導(dǎo)讀
搭建企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺是企業(yè)經(jīng)營和發(fā)展的重頭戲，無論是現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法、企業(yè)規(guī)范體系制定、建立通用要素庫還是企業(yè)知識繼承體系的完善，每一個環(huán)節(jié)無不維系企業(yè)的生死存亡。
國內(nèi)三維CAD應(yīng)用現(xiàn)狀
基于三維模型的產(chǎn)品設(shè)計與制造已成為我國制造業(yè)的主流模式，由于產(chǎn)品三維模型具有可視化、數(shù)字化和虛擬化等特點，使其成為產(chǎn)品開發(fā)各環(huán)節(jié)( CAD、CAE、CAPP、CAM 等) 不可或缺的基礎(chǔ)載體。雖然三維CAD已經(jīng)進(jìn)入普及時代，但事實上，很多企業(yè)的三維CAD的應(yīng)用只是停留在簡單的軟件功能應(yīng)用和產(chǎn)品造型上，三維CAD的應(yīng)用并沒有達(dá)到企業(yè)預(yù)期的效果。很多企業(yè)采用三維設(shè)計軟件后的很長時間內(nèi)，三維應(yīng)用水平始終停滯不前，無法實現(xiàn)全三維數(shù)字化設(shè)計。同時，產(chǎn)品設(shè)計效率不但沒有提升，反而有所下降，如何更好的搭建三維標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺，是大多數(shù)企業(yè)普遍面臨的最為迫切的問題。
搭建基于三維的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺
搭建基于三維的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺，你準(zhǔn)備好了嗎？筆者曾經(jīng)針對這個問題，走訪了國內(nèi)的30多家大中小型企業(yè)，沒有得到肯定的答案。究其原因，這些企業(yè)在搭建基于三維的企業(yè)設(shè)計平臺的過程中，普遍面臨如下幾個問題：
1.一般而言，產(chǎn)品方案設(shè)計（概念設(shè)計）階段的設(shè)計周期非常短，使用三維CAD進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計無法滿足設(shè)計周期的要求。
2.國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)的加工制造階段還是依賴于二維工程圖紙，目前主流的三維CAD軟件的二維工程圖功能不完善，無法滿足企業(yè)要求。
3.大部分企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計過程都是“相似設(shè)計”，改型和變型的產(chǎn)品比較多。大部分企業(yè)長期積累了大量的二維CAD資源庫，設(shè)計借用和調(diào)用方便快捷。相反的，三維CAD資源庫的建立過程復(fù)雜，建立周期較長，不能滿足企業(yè)當(dāng)前的設(shè)計需要。
4.三維CAD軟件運行速度較慢，特別是大型裝配體，對計算機軟硬件的配置要求較高，企業(yè)需要投入大量的資金進(jìn)行硬件改造。
5.三維CAD所生成的設(shè)計數(shù)據(jù)后期很難重用，模型修改容易出錯。
6.三維CAD軟件的操作者培養(yǎng)周期長，大多數(shù)企業(yè)的人員流動大，經(jīng)常會面臨“無人可用，無人能用”的尷尬局面。
綜上所述，我們來總結(jié)一下企業(yè)使用三維系統(tǒng)的過程中為什么會舉步維艱？概括起來無非是如下幾個個方面的問題。
1.缺乏標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的理論和方法
2.沒有企業(yè)統(tǒng)一的規(guī)范體系
3.沒有建立通用元素庫，三維CAD設(shè)計效率低下
4.不具備企業(yè)知識繼承體系。
機械產(chǎn)品本身的最大特點是存在著相似性。研究和統(tǒng)計分析表明，在新產(chǎn)品開發(fā)中，約40%是重用過去的部件設(shè)計，約40% 是對已有設(shè)計部件的微小修改，而只有約20% 是完全新的設(shè)計。通過成組技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)和模塊化技術(shù)，可以把90%的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)準(zhǔn)化，把60%-70%的零件規(guī)范化，把這部分零部件模塊化。這部分標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和模塊化的零部件是產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)，可供設(shè)計者選用。