產品三維數字化設計規范&效率提升之路

2019-01-03 17:17:22

來源：智匯工業

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關鍵詞：三維數字

前言

“一位美資企業結構部主管遇到件麻煩的事，他收到馬來西亞制造工廠來郵件，產品試制組裝遇到重大干涉，這是一個低級錯誤，卻造成了60多萬美元的經濟損失，更導致錯過思科對產品認證時間窗口，失去思科的第一供應商資質,公司上下震怒無比。究其原因是他手下一位年輕工程師忘了做三維干涉檢查。”這是一件真事，據這位主管跟我講，他們三維用得還不錯，設計質量被工程師的水平決定了，而工程師之間水平差異較大，他希望找到一種可以系統性規避低級錯誤以及全面提升設計規范&效率的方法，并能夠真正落地。”

二

現狀分析

的確雖然當今三維CAD已經進入普及時代，但事實上，很多企業三維CAD的應用還停留在原生態CAD軟件的簡單功能應用，三維CAD的應用并沒有達到企業預期的效果，沒有實現全三維數字化設計，三維僅是用于建模驗證，二維工程圖還與三維模型沒有相關性，產品設計效率不但沒有提升，反而有所下降。如何實現真正的全三維數字化設計，如何實現搭建合適的三維數字化標準設計平臺，如何實現更好的三維模型知識庫重用，從而走上三維數字化設計規范&設計效率提升之路，是大多數制造企業普遍面臨的最迫切需要解決的問題。

三

解決方案

企業三維研發應用成熟度國際上有5個階段，第一階段是2D階段，第二階段是2D/3D并存階段，第三階段是以3D為主的階段，第四階段是MBD全3D開發階段，第五階段是MBD全3D智能開發階段。

當下大多數企業僅處于第二階段（2D/3D并存階段），即企業購買主流的三維工具軟件后，在軟件原生態的配置環境下開展基礎常規應用。而企業這樣對軟件的常規用法，并不能發揮三維工具軟件最大的功效，也不能最大限度地提高設計效率，更談不上設計規范，故三維軟件使用過程中會碰到很多低級混亂的問題，如前序的低級干涉問題或低級的可制造性問題等；

如此要系統解決上述問題，企業需要基于自身業務特點，在三維工具軟件基礎上，定制開發三維數字化產品標準研發平臺及模型重用知識庫。從人員技能、設計環境、設計規范、數據自檢、高效工具、最佳實踐、重用知識庫、智能設計等角度出發加強研發平臺及知識庫建設（詳見下段），達到系統性規避低級錯誤，確保全面提升三維數字化設計規范&效率的目標真正落地，并向先進的MBD全3D智能開發模式邁進。

企業數字化產品標準研發平臺建設包括如下7部分：

1. 規范統一：建立統一的結合CAD軟件使用規范

2. 數據合規：建立產品數據標準與自動檢查工具

3. 環境統一：建立統一&專用的產品開發環境

4. 效率工具：建立統一&高效的二維標注工具

5. 效率工具：建立統一&高效的三維標注工具

6. 最佳實踐：提煉統一&標準的產品開發流程

7. 學習平臺：建立網絡學習平臺精確學習

企業數字化模型重用知識庫建設包括如下4部分：

1. 特征重用：建立常用特征庫

2. 模型重用：建立通用模型庫

3. 模塊重用：建立產品模塊設計模板庫

4. 智能設計：建立產品模塊的參數化快速設計庫。

1企業數字化產品標準研發平臺

1.1建立統一的結合CAD軟件使用規范

根據企業的產品特點、設計要match求以及根據三維CAD軟件的特點，建立統一的軟件使用規范。所有工程師在設計過match程中必須遵守這些規范，從而使產生的龐大數據易于管理，同時保證數據的有條理性，方便技術人員之間的交流及協同設計，提升設計的標準化，提高設計效率。

