也就是把前面做好的动画片段和声音等素材整理出来，遵循分镜头剧本的设计要求，利用非线性编辑软件进行一系列的编辑工作，经过后期合成之后，三维动画影视文件就制作成功了。

数码艺术设计的应用

数码艺术设计目前已经被运用到诸多行业中，例如对传统艺术的创新和改革，对城市景观的数码制作、对广告摄影的功能呈现等，既承接了传统艺术，又体现了现代商业价值，因而应用领域十分多样化。以下以美术设计、景观设计和广告摄影为例，讨论数码艺术设计的应用效果。

1.美术设计

中国作为历史古国，具有源远流长的美术艺术历史，古有文人骚客吟诗作画，今有各类学派代表推陈出新。美术设计既是中国不可缺少的历史文化产物，又是艺术设计重要的领域学科。数码艺术设计在美术中的应用除了能够让普遍大众更加容易接触美术作品，即使不支付展览厅以及收藏价格的高昂费用，也能够一睹美术设计佳品的风采。

2.景观设计

景观设计的发展和创造必须依托现如今的数码艺术，这是因为景观设计过程会受到一些技术和资源的限制，设计师依靠脑海的想象往往不能考虑到现实景观位置以及装饰摆放的空间因素。通过数码艺术高清还原景观，不单单能够让画面立体直观，还能够让设计缜密合理。随着人工智能装置的大量出现，人们对于景观造氛围的要求也越来越高，因而这就需要数码艺术具有更加强大的完整性、操作性强和效果创作。

3.广告摄影

在现代数码艺术设计的应用中，广告摄影是数码技术和艺术形式高度结合的领域之一。其原因主要有三个：首先，广告摄影立足于电视、电脑等数码媒介进行传播；其次它的制作过程也需要数码艺术设计的全程参与；第三，传统艺术达不到广告摄影的制作要求，体现不了艺术效果。广告摄影主要是通过拍摄商品的形式，进行商品信息的制作、传播和流通，主要体现了数码艺术设计的商业价值。良好的广告摄影作品能够直观呈现商品的外形、性能和用途等，以此来刺激消费者的购买欲望。广告摄影一般具有动态广告摄影和静态广告摄影两种分类，动态的广告摄影有电视、电影、动漫等，静态的广告摄影有报刊、杂志、户外等媒体。

三维动画的发展趋势

现如今由于计算机技术和计算机图形学和动画设计软件的飞速发展，三维动画制作涵盖的功能和制作水平也越来越强大，就连地方电视台栏目包装和广告摄影设计中都有三维动画技术的影子，个人爱好者在自己PC机上开展三维动画的制作也成为可能。如今三维动画的运用场合真可谓无处不在，其发展趋势也迎来了多领域化、多平台化，例如在网页设计、建筑装潢设计、游戏设计、影视设计、MTV制作、电视栏目制作、景观设计、科研领域中都有了它的应用。

三维动画总体沿着使用人群从高端进化到低端，制作收费从高昂变得日趋合理的趋势。目前，三维动画业还属于备受时代瞩目的新兴行业，回顾三维动画的发展历程，它一直沿着高科技、大众化的趋势发展，因而三维动画未来步入千家万户、实现被人们生活所用将不是难题，目前局限在大电影厂和专业影视制作公司只是其发展的一个阶段。

（作者单位：贺州学院 设计学院）

三维工艺设计篇6

一、数码艺术设计的特征

1.数码转换功能

数码艺术对于传统艺术创作具有转换功能，其做法就是将美术作品通过扫描技术传输到电脑里面，然后经过数码和网络环境进行传播。这一功能无关艺术设计的创造性，因为真正的创作过程并不是在计算机中的数码环境完成的，但其在网络上的使用比例颇高。这一特征让不少传统美术拥有了网上画廊，能够在网络环境中让人们更加贴近传统艺术的本身。

2.数码复制功能

数码复制的实现方法是在计算机的帮助下，让传统艺术家脱离纸张、颜料、画笔等创作工具，通过电脑和周边设备创作传统作品来。之后经过计算机的随机生成复制，让作品得到更多的备份，克服了传统艺术设计单一性、不可复制的难题，同时在创造和复制的过程中还会产生更多意想不到的意外效果，拓宽了艺术创作的可能性，同时还为创造提供方便。因而传统艺术家在进行艺术创造的过程中，往往会产生很多不同的想法和创意，由于传统创造不能为作品提供多样化的思路，艺术家要经过慎重思索来决定作品的最终效果，期间可能会让意外的惊喜想法得到了呈现和表达，只能弃之不用。数码艺术能够让艺术作品最大程度地复制还原，让更多的艺术创意得到清晰的表达与实现。

3.数码媒介功能

数码艺术还应该鲜明的媒介功能，针对仅能够在数码环境中进行创作、传播和欣赏，并具备明显新特征的艺术作品而言，数码艺术是其呈现的必要基础。这些作品往往具有传统作品的基础，在结合运用数码媒介功能，进而实现某种更加新颖的传播效果。

