三维设计给制造业插上腾飞的翅膀要点

1、三维设计给制造业插上腾飞的翅膀郑州纺织机械股份有限公司何永堂目前，三维设计已在我国众多的制造业企业内开始应用，从原始的画图板倒 CAD二维计算机辅助设计，再到如今的三维设计，短短十数年，制造业逐渐走进了数 字化设计的时代。三维设计具有众多显而易见的优势，不论是Pro/E、UG、CAXA或者SolidWorks ,其基本的设计理念是相同的，不同的只是软件本身的 界面和功能强点 而在大型装备、产品的设计中，使用相对较多的则 可能是UG和Pro/E 了。但不管 是用哪种软件，在产品设计使用中，要求的都是设计师清晰的设计思想、缜密的设计 思路和科学的设计方 案，同时利用三维软件所见即所得的设计模型，通

2、过参数化的 模型驱动,用数值和几何约束来控制三维几何体建模的过程及结果，形成三维零件及装配体模型，完成产品的设计，并通过对模型的参数修改，实现产品设计的快速高效 变更。以Pro/E为例,他是目前机械制造行业设计方面具有代表性的高 端三维设计软 件，它包含了产品设计、装配、分析仿真、工艺与制造 等众多模块，现在国内也已广 泛应用于机械、汽车、轻工、家电、航 空和船舶等领域。尽管如此，在一些行业和 相当多的企业内，仍然没有开始或者大面积推广应用三维设计。 三维数字化设计的 广泛应用还有待时日。以纺织机械行业为例，其三维设计已在一些大型企业内开始应 用,但要说推广应 用，则还有相当的一段距离。随着近

3、年市场节奏的加快,随着市场竞争的加剧，越来越多的企业对产品的交货期提出新 的要求,在 合同的鉴定上，条件越来越高，不再是90年代的一年期交货了,而根据产品种类和数 量、技术难度的不同，交货期都比原来大 幅缩短。这就对设备生产制造企业造成了 不小的压力，从合同鉴定和技术协议完成起，产品的设计、生产、运输、安装、调试 各个环节都 要求在最短的时间内，完成最高质量的产品，允许错误修正的时间几 近没有。这就势必给制造企业产生相当大的压力。为适应和应对这一变化，国内众多的制造企业纷纷开展三维设计，以提高设计效率，提升设计质量,抢抓市场机遇。设计是制造企业生产运作的龙头，是产品生产数据的源头。也是 产品性

4、能、产 品质量好坏优劣与否的关键，同时也决定了产品的设计 成本，加工制造成本。由此， 设计成为企业生存的关键。而也正基于此，各企业纷纷力求革新设计手段，应用新的设计方式,提升设计质量 和设计效率。利用三维技术进行的TOP-DOWN DESIGN（自顶向下设计逐渐被 人们重视和 应用。TOP-DOWN DESIGN（自顶向下设计 的设计思想是 在产品整机设计阶段的 最初就定位在产品系统构成的最高层面来考 虑产品的总体设计和功能性设计。这种方法是从产品构成的最顶层开始把组成整机的部件作为系统的一个零件来考虑， 并根据其在产品中 的相互位置关系所起的作用和实现的功能等建立产品的构成。 以Pro/E为

5、例，其TOP-DOWN DESIGN（自顶向下设计的设计思路就是 针对产品的 设计要求，基于其功能性和结构性建立起产品的 2Dlayout （布局和3D skeleton（骨架模型,通过参数和图形给定 设计约束条件、 关 键的设计参数等设计信息，集中地捕捉产品整机设 计意图，自上而下地传递设计信 息,并以此展开产品的整个设计过程。具体来说,就是在运用Pro/E进行TOP-DOWN DESIGN时，首先建立产品的布局文件（Layout ,进行方案设计，确定产品控制 的关键参数；继而建立产品组件模型，定义产品结构，并向总布局提出参数共享声 明; 然后建立整体结构的骨架模型，进行总体结构的三维规划，

6、利用关系使骨架的相关尺 寸受到所定参数的控制；建立子组件模型，定义部件结构,声明总布局草图参数。 同时,建立子组件的结构骨架模型，进行二级组件结构的三维规划；最后，按产品结构 展开设计，建立各部分与总布局中参数的数学关系。利用此种方式进行的产品设计 可以通过参数的传递来传达产品的整体设计意图，保证设计信息的连贯 性、正确性 和统一性。这种设计技术的应用，大大缩短了产品的设计生产周期，也为企业实现了高速高效完成产品系列化设计的要求。提高了设计质量，降低了设计成本和生产成本,为企业赢得市场提供了 坚实的保障。但是，这项技术的应用，并非仅仅买几套三维软件、培养几个三 维软件操作设计 师。三维设计的开

7、展，除了软件本身的功能外，还需要企业根据自身的实际情况，结 合企业信息化管理系统，在实现数据流通的前提下，完成三维设计环境及信息化集 成等问题，同时依托国内相关行业部门在三维机械设计方面的技术支持 ，并要求制 造企业内工艺、加工、装配等整个产品流程环节的相应技术也要有相应的同步技术水平,在这些方面，我国大多数的制造业还处在摸索阶段，所以,虽然在21 世纪初,有相当一大批企业购买和安装三维设计软件，但在推广应用上受到了一定 的制约，其应用深度更有待商榷。在国家积极寻找三维设计制造技术标准的同时，国内一些大型的 实力雄厚的企 业开始基于其所使用的三维软件本身，开发和建立自己 的三维设计环境，包括三

8、维标 准件库、模板库、材料库、通用件库、颜色库、模具库、符号库、参数化典型零件库等等。对制造企业而言，工程制图的标准化尤其是国际范围的标准化是 各国进行技术 交流和国际贸易的前提。 随着三维设计技术的应用，就需要从应用技术方面制订统 一的标准规范：如统一规定术语、数据集 模型、三维标注的方式、简化表示法、工 程图表达方式等，以避免由于缺乏统一的画法、注法、 属性定义、完整性以及关联 性要求等方面的标准,导致设计信息被误解、产品数据共享和交换难以有效实现等 一系列问题的发生。目前,国内还没有完全适用于现在制造企业实际的机械设计制造三维CAD标准。这就需要企业通过对由三维模型转换后的二维工程图与现

9、行国家机械制图国家标准的比照，对其存在的差异制订自己的企业标准。同时根据三维软件的特点和 功能,对三维数字化设计的过程，形成企业的三维设计系列标准，以此推动和探索企 业三维设计的全面应用。三维数字化设计的另一特点和优势，就是三维数字化虚拟样机仿真。也即利用 三维软件本身的功能，在设计过程中,就可对关键和重要零部件进行结构、应力、运动等的分析，而不必再像需要将需要分 析的零部 件提交到专业的分析公司或分析师，设计师在三维建模的同 时，就可利用软件模块 进行分析，即节约设计成本，也缩短设计周期，并可以此优化设计结构，提高设计质量, 避免设计错误。同时还可以 针对所设计产品在投入使用后的各种工况进行仿真分 析,预测出了产 品的整体性能，进而达到改进产品设计、提高产品整体性能的目的。 三维设计就是以三维软件为基础，从产品的功能规划、 概念设计 开始,在产品设计 中控制把握设计意图，系统化科学化地应用企业资源，完成产品的数字化装配。建立 参数化模型产品，实现产品设计的 参数化、数字化、系列化和智能化。三维数字化 设计的