3D数字化、可视化科技公共服务平台建设

辽宁省科技环境与研究开发能力建设层次计划项目可行性研究报告 项目名称： 科技成果项目 3D 数字化、可视化科技公共服务平台 承担单位： XXXXXXX 有限公司 联系电话 ： 0411-836XXXX0 135913XXXX8 2008 年 2 月 12 日 目 录 一、概述； 二、项目主 要内容及技术可行性分析； 三、现有工作基础和条件； 四、申请人基础条件（包括主要研究成果）； 五、合作单位基本情况； 六、进度安排和实施方案（包括运行机制） 七、预期成果和考核目标； 八、经济和社会效益分析； 九、经费概算及来源； 十、其他（申报资料附件清单等）； 十一、申请单位主管部门或市科技局意见。 一、概述； 为进一步加速科技成果转化和知识产权技术的推广应用，大前科技联手大连交通大学 载运工具先进技术工程研究中心（原 现代 CAD/CAE 技术研究中心），共同建造科技成果项目 3D 数字化、可视化公共服务平台。该平台是面向社会的，将科技成果及专利项目 3D数字化、可视化、虚拟装配和仿真设计为一体的虚拟设计综合服务性平台。平台系统可以生成、导入各种常用三维造型装配软件的三维数据，进行交互式装配工艺编辑，模拟运动过程和装配过程，生成高质量的静态渲染图像和动画演示，从而建立科技成果与专利产品的三维产品数据库和多媒体库。通过这些产品三维和多媒体数据，平台为科技成果和专利项目提供计算机模拟仿真服务，为将产品从设计到实际生产提供支持，为实现产品技术再创新 打下基础。科技成果和专利数据的 3D 数字化、可视化，对产品的专利保护，专利的推介，科技成果项目的融资及进一步创新，生产和优化设计提供支持，为进一步推动专利实施和科技成果转化为实施项目，加速实现科技转化，提高自主创新能力有着重要意义。 1项目意义和必要性 在中央十七大提出“科学发展观”、“自主创新”等一系列重要方针的指引下，国民经济的增长模式由资源消耗型向资源节约型转变， GDP的增长由国家投资拉动向消费拉动和增加出口转变。 2006年召开的十届人大四次会议更是把创自主知识产权作为实现“十一五”发展目标的重要方 针。 在社会主义市场经济条件下，归根到底是人才和技术的竞争。仅仅满足当前市场销售的兴旺，没有中长远技术的储备，一旦产品进入衰落期，企业的生存和发展就会出现危机。 知识产权技术作为自主创新机制的重要方面应该引起企业的高度重视。国家负责创新机制的建立和营造宽松的创新环境，企业应从保护自主知识产权和激发科技人员的创新精神的角度，努力营造企业内部勇于创新的机制和氛围才能使企业昌盛不衰。 为进一步加速科技成果转化和知识产权技术的推广应用，大前科技联手大连交通大学 载运工具先进技术工程研究中心（原现代 CAD/CAE 技术研 究中心），共同 建造科技成果项目 3D 数字化、可视化公共服务平台。 本服务平台是面向社会服务的，集科技成果及专利项目 3D 数字化、可视化、虚拟装配和仿真设计为一体的虚拟设计综合服务性平台。平台系统对科技成果和专利的文字性描述，二维设计图纸，产品实物等，通过三坐标测试仪和设计软件等软硬件技术手段生成产品三维数据和装配数据。通过导入产品的三维数据和装配数据，对三维数据模型进行交互式装配工艺编辑，通过移动产品零件，旋转缩放等操作，模拟科技成果项目产品的运动过程和装配过程，生成高质量的静态图像渲染和动画，从而建立科技成果 与专利产品的三维产品数据库和多媒体库。通过这些产品三维和多媒体数据，平台为科技成果和专利项目提供计算机模拟仿真服务，为将产品从设计到实际生产提供支持，为实现产品技术再创新打下基础。 科技成果和专利数据的 3D 数字化、可视化平台为科技成果转化与专利产品的推介、生产和优化设计提供支持，为进一步推动专利实施和科技成果转化有着重要意义。 科技成果项目 3D 数字化、可视化公共服务平台可以应用于城市发展、环境保护绿化、能源再生、新能源利用、现代交通专利、未来城市规划、节能建筑、基础设施建设、安全生产专利、生命科学专利、生物 医药专利、军事、工业污染监测设备、旅游设施建设、安全控制与检测等领域的科技成果转化、专利技术发明等，表现为数字化、可视化演示、计算机辅助仿真等。 