喬立紅，工學博士，教授，博士生導師�，F任北京航空航天大學機械工程及自動化學院工業與制造系統工程系系主任，并擔任中國機械工程學會生產工程分會和成組技術分會委員。分別于1982、1986和1999年在北京理工大學及北京航空航天大學獲本科、碩士和博士學位。1986年起在北航任教。曾在美國國家標準和技術研究院（NIST）客座研究，在美國衣阿華大學訪問進修，并先后多次在美國及法國的多所大學合作研究。研究領域為產品開發工程、產品全生命周期管理、數字化制造及信息集成等。
北京航空航天大學 喬立紅教授
1.很多企業都應用了三維設計軟件，但是應用層次差異很大，您認為企業應當采取哪些舉措，使三維設計軟件的應用取得實效？
從以往接觸的企業來看，我覺得企業三維CAD應用層次的差異，除了技術上缺乏相應的措施來保障外，管理也是一個不可忽視的問題。促進三維CAD的應用不只是設計部門或工程師本身的問題，而應該上升到企業的層面，企業是否把三維CAD的應用作為一個戰略來關注，如何應用三維技術促進產品的研發，提高企業的技術水平，提升產品的市場競爭力，而不僅僅是人云亦云或者應上游企業的要求。這是企業在管理層面需要具備的認識。
如何使應用真正落到實處呢？企業可以考慮將三維軟件的應用與績效考核掛鉤，即針對軟件的使用者（設計人員、工藝人員等）設定一些獎勵機制以促進技術人員對三維設計工具應用的重視度。很多企業的經驗表明，將三維CAD的應用與績效考核相對應是比較行之有效的策略。對于習慣了使用二維的工程師來說，在剛接觸三維CAD時，會由于不熟練或習慣問題而產生一種排斥心理。因此，企業在三維CAD推廣初期應該經常舉辦技術培訓講座，加強工程師對軟件應用能力，使其掌握必要的應用技巧，這樣在工作中可以達到事半功倍的效果。三維應用在技術上還有一個體現，即特征概念的推廣和應用。現在比較流行的MBD （Model Based Definition，MBD）-基于模型的數字化定義技術，它是一個用集成的三維實體模型來完整表達產品定義信息的方法體，詳細規定了三維實體模型中的產品尺寸、公差的標注規則和工藝信息的表達方法。借助于三維設計工具這個載體普及和應用特征、MBD等一些核心技術，體現面向制造、面向全生命周期的設計觀念，使設計人員認識到應用三維CAD不僅僅是借助這個工具軟件來建立模型，更是一個從產品的設計到制造直至最終報廢的這個系統性工程中最原始也是最關鍵的環節，這對于企業提高三維應用層次，是很重要的。
2.企業全三維應用進展緩慢，您覺得制約因素有哪些呢？據您了解，有沒有可以借鑒的模式？
基于特征、全尺寸約束、全數據相關、尺寸驅動設計修改等新功能，使一般的三維模型不僅提供了二維圖紙所不具備的詳細形狀信息，而且能夠通過添加三維方式的注釋提示、注釋與形狀的數字連接的功能提供尺寸、公差、表面粗糙度等部分幾何工藝信息。然而，一般的三維模型數據卻無法表達表面粗糙度、表面處理方法、熱處理方法、材質、結合方式、間隙的設置、連接范圍、潤滑油涂刷范圍、顏色、要求符合的規格與標準等僅靠形狀而無法表達的非幾何信息。另外，基于注釋的形狀提示、關鍵部位的放大圖和剖面圖等能夠更為靈活而合理地傳達設計意圖的手段也存在不足，因此，目前大部分企業采用的是“3D模型+二維圖紙”的方式定義產品信息，這是導致企業全三維應用進展緩慢的重要原因。
在全三維應用方面，波音公司推行的基于模型的數字化定義技術體系取得了成功，它目前已成為在航空業普遍認同的解決數字化設計、制造的先進技術。MBD將設計、制造、檢驗、管理信息融為一體，推動三維設計向三維設計制造一體化轉變，在MBD體系中，數據集以三維模型為核心，集成了完整的產品數字化定義信息，保證研發數據流的完整和流暢；MBD改變傳統紙質介質的產品定義表述模式，方便對研發數據的管理，減少因紙質實物系統與計算機系統脫節而造成的重復性勞動；MBD技術體系使使用者能夠更加直觀、準確地獲取生產檢驗的信息；同時，MBD支持并行工程，MBD的技術體系中的數據集內容包含設計、工藝、制造、檢驗等各部門的信息，在數據管理系統和研制管理體系的控制下，各職能人員可以共同在一個未完成的產品模型上協同工作。因此，我認為，MBD是一種很好的全三維應用模式。但是，所處的行業不同，需要面臨和解決的問題也不同，因此，不同的行業需要結合自身行業的特點來考慮，可以在參考MBD規范的基礎上制定適合企業自身業務的規范，通過實踐和研究尋找適合自己的應用模式。
