冰雪世界 三维技术尽显英雄本色

看完奥斯卡获奖纪录片《帝企鹅日记》,人们深深记住了那一群滑稽、可爱而又坚强的企鹅家族,同时也领略了南极大陆的漫天冰雪与荒无人烟。是的,那是世界上最为寒冷、也极为干燥的大陆,拥有"寒极"以及"白色沙漠"的别称。所以,就不难理解绝大多数人会对南极望而却步。

然而,作为全球生态环境的晴雨表之一,南极向来都是科学家们研究全球气候演化进程的宝地。根据他们的研究结果显示:在过去80万年中,地球历经了八个冰河期,而南极冰川层的涨落与气候的轮回有密切联系。掌握其中的奥秘,能为科学家解读困扰全球的气候问题、预测未来的气候走向带来重要的依据。

英国南极调查局(British Antarctic Survey,以下简称BAS)隶属于英国政府,负责开展由英国官方组织的南极及其周边地区科学研究;而BAS的工程队则承担为研究人员设计、制造以及加固各种设备的任务,从而确保这些设备在南极严峻的环境中能够顺利工作。正如BAS的一位负责人所说的:"如果你想把新设备准时送到某地,而每年只有一次机会,时间显然是至关重要的因素。"

BAS工程队面临的正是这样的挑战:南极地区每年的夏季都极为短暂,而考察船惟有在此期间可以通行,因此所有设计必须严格满足时间要求。

要在英国政府有限的预算范围内按时完成上述极其重要的项目,使用最新的技术便成为了关键。BAS工程队使用Autodesk Inventor软件来设计产品并制作数字化样机,从而为地球最恶劣的环境中所进行的重要工作提供支持。

极地英雄 与数字设计结缘

Andy Tait是英国南极调查局负责机械设计的工程师,Tait 和他的团队可能随时都要面对六、七个复杂程度互不相同的项目,例如设计或制造用来测量来自冰川大陆的冰流速度的固定柱、用来监测海洋冰层活动的数字摄影系统、用来测量大气臭氧的恒星定位望远镜,以及可以取出几万年前冰芯样本的冰上取芯钻等等。

上世纪八十年代末,Tait刚参加工作时,在冰天雪地的南极野外工作了两年半的时间。后来,他加入了现在这个总部位于英国剑桥的团队。"当时我们使用的是一款名叫RoboCAD的应用软件,但在1994年时换成了AutoCAD,这是因为当RoboCAD在与其他应用程序进行文件共享时有一定的局限性。而已经成为业界CAD格式标准的AutoCAD则克服了这个问题。"

1997年,Tait和他的同事们开始用使用Mechanical Desktop(即Autodesk Inventor的前身)。而从1999年起至今,他们一直采用 Autodesk Inventor。

基于数字化样机解决方案的Autodesk Inventor软件能够创建精确的三维数字化模型,并且验证设计的外形、适配性及结构与功能。与非标准设计软件不同,Autodesk Inventor能让设计人员将现有的二维设计数据自由地集成到三维设计环境中,从而便于其他欧特克制造业应用软件及其用户再度利用或共享AutoCAD DWG文件和三维设计数据。

三维模型 实现沟通零距离

BAS经常开展一次性的科考项目,因为常规的设备往往无法在极端的天气环境下进行正常工作,BAS工程队必须定制化的设计并生产特种设备,因此,设计师与科学家之间的紧密配合至关重要。

传统的模式是科学家们向设计师描述想法,并随手画出的二维图进行解释;但是,若单凭二维图纸就想充分理解最终产品及其功能,就不太容易了。

于是三维模型的优势就得到了充分体现。有了外形逼真、结构功能高度精确的三维可视化模型,科学家可以在设计早期与设计师互动,例如,检查尺寸是否与他们的构想一样,或者设备的某一部件是否满足灵活性要求。

Autodesk Inventor的参数化建模功能让科学家们在设计早期就参与设计过程中,公式化的建模方式与科学研究的过程十分吻合,科学家们也无需担心看不懂复杂的设计图纸–因为所有的设计都用三维数字模型的形式表达出来。

另外,三维模型的优势体现在时间和成本效益上。

对于政府机构来说,要想获得项目资金并不容易,科学家需要拿出估算数字后才能得到批准。"使用Autodesk Inventor的好处是我们无需再制作物理样机,最终产品更接近科学家的要求,我们还可以通过展示逼真的三维数字模型需求资金支持。" Tait兴致勃勃地说,"项目的成本效益提高了:以前我们还得一处一处地改进设计,现在一次性就可以把产品设计出来,成本效益提高了约40%。"

快中取胜 项目设计高效精确

有一次,BAS工程团队在最后时刻拿到一个时间紧急的项目。项目要求设计一个基于探针的地面雷达系统,该系统将安装在雪地履带车前面、用于寻找雪面裂缝,以防止雪地履带车陷进去。Tait回忆说:"这是一个很重要的项目,但我们那天很晚才接到。多亏我们使用的Autodesk Inventor,它的快速建模、装配等强大功能让我们一次就完成项目设计,交付设备的速度快得惊人。"

Tait又补充说:"把设备按时送到南极,还是错失良机再等来年?一点点时间上的差别就能造成两种截然不同的结果。有了Autodesk Inventor,我们可以在短短8周内把一个项目从概念变为现实,甚至还能包给分包商生产。"

Tait对DWF图档存储功能的评价也很高:"压缩文件功能非常有用,因为我们与南极进行数据收发时下载速度有限,所以缩小文件尺寸大有好处。"

迎刃而解  欧特克常伴左右

Tait非常感谢为英国南极调查局服务的欧特克本地经销商Micro Concepts。他说:"我们和他们合作10多年了,出现任何问题都能得到圆满解决。他们提供了大量支持,还为我们进行培训。"

 "对我们来说,实体建模是未来方向。Autodesk Inventor的功能每年都有扩展,新增功能包括有限元和应力分析,还有资源中心,可以从里面挑选组件。这个产品好得让人欢呼雀跃。但我们喜欢Inventor是因为它非常逼真。这不仅能帮助我们一次性建模成功,也能让科学家在演示中突出设备的特点。由于运作的资金有限,我们只能制作一个最终产品,而这件产品要送到南极去。有了Autodesk Inventor,科学家们在会议和研讨会上向科学研究所介绍他们的发现时,就可以利用Autodesk Inventor展示产品,帮助解释说明。"