喬立紅,工學博士,教授,博士生導師,F(xiàn)任北京航空航天大學機械工程及自動化學院工業(yè)與制造系統(tǒng)工程系系主任,并擔任中國機械工程學會生產(chǎn)工程分會和成組技術(shù)分會委員。分別于1982、1986和1999年在北京理工大學及北京航空航天大學獲本科、碩士和博士學位。1986年起在北航任教。曾在美國國家標準和技術(shù)研究院(NIST)客座研究,在美國衣阿華大學訪問進修,并先后多次在美國及法國的多所大學合作研究。研究領(lǐng)域為產(chǎn)品開發(fā)工程、產(chǎn)品全生命周期管理、數(shù)字化制造及信息集成等。
北京航空航天大學 喬立紅教授
1.很多企業(yè)都應(yīng)用了三維設(shè)計軟件,但是應(yīng)用層次差異很大,您認為企業(yè)應(yīng)當采取哪些舉措,使三維設(shè)計軟件的應(yīng)用取得實效?
從以往接觸的企業(yè)來看,我覺得企業(yè)三維CAD應(yīng)用層次的差異,除了技術(shù)上缺乏相應(yīng)的措施來保障外,管理也是一個不可忽視的問題。促進三維CAD的應(yīng)用不只是設(shè)計部門或工程師本身的問題,而應(yīng)該上升到企業(yè)的層面,企業(yè)是否把三維CAD的應(yīng)用作為一個戰(zhàn)略來關(guān)注,如何應(yīng)用三維技術(shù)促進產(chǎn)品的研發(fā),提高企業(yè)的技術(shù)水平,提升產(chǎn)品的市場競爭力,而不僅僅是人云亦云或者應(yīng)上游企業(yè)的要求。這是企業(yè)在管理層面需要具備的認識。
如何使應(yīng)用真正落到實處呢?企業(yè)可以考慮將三維軟件的應(yīng)用與績效考核掛鉤,即針對軟件的使用者(設(shè)計人員、工藝人員等)設(shè)定一些獎勵機制以促進技術(shù)人員對三維設(shè)計工具應(yīng)用的重視度。很多企業(yè)的經(jīng)驗表明,將三維CAD的應(yīng)用與績效考核相對應(yīng)是比較行之有效的策略。對于習慣了使用二維的工程師來說,在剛接觸三維CAD時,會由于不熟練或習慣問題而產(chǎn)生一種排斥心理。因此,企業(yè)在三維CAD推廣初期應(yīng)該經(jīng)常舉辦技術(shù)培訓講座,加強工程師對軟件應(yīng)用能力,使其掌握必要的應(yīng)用技巧,這樣在工作中可以達到事半功倍的效果。三維應(yīng)用在技術(shù)上還有一個體現(xiàn),即特征概念的推廣和應(yīng)用,F(xiàn)在比較流行的MBD (Model Based Definition,MBD)-基于模型的數(shù)字化定義技術(shù),它是一個用集成的三維實體模型來完整表達產(chǎn)品定義信息的方法體,詳細規(guī)定了三維實體模型中的產(chǎn)品尺寸、公差的標注規(guī)則和工藝信息的表達方法。借助于三維設(shè)計工具這個載體普及和應(yīng)用特征、MBD等一些核心技術(shù),體現(xiàn)面向制造、面向全生命周期的設(shè)計觀念,使設(shè)計人員認識到應(yīng)用三維CAD不僅僅是借助這個工具軟件來建立模型,更是一個從產(chǎn)品的設(shè)計到制造直至最終報廢的這個系統(tǒng)性工程中最原始也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),這對于企業(yè)提高三維應(yīng)用層次,是很重要的。
2.企業(yè)全三維應(yīng)用進展緩慢,您覺得制約因素有哪些呢?據(jù)您了解,有沒有可以借鑒的模式?
