企業3D軟件的正確使用之道

2016-12-23 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在國內,企業非常注重技術的創新,不斷探索新技術帶來的效率提高,因此很多企業不惜重金,很早就開始嘗試使用3D軟件進行產品設計,從最開始的數十萬美金一套到現在的幾千人民幣一套,都有不少企業在嘗試,當然他們也取得了一定的效果。但由于企業所在的行業不同,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,由于產品復雜性及行業特定的需求,使用3D軟件獲得的效率明顯,生產效率明顯提高,但在其他行業,如冶金、煤炭、小型企業,雖然也在使用3D軟件,可獲得的效益就很有限,很多企業用3D,僅僅是擺擺樣子。

從他們使用的現狀來看,3D軟件僅是處于小規模的自發應用范圍,企業其他大部分設計人員以及企業的設計規范與標準、信息交流、項目交付等方面仍然以二維的DWG為準,造成使用3D軟件的工程師變成了設計的孤島,而且三維設計與二維制圖使用不同的平臺,3D數據不能有效傳遞到2D圖紙,導致設計數據的不一致性,設計效率沒有得到應有的提高,有些時候反而增加了工程師的負擔,降低了設計效率,因此工程師很有抱怨。

1 當前的3D設計狀態

那么這些設計現狀主要體現在哪呢?

1)沒有3D的設計標準

當前我們國家所有標準的制定都是在2D基礎上,還沒有一套完整的3D設計標準,工程師不知道如何來應付,就造成了工程師用3D軟件設計出來的產品得不到認可,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,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的設計標準還體現在建模過程中。就是同一個零件,不同工程師的建模方法不一樣,造成設計修改比較困難,設計出來的3D模型只能自己用,別人不能用,數據重用性差,這也是阻礙三維發展的障礙之一。

2)信息交流也是2D的標準

企業之間的交流、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?你必須把它轉成2D圖紙,標上尺寸,再來判別。

企業的設計部門工程師創建出3D模型以后,可其它相關配套的部門并沒有使用3D軟件,導致必須要繪制出2D圖紙。另外,合作伙伴或者供應商也只接收2D的施工圖,因此3D模型只是應用在產品設計階段的一個很小的環節里。

3)3D數據不能通用

3D軟件的發展沒有做到2D那么統一,2D的數據格式就是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,但這些軟件所產生的3D模型數據卻是不兼容的,有時候就造成同一個項目,不同工程師的設計數據卻得不到共享,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,但卻不知給產品設計埋下嚴重的隱患。

4)一款3D軟件不能通吃所有領域

實現無紙化生產,是企業多年來的愿望和目標,但一直得不到實現,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,造成彼此的不關聯,時間和精力就在這樣的環境下給耗盡了。在一個企業內部,牽涉的專業廣,部門多,現在也做不到用一款3D軟件來貫穿所有的設計、分析、加工、管理、施工領域,因此必須是眾多軟件進行數據傳遞,協同設計。

另外,大家使用了多年的單一2D系統,對它形成了一種依賴,再加上現在所有的3D軟件都在2D方面存在一些不足,以及受到2D制圖標準的約束,因此企業對用一款3D軟件實現二三維的一體化設計心存疑慮,工程師用3D軟件只用來創建3D模型,形成2D視圖后,后續的所有工作又轉到標準的2D環境了,導致3D與2D數據鏈斷裂,人為加重了工程師的負擔。

5)使用3D軟件存在障礙

所有的企業都經歷過甩圖板工程。想當初甩圖板還僅僅是從手工繪圖轉到計算機的電子繪圖,就“甩”了五、六年。現在企業積累了數量相當可觀的2D圖紙資料。在新產品設計過程中,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,學習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,不是發自內心地想用3D進行產品設計。沒有了這個動力,3D設計的推廣就會停滯不前。

另外,現在很多企業使用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參數化的特點,導致修改起來相當麻煩,一旦發生設計修改,有可能造成原有的3D模型要重新創建,所以很多工程師不敢多用3D設計,也有這方面的擔心。

