醫生、建築師都在用的3D體驗

(本文摘錄自今周刊 2014/3/10)

心臟手術、波音巨無霸噴射機、Gap牛仔褲、紐約的體育館、波士頓博物館的古埃及文物,這些事物有什麼共通點?答案是3D模型,有了法國達梭系統的這套模型,過去想不到的構想才能實現,工業領域的疆界也不斷轉變。

設計師用電腦製造精密機器已經有許多年歷史,但用電腦模擬複雜的經驗卻還沒有人嘗試。現在,達梭系統公司要領軍衝鋒了。

現年五十歲的朱利亞.古希安尼博士,是舊金山加州大學心臟研究員,早在第一眼見到心跳動時就迷上心臟的他,窮盡一生之功,不斷以數學模式進行心臟研究。現在,法國設計與模擬軟體公司達梭系統(Dasault Systemes)已經建了一個完整的3D模型,栩栩如生地展示人類心臟的電脈衝與肌纖維收縮。

如果這模型展現的是他自己的心臟,朱利亞會見到它跳得飛快。他說,「早在二十世紀以前,醫生們就夢想著能有這一刻。」他說,磁振造影,心臟超音波這類科技的進步,對檢測病患心臟異常悸動的醫生而言,已經形同「美葷成真」了。但有了3D模型,能完整展現一顆秤跳的心以後,有一天,醫生可以根據每一位病患特有的心臟狀況進行診斷與治療,甚至可以在開心手術以前,先在病患眼前模擬。

噴射機、牛仔褲也在用

達梭系統負責人伯納.查爾斯說:「心臟並非純粹由纖維組織組成而已,它還有一種電流,我將它比喻為一種機器。」三十幾年來,營業額二十八億美元、擁有一千名員工的達梭系統, 一直在研發飛機、汽車這類器械的數位模型,是市值一百六十億美元、生命週期管理(PLM)軟體市場的領先業者。波音與Gap的工程師與設計師,在研發與管理巨無霸噴射機、牛仔褲等各式各樣產品時使用這種軟體,可以省時、省錢。

查爾斯現在更推出「活心」Living Heart)專案,領導公司邁向新領域,將營業額在五年內增加一倍。達梭系統不僅為設計師與製造業者研發軟體,還要自我塑造為「3D 經驗公司」,將模擬科技運用到所有的一切。

達梭系統去年將CATIA等九個軟體品牌結合成一個3DEXPERIENCE平台。使用這種平台的客戶,不僅可以用它模擬產品設計或製造,還可以用它體驗產品購買、使用的經驗。查爾斯喜歡舉這個例子:一位婦女兩手抱滿買來的雜貨,伸出一隻腳在她的福特休旅車保險桿下揮了一下,後車門自動開啟。就這樣,CATIA軟體實現了這個「經驗」。

達梭系統已超越航太與汽車設計,邁入生命科學、建築、能源與消費者包裝貨品等總共十二個領域,甚至一些服裝設計師也用達梭的3D工具進行設計(不過,查爾斯說,他們不肯承認)。

埃及第四王朝也能重現

紐約ShoP建築公司與它的虛擬建築部門,因設計建造紐約市布魯克林區的巴克萊中心、將建築科技發揮得淋漓盡致而馳名。這座體育館包覆在波狀格子形的「外皮」裡,這層「外皮」由一萬兩千塊形狀各不相同的預鑄鋼板組成。

ShoP使用達梭的3DEXPERIENCE軟體,重塑設計師與工程人員一體工作的模式。它造了一個單一模型,將整個過程生產線化,讓鉛管工、電器師與木工等各種團隊都能按部就班、依序而行。這個3D模型能在第一時間呈現任何一個團隊做出的任何改變,讓每一個團隊都可隨時掌握最即時的資訊。由於有了這個模型,巴克萊中心的逼材成本省了二五%。

ShoP現正運用雲端版的達梭系統科技,進行下一項專案:製造預鑄屋取代珊迪颶風中損毀的房子。ShoP說,由於能與紐約長島的新屋承建業者直接共享3D設計資料,建一棟新屋成品只需四十八小時,與過去需時四到六個月的狀況不可同日而語。

在波士頓美術博物館,哈佛大學教授彼得.曼紐里安正將館藏取自埃及金字塔的照片、日記、圖畫與漂件轉為3D模式,以便他帶領學生「走」進金字塔,彷彿置身實境一樣觀察埃及第四王朝。他甚至可以運用這些資料與一台3D列印機,複製早已逝去的古埃及文物。

達梭系統旗下達梭模擬的策略長、「活心」專案負責人史蒂夫.雷文說:「你只要想得出來,就能模擬出來。」不過他承認,達梭現正面臨一個雞與蛋的問題:要造出精確的棤型,你必須一開始就擁有豐富的資料。以「活心」專案為例:達梭系統從學術研究人員、心臟科專家、醫療器材公司等十幾個來源蒐集有關心臟機能的資料,整合為一個龐大的資料庫。雷文說:「過去也有很多人在各個領域做了非常詳盡的工作,但從沒有人相將一切整合在一起。」

將心臟電脈衝與機械脈衝的資料相互搭配,是一件極端繁複、精密的工作。達梭系統科研人員使用制式工作站,需要約四小時才能精算出一具心臟的生物機械力,追蹤電流如何穿過每一股肌織,以複製人類心臟真實的悸動。一旦確實描繪出心臟物理作用後,3D模型會自行運作。

下一步是將3D模型客製化。醫生首先使用正常心臟的達梭模型,然後加以調整,以及映利用磁振造影或超音波測知的病患心臟的行為。如果病患的心臟因心臟病發而部分受損,醫生可以觀察這顆心的物理變化,模擬個種治療手術,使血液正常在這顆心臟流通。

計畫以雲端開發新市場

達梭系統成立於一九八一年,是法國達梭航太的子公司,達梭航太是馬瑟.達梭在一九二九年創辦的民營公司,以製造獵鷹噴射機聞名。達梭系統在成立之初,主要業務是風洞測試軟體,之後業務領域擴及汽車,透過與IBM的協議,以CATIA品牌出售軟體。

多年來,達梭系統先後收購ENOVIA與SolidWorks,PLM軟體實力與日俱增。達梭系統在一九九六年公開上市,不過達梭集團仍控有公司四一.五%股權。它於二〇一〇年收購IBM的PLM銷售部,自行負責業務,之後業績以每年一〇%的速度成長,比西門子生命週期管理、Autodesk與PTC這類競爭對手都強。〇九年市場颳起3D列印旋風,達梭系統的股價在投資人熱情追捧下,漲幅一七五%。

今天,達梭總統的二十八億美元營業額中,軟體授權與養護幾占七成,這使達梭系統可以高枕無夏,大膽開發新市場。儘管受經濟大環境疲軟拖累,成長在去年第三季放緩,查爾斯認為公司業績會在今年反彈。他相信,明年年初推出的雲端軟體Lighthouse應能打開新市場,刺激公司的3D塑模業務。

查爾斯說,多年前,製造業者與經銷業者迫於情勢,只能在同一種環境下工作。但在這個虛擬設計與雲端合作的 時代,「製作的世界」正在迅速轉變。他說:「創新仍將來自科學突破,但創新同時也得依靠社會潮流及虛擬實境科技,有了這種科技,我們才能想到過去不可能想到的構想。由於合作性質不斷轉變,工業領域的疆界也不斷轉變。」