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3D智慧設計的“囚徒困境”

摘要

隨著全球經濟一體化格局的形成以及科學技術知識的快速更新, 工業型產品製造企業的市場競爭壓力日益加劇。 其中, 生存力較強的創新型企業的競爭核心開始從產品提升轉向基於產品能力的提升, 具體表現為:對新產品的開發能力、製造能力和快速回應市場的能力, 要求實現在最短時間內有效的為市場提供具有競爭力的產品。 因此, 運用SOLIDWORKS等軟體3D智慧設計技術完成全面的產品開發, 需要電腦實現模型重現, 通過對虛擬模型的分析, 改進產品設計方案, 在數位狀態下進行產品的虛擬試驗和製造。

該技術可顯著縮短新產品的開發週期、降低成本和提高產品品質, 在企業中得到了越來越廣泛的應用。

囚徒困境

一方面是3D智慧設計軟體的蓬勃發展, 大量的企業轉型到使用以SOLIDWORKS為平臺的智慧設計軟體體系。 另一方面, 則是實際生產方式的革新落後以及3D軟體出2D圖紙功能的完善, 導致的3D資料不能在企業中流轉到各個環節。

設計產品的目的當然是為了生產產品, 模型的最終流向一定是製造部門, 3D設計產品模型、2D出製造圖紙的“囚徒困境”, 會讓工業資料在流向中因為增加了轉換語言以及難度, 造成成本的疊加。

簡單的說, 一個產品從創意設計開始, 其流向就是企業的各個部門。 產品資料需要在不同工種及崗位進行流轉,

銷售部門需要詳細直觀的產品資訊和客戶交流、品質部門需要關鍵的產品資訊進行品控、技術部門控制產品研發資訊、製造部門需要產品的加工資訊實現生產, 是企業的溝通的核心。

那麼, 如果是採用基於2D圖紙進行的技術交流,

首先就是需要設計工程師將3D設計語言轉化為2D的圖紙語言, 並且在今後的交流中雙方都要解讀2D圖紙, 這需要較強的機械設計讀圖能力, 並能根據需要在腦海中重建產品的真實構造, 即整個溝通實際上經歷了三維到二維、二維再到三維的過程, 這不僅延長了流程環節、增大了工作量, 而且交流麻煩不直觀, 對交流雙方技術常識的要求高, 且易於出錯。

易於出錯

不知道有多少企業將工作中的大部分精力用於控制產品錯誤, 我們拆解了一家典型的自動化設備製造廠商一年內的錯誤數量, 這裡面可見的資料統計為:供應鏈環節錯誤(18%)、產品設計錯誤(32%)、生產錯誤(30%)、執行錯誤(15%)以及其他(5%)。 如果繼續分解, 生產錯誤中有一半的錯誤本可以在設計階段避免,

然而由於溝通效率的問題, 導致了錯誤發現不及時, 給企業造成了重大的損失。

我們可以將企業常遇到的產品設計錯誤進行分類, 重大錯誤以及一般錯誤。

雖然這只是普遍行業的錯誤分類, 但是大部分的企業都能在上述的錯誤中找到共同點,

而這裡發生錯誤的很大原因來自於溝通語言轉化的問題, 也就是3D到2D的技術漏洞。 又比如, 下面這個例子, 是近期關於工業錯誤的比較典型的一個案例。

▼典型案例▼

案例連結:https://view.inews.qq.com/a/20180104A10K3F00

其實這個案例中說到一個很好的詞:“聽故障”, 是指在不明確產品結構或者內部原因的情況下,通過“聽”來判斷故障,從而發生重大錯誤。這裡的“聽”廣義上不全是用耳朵聽,還有更多的是對於產品結構的不清晰,在腦子中想,去主觀推斷。要知道,在實際的生產中,我們判斷故障的方法,有且只有一個那就是“看故障”。既然要看,就一定要讓人看得懂,看的明白而且看的方便。

無圖紙設計時代

設計平臺方法是以軟體工具為載體進行變化的,這個過程直接影響到了企業的生存。就像二十幾年前,電子繪圖在中國興起的時候,做出改變的企業無異於打開了新的大門,而那些固執於舊有方法的企業如今已無跡可尋。

傳統上分類,產品設計製造的進化大概分為三個階段:

1. 有圖紙的設計與製造

這一階段屬於典型的傳統設計與製造方法。設計者首先需要構思產品的三維實體概念,然後將實體概念用手工繪製成二維工程圖;工藝人員和車間操作人員使用二維工程圖時,需再將二維圖紙還原為三維實體概念。這種3D-2D-3D的方法存在著非常多的弊端:

● 修改產品意味著重複出圖;

● 2D圖紙信息量有限,造成的上下游交流不變;

● 2D工程圖用處單一,無法深度應用;

● 2D工程圖以紙質為媒介,安全管理有難度;

2. 基於電腦輔助的有圖設計與製造

隨著電腦圖形處理技術特別是電腦輔助設計(ComputerAided Design,CAD)技術和電腦輔助製造(ComputerAided Manufacturing,CAM)技術的迅速發展,這一階段的產品開發過程開始在相當大的程度上依賴於電腦的輔助。

這一階段的CAD採用三視圖的方法表達2D圖紙資訊,通過不斷完善的軟體功能,讓2D圖紙和3D模型之間具備邏輯關聯關係,從而減少了一部分溝通障礙造成的問題追溯不及時的問題,同時,CAM技術的崛起幫助彌補了車間操作人員理解圖紙的難度。但是,這個階段輸出成果物,依然是以3D為模型,轉化成2D圖紙進行生產和技術交流,缺陷在於CAD技術和CAM技術過去相對隔離的發展歷史,導致的設計過程和生產過程的對接不是那麼輕而易舉。

3. 無圖設計與製造

隨著電腦圖形學技術進一步發展及社會普遍的期望CAD/CAM向一體化方向的發展,那些知名的3D設計軟體公司,在平臺逐漸開始完善設計方案之外的整體產品流程,我們可以看到這其中為代表的SOLIDWORKS 3D CAD在經過了二十多年的設計積累,在2017年末發佈了集成於SOLIDWORKS的CAM軟體-SOLIDWORKS CAM。

而在成果上,無圖設計與製造模式,已經可以不需要2D工程圖作為媒介了。還是以SOLIDWORKS設計平臺為例,其開放、簡潔的特性很大程度上體現在完全無障礙的三維技術交流解決方案中。

SolidWorks MBD

SOLIDWORKS長久以來一直致力於説明使用者以3D產品模型為媒介進行交流,通過使用3D將帶有大量資訊的產品資料向不同部門傳達。作為2015年就已經發佈的SOLIDWORKS MBD,已經不僅僅是讓工程師通過流覽三維模型進行交流了,更多的是可以幫助企業真正拋開2D工程圖,在三維環境中直接表達產品的相關資訊,形成效率最高的溝通手段。

使用MBD可以在三維模型中表達更加詳細的資料(通過SOLIDWORKS MBD,在三維模型上可以定義的產品製造資訊包括尺寸、幾何公差、表面粗糙度、焊接符號、注釋及元屬性等),這些資料的載體可以是模型本身,也可以是傳遞更加方便的PDF格式,這種方式將極大簡化企業運行流程、縮短產品開發週期、減少各類錯誤。SOLIDWORKS MBD支援多種行業標準,如ASMEY14.41、ISO 16792等。

企業可以自由定制符合習慣和要求的範本,視圖中可以包含範本的佈局、產品視圖結構等進行查閱,還可以對模型進行互動式的旋轉、移動、放大縮小等操作,完全脫離3D設計軟體,非常方便。

使用SOLIDWORKS MBD的溝通交流方式對於企業而言,還具備以下這些優勢:

A. 更有效地保證資料一致性

一致性,是避免設計錯誤的基礎。產品資訊從設計模型中產生,並應用於設計模型這是一致性的基本要求,因為省略了二維圖紙,所以減少了轉化設計語言的過程中的犯錯概率,讓資訊可以從設計者完整的傳遞到其他上下游部門崗位去。

B. 減少隱性用人成本

我們分析圖紙錯誤的類型可以看到,很多錯誤來源於對產品和2D圖紙的解讀理解不夠造成的,這意味著使用2D圖紙,需要比較高的機械常識,很多企業面臨這樣的囧況,老員工一旦離職,可以明顯的看到崗位上新人的犯錯量大大增加,但是內部的技術培訓無法解決企業保持的正常範圍內的流失率,所以,最有效的方法是降低門檻。如果每個人能看到模型,並根據模型資訊去安排工作,就能極大程度的降低2D圖紙環境下帶來的技術門檻,在更多的智慧環節也更方便企業安排工作,可以降低隱性的用人成本。

