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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CAD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CADCAM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。

 图1 制造企业三维CAD应用层次

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?


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