三維設計已經(jīng)成為當前裝備制造企業(yè)的主要設計手段，區(qū)別于傳統(tǒng)的二維CAD設計，在應用三維軟件進行產(chǎn)品設計時，工程師具有了更多的方法和途徑實現(xiàn)設計意圖，提高了設計效率和設計質(zhì)量。但相對于成熟完善的二維設計標準，三維設計標準的缺少和不完備，在給設計工程師提供更多自由的同時，也給企業(yè)的標準化管理工作帶來了不小的麻煩，更為重要的是，對企業(yè)的PDM/CAPP/ERP產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息化工作也帶來了較大的困難，甚至影響到企業(yè)的CAD/CAM工作。
雖然最新的國家標準GB/T26099-2010《機械產(chǎn)品三維建模通用規(guī)則》已經(jīng)出臺，但具體到企業(yè)的實際生產(chǎn)管理情況，則會有許多的問題難以解決。恒天重工股份有限公司于2002年開始使用Pro/ENGINEER進行產(chǎn)品設計，在10年的應用過程中，也發(fā)現(xiàn)了諸多的問題，并積極地探索解決途徑，通過不斷地摸索、實踐，用了近6年時間建立了企業(yè)的三維標準化體系。通過公司的生產(chǎn)實踐證明，討論并建立符合企業(yè)實際的三維標準體系能夠為企業(yè)帶來諸多的好處。要建立企業(yè)的三維標準體系，就需要考慮以下幾個方面。
一、三維設計環(huán)境的搭建
傳統(tǒng)的二維CAD設計對設計環(huán)境沒有更多的要求，一臺安裝有繪圖軟件的計算機就能夠讓設計師完成他的設計工作。而三維設計則對企業(yè)的設計環(huán)境具有較高的要求，不論是計算機配置，還是企業(yè)網(wǎng)絡架設，都對工程師設計工作的流暢開展有著較大的影響。其次，工程師在產(chǎn)品設計過程中用到的各類基礎數(shù)據(jù)庫是否完備也對產(chǎn)品的設計周期和其后的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理有著較大的影響。通過多年實踐，，筆者認為企業(yè)在推廣三維設計之初需要針對三維設計環(huán)境考慮以下幾個方面。
1.基于三維設計數(shù)據(jù)的信息化管理平臺搭建
不管是單一的PDM還是全流程的PLM，在對原有的二維設計數(shù)據(jù)進行管理時，都能夠較好地實現(xiàn)無差別、無遺漏地管理和傳遞。使用三維設計后，產(chǎn)品數(shù)據(jù)格式和文件類型都發(fā)生了較大的變化，需要對原有針對二維產(chǎn)品數(shù)據(jù)的信息化管理平臺進行升級。PDM在進行二維設計圖樣管理時，只負責文件的名稱及屬性，不涉及文件的內(nèi)容，而三維設計則不同，由于布局及骨架的使用，每個零件之間都有一定的關(guān)聯(lián)，不同的文件版本會影響到整個產(chǎn)品的打開和使用。版本間的改動會造成整個產(chǎn)品的改動，哪怕是一個基準面名稱的改變。所以說，企業(yè)要想用好三維設計，首先就是要結(jié)合企業(yè)的信息化系統(tǒng)，建立相應的環(huán)境，完成一系列的基礎工作，實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)在企業(yè)信息化系統(tǒng)的有效管理，使三維設計的產(chǎn)品數(shù)據(jù)與公司信息化管理流程良好集成。
2.建立企業(yè)的三維設計基礎數(shù)據(jù)庫
