隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)技術(shù)水平的不斷提高，可視化、高效、直觀形象的三維CAD系統(tǒng)已越來(lái)越多地被推廣和應(yīng)用，其便捷高效的快速變形設(shè)計(jì)使企業(yè)能夠最大限度地縮短產(chǎn)品前置時(shí)間，減少設(shè)計(jì)失誤，從而提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。就目前的企業(yè)應(yīng)用情況來(lái)說(shuō)，尚存在很多問(wèn)題，其根本原因是缺少數(shù)據(jù)積累，未建立起基于三維CAD的設(shè)計(jì)體系，對(duì)此，筆者認(rèn)為，實(shí)施數(shù)字化樣機(jī)項(xiàng)目是解決這一焦點(diǎn)問(wèn)題的有效措施。

數(shù)字化樣機(jī)的功能

數(shù)字化樣機(jī)又被稱為“機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)”——工程師利用三維CAD進(jìn)行實(shí)體建模，形成樣機(jī)模型，然后對(duì)模型進(jìn)行各種動(dòng)態(tài)性能分析，改進(jìn)樣機(jī)設(shè)計(jì)方案，用數(shù)字化形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)物樣機(jī)試驗(yàn)。

數(shù)字化樣機(jī)完成的功能包括：基于工程的參數(shù)化三維零部件模型；零部件干涉檢查，以最大限度地避免樣機(jī)制造過(guò)程中返工；機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析；模擬真實(shí)場(chǎng)景的零部件有限元分析、動(dòng)力學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析、模擬各種各樣作用力分析；作為CAM/PDM/ERP的前端數(shù)據(jù)源。

由此可見(jiàn)，運(yùn)用數(shù)字化樣機(jī)可以減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)費(fèi)用和成本，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)及性能，獲得最優(yōu)化的創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

 
在三維環(huán)境中的柴油機(jī)裝配效果

數(shù)字化樣機(jī)項(xiàng)目的實(shí)施步驟

隨著業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，我公司在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方面面臨很多實(shí)際問(wèn)題，如人員專業(yè)水平不夠、缺乏數(shù)據(jù)積累、開(kāi)發(fā)體系不系統(tǒng)等，為了徹底解決這些問(wèn)題，我公司實(shí)施了基于PDM系統(tǒng)的數(shù)字化樣機(jī)項(xiàng)目。

1、技術(shù)準(zhǔn)備

我公司PDM項(xiàng)目于2005年1月成功上線，在此基礎(chǔ)上，我們確立了以產(chǎn)品B3012樣機(jī)的零部件為主要三維設(shè)計(jì)模型的數(shù)字化樣機(jī)項(xiàng)目，組織以內(nèi)燃所所長(zhǎng)為項(xiàng)目經(jīng)理的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，由山大華天軟件公司的技術(shù)人員進(jìn)駐企業(yè)，提供相應(yīng)的技術(shù)服務(wù)。

2、操作過(guò)程及開(kāi)發(fā)結(jié)果的嚴(yán)格管理

該項(xiàng)目完全按照“Project”的管理規(guī)定，從立項(xiàng)到總結(jié)都有嚴(yán)格的操作規(guī)范。這樣對(duì)項(xiàng)目的操作過(guò)程和結(jié)果都有了明確的管理和有權(quán)威性的成果。

3、建立基于三維CAD的BOM結(jié)構(gòu)體系

我公司建立了以產(chǎn)品B3012樣機(jī)所有零部件的三維CAD模型及各級(jí)裝配體為中心的設(shè)計(jì)研發(fā)項(xiàng)目，形成了基于三維CAD的BOM結(jié)構(gòu)體系，使三維模型參數(shù)化、模塊化。

（1）開(kāi)發(fā)體系

項(xiàng)目中的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程繼承了原有的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)體系，結(jié)合我公司現(xiàn)有的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟硬件總結(jié)出來(lái)，做到產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程無(wú)紙化和自動(dòng)化，做到了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可追溯性，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化辦公，并且所有數(shù)據(jù)均在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)中管理和保存，做到了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，可控可查；本開(kāi)發(fā)體系中的流程傳遞均在Project與PDM中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳遞，并可在系統(tǒng)中查看各項(xiàng)目進(jìn)度情況，實(shí)現(xiàn)流程的可視化控制。這樣形成的開(kāi)發(fā)體系，降低了人為傳遞失誤，CAD/CAM系統(tǒng)也大大提高設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)效率，CAE系統(tǒng)則大大降低了設(shè)計(jì)過(guò)程中的失誤。