4.多维空间化

数码艺术包含了二维、三维等多维动画图形艺术，通过多样的即时输入输出设备系统，艺术家的思维已经能够从简单的二维平面拓展到立体逼真的三维平面。再加上时间轴，创作思维的想象已经能够漫步四维空间，不再会受到空间的限制。进而实现物体的全方面逼真模拟，能够成功抓住其角度、运动和表情的变化。可以深入探索物体结构、动态以及环境变化。在宽广的视角范围内，艺术设计已经能够涉及到物体展示、动画制作、三维模拟、幻想表现等崭新领域。

二、3D动画的知识领域

三维动画是现代电脑美术中的一个分支领域，其根基是动画艺术和电脑的软件技术、硬件技术，呈现出较为独立的艺术风格形式。因而三维动画是数码艺术设计的一个独立领域，数码艺术设计包含了三维动画设计。最早的三维动画是应用在军事，直到个人PC机的大量出现，计算机图形学才得以延展到数码艺术设计，例如平面设计、服装设计、建筑设计、游戏设计、广告设计等方面。后来，计算机软件技术和硬件技术蓬勃发展了起来，三维动画迎来了独立的快速发展阶段。80年代初期，人们开始积极开展对于计算机图形动画技术的探索，那时候的三维动画仅可以通过大型工作站完成制作。与此相关的是，三维动画设计软件也迎来不断地更新和深入。在DOS操作系统环境下，三维动画的设计多数要依赖3DStudio软件。而Windows操作系统下，工作站上制作软件又升级成为Softimage软件。Win95诞生的时候，3DS升级成为3DSMAX1.0。而1998年诞生的Maya技术几乎代表着3D动画发展的转折点和历史性标志。三维动画在制作的过程中需要依托多媒体计算机作为制作工具，多方面运用文学、美工美学、动力学、电影艺术等多学科的知识原理，通过以多人合作为基础开展三维动画的思考进而呈现出来。三维动画能够还原现实世界的意识和概念，同时也能够呈现立足于现实的人物、景观或物体，因而三维动画的制作需要有一个以现实为基础的故事框架。因而在进行三维动画制作的时候往往在故事原稿的基础上，进行二维角色和场景的设计，再通过三维设计软件进行各类模型的创建，然后在摄像机的帮助下，给每个场景中的模型做动画。最后给模型添加材质，为场景添加上灯光，再经过渲染输出，然后运用软件后期组接渲染出的分散镜头和特效等，让动画变得连贯和完整。三维动画制作的过程中包含了详细而严谨的制作步骤，只有完成这些，才能够保证三维动画的成果，如下所示：

1.前期规划

前期规划步骤主要包含了对动画故事的创造和设计，除了故事原稿之外，前期还应该做好文学剧本和分镜头剧本的编辑，进而完成动画的造型设计和场景设计等内容做准备。

2.中期制作

在准备好前期工作以后，需要做好三维动画的中期制作，其中主要包含了3D粗模、3D故事板、3D角色模型（场景、道具模型）等内容的制作，还要准备好动画的贴图材质、骨骼蒙皮，做好分镜动画，并打好灯光等。

3.后期合成

对于影视类的三维动画，还要进行后期合成工作，也就是把前面做好的动画片段和声音等素材整理出来，遵循分镜头剧本的设计要求，利用非线性编辑软件进行一系列的编辑工作，经过后期合成之后，三维动画影视文件就制作成功了。

三、数码艺术设计的应用

数码艺术设计目前已经被运用到诸多行业中，例如对传统艺术的创新和改革，对城市景观的数码制作、对广告摄影的功能呈现等，既承接了传统艺术，又体现了现代商业价值，因而应用领域十分多样化。以下以美术设计、景观设计和广告摄影为例，讨论数码艺术设计的应用效果。

1.美术设计

中国作为历史古国，具有源远流长的美术艺术历史，古有文人骚客吟诗作画，今有各类学派代表推陈出新。美术设计既是中国不可缺少的历史文化产物，又是艺术设计重要的领域学科。数码艺术设计在美术中的应用除了能够让普遍大众更加容易接触美术作品，即使不支付展览厅以及收藏价格的高昂费用，也能够一睹美术设计佳品的风采。

2.景观设计

景观设计的发展和创造必须依托现如今的数码艺术，这是因为景观设计过程会受到一些技术和资源的限制，设计师依靠脑海的想象往往不能考虑到现实景观位置以及装饰摆放的空间因素。通过数码艺术高清还原景观，不单单能够让画面立体直观，还能够让设计缜密合理。随着人工智能装置的大量出现，人们对于景观造氛围的要求也越来越高，因而这就需要数码艺术具有更加强大的完整性、操作性强和效果创作。

3.广告摄影

在现代数码艺术设计的应用中，广告摄影是数码技术和艺术形式高度结合的领域之一。其原因主要有三个：首先，广告摄影立足于电视、电脑等数码媒介进行传播；其次它的制作过程也需要数码艺术设计的全程参与；第三，传统艺术达不到广告摄影的制作要求，体现不了艺术效果。广告摄影主要是通过拍摄商品的形式，进行商品信息的制作、传播和流通，主要体现了数码艺术设计的商业价值。良好的广告摄影作品能够直观呈现商品的外形、性能和用途等，以此来刺激消费者的购买欲望。广告摄影一般具有动态广告摄影和静态广告摄影两种分类，动态的广告摄影有电视、电影、动漫等，静态的广告摄影有报刊、杂志、户外等媒体。

