制造业三维CAD深化应用难点与对策解析.docx
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1、制造业三维CAD深化应用难点问题与对策解析1制造业三维CAD应用现状随着三维建模技术由曲面建模、实体建模到参数化建模、变量技术、同步技术的不断发 展与融合,三维CAD产品设计方面的优势越来越凸显,大部分制造企业也都已经从最初的 二维CAD制图转向了 CAD的三维应用。那么,三维CAD在企业的应用现状具体是怎样的 呢?通过调查发现,目前,制造企业CAD的应用情况可以概括为以下几类:第一,单纯地使用二维CAD绘制图形。这类企业目前已经比较少了,他们所生产的产 品一般都非常简单,基本上是三视图连想都不用想就能够直接画出来,比如一些很简单的钣 金件生产企业,不需要思考三视图就能直接画出钣金图纸,直接规
2、则折弯,而如果用三维软 件建模再转成二维还没有直接使用二维效率高。这类企业往往规模比较小,基本不进行产品 的创新设计,只是在原来的基础上做一些设计变更等简单的工作。第二,二维为主,三维作为建模工具辅助使用。这类企业依旧比较重视二维CAD的应 用,他们运用三维CAD基本上不是源于自身产品研发的需求,虽然在应用三维CAD,但是 出发点却不太明确。一般是看着别的企业都在大肆地推进三维的应用,效果还不错,迫于竞 争的压力,也上了三维;或是应上游企业的要求,上游企业规定必须用某种三维软件进行产 品设计以符合他们的要求;等等。这类企业的工程师在设计过程中,采用二三维CAD混用 的模式,使用三维CAD进行产
3、品功能结构设计,工程图还是在原来的二维CAD中进行,存 档文件也是采用二维图档,指导后续的加工生产。在这些企业中,二维图纸依旧作为信息传 输过程中的重要文件,他们认为传统的方式来指导生产已经够了,不太重视三维的推广和深 入应用,这样有可能导致上了三维CAD后,设计效率反而降低。目前,制造业中这种类型 的企业占了大多数。第三,以三维模型文件为主,二维文件作为辅助工具使用。这类企业在运用三维CAD 之初,通过软件供应商、第三方咨询公司或者公司专业技术团队的分析,基本上对公司采用 三维CAD的出发点、公司所设计产品的开发过程以及产品开发的特点都比较清楚,对所需 求三维CAD的功能特点、通过运用三维C
4、AD想要达到的效果会有比较明确的需求,因此在 应用上就会有的放矢,一步步推进。包括在三维推广初期对三维产品设计规范的制定,三维 模型的建模要求,三维标准件库的建立,等等。处于这种应用状态的制造企业也占了相当一 部分。第四,基于MBD的数字化设计制造,即基于模型的数字化定义技术,它将三维制造信 息PMI与三维设计信息共同定义到产品三维数字化模型中,使CAD和CAM等实现真正高度 集成,使生产制造过程可不再使用二维图纸。这种方式在国外发达航空制造企业已经有成功 的应用经验,目前国内航空制造领域的企业也在纷纷地借鉴这种模式。中航工业成飞公司结 合数字化制造技术的发展方向,摒弃了传统的以数字量为主、模
5、拟量为辅的协调工作法,开 始采用全数字量传递的协调工作法,并取得了一些阶段性成果。但是,在应用的过程中,他 们的三维数模并没有贯穿于整个飞机数字化制造过程中,基于MBD(Model-Based Design) 技术的产品定义工作尚处于探索阶段。在国内,以MBD为核心的数字化工艺设计和产品制 造模式尚不成熟,MBD的设计、制造和管理规范还有待完善,三维数字化设计制造一体化 集成应用体系尚未贯通。第五,全三维应用。这是三维CAD应用最理想的状态,是制造企业深化三维CAD应用 的方向。通俗来讲,全三维设计就是在建立三维模型时,不仅要包含精确的产品几何模型,还需要包含表示产品尺寸、公差、基准等非几何信
