企業(yè)3D軟件的正確使用之道

2016-12-23 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在國內(nèi),企業(yè)非常注重技術(shù)的創(chuàng)新,不斷探索新技術(shù)帶來的效率提高,因此很多企業(yè)不惜重金,很早就開始嘗試使用3D軟件進行產(chǎn)品設(shè)計,從最開始的數(shù)十萬美金一套到現(xiàn)在的幾千人民幣一套,都有不少企業(yè)在嘗試,當(dāng)然他們也取得了一定的效果。但由于企業(yè)所在的行業(yè)不同,對3D的需求不盡相同,取得的效果也是天差地別。在航空、汽車行業(yè),由于產(chǎn)品復(fù)雜性及行業(yè)特定的需求,使用3D軟件獲得的效率明顯,生產(chǎn)效率明顯提高,但在其他行業(yè),如冶金、煤炭、小型企業(yè),雖然也在使用3D軟件,可獲得的效益就很有限,很多企業(yè)用3D,僅僅是擺擺樣子。

從他們使用的現(xiàn)狀來看,3D軟件僅是處于小規(guī)模的自發(fā)應(yīng)用范圍,企業(yè)其他大部分設(shè)計人員以及企業(yè)的設(shè)計規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)、信息交流、項目交付等方面仍然以二維的DWG為準(zhǔn),造成使用3D軟件的工程師變成了設(shè)計的孤島,而且三維設(shè)計與二維制圖使用不同的平臺,3D數(shù)據(jù)不能有效傳遞到2D圖紙,導(dǎo)致設(shè)計數(shù)據(jù)的不一致性,設(shè)計效率沒有得到應(yīng)有的提高,有些時候反而增加了工程師的負(fù)擔(dān),降低了設(shè)計效率,因此工程師很有抱怨。

1 當(dāng)前的3D設(shè)計狀態(tài)

那么這些設(shè)計現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在哪呢?

1)沒有3D的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前我們國家所有標(biāo)準(zhǔn)的制定都是在2D基礎(chǔ)上,還沒有一套完整的3D設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),工程師不知道如何來應(yīng)付,就造成了工程師用3D軟件設(shè)計出來的產(chǎn)品得不到認(rèn)可,必須要再換成2D的圖紙。工程師加班加點完成的3D模型,卻得不到承認(rèn),久而久之,工程師逐漸淡化了3D,還是覺得2D能解決所有的問題,3D僅僅是錦上添花的事情。

沒有3D的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)還體現(xiàn)在建模過程中。就是同一個零件,不同工程師的建模方法不一樣,造成設(shè)計修改比較困難,設(shè)計出來的3D模型只能自己用,別人不能用,數(shù)據(jù)重用性差,這也是阻礙三維發(fā)展的障礙之一。

2)信息交流也是2D的標(biāo)準(zhǔn)

企業(yè)之間的交流、部門之間的交流,還是基于原始的2D圖紙,3D只是在很有限的局部區(qū)域使用。大家拿到一個3D模型,不知道如何來判別這個模型是否是正確的?你必須把它轉(zhuǎn)成2D圖紙,標(biāo)上尺寸,再來判別。

企業(yè)的設(shè)計部門工程師創(chuàng)建出3D模型以后,可其它相關(guān)配套的部門并沒有使用3D軟件,導(dǎo)致必須要繪制出2D圖紙。另外,合作伙伴或者供應(yīng)商也只接收2D的施工圖,因此3D模型只是應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計階段的一個很小的環(huán)節(jié)里。

3)3D數(shù)據(jù)不能通用

3D軟件的發(fā)展沒有做到2D那么統(tǒng)一,2D的數(shù)據(jù)格式就是DWG和DXF,所有的2D圖紙,都能自由地打開閱讀,并且編輯修改。但對于3D軟件就不是這樣了,如西門子公司的Solid Edge和NX,以及其他一些常用的商用3D軟件,都同時在工程師中被使用,但這些軟件所產(chǎn)生的3D模型數(shù)據(jù)卻是不兼容的,有時候就造成同一個項目,不同工程師的設(shè)計數(shù)據(jù)卻得不到共享,工程師之間也無法進行交流。都堅持說自己用的軟件好,各自為政,但卻不知給產(chǎn)品設(shè)計埋下嚴(yán)重的隱患。