四、三维动画的发展趋势

三维工艺设计篇7

一、引言

工艺工作是企业的一项基础性工作，贯穿于经营生产活动的全过程。传统的工艺准备方法要从理解图样开始，运用AutoCAD、CAXA等软件编制工艺规程，在数控加工中再运用NX等进行编程，复杂型面编程时，需要另做编程用的中差模型，工作繁琐且容易出错，且生产准备周期长，工艺装备设计与制造的工作量大。随着三维技术的普遍应用，设计图样以三维形式下发必将是一个趋势，而现今，多数设计部门都已经开始以MBD设计模型的形式下发设计信息（图1）。

面对新的设计图样模式，我们该怎样合理的应用并提高原有的工作效率呢？结合设计MBD模型资源，可运用NX 7.5软件中的WAVE、同步建模等技术快速的建立和设计出工序三维实体模型，在根据企业实际需求，转化成二维或三维工序图。这不仅提高了工序编制的速度，并且方便了后期的工序内容的更改，而随后的工序加工过程，也可以直接关联工序模型，进行数控程序编制。

二、快速工序建模及编程的解决方案和相关技术

1.快速工序建模及编程的解决方案

在NX下以MBD设计模型为基础快速工艺编制的实现原理，是取零件的设计模型为唯一的资源信息，以此运用WAVE、同步建模等技术创建该零件加工工艺模型，实现在设计信息发生变化的时候，工艺模型随之更新，工艺员唯一所做的工作就是维护工序模型之间的几何体链接关系。根据企业实际需要，将编制完成的工序模型导成二维工艺，或直接转换为三维工艺。数控程序编制时，则可直接运用WAVE技术，链接相关工序模型的几何体，进行程序编制，实现当因设计模型发生变换，工艺随之更新模型的时候，不用重新导入新的工序模型再次进行数控程序编制，只需重新生成刀轨即可（图2）。

2.NX 7.5 WAVE技术

NX7.5中的WAVE（图3）是一种实现相关部件间建模的技术。可以基于设计模型的几何信息及其空间位置去设计另一个部件，工序建模允许在单个零件内建立特征之间的关联。WAVE扩展这种概念，建立不同部件中几何信息间的关联，它也提供了理解、管理和控制这些关联，以及触发部件间关联更新的工具。WAVE主要应用于详细设计、评估设计概念及制造计划等领域。所谓制造计划是指通过相关地链接一系列在加工过程中的工序模型，建立零件加工的工序模型，通过链接方法，建立模拟加工过程中每道工序的零件模型，并且保证所有模型的关联性，在单个工序有变化时，与其相关联的子项跟着变化，方便了工序建模中的更改。

3.NX 7.5 同步建模技术

同步建模（图4）技术快速捕捉设计意图，其捕捉构思的速度与用户构思的速度一样快，使几何图形和设计规则保持同步，提供了第一个无历史记录、基于特征的建模技术，突破了基于历史记录的设计系统固有架构障碍，同步建模技术系统实时识别产品模型当前的几何条件，这些条件将它们与设计人员添加的参数和几何约束合并一起以便评估、构建新的几何模型并且编辑模型，使模型重建仅局限于使模型的几何条件保持正确所必要的那部分，无需重复全部历史记录。工艺人员在创建工序模型时不必再研究和揭示复杂的约束关系以便了解如何进行模型编辑，他们也不用担心编辑的下游牵连，在结合上部分提到的WAVE技术，将同步建模贯穿整个工艺。

三、快速工序建模

1.导入设计模型

新建“装配”，导入设计模型组件。如果设计模型为中差模型，则可直接进行工序建模，如果设计模型不是中差模型，需要运用同步建模将设计模型调整为中差模型。用中差模型进行工序建模的好处是，在后期可以直接关联工序模型进行数控程序编制。

2.创建工序模型

工序模型在创建的时候是新建一个组件，然后在WAVE上工序或者中差模型的实体，创建的顺序是由最后一道工序倒序往前建立，具体步骤如下。

新建“组件”；命名为最后一道工序；点开“装配导航器”；双击工序组件；将中差模型“显示”；点击“WAVE几何链接器”选择所显示的中差模型实体（图5）。

在“装配导航器”中选择工序组件，右键选择“设为显示部件”；点开“部件导航器”；利用同步建模或者是常规建模方法进行工序模型编制（图6）。

利用同步建模技术，可以在无约束模型上进行同样的编辑操作，设计系统实时地自动识别这些几何条件，保证在只移动面的过程中，模型原有的特征均得到保持。但是，往往很多工序的模型是同步建模达不到的（如工艺台），这就需要在充分利用同步建模的前提下，结合常规建模（草图拉伸、旋转等）完成工序模型的编制。