這些零部件一旦選中，其數(shù)字化模型、圖紙、工藝、制造代碼、工裝、量具都是現(xiàn)成的，無需設(shè)計或制造，可直接開始生產(chǎn)。因此，只要按相似性原理做好產(chǎn)品的成組化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計，就可以將重新設(shè)計的零部件數(shù)量控制在10%-20%范圍內(nèi)，其余零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝設(shè)計、工裝設(shè)計和數(shù)控代碼設(shè)計等都可以省略，這就能大大縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期和開發(fā)周期，提高整體的效率。因此，提高企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的整體效率而言，需要應(yīng)用三維CAD技術(shù)來實現(xiàn)成組技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、模塊化技術(shù)以及其他先進(jìn)的設(shè)計和制造技術(shù)，這是二維CAD軟件沒有辦法實現(xiàn)的，這也就是大部分制造企業(yè)已經(jīng)從最初的二維CAD制圖轉(zhuǎn)向了三維CAD應(yīng)用的最根本的原因所在。
產(chǎn)品設(shè)計階段，企業(yè)追求的主要目標(biāo)就是提高設(shè)計效率。提高設(shè)計效率最直接的方法就是提高設(shè)計數(shù)據(jù)的重復(fù)利用率。三維CAD數(shù)據(jù)比二維數(shù)據(jù)復(fù)雜，提高設(shè)計數(shù)據(jù)的重復(fù)利用率的難度更大。筆者認(rèn)為，提高設(shè)計數(shù)據(jù)的重復(fù)利用率的關(guān)鍵是量體裁衣，搭建符合企業(yè)自身需要的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺體系。
什么是企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺
企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺就是把各種有助于產(chǎn)品研發(fā)的實用技術(shù)集成為一個可共享的技術(shù)系統(tǒng)，為快速、優(yōu)質(zhì)的進(jìn)行研發(fā)工作，提供一個科學(xué)的、綜合的堅實的基礎(chǔ)（平臺）。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺可以將相關(guān)技術(shù)知識和實際經(jīng)驗相結(jié)合，轉(zhuǎn)換為適于工程應(yīng)用的、具有可操作性的、適合于企業(yè)特點的、實用的共享技術(shù)。搭建企業(yè)設(shè)計平臺，可以使企業(yè)取得最大效益。單就產(chǎn)品研發(fā)而言，就是為研發(fā)團隊創(chuàng)造一個規(guī)范化的、高效的、有助于發(fā)揮創(chuàng)造性的活動舞臺。
通常情況下，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺由4大體系構(gòu)成，如下圖所示：
圖1 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺由4大體系構(gòu)成
標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺之標(biāo)準(zhǔn)化體系
1、什么是標(biāo)準(zhǔn)化
標(biāo)準(zhǔn)化是指在經(jīng)濟、技術(shù)、科學(xué)和管理等社會實踐中，對重復(fù)性的事物和概念，通過制訂、發(fā)布和實施標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到統(tǒng)一，以獲得最佳秩序和社會效益。
公司標(biāo)準(zhǔn)化是以獲得公司的最佳生產(chǎn)經(jīng)營秩序和經(jīng)濟效益為目標(biāo)，對公司生產(chǎn)經(jīng)營活動范圍內(nèi)的重復(fù)性事物和概念，以制定和實施公司標(biāo)準(zhǔn)，以及貫徹實施相關(guān)的國家、行業(yè)、地方標(biāo)準(zhǔn)等為主要內(nèi)容的過程。
2、基于三維的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計必須做好的兩件事情
基于三維的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計必須做好兩件事情：第一，必須將CAD軟件進(jìn)行企業(yè)化定制。第二，三維CAD應(yīng)用技術(shù)必須結(jié)合現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法論，與現(xiàn)今的設(shè)計、制造理論和方法相結(jié)合。
