三維設計已經成為當前裝備制造企業的主要設計手段，區別于傳統的二維CAD設計，在應用三維軟件進行產品設計時，工程師具有了更多的方法和途徑實現設計意圖，提高了設計效率和設計質量。但相對于成熟完善的二維設計標準，三維設計標準的缺少和不完備，在給設計工程師提供更多自由的同時，也給企業的標準化管理工作帶來了不小的麻煩，更為重要的是，對企業的PDM/CAPP/ERP產品數據信息化工作也帶來了較大的困難，甚至影響到企業的CAD/CAM工作。
雖然最新的國家標準GB/T26099-2010《機械產品三維建模通用規則》已經出臺，但具體到企業的實際生產管理情況，則會有許多的問題難以解決。恒天重工股份有限公司于2002年開始使用Pro/ENGINEER進行產品設計，在10年的應用過程中，也發現了諸多的問題，并積極地探索解決途徑，通過不斷地摸索、實踐，用了近6年時間建立了企業的三維標準化體系。通過公司的生產實踐證明，討論并建立符合企業實際的三維標準體系能夠為企業帶來諸多的好處。要建立企業的三維標準體系，就需要考慮以下幾個方面。
一、三維設計環境的搭建
傳統的二維CAD設計對設計環境沒有更多的要求，一臺安裝有繪圖軟件的計算機就能夠讓設計師完成他的設計工作。而三維設計則對企業的設計環境具有較高的要求，不論是計算機配置，還是企業網絡架設，都對工程師設計工作的流暢開展有著較大的影響。其次，工程師在產品設計過程中用到的各類基礎數據庫是否完備也對產品的設計周期和其后的產品數據管理有著較大的影響。通過多年實踐，，筆者認為企業在推廣三維設計之初需要針對三維設計環境考慮以下幾個方面。
1.基于三維設計數據的信息化管理平臺搭建
不管是單一的PDM還是全流程的PLM，在對原有的二維設計數據進行管理時，都能夠較好地實現無差別、無遺漏地管理和傳遞。使用三維設計后，產品數據格式和文件類型都發生了較大的變化，需要對原有針對二維產品數據的信息化管理平臺進行升級。PDM在進行二維設計圖樣管理時，只負責文件的名稱及屬性，不涉及文件的內容，而三維設計則不同，由于布局及骨架的使用，每個零件之間都有一定的關聯，不同的文件版本會影響到整個產品的打開和使用。版本間的改動會造成整個產品的改動，哪怕是一個基準面名稱的改變。所以說，企業要想用好三維設計，首先就是要結合企業的信息化系統，建立相應的環境，完成一系列的基礎工作，實現三維數據在企業信息化系統的有效管理，使三維設計的產品數據與公司信息化管理流程良好集成。
2.建立企業的三維設計基礎數據庫
在產品的三維設計過程中，基于企業標準化管理的考慮，會使用到大量的基礎數據庫。例如：統一的零部件模板/工程圖模板、完善的各類常用標準件、常用的通用件/外購件、符合企業實際應用的材質庫以及企業常用的各類符號庫等。這些基礎數據庫的建立，不僅能夠較好地實現企業的標準化管理，同時還大大簡化和提高了工程師在設計過程中的工作量和工作效率。在表1中，列出了需要企業關注的關于三維基礎數據庫的幾個方面。
表1 三維基礎數據庫
3.建立三維并行設計平臺
三維設計最明顯的優勢在于所見即所得，另外一個優勢就是可以實現產品設計過程中的資源共享和并行設計，三維并行設計平臺的搭建是利用和發揮這一優勢的重要手段。并行設計中目前常用的就是自頂向下設計方法，也即在產品設計之初，針對設計要求，綜合考慮構成產品的各部分間的關系，確定產品的組成、相互關系、實現方式、主要參數及參數間的關系，形成設計的總體方案。然后在此基礎上分解設計目標給分系統具體實施，分系統從上級系統獲得某些關鍵尺寸和定位基準，并在上級系統確定的邊界內開展設計。最終完成總體性能最優的設計，并能在以后的產品系列化設計中實現高效、快速的參數化設計。
利用這種三維并行設計平臺上的自頂向下設計，產品設計負責人可以清晰明了地掌握產品各部分的設計進度和設計結果，并實時對其中的問題進行調整和改進，確保產品設計的正確性。
二、三維設計標準的建立
三維設計環境的搭建給三維設計提供了良好的設計基礎和環境，但鑒于三維設計手段的多樣性，在模型建立時不同的人會有多種不同的方法。例如：同樣是一個圓柱體零件，可以用拉伸完成，可以用旋轉完成，也可以用掃描完成。不同的方式雖然從外觀上看是同一個結果，但在布局及骨架模型的發布和接收使用上會有較大的差別，而在后期的產品裝配、工程圖繪制和圖形標注等方面也會有不同的處理方式。所以，針對產品設計各流程中各環節的標準制訂是十分必要的。