4.创建完成的工艺

按照工序的顺序，从后往前的创建工序模型，并用“WAVE几何链接器”一次链接，就创建了整本工艺的工序模型（图7）。

整个工艺中并不是所有的工序都需要建立工序模型，一般只编制机加工序的模型。以图6中件号为例，创建工序模型依次为：精铣端面精铣小端精铣大端修工艺台半精铣小端半精铣大端铣工艺台铣六面（图8）。

最后根据企业生产的实际需要，转换为二维的工序图表，或者直接生成三维工艺。如果设计模型发生更改，相应的每道有关联的工序都会跟着改动，节约了大量的工作时间。

四、基于工序模型进行数控程序编制

1.加工模型准备

以半精铣大端为例，那么在编程的时候零件就是半精铣大端的工序模型，毛坯则是其前工序铣工艺台的工序模型。运用WAVE技术导入工序模型创建之后自动在文件夹下生成的单个工序模型，使之几何体链接，随后再进行程序的编制。

2.数控程序编制和仿真

选择本工序为“部件”，上工序为“毛坯”，进行数控程序编程。由于工序模型是完全基于设计模型的中差模型创建的，不需要为数控编程重新创建部件、毛坯模型，因此提高了数控程序编制的速度和准确度（图9），并且可结合VERICUT软件进行数控程序仿真。

当设计模型发生更改时，工序模型也会在保证原有余量和偏置方式不变的情况下随着改动，而数控程序只需重新生成刀轨就可更新，不会向传统编程那样每个数控模型都需要重新修改后在重新进行编程，因此基于工序模型的数控程序编制还节约了大量的程序修改时间。

三维工艺设计篇8

关键词：数字技术艺术艺术设计

艺术的发展，依赖于社会和科技的发展，技术的进步将带来艺术的变革，艺术家的臆想获得科学技术的推助，就会发出绚丽的光彩。数字艺术便是随着计算机的发展和普及而诞生和发展的。数字艺术又称数码艺术，是使用数字、信息技术制作、传播的各种形式的艺术作品，包括数字影像、数字音乐、多媒体动画和网络游戏等。

数字化时代计算机介入越来越多的领域，使人类生活发生了显著变化。数字技术在艺术领域的应用，是艺术和科技之间的革命，几乎波及所有艺术领域。计算机将人从许多复杂的、重复性的、繁琐的体力劳动中解放出来，把精力集中于创意和设计本身，同时，艺术的概念也发生了改变。

一、计算机数字技术在艺术设计领域的发展历程

自1949年麻省理工学院开发出旋风计算机，人们就一直试图使用计算机来进行绘画、设计、作曲等艺术创作，并取得了令人瞩目的成就。如贝尔实验室以字母、标志的集散、叠印创作了“计算机”。东京大学艺术研究室创作了计算机艺术图和计算机动画的单体。1967年，GTG计算机艺术家小组创作了“返回正方形”等许多作品。但这些都是基于实验室的艺术探索，直至1980年苹果电脑公司推出Macintosh电脑桌面排版系统（DTP），计算机才面向个人，在艺术设计领域迅速发展，并衍生出计算机数字艺术与设计。苹果电脑也因高科技创新而获得尊重。1990年英国皇家艺术学院开设计算机艺术设计系（CRD），主要学习和研究互动设计（interactiondesign），努力使艺术与技术协同发展。现在，数字艺术已涉及艺术的各个领域，艺术的形式和内涵都发生着变化。

二、计算机数字艺术的特点

1.解放了手工时代对思想的束缚

计算机不但可以高仿真模仿传统的艺术效果，也比传统方式节省时间，提高效率。如艺术设计，计算机随意缩放观察等优势，使设计更加精细，无需尺规等工具，比手工精确、规范。手工绘图需要纸笔、尺规等工具，勾形、渲染等过程，更改设计，修改起来比较困难。计算机则有多样修改方式，如photoshop中的“历史记录”和“快照”面板，可随意双向一步步撤消或重做，退或进到任一点，3DsMax的“堆栈”则可从已完成的设计中的任意一点介入，增加新命令或删除、更改旧命令，影响最终效果。传统绘图需要较强的绘画功底，而计算机辅助设计则更注重设计思想和修养，对绘画功夫要求不是很高。计算机解放了手工时代对思想的束缚，为创作提供了宽裕的自由发挥空间，使作品最大程度地完美。

2.丰富了艺术的传达形式

计算机的应用创造了全新的交流方式，及时交互是数字艺术独有的技术，广泛应用在各种形式数字艺术中，如Flash角色动画、网页、互动游戏等。交互功能改变了传统艺术中受众的被动角色，受众也可以参与到艺术的“创作过程”，让受众判断选择，不同的选择将出现不同的过程和结局，加强受众参与感，提高兴趣。