在產(chǎn)品的三維設計過程中，基于企業(yè)標準化管理的考慮，會使用到大量的基礎數(shù)據(jù)庫。例如：統(tǒng)一的零部件模板/工程圖模板、完善的各類常用標準件、常用的通用件/外購件、符合企業(yè)實際應用的材質(zhì)庫以及企業(yè)常用的各類符號庫等。這些基礎數(shù)據(jù)庫的建立，不僅能夠較好地實現(xiàn)企業(yè)的標準化管理，同時還大大簡化和提高了工程師在設計過程中的工作量和工作效率。在表1中，列出了需要企業(yè)關(guān)注的關(guān)于三維基礎數(shù)據(jù)庫的幾個方面。
表1 三維基礎數(shù)據(jù)庫
3.建立三維并行設計平臺
三維設計最明顯的優(yōu)勢在于所見即所得，另外一個優(yōu)勢就是可以實現(xiàn)產(chǎn)品設計過程中的資源共享和并行設計，三維并行設計平臺的搭建是利用和發(fā)揮這一優(yōu)勢的重要手段。并行設計中目前常用的就是自頂向下設計方法，也即在產(chǎn)品設計之初，針對設計要求，綜合考慮構(gòu)成產(chǎn)品的各部分間的關(guān)系，確定產(chǎn)品的組成、相互關(guān)系、實現(xiàn)方式、主要參數(shù)及參數(shù)間的關(guān)系，形成設計的總體方案。然后在此基礎上分解設計目標給分系統(tǒng)具體實施，分系統(tǒng)從上級系統(tǒng)獲得某些關(guān)鍵尺寸和定位基準，并在上級系統(tǒng)確定的邊界內(nèi)開展設計。最終完成總體性能最優(yōu)的設計，并能在以后的產(chǎn)品系列化設計中實現(xiàn)高效、快速的參數(shù)化設計。
利用這種三維并行設計平臺上的自頂向下設計，產(chǎn)品設計負責人可以清晰明了地掌握產(chǎn)品各部分的設計進度和設計結(jié)果，并實時對其中的問題進行調(diào)整和改進，確保產(chǎn)品設計的正確性。
二、三維設計標準的建立
三維設計環(huán)境的搭建給三維設計提供了良好的設計基礎和環(huán)境，但鑒于三維設計手段的多樣性，在模型建立時不同的人會有多種不同的方法。例如：同樣是一個圓柱體零件，可以用拉伸完成，可以用旋轉(zhuǎn)完成，也可以用掃描完成。不同的方式雖然從外觀上看是同一個結(jié)果，但在布局及骨架模型的發(fā)布和接收使用上會有較大的差別，而在后期的產(chǎn)品裝配、工程圖繪制和圖形標注等方面也會有不同的處理方式。所以，針對產(chǎn)品設計各流程中各環(huán)節(jié)的標準制訂是十分必要的。
1.產(chǎn)品總布局及骨架模型標準
產(chǎn)品總布局及骨架模型是整個產(chǎn)品設計的龍頭和靈魂，直接關(guān)系和控制著產(chǎn)品設計的最終形態(tài)，從某種意義上說，產(chǎn)品設計的成功與否、設計結(jié)果的好壞都取決于產(chǎn)品總布局及骨架。
總布局即是產(chǎn)品的草圖方案，所提煉出的參數(shù)是這個產(chǎn)品的核心技術(shù)要點。在參數(shù)的提煉上，需要由企業(yè)的相關(guān)專家進行設定，這些參數(shù)要契合市場的要求和發(fā)展趨勢，關(guān)系著產(chǎn)品的質(zhì)量及后續(xù)發(fā)展，這些參數(shù)間關(guān)系的判定和建立，也是此類產(chǎn)品今后一段時間內(nèi)系列化設計的關(guān)鍵。
骨架模型簡單地可以說是產(chǎn)品的三維布局，通過點、線、面、基準、坐標系和參數(shù)等，確立產(chǎn)品各組件、部件間的定位和關(guān)系，是產(chǎn)品建模的依據(jù)和基礎。當然，這一過程依賴于骨架模型中幾何元素的發(fā)布和復制。
鑒于產(chǎn)品總布局和骨架模型的重要性，依據(jù)企業(yè)實際，制訂相應的標準是十分必要的，可以此規(guī)范產(chǎn)品總布局和骨架模型的建立條件、建立方式和建立權(quán)限等，保證產(chǎn)品設計的正確性和可發(fā)展性。
2.建模標準