基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改等新功能,使一般的三維模型不僅提供了二維圖紙所不具備的詳細形狀信息,而且能夠通過添加三維方式的注釋提示、注釋與形狀的數(shù)字連接的功能提供尺寸、公差、表面粗糙度等部分幾何工藝信息。然而,一般的三維模型數(shù)據(jù)卻無法表達表面粗糙度、表面處理方法、熱處理方法、材質(zhì)、結(jié)合方式、間隙的設(shè)置、連接范圍、潤滑油涂刷范圍、顏色、要求符合的規(guī)格與標準等僅靠形狀而無法表達的非幾何信息。另外,基于注釋的形狀提示、關(guān)鍵部位的放大圖和剖面圖等能夠更為靈活而合理地傳達設(shè)計意圖的手段也存在不足,因此,目前大部分企業(yè)采用的是“3D模型+二維圖紙”的方式定義產(chǎn)品信息,這是導致企業(yè)全三維應(yīng)用進展緩慢的重要原因。
在全三維應(yīng)用方面,波音公司推行的基于模型的數(shù)字化定義技術(shù)體系取得了成功,它目前已成為在航空業(yè)普遍認同的解決數(shù)字化設(shè)計、制造的先進技術(shù)。MBD將設(shè)計、制造、檢驗、管理信息融為一體,推動三維設(shè)計向三維設(shè)計制造一體化轉(zhuǎn)變,在MBD體系中,數(shù)據(jù)集以三維模型為核心,集成了完整的產(chǎn)品數(shù)字化定義信息,保證研發(fā)數(shù)據(jù)流的完整和流暢;MBD改變傳統(tǒng)紙質(zhì)介質(zhì)的產(chǎn)品定義表述模式,方便對研發(fā)數(shù)據(jù)的管理,減少因紙質(zhì)實物系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)脫節(jié)而造成的重復(fù)性勞動;MBD技術(shù)體系使使用者能夠更加直觀、準確地獲取生產(chǎn)檢驗的信息;同時,MBD支持并行工程,MBD的技術(shù)體系中的數(shù)據(jù)集內(nèi)容包含設(shè)計、工藝、制造、檢驗等各部門的信息,在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和研制管理體系的控制下,各職能人員可以共同在一個未完成的產(chǎn)品模型上協(xié)同工作。因此,我認為,MBD是一種很好的全三維應(yīng)用模式。但是,所處的行業(yè)不同,需要面臨和解決的問題也不同,因此,不同的行業(yè)需要結(jié)合自身行業(yè)的特點來考慮,可以在參考MBD規(guī)范的基礎(chǔ)上制定適合企業(yè)自身業(yè)務(wù)的規(guī)范,通過實踐和研究尋找適合自己的應(yīng)用模式。
3.對于很多企業(yè)應(yīng)用三維CAD后比較棘手的問題,與二維文檔的交互、對原有的二維技術(shù)文檔的借用等,從而造成的二三維應(yīng)用脫節(jié),您有什么好的建議?
