淺談三維協(xié)同設(shè)計

□王守中 王 偉

1.三維設(shè)計

今天由于計算機軟硬件技術(shù)的進步，設(shè)計人員擺脫二維圖形的限制，進入三維設(shè)計階段。三維設(shè)計采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，人們面對的不再是抽象的二維空間，而是三維實體，二維圖紙只不過是三維設(shè)計的副產(chǎn)物，設(shè)計人員可以把更多的精力放在設(shè)計上，而不是畫圖上，充分發(fā)揮設(shè)計人員的想象力，使設(shè)計更加合理。同時三維設(shè)計表現(xiàn)直觀便于和非專業(yè)人士進行技術(shù)交流。

三維設(shè)計軟件采用的尺寸驅(qū)動，使得我們在產(chǎn)品方案設(shè)計階段即可迅速得到合理的設(shè)計方案和成果 （工程量、體形、碰撞等），并且這樣的成果可延續(xù)至產(chǎn)品的最終設(shè)計。

圖紙校審方便，圖紙的校審工作不再是圖紙尺寸的校審和依據(jù)圖紙尺寸去判別結(jié)構(gòu)的合理性，圖紙的校審工作發(fā)生根本性的改變，結(jié)構(gòu)的合理性可以從三維模型中直接獲取，尺寸的校審工作也不再是尺寸校對，轉(zhuǎn)變?yōu)闄z查尺寸標注的合理性。

三維設(shè)計成果可貫穿建設(shè)項目的全壽命期，為產(chǎn)品的運行、管理、維護直至壽命終結(jié)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料。在三維設(shè)計階段，建設(shè)項目的整個活動與過程“沒有計算機是做不到的”。

除了沒有計算機就做不到．在傳統(tǒng)的工作模式下也做不到。設(shè)計團隊需要共同搭建一個模型，每一個成員在整體模型中完成自己承擔的部分?？梢郧宄乜闯雒恳徊糠衷O(shè)計數(shù)據(jù)是唯一的，相互間的關(guān)系是真實準確的。設(shè)計者關(guān)注的是設(shè)計本身，模型建成之后，圖紙不過是對模型任意剖切得到的二維描述。此時“設(shè)計”和“繪圖”已清晰地分開的。

2.協(xié)同設(shè)計

“協(xié)同設(shè)計”是當前設(shè)計行業(yè)經(jīng)常提到的一個概念。水利水電工程設(shè)計參與專業(yè)眾多，有測量、地質(zhì)、水工、機電、金結(jié)、廠房等，各專業(yè)參與其中，完成設(shè)計任務(wù)的某一部分。協(xié)同設(shè)計就是指在設(shè)計過程中，多專業(yè)相互配合，共同完成設(shè)計任務(wù)。由于多專業(yè)、多設(shè)計人員參與其中，每人對項目的理解參差不齊，設(shè)計思路各有差異，會導(dǎo)致項目在設(shè)計過程中產(chǎn)生碰撞、配合等問題，從而降低設(shè)計質(zhì)量和效率。協(xié)同設(shè)計的作用正是使各專業(yè)相互交流、溝通、協(xié)調(diào)，以最大程度將設(shè)計中因協(xié)調(diào)不暢而產(chǎn)生的問題最小化。

二維設(shè)計也有協(xié)同，如上下游專業(yè)互提資料單，召開設(shè)計協(xié)調(diào)會，設(shè)計人員參考其他人員的圖形文件等。問題是幾張圖紙不能完全展現(xiàn)所有的設(shè)計數(shù)據(jù)，而各專業(yè)間圖紙表述內(nèi)容、類型、數(shù)量千差萬別，難以做到整套圖紙的協(xié)同。因此，二維設(shè)計無法達到實時協(xié)同，根源在于二維設(shè)計本身不具備實時協(xié)同的基礎(chǔ)。

以圖紙為工作對象的傳統(tǒng)工作方式，由于同一設(shè)計內(nèi)容在不同圖紙上重復(fù)出現(xiàn)而使得修改的工作量成倍增加，從而出錯的機會也成倍增加。對于目前大量的一般設(shè)計項目來說．電腦繪圖的工作方式盡管有諸多弊端，但還是可以保證完成設(shè)計。甚至由于設(shè)計人員對此種工作方式的熟練操作，個人的高工作效率，掩蓋了其中的消極因素——團隊低效率。但從設(shè)計項目的發(fā)展趨勢來看，項目曰趨復(fù)雜。參與設(shè)計項目的人員和團隊眾多。專業(yè)化分工協(xié)作的趨勢曰趨明顯，專業(yè)化的范圍逐漸擴大，專業(yè)分工更多更細，深度也逐漸加大。一些超大型的復(fù)雜設(shè)計項目，采用傳統(tǒng)的工作方式已經(jīng)難以實現(xiàn)了。

