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浅谈制造业3D设计平台建立方法
本文TAG:3D  3D设计平台        2009/5/2
作者:王毅  出处:CAENET  阅读:3562  推荐:0
本文分三个阶段具体介绍了3D设计平台构建,包括对设计思维的变化、设计习惯、软硬件平台、企业环境等因素。并说明了3D设计平台的构建过程是不可能一蹴而就的,企业要有耐心,工程设计人员要有自信心和进取心,方能真正的从3D平台中获益。
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随着社会的发展和计算机软硬件的突飞猛进,机械设计领域的设计工具也在飞速的发展,从2000年开始,国内的制造业的设计系统就开始逐步的转换到3D时代;现在大部分企业都或多或少的在应用3D设计软件,如PRO/E、NX(UG)、CATIA等高端平台的设计软件,SolidWorks、Invertor、Solidedge等中端平台的设计软件都在不同的领域有这丰富的用户群,3D设计软件的应用领域也有大型、军企等往中小型民营企业推进。

    现在中小型民营制造业企业的设计特点是:

    1:产品的品种相对单一、但必须满足客户的细节要求,也就是说在细节上又有很多不一样的地方,变种很多;

    2:模具、工装基本由本企业的人员设计开发,模具的开发难度不大,大部分都是模仿性或者重复性的设计,原创性设计很少;

    3:有大量的二维图纸,大部分设计人员对3D软件的应用经验较少;

    4:设计部门的领导层对3D设计软件的作用和特点缺乏了解。

    以上特点就决定了在企业推广应用3D设计软件的过程中,会出现很多问题,诸如:“3D的设计软件不如2D的好用”、或者“我用2维的能够进行更快速的设计”等等,有工程设计人员的抵触情绪也有领导层的种种误解。总的来说还是因为对3D设计的特点、作用缺乏了解所致。

    3D软件的设计优点在这里就不一一重复的了,介绍性的资料很多,诸如:可视化、关联设计、干涉检查等等,有许多2D设计没法比拟的优点,但为什么许多企业在推广3D过程中遇到哪么多的问题?导致进度缓慢?企业该如何去正确的推广3D的设计平台?

一 3D设计平台构建的过程:


 

 

    笔者总结的3D设计搭建的3D设计平台的基本过程如下,分三步走:

    3D设计平台比2D的设计平台要复杂的多,因为2D和手工的绘制习惯没有本质的区别,所以使用人员只需要熟悉设计工具即可。而3D的设计平台的导入就复杂的多,这里除了使用设计思维的变化、设计习惯等问题,还有软硬件平台、企业环境等额外因素。所以真正意义上的设计平台是不可能一步就能完成的,需要逐步的导入和建立。

第一阶段:3D设计的导入阶段
1.1 评估需求:
    在上3D平台前的评估十分重要,有没有必要上?上了有那些优点?能给企业带来那些效益?目前推广可能存在的问题?(人员素质、资金、领导层的认识等)。

1.2 软件的选型:
    现在的3D设计软件很多,有高端的,有中端的,需要根据企业的设计特点和内外部环境以及企业的实力进行选择,起始时除非有经验丰富的人员评估,否则需要选择2~3款软件进行评估。

1.3 软件测试:
    这个环节,很多企业都忽略了,很多企业都是听别人说或者销售说,具有某某优点,满足某某需求等,就忽略了实际的测试过程,测试的人员需要至少进行3个月以上的应用,根据企业的设计特点和设计过程进行综合评估。

1.4 确定软件
    根据测试人员的测试数据和结果,对测试的产品进行评估。软件确认时的几个要点:

    A:能够满足企业的设计需求?

    B:是否易学易用?

    C:与相关的CAM、CAE、PDM/PLM,ERP等的配合是否有问题?

1.5 成立应用小组
    在选定软件后,由各设计部门抽调精英人员(学习能力强的,有上进心的人员)组成一个小的项目组进行软件的学习、测试及日常设计应用的大规模测试,将可能在应用过程中的问题点在这个时间段解决掉。

1.6 总结应用经验
    小组在测试完成后,保证在各个设计组的日常应用不存在重大的技术问题后,总结不同部门的应用特点和测试过程中的经验教训,评估软件的使用的问题点和优劣,将小组人员确定为种子用户,使其下面企业的大规模应用时各个设计组的“应用专家”同设计组内遇到的问题由种子用户负责解决。

1.7 企业的整体推广:
    在种子用户回到各个设计部门后,企业指定整体的教育培训计划,在3~6个月内将企业的设计平台转变到3D上。

第二阶段:效率提升阶段
    企业花费了这么多人力物力引进3D软件后,不是拿来炫耀的,而是应实实在在的见到成效,见到效益,否则就是“失败”3D设计的好处有很多,但是确往往降低了设计的效率,对计算机的硬件要求也比2D高,而且对应用人员的要求也高,企业无形中的支出成本会增加;企业又缺少规划和管理,还再用2D的经验去应用3D软件,往往会降低设计的效率,虽然可能会提高设计成功率降低设计失误。所以3D软件大规模应用后,就存在一个如何提高设计效率的问题。

2.1 基于3D特点的标准化的建立
    设计效率的提升离不开企业的标准化,没有标准化也就没有效率,所以如果企业没有标准化体系,首先第一步就要进行企业级标准化的建立,而且是基于3D特点和计算机设计与管理特点的标准化的建立,在这里我们就不详细的论述如何建立标准化了。

2.2 标准件库的建立
    有了标准化自然就有标准件,一般企业的标准件可以分为3类:

    A:国标件

    B:采购件(外企标准件,如MISUMI等)

    C:企业内标准件(企业自己的标准件)