服务平台涉及的领域有房地产、石油、机械、化工、矿业、国防等行业。数字化、可视化公共科技服务平台通过技术创新将 3D、虚拟装配和仿真设计技术延伸到科技成果转化、专利发明，提高自我创新能力领域，以推动更多对国民经济和社会发展有重大贡献的科技成果与高科技发明专利技术的发展。 2国内外现状和趋势 科技成果项目 信息集技术、法律、经济信息于一体，是技术创新的重要信息源。专利 文献是专利信息的主要形式，它构成了唯一能够最迅速地反映最新科技动态的信息库。 随着数字化与网络化环境逐渐成熟，科技成果项目信息服务领域出现了以下一些新的特点：用户需要集成化的服务。用户希望能方便地、一次性地获取不同形式、不同来源的专利信息，并且他们需要一种集文献检索、参考咨询、文献提供等功能为一体的专利信息集成化服务。专利信息资源需要整合。一方面，科技成果与专利信息资源有了更多种的载体形式，但其中最为重要的是网络专利数据库；另一方面，科技成果与专利信息数量巨大，内容丰富，具有多方面的功能。这两种情况使得 专利信息资源在被提供给用户前，有必要经过筛选、分析、评价、整理和集合等工作。信息技术推动服务水平的提高。一些本身就具有智能和集成性质的新技术相继出现，例如虚拟显示技术、指引库技术、信息推送技术、并行搜索引擎技术等，这些最新技术的应用使得专利信息服务的集成化成为可能。 为进一步加速知识产权技术的推广应用 ,国内外众多公司采用三维视频技术表现重大专利发明项目，将重大专利项目 3D 数字化、可视化，进一步推动专利实施和科技成果转化为实施项目，提高企业的自我创新能力。 数字时代已经到来，数字技术将在科技成果转化、专利技 术等领域不断推广应用， 3D 数字化、可视化是一项崭新的技术，它给科技成果转化、专利发明带来了逼真的三维数字体验，这将使观者全面立体了解科技成果、专利项目的全貌，通过 3D 动画形式认识科技成果、专利发明将来应用后的未来景象。专利可视化公共科技服务平台希望通过全新的模式将科技成果、专利技术项目能够扩大推广范围，进一步发挥自身在市场的独特优势。通过平台为产品的提供计算机仿真数据，为产品的优化设计和进一步创新提供技术支持，帮助科技研发人员优化设计、提高自主创新能力提供支持并开拓新的商机。 平台应利用科研院所和大专院校的 科技优势，建立科研院所与机械制造企业联合实验室，进行硬件和软件设计，最后形成工作流程的硬、软件系统，并在企业投入生产。该实验室还应该组织技术力量研究、翻译国际数字化流程技术标准，采用国际数字化流程标准，进而建立我国数字标准化平台。 二、项目主要内容及技术可行性分析； 本服务平台是面向社会服务的，集科技成果及专利项目 3D 数字化、可视化、虚拟装配和仿真设计为一体的虚拟设计综合服务性平台。平台系统对科技成果和专利的文字性描述，二维设计图纸，产品实物等，通过三坐标测试仪和设计软件等软硬件技术手段生成产品三维数据和 装配数据。通过导入产品的三维数据和装配数据，对三维数据模型进行交互式装配工艺编辑，通过移动产品零件，旋转缩放等操作，模拟科技成果项目产品的运动过程和装配过程，生成高质量的静态图像渲染和动画，从而建立科技成果与专利产品的三维产品数据库和多媒体库。通过这些产品三维和多媒体数据，平台为科技成果和专利项目提供计算机模拟仿真服务，为将产品从设计到实际生产提供支持，为实现产品技术再创新打下基础。 根据项目实施的情况计划采取如下技术方案： （见图 1 图 2） （一）平台体系架构 图 1 科技成果项目数字化、 3D 可视化服务平台体系结构 （ 1）设计层 设计层主要完成专利产品的三维化、数字化。可以有三种方式：通过专利描述直接三维设计；通过二维图纸或二维 CAD 数据三维化；通过三坐标测量仪扫描实物生成、修改三维数据。 （ 2）数据层 数据层主要存储和维护专利产品的三维数据。包括各零件的几何数据、属性信息、管理信息等。