浅谈企业三维设计标准体系的建立

三维设计已经成为当前装备制造企业的主要设计手段，区别于传统的二维CAD设计，在应用三维软件进行产品设计时，工程师具有了更多的方法和途径实现设计意图，提高了设计效率和设计质量。但相对于成熟完善的二维设计标准，三维设计标准的缺少和不完备，在给设计工程师提供更多自由的同时，也给企业的标准化管理工作带来了不小的麻烦，更为重要的是，对企业的PDM/CAPP/ERP产品数据信息化工作也带来了较大的困难，甚至影响到企业的CAD/CAM工作。

虽然最新的国家标准GB/T26099-2010《机械产品三维建模通用规则》已经出台，但具体到企业的实际生产管理情况，则会有许多的问题难以解决。恒天重工股份有限公司于2002年开始使用Pro/ENGINEER进行产品设计，在10年的应用过程中，也发现了诸多的问题，并积极地探索解决途径，通过不断地摸索、实践，用了近6年时间建立了企业的三维标准化体系。通过公司的生产实践证明，讨论并建立符合企业实际的三维标准体系能够为企业带来诸多的好处。要建立企业的三维标准体系，就需要考虑以下几个方面。

一、三维设计环境的搭建

传统的二维CAD设计对设计环境没有更多的要求，一台安装有绘图软件的计算机就能够让设计师完成他的设计工作。而三维设计则对企业的设计环境具有较高的要求，不论是计算机配置，还是企业网络架设，都对工程师设计工作的流畅开展有着较大的影响。其次，工程师在产品设计过程中用到的各类基础数据库是否完备也对产品的设计周期和其后的产品数据管理有着较大的影响。通过多年实践，，笔者认为企业在推广三维设计之初需要针对三维设计环境考虑以下几个方面。

1.基于三维设计数据的信息化管理平台搭建

不管是单一的PDM还是全流程的PLM，在对原有的二维设计数据进行管理时，都能够较好地实现无差别、无遗漏地管理和传递。使用三维设计后，产品数据格式和文件类型都发生了较大的变化，需要对原有针对二维产品数据的信息化管理平台进行升级。PDM在进行二维设计图样管理时，只负责文件的名称及属性，不涉及文件的内容，而三维设计则不同，由于布局及骨架的使用，每个零件之间都有一定的关联，不同的文件版本会影响到整个产品的打开和使用。版本间的改动会造成整个产品的改动，哪怕是一个基准面名称的改变。所以说，企业要想用好三维设计，首先就是要结合企业的信息化系统，建立相应的环境，完成一系列的基础工作，实现三维数据在企业信息化系统的有效管理，使三维设计的产品数据与公司信息化管理流程良好集成。

2.建立企业的三维设计基础数据库

在产品的三维设计过程中，基于企业标准化管理的考虑，会使用到大量的基础数据库。例如：统一的零部件模板/工程图模板、完善的各类常用标准件、常用的通用件/外购件、符合企业实际应用的材质库以及企业常用的各类符号库等。这些基础数据库的建立，不仅能够较好地实现企业的标准化管理，同时还大大简化和提高了工程师在设计过程中的工作量和工作效率。

3.建立三维并行设计平台

三维设计最明显的优势在于所见即所得，另外一个优势就是可以实现产品设计过程中的资源共享和并行设计，三维并行设计平台的搭建是利用和发挥这一优势的重要手段。并行设计中目前常用的就是自顶向下设计方法，也即在产品设计之初，针对设计要求，综合考虑构成产品的各部分间的关系，确定产品的组成、相互关系、实现方式、主要参数及参数间的关系，形成设计的总体方案。然后在此基础上分解设计目标给分系统具体实施，分系统从上级系统获得某些关键尺寸和定位基准，并在上级系统确定的边界内开展设计。最终完成总体性能最优的设计，并能在以后的产品系列化设计中实现高效、快速的参数化设计。

利用这种三维并行设计平台上的自顶向下设计，产品设计负责人可以清晰明了地掌握产品各部分的设计进度和设计结果，并实时对其中的问题进行调整和改进，确保产品设计的正确性。