（2）Top-down設(shè)計(jì)方法

在我公司的各個(gè)研發(fā)項(xiàng)目中，都特別注重團(tuán)隊(duì)協(xié)調(diào)一致的工作，在此數(shù)字化樣機(jī)項(xiàng)目中，我們利用UG NX的虛擬裝配技術(shù)完成了新產(chǎn)品柴油機(jī)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們以Top-down設(shè)計(jì)方法為主線，適當(dāng)結(jié)合Bottom-up設(shè)計(jì)方法，從整體到局部來(lái)完成整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。

（3）產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)與質(zhì)量管理

質(zhì)量體系是為實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理的組織結(jié)構(gòu)、職責(zé)、程序、過(guò)程和資源組成的互相聯(lián)系、互相協(xié)調(diào)的有機(jī)整體，質(zhì)量手冊(cè)、質(zhì)量體系程序和支持性文件是組成ISO9000質(zhì)量體系的三個(gè)層次文件。我公司數(shù)字化樣機(jī)項(xiàng)目根據(jù)UG NX設(shè)計(jì)應(yīng)用的質(zhì)量管理規(guī)定，完成的工作有主要有：設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、設(shè)計(jì)策劃、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)集檢查、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、設(shè)計(jì)文件審簽、設(shè)計(jì)更改、設(shè)計(jì)評(píng)審和設(shè)計(jì)定型。

4、企業(yè)三維CAD相關(guān)應(yīng)用人員的針對(duì)性系統(tǒng)培訓(xùn)

該項(xiàng)目的實(shí)施不僅完成了B3012產(chǎn)品的全部設(shè)計(jì)及總結(jié)任務(wù)，更重要的是有一大批設(shè)計(jì)人員在整個(gè)項(xiàng)目中得到了有針對(duì)性的系統(tǒng)培訓(xùn)：

□ 基礎(chǔ)培訓(xùn)：在項(xiàng)目啟動(dòng)初期進(jìn)行全體設(shè)計(jì)人員的三維基礎(chǔ)建模培訓(xùn)；

□ 有針對(duì)性的培訓(xùn)：在項(xiàng)目運(yùn)作過(guò)程中對(duì)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)中的設(shè)計(jì)人員、工藝人員、標(biāo)準(zhǔn)化人員進(jìn)行有針對(duì)性的培訓(xùn)，并隨時(shí)關(guān)注他們?cè)谌S應(yīng)用中遇到的問(wèn)題，隨時(shí)答疑、隨時(shí)解決；

□ 高級(jí)培訓(xùn)：在項(xiàng)目即將結(jié)束時(shí)對(duì)全體設(shè)計(jì)人員進(jìn)行三維軟件的應(yīng)用的高級(jí)培訓(xùn)，并進(jìn)行考試，其中有二十幾名工程師通過(guò)了UG設(shè)計(jì)師的任職資格認(rèn)證。

質(zhì)量管理

以上步驟中，質(zhì)量管理是我們的核心工作之一，在此做詳細(xì)闡述。

PDM中的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)

1、 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段是UG NX設(shè)計(jì)應(yīng)用的基礎(chǔ)，也是UG NX設(shè)計(jì)應(yīng)用質(zhì)量管理的起始點(diǎn)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

□ 資格認(rèn)證：山大華天的技術(shù)人員在項(xiàng)目啟動(dòng)以及項(xiàng)目結(jié)束時(shí)都對(duì)本企業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行了初/高級(jí)的培訓(xùn)，并進(jìn)行了考試。

□ 系統(tǒng)管理：設(shè)置系統(tǒng)管理員崗位，統(tǒng)一負(fù)責(zé)UG NX系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理與維護(hù)的工作。