6)領導重視的力度不夠

很多企業購買了3D軟件,讓工程師接受廠家培訓,就以為萬事大吉,工程師就能使用3D軟件為產品設計服務。但企業設計任務多,時間緊,使得工程師的時間相當吃緊,因此工程師對3D軟件的學習和應用就放到了次要地位,2D圖紙的快捷修改優勢就顯現出來,使得產品設計越來越多地依靠2D圖紙來實現,而企業領導為了生產的需要,也就放任這種現象的存在。

2 問題的根源

綜合上述現狀的六個方面,我們不難發現,問題的根源在于現在的企業沒有適合3D的設計規范,沒有適合3D應用的環境,沒有適合3D交流的平臺,沒有適合3D發展的措施。

“沒有3D的設計標準”就是沒有適合3D的設計規范,工程師進行3D設計的時候沒有規章可循,設計出來的3D模型不能入庫,3D模型沒有納入項目交付物。“信息交流也是2D的標準”就是沒有適合3D交流的平臺。至少要在企業內部,制定基于3D的交流規范和平臺,提升3D模型的地位到與2D圖紙同等級。“3D數據不能通用”和“使用3D軟件存在障礙”就是沒有適合3D應用的環境。企業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軟件的培訓和技術交流,開展一些3D的基礎工作,營造出使用3D軟件的良好工作環境。“一款3D軟件不能通吃所有領域”和“領導重視的力度不夠”就是沒有適合3D發展的措施。既然一款3D軟件不能應用到所有領域,那么就應該找出適合在各個領域中應用的軟件,然后規劃出之間的交流接口。通過領導層的政策引導以及必要的獎勵措施,促使3D設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

首先從企業問題的根基入手,為企業建立基于Solid Edge的三維設計規范以及2D圖紙的新標準,并監督執行(解決問題1);運用JT、PMI的最新信息交流技術,實現基于3D的數據交流和溝通,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的Solid Edge實現3D數據的統一管理和重利用(解決問題3,為何選用Solid Edge將在后面有詳細說明);制定企業內部各部門之間的協同規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數據的份量(解決問題4);與相關公司合作,創建基于Solid Edge的基礎庫,加強3D軟件的培訓和技能提高,充分應用參數化技術到產品設計中(解決問題5);領導層加大對3D的扶持力度,在企業的全范圍內,包括設計、工藝、制造、管理等所有部分,使用西門子公司的產品數據管理軟件Teamcenter建立工程協同管理環境,使得所有相關人員在同一平臺環境下進行跨專業、跨平臺的協同設計(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3D軟件的正確使用之道solidworks simulation應用技術圖片1
圖1 西門子解決方案

1)三維應用的根基就是設計規范

在國標和企業標準化允許的范圍內,將企業所有相關環節的人召集在一起,特別是標準化部門,結合當前2D的設計標準,以及Solid Edge軟件的特點,制定出合理、有效的3D設計標準以及2D圖紙標準,將3D模型納入到企業管理環節,視3D模型和2D圖紙具有同等的效用。規范制定以后,還必須定出具體可操作的監控程序,幫助工程師有效地實施這套規范。

企業3D軟件的正確使用之道solidworks simulation應用技術圖片2
圖2 設計規范

規范的重點還在于必須將3D建模和2D圖紙在同一環境下實現,即達到二三維的一體化設計,實現3D與2D的數據聯動。企業要承認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發生數據傳遞的時候才導成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,還實現了3D與2D設計數據的聯動和關聯。

規范還必須要包含基于3D的信息交流標準。由于PMI能將2D圖紙的信息直接標注在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、項目評審等相關環節,就應該采用基于PMI的3D模型,直觀的3D表示能大幅度減少交流錯誤的產生,并減輕創建2D圖紙的壓力,提高整體的設計效率。

規范還要包含3D的入庫標準,使得3D數據也能像2D圖紙一樣歸納入庫,為今后新產品的設計創建有效的資源積累。

在條件許可的情況下,可以采用西門子的TeamcentercPDM管理系統,解決產品設計過程中的版本管理、權限控制、流程管理、可視化協同。下圖是在Teamcenter 環境下的3D設計典型流程標準。

