提高三维产品设计效率的重要途径

SolidWorks梦勰

三维CAD为企业实现产品研发提供了强大的工具。在竞争加剧、成本飙升的时代，如何提高三维CAD在产品设计中的应用效率，降低企业的成本已成为每个应用企业所关注的重点。本文通过实际案例，在SOLIDWORKS上通过DDSoft的AutoDriver软件应用，可以使得设计周期缩短50%以上，为企业提高三维产品设计效率提供了一条可行的方法。
1、三维CAD应用面临的问题
SolidWorks等三维计算机辅助设计软件的应用为企业的产品研发提供了强大的设计平台，这不仅可以在产品投入制造之前就可以直观了解产品的外观、内部结构、性能计算，同时可以通过三维模型直接产生二维工程图纸。但三维设计的应用对企业同样带来新的问题：
（1）企业必须在计算机软件和硬件上投入较大的资金，三维软件的应用必然需要更好更快的计算机，对硬件的资源需求比二维CAD要明显高。
（2）三维软件的设计操作要求更加专业的人员，人员的投入成本高，人员的培训周期长，企业对熟练应用三维设计软件的人员依赖性强。
（3）三维设计软件的应用总体上可以缩短产品的研发周期，但在产品的三维建模及产品造型、产品模型的分析计算方面比简单绘制二维图纸要复杂，设计工作量增加。
总而言之，三维CAD的应用对企业而言需要在设计上投入更多的资金或成本。因此，如何正确应用三维设计工具，使得企业可以将产品的设计成本降至最低点，甚至比二维绘图的应用更低，同时保持三维CAD的应用优势，必然成为企业的一个值得关注的重点。
2、产品设计的需求分析
对大多数企业来说，产品的研发工作的80%是产品的改型设计。一般有两种情况，一是企业根据市场的需求和技术的发展，在原有产品的基础上进行产品的改进设计；二是根据客户的要求，对产品进行客户化的定制设计。因此，完全新的设计在一个企业中所占的比例是有限的。
传统二维图纸设计中，一般的做法是在原有图纸上局部修改来满足产品的改型。有些情况下，甚至只是改变图形的尺寸或数据，而零件图形不变。二维图纸的修改如果只是简单修改，工作量有限。但如果需要较大的修改，或关联修改，则相当繁琐。其中，最大的问题是发生错误不易检查，容易给企业在后续制造中产生高昂的成本和损失。
对三维产品模型的改进设计也是这样，通常企业会以原先的一个产品模型为参考，对模型进行修改。与二维图纸的修改主要的区别是三维模型可以帮助设计者检查关联零部件的配合和干涉，直观显示。避免设计错误在后续制造中的损失，但需要修改的工作量较大。
综上分析，可见大多数的设计工作是修改，是在原有产品数据上进行。这引发的思考是：是否可以根据三维模型的参数关联特点，驱动模型进行自动设计？回答是：这是完全可能的，并且是国际上三维辅助设计的应用深化的趋势。
如果能够根据设计的变更要求，由计算机直接自动完成产品模型、图纸的修改。这不仅可以让设计者抽出时间和精力关注全新的设计和产品设计的关键问题，而且这个工作的完成速度无疑会比人工手动修改的速度提高几倍。
比较遗憾的是，目前的大多数三维CAD的应用仍然停留在实现产品三维模型并输出合格的二维图纸这样的低级应用水平上。三维CAD内在的技术以及三维产品建模的优点仍被大多数人所忽略。根据DDSoft的应用调查，国内90%以上SolidWorks的用户在产品的改型设计上所用的方法仍然比较传统，即俗话所说的是在穿新鞋走老路，不仅严重消耗了企业的成本，而且影响企业的产品响应的时间。
3、提高三维CAD应用效率的途径
三维CAD构造的产品模型信息完整，尤其是其零部件的相互约束关系以及零件模型的成熟数据结构。利用这一优点，可以对三维模型进行参数驱动，实现产品变型设计的自动化。
从技术上讲，这是对产品模型的重用，即重复使用。显然，如果你所构建的产品、部件或零件的三维模型可以被反复利用，你的数据重用高，必然节省了你的成本。同时，将模型的变化工作由计算机来完成，计算速度将大幅度提高，原先因人为造成的出错将不再存在。DDSoft在SolidWorks软件上开发的AutoDriver就是一个参数化驱动的应用插件。
基于三维CAD建立产品的参数驱动，可以在产品物理参数、几何参数发生变化的情况下，在一定的参数范围内由软件直接完成参数计算、模型驱动以及图纸的关联变更。原先由人工修改模型和图纸可能需要几个星期的时间，采用软件自动进行可能只需要几分钟。一般情况下，企业可以先建立几个产品的完整主模型，确定主模型的参数变化的范围，即可根据市场和客户的要求，自动实现模型和图纸的修改。根据DDSoft的应用经验，变更后的模型和图纸仍然需要人工进行校核和审核，以确保产品变型的正确性。
在三维CAD环境下实现产品模型和图纸的自动变更，在国内外已有很多应用案例，包括工业产品的各个应用设计领域，如数控机床、锻压机床、工程机械、电机以及电梯设计等应用领域。企业不要仅仅满足已采用了三维CAD进行自己产品研发这样的初级应用，应当利用已有的投入，将产品客户化、系列化的工作由计算机来完成。除了可以飞速提升产品的修改速度外，更重要的是企业在应用中将设计者的经验、数据、资料得到有效的保存，使得任何新手可以设计同样质量的产品，大幅度降低了设计的成本。通常，培养一个熟练操作三维CAD的人员，企业可能需要3到6个月的时间。如果采用了参数化，培训一个新手可能只需要三天时间，设计的效果一样。这对企业来说，不仅知识得到传承，而且成本下降，是目前国际上有效降低研发成本的一个重要的方法或途径。
压力机行业在应用了DDSoft的参数化设计系统后，大大缩短了产品设计时间及产品设计过程中重复工作的问题。给产品设计、产品报价及交货时间提供了可靠的保障。

Kim Dong 董华三
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