这层主要生成专利产品三维数据。 （ 3）服务层 主要为应用层提供支撑，做虚拟件的装配。包括碰撞干涉检测、约束识别、运动仿真和行为控制等。这层主要 生成产品装配信息数据。 直接三维设计 二维图纸或数据 实物三坐标测量 UG, Pro/E, CATIA,3DS MAX 产品三维数据 UG, Pro/E, CATIA 等虚拟装配 虚拟装配可视化系统 网络可视化装配工艺系统 多媒体产品展示系统 3D 数据信息管理系统 设计层 数据层 服务层 应用层 高级应用层 生成产品三维数据 生成产品装配信息数据 生成产 品静态渲染图像 装配动画 CAE 仿真结果及可视化 生成应用系统 或实际生产 产品 CAE仿真设计 优化设计，实际生产 （ 4）应用层 主要包括 CAD 数据接口、装配路径规划、装配信息管理和动画生成以及仿真模块等。这层主要生成产品静态渲染图像、装配动画和CAE 仿真结果动画及数据。 （ 5）高级应用层 根据以上几层生成的数字化数据的一些高级应用。 （二）可视化演示技术路线 图 2 科技成果项目数字化、 3D 可视化服务平台体系结构可视化演示制作路线 提交客户审核 应用 PT 进行原画绘制 提交客户审核 三维设计软件进行模型建立 三维设计软件进行材质与贴图设定 三维设计软件渲染出图 提交客户审核 灯光摆设 初步测试渲染 场景摆设 动画制作 提交样片客户审核 渲染成片 客户签字确认 录音棚进行配音配乐 AE 进行后期效果处理 AE 特效添加 生成可观看文件 输出成片到 ,录影带 ,光 碟等媒介 提交客户成品片 ,并最终签字 长期技术指导 ,技术支持 档案备份 预想效果跟踪调查 前期文字脚本制作 三、现有工作基础和条件 ； 公司和大连交大载运工具先进技术工程研 究中心通过校企联合，走产、学、研道路，在虚拟装配、 CAD 技术、物体的静、动力 分析、非线性分析、 CFD 仿真、大变形碰撞、疲劳分析、噪声分析、计算机图形学、多领域协同设计与协同仿真以及的结构优化设计等多业务领域上展开合作 ,成为合作伙伴关系。 1. 人员条件 : 公司具有高级软件开发人才队伍，高级软件开发的能力，具有软件开发、 3D 技术高级工程师 15 名，若干熟练的软件编程程序员和网络管理人员。具有企业、项目策划的专、兼职队伍 25 人，其中有：企业文字资料撰写、企业管理、营销、人力资源等创建企业知识专业研究队伍；有金融、投资、理财、信息、政策研究等这方面的专家也加盟我们公司中来。 大连交大载运工具先 进技术工程研究中心共有教工 22 人，其中教授7 人，副教授 6 人，讲师 7 人，工程师 2 人，其中有博士学位 11人，博士研究生 32人，本科生 60 人。通过和铁道部十几所厂所的长达几十年的长期合作，中心培养出一批在 CAD、 CAE、 CAM 和企业信息化方面经验丰富、技术功底扎实的各领域高素质人才，形成了一个实力较强、人才梯次合理的创新型科研团队。 2.资金条件： 有一定数量的前期资金投入 ,股东已投入 50万元的资金可作为本项目的前期运作使用，计划在保证公司正常运转的前提下，准备再将投入100 万元资金到本项目当中去。 3.平台建设设施条件 ： 三坐标测试仪两套； 8 核 CPU DELL Precision 690 工作站四台；设计用计算机七十余台；大连交大高性能计算集群（ 62 核 CPU）平台 . 四、申请人基础条件（包括主要研究成果） ； 1项目负责人 概况 : 兆文忠教授 长期从事机车车辆研究，近年来主持参加多项国家“ 863”、铁道部和众多机车厂计划项目。他所主持的 “基于智能计算的产品概念设计与虚拟研究及应用”科研项目 ,以第二完成单位荣获国家科技进步二等奖；“复杂产品虚拟样机关键技术协同仿真平台及其工程应用”科技项目以第二完成单位荣获教育部科技进步二等奖；“ D38 型载重 380 吨钳夹式货车”科研项目获中国铁道科学技术二等奖。此外，他还主持了“铁道机车车辆虚拟样机”、“轨道车辆产品数据管理系统及财务、物流”、“高速动力车构架侧梁焊接变形与关键部位残余应力的有限元分析研究”等多项机车车辆研究。