三維數(shù)字化設計在裝備制造企業(yè)中的應用

王連生

（太原通澤重工有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

當前，國內(nèi)裝備制造企業(yè)主要還是以CAD二維設計為主。在產(chǎn)品二維設計中，處理復雜投影線的生成問題、漏畫圖線問題、設計更新和修改問題等都是相當困難的［1］，特別是由于二維設計圖紙上人為因素的影響，可能會出現(xiàn)視圖對應關(guān)系混亂、零部件屬性與明細不符等問題，圖紙上的低級錯誤難以避免。三維設計可以達到盡可能減少人為因素的影響、降低圖紙的錯誤率、提高設計效率的目的。王其芳［2］、蘇成君［3］等對三維設計在機械設計中的必要性和應用中出現(xiàn)的問題進行了詳細的闡述，熊丞政［4］等人探討了如何提高三維設計效率，何永堂［5］論述了企業(yè)三維設計標準體系的建立。本文就企業(yè)如何更好地應用三維數(shù)字化設計技術(shù)進行產(chǎn)品設計和開發(fā)加以探討。

1 三維設計規(guī)范的建立和完善

企業(yè)在全面實行產(chǎn)品三維設計之前，必須制定與企業(yè)設計習慣、國家標準等相適應的三維設計規(guī)范，特別是對于非標成套裝備的設計，合適的設計規(guī)范的制定更為重要。設計規(guī)范的合理制定，必須充分考慮產(chǎn)品三維設計流程的統(tǒng)一性和簡潔性、產(chǎn)品三維模型和圖紙的可重復利用性、大量產(chǎn)品數(shù)據(jù)的可存儲性和易管理性。三維設計規(guī)范的建立大體可以包括4個方面：設計環(huán)境、設計文件命名規(guī)范、建模規(guī)范和設計庫。

1.1 設計環(huán)境

設計環(huán)境是指三維設計軟件上各種設置的統(tǒng)稱，主要包括設計軟件的操作界面、系統(tǒng)選項、設計模板、繪圖標準等。①設計軟件的操作界面應簡潔，去除不必要的按鈕、工具條等；②系統(tǒng)選項應以方便設計、滿足設計要求為前提進行設置；③設計模板包括零件、部件、工程圖等的模板以及明細表等各類表格的模板，應結(jié)合企業(yè)設計習慣、國標和軟件特點進行設置；④繪圖標準包括字體、線型、標注樣式、圖紙比例等內(nèi)容，軟件一般均自帶GB標準；⑤其他設置，包括常用的快捷鍵設置等。設計環(huán)境設置完畢后，可通過三維設計軟件的“一鍵設置”功能，復制到其他計算機上。

1.2 產(chǎn)品設計文件命名規(guī)范

產(chǎn)品設計文件是指產(chǎn)品在三維設計過程中所生成的各類文件，包括三維模型文件、工程圖文件、計算文件等。規(guī)范設計文件名稱對于三維設計和三維數(shù)據(jù)管理有著重要的意義，首先，合適的命名規(guī)則有利于設計過程中識別模型文件和工程圖文件，更可避免在三維設計過程中因文件重名而導致設計模型錯誤等問題；其次，合理的命名規(guī)則可以提高大量產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理效率。

1.3 產(chǎn)品三維建模規(guī)范

產(chǎn)品三維數(shù)字化建模規(guī)范主要包括零件、部件的建模規(guī)范和工程圖的生成規(guī)范。因為同一零件可以有多種方法來完成建模，這一規(guī)范的建立就是要統(tǒng)一設計人員的建模思路，這樣不但可以提高模型的重復利用率，特別是復雜零部件的重用率，而且對于修改設計也更加便利。

1.4 設計庫

加快產(chǎn)品的開發(fā)速度、提高產(chǎn)品設計效率是企業(yè)進行產(chǎn)品三維設計所追求的目標之一，企業(yè)設計庫的構(gòu)建是實現(xiàn)這一目標至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

設計庫是指設計中可重復利用的設計要素的集合，主要包括材料庫、標準件庫、典型零部件庫、外購件庫、企業(yè)標準件庫、特征庫、技術(shù)要求庫等。企業(yè)設計庫的框架和組建方法可以參考文獻［6］。

材料庫的內(nèi)容包括企業(yè)在設計過程中的常用材料，材料的種類不必全而廣，而是要根據(jù)產(chǎn)品的性能和經(jīng)濟性添加材料，材料的屬性應包括名稱、密度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)等物理屬性，便于對產(chǎn)品進行有限元優(yōu)化分析時使用。