（1）進(jìn)行企業(yè)化CAD定制
CAD軟件企業(yè)化定制的目標(biāo)是把一個買來的商用支撐性CAD系統(tǒng)，通過系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計，變成一個能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)需求的CAD應(yīng)用系統(tǒng)，或者把一個已經(jīng)初具規(guī)模的CAD應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)一步充實和完善。CAD軟件企業(yè)化定制一般包含以下幾個方面的內(nèi)容：
●統(tǒng)一CAD軟件的使用環(huán)境，包括計算機管理、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境管理、CAD軟件安裝、基礎(chǔ)通用數(shù)據(jù)（設(shè)計模板、BOM模板等）、軟件選項設(shè)置等；
●CAD軟件深層次的二次開發(fā)，以滿足企業(yè)個性化需求；
●通用PLM（PDM）系統(tǒng)的二次開發(fā)與集成；
●與其他系統(tǒng)的接口與集成。包括CAPP、CAM、ERP、MES等。
杭州新迪數(shù)字工程系統(tǒng)有限公司的制造云服務(wù)平臺，專為中國工業(yè)企業(yè)提供專業(yè)的定制化服務(wù)，主要包括：CAD軟件二次開發(fā)、企業(yè)應(yīng)用軟件開發(fā)、3D產(chǎn)品展示、3D工業(yè)動畫、3D產(chǎn)品視頻、網(wǎng)站開發(fā)建設(shè)、APP軟件開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計服務(wù)等，幫助企業(yè)高效的推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺的建設(shè)與應(yīng)用，打造全面、專業(yè)、高效的企業(yè)信息化服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)。
（2）現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法
標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計是指在一定時期內(nèi)，面向通用產(chǎn)品，采用共性條件，制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和模式，開展的適用范圍比較廣泛的設(shè)計，適用于技術(shù)上成熟，經(jīng)濟上合理，市場容量充裕的產(chǎn)品設(shè)計（摘自百度百科）。
產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的主要形式和方法有簡化、統(tǒng)一化、通用化、系列化、組合化和模塊化6個方面構(gòu)成，這是產(chǎn)品設(shè)計分類的主要依據(jù)，也是建立產(chǎn)品通用元素庫的核心思想基礎(chǔ)。
簡化：
削減多余的、可替代的、低功能的對象，達(dá)到事物的“精練”和“合理”。簡化方案的論證應(yīng)該以特定的時間和空間范圍做為前提，簡化的結(jié)果必須保證在既定的時間內(nèi)足以滿足一般需要，不能因簡化而損害消費者的利益。例如，目前市場上銷售的電腦，大多簡化掉了原來的軟盤設(shè)備，并且隨著USB技術(shù)的普及，光驅(qū)設(shè)備也不再做為計算機的標(biāo)準(zhǔn)配置。再如下圖所示，我們繪制工程圖時常用的“簡化畫法”，也是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計中簡化形式的一種體現(xiàn)和應(yīng)用。
圖2 簡化輪廓圖表示法
統(tǒng)一化
統(tǒng)一化是把同類事物兩種以上的表現(xiàn)形態(tài)歸并為一種或限定在一個范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化形式。是在不同的對象或范圍中歸并達(dá)到一致性。是從個性中提煉共性，著眼于一致性。統(tǒng)一化的目的是去除不必要的多樣性而引起的混亂，為正常的工作活動建立共同遵守的秩序。例如我們熟知的大眾汽車，大眾產(chǎn)品線那一張張的“大眾臉”，讓我們“傻傻分不清楚”。統(tǒng)一化能突顯品牌的亮點，又能最大程度的減少設(shè)計過程，減小產(chǎn)品成本。統(tǒng)一化的缺點也顯而易見，那就是與個性化的矛盾。
圖3 示例圖
通用化：