企業(yè)在應(yīng)用三維CAD后,的確會存在對原有二維文檔借用等方面的問題,這就涉及到思想轉(zhuǎn)變的問題。在由二維CAD 向三維CAD 轉(zhuǎn)變的過程中,企業(yè)可以優(yōu)先對重要的二維圖紙進行三維化,由設(shè)計骨干牽頭,對歸檔圖紙歸類分析, 盡可能將設(shè)計中典型設(shè)備, 典型結(jié)構(gòu), 典型零部件抽取出來,對它們進研究、建模、參數(shù)化、變量處理, 遵循MBD規(guī)范,重建其三維模型。這些工作越早進行,對企業(yè)來說就越有利。
企業(yè)一旦確定了使用三維CAD,在二維和三維設(shè)計并存的情況下,可以從新產(chǎn)品的開發(fā)全面使用三維CAD,并對之前的二維圖紙三維化,如果開始的越晚,二維圖紙積累的越多,將來遷移就會越困難。因此,當前工作的全三維化、對過去二維圖紙的逐步三維化、建立三維零部件庫(支撐數(shù)據(jù)庫),是企業(yè)應(yīng)用三維CAD必須要經(jīng)歷的過程。這些工作一旦走上正軌,三維設(shè)計的工作效率就會大大地提升。
當然,三維CAD軟件只是一個工具型的軟件,如何對企業(yè)積累的產(chǎn)品技術(shù)文檔、與產(chǎn)品相關(guān)的信息(包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限信息等)和與產(chǎn)品相關(guān)的過程(包括過程定義和管理)進行管理,這都需要企業(yè)規(guī)劃和研究,還需要借助產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)PDM,它在實現(xiàn)企業(yè)的信息集成、提高企業(yè)的管理水平及產(chǎn)品開發(fā)效率等方面能提供重要的支撐。目前,國內(nèi)很多企業(yè)都實施了PDM系統(tǒng),而且應(yīng)用的效果也非常好。
4.您認為,企業(yè)需要從哪些方面入手來推進全三維的應(yīng)用?
我認為,企業(yè)進入全三維應(yīng)用,是這樣的一種狀態(tài):第一,在許多情況下二維圖紙不再是設(shè)計制造過程所必需的文件;第二,以三維模型為載體的產(chǎn)品信息作為技術(shù)交流和信息傳遞的主要方式。
如果在過渡時期,由于與其他環(huán)節(jié)銜接的需要,可以直接通過三維模型生成二維圖紙,這樣的過渡只是因為在制造階段,目前國內(nèi)大部分企業(yè)依舊是依賴二維工程圖來指導車間的生產(chǎn)。同時,在目前的企業(yè)的三維產(chǎn)品設(shè)計中,設(shè)計思想大多還是停留在原來二維的模式,沒有從思想上跟上三維應(yīng)用的步伐,導致在應(yīng)用了三維CAD后,與制造相關(guān)信息的缺失,三維設(shè)計模型難以直接應(yīng)用于工藝設(shè)計和生產(chǎn)制造。這也正是MBD要解決的問題。
在推進全三維應(yīng)用的問題上,建立三維設(shè)計企業(yè)標準和規(guī)范是企業(yè)首先需要研究和考慮的問題。目前的二維制圖標準中存在的一些規(guī)定無法適用于三維投影,例如螺紋的畫法、圖線的規(guī)定以及上下偏差標注等,導致使用上的不便和無法通過標準化審查,迫切需要進行更改;由于三維環(huán)境下是立體的,角度、位置的表示更為豐富,實體與實體的關(guān)聯(lián)表示更為直觀和復(fù)雜,因此,原有的一些標準規(guī)定過于粗放,存在著很大的不確定性和模糊性,例如,公差標注的位置及引出方式、基準體系、基準標識方式、三維環(huán)境下標準件庫/幾何要素/對稱結(jié)構(gòu)/典型結(jié)構(gòu)以及草圖等的簡化方法等等,急需進行補充和細化;三維模型的比例、精度、關(guān)聯(lián)關(guān)系、建模質(zhì)量要求相比二維制圖是全新標準化的內(nèi)容,需要盡快研究制訂;與CAE/CAM/NC/PDM、CAQ、CAI以及ERP等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與集成,要求對修訂、注釋、部件表、測試要求、材料說明、工藝等等非幾何信息進行更詳盡的描述、更嚴格的控制和自動處理,這都是現(xiàn)有標準無法滿足的,需要研究制訂新的標準規(guī)范……
因此,企業(yè)可以從以下兩個方面來考慮標準的制定:在三維CAD應(yīng)用技術(shù)方面,企業(yè)可以著手研究制訂統(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、簡化表示法等;從三維CAD軟件實現(xiàn)技術(shù)方面,制訂相應(yīng)的標準規(guī)范,如提供中性機制和標準接口以實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的兼容與共享(STEP標準)等。
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