1.產品總布局及骨架模型標準
產品總布局及骨架模型是整個產品設計的龍頭和靈魂，直接關系和控制著產品設計的最終形態，從某種意義上說，產品設計的成功與否、設計結果的好壞都取決于產品總布局及骨架。
總布局即是產品的草圖方案，所提煉出的參數是這個產品的核心技術要點。在參數的提煉上，需要由企業的相關專家進行設定，這些參數要契合市場的要求和發展趨勢，關系著產品的質量及后續發展，這些參數間關系的判定和建立，也是此類產品今后一段時間內系列化設計的關鍵。
骨架模型簡單地可以說是產品的三維布局，通過點、線、面、基準、坐標系和參數等，確立產品各組件、部件間的定位和關系，是產品建模的依據和基礎。當然，這一過程依賴于骨架模型中幾何元素的發布和復制。
鑒于產品總布局和骨架模型的重要性，依據企業實際，制訂相應的標準是十分必要的，可以此規范產品總布局和骨架模型的建立條件、建立方式和建立權限等，保證產品設計的正確性和可發展性。
2.建模標準
產品建模是三維產品設計的基礎工作，也是關鍵工作。模型的建立要考慮產品的布局、骨架、零件的特征化參數化設計、工程圖的投影和尺寸標注等，甚至產品數據錄入信息化系統數據庫后的管理等，所以建模標準是企業三維標準中必不可少的一項。
在國家標準GB/T26099.2-2010《機械產品三維建模通用規范——零件建模部分》中也有相應的要求。當然，國家標準中規定的各項都較為寬松和簡化，以適應不同企業的不同需求，企業可以根據自己的實際運營情況，進一步細化。例如，普通零件的建模要求、通用零件的建模要求、外包外購件的建模要求、特殊零件的建模要求以及零件建模的流程、配置文件的參數設置等方面。
3.裝配標準
同零件建模標準一樣，國家標準GB/T26099.3-2010《機械產品三維建模通用規范——裝配建模部分》也有相應的規定。企業可以針對自己的情況進一步細化。例如，普通固定連接裝配的要求、運動裝配的要求、裝配基準的采用和裝配體零件表示的要求等。
4.工程圖標準
在工程圖繪制上，三維產品設計雖然能夠給工程師帶來很大的方便，但在視圖圖形表達上與原有的二維制圖國家標準有著不少的差異，尤其是簡化表示上，例如齒輪的表達（圖1）和軸承的表達（圖2）。
圖1 齒輪的表達
圖2 軸承的表達
還有一些圖型需要進一步處理，否則會影響到視圖的閱讀和理解。例如：鑄造圓角、鋼板扳邊圓角、槽鋼和角鋼的過濾圓角都必須加以處理（圖3）。
圖3 圓角的進一步處理
國家標準GB/T26099.4-2010《機械產品三維建模通用規范——模型投影工程圖部分》中對圖樣構成、圖面布局和圖樣簡化也做了一些原則性的規定。在圖樣基礎要求中對圖幅、圖框與標題欄、比例、字體和圖線則有著相對具體的要求，企業可以完全遵照此規定執行。在視圖中對各類視圖的要求則延續原國家制圖標準的規定，只是在一些細節上略有改變。
除了國家標準規定的之外，依據企業的實際情況，結合企業的三維設計基礎數據庫，可以再進一步細化規定。例如：在圖中的圖形表達方面、結合件圖的焊縫表達方面、部件圖/組件圖/總裝配圖和外供圖的表達方面、圖形尺寸的標注方面以及在圖形文字注釋表述方面等都可以有企業自己詳細的規定。
三、針對三維設計的管理標準及規范的建立
三維標準體系的建立，不僅需要相應建模及圖形表達的要求就可以，還需要企業針對三維設計制定一系列的管理制度和規范。以指導和規范化產品設計，便于標準化管理和信息化管理（表2）。
表2 企業針對三維設計制定一系列的管理制度和規范
四、結語
一個企業的標準體系建立是一個長期、長效的過程，對企業將會產生長遠的影響，一個科學、嚴謹且運行良好的標準體系，會為企業的發展帶來不可估量的好處。同時，標準體系的建立也是一個漸近的、不斷完善的過程，它需要企業針對自己的實際情況，在不同時期、不同階段做出不同的改進和修改，以服務企業的生產經營活動，推動企業的發展。
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本文標題：淺談企業三維設計標準體系的建立
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