標準件庫、外購件庫、企業(yè)標準件庫、特征庫的構(gòu)建關(guān)鍵在于零部件、特征基本模型的建立和驅(qū)動尺寸參數(shù)的系列化。以Solid Works軟件為例，參數(shù)的系列化有兩種方式：一種是在基本模型上添加系列表來增加配置，這種方法適用于配置較少的標準件和庫特征；另一種是將系列化的參數(shù)添加到數(shù)據(jù)庫中，以數(shù)據(jù)庫來驅(qū)動基本模型，這種方法更適合于配置多和參數(shù)數(shù)據(jù)量大的情況，以及標準件是部件的情況，如萬向聯(lián)軸器等。實際工作中可以根據(jù)具體情況選擇構(gòu)建方式。

1.5 設計庫的維護和管理

設計庫的建立和完善是一個長期的過程。設計庫雛形構(gòu)建完成后，在應用的過程中需要不斷的更新和完善。

對于擁有多個設計部門的企業(yè)來說，為了提高設計庫的利用效率，建議采用本地計算機安裝“企業(yè)設計庫”的方式，可以采用以下兩種方式來實現(xiàn)設計庫的更新。

（1）在企業(yè)網(wǎng)絡服務器構(gòu)建FTP服務端，上傳“企業(yè)設計庫”文件夾，設計人員在本地計算機上安裝“設計庫更新程序”進行本地設計庫的更新。設計庫管理人員在本地計算機安裝“設計庫維護程序”，通過口令登錄對服務器上的設計庫進行新內(nèi)容的上傳和更新。這種方法的優(yōu)點是流程簡潔，不足之處是對服務器的要求較高，要能處理大量的并發(fā)流量。

（2）在企業(yè)網(wǎng)絡服務器構(gòu)建FTP服務端，上傳“企業(yè)設計庫”文件夾，在各部門設置子服務器，可以用個人計算機代替。子服務器通過“設計庫更新程序”訪問網(wǎng)絡服務器完成設計庫的更新，部門內(nèi)設計人員通過“設計庫更新程序”訪問本部門局域網(wǎng)子服務器完成設計庫的更新。這種方法的優(yōu)點是通過分流大大減少網(wǎng)絡服務器的訪問量，對網(wǎng)絡服務器的性能要求較低，可通過設置計算機開機自動運行或定時運行更新程序來完成本地計算機設計庫的更新。

2 三維設計軟件新功能的開發(fā)

2.1 新功能開發(fā)的必要性

三維設計軟件自身的功能往往并不能滿足企業(yè)在設計過程中的個性化需求，新功能的開發(fā)可以使設計過程變得更快捷便利，減少繁瑣的重復操作。以Solid Works軟件為例，如果要實現(xiàn)明細表的自動分頁顯示，實現(xiàn)設計文件的批量自動改名等，都需要對軟件進行二次開發(fā)才能實現(xiàn)。

2.2 新功能開發(fā)的簡單方法

以Solid Works軟件為例，通過錄制“宏程序”，只要具備簡單的VB編程語言知識，通過編輯“宏程序”，便可完成新功能的開發(fā)。

Solid Works API幫助文件和Solid Works官方網(wǎng)站的論壇都是獲取二次開發(fā)知識的有效途徑，很多現(xiàn)成的“宏程序”可供參考和利用。

3 結(jié)語

產(chǎn)品的三維數(shù)字化設計是企業(yè)提高自身水平和市場競爭力的利器，合理有效地利用這項技術(shù)，不但可以縮短產(chǎn)品設計周期，更使得設計人員有充裕的時間去發(fā)揮創(chuàng)造性，優(yōu)化產(chǎn)品和開發(fā)新產(chǎn)品。企業(yè)通過建立和完善三維設計規(guī)范，在三維設計軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)必要的新功能，可以不斷提高設計效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高市場競爭力。

［1］陳伯雄.三維設計是CAD技術(shù)應用的必然趨勢［J］.計算機輔助設計與制造，2000（8）：11-13.

［2］王其芳.三維CAD技術(shù)對機械設計的影響［J］.煤礦機械，2007，28（4）：94-96.

［3］蘇成君，吳衛(wèi).淺述三維設計的必要性及應用中出現(xiàn)的問題［J］.一重技術(shù)，2008（3）：105-106.

［4］熊丞政，鄒江，石新營.應用Solid Works設計庫提高設計效率的探討［J］.機械制造與自動化，2008，37（4）：15-17.

［5］何永堂.淺談企業(yè)三維設計標準體系的建立［J］.CAD／CAM 與制造業(yè)信息化，2012（3）：84-86.

［6］張清博，張建軍，趙峻峰.基于三維CAD的企業(yè)設計庫的研究和實現(xiàn)［J］.農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2009（12）：40-43.