3.表现传统艺术无法企及的效果

数字艺术是一种全新的艺术形式。多媒体技术将图像、声音、文本、动画、音频甚至是气味等多种传达形式集合在一起，丰富了艺术语言和表现形式，提高了作品的感染力。

虚拟现实是高级人机界面，模拟人的视觉、听觉、触觉等感官功能，使人沉浸在计算机生成的能看、能听、可触、可嗅等感受的虚拟世界里，能通过语言、手势、肢体动作、视线移动等方式与计算机实时交互，一切都与现实的感觉一样。它不仅可以模拟现实，也可重建古迹，甚至是虚幻的世界，让人感受真实世界中无法亲身经历的体验。虚拟现实可充分满足艺术创作对感受的表现，给艺术家和设计师的创造提供更多的创作自由。目前常见的虚拟现实软件有QuickDraw3D、VRML、Metastream、3DDreams、QTVR、Cult3D等。如苹果的QuickDraw3D能在视窗中对三维几何体实施拖拽而进行任意角度的观察，还能变换灯光、材质等，展示三维物体极为方便。

三、数字艺术主要涉及领域及内容

计算机数字艺术在很多方面是交叉的应用关系，比如动画，在影视、环境艺术设计、工业模型等方面应用都很广泛，所以不能孤立对待。数字艺术的发展促进学科融合。

1.计算机辅助设计应用较早，比较成熟。如视觉传达设计，计算机已牢牢占据了高档彩色输出、印刷等领域。环境艺术设计，AutoCAD、3DsMax已成了建筑等行业计算机辅助设计的代名词，基于CAD开发的软件多如繁星。工业设计，Pro/ENGINEER具有模拟实体造型功能，能缩短产品开发的时间并简化开发的流程。它的三维创作过程是确定有关物体属性的具体数据，计算机由屏幕实时、准确地展现物体的三维效果，最终可将数据传送至数控机床，制作实体模型、成品模具。计算机的介入，改变了传统的生产模式。

2.计算机绘画，是较新、较热门的艺术门类。可感压力的数字笔使用起来接近于传统的画笔，在电子画布上，可以选取任意种类、形状、大小的“画笔”，沾上“水墨”或“颜料”，在不同质地的“纸”上绘画，笔迹表现出颜色和不同质地纸面的肌理效果，“笔触”会随手的压力大小和移动快慢而做粗细、深浅、虚实、飞白等变化，模拟现实产生的效果，将传统的绘画艺术从纸和笔中解放出来，达到所需的艺术效果。油画、雕塑、版画等也有使用计算机进行创作的。及时交互等优势使计算机超越了传统工具被动的地位，2D插画和概念艺术广泛应用于商业广告插画、出版物插图、游戏美术中。

3.计算机多媒体动画是目前应用非常广泛的一门艺术形式，门类很广。按制作方法，可分为二维动画和三维动画；按长短，可分为动画短片、动画电影（电视剧）；按剧种，可分为故事片、儿童剧、科教片等。

①二维动画（2D）。目前二维动画制作软件可分为日本派和欧美派，有矢量和点阵两种图形模式。Flash是一款不错的面向个人的二维动画软件，已成为网页上的标准，许多个人爱好者加入到“闪客”行列，制作出了非常经典的作品，一些电视台也播放网上经典的Flas。但它对于生产型的动画力不从心。RetasPro最早开发于苹果平台，现已占领了日本动画界95%以上的市场，制作出了许多我们熟悉的电影，如《鲁宾三世（LupinThe3rd）》《蜘蛛人（Spider-Man）》等。我国也有不少单位使用，上海美术电影制片厂用其制作了《我为歌狂》等卡通片。二维动画的制作主要分为前期创作和后期加工两大部分。以前前期创作主要靠手工完成，包括规划、剧本、造型设计、构图设计、背景、原画、动画等。计算机主要介入后期加工，包括摄影表录入、动画扫描、背景扫描、色指定、描线上色、背景修图、特效制作、动画渲染、输出录制等。随着计算机软硬件的发展，传统的前期创作也引入了计算机，二维动画的生产过程已经完全进入了全数字、无纸化时代。RetasPro的制作过程与传统的动画制作过程十分相近，它由模块替代了传统动画制作中描线、上色、特效处理、拍摄合成等全部过程。②三维动画（3D）。三维动画用途非常广泛，是数字娱乐时代的新兴产业，具有不可估量的前景。许多电影、电视和游戏特技，多媒体演示、产品设计使用计算机三维动画来表现。三维软件比较复杂，目前还没有统一标准，也没有占绝对优势的软件，各家软件的理念也不相同。往往几秒钟的精彩镜头，要花数月时间制作。三维图像主要还是显示在平面上的二维图像，还不是真正空间上显示的三维图像，只是用三维方式建立模型。三维动画制作可分为动画规划、建模、贴图、灯光和场景设置、动画设置、渲染、后期合成7个阶段。常见软件有PC的3DMax-Studio、Maya、Softimage等，苹果的Infini-D、StrataStudioPro、Poser、AnimationMaster、Form-Z、ElectricImage、Lightwave、Cinema4D等。

4.数字视频。数字视频就是先用摄像机之类的视频捕捉设备，将影像信息转变为视频信号，记录到储存介质。播放时，将视频信号转变为帧信息并显示出来。数字信息还可以解码成模拟信号在普通电视机上观看。QuickTime是国际标准化组织选定的MPEG-4视频标准，可以在电脑上编辑和播放数字视频，将视频、音频、三维动画和虚拟现实在基于苹果和PC的电脑之间自由扩展。目前有FinalCut（非线性编辑）、Shake（高级特效合成）、CinemaTools（电影剪辑）、DVDStudioPro（DVD制作）等专业软件。

