三維設計給制造業(yè)插上騰飛的翅膀要點

1、三維設計給制造業(yè)插上騰飛的翅膀鄭州紡織機械股份有限公司何永堂目前，三維設計已在我國眾多的制造業(yè)企業(yè)內(nèi)開始應用，從原始的畫圖板倒 CAD二維計算機輔助設計，再到如今的三維設計，短短十數(shù)年，制造業(yè)逐漸走進了數(shù) 字化設計的時代。三維設計具有眾多顯而易見的優(yōu)勢，不論是Pro/E、UG、CAXA或者SolidWorks ,其基本的設計理念是相同的，不同的只是軟件本身的 界面和功能強點 而在大型裝備、產(chǎn)品的設計中，使用相對較多的則 可能是UG和Pro/E 了。但不管 是用哪種軟件，在產(chǎn)品設計使用中，要求的都是設計師清晰的設計思想、縝密的設計 思路和科學的設計方 案，同時利用三維軟件所見即所得的設計模型，通

2、過參數(shù)化的 模型驅(qū)動,用數(shù)值和幾何約束來控制三維幾何體建模的過程及結(jié)果，形成三維零件及裝配體模型，完成產(chǎn)品的設計，并通過對模型的參數(shù)修改，實現(xiàn)產(chǎn)品設計的快速高效 變更。以Pro/E為例,他是目前機械制造行業(yè)設計方面具有代表性的高 端三維設計軟 件，它包含了產(chǎn)品設計、裝配、分析仿真、工藝與制造 等眾多模塊，現(xiàn)在國內(nèi)也已廣 泛應用于機械、汽車、輕工、家電、航 空和船舶等領域。盡管如此，在一些行業(yè)和 相當多的企業(yè)內(nèi)，仍然沒有開始或者大面積推廣應用三維設計。 三維數(shù)字化設計的 廣泛應用還有待時日。以紡織機械行業(yè)為例，其三維設計已在一些大型企業(yè)內(nèi)開始應 用,但要說推廣應 用，則還有相當?shù)囊欢尉嚯x。隨著近

3、年市場節(jié)奏的加快,隨著市場競爭的加劇，越來越多的企業(yè)對產(chǎn)品的交貨期提出新 的要求,在 合同的鑒定上，條件越來越高，不再是90年代的一年期交貨了,而根據(jù)產(chǎn)品種類和數(shù) 量、技術(shù)難度的不同，交貨期都比原來大 幅縮短。這就對設備生產(chǎn)制造企業(yè)造成了 不小的壓力，從合同鑒定和技術(shù)協(xié)議完成起，產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)、運輸、安裝、調(diào)試 各個環(huán)節(jié)都 要求在最短的時間內(nèi)，完成最高質(zhì)量的產(chǎn)品，允許錯誤修正的時間幾 近沒有。這就勢必給制造企業(yè)產(chǎn)生相當大的壓力。為適應和應對這一變化，國內(nèi)眾多的制造企業(yè)紛紛開展三維設計，以提高設計效率，提升設計質(zhì)量,搶抓市場機遇。設計是制造企業(yè)生產(chǎn)運作的龍頭，是產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)的源頭。也是 產(chǎn)品性

4、能、產(chǎn) 品質(zhì)量好壞優(yōu)劣與否的關鍵，同時也決定了產(chǎn)品的設計 成本，加工制造成本。由此， 設計成為企業(yè)生存的關鍵。而也正基于此，各企業(yè)紛紛力求革新設計手段，應用新的設計方式,提升設計質(zhì)量 和設計效率。利用三維技術(shù)進行的TOP-DOWN DESIGN（自頂向下設計逐漸被 人們重視和 應用。TOP-DOWN DESIGN（自頂向下設計 的設計思想是 在產(chǎn)品整機設計階段的 最初就定位在產(chǎn)品系統(tǒng)構(gòu)成的最高層面來考 慮產(chǎn)品的總體設計和功能性設計。這種方法是從產(chǎn)品構(gòu)成的最頂層開始把組成整機的部件作為系統(tǒng)的一個零件來考慮， 并根據(jù)其在產(chǎn)品中 的相互位置關系所起的作用和實現(xiàn)的功能等建立產(chǎn)品的構(gòu)成。 以Pro/E為

5、例，其TOP-DOWN DESIGN（自頂向下設計的設計思路就是 針對產(chǎn)品的 設計要求，基于其功能性和結(jié)構(gòu)性建立起產(chǎn)品的 2Dlayout （布局和3D skeleton（骨架模型,通過參數(shù)和圖形給定 設計約束條件、 關 鍵的設計參數(shù)等設計信息，集中地捕捉產(chǎn)品整機設 計意圖，自上而下地傳遞設計信 息,并以此展開產(chǎn)品的整個設計過程。具體來說,就是在運用Pro/E進行TOP-DOWN DESIGN時，首先建立產(chǎn)品的布局文件（Layout ,進行方案設計，確定產(chǎn)品控制 的關鍵參數(shù)；繼而建立產(chǎn)品組件模型，定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，并向總布局提出參數(shù)共享聲 明; 然后建立整體結(jié)構(gòu)的骨架模型，進行總體結(jié)構(gòu)的三維規(guī)劃，

