喬立紅，工學(xué)博士，教授，博士生導(dǎo)師�，F(xiàn)任北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院工業(yè)與制造系統(tǒng)工程系系主任，并擔(dān)任中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)生產(chǎn)工程分會(huì)和成組技術(shù)分會(huì)委員。分別于1982、1986和1999年在北京理工大學(xué)及北京航空航天大學(xué)獲本科、碩士和博士學(xué)位。1986年起在北航任教。曾在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院（NIST）客座研究，在美國(guó)衣阿華大學(xué)訪問(wèn)進(jìn)修，并先后多次在美國(guó)及法國(guó)的多所大學(xué)合作研究。研究領(lǐng)域?yàn)楫a(chǎn)品開(kāi)發(fā)工程、產(chǎn)品全生命周期管理、數(shù)字化制造及信息集成等。  

北京航空航天大學(xué) 喬立紅教授

    1.很多企業(yè)都應(yīng)用了三維設(shè)計(jì)軟件，但是應(yīng)用層次差異很大，您認(rèn)為企業(yè)應(yīng)當(dāng)采取哪些舉措，使三維設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用取得實(shí)效？

    從以往接觸的企業(yè)來(lái)看，我覺(jué)得企業(yè)三維CAD應(yīng)用層次的差異，除了技術(shù)上缺乏相應(yīng)的措施來(lái)保障外，管理也是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題。促進(jìn)三維CAD的應(yīng)用不只是設(shè)計(jì)部門或工程師本身的問(wèn)題，而應(yīng)該上升到企業(yè)的層面，企業(yè)是否把三維CAD的應(yīng)用作為一個(gè)戰(zhàn)略來(lái)關(guān)注，如何應(yīng)用三維技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)品的研發(fā)，提高企業(yè)的技術(shù)水平，提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，而不僅僅是人云亦云或者應(yīng)上游企業(yè)的要求。這是企業(yè)在管理層面需要具備的認(rèn)識(shí)。

    如何使應(yīng)用真正落到實(shí)處呢？企業(yè)可以考慮將三維軟件的應(yīng)用與績(jī)效考核掛鉤，即針對(duì)軟件的使用者（設(shè)計(jì)人員、工藝人員等）設(shè)定一些獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制以促進(jìn)技術(shù)人員對(duì)三維設(shè)計(jì)工具應(yīng)用的重視度。很多企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)表明，將三維CAD的應(yīng)用與績(jī)效考核相對(duì)應(yīng)是比較行之有效的策略。對(duì)于習(xí)慣了使用二維的工程師來(lái)說(shuō)，在剛接觸三維CAD時(shí)，會(huì)由于不熟練或習(xí)慣問(wèn)題而產(chǎn)生一種排斥心理。因此，企業(yè)在三維CAD推廣初期應(yīng)該經(jīng)常舉辦技術(shù)培訓(xùn)講座，加強(qiáng)工程師對(duì)軟件應(yīng)用能力，使其掌握必要的應(yīng)用技巧，這樣在工作中可以達(dá)到事半功倍的效果。三維應(yīng)用在技術(shù)上還有一個(gè)體現(xiàn)，即特征概念的推廣和應(yīng)用�，F(xiàn)在比較流行的MBD （Model Based Definition，MBD）-基于模型的數(shù)字化定義技術(shù)，它是一個(gè)用集成的三維實(shí)體模型來(lái)完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息的方法體，詳細(xì)規(guī)定了三維實(shí)體模型中的產(chǎn)品尺寸、公差的標(biāo)注規(guī)則和工藝信息的表達(dá)方法。借助于三維設(shè)計(jì)工具這個(gè)載體普及和應(yīng)用特征、MBD等一些核心技術(shù)，體現(xiàn)面向制造、面向全生命周期的設(shè)計(jì)觀念，使設(shè)計(jì)人員認(rèn)識(shí)到應(yīng)用三維CAD不僅僅是借助這個(gè)工具軟件來(lái)建立模型，更是一個(gè)從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到制造直至最終報(bào)廢的這個(gè)系統(tǒng)性工程中最原始也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，這對(duì)于企業(yè)提高三維應(yīng)用層次，是很重要的。