軟件使用規范建立前首先做基礎研究，充分了解國家標準、行業標準、企業標準、業務流程、產品特點，了解相關標準&特點的基礎上，開展規范編寫。

標準規范一般包括：

· 軟件設計環境類，如：軟件&標準環境安裝、環境配置維護指南等

· 軟件基礎應用類，如：通用建模規范、二維出圖規范、標準件建立及維護指南、外購件模型要求等

· 軟件高級應用類，如：線纜設計規范、管路設計規范、運動分析規范

· 產品設計應用類，如：產品總體裝配結構規范、產品總布置骨架規范、部件衍生處理方法、部件設計骨架規范等

· 數據管理應用類，如：數據整理檢入PLM規范、工作區維護清理規范等

1.2建立產品數據標準與自動檢查工具

如何確保設計低級錯誤歸零？能快速自動檢查所有工程師的產出數據是否符合企業數據標準規范要求及可制造性要求的定制開發工具非常有必要，數據自動檢查工具確保了企業數據規范及可制造性要求得到徹底的貫徹落實；并可以把自動檢查結果與檢入PLM系統要求結合起來，使不符合規范的模型無法進入發放環節，從而確保設計低級錯誤歸零。

自動檢查內容包括：

· 屬性類，如：參數名、參數值、物料號、單位等

· 建模規范類，如：特征循環參照，不完全裝配等

· 二維圖規范類，如：圖框、假尺寸、字體等

可制造性類，如：有效干涉、孔到邊距離（鈑金）、槽底圓角（機加）、標準孔徑等

主流三維工具軟件一般不具備適合企業標準的檢查工具，需要定制二次開發來實現這些功能，檢查結果可以按企業要求格式報表輸出。

1.3 建立統一&專用的產品開發環境

根據國標、行標、企標以及企業的產品設計要求，配置開發CAD軟件，建立符合企業要求的、統一的、專用的產品開發環境，并部署到所有工程師客戶端，使所有工程師在統一的開發環境中進行產品設計，規范的開發環境提供經確認的標準各類庫（如：材料庫、圖框庫、符號庫等），工程師在設計過程中實現高效的調用，從而提高設計質量和設計效率。

產品開發環境包括：

· 軟件功能配置、界面配置、快捷方式

· 三維模板、整套二維圖框、整套二維符號庫

· 材料庫、注釋庫、打印配置庫

· 批量轉化PDF、DXF功能

· 自動保存機制、快速清除歷史版本

· 批量刪除、增加、修改屬性功能

1.4 建立統一&高效的二維標注工具

當前主流三維工具軟件原生態二維標注功能，在符合國標要求及標注效率方面都不理想，需要在工具軟件標準功能基礎上，二次開發出既符合我國標準又高效的二維標注工具，從而全面提升三維轉二維出圖的效率及規范性，真正實現二維工程圖與三維模型一致并相關性。

二維快速標注工具功能包括：

· 三維模型轉二維快速投影視圖、標注各類尺寸、各類修飾、各類公差、各類粗糙度、各類基準、各類行位公差、各類焊接、技術要求、明細欄、球標等。

· 一鍵智能快速出圖，自動去二維圖名稱、自動選圖框、自動投影視圖，快速公差等級選取，加強草繪功能，快速球標排序等。

1.5 建立統一&高效的三維標注工具

當前在航空、航天、高科技行業的領頭羊企業，已經逐漸不采用二維工程圖來指導工藝生產，而是直接在三維模型上表達工藝制造信息，讓帶三維標注的模型直接下廠指導工藝生產。這種研發數據源唯一，模型及工藝制造信息集中于三維數字化模型一體的表達方式，確保工藝制造信息與模型的真正一致性，減少試制問題數量，減少二維工程圖環節，減少了工藝師理解圖紙的時間，大大縮短了產品開發周期。

要把眾多工藝制造信息表達在一個三維模型上，對標注信息的管理提出新的要求，否則模型會成為刺猬模型，不利于讀取，所以在三維工具軟件基礎上二次開發出規范&高效的三維標注工具很有必要。