產(chǎn)品建模是三維產(chǎn)品設計的基礎工作，也是關(guān)鍵工作。模型的建立要考慮產(chǎn)品的布局、骨架、零件的特征化參數(shù)化設計、工程圖的投影和尺寸標注等，甚至產(chǎn)品數(shù)據(jù)錄入信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫后的管理等，所以建模標準是企業(yè)三維標準中必不可少的一項。
在國家標準GB/T26099.2-2010《機械產(chǎn)品三維建模通用規(guī)范——零件建模部分》中也有相應的要求。當然，國家標準中規(guī)定的各項都較為寬松和簡化，以適應不同企業(yè)的不同需求，企業(yè)可以根據(jù)自己的實際運營情況，進一步細化。例如，普通零件的建模要求、通用零件的建模要求、外包外購件的建模要求、特殊零件的建模要求以及零件建模的流程、配置文件的參數(shù)設置等方面。
3.裝配標準
同零件建模標準一樣，國家標準GB/T26099.3-2010《機械產(chǎn)品三維建模通用規(guī)范——裝配建模部分》也有相應的規(guī)定。企業(yè)可以針對自己的情況進一步細化。例如，普通固定連接裝配的要求、運動裝配的要求、裝配基準的采用和裝配體零件表示的要求等。
4.工程圖標準
在工程圖繪制上，三維產(chǎn)品設計雖然能夠給工程師帶來很大的方便，但在視圖圖形表達上與原有的二維制圖國家標準有著不少的差異，尤其是簡化表示上，例如齒輪的表達（圖1）和軸承的表達（圖2）。
圖1 齒輪的表達
圖2 軸承的表達
還有一些圖型需要進一步處理，否則會影響到視圖的閱讀和理解。例如：鑄造圓角、鋼板扳邊圓角、槽鋼和角鋼的過濾圓角都必須加以處理（圖3）。
圖3 圓角的進一步處理
國家標準GB/T26099.4-2010《機械產(chǎn)品三維建模通用規(guī)范——模型投影工程圖部分》中對圖樣構(gòu)成、圖面布局和圖樣簡化也做了一些原則性的規(guī)定。在圖樣基礎要求中對圖幅、圖框與標題欄、比例、字體和圖線則有著相對具體的要求，企業(yè)可以完全遵照此規(guī)定執(zhí)行。在視圖中對各類視圖的要求則延續(xù)原國家制圖標準的規(guī)定，只是在一些細節(jié)上略有改變。
除了國家標準規(guī)定的之外，依據(jù)企業(yè)的實際情況，結(jié)合企業(yè)的三維設計基礎數(shù)據(jù)庫，可以再進一步細化規(guī)定。例如：在圖中的圖形表達方面、結(jié)合件圖的焊縫表達方面、部件圖/組件圖/總裝配圖和外供圖的表達方面、圖形尺寸的標注方面以及在圖形文字注釋表述方面等都可以有企業(yè)自己詳細的規(guī)定。
三、針對三維設計的管理標準及規(guī)范的建立
三維標準體系的建立，不僅需要相應建模及圖形表達的要求就可以，還需要企業(yè)針對三維設計制定一系列的管理制度和規(guī)范。以指導和規(guī)范化產(chǎn)品設計，便于標準化管理和信息化管理（表2）。
表2 企業(yè)針對三維設計制定一系列的管理制度和規(guī)范
四、結(jié)語
一個企業(yè)的標準體系建立是一個長期、長效的過程，對企業(yè)將會產(chǎn)生長遠的影響，一個科學、嚴謹且運行良好的標準體系，會為企業(yè)的發(fā)展帶來不可估量的好處。同時，標準體系的建立也是一個漸近的、不斷完善的過程，它需要企業(yè)針對自己的實際情況，在不同時期、不同階段做出不同的改進和修改，以服務企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動，推動企業(yè)的發(fā)展。
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本文標題：淺談企業(yè)三維設計標準體系的建立
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