    2.企業(yè)全三維應(yīng)用進(jìn)展緩慢，您覺(jué)得制約因素有哪些呢？據(jù)您了解，有沒(méi)有可以借鑒的模式？

    基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改等新功能，使一般的三維模型不僅提供了二維圖紙所不具備的詳細(xì)形狀信息，而且能夠通過(guò)添加三維方式的注釋提示、注釋與形狀的數(shù)字連接的功能提供尺寸、公差、表面粗糙度等部分幾何工藝信息。然而，一般的三維模型數(shù)據(jù)卻無(wú)法表達(dá)表面粗糙度、表面處理方法、熱處理方法、材質(zhì)、結(jié)合方式、間隙的設(shè)置、連接范圍、潤(rùn)滑油涂刷范圍、顏色、要求符合的規(guī)格與標(biāo)準(zhǔn)等僅靠形狀而無(wú)法表達(dá)的非幾何信息。另外，基于注釋的形狀提示、關(guān)鍵部位的放大圖和剖面圖等能夠更為靈活而合理地傳達(dá)設(shè)計(jì)意圖的手段也存在不足，因此，目前大部分企業(yè)采用的是“3D模型+二維圖紙”的方式定義產(chǎn)品信息，這是導(dǎo)致企業(yè)全三維應(yīng)用進(jìn)展緩慢的重要原因。

    在全三維應(yīng)用方面，波音公司推行的基于模型的數(shù)字化定義技術(shù)體系取得了成功，它目前已成為在航空業(yè)普遍認(rèn)同的解決數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造的先進(jìn)技術(shù)。MBD將設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、管理信息融為一體，推動(dòng)三維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)制造一體化轉(zhuǎn)變，在MBD體系中，數(shù)據(jù)集以三維模型為核心，集成了完整的產(chǎn)品數(shù)字化定義信息，保證研發(fā)數(shù)據(jù)流的完整和流暢；MBD改變傳統(tǒng)紙質(zhì)介質(zhì)的產(chǎn)品定義表述模式，方便對(duì)研發(fā)數(shù)據(jù)的管理，減少因紙質(zhì)實(shí)物系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)脫節(jié)而造成的重復(fù)性勞動(dòng)；MBD技術(shù)體系使使用者能夠更加直觀、準(zhǔn)確地獲取生產(chǎn)檢驗(yàn)的信息；同時(shí)，MBD支持并行工程，MBD的技術(shù)體系中的數(shù)據(jù)集內(nèi)容包含設(shè)計(jì)、工藝、制造、檢驗(yàn)等各部門的信息，在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和研制管理體系的控制下，各職能人員可以共同在一個(gè)未完成的產(chǎn)品模型上協(xié)同工作。因此，我認(rèn)為，MBD是一種很好的全三維應(yīng)用模式。但是，所處的行業(yè)不同，需要面臨和解決的問(wèn)題也不同，因此，不同的行業(yè)需要結(jié)合自身行業(yè)的特點(diǎn)來(lái)考慮，可以在參考MBD規(guī)范的基礎(chǔ)上制定適合企業(yè)自身業(yè)務(wù)的規(guī)范，通過(guò)實(shí)踐和研究尋找適合自己的應(yīng)用模式。

    3.對(duì)于很多企業(yè)應(yīng)用三維CAD后比較棘手的問(wèn)題，與二維文檔的交互、對(duì)原有的二維技術(shù)文檔的借用等，從而造成的二三維應(yīng)用脫節(jié)，您有什么好的建議？

    企業(yè)在應(yīng)用三維CAD后，的確會(huì)存在對(duì)原有二維文檔借用等方面的問(wèn)題，這就涉及到思想轉(zhuǎn)變的問(wèn)題。在由二維CAD 向三維CAD 轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，企業(yè)可以優(yōu)先對(duì)重要的二維圖紙進(jìn)行三維化，由設(shè)計(jì)骨干牽頭,對(duì)歸檔圖紙歸類分析, 盡可能將設(shè)計(jì)中典型設(shè)備, 典型結(jié)構(gòu), 典型零部件抽取出來(lái),對(duì)它們進(jìn)研究、建模、參數(shù)化、變量處理, 遵循MBD規(guī)范，重建其三維模型。這些工作越早進(jìn)行，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)就越有利。

    企業(yè)一旦確定了使用三維CAD，在二維和三維設(shè)計(jì)并存的情況下，可以從新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)全面使用三維CAD，并對(duì)之前的二維圖紙三維化，如果開(kāi)始的越晚，二維圖紙積累的越多，將來(lái)遷移就會(huì)越困難。因此，當(dāng)前工作的全三維化、對(duì)過(guò)去二維圖紙的逐步三維化、建立三維零部件庫(kù)（支撐數(shù)據(jù)庫(kù)），是企業(yè)應(yīng)用三維CAD必須要經(jīng)歷的過(guò)程。這些工作一旦走上正軌，三維設(shè)計(jì)的工作效率就會(huì)大大地提升。