2)帶有同步技術的Solid Edge統一3D平臺

SolidEdge具有的同步建模技術是CAD的第五次技術革命,它能統一、編輯修改、重用所有3D軟件的數據,是今后3D技術的發展方向。不管企業當前使用何種3D數據,我們都可以創建以Solid Edge為基礎平臺的企業3D設計架構,用Solid Edge來繼承以前的3D數據。

同步技術克服了當前基于歷史特征建模的種種弊病,可以大幅度提高設計效率,讓每個工程師都能方便、快速地進行產品設計。另外,同步技術還能編輯修改、重用異種CAD的數據,使得企業的3D設計可以在借鑒前人的設計基礎上得到快速的提高,從而提高整個產品的設計質量和效率。

企業3D軟件的正確使用之道solidworks simulation應用技術圖片3
圖3 同步技術的Solid Edge統一3D平臺

基于Solid Edge這個平臺,我們就能倡導工程師進行變量化的產品設計,讓3D模型不再是積木式的固定模型,而是根據設計條件的變化,3D模型能隨之發生變化,做到快速、準確地反應設計需求,減輕工程師的設計負擔。

內嵌于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計成果的時候,都能夠對所設計的產品進行有限元仿真,真正做到無缺陷化的產品設計,大幅度減少設計成本,提高企業的經濟效益。

對外交流則采用含有PMI信息的JT格式,這樣既保護了企業的知識產權,又達到直觀表達設計內容。如果后端加工部門使用NX系統的話,這些PMI信息還能直接導入到NX環境下,真正做到設計信息平滑傳遞到后端的加工環節。

3)營造適合3D的設計環境

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

除了前面講過的3D設計規范,我們還必須創建可用的3D標準件庫、定制適合設計的Solid Edge模板、以及適當的客制化工作。

由企業IT部門牽頭,將企業常用的標準件進行歸類和整理,然后指定專人將其加入到SolidEdge的標準件庫,供所有工程師調用。豐富的標準件庫,可以提高工程師使用3D的興趣,也是進行3D設計的質量保障。

另外,還要根據企業的設計特點,合理有效地定制Solid Edge模板,將一些常規的設計內容進行固化,以提高3D設計的可重用率。

適合3D設計環境還包括一個重要內容,就是要做到二三維一體化設計。如果再像現在這樣,SolidEdge只是產生3D視圖,2D制圖還要在另外的2D環境里去完整,效率和質量就會大打折扣。為了能在Solid Edge產生符合要求的2D圖紙,就必須要對當前的2D圖紙標準做適當的修正。修正什么內容呢?我們就先要對現在Solid Edge的2D圖紙進行測試和評估,看看當前企業所執行的2D圖紙標準還有多少在Solid Edge中不能實現,或者實現起來比較麻煩的,然后將這些內容進行歸類和討論,決定哪些內容要通過修改企業的2D圖紙標準來實現,哪些內容要通過在Solid Edge中進行二次開發來達到。然后在新的標準以及開發好的環境下,就必須強制要求工程師在Solid Edge中產生2D工程圖紙。

4)領導參與是保證成功的關鍵

在企業里要成功實施一個新的項目,特別是對原有的規則有點沖突,對原有的利益鏈進行重新分配的時候,領導的態度至關重要,而且領導的參與度也是決定成功與否的方向標。

2D圖紙標準的修改、3D設計規范的建立、創建基于Solid Edge的設計平臺、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導層的決定。

標準的監督執行、實施二三維一體化設計過程中遇到的困難或者挫折的時候、對當前設計進度有所影響的時候,領導的態度將至關重要。如果這個時候領導的態度出現了軟化,或者變化,整個項目都不可能得到很完美的結果。

認定目標不放松的決心和意志,將是考驗領導態度的重要標志之一。

另外,領導參與的程度也關系到整個項目成敗。如果領導決策完后,就不再過問項目,那么就會讓工程師覺得這個項目在領導層面并不是很重要,所以領導要時時關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設計為企業帶來的巨大變化,那么3D設計就一定能在企業中發揚光大。

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