4)一款3D軟件不能通吃所有領(lǐng)域

實現(xiàn)無紙化生產(chǎn),是企業(yè)多年來的愿望和目標(biāo),但一直得不到實現(xiàn),絕大部分還需要2D圖紙來過渡,牽線搭橋。要命的是,3D和2D又是用了2個系統(tǒng),造成彼此的不關(guān)聯(lián),時間和精力就在這樣的環(huán)境下給耗盡了。在一個企業(yè)內(nèi)部,牽涉的專業(yè)廣,部門多,現(xiàn)在也做不到用一款3D軟件來貫穿所有的設(shè)計、分析、加工、管理、施工領(lǐng)域,因此必須是眾多軟件進行數(shù)據(jù)傳遞,協(xié)同設(shè)計。

另外,大家使用了多年的單一2D系統(tǒng),對它形成了一種依賴,再加上現(xiàn)在所有的3D軟件都在2D方面存在一些不足,以及受到2D制圖標(biāo)準(zhǔn)的約束,因此企業(yè)對用一款3D軟件實現(xiàn)二三維的一體化設(shè)計心存疑慮,工程師用3D軟件只用來創(chuàng)建3D模型,形成2D視圖后,后續(xù)的所有工作又轉(zhuǎn)到標(biāo)準(zhǔn)的2D環(huán)境了,導(dǎo)致3D與2D數(shù)據(jù)鏈斷裂,人為加重了工程師的負(fù)擔(dān)。

5)使用3D軟件存在障礙

所有的企業(yè)都經(jīng)歷過甩圖板工程。想當(dāng)初甩圖板還僅僅是從手工繪圖轉(zhuǎn)到計算機的電子繪圖,就“甩”了五、六年?，F(xiàn)在企業(yè)積累了數(shù)量相當(dāng)可觀的2D圖紙資料。在新產(chǎn)品設(shè)計過程中,很容易借用以前老的資料。特別是老工程師,他們積累的是2D圖紙,但學(xué)3D軟件又有點吃力,自然而然就對3D軟件有所抵觸。而3D軟件屬于新生事物,沒有歷史的積累,一切都要重新開始,學(xué)習(xí)3D軟件又要花費一定的時間,眾多因素集合在一起,使得大家對3D軟件多了一份抵觸,不是發(fā)自內(nèi)心地想用3D進行產(chǎn)品設(shè)計。沒有了這個動力,3D設(shè)計的推廣就會停滯不前。

另外,現(xiàn)在很多企業(yè)使用3D軟件進行3D建模,說穿了也僅僅是3D的造型,并沒有充分利用3D參數(shù)化的特點,導(dǎo)致修改起來相當(dāng)麻煩,一旦發(fā)生設(shè)計修改,有可能造成原有的3D模型要重新創(chuàng)建,所以很多工程師不敢多用3D設(shè)計,也有這方面的擔(dān)心。

6)領(lǐng)導(dǎo)重視的力度不夠

很多企業(yè)購買了3D軟件,讓工程師接受廠家培訓(xùn),就以為萬事大吉,工程師就能使用3D軟件為產(chǎn)品設(shè)計服務(wù)。但企業(yè)設(shè)計任務(wù)多,時間緊,使得工程師的時間相當(dāng)吃緊,因此工程師對3D軟件的學(xué)習(xí)和應(yīng)用就放到了次要地位,2D圖紙的快捷修改優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來,使得產(chǎn)品設(shè)計越來越多地依靠2D圖紙來實現(xiàn),而企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)為了生產(chǎn)的需要,也就放任這種現(xiàn)象的存在。

2 問題的根源

綜合上述現(xiàn)狀的六個方面,我們不難發(fā)現(xiàn),問題的根源在于現(xiàn)在的企業(yè)沒有適合3D的設(shè)計規(guī)范,沒有適合3D應(yīng)用的環(huán)境,沒有適合3D交流的平臺,沒有適合3D發(fā)展的措施。