C. 資料安全及科學管理

產品是企業的核心,產品相關的圖紙和資訊就是核心中的核心,以紙質媒介為依託的2D圖紙,本身存在極大的安全性漏洞,對於企業管理者來說,通過使用SOLIDWORKS MBD的無2D圖紙設計方式,結合產品自動化、資訊化管理模式,實現無圖紙設計生產,就可以實現電子集中管理,再結合類似PDM的產品管理軟體,可以有效控制設計文檔的輸出與反覆運算。

有效溝通是3D智慧設計的基礎

視頻連結:http://news.xinhuanet.com/legal/2016-06/28/c_129097350.htm

2016年6月,首飛成功的長征七號,揭開了我國首個“數位火箭”的神秘面紗,它採用全數位化手段完成研製,突破了三維協同設計、三維設計資料管理及基於三維的流程模擬、飛行綜合性能模擬等多項關鍵技術,打通了從設計到製造的全三維流程。

相信很多人在電影中看到過,基於VR技術我們可以在數位環境下實現產品的設計和研發,而這個技術已經在實際中幫助我們設計出了“數字火箭”,讓以前存在於圖紙上的死氣沉沉的零件,變成了動態的活靈活現的個體。這種轉變的關鍵就是MBD,基於模型的定義,基於產品的全面資料資訊傳達,結合統一的機械語言,可以説明企業消除差異,減少錯誤,從而降低運轉成本。

溫馨提示:SOLIDWORKS教程及軟體相關問題可以百度搜索智誠科技ICT,查閱SOLIDWORKS對應知識點及實用技巧。

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是指在不明確產品結構或者內部原因的情況下,通過“聽”來判斷故障,從而發生重大錯誤。這裡的“聽”廣義上不全是用耳朵聽,還有更多的是對於產品結構的不清晰,在腦子中想,去主觀推斷。要知道,在實際的生產中,我們判斷故障的方法,有且只有一個那就是“看故障”。既然要看,就一定要讓人看得懂,看的明白而且看的方便。

無圖紙設計時代

設計平臺方法是以軟體工具為載體進行變化的,這個過程直接影響到了企業的生存。就像二十幾年前,電子繪圖在中國興起的時候,做出改變的企業無異於打開了新的大門,而那些固執於舊有方法的企業如今已無跡可尋。

傳統上分類,產品設計製造的進化大概分為三個階段:

1. 有圖紙的設計與製造

這一階段屬於典型的傳統設計與製造方法。設計者首先需要構思產品的三維實體概念,然後將實體概念用手工繪製成二維工程圖;工藝人員和車間操作人員使用二維工程圖時,需再將二維圖紙還原為三維實體概念。這種3D-2D-3D的方法存在著非常多的弊端:

● 修改產品意味著重複出圖;

● 2D圖紙信息量有限,造成的上下游交流不變;

● 2D工程圖用處單一,無法深度應用;

● 2D工程圖以紙質為媒介,安全管理有難度;

2. 基於電腦輔助的有圖設計與製造

隨著電腦圖形處理技術特別是電腦輔助設計(ComputerAided Design,CAD)技術和電腦輔助製造(ComputerAided Manufacturing,CAM)技術的迅速發展,這一階段的產品開發過程開始在相當大的程度上依賴於電腦的輔助。

這一階段的CAD採用三視圖的方法表達2D圖紙資訊,通過不斷完善的軟體功能,讓2D圖紙和3D模型之間具備邏輯關聯關係,從而減少了一部分溝通障礙造成的問題追溯不及時的問題,同時,CAM技術的崛起幫助彌補了車間操作人員理解圖紙的難度。但是,這個階段輸出成果物,依然是以3D為模型,轉化成2D圖紙進行生產和技術交流,缺陷在於CAD技術和CAM技術過去相對隔離的發展歷史,導致的設計過程和生產過程的對接不是那麼輕而易舉。

3. 無圖設計與製造

隨著電腦圖形學技術進一步發展及社會普遍的期望CAD/CAM向一體化方向的發展,那些知名的3D設計軟體公司,在平臺逐漸開始完善設計方案之外的整體產品流程,我們可以看到這其中為代表的SOLIDWORKS 3D CAD在經過了二十多年的設計積累,在2017年末發佈了集成於SOLIDWORKS的CAM軟體-SOLIDWORKS CAM。