3.對于很多企業應用三維CAD后比較棘手的問題，與二維文檔的交互、對原有的二維技術文檔的借用等，從而造成的二三維應用脫節，您有什么好的建議？
企業在應用三維CAD后，的確會存在對原有二維文檔借用等方面的問題，這就涉及到思想轉變的問題。在由二維CAD 向三維CAD 轉變的過程中，企業可以優先對重要的二維圖紙進行三維化，由設計骨干牽頭,對歸檔圖紙歸類分析, 盡可能將設計中典型設備, 典型結構, 典型零部件抽取出來,對它們進研究、建模、參數化、變量處理, 遵循MBD規范，重建其三維模型。這些工作越早進行，對企業來說就越有利。
企業一旦確定了使用三維CAD，在二維和三維設計并存的情況下，可以從新產品的開發全面使用三維CAD，并對之前的二維圖紙三維化，如果開始的越晚，二維圖紙積累的越多，將來遷移就會越困難。因此，當前工作的全三維化、對過去二維圖紙的逐步三維化、建立三維零部件庫（支撐數據庫），是企業應用三維CAD必須要經歷的過程。這些工作一旦走上正軌，三維設計的工作效率就會大大地提升。
當然，三維CAD軟件只是一個工具型的軟件，如何對企業積累的產品技術文檔、與產品相關的信息（包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結構、權限信息等）和與產品相關的過程（包括過程定義和管理）進行管理，這都需要企業規劃和研究，還需要借助產品數據管理系統PDM，它在實現企業的信息集成、提高企業的管理水平及產品開發效率等方面能提供重要的支撐。目前，國內很多企業都實施了PDM系統，而且應用的效果也非常好。
4.您認為，企業需要從哪些方面入手來推進全三維的應用？
我認為，企業進入全三維應用，是這樣的一種狀態：第一，在許多情況下二維圖紙不再是設計制造過程所必需的文件；第二，以三維模型為載體的產品信息作為技術交流和信息傳遞的主要方式。
如果在過渡時期，由于與其他環節銜接的需要，可以直接通過三維模型生成二維圖紙，這樣的過渡只是因為在制造階段，目前國內大部分企業依舊是依賴二維工程圖來指導車間的生產。同時，在目前的企業的三維產品設計中，設計思想大多還是停留在原來二維的模式，沒有從思想上跟上三維應用的步伐，導致在應用了三維CAD后，與制造相關信息的缺失，三維設計模型難以直接應用于工藝設計和生產制造。這也正是MBD要解決的問題。
在推進全三維應用的問題上，建立三維設計企業標準和規范是企業首先需要研究和考慮的問題。目前的二維制圖標準中存在的一些規定無法適用于三維投影，例如螺紋的畫法、圖線的規定以及上下偏差標注等，導致使用上的不便和無法通過標準化審查，迫切需要進行更改；由于三維環境下是立體的，角度、位置的表示更為豐富，實體與實體的關聯表示更為直觀和復雜，因此，原有的一些標準規定過于粗放，存在著很大的不確定性和模糊性，例如，公差標注的位置及引出方式、基準體系、基準標識方式、三維環境下標準件庫/幾何要素/對稱結構/典型結構以及草圖等的簡化方法等等，急需進行補充和細化；三維模型的比例、精度、關聯關系、建模質量要求相比二維制圖是全新標準化的內容，需要盡快研究制訂；與CAE/CAM/NC/PDM、CAQ、CAI以及ERP等系統的數據共享與集成，要求對修訂、注釋、部件表、測試要求、材料說明、工藝等等非幾何信息進行更詳盡的描述、更嚴格的控制和自動處理，這都是現有標準無法滿足的，需要研究制訂新的標準規范……
因此，企業可以從以下兩個方面來考慮標準的制定：在三維CAD應用技術方面，企業可以著手研究制訂統一的標準規范，如統一規定術語、數據集模型、三維標注的方式、簡化表示法等；從三維CAD軟件實現技術方面，制訂相應的標準規范，如提供中性機制和標準接口以實現不同系統間的兼容與共享（STEP標準）等。
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本文標題：標準先行 推進企業全三維應用
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