“沒有3D的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”就是沒有適合3D的設(shè)計規(guī)范,工程師進行3D設(shè)計的時候沒有規(guī)章可循,設(shè)計出來的3D模型不能入庫,3D模型沒有納入項目交付物?！靶畔⒔涣饕彩?D的標(biāo)準(zhǔn)”就是沒有適合3D交流的平臺。至少要在企業(yè)內(nèi)部,制定基于3D的交流規(guī)范和平臺,提升3D模型的地位到與2D圖紙同等級。“3D數(shù)據(jù)不能通用”和“使用3D軟件存在障礙”就是沒有適合3D應(yīng)用的環(huán)境。企業(yè)必須要以一款能兼容其它所有3D格式的3D軟件為平臺,同時加強3D軟件的培訓(xùn)和技術(shù)交流,開展一些3D的基礎(chǔ)工作,營造出使用3D軟件的良好工作環(huán)境?！耙豢?D軟件不能通吃所有領(lǐng)域”和“領(lǐng)導(dǎo)重視的力度不夠”就是沒有適合3D發(fā)展的措施。既然一款3D軟件不能應(yīng)用到所有領(lǐng)域,那么就應(yīng)該找出適合在各個領(lǐng)域中應(yīng)用的軟件,然后規(guī)劃出之間的交流接口。通過領(lǐng)導(dǎo)層的政策引導(dǎo)以及必要的獎勵措施,促使3D設(shè)計沿著正確的方向前進。

找出問題的根源,我們就能以正確的方法來解決這些問題。

3 正確的解決方法

首先從企業(yè)問題的根基入手,為企業(yè)建立基于Solid Edge的三維設(shè)計規(guī)范以及2D圖紙的新標(biāo)準(zhǔn),并監(jiān)督執(zhí)行(解決問題1);運用JT、PMI的最新信息交流技術(shù),實現(xiàn)基于3D的數(shù)據(jù)交流和溝通,盡量減少對2D圖紙的依賴性(解決問題2);采用具有同步建模技術(shù)的Solid Edge實現(xiàn)3D數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和重利用(解決問題3,為何選用Solid Edge將在后面有詳細說明);制定企業(yè)內(nèi)部各部門之間的協(xié)同規(guī)范以及和外部接收方的交付物,盡可能簡化2D圖紙比例,加重3D數(shù)據(jù)的份量(解決問題4);與相關(guān)公司合作,創(chuàng)建基于Solid Edge的基礎(chǔ)庫,加強3D軟件的培訓(xùn)和技能提高,充分應(yīng)用參數(shù)化技術(shù)到產(chǎn)品設(shè)計中(解決問題5);領(lǐng)導(dǎo)層加大對3D的扶持力度,在企業(yè)的全范圍內(nèi),包括設(shè)計、工藝、制造、管理等所有部分,使用西門子公司的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件Teamcenter建立工程協(xié)同管理環(huán)境,使得所有相關(guān)人員在同一平臺環(huán)境下進行跨專業(yè)、跨平臺的協(xié)同設(shè)計(解決問題6)。

整個解決方法可以通過下圖形象地表達出來。

企業(yè)3D軟件的正確使用之道solidworks simulation應(yīng)用技術(shù)圖片1
圖1 西門子解決方案

1)三維應(yīng)用的根基就是設(shè)計規(guī)范

在國標(biāo)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化允許的范圍內(nèi),將企業(yè)所有相關(guān)環(huán)節(jié)的人召集在一起,特別是標(biāo)準(zhǔn)化部門,結(jié)合當(dāng)前2D的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),以及Solid Edge軟件的特點,制定出合理、有效的3D設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及2D圖紙標(biāo)準(zhǔn),將3D模型納入到企業(yè)管理環(huán)節(jié),視3D模型和2D圖紙具有同等的效用。規(guī)范制定以后,還必須定出具體可操作的監(jiān)控程序,幫助工程師有效地實施這套規(guī)范。

企業(yè)3D軟件的正確使用之道solidworks simulation應(yīng)用技術(shù)圖片2
圖2 設(shè)計規(guī)范

規(guī)范的重點還在于必須將3D建模和2D圖紙在同一環(huán)境下實現(xiàn),即達到二三維的一體化設(shè)計,實現(xiàn)3D與2D的數(shù)據(jù)聯(lián)動。企業(yè)要承認(rèn)SolidEdge的2D圖紙格式DFT與目前通用的DWG具有同等地位,并且只有在與其他專業(yè)發(fā)生數(shù)據(jù)傳遞的時候才導(dǎo)成DWG格式,其他時間全部采用DFT的格式,這樣在保證信息交流通暢的前提下,還實現(xiàn)了3D與2D設(shè)計數(shù)據(jù)的聯(lián)動和關(guān)聯(lián)。