而在成果上,無圖設計與製造模式,已經可以不需要2D工程圖作為媒介了。還是以SOLIDWORKS設計平臺為例,其開放、簡潔的特性很大程度上體現在完全無障礙的三維技術交流解決方案中。

SolidWorks MBD

SOLIDWORKS長久以來一直致力於説明使用者以3D產品模型為媒介進行交流,通過使用3D將帶有大量資訊的產品資料向不同部門傳達。作為2015年就已經發佈的SOLIDWORKS MBD,已經不僅僅是讓工程師通過流覽三維模型進行交流了,更多的是可以幫助企業真正拋開2D工程圖,在三維環境中直接表達產品的相關資訊,形成效率最高的溝通手段。

使用MBD可以在三維模型中表達更加詳細的資料(通過SOLIDWORKS MBD,在三維模型上可以定義的產品製造資訊包括尺寸、幾何公差、表面粗糙度、焊接符號、注釋及元屬性等),這些資料的載體可以是模型本身,也可以是傳遞更加方便的PDF格式,這種方式將極大簡化企業運行流程、縮短產品開發週期、減少各類錯誤。SOLIDWORKS MBD支援多種行業標準,如ASMEY14.41、ISO 16792等。

企業可以自由定制符合習慣和要求的範本,視圖中可以包含範本的佈局、產品視圖結構等進行查閱,還可以對模型進行互動式的旋轉、移動、放大縮小等操作,完全脫離3D設計軟體,非常方便。

使用SOLIDWORKS MBD的溝通交流方式對於企業而言,還具備以下這些優勢:

A. 更有效地保證資料一致性

一致性,是避免設計錯誤的基礎。產品資訊從設計模型中產生,並應用於設計模型這是一致性的基本要求,因為省略了二維圖紙,所以減少了轉化設計語言的過程中的犯錯概率,讓資訊可以從設計者完整的傳遞到其他上下游部門崗位去。

B. 減少隱性用人成本

我們分析圖紙錯誤的類型可以看到,很多錯誤來源於對產品和2D圖紙的解讀理解不夠造成的,這意味著使用2D圖紙,需要比較高的機械常識,很多企業面臨這樣的囧況,老員工一旦離職,可以明顯的看到崗位上新人的犯錯量大大增加,但是內部的技術培訓無法解決企業保持的正常範圍內的流失率,所以,最有效的方法是降低門檻。如果每個人能看到模型,並根據模型資訊去安排工作,就能極大程度的降低2D圖紙環境下帶來的技術門檻,在更多的智慧環節也更方便企業安排工作,可以降低隱性的用人成本。

C. 資料安全及科學管理

產品是企業的核心,產品相關的圖紙和資訊就是核心中的核心,以紙質媒介為依託的2D圖紙,本身存在極大的安全性漏洞,對於企業管理者來說,通過使用SOLIDWORKS MBD的無2D圖紙設計方式,結合產品自動化、資訊化管理模式,實現無圖紙設計生產,就可以實現電子集中管理,再結合類似PDM的產品管理軟體,可以有效控制設計文檔的輸出與反覆運算。

有效溝通是3D智慧設計的基礎

視頻連結:http://news.xinhuanet.com/legal/2016-06/28/c_129097350.htm

2016年6月,首飛成功的長征七號,揭開了我國首個“數位火箭”的神秘面紗,它採用全數位化手段完成研製,突破了三維協同設計、三維設計資料管理及基於三維的流程模擬、飛行綜合性能模擬等多項關鍵技術,打通了從設計到製造的全三維流程。

相信很多人在電影中看到過,基於VR技術我們可以在數位環境下實現產品的設計和研發,而這個技術已經在實際中幫助我們設計出了“數字火箭”,讓以前存在於圖紙上的死氣沉沉的零件,變成了動態的活靈活現的個體。這種轉變的關鍵就是MBD,基於模型的定義,基於產品的全面資料資訊傳達,結合統一的機械語言,可以説明企業消除差異,減少錯誤,從而降低運轉成本。

溫馨提示:SOLIDWORKS教程及軟體相關問題可以百度搜索智誠科技ICT,查閱SOLIDWORKS對應知識點及實用技巧。

提升SolidWorks工作效率-Windows與SolidWorks設置優化

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