通用化是指在相互獨立的系統(tǒng)中，選擇和確定具有功能互換性或尺寸互換性的子系統(tǒng)或功能單元的標(biāo)準(zhǔn)化形式。對產(chǎn)品的多種基本要素（例如，元器件、零部件、原材料、性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)要素等）進(jìn)行通用化，不僅可減少產(chǎn)品構(gòu)成要素品種規(guī)格，而且可減少相關(guān)要素的品種規(guī)格。在不同類型或同類型不同規(guī)格產(chǎn)品中的零部件，其尺寸功能相同，相互可以互換通用，這種零部件稱作通用件。通用件的選用原則是最大限度限制其品種規(guī)格，例如：
●以大代小，以長代短。
●采用同一種螺釘頭結(jié)構(gòu)，減少工具品種。
●選用螺釘組合件，縮短裝配時間。
●需常拆卸的面板、蓋板，采用松不落螺釘。如直接用手拆裝，選用滾花頭螺釘或蝶形螺母。
●在適用的地方，盡可能采用自攻螺釘（免攻絲和修配過孔）
●盡量采用同一類連接器，以多芯代替少芯，減少品種規(guī)格。
●選用徒手快速解脫連接器，提高裝卸效率。
●優(yōu)先選用有導(dǎo)向、鎖緊、護套 和系留結(jié)構(gòu)的連接器。
系列化：
系列化一般是指產(chǎn)品系列化，它主要根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟的原則，考慮生產(chǎn)和使用的要求，統(tǒng)一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，簡化品種規(guī)格，實行同類歸并、參數(shù)分檔，形成有規(guī)則的排列，以指導(dǎo)生產(chǎn)和品種發(fā)展的一種標(biāo)準(zhǔn)化形式。系列產(chǎn)品的特點是具有相同的功能、工作原理和盡可能相同的制造方法。產(chǎn)品系列化過程經(jīng)常采用的方式是優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系。根據(jù)GB/T 321-2005的規(guī)定，優(yōu)先數(shù)和優(yōu)先數(shù)系適用于各種量值的分級，特別是在確定產(chǎn)品的參數(shù)或參數(shù)系列時，必須最大限度地采用該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，這就是“優(yōu)先”的含義。系列化產(chǎn)品的開發(fā)步驟如下圖所示：
圖4 系列化產(chǎn)品的開發(fā)步驟
組合化：
組合化是指預(yù)先設(shè)計并制造可分解、組合具有通用性強的若干單元，按設(shè)計要求組合成不同用途產(chǎn)品的一種標(biāo)準(zhǔn)化形式。組合化的特點是組合的單元具有通用性及互換性；組合成產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)的單元，可以拆、裝、分解；組合的單元可以重復(fù)性使用。如下圖所示，組合化是多次重復(fù)使用統(tǒng)一化單元或零部件來構(gòu)成物品的一種標(biāo)準(zhǔn)化形式。
圖5 組合化
模塊化：
模塊通常是由元件或零部件組合而成的、具有獨立功能的、可成系列單獨制造的標(biāo)準(zhǔn)化單元，通過不同形式的接口與其它單元組成產(chǎn)品，且可分、可合、可互換。模塊化是以模塊為基礎(chǔ)，綜合了通用化、系列化、組合化的特點，用以解決復(fù)雜系統(tǒng)快速應(yīng)變的標(biāo)準(zhǔn)化形式。
模塊化是市場需求多樣化、多變化與產(chǎn)品開發(fā)能力尖銳矛盾情況下，“以不變應(yīng)萬變”和“以少變求多變”的產(chǎn)品開發(fā)策略?？梢哉f，模塊化是標(biāo)準(zhǔn)化的高級形式。
由新迪數(shù)字工程系統(tǒng)有限公司開發(fā)的企業(yè)資源云庫，是一款功能強大的零部件管理系統(tǒng)。新迪數(shù)字為企業(yè)資源云庫賦予了零部件分類管理功能，能夠讓企業(yè)方便的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法論，對產(chǎn)品設(shè)計要素進(jìn)行分類和存儲。云庫可打通設(shè)計部門、標(biāo)準(zhǔn)化部門、采購部門以及ERPPDMPLM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)壁壘，讓企業(yè)擁有統(tǒng)一的零部件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，讓產(chǎn)品設(shè)計符合通用化、系列化、模塊化等設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展要求，為制造業(yè)企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計打造一個高效的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計體系。
標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺之規(guī)范化體系