規(guī)范還必須要包含基于3D的信息交流標(biāo)準(zhǔn)。由于PMI能將2D圖紙的信息直接標(biāo)注在3D模型上,這樣只要有3D模型,就能顯示以前在2D圖紙上才能表達的信息,信息交流、項目評審等相關(guān)環(huán)節(jié),就應(yīng)該采用基于PMI的3D模型,直觀的3D表示能大幅度減少交流錯誤的產(chǎn)生,并減輕創(chuàng)建2D圖紙的壓力,提高整體的設(shè)計效率。

規(guī)范還要包含3D的入庫標(biāo)準(zhǔn),使得3D數(shù)據(jù)也能像2D圖紙一樣歸納入庫,為今后新產(chǎn)品的設(shè)計創(chuàng)建有效的資源積累。

在條件許可的情況下,可以采用西門子的TeamcentercPDM管理系統(tǒng),解決產(chǎn)品設(shè)計過程中的版本管理、權(quán)限控制、流程管理、可視化協(xié)同。下圖是在Teamcenter 環(huán)境下的3D設(shè)計典型流程標(biāo)準(zhǔn)。

2)帶有同步技術(shù)的Solid Edge統(tǒng)一3D平臺

SolidEdge具有的同步建模技術(shù)是CAD的第五次技術(shù)革命,它能統(tǒng)一、編輯修改、重用所有3D軟件的數(shù)據(jù),是今后3D技術(shù)的發(fā)展方向。不管企業(yè)當(dāng)前使用何種3D數(shù)據(jù),我們都可以創(chuàng)建以Solid Edge為基礎(chǔ)平臺的企業(yè)3D設(shè)計架構(gòu),用Solid Edge來繼承以前的3D數(shù)據(jù)。

同步技術(shù)克服了當(dāng)前基于歷史特征建模的種種弊病,可以大幅度提高設(shè)計效率,讓每個工程師都能方便、快速地進行產(chǎn)品設(shè)計。另外,同步技術(shù)還能編輯修改、重用異種CAD的數(shù)據(jù),使得企業(yè)的3D設(shè)計可以在借鑒前人的設(shè)計基礎(chǔ)上得到快速的提高,從而提高整個產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和效率。

企業(yè)3D軟件的正確使用之道solidworks simulation應(yīng)用技術(shù)圖片3
圖3 同步技術(shù)的Solid Edge統(tǒng)一3D平臺

基于Solid Edge這個平臺,我們就能倡導(dǎo)工程師進行變量化的產(chǎn)品設(shè)計,讓3D模型不再是積木式的固定模型,而是根據(jù)設(shè)計條件的變化,3D模型能隨之發(fā)生變化,做到快速、準(zhǔn)確地反應(yīng)設(shè)計需求,減輕工程師的設(shè)計負(fù)擔(dān)。

內(nèi)嵌于Solid Edge的有限元仿真工具,將世界上頂級的解算器NX Nastran包含其中,使得工程師在交付設(shè)計成果的時候,都能夠?qū)λO(shè)計的產(chǎn)品進行有限元仿真,真正做到無缺陷化的產(chǎn)品設(shè)計,大幅度減少設(shè)計成本,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

對外交流則采用含有PMI信息的JT格式,這樣既保護了企業(yè)的知識產(chǎn)權(quán),又達到直觀表達設(shè)計內(nèi)容。如果后端加工部門使用NX系統(tǒng)的話,這些PMI信息還能直接導(dǎo)入到NX環(huán)境下,真正做到設(shè)計信息平滑傳遞到后端的加工環(huán)節(jié)。

3)營造適合3D的設(shè)計環(huán)境

企業(yè)前期沒有真正用好3D軟件,問題之一在于沒有一個良好的3D設(shè)計環(huán)境,所有的工作都要每個工程師自己去做。那么我們現(xiàn)在就要去營造適合3D的設(shè)計環(huán)境,讓工程師在一個搭建好的3D基礎(chǔ)上再去進行產(chǎn)品設(shè)計,就會得到事半功倍的效果。