完成各类科研项目百余项，其中涉及到我国首列270KM/H 铝合金车、 200KM/H 高 速车、 160KM/H 提速车；我国吨位最大的380 吨钳夹车、 320 吨凹底平车；首列点焊结构不锈钢车；出口澳大利亚的运煤车，运料车，凹底双层集装箱平车；以及双层客车，“子弹头”动车组等等。 2005 年 11 月 27 日，北车长客股份公司与大连交通大学共同建立了大连交通大学现代轨道交通研究院。 2006 年 9 月 2 日，中国北车集团与大连交通大学共建虚拟产品开发技术中心。中国北车集团与大连交通大学共同建设虚拟产品开发技术中心具有良好条件与坚实基础。“十五”期间 ，以兆文忠教授为首的研究中心参加了国家 863 项目铁路机车车辆虚拟样机系统的实施，为北车集团所属骨干企业解决了产品研发中的许多难题，帮助十几个厂所成功实施了虚拟样机科研课题。通过校企联合，走产、学、研道路，使公司和大连交大由原来单一的人才供需关系转变为战略合作伙伴关系。 2 大前科技 公司概况 大前科技 公司由一批政府的离退休人员以及对政府公共政策有深入研究并长期从事项目管理的专业人士和软件信息系统开发工程、 3D 技术人员共同发起的，其宗旨是“研究公共策略，运用高科技为社会提供科技服务，促进科技发展。 公司具有 企业、项目策划的专、兼职队伍 25 人，其中有：企业文字资料撰写、企业管理、营销、人力资源等创建企业知识专业研究队伍；有金融、投资、理财、信息、政策研究等这方面的专家也加盟我们公司中来。公司具有高级软件开发人才队伍，高级软件开发的能力，具有软件开发、3D 技术高级工程师 15 名，若干熟练的软件编程程序员和网络管理人员。 公司 发展方向特色鲜明，提供 面向社会开展技术扩散、成果转化、科技评估、创新资源配置、创新决策和投融资管理咨询等专业化服务 , 并通过计算机网络系统集成与应用软件开发、 3D技术的应用，推动企业信息化建设， 为企业提供专业的信息化建设和科技咨询服务。并利用高科技服务方式为各类科技园区、企业创业服务中心、生产力促进中心、科技企业孵化器等创新服务机构，在促进科技成果转化为实施项目 ,保护知识产权、加速实现科技转化、构建创新服务平台及平台运营模式等方面提供全方位的技术解决方案和技术支持服务”。 五、合作单位基本情况； 大连交通大学交通运输工程学院 载运工具先进技术工程研究中心（原现代 CAD/CAE 技术研究中心） 载运工具先进技术工程研究中心共有教工 22 人，其中教授 7 人，副教授 6 人，讲师 7 人，工程师 2 人，其 中有博士学位 11 人，博士研究生32 人，本科生 60 人。通过和铁道部十几所厂所的长达几十年的长期合作，中心培养出一批在 CAD、 CAE、 CAM 和企业信息化方面经验丰富、技术功底扎实的各领域高素质人才，形成了一个实力较强、人才梯次合理的创新型科研团队。 中心研究方向特色鲜明，包括载运工具虚拟装配、载运工具 CAD 技术、载运工具的静、动力分析、非线性分析、 CFD 仿真、大变形碰撞、疲劳分析、噪声分析、计算机图形学、多领域协同设计与协同仿真以及机车车辆的结构优化设计。 承担并完成了数十项国家、省部、市级纵向科研项目以 及大量横向科研课题。 六、进度安排和实施方案（包括运行机制） 实施进度 实施阶段 目标内容 时间（月） 第一阶段 完成设备购置、调试，并尽快投入使用，并建设数字化、可视化实验室。 2008.1-2008.4 第二阶段 结合实际项目建设科技成果项目 3D数字化、可视化公共服务平台。 2008.5-2008.12 第三阶段 科技成果项目 3D 数字化、可视化公共服务平台开始服务并结题验收 . 2009.1 2009.6 实施方案： 1、 2008 年 1 月已进入项目的筹建阶段，预计至 4 月份完成项目的调查研究、完成设备购置、调试，并尽快投入使用，并建设数字化、可视化实验室 ,进入前期的筹建与运作；服务平台的硬件与软件建设进入开发阶段；网下项目工作人员进行专业培训后上岗。 