计算机辅助设计领军人物--陈定方

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陈定方教授陈定方教授陈定方教授,男,1946年出生,1969年毕业于华中理工大学机械制造专业。现为武汉理工大学教授、博士生导师。 1988年被国家人事部授予"国家级中青年有突出贡献专家"称号。 长期从事智能CAD/CAM、科学计算可视化与计算机仿真、虚拟现实等方面的研究工作。先后主持并完成了国家科技攻关、国家自然科学基金、国家"863" 高科技计划、国家火炬计划的科研项目,取得了一批具有国内领先或国际先进水平的科技成果,获省部级以上科技进步奖16项。 与同志合作,在国际、国内学术会议及重要刊物上发表了学术论文200余篇。在《CAD/CAM与制造业信息化》杂志中发表“基于网络的虚拟产品开发”等文 章。主编或共同编写出版了《机械CAD基本教程》、《机械设计专家系统研究与实践》、《推动经济的2010年技术预测101项》等12部著作、教材。 现担任湖北省CIMS工程专家组副组长;武汉市制造业信息化专家委员会副主任;全国高等学校自动化专业委员会理事;湖北省机械工程学会机械设计与传动专业 委员会及机械工业自动化专业委员会副主任委员;湖北省机电一体化协会副理事长等。

在一次最近的科技成果鉴定会上,由e-works副董事长陈定方教授主持,e-works等单位参与研发的“分布式虚拟设计制造研究及应用”,获 2005年度湖北省科学技术进步一等奖。该项目由陈定方、周祖德、吴定川主持,武汉理工大学、武汉钢铁集团机械制造有限责任公司、中科院计算所智能信息处 理重点实验室、武汉制造业信息化工程技术有限公司(e-works)的教授、副教授、讲师、博士、硕士们共同完成。此系统还获得了2005年度中国机械工 业科学技术二等奖。

根据《中国机械工业科学技术奖励办法》的规定,2005年度中国机械工业科学技术奖励经学科(专业)组初评和评审委员会复评,共建议216项科学技 术成果获奖。其中:一等奖14项,二等奖82项,三等奖120项。“分布式虚拟设计制造研究及应用”和“分布式虚拟设计/制造平台”是以武汉市和湖北省重 大科技攻关项目、863高科技项目、国家自然科学基金项目和中国-新加坡国际合作项目为背景完成历时7年之久的。

该项目面对分布式异构环境下的动态联盟产业群,针对我国技术难度高的重大典型复杂装备,研究基于物理建模的分布式虚拟环境体系结构、虚拟环境下支持 虚拟设计制造的行为物理属性建模与算法、工程纹理的虚拟建模和基于Web的虚拟设计制造集成,建立分布式虚拟设计/制造平台,并在虚拟环境下考察和评价产 品。

该项目研究了三维复杂场景生成、刚体的行为建模、分布式交互三维视景行为/特征建模技术,为虚拟环境构建奠定了基础,提出了虚拟设计/制造系统的完 整体系结构;建立了基于Internet的图象与几何模型相结合的虚拟车间与虚拟数控加工系统。研究了分布式虚拟现实环境构建理论与技术。提出了系统体系 结构和实体实时通信协议ERCP, 研究了碰撞检测、切削工件的动态建模等方法。研究了基于Web的虚拟产品设计交互技术。研究了移动Agent技术,分析了Aglet消息机制,研究了消息 队列问题和优先级。研制了分布式虚拟设计/制造平台。平台包括虚拟分析系统、基于Web的的客户关系管理系统、面向超声波电机的协同虚拟设计系统和基于实 例的机械产品快速集成设计系统研究、Web环境下的交互式虚拟产品设计系统、产品表面设计与定制系统、纹理数据库及其查询系统等多个低耦合的系统。

该项目在国内外有影响的学术刊物或会议上发表了100余篇有较高价值的学术论文,其中SCI 2篇、EI 43篇 、ISTP 16篇。出版专著《虚拟设计》、《现代设计方法及应用》。其中,在国际著名刊物《International Journal of Production Research》上发表的论文“An Internet-enabled image- and model- based virtual machining system”荣获湖北省自然科学优秀论文最高奖--特等奖。这是获得湖北省自然科学优秀论文特等奖的5篇论文中工学学科唯一的一篇论文。该项目成果还包 括具有科学技术创新和自主知识产权的2项计算机软件著作权和2项发明专利。项目成果被列为“武汉市‘十五’科技成果重点推广项目(WKT3009)”,已 在武钢机械制造公司、上海振华(集团)港口机械制造股份有限制造公司、中冶连铸公司、武重机床公司等多家企业得到成功应用,效果显著。中央电视台“科技之 光”在“科技前沿” 栏目以“机械虚拟设计”为题材,播放了该项成果。

基于网络的虚拟产品开发技术(Network-based Virtual Product Development)