5.电子书

①电脑上阅读的电子书，充分利用电脑的优势，功能最强大。其动态的多媒体信息，有更好的交互性，集多种感官刺激于一体，避免了静态的文字和图片的单一，调动读者的兴趣。世界上许多著名报纸、杂志纷纷推出电子版，如《NewWebPick》《摩托车杂志电子版》《动客电子杂志》以及中国的《Z-com》等。

②手机电子书。随着智能手机的普及，用手机阅读的电子书越来越多。现代人上班节奏紧张，利用上下班的一点空余时间读一些轻松的带音乐、动画的手机电子书是实在的消遣，携带方便。许多网站提供基于WindowsMobile、Linux、Symbian等智能手机的电子书下载，用户自己也可以非常方便地创建电子书。

③实物电子书，是拿在手上阅读的外型像传统书籍的电子书，这是传统书籍的延伸。这种新形式的电子书外观和普通书籍接近，可以拿在手上，但是带有多媒体视听等新功能，它甚至能听到读者的说话、心跳等声音。

6.游戏美术。游戏美术近年发展迅猛，包括游戏片头、场景、人物、服装、道具等。现在游戏美术发展成了围绕游戏开发的产业，它以实物的形式再现游戏中的人物、服装、道具等，深受游戏“粉丝”喜爱，每当一个新游戏，就会有大量的与游戏相关的玩偶在网上交易、市场上出售。

四、计算机数字艺术的发展趋势

计算机对艺术的影响不仅表现在它能更有效率地创作，也给艺术与设计带来了新的风格和形式，艺术表现形式越来越丰富。数字媒体技术的发展，多种传达方式的综合应用，为视觉艺术的创新提供了新的条件和机遇，新的热点不断涌现。应用视频、动画、交互等综合手段创造的艺术作品，丰富了艺术门类，逐渐演变成为一个新的领域。互联网促进了信息的传递，给人们提供了一种新的传达媒体，同时也创造了一种新的交流方式。艺术家可以在互联网上跨地域协同创作，艺术的创作和欣赏不再受地域的制约。艺术是创新过程，融合了人工智能技术的计算机甚至有可能根据设定条件自行进行艺术创作。

结语

计算机数字艺术与设计如此蓬勃的发展，是技术与艺术完美结合的体现。计算机技术的发展和多媒体的开发为艺术创作提供新的机遇、新的表达方式、新的艺术语言和风格，艺术的概念有了显著变化。同时，艺术的创新也对计算机有了更高的要求，反过来促进了计算机软硬件的开发。艺术家创造精神财富，应关注新技术的发展，以开放的姿态迎接新事物，自由地进行创作。海纳百川才能适应新时期的需要。计算机毕竟是工具，艺术的价值应是设计师富有的艺术才华和设计思想。只有重视创造性思维的拓展与能力的提高，才能设计出富有艺术魅力的有意义的作品。

参考文献：

[1]王受之著《世界现代设计史》.广州：新世纪出版社，1995年版。

[2]迪尚著《电脑图形设计》.杭州：浙江人民美术出版社，1995年版。

三维工艺设计篇9

对于艺术设计类专业来说，它的最为核心的竞争力就是创造性思维，而创造性思维的培养不仅要对于历史上著名的艺术设计作品接受，而且也要对最新的艺术作品和成果接受，因为只有这样，才能时刻的把握时展的律动，站在时代的最前缘，设计出自己别具一格的作品，因此在教学的过程中，教师可以采用实地参观、多媒体展现等多种方式来对当前艺术设计类专业的最新成果和作品进行展现，以此来丰富学生自行设计时的素材。实践不仅是对知识教育与能力培养相结合的一种检验方式，而且也是课堂教学与课外实践相结合的具体要求，因而是“四个结合”中的关键，它能从根本上把艺术理论与艺术实践结合起来，而这种结合起来的最好模式就是“工作室制”，这种人才培养模式最早出现在1919年的欧洲，以“知识与技术并重，理论与实践同步”为其核心，是现代艺术设计教育的先河，我们应该取其精华，弃其糟粕，以学生为本，以工作室为依托，依据当前的艺术设计类专业的发展大势，使得教学与工作室相衔接，从而提高学生的就业能力和专业水平。