    當(dāng)然，三維CAD軟件只是一個(gè)工具型的軟件，如何對(duì)企業(yè)積累的產(chǎn)品技術(shù)文檔、與產(chǎn)品相關(guān)的信息（包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限信息等）和與產(chǎn)品相關(guān)的過(guò)程（包括過(guò)程定義和管理）進(jìn)行管理，這都需要企業(yè)規(guī)劃和研究，還需要借助產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)PDM，它在實(shí)現(xiàn)企業(yè)的信息集成、提高企業(yè)的管理水平及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率等方面能提供重要的支撐。目前，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)都實(shí)施了PDM系統(tǒng)，而且應(yīng)用的效果也非常好。

    4.您認(rèn)為，企業(yè)需要從哪些方面入手來(lái)推進(jìn)全三維的應(yīng)用？

    我認(rèn)為，企業(yè)進(jìn)入全三維應(yīng)用，是這樣的一種狀態(tài)：第一，在許多情況下二維圖紙不再是設(shè)計(jì)制造過(guò)程所必需的文件；第二，以三維模型為載體的產(chǎn)品信息作為技術(shù)交流和信息傳遞的主要方式。

    如果在過(guò)渡時(shí)期，由于與其他環(huán)節(jié)銜接的需要，可以直接通過(guò)三維模型生成二維圖紙，這樣的過(guò)渡只是因?yàn)樵谥圃祀A段，目前國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)依舊是依賴二維工程圖來(lái)指導(dǎo)車間的生產(chǎn)。同時(shí)，在目前的企業(yè)的三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)思想大多還是停留在原來(lái)二維的模式，沒(méi)有從思想上跟上三維應(yīng)用的步伐，導(dǎo)致在應(yīng)用了三維CAD后，與制造相關(guān)信息的缺失，三維設(shè)計(jì)模型難以直接應(yīng)用于工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造。這也正是MBD要解決的問(wèn)題。

    在推進(jìn)全三維應(yīng)用的問(wèn)題上，建立三維設(shè)計(jì)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范是企業(yè)首先需要研究和考慮的問(wèn)題。目前的二維制圖標(biāo)準(zhǔn)中存在的一些規(guī)定無(wú)法適用于三維投影，例如螺紋的畫法、圖線的規(guī)定以及上下偏差標(biāo)注等，導(dǎo)致使用上的不便和無(wú)法通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化審查，迫切需要進(jìn)行更改；由于三維環(huán)境下是立體的，角度、位置的表示更為豐富，實(shí)體與實(shí)體的關(guān)聯(lián)表示更為直觀和復(fù)雜，因此，原有的一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定過(guò)于粗放，存在著很大的不確定性和模糊性，例如，公差標(biāo)注的位置及引出方式、基準(zhǔn)體系、基準(zhǔn)標(biāo)識(shí)方式、三維環(huán)境下標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)/幾何要素/對(duì)稱結(jié)構(gòu)/典型結(jié)構(gòu)以及草圖等的簡(jiǎn)化方法等等，急需進(jìn)行補(bǔ)充和細(xì)化；三維模型的比例、精度、關(guān)聯(lián)關(guān)系、建模質(zhì)量要求相比二維制圖是全新標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容，需要盡快研究制訂；與CAE/CAM/NC/PDM、CAQ、CAI以及ERP等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與集成，要求對(duì)修訂、注釋、部件表、測(cè)試要求、材料說(shuō)明、工藝等等非幾何信息進(jìn)行更詳盡的描述、更嚴(yán)格的控制和自動(dòng)處理，這都是現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法滿足的，需要研究制訂新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范……

    因此，企業(yè)可以從以下兩個(gè)方面來(lái)考慮標(biāo)準(zhǔn)的制定：在三維CAD應(yīng)用技術(shù)方面，企業(yè)可以著手研究制訂統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如統(tǒng)一規(guī)定術(shù)語(yǔ)、數(shù)據(jù)集模型、三維標(biāo)注的方式、簡(jiǎn)化表示法等；從三維CAD軟件實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面，制訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如提供中性機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)接口以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的兼容與共享（STEP標(biāo)準(zhǔn)）等。

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