□ 設(shè)計(jì)規(guī)范：嚴(yán)格按照UG NX設(shè)計(jì)應(yīng)用規(guī)范，對(duì)建模、裝配、制圖、數(shù)據(jù)檢查、審批、更改等內(nèi)容進(jìn)行產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)，并將規(guī)范單獨(dú)成文，放在PDM系統(tǒng)平臺(tái)上，供設(shè)計(jì)人員隨時(shí)參閱。

□ 其他相關(guān)規(guī)范：螺紋數(shù)據(jù)文件、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、材料庫(kù)等都建立基于統(tǒng)一的UG NX標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)。在這項(xiàng)工作中，我公司標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)部的人員會(huì)同山大華天技術(shù)人員，將本企業(yè)常用的標(biāo)準(zhǔn)件、材料庫(kù)、螺紋數(shù)據(jù)文件的三維圖形以及其他屬性都維護(hù)到標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中，以便在詳細(xì)設(shè)計(jì)中直接使用，有利于數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)一致和有效管理。

2、 設(shè)計(jì)策劃

該項(xiàng)目的三維設(shè)計(jì)策劃工作所完成任務(wù)較二維設(shè)計(jì)所要新涉及的內(nèi)容有：

□ 組織結(jié)構(gòu)：項(xiàng)目組在TCEng環(huán)境下預(yù)先設(shè)定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)，確定項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的所有人員角色和權(quán)限，保證在項(xiàng)目運(yùn)作中團(tuán)隊(duì)工作的協(xié)調(diào)一致。

□ 設(shè)計(jì)思路和方法：針對(duì)具體產(chǎn)品——B3012數(shù)字化樣機(jī)，我們確定了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路和方法。

□ 明確主模型的原理和方法：該項(xiàng)目的所有的部件文件都按照UG NX主模型原理進(jìn)行創(chuàng)建，支持了產(chǎn)品不同設(shè)計(jì)階段的人員使用不同的應(yīng)用來(lái)共享相同的模型，這種主模型原理有效地保證了數(shù)據(jù)表達(dá)方式的一致性，大大減少了數(shù)據(jù)冗余。

□ 確定需驗(yàn)證的內(nèi)容：項(xiàng)目中的幾何公差分析、裝配間隙和干涉檢查、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析仿真、結(jié)構(gòu)分析、數(shù)據(jù)分析和檢查等工作，在設(shè)計(jì)策劃時(shí)規(guī)定都在UG NX中進(jìn)行。

3、 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

項(xiàng)目中不同設(shè)計(jì)階段的三維設(shè)計(jì)要求都有所區(qū)別。例如在該項(xiàng)目的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段中，項(xiàng)目組人員遵循的一般原則和方法是：

□ 模型質(zhì)量的基本要求：正確性、相關(guān)性、一致性、可編輯性、可靠性。

□ 實(shí)體建模的質(zhì)量管理：實(shí)體建模的內(nèi)容和方法必須與設(shè)計(jì)不同階段的設(shè)計(jì)目標(biāo)相一致；實(shí)體建模必須按照建模規(guī)范進(jìn)行；實(shí)體建模必須按照建模步驟進(jìn)行；實(shí)體建模必須按照參數(shù)化原則建模，禁止使用非參數(shù)化的命令，保證模型的可編輯性；運(yùn)用UG NX相關(guān)參數(shù)化設(shè)計(jì)的功能和技巧，正確反映產(chǎn)品幾何結(jié)構(gòu)和尺寸的內(nèi)在關(guān)系，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖的相關(guān)性；用盡可能少的文件數(shù)據(jù)特征來(lái)達(dá)到表現(xiàn)模型的目的。

□ 裝配建模的質(zhì)量管理：嚴(yán)格采用UG NX提供的自頂向下設(shè)計(jì)裝配方法；重視部件名和裝配加載路徑的管理，防止文件名和加載路徑出現(xiàn)混亂或錯(cuò)誤；進(jìn)行嚴(yán)格的組件版本管理和技術(shù)狀態(tài)管理，保證裝配所引用的模型數(shù)據(jù)的唯一性和一致性；根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)選擇使用引用集，對(duì)引用集的創(chuàng)建、修改、檢查、使用、置換等都應(yīng)有明確的規(guī)定。