三維協(xié)同設(shè)計的工 作模式形成設(shè)計團隊的梯形構(gòu)架和設(shè)計文件的多層次結(jié)構(gòu)——團隊模式，設(shè)計人員更多地關(guān)注設(shè)計本身，而不只是圖紙。準確的設(shè)計內(nèi)容；清晰的文件結(jié)構(gòu)關(guān)系；規(guī)范的元素標準，決定了最終的輸出結(jié)果一定是正確無誤的。

3.兩項原則是協(xié)同設(shè)計的關(guān)鍵

3.1 設(shè)計數(shù)據(jù)的惟一性原則

它體現(xiàn)在三維設(shè)計中無疑是概念清晰操作明確的。三維協(xié)同設(shè)計以單一模型來實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)的惟一性，而當應(yīng)用于二維設(shè)計時，惟一性的概念往往被忽略，根本的原因在于二維設(shè)計中設(shè)計數(shù)據(jù)與設(shè)計圖紙概念的混淆。三維協(xié)同設(shè)計中設(shè)計數(shù)據(jù)體現(xiàn)在模型中，設(shè)計數(shù)據(jù)與設(shè)計圖紙概念的區(qū)分是實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)惟一性的基礎(chǔ)。

3.2 設(shè)計團隊以設(shè)計內(nèi)容為分工依據(jù)的原則

建立起了設(shè)計數(shù)據(jù)惟一性的概念，設(shè)計團隊分工的依據(jù)就成為下一個應(yīng)當解決的問題。以設(shè)計內(nèi)容而不是最終的圖紙內(nèi)容為分工依據(jù)是實現(xiàn)團隊協(xié)同設(shè)計另一個關(guān)鍵所在，合理有效的分工方式是實現(xiàn)設(shè)計數(shù)據(jù)惟一性的基礎(chǔ)，同時兩者互為充分必要條件。

4.三維協(xié)同設(shè)計從設(shè)計功能和信息共享管理上需要解決的問題

4.1 各專業(yè)間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

三維模型易于理解，無多義性，各專業(yè)三維模型可以關(guān)聯(lián)，設(shè)計變更快。這就要求各專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計應(yīng)采用同構(gòu)的三維設(shè)計軟件，否則，難以保證有效的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。

4.2 總體和局部的關(guān)系

機械行業(yè)一般采用自下而上的設(shè)計方法，首先設(shè)計各個零件模型，而后將零件模型按照模型的相對關(guān)系組裝即可。水利水電工程則采用自上而下的設(shè)計方法，先進行總體布置，再進行水工建筑物細部設(shè)計?？傮w布置需要定義整個工程的關(guān)鍵定位、布置基準、各水工建筑物相對位置關(guān)系和重要尺寸，這與三維設(shè)計軟件骨架設(shè)計思想是一致的，工程總體設(shè)計開始就要從工程裝配的最高層面上考慮工程的設(shè)計結(jié)構(gòu)，搞清楚整體裝配和子裝配的位置關(guān)系，上游向下游傳遞設(shè)計數(shù)據(jù)表達，有的放矢地進行各專業(yè)設(shè)計。

4.3 統(tǒng)一的三維設(shè)計模型和參數(shù)

三維協(xié)同設(shè)計需統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)源，來保證數(shù)據(jù)的唯一性。通過統(tǒng)一管理設(shè)計模型和設(shè)計參數(shù)，使各專業(yè)在最新版本的三維模型上工作，一個專業(yè)的修改對其它專業(yè)的影響能即時體現(xiàn)。

4.4 設(shè)計結(jié)構(gòu)、參數(shù)、關(guān)聯(lián)和知識信息的管理

三維模型含有大量的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、關(guān)聯(lián)和知識信息，這些信息通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)和三維模型融合在一起，可以非常方便地提取這些信息，進行查詢、統(tǒng)計和管理。在二維設(shè)計中，這些數(shù)據(jù)無法和圖紙放在一起，也就沒有直接的關(guān)系了。

4.5 設(shè)計流程管理

在協(xié)同設(shè)計平臺的統(tǒng)一管理下，對設(shè)計流程進行定義和管理，設(shè)計活動在協(xié)同設(shè)計平臺管理下進行，設(shè)計人員通過網(wǎng)絡(luò)對三維模型進行實時瀏覽、批注、修改等，完成三維設(shè)計、校核、評審、直至三維發(fā)布。

改變?nèi)说牟僮髁晳T是困難的，改變?nèi)说乃季S方式則更困難。三維設(shè)計最大的難點不是投資和軟硬件設(shè)施，而是改變設(shè)計人員的思維方式和工作習慣。人們已習慣了以圖紙為對象的設(shè)計方法，一旦改變成以模型為設(shè)計對象，會感到無從下手，初期設(shè)計效率會有所降低。但是，無論我們是否真的愿意接受，三維設(shè)計取代二維設(shè)計是必然的，當然，并不是所有設(shè)計都必須用到三維。如果說在電腦取代手工繪圖時，我們還可用鼠標來模擬筆和尺，三維設(shè)計我們則沒有多少經(jīng)驗可以借鑒，也正是因此，三維設(shè)計所能夠帶給我們的沖擊和變革動力才是真正值得期待的。□