三維設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)前裝備制造企業(yè)的主要設(shè)計(jì)手段，區(qū)別于傳統(tǒng)的二維CAD設(shè)計(jì)，在應(yīng)用三維軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，工程師具有了更多的方法和途徑實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。但相對(duì)于成熟完善的二維設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，三維設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的缺少和不完備，在給設(shè)計(jì)工程師提供更多自由的同時(shí)，也給企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化管理工作帶來(lái)了不小的麻煩，更為重要的是，對(duì)企業(yè)的PDM/CAPP/ERP產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息化工作也帶來(lái)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T26099-2010《機(jī)械產(chǎn)品三維建模通用規(guī)則》已經(jīng)出臺(tái)，但具體到企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)管理情況，則會(huì)有許多的問(wèn)題難以解決。恒天重工股份有限公司于2002年開(kāi)始使用Pro/ENGINEER進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在10年的應(yīng)用過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了諸多的問(wèn)題，并積極地探索解決途徑，通過(guò)不斷地摸索、實(shí)踐，用了近6年時(shí)間建立了企業(yè)的三維標(biāo)準(zhǔn)化體系。通過(guò)公司的生產(chǎn)實(shí)踐證明，討論并建立符合企業(yè)實(shí)際的三維標(biāo)準(zhǔn)體系能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)諸多的好處。要建立企業(yè)的三維標(biāo)準(zhǔn)體系，就需要考慮以下幾個(gè)方面。

一、三維設(shè)計(jì)環(huán)境的搭建

    傳統(tǒng)的二維CAD設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)境沒(méi)有更多的要求，一臺(tái)安裝有繪圖軟件的計(jì)算機(jī)就能夠讓設(shè)計(jì)師完成他的設(shè)計(jì)工作。而三維設(shè)計(jì)則對(duì)企業(yè)的設(shè)計(jì)環(huán)境具有較高的要求，不論是計(jì)算機(jī)配置，還是企業(yè)網(wǎng)絡(luò)架設(shè)，都對(duì)工程師設(shè)計(jì)工作的流暢開(kāi)展有著較大的影響。其次，工程師在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中用到的各類(lèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是否完備也對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期和其后的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理有著較大的影響。通過(guò)多年實(shí)踐，，筆者認(rèn)為企業(yè)在推廣三維設(shè)計(jì)之初需要針對(duì)三維設(shè)計(jì)環(huán)境考慮以下幾個(gè)方面。

    1.基于三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的信息化管理平臺(tái)搭建

    不管是單一的PDM還是全流程的PLM，在對(duì)原有的二維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理時(shí)，都能夠較好地實(shí)現(xiàn)無(wú)差別、無(wú)遺漏地管理和傳遞。使用三維設(shè)計(jì)后，產(chǎn)品數(shù)據(jù)格式和文件類(lèi)型都發(fā)生了較大的變化，需要對(duì)原有針對(duì)二維產(chǎn)品數(shù)據(jù)的信息化管理平臺(tái)進(jìn)行升級(jí)。PDM在進(jìn)行二維設(shè)計(jì)圖樣管理時(shí)，只負(fù)責(zé)文件的名稱(chēng)及屬性，不涉及文件的內(nèi)容，而三維設(shè)計(jì)則不同，由于布局及骨架的使用，每個(gè)零件之間都有一定的關(guān)聯(lián)，不同的文件版本會(huì)影響到整個(gè)產(chǎn)品的打開(kāi)和使用。版本間的改動(dòng)會(huì)造成整個(gè)產(chǎn)品的改動(dòng)，哪怕是一個(gè)基準(zhǔn)面名稱(chēng)的改變。所以說(shuō)，企業(yè)要想用好三維設(shè)計(jì)，首先就是要結(jié)合企業(yè)的信息化系統(tǒng)，建立相應(yīng)的環(huán)境，完成一系列的基礎(chǔ)工作，實(shí)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)