□ 裝配規(guī)則原則：按實(shí)際的安裝順序進(jìn)行裝配；在主裝配中使用“絕對(duì)定位”的方法裝配子裝配件；在子裝配中使用配對(duì)條件進(jìn)行裝配；避免在不同子裝配中使用部件間的交叉約束。

□ 制圖的質(zhì)量管理：嚴(yán)格按主模型原理進(jìn)行制圖工作，制圖數(shù)據(jù)（包括組件圖、裝配圖）與三維模型分別存放在不同的文件中；注重三維實(shí)體模型注重制圖的關(guān)聯(lián)性，如視圖與模型的關(guān)聯(lián)、尺寸與視圖的關(guān)聯(lián)、注釋與圖樣或視圖的關(guān)聯(lián)。

4、數(shù)據(jù)集檢查

數(shù)據(jù)集檢查的內(nèi)容主要包括：系統(tǒng)參數(shù)檢查、通用數(shù)據(jù)檢查、實(shí)體模型檢查、裝配模型檢查、制圖檢查。

在本項(xiàng)目的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型中，數(shù)據(jù)檢查的方法有自動(dòng)批處理檢查、手工交互檢查。自動(dòng)批處理檢查指使用UG NX開(kāi)發(fā)工具編制相應(yīng)檢查程序進(jìn)行UG NX/CAD模型檢查，例如使用UG NX Check Mate 檢查一致性。手工交互檢查指在UG/CAD環(huán)境下，采用交互方式按要求對(duì)UG NX/CAD模型進(jìn)行檢查。

5、設(shè)計(jì)驗(yàn)證

利用UG NX為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供的功能較完善的設(shè)計(jì)驗(yàn)證工具，例如分析、簡(jiǎn)單干涉、裝配間隙、公差分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)分析等功能，進(jìn)行產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

設(shè)計(jì)驗(yàn)證的結(jié)果產(chǎn)生設(shè)計(jì)報(bào)告，經(jīng)審簽后歸檔，作為批準(zhǔn)、發(fā)放設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件的依據(jù)，也為設(shè)計(jì)評(píng)審和設(shè)計(jì)確認(rèn)提供信息。

6、設(shè)計(jì)文件審簽

文件審簽是質(zhì)量管理的一個(gè)重點(diǎn)。為了與三維設(shè)計(jì)相適應(yīng)，我公司在PDM中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了把原來(lái)以二維圖紙為中心的人工更改管理方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀S模型為中心的電子文檔審簽的管理。當(dāng)然，如果大型產(chǎn)品的電子文檔審簽和更改不方便時(shí)，也可先進(jìn)行紙質(zhì)設(shè)計(jì)文件的審簽，再進(jìn)行電子文檔審簽、更改的管理。

7、設(shè)計(jì)更改

□ 更改貫徹主模型原理和方法:確保零件實(shí)體模型是制圖、裝配的唯一數(shù)據(jù)源；有關(guān)更改對(duì)象的所有不同介質(zhì)的文件、文檔應(yīng)同時(shí)更改，并保持一致；下級(jí)零組件的更改應(yīng)與上級(jí)組件進(jìn)行協(xié)調(diào)。

□ 更改流程：設(shè)計(jì)更改方案的評(píng)審、驗(yàn)證；填寫設(shè)計(jì)更改單（更改單的內(nèi)容要以數(shù)據(jù)模型要素的更改為主線，協(xié)調(diào)與裝配、制圖及其他文檔之間的相互關(guān)系，進(jìn)行相應(yīng)更改）；審批更改單；進(jìn)行設(shè)計(jì)更改（先模型，再裝配、制圖、其他文檔）；設(shè)計(jì)更改文件審批；歸檔；實(shí)施更改。

□ 版本管理：我公司的PDM平臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)版本進(jìn)行定義并很容易進(jìn)行有效的管理，保證了設(shè)計(jì)更改的一致性、完整性和協(xié)調(diào)性。