2.3 设计库的建立
    根据各个设计组的设计特点,创建设计库,用过3D软件的人都知道,在创建单零件级别的零件时,熟练的画制图形也许2D和3D的时间不会相差很大,但是如果对现有图形进行修改,3D的优势就很明显,在设计意图不变的情况下,大部分的设计只需要更改参数(3D设计的尺寸驱动几何体技术)即可完成设计,BOM和工程图和刀路等都能实现自动变更,所以设计库就是基于以上特点进行建立。将有代表性的零件、装配体单独出来创建设计库,这样在设计类似的产品时,直接Copy模型进行修改,即可完成设计。

    设计库中的零件建模的思路要合理,并且尽可能多的应用方程式、约束、关联设计等要素,实现模型一定程度上的自动化,如更改一个尺寸后,相关的尺寸通过方程式、约束等自动变更。这些元素的应用,除了简化模型的更改设计,而且固化的大量的设计经验和设计公式在其中,降低了普通人员的设计难度和设计失误的发生。

2.4 设计库的应用
    设计库创建后,需要有专人进行维护,不要将普通的模型随便的“丢“进来,需要有专人对其进行优化和整理,最大程度满足模型的可读性、可被更改性和自动化。设计主管和领导也要监督普通的设计人员最大程度利用设计库进行设计,以提高设计效率和设计的标准化。

第三阶段:企业自己的3D设计平台
    第二阶段效率虽然有一定程度的提升,但是设计人员还是需要去读懂模型,需要去手动的修改尺寸,需要做很多不必要的重复性劳动,所以此时要想进一步的提高设计效率,就需要建立企业自己的3D设计平台。

3.1 总结设计库成果
    设计库的积累过程很重要,没有这个过程就需要去总结设计特点、设计经验有了设计库,此过程就比较简单了,将设计库中模型的更改元素抓出来,总结并归纳整理,为下一步企业系统的设计提供第一手的资料。

3.2 系统设计
    基于总结和整理的文档,设计系统的架构、界面等,这个需要系统设计人员的参与。

3.3 开发系统
    这个过程有两种方案:

    第一种是企业自己基于3D软件开发系统,优点是系统的界面会很直观,效率会高一些,缺点是,一旦程序开发好,更改就比较困难,而且需要专业的程序开发人员。

    第二种方法是使用现成的解决方案,直接定制就可以,如SolidWorks平台下的DriveWorks。通过这种软件,普通的设计人员就可以定制了,不需要专业的开发人员和开发工具,而且维护建议,操作简便,缺点是,界面可能不是很直观。

3.4 系统测试
    系统开发完毕后,有各个设计组的关键人员进行应用测试,及时解决出现的问题。

3.5 应用设计系统
    系统测试完成后,普通人员只需要输入设计参数,即可完成设计,最大程度上提高设计效率。

二 在实施过程中的注意事项:
1 正确认识需求和效益:

    设计部门的直属领导层要正确的认识企业的需求,认识3D设计平台的优点和给企业带来的好处,要综合考量整个设计开发流程在引入3D设计后能够给企业带来那些效益,如果本企业的设计特点决定使用3D设计没有效益或者效率很差,那就建议不上,不能够为了所谓的业绩或者“政绩工程”而上3D的设计平台。

2 推广过程不易太急

    经过综合考量后,认识到3D设计平台的优势,决定将设计推广到3D平台后,要加强宣导,培养种子用户,开始进行试点。之所以进行这一步,是为企业培养应用人才,现在大部分的3D软件商在实施软件导入时,都强调所谓的“一把手”工程(几乎所有的计算机系统的导入试试都强调“一把手”,这是种很不正常的现象),之所以强调一把手的作用,就在于企业没有经验丰富的应用人员,也没有统一认识,企业设计人员学习热情很差,思想上有抵触情绪;所以上3D平台应由点到线,由线到面,逐步推广。

3 根据本企业的设计特点和标准化,构建设计库和标准件库

    基于制造业的特点,设计过程基本为重复性设计,根据产品的类似程度,分类、总结、并利用3D软件的关联性、尺寸驱动几何体的优势,构建设计模板库,设计库可以是单零件级别的,也可以是部件或者总装级别的,需要根据企业的设计特点决定。设计库的构建过程是统一设计思路,集成设计经验的过程,3D模型的构建过程本身就是经验的一种积累,配合方程式、配置等功能及设计的标准化,大部份的零件就是更改几个参数就完成设计,而不是从头到尾的重新建模。要充分利用3D设计的“尺寸驱动几何体”技术(靠更改现有模型的参数完成设计),构建丰富的设计库,要把70%以上的设计纳入到设计库,使得大部分的设计过程中的重复性工作去除掉,提高设计的效率。

4 建立培训和沟通机制

    在刚开始使用3D软件的人员和熟练使用3D软件的人员,工作的效率是相差很大的,3D软件对使用人员的素质要求比2D要高很多,比如说:一个2D模型,所有人基本上都会画3视图,绘制的过程基本上不会有太大的区别(最多就是技巧性的区别),而3D的模型则要负责的所,构建模型是思路最重要,还有对各种工具的数量应用,同一零件不同特征的关联关系,以及不同零件的关联关系,零件的可更改性等等因素决定了即使一个同样的模型也会体现出绘制人员不同的素质。所以培训和沟通很重要,要定期的举办企业内部的学习交流活动,增强人员的应用素质,不要掖着藏着,不要掩盖问题,要勇于暴露自己的问题。要不断进取,自我改变。

    以上四点,简单的总结了在导入3D设计软件时,一些需要注意的地方,3D设计平台的构建过程是不可能一蹴而就的,企业要有耐心,工程设计人员要有自信心和进取心,方能真正的从3D平台中获益。

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