    在產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)過(guò)程中，基于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化管理的考慮，會(huì)使用到大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。例如：統(tǒng)一的零部件模板/工程圖模板、完善的各類(lèi)常用標(biāo)準(zhǔn)件、常用的通用件/外購(gòu)件、符合企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的材質(zhì)庫(kù)以及企業(yè)常用的各類(lèi)符號(hào)庫(kù)等。這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，不僅能夠較好地實(shí)現(xiàn)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化管理，同時(shí)還大大簡(jiǎn)化和提高了工程師在設(shè)計(jì)過(guò)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(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的幾個(gè)方面。

    表1 三維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)

    3.建立三維并行設(shè)計(jì)平臺(tái)

    三維設(shè)計(jì)最明顯的優(yōu)勢(shì)在于所見(jiàn)即所得，另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的資源共享和并行設(shè)計(jì)，三維并行設(shè)計(jì)平臺(tái)的搭建是利用和發(fā)揮這一優(yōu)勢(shì)的重要手段。并行設(shè)計(jì)中目前常用的就是自頂向下設(shè)計(jì)方法，也即在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，針對(duì)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)方式、主要參數(shù)及參數(shù)間的關(guān)系，形成設(shè)計(jì)的總體方案。然后在此基礎(chǔ)上分解設(shè)計(jì)目標(biāo)給分系統(tǒng)具體實(shí)施，分系統(tǒng)從上級(jí)系統(tǒng)獲得某些關(guān)鍵尺寸和定位基準(zhǔn)，并在上級(jí)系統(tǒng)確定的邊界內(nèi)開(kāi)展設(shè)計(jì)。最終完成總體性能最優(yōu)的設(shè)計(jì)，并能在以后的產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)高效、快速的參數(shù)化設(shè)計(jì)。

    利用這種三維并行設(shè)計(jì)平臺(tái)上的自頂向下設(shè)計(jì)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人可以清晰明了地掌握產(chǎn)品各部分的設(shè)計(jì)進(jìn)度和設(shè)計(jì)結(jié)果，并實(shí)時(shí)對(duì)其中的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的正確性。

二、三維設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的建立

    三維設(shè)計(jì)環(huán)境的搭建給三維設(shè)計(jì)提供了良好的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和環(huán)境，但鑒于三維設(shè)計(jì)手段的多樣性，在模型建立時(shí)不同的人會(huì)有多種不同的方法。例如：同樣是一個(gè)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(gè)結(jié)果，但在布局及骨架模型的發(fā)布和接收使用上會(huì)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(biāo)注等方面也會(huì)有不同的處理方式。所以，針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)各流程中各環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)制訂是十分必要的。

    1.產(chǎn)品總布局及骨架模型標(biāo)準(zhǔn)

    產(chǎn)品總布局及骨架模型是整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的龍頭和靈魂，直接關(guān)系和控制著產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最終形態(tài)，從某種意義上說(shuō)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成功與否、設(shè)計(jì)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(gè)產(chǎn)品的核心技術(shù)要點(diǎn)。在參數(shù)的提煉上，需要由企業(yè)的相關(guān)專(zhuān)家進(jìn)行設(shè)定，這些參數(shù)要契合市場(chǎng)的要求和發(fā)展趨勢(shì)，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(lèi)產(chǎn)品今后一段時(shí)間內(nèi)系列化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

    骨架模型簡(jiǎn)單地可以說(shuō)是產(chǎn)品的三維布局，通過(guò)點(diǎn)、線(xiàn)、面、基準(zhǔn)、坐標(biāo)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(chǔ)。當(dāng)然，這一過(guò)程依賴(lài)于骨架模型中幾何元素的發(fā)布和復(fù)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(shí)際，制訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)的正確性和可發(fā)展性。

    2.建模標(biāo)準(zhǔn)

    產(chǎn)品建模是三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)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(shè)計(jì)、工程圖的投影和尺寸標(biāo)注等，甚至產(chǎn)品數(shù)據(jù)錄入信息化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)后的管理等，所以建模標(biāo)準(zhǔn)是企業(yè)三維標(biāo)準(zhǔn)中必不可少的一項(xiàng)。