二、三维设计标准的建立

三维设计环境的搭建给三维设计提供了良好的设计基础和环境，但鉴于三维设计手段的多样性，在模型建立时不同的人会有多种不同的方法。例如：同样是一个圆柱体零件，可以用拉伸完成，可以用旋转完成，也可以用扫描完成。不同的方式虽然从外观上看是同一个结果，但在布局及骨架模型的发布和接收使用上会有较大的差别，而在后期的产品装配、工程图绘制和图形标注等方面也会有不同的处理方式。所以，针对产品设计各流程中各环节的标准制订是十分必要的。

1.产品总布局及骨架模型标准

产品总布局及骨架模型是整个产品设计的龙头和灵魂，直接关系和控制着产品设计的最终形态，从某种意义上说，产品设计的成功与否、设计结果的好坏都取决于产品总布局及骨架。

总布局即是产品的草图方案，所提炼出的参数是这个产品的核心技术要点。在参数的提炼上，需要由企业的相关专家进行设定，这些参数要契合市场的要求和发展趋势，关系着产品的质量及后续发展，这些参数间关系的判定和建立，也是此类产品今后一段时间内系列化设计的关键。

骨架模型简单地可以说是产品的三维布局，通过点、线、面、基准、坐标系和参数等，确立产品各组件、部件间的定位和关系，是产品建模的依据和基础。当然，这一过程依赖于骨架模型中几何元素的发布和复制。

鉴于产品总布局和骨架模型的重要性，依据企业实际，制订相应的标准是十分必要的，可以此规范产品总布局和骨架模型的建立条件、建立方式和建立权限等，保证产品设计的正确性和可发展性。

2.建模标准

产品建模是三维产品设计的基础工作，也是关键工作。模型的建立要考虑产品的布局、骨架、零件的特征化参数化设计、工程图的投影和尺寸标注等，甚至产品数据录入信息化系统数据库后的管理等，所以建模标准是企业三维标准中必不可少的一项。

在国家标准GB/T26099.2-2010《机械产品三维建模通用规范——零件建模部分》中也有相应的要求。当然，国家标准中规定的各项都较为宽松和简化，以适应不同企业的不同需求，企业可以根据自己的实际运营情况，进一步细化。例如，普通零件的建模要求、通用零件的建模要求、外包外购件的建模要求、特殊零件的建模要求以及零件建模的流程、配置文件的参数设置等方面。

3.装配标准

同零件建模标准一样，国家标准GB/T26099.3-2010《机械产品三维建模通用规范——装配建模部分》也有相应的规定。企业可以针对自己的情况进一步细化。例如，普通固定连接装配的要求、运动装配的要求、装配基准的采用和装配体零件表示的要求等。

4.工程图标准

在工程图绘制上，三维产品设计虽然能够给工程师带来很大的方便，但在视图图形表达上与原有的二维制图国家标准有着不少的差异，尤其是简化表示上，例如齿轮的表达和轴承的表达。

还有一些图型需要进一步处理，否则会影响到视图的阅读和理解。例如：铸造圆角、钢板扳边圆角、槽钢和角钢的过滤圆角都必须加以处理。

国家标准GB/T26099.4-2010《机械产品三维建模通用规范——模型投影工程图部分》中对图样构成、图面布局和图样简化也做了一些原则性的规定。在图样基础要求中对图幅、图框与标题栏、比例、字体和图线则有着相对具体的要求，企业可以完全遵照此规定执行。在视图中对各类视图的要求则延续原国家制图标准的规定，只是在一些细节上略有改变。

除了国家标准规定的之外，依据企业的实际情况，结合企业的三维设计基础数据库，可以再进一步细化规定。例如：在图中的图形表达方面、结合件图的焊缝表达方面、部件图/组件图/总装配图和外供图的表达方面、图形尺寸的标注方面以及在图形文字注释表述方面等都可以有企业自己详细的规定。

三、针对三维设计的管理标准及规范的建立

三维标准体系的建立，不仅需要相应建模及图形表达的要求就可以，还需要企业针对三维设计制定一系列的管理制度和规范。以指导和规范化产品设计，便于标准化管理和信息化管理。

四、结语

一个企业的标准体系建立是一个长期、长效的过程，对企业将会产生长远的影响，一个科学、严谨且运行良好的标准体系，会为企业的发展带来不可估量的好处。同时，标准体系的建立也是一个渐近的、不断完善的过程，它需要企业针对自己的实际情况，在不同时期、不同阶段做出不同的改进和修改，以服务企业的生产经营活动，推动企业的发展。