二、以实践式为主的三个探索

在上文中的实践为主的四个结合中，谈到了实践式为主的三个探索的主要思路，那就是“工作室制”。工作室能够促进师生角色的转换，它不同于教室和教研室，而是以个人负责和项目负责为依托，教师以企业老板的身份进行管理，指导学生学习，而学生则可以以员工的身份深入到工作的全过程，定期轮岗，适应不同的工作要求。在工作室工作的过程中，教师可以有意识的加入教授课程的内容，同时也能够吸收外面的企业项目，以任务为主体来完成所有的课程教学，同时又能够使得学生与外面的市场需求零距离接触，解决了今后必将会面临的就业问题。工作室运行的核心思想应该体现为适应艺术设计类专业的教学和实训，而且与外面的企业相结合，保证工学一体化。工作室是设计公司的一个缩影，在艺术设计类专业学生的学习生涯中，除了公共课程的学习，所有的课程都可以在工作室完成。在工作室的设计和组建的过程中，人才的选用要求老师有着敏锐的洞察力，能够保证学生各尽其才、各司其职，只有这样才能真正的成为人才培养的模式，否则将会葬送学生美好的学习时光，因此在工作室组建的过程中，应该建立起“工作室建设改革领导小组”与“工作室建设工作小组”，以此来保障工作室顺利的运行。同时在工作室建立的过程中，应该在运行一段时间之后，适当的进行总结，并且可以采取专家论证的方式，总结工作室的缺失，人员安排是否合理，项目设置是否能真正地体现教学。在工作室管理的过程中，不仅能够提高学生的相关能力，可以利用这个平台，检验师资力量，同时也能与企业相结合，从而形成产学互动，校企双赢的良好的运营模式。

三、以创造性思维能力为主的“四种能力”

三维工艺设计篇10

关键词：石化工程 集成化设计 软件开发与实施

中图分类号：TH166 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）05-0000-00

近年来，在石化工程建设行业引进并深度应用了一些国际标准的专业设计软件，在设计的信息化取得长足进步，设计质量和设计效率得到较大提高。随着工程设计集成化系统开发的不断深入，如何基于工程设计集成平台，加强各类设计专业软件间的协同工作，优化工程设计流程，进一步提高设计信息的共享与复用性，已成为工程设计集成化系统的重点研究课题[1]。

1设计集成化平台

SmartPlant Foundation（简称SPF）是一个针对工程信息管理解决方案的平台，集数据管理、文档管理和工作流管理三大功能，是一个模板化、可用户化的信息平台，涵盖工程设计软件的信息集成框架及工作流程管理，可优化工厂运行，并更快、更好地执行工程总承包项目。

2 建设目标

利用SPF系统作为工程设计集成化平台，实现工程集成化设计与过程管理，最终实现数字化交付，为业主工厂运营维护等提供工程指南和快速决策。

集成化设计建设分三个阶段逐步深入实施：第一阶段，完成设计文档标准化，实现工艺、管道、仪表等专业的集成化设计；第二阶段，拓展应用深度，推广应用专业，完成设计过程管理和工程内容管理；第三阶段，纳入采购和材料专业，形成完整的工厂信息，最终完成数字化移交。

本文以已完成的第一阶段内容和完成的部分第二阶段的内容展开探讨。

3 集成化设计的开发与实施

本次集成化通过对SPP&ID、SPI、S3D和SPF开发，涵盖工艺、管道、仪表、结构、给排水地下管网、暖通采暖等专业，实现集成化设计。

工艺专业接收从前端工程设计集成平台Comos传递过来的PFD信息，在SPP&ID自动创建各类智能化对象，在SPP&ID平台进行P&ID流程设计。在完成P&ID流程设计后，完成一致性检查，将P&ID图纸到SPF平台，供下游专业使用。

仪表专业从SPF接收工艺专业的工艺条件，在SPI中自动创建仪表、回路和管线，展开仪表设计，生成仪表索引，并关联DDP在线仪表外形尺寸表，检查并加深仪表设计。仪表索引中的数据将在更新后到SPF平台，供工艺专业接收、更新相应仪表信息。

管道、给排水和暖通专业从SPF平台接收工艺专业、仪表专业的设备、管道、仪表等信息，进行二维指导三维设计，并完成二三维校验。

所有参与集成化设计的专业在SPF平台进行设、校、审三级或四级的严格变更管理，所有设计文档的版本进行集中管理，使得变更一致性，审核可跟踪性，所有历史记录可追溯。

3.1 各软件的定制开发

3.1.1 与前端工艺数据的集成开发

对SPP&ID进行二次开发实现将Comos中的图例符号及物流数据、工艺设备数据、工艺仪表数据传递到SPP&ID后自动创建或更新图例以及相应数据，供设计人员快速设计P&ID图纸，进一步提高和优化与前端工艺设计的集成。

3.1.2 与SPP&ID的集成开发

首先扩展SPP&ID自身功能的应用深度：标准化工艺、仪表、给排水等专业的图例符号库；完善数据字典，优化属性传递规则、不一致性检查规则，提高属性录入效率；完善P&ID图纸标注标准与深度，形成各类公司标准。

另外，进行大量开发，改变原有属性录入方式，实现批量修改工艺数据，实现获取S3D的材料等级库，进而对P&ID中的管线自动进行温压校验，自动匹配阀门等管件的材料编码，自动获取与校验管线保温厚度等。