    在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T26099.2-2010《機(jī)械產(chǎn)品三維建模通用規(guī)范——零件建模部分》中也有相應(yīng)的要求。當(dāng)然，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的各項(xiàng)都較為寬松和簡(jiǎn)化，以適應(yīng)不同企業(yè)的不同需求，企業(yè)可以根據(jù)自己的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，進(jìn)一步細(xì)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(gòu)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(shè)置等方面。

    3.裝配標(biāo)準(zhǔn)

    同零件建模標(biāo)準(zhǔn)一樣，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T26099.3-2010《機(jī)械產(chǎn)品三維建模通用規(guī)范——裝配建模部分》也有相應(yīng)的規(guī)定。企業(yè)可以針對(duì)自己的情況進(jìn)一步細(xì)化。例如，普通固定連接裝配的要求、運(yùn)動(dòng)裝配的要求、裝配基準(zhǔn)的采用和裝配體零件表示的要求等。

    4.工程圖標(biāo)準(zhǔn)

    在工程圖繪制上，三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)雖然能夠給工程師帶來(lái)很大的方便，但在視圖圖形表達(dá)上與原有的二維制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有著不少的差異，尤其是簡(jiǎn)化表示上，例如齒輪的表達(dá)（圖1）和軸承的表達(dá)（圖2）。

    圖1 齒輪的表達(dá)

    圖2 軸承的表達(dá)

    還有一些圖型需要進(jìn)一步處理，否則會(huì)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(guò)濾圓角都必須加以處理（圖3）。

    圖3 圓角的進(jìn)一步處理

    國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T26099.4-2010《機(jī)械產(chǎn)品三維建模通用規(guī)范——模型投影工程圖部分》中對(duì)圖樣構(gòu)成、圖面布局和圖樣簡(jiǎn)化也做了一些原則性的規(guī)定。在圖樣基礎(chǔ)要求中對(duì)圖幅、圖框與標(biāo)題欄、比例、字體和圖線(xiàn)則有著相對(duì)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(duì)各類(lèi)視圖的要求則延續(xù)原國(guó)家制圖標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，只是在一些細(xì)節(jié)上略有改變。

    除了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的之外，依據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況，結(jié)合企業(yè)的三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以再進(jìn)一步細(xì)化規(guī)定。例如：在圖中的圖形表達(dá)方面、結(jié)合件圖的焊縫表達(dá)方面、部件圖/組件圖/總裝配圖和外供圖的表達(dá)方面、圖形尺寸的標(biāo)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(xì)的規(guī)定。

三、針對(duì)三維設(shè)計(jì)的管理標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的建立

    三維標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，不僅需要相應(yīng)建模及圖形表達(dá)的要求就可以，還需要企業(yè)針對(duì)三維設(shè)計(jì)制定一系列的管理制度和規(guī)范。以指導(dǎo)和規(guī)范化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，便于標(biāo)準(zhǔn)化管理和信息化管理（表2）。

    表2 企業(yè)針對(duì)三維設(shè)計(jì)制定一系列的管理制度和規(guī)范

四、結(jié)語(yǔ)

    一個(gè)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)體系建立是一個(gè)長(zhǎng)期、長(zhǎng)效的過(guò)程，對(duì)企業(yè)將會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響，一個(gè)科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)且運(yùn)行良好的標(biāo)準(zhǔn)體系，會(huì)為企業(yè)的發(fā)展帶來(lái)不可估量的好處。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)體系的建立也是一個(gè)漸近的、不斷完善的過(guò)程，它需要企業(yè)針對(duì)自己的實(shí)際情況，在不同時(shí)期、不同階段做出不同的改進(jìn)和修改，以服務(wù)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，推動(dòng)企業(yè)的發(fā)展。

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本文標(biāo)題：淺談企業(yè)三維設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立

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