2、 2008 年 5 月份至 12 月份 ， 进入项目实施阶段，各服务平台 系统包括数据导入模块，交互式装配工艺编辑 模块、图形编辑模块、静态图像渲染模块、动画渲染模块、标注模块、 API 外接模块等进入开发阶段 。 3、 2009 年 1 月至 6 月份，科技成果项目 3D 数字化、可视化公共服务平台开始服务 ,项目正常扩大范围运作而进入项目发展期，于 6 月底达标并进行项目验收。 七、预期成果和考核目标； 本平 应利用科研院所和大专院校的科技优势，建立科研院所与企业联合实验室，进行硬件和软件设计，最后形成 平台 工作流程的硬、软件系统， 平台 自主知识产权部分 （ 1）应用层 - 虚拟装配可视化系统 各种如 UG、 Pro/E、 CATIA 专业虚 拟装配软件，只能 指定零件问的配合 约束 关系，确定零件在装配体中的位置， 并不能提供照片级静态图像渲染，自定义装配过程动画生成功能，所以对专利产品的外形专利保护，产品的立体装配，专利产品的推介，科技成果转换等方面有限制。开发一套易于使用的 3D 专利可视化系统非常必要。 该系统导入各种常用三维造型装配软件的三维数据，进行 交互式装配工艺编辑，通过移动产品零件，旋转缩放等操作，模拟装配的运动装配过程，生成高质量的静态图像渲染和装配动画，从而生成专利产品的数字产品库和多媒体库，为专利产品的推介、生产和优化设计提供支持。本软件还可以提供给客户，客户自己编辑生成各种专利产品效果图和装配动画，以及基于互联网浏览器的交互式界面，市场前景广阔。 本系统包括数据导入模块，交互式装配工艺编辑模块、图形编辑模块、静态图像渲染模块、动画渲染模块、标注模块、 API 外接模块等。 （ 2）高级应用层 - 各种高级应用系统 各种高级应用系统的建立。如 复 杂产品装配工艺系统 等。 （ 3）高级应用层 - 科技项目数字化、 3D 可视化数据管理信息系统 结合成熟的设计三维软件和仿真软件，通过本服务平台系统，专利产品能够进行数字化和可视化，对生产成本高、生产规模大的复杂产品其意义尤为显著。复杂产品一般是指高成本、大规模、高技术的工程密集型产品，典型的复杂产品如大型船舶、航空发动机等零部件构成的制造型产品。建立一个开放的，能存储和管理大量的产品数据，并能重复使用这些数据的管理信息系统很有必要。 八、经济和社会效益分析； （一）以科技企业（包括相关的中小企业）群体的 相关需求为出发点，以数据库 和应用 平台建设为手段，项目完成后，服务平台未来三年内服务企业总数达 2300 家（分别为 300 家、 1000 家、 1000 家、）。在项目执行期的第三年收入概算为 120 万元。在项目执行期的第四年收入概算为 160 万元 本项目属阶梯形发展的行业，在第四年以后会以年 19%至 30%的速度增加项目的收入。 （二）预期成果社会效益体现在以下三方面： 1、本项目投入使用后，将解决数量众多中小企业面临的共性和关键问题，改变这一群体目前所处的技术无法实现的现状； 2、本项目中支持的企业数据库平 台，将为各职能部门和领导决策提供数字依据。 3、 通过本项目引导，进一步推动专利实施和科技成果转化为实施项目，提高企业的自我创新能力。 （三）前景分析 成果与专利项目 3D 数字化、可视化公共服务平台可以应用于城市发展、环境保护绿化、能源再生、新能源利用、现代交通专利、未来城市规划、节能建筑、基础设施建设、安全生产专利、生命科学专利、生物医药专利、军事、工业污染监测设备、旅游设施建设、安全控制与检测等领域的科技成果转化、专利技术发明等，表现为数字化、可视化演示、计算机辅助仿真等。 （ 1） 专利的保护 对科 技成果和专利项目的数字化和 3D 可视化，有利于对专利产品的保护。 （ 2）科技项目与专利项目的数字化 方便企业形成产品数字化信息库，有助于企业对产品进行信息化设计和管理。 （ 3）优化产品设计，加速科技成果转化 由于提供可以进行生产的几何数据和 CAE 仿真数据，可以使用该三维数据直接进行生产，有利于加速科技成果