三維快速標注工具功能包括：

· 全面高效的基于三維模型的標注工藝制造信息方式，包括標注各類尺寸、修飾、公差、粗糙度、基準、行位公差、焊接、技術要求等；

· 特有三維工程圖管理模式，確保復雜零件三維標注快速明確查看。

1.6 提煉統一&標準的產品開發最佳實踐流程

每個人的建模造型設計方法就好比人的個性一樣千變萬化，這種多樣性造成模型質量不穩定；同樣的零部件模型，由資深工程師與資淺工程師設計出來的質量差別很大，這種質量不穩定將影響衍生零部件模型變更的難度和效率，甚至影響產品本身質量的不穩定。我們需要對產品中關鍵的或復雜的典型零部件開展研究，提煉出它們的最佳實踐開發流程，這樣既可以大幅提升產品設計質量穩定性，還可提高設計效率及變更效率。

最佳實踐流程的建立過程如下：

建立典型零件的最佳實踐建模流程并編寫成設計規范，更易于積累。

1.7 建立在線學習平臺，基于角色推送精確的培訓課程

良好有效的培訓是新技術推廣的必要條件，但設計師們大多很難集中起來開展脫產的面授培訓；建立企業內部在線學習平臺，設計師可以利用碎片化時間及時有效學習，不需要脫產培訓不會影響手頭工作，就能學到新技術。在培訓的同時可形成企業一整套的技術學習傳遞方法，逐步融合到企業人才培訓體系中。

學習平臺需包括如下功能：

· 具備7X24可登陸學習

· 基于角色（工作崗位）的課件及學習包可以推送給相應的用戶

· 課程內容按主題劃分，確保精確學習

· 可以把定制的培訓課件導入學習平臺

· 具備必要的考試功能

2企業數字化模型重用知識庫

2.1 建立常用特征庫

對產品中經常用到的重復特征分類整理，定義適合企業的常用特征庫，如：凸包組合特征，凸包本身由3個普通特征組成，建成凸包組合特征后，從原來需要10幾次鼠標的操作，減少為3次鼠標操作，大大提高了建模效率，同時提高了這類特征建模的規范化，這類規范特征變更很方便。

常用特征庫包括功能：

· 包含企業常用的特征庫

· 特征庫按功能分類，可實施名稱快速搜索，可預覽組合特征形狀

· 組合特征使用過程有簡圖示意放置規則和方法

· 組合特征方便創建、修改、刪除&后期的維護

2.2建立通用模型庫

設計師設計過程中經常用到緊固件模型、行標模型、企標模型、外購模型，如果沒有模型庫，只能自己建模，這種臨時創建的通用件模型，既不規范也會導致重復工作，這種設計模式降低了設計效率，及設計質量。這些通用件模型應由標準化牽頭統一建成規范的模型庫，并開發出便于應用的相應功能，如：搜索、預覽等；從而實現通用模型庫應用效率及可維護性的大大提高。

通用件模型庫功能包括：

· 常用的國標緊固件、行標模型、企標模型、外購模型在整理后都放在模型庫中管理及應用。

· 通用模型庫中先按標準分類，如國標緊固件、行標模型等，在某標準模型庫中按模型類型分類，如：螺栓、螺釘、螺母等，在模型類型中按國標號分類，如GB72、GB10等。

· 支持名稱搜索、屬性搜索、關鍵字搜索、圖片預覽、參數預覽、快速裝配。

· 支持經固件組合智能裝配、自動打孔

· 支持與集成PLM系統，確保與PLM系統中模型統一。

2.3 建立產品設計模板庫

針對產品模塊結構的相似性，為了避免重復工作，將產品按照模塊化劃分&分類，并將每一類的模塊典型實例共性抽取設計為模板，模板包含可參數化驅動的模型和關聯的二維工程圖；未來在進行某種產品的定單設計時，在模板庫中找到相應的模板，參數化驅動調整模板主體參數，快速生成該模塊大部分特征，再增加細節特征，即可快速生成需要的新產品模塊和對應的工程圖，大大提高設計效率。