全球化、网络化和虚拟化已成为制造业发展的重要特征,企业的生产因为有关技术的应用而具有高度的柔性化和快速响应市场的能力。基于网络的虚拟产品开发技术作为一种先进的产品开发模式,其应用范围必然会不断扩大,给更多的企业带来更大的收益。
1. 基于网络的虚拟产品开发及其发展趋势
虚 拟现实技术与已经高度发展的CAX(CAD、CAM、CAPP、CAE等)系统的有机结合,为产品的创意、变更以及工艺优化提供虚拟的三维环境。设计人员 借助于这样的虚拟环境可以在产品的设计过程中,以产品的“软”模型(Soft Prototype)取代实物样机,通过对模型的模拟测试进行产品评估,以较低的生产成本获得较高的设计质量,缩短产品的发布周期,提高企业生产效率。而 且,有助于萌发新的设计思路。
基于网络的虚拟产品开发是实际产品开发过程在计算机及计算机网络上的本质实现,即采用计算机仿真与虚拟现实技术,在 计算机网络上实现群组协同工作,完成产品设计、工艺规划、加工制造、装配、性能分析和质量检验等。它通过计算机虚拟模型来模拟和预测产品功能、性能及可加 工性,设计者在设计的初始阶段就能够在计算机中构造虚拟原型并对此原型进行评价,使得产品开发走出仅依赖于经验和实验的狭小天地,发展到全方位预报的新阶 段,从根本上解决TQCS即时间、质量、成本、服务的难题。虚拟产品开发可狭义地分为虚拟设计和虚拟制造两部分。
“基于网络的虚拟产品开发”主要包括:分布式虚拟设计/制造的体系结构、开发平台、总体设计;虚拟设计;虚拟分析;虚拟装配;虚拟加工技术;基于物理属性的虚拟实验研究;支持虚拟设计/制造的网络及数据库支撑环境。
目前,基于网络的虚拟产品开发呈现出以下发展趋势:
(1) 数字化  虚拟环境下开发的产品是全数字化的产品;产品的开发过程、测试过程、检验过程、制造过程、销售过程等将告别现在的纸制介质,并与数字化产品信息紧密结合;数字化将是虚拟产品开发技术的重要发展方向,基于数字化虚拟产品技术的各个分支将得到全面的发展。
(2) 集成化  虚拟产品的集成建模技术、虚拟产品开发系统的集成化、虚拟产品设计、测试和制造的集成化等。
(3) 智能化  将人的知识和智能融入到虚拟产品开发技术中,使新产品开发过程实现自动化,将智能化的知识和的数字产品结合起来,使其具有自律、分布、智能、仿生和分形等特点。
(4) 协同化  分布式异地协同虚拟开发将是CAD支撑层的重要发展趋势。
(5) 虚拟化  虚拟化包括虚拟环境的建立,还包括虚拟环境下产品的表达、虚拟产品装配模型和虚拟产品模型分析,进而发展到产品的虚拟制造(VM)和虚拟企业(VE)等。
作 为对VM的拓展和延伸,协同虚拟制造(CVM,Collaborative Virtual Manufacturing)更强调让制造商把供应商、合作伙伴和客户都带入制造过程,通过他们之间的协同,在计算机上实现制造过程。可以将CVM定义为 基于网络技术、数据库技术和分布式计算技术,由制造商、供应商、合作伙伴和客户协同参与的,支持供应链管理和个性化服务的虚拟制造。

2.国内外研究与运用现状
虚 拟产品开发的概念一经提出就受到企业界的广泛关注,一些企业立即着手局部性实施和应用。美国福特汽车公司采用网络并行设计技术设计制造的新型SS1型赛车 从开始设计到上道测试仅用了9个月时间;波音公司采用虚拟产品开发技术成功地研制出世界上第一架“无纸客机”——波音777双喷机型,接着又研制出新一代 737客机;日本松下公司开发的虚拟厨房设备制造系统可以允许消费者在购买商品前,在虚拟的厨房环境中体验不同设备的功能,按自己的喜好评价、选择和重组 这些设备,这些信息被存储并通过网络送至生产部门进行生产等。此外,还有用于开发新一代计算机芯片、对正在设计的轿车进行虚拟道路测试并评价轿车的道路适 应性和驾驶员视野,还有用于齿轮的并行设计和装配、机器人的训练、检测、人机工程分析、维修、安全性和维护性训练等许多工业领域。
国家863高科技项目中亦安排有基于e-Works平台,建立分布式虚拟设计/制造平台,并在虚拟环境下考察和评价产品的研发工作。

教育体制改革的倡导者

除了计算机辅助设计领域的研究,陈教授还非常关注国内高等院校教育体制的改革。为了了解、借鉴国外著名学府的教学体制,并结合到国内的教育改革中 来,陈教授于2004年到美国科学的中心--硅谷进行了深入的研究。走访了斯坦福、伯克利等高等院校,以及和这些高校息息相关的google、IBM、英 特尔、惠普、思科、雅虎等公司。和相关人员进行了交流,带回了大量宝贵的一手资料。回到国内后,先后在上海、武汉等高校介绍了此次硅谷之行的丰硕成果。

陈定方教授在斯坦福大学考察陈定方教授在斯坦福大学考察陈定方教授在IBM公司考察陈定方教授在IBM公司考察