除了前面講過的3D設(shè)計規(guī)范,我們還必須創(chuàng)建可用的3D標(biāo)準(zhǔn)件庫、定制適合設(shè)計的Solid Edge模板、以及適當(dāng)?shù)目椭苹ぷ鳌?/span>

由企業(yè)IT部門牽頭,將企業(yè)常用的標(biāo)準(zhǔn)件進行歸類和整理,然后指定專人將其加入到SolidEdge的標(biāo)準(zhǔn)件庫,供所有工程師調(diào)用。豐富的標(biāo)準(zhǔn)件庫,可以提高工程師使用3D的興趣,也是進行3D設(shè)計的質(zhì)量保障。

另外,還要根據(jù)企業(yè)的設(shè)計特點,合理有效地定制Solid Edge模板,將一些常規(guī)的設(shè)計內(nèi)容進行固化,以提高3D設(shè)計的可重用率。

適合3D設(shè)計環(huán)境還包括一個重要內(nèi)容,就是要做到二三維一體化設(shè)計。如果再像現(xiàn)在這樣,SolidEdge只是產(chǎn)生3D視圖,2D制圖還要在另外的2D環(huán)境里去完整,效率和質(zhì)量就會大打折扣。為了能在Solid Edge產(chǎn)生符合要求的2D圖紙,就必須要對當(dāng)前的2D圖紙標(biāo)準(zhǔn)做適當(dāng)?shù)男拚Ｐ拚裁磧?nèi)容呢?我們就先要對現(xiàn)在Solid Edge的2D圖紙進行測試和評估,看看當(dāng)前企業(yè)所執(zhí)行的2D圖紙標(biāo)準(zhǔn)還有多少在Solid Edge中不能實現(xiàn),或者實現(xiàn)起來比較麻煩的,然后將這些內(nèi)容進行歸類和討論,決定哪些內(nèi)容要通過修改企業(yè)的2D圖紙標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn),哪些內(nèi)容要通過在Solid Edge中進行二次開發(fā)來達到。然后在新的標(biāo)準(zhǔn)以及開發(fā)好的環(huán)境下,就必須強制要求工程師在Solid Edge中產(chǎn)生2D工程圖紙。

4)領(lǐng)導(dǎo)參與是保證成功的關(guān)鍵

在企業(yè)里要成功實施一個新的項目,特別是對原有的規(guī)則有點沖突,對原有的利益鏈進行重新分配的時候,領(lǐng)導(dǎo)的態(tài)度至關(guān)重要,而且領(lǐng)導(dǎo)的參與度也是決定成功與否的方向標(biāo)。

2D圖紙標(biāo)準(zhǔn)的修改、3D設(shè)計規(guī)范的建立、創(chuàng)建基于Solid Edge的設(shè)計平臺、基于3D的評審、基于PMI信息的JT交流、工程師的獎勵激勵機制等等都需要公司領(lǐng)導(dǎo)層的決定。

標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)督執(zhí)行、實施二三維一體化設(shè)計過程中遇到的困難或者挫折的時候、對當(dāng)前設(shè)計進度有所影響的時候,領(lǐng)導(dǎo)的態(tài)度將至關(guān)重要。如果這個時候領(lǐng)導(dǎo)的態(tài)度出現(xiàn)了軟化,或者變化,整個項目都不可能得到很完美的結(jié)果。

認(rèn)定目標(biāo)不放松的決心和意志,將是考驗領(lǐng)導(dǎo)態(tài)度的重要標(biāo)志之一。

另外,領(lǐng)導(dǎo)參與的程度也關(guān)系到整個項目成敗。如果領(lǐng)導(dǎo)決策完后,就不再過問項目,那么就會讓工程師覺得這個項目在領(lǐng)導(dǎo)層面并不是很重要,所以領(lǐng)導(dǎo)要時時關(guān)心這個項目的進展情況,并要參與到項目過程中,親身去體驗3D設(shè)計為企業(yè)帶來的巨大變化,那么3D設(shè)計就一定能在企業(yè)中發(fā)揚光大。

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