6、利用關系使骨架的相關尺 寸受到所定參數(shù)的控制；建立子組件模型，定義部件結(jié)構(gòu),聲明總布局草圖參數(shù)。 同時,建立子組件的結(jié)構(gòu)骨架模型，進行二級組件結(jié)構(gòu)的三維規(guī)劃；最后，按產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 展開設計，建立各部分與總布局中參數(shù)的數(shù)學關系。利用此種方式進行的產(chǎn)品設計 可以通過參數(shù)的傳遞來傳達產(chǎn)品的整體設計意圖，保證設計信息的連貫 性、正確性 和統(tǒng)一性。這種設計技術(shù)的應用，大大縮短了產(chǎn)品的設計生產(chǎn)周期，也為企業(yè)實現(xiàn)了高速高效完成產(chǎn)品系列化設計的要求。提高了設計質(zhì)量，降低了設計成本和生產(chǎn)成本,為企業(yè)贏得市場提供了 堅實的保障。但是，這項技術(shù)的應用，并非僅僅買幾套三維軟件、培養(yǎng)幾個三 維軟件操作設計 師。三維設計的開

7、展，除了軟件本身的功能外，還需要企業(yè)根據(jù)自身的實際情況，結(jié) 合企業(yè)信息化管理系統(tǒng)，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)流通的前提下，完成三維設計環(huán)境及信息化集 成等問題，同時依托國內(nèi)相關行業(yè)部門在三維機械設計方面的技術(shù)支持 ，并要求制 造企業(yè)內(nèi)工藝、加工、裝配等整個產(chǎn)品流程環(huán)節(jié)的相應技術(shù)也要有相應的同步技術(shù)水平,在這些方面，我國大多數(shù)的制造業(yè)還處在摸索階段，所以,雖然在21 世紀初,有相當一大批企業(yè)購買和安裝三維設計軟件，但在推廣應用上受到了一定 的制約，其應用深度更有待商榷。在國家積極尋找三維設計制造技術(shù)標準的同時，國內(nèi)一些大型的 實力雄厚的企 業(yè)開始基于其所使用的三維軟件本身，開發(fā)和建立自己 的三維設計環(huán)境，包括三

8、維標 準件庫、模板庫、材料庫、通用件庫、顏色庫、模具庫、符號庫、參數(shù)化典型零件庫等等。對制造企業(yè)而言，工程制圖的標準化尤其是國際范圍的標準化是 各國進行技術(shù) 交流和國際貿(mào)易的前提。 隨著三維設計技術(shù)的應用，就需要從應用技術(shù)方面制訂統(tǒng) 一的標準規(guī)范：如統(tǒng)一規(guī)定術(shù)語、數(shù)據(jù)集 模型、三維標注的方式、簡化表示法、工 程圖表達方式等，以避免由于缺乏統(tǒng)一的畫法、注法、 屬性定義、完整性以及關聯(lián) 性要求等方面的標準,導致設計信息被誤解、產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享和交換難以有效實現(xiàn)等 一系列問題的發(fā)生。目前,國內(nèi)還沒有完全適用于現(xiàn)在制造企業(yè)實際的機械設計制造三維CAD標準。這就需要企業(yè)通過對由三維模型轉(zhuǎn)換后的二維工程圖與現(xiàn)

9、行國家機械制圖國家標準的比照，對其存在的差異制訂自己的企業(yè)標準。同時根據(jù)三維軟件的特點和 功能,對三維數(shù)字化設計的過程，形成企業(yè)的三維設計系列標準，以此推動和探索企 業(yè)三維設計的全面應用。三維數(shù)字化設計的另一特點和優(yōu)勢，就是三維數(shù)字化虛擬樣機仿真。也即利用 三維軟件本身的功能，在設計過程中,就可對關鍵和重要零部件進行結(jié)構(gòu)、應力、運動等的分析，而不必再像需要將需要分 析的零部 件提交到專業(yè)的分析公司或分析師，設計師在三維建模的同 時，就可利用軟件模塊 進行分析，即節(jié)約設計成本，也縮短設計周期，并可以此優(yōu)化設計結(jié)構(gòu)，提高設計質(zhì)量, 避免設計錯誤。同時還可以 針對所設計產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進行仿真分 析,預測出了產(chǎn) 品的整體性能，進而達到改進產(chǎn)品設計、提高產(chǎn)品整體性能的目的。 三維設計就是以三維軟件為基礎，從產(chǎn)品的功能規(guī)劃、 概念設計 開始,在產(chǎn)品設計 中控制把握設計意圖，系統(tǒng)化科學化地應用企業(yè)資源，完成產(chǎn)品的數(shù)字化裝配。建立 參數(shù)化模型產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品設計的 參數(shù)化、數(shù)字化、系列化和智能化。三維數(shù)字化 設計的