SPP&ID的集成，保证源头数据的唯一性、同步性，提高P&ID的设计质量，虽然一定程度上增加工艺专业的工作，但为下游专业提供更可靠的数据保障。

3.1.3 与SPI的集成开发

因SPP&ID中仪表类型过于笼统，未达到仪表专业对仪表类型细分的要求，通过定制P&ID图例符号和相关属性等，完成SPI仪表类型传递。

而S3D三维仪表符号的尺寸不能完全涵盖DDP中所有仪表外形尺寸，而一些尺寸又是三维符号所必须的，通过简化在线仪表尺寸以及开发部分三维仪表符号完成仪表尺寸匹配。同时完成制造商的仪表尺寸模板的定制，供仪表厂商填写后，直接导入SPI，避免手工录入。DDP模块的应用提高仪表模型的准确性，在设计阶段就可有效避免碰撞问题。

另外，SPI自带功能无法批量接收工艺属性。对SPP&ID定制开发后实现工艺仪表信息批量流转到SPI进行仪表设计。

3.1.4 与S3D的集成开发

首先完成S3D的深化应用：管道、给排水、暖通、仪表等专业三维符号的定制与完善，各类图纸出图风格以及报表模板的定制；建立和完善电缆桥架库和电缆库；完成PKPM与S3D接口以及结构模型的导入；S3D到CAESAR II单向数据接口开发测试。

对S3D进行深度开发，完成管道物理支吊架库的开发工作，并在导航项目中完成建模，输出安装图与材料表。

完成管嘴类型等二三维校验定制、二三维校验报告的定制，输出整个装置某些特殊管线的二三维校验报告，方便二三维关联的检查。

最终实现工艺管线、给排水地下管网、暖通采暖管线、电缆桥架等多个专业协同三维设计。接线箱、穿线管及电缆实现三维敷设，布置直观，路径清晰，有效避免各类碰撞，材料统计更准确。

3.1.5 SPF的定制开发

基于各专业的条件表和成品表，完成1430条数据属性梳理，完成各软件属性映射工作，实现工程设计文档和数据的有效流转；细化专业内和专业之间的设校审工作流程，并配置邮件提醒，实现工程设计的业务流程管理。

完成设计文档编码规定的初稿，并在导航项目初步完成各类设计文档在SPF平台的统一管理，为第二阶段的设计过程管理奠定坚实的基础。

3.2 项目成果

依托公司某项目的一套空分装置完成集成化试点设计，涵盖工艺、配管、仪表、给排水、暖通、结构等专业。该装置于实际项目中期并行开始，并沿用实际装置的部分三维模型。该部分三维模型与P&ID关联，实现二三维校验。装置其余部分采用二维指导三维重新进行设计。按集成化设计要求，工艺专业多次P&ID图纸供SPI与S3D使用，并根据下游专业的反馈不断完善P&ID图纸；仪表专业不断完善DDP，并多次DDP数据表；管道等专业根据P&ID图纸和DDP数据的变更及时更新三维布置；所有业务在集成平台进行流转。

项目完成38张P&ID图纸、134根管线、47张DDP，输出管道索引表、设备一览表、管道单线图、管道平面布置图、管道综合材料和二三维校验报表等成品。

最终，完成设计集成平台工作程序统一规定、实施规范、各类专业软件的行为手册和设计文档编码规定初稿等16项体系文件初稿的编制工作。

4 导航项目成果分析与探讨

集成化设计的优点显而易见：（1）能够快速建立二维、三维集成，无需改变现有设计软件，不存在因设计软件转型带来的各种问题。（2）实现工程数据的共享与交换，完成各专业之间交换数据与提返条件向信息化集成的转换。（3）实现业务流程和设计文档版本的有效控制，保证各类设计数据设文档的可追溯性，以及对设计变更进行管理。（4）实现二维设计指导三维设计，以及多专业协同设计，进一步保证和提高数据的一致性和可靠性。（5）实现同一数据在不同专业软件的差异性和一致性校验。（6）实现图纸、报表、三维模型等的智能浏览。（7）成品的深度与种类较单项软件应用多，且与实际项目的设计成品比对分析后，管道综合材料一致，桥架、穿线管和电缆的材料接近，P&ID图纸更详细，对应报表的数据更全，可靠性更高。

不过，在实施过程中也暴露了一些共性问题：（1）集成化深度问题――如按预期深度进行集成化设计，将会改变部分专业的分工与应用习惯。如阿牛巴流量计，需在主管上引一段支管后接，方能实现二维指导三维布置。（2）部分软件不能满足某些专业的出图要求。（3）单项软件在集成环境中的不足。如S3D中同一根管线不能关联分属多张P&ID的同一根管线；又如，SPP&ID中零长管线对集成化设计的影响等。（4）仪表工艺参数接收问题。在SPI中收P&ID后离线仪表仍然需手工选择相应管线逐个进行传递参数。

此次的开发应用使我们更清楚地意识到集成化设计实施基础条件的重要性：（1）设计标准化；（2）各专业软件的深化应用；（3）设计工作流程的梳理与优化；（4）设计集成的统一与深度规定。

5结语

本次集成化设计开发与实施对工程设计质量、设计水平和设计效率的提高显而易见，同时为第二阶段和最终目标奠定了坚实基础，使我们更加有信心将集成化设计开发不断深入，结合工程项目实践进一步完善和提高，使其应用范围和应用深度更为广泛，为公司工程设计带来更大收益。

参考文献