8、設(shè)計(jì)評(píng)審

在該項(xiàng)目的產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不同階段，設(shè)計(jì)文件的構(gòu)成有不同的要求。例如在初樣研制（技術(shù)設(shè)計(jì)）時(shí)只需要?jiǎng)?chuàng)建產(chǎn)品總體模型和主要零部件模型或圖紙，而在試樣研制（詳細(xì)設(shè)計(jì)）時(shí)則要包含零件模型數(shù)據(jù)文件、裝配模型數(shù)據(jù)文件、二維制圖數(shù)據(jù)文件等全套設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件。對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件的質(zhì)量要求在各個(gè)設(shè)計(jì)階段評(píng)審時(shí)都是相同的，即：數(shù)據(jù)的正確性；設(shè)計(jì)的相關(guān)性和一致性； 模型的可編輯性；數(shù)據(jù)的可靠性；設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的完整性。

9、設(shè)計(jì)定型

這是新產(chǎn)品研制設(shè)計(jì)任務(wù)基本結(jié)束的標(biāo)志。設(shè)計(jì)定型完成后，產(chǎn)品研制就進(jìn)入試生產(chǎn)階段。在完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，需上交兩份文檔資料：一份是產(chǎn)品設(shè)計(jì)總結(jié)，該報(bào)告提供對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程基本情況描述、全套設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件概況描述、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)分析及其他（如數(shù)字樣機(jī)仿真等內(nèi)容）、產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型在制造過(guò)程的使用情況等；另一份是設(shè)計(jì)定型審查報(bào)告，該報(bào)告對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)全套設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行審查并得出結(jié)論。

實(shí)施效果

1、初步形成了完整的基于三維CAD的設(shè)計(jì)體系

在本項(xiàng)目的運(yùn)作過(guò)程中，山大華天的技術(shù)人員針對(duì)本企業(yè)的產(chǎn)品特點(diǎn)，在三維環(huán)境中直接進(jìn)行產(chǎn)品的實(shí)際開(kāi)發(fā)，帶動(dòng)了企業(yè)項(xiàng)目人員完成三維建模及產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這種針對(duì)實(shí)際應(yīng)用、針對(duì)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研發(fā)人員的技術(shù)服務(wù)有力地推進(jìn)了本企業(yè)三維設(shè)計(jì)的水平以及設(shè)計(jì)規(guī)范的統(tǒng)一。

通過(guò)數(shù)字化樣機(jī)項(xiàng)目的成功實(shí)施，我公司不僅完成了產(chǎn)品B3012樣機(jī)的所有零部件的三維CAD模型及各級(jí)裝配體的設(shè)計(jì)等各項(xiàng)開(kāi)發(fā)任務(wù)，更重要的是幫助企業(yè)完成了完整的基于三維CAD的設(shè)計(jì)體系，為下一步三維設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；

2、企業(yè)具備了必要的三維數(shù)據(jù)積累

本項(xiàng)目中形成的所有的三維設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、典型結(jié)構(gòu)庫(kù)等成果全部由成功上線的PDM平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一分類管理，使企業(yè)的三維設(shè)計(jì)具備了必要的數(shù)據(jù)積累，使下一步的三維設(shè)計(jì)工作更加方便、準(zhǔn)確、快捷。

3、三維CAD相關(guān)應(yīng)用人員得到了有針對(duì)性的系統(tǒng)培訓(xùn)

數(shù)字化樣機(jī)項(xiàng)目成功實(shí)施后，很快使我公司的一大批三維設(shè)計(jì)、工藝、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)人員成長(zhǎng)起來(lái)，為企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新準(zhǔn)備好了人才力量。

結(jié)論

我們所實(shí)施的數(shù)字化樣機(jī)項(xiàng)目繼承了公司現(xiàn)行的開(kāi)發(fā)體系，結(jié)合上線的PDM數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、CAPP工藝管理系統(tǒng)、NX CAD/CAM系統(tǒng)，力爭(zhēng)做到統(tǒng)一結(jié)合，一個(gè)新的技術(shù)先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)體系基本建立。經(jīng)過(guò)后續(xù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的磨合和總結(jié)，這個(gè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)體系已經(jīng)成功運(yùn)行。該體系是我們對(duì)高集成環(huán)境下的數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)體系的探索，大幅度地提高了產(chǎn)品研發(fā)的水平，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。