6、息,以满足下游工艺设计和检验设计的要 求,替代原二维图样,从而实现取消二维图纸的功能,是MBD技术成熟应用的表现。全三 维应用首先体现在产品设计必须是三维,其次设计过程中的数据一定是独立的、稳定的、可 管理的、可重用的,模型中包含的数据信息能在工艺、制造环节有效传递,生产制造包括后 续的过程都高度自动化,实现数字样机和物理样机中间各个环节的通路。但是,就目前来说, 很少有企业实现。一方面,实现全三维,企业需要投入的成本太高,再者,要求企业人员具 备较高的素质。下图1为制造企业三维CAD应用层次。三维模型为主、二维表达为辅 |序于MBD的数字化设计制腊I荃三维应用1*0/图1制造企业三维CAD应
7、用层次当然,仅仅通过企业三维CAD的应用层次来评判一个企业CAD应用情况的好坏是片面 的,还需要结合企业所处的行业以及所生产的产品的复杂程度来考虑。如果一个企业不需要 将三维用的很深入,基本的应用就能够解决问题产品设计中的问题,我们认为,对于这个企 业来说这种程度的三维CAD应用就够了。那么,对于大部分想要深化三维CAD应用的企业 来说,存在着哪些难点问题呢?2制造企业三维CAD应用难点分析通过对企业三维CAD应用情况的调查和分析,笔者发现,三维CAD在企业的应用之所 以踟蹰不前,应用效果不明显,存在的难点问题大致可以归纳为以下几个方面:应用者的习惯从“甩图版”到“ 1215”工程,再到国家推
8、进制造业信息化工程,二维CAD在国内制 造业已经使用了很多年。无论是从事产品设计的工作人员,还是与生产配套相关的工作人员, 二维CAD的应用都已经深入人心:工程师习惯了使用二维CAD展开日常的工作,车间工人 也已经习惯了依据二维图纸进行生产。如何引导他们改变传统的习惯,逐步地融入到三维设 计的环境中,是三维CAD应用上的首要难点。技术角度从技术角度来说,虽然三维CAD的建模技术已经相当完善,但在某些方面还有待加强。 具体表现在:1. 三维模型的标注。在二维CAD中,通过三视图的方式,可以清晰明了地表现零部件 的尺寸、公差、粗糙度等所有需要的要素;而在三维CAD中,虽然有软件提供了三维标注 的功
9、能,但是相对二维CAD来说简单很多,表达的信息相当有限,识图者并不能通过一个 三维模型明确所有需要的信息。2. 三维模型修改的便捷性。由于采用了参数化等建模方式,三维模型在修改上相当不方 便,一旦改变了一个部位的尺寸,所有与之相关联的尺寸都会受影响;同时,在三维中对模 型进行了修改,整个模型会重新驱动更新,而在二维中,如果需要修改某一个尺寸,很容易 就可以完成。3. 三维CAD生成的二维工程图简单。目前,三维CAD软件都具备三维转二维的功能, 问题在于,生成的二维工程图在对国标的支持上比较欠缺。工程师在三维CAD中完成设计 工作,生成二维工程图后,还需要对二维工程图进行大量的修改工作才能交付,
10、这在一定程 度上影响了设计工作的效率。4. 变型设计的效率问题。大多三维CAD模型都采用了参数化技术,但在变型设计中,基于参数化的设计存在以下局限:1)参数驱动技术重点强调模型的尺寸驱动变型设计,但 未研究变型设计尺寸参数的来源(设计计算或设计经验)、模型变型设计后的工程有效性。2) 当前参数化设计思想停留在零部件设计层次,没有充分发挥三维CAD设计软件的参数化优 势,也没有从根本上解决工程师出图重复、设计效率低、设计周期长的问题。3)2D工程图 仍是国内机械产品生产加工的重要参考,国内外对三维参数化设计平台NX、Creo、SolidWorks、等进行三维参数化开发研究的工作较多,但对三维参数
11、化模型驱动后的工程图 自动调整研究却很少。因此,导致三维参数化变型设计技术应用范围受到限制。设计协同从设计的协同性来说,三维CAD应用方面存在的问题包括:1. 企业内部三维CAD的应用不统一,版本不统一。虽然很多企业应用了三维CAD软件, 但是企业内部不同的部门对于软件的应用却五花八门,版本各异,这样对于协同设计是极为 不利的。2. 企业的二三维软件不统一。在上三维CAD之前,企业都采用的是比较成熟的二维CAD 软件,应用三维CAD之后,由于习惯问题或是其它原因,很多企业都是用三维做设计,投 影生成二维图,然后再在另外一种二维软件中进行公差、尺寸等技术要求的标注,而如果后 续需要进行修改的话,
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