標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺的規(guī)范體系是為了適應(yīng)企業(yè)的實際需要，對上級標(biāo)準(zhǔn)的二次開發(fā)和拓展，對企業(yè)成熟經(jīng)驗和成果的歸納和提升。規(guī)范使得企業(yè)各事項有章可循，同時適應(yīng)人員流動的需要，規(guī)范可使新員工迅速掌握已有技術(shù)，使企業(yè)的各項工作具有繼承性和穩(wěn)定性。
三維標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺的常見規(guī)范包括：
●三維CAD軟件安裝規(guī)范
●三維CAD軟件環(huán)境設(shè)置規(guī)范
●零部件編碼規(guī)范
●零部件命名規(guī)范
●設(shè)計數(shù)據(jù)遷移規(guī)范
●通用建模方法規(guī)范
●產(chǎn)品設(shè)計規(guī)范
●業(yè)務(wù)流程規(guī)范
●典型零部件標(biāo)準(zhǔn)畫法規(guī)范
“世界上本沒有規(guī)范，只不過設(shè)計做的多了，便出現(xiàn)了規(guī)范”。產(chǎn)品設(shè)計時會遇到問題，也是制定“設(shè)計規(guī)范”的原因所在。設(shè)計規(guī)范其實就是將設(shè)計過程中出現(xiàn)的各種設(shè)計要素進(jìn)行歸類，統(tǒng)一，制定標(biāo)準(zhǔn)，并加以描述。三維標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計與設(shè)計規(guī)范體系互相促進(jìn)，設(shè)計是第一步，然后從設(shè)計中將規(guī)范完善，期間會遇到各種各樣的客觀因素制約，同時使用規(guī)范約束設(shè)計，使設(shè)計更加合理。
標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺之通用要素庫
通用要素庫羅列設(shè)計及生產(chǎn)需用的、成熟的各種要素，便于設(shè)計時方便調(diào)用。通用要素庫不但可以提高三維CAD設(shè)計效率，還可以控制設(shè)計品種和規(guī)格，約束各類設(shè)計要素的無序膨脹。通用要素庫通常為要素預(yù)覽圖加表格再加說明的形式，并能夠列出優(yōu)選、可用、限用、專用等要素級別。通用要素庫的內(nèi)容通常包括三維CAD模型、圖樣、公差、通用結(jié)構(gòu)要素、代碼、術(shù)語等。一般的企業(yè)通用要素庫應(yīng)該包括：
●金屬材料及其選用
●非金屬材料及其選用
●元件及其選用
●器件及其選用
●電纜、連接器及其選用
●通用件及其選用
●外購件及其選用
3DSource零件庫由杭州新迪數(shù)字工程系統(tǒng)有公司開發(fā)，是目前國內(nèi)支持CAD軟件最多、支持標(biāo)準(zhǔn)最新、包含零件種類最為豐富的3D零件庫軟件，同時也是國內(nèi)起步最早、發(fā)展最快、用戶數(shù)最多的Web零件庫平臺。提供了3300多萬個標(biāo)準(zhǔn)件、廠商件的三維CAD模型，幫助50萬工程師用戶提高設(shè)計品質(zhì)和效率，助力中國制造。上萬家企業(yè)客戶正在使用3DSource零件庫，為企業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)化及定制模型，幫助企業(yè)研發(fā)部分提高設(shè)計效率，節(jié)約項目成本。這些客戶包括機械制造企業(yè)、設(shè)計研究院、大型國企、高校等。
圖6 3DSource零件庫
標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺之知識繼承體系
知識繼承體系是指從企業(yè)的實際需求出發(fā)，選取各學(xué)科中及應(yīng)用技術(shù)中的有關(guān)內(nèi)容，按一定的原則和主題，整合成一個新的實用知識體系。知識繼承的目的是提供在本企業(yè)工作所需的知識，作為企業(yè)技術(shù)和管理工作的“共同語言”。
一般情況下，知識繼承體系由設(shè)計技術(shù)知識和輔助技術(shù)知識兩部分組成。設(shè)計技術(shù)知識是設(shè)計師必備的基本知識，是設(shè)計的實用知識。而輔助技術(shù)知識是對設(shè)計技術(shù)知識的擴展和補充，具備這些知識才能設(shè)計（研發(fā)）出具有時代感強的、品質(zhì)優(yōu)良的、經(jīng)濟的產(chǎn)品，并有助于提高設(shè)計效率。例如某整機配套企業(yè)知識繼承體系構(gòu)成如下圖所示：
圖7 企業(yè)知識繼承體系構(gòu)成
作為三維設(shè)計平臺的應(yīng)用主體——研發(fā)工程師在企業(yè)中起到至關(guān)重要的作用，沒有優(yōu)秀的人才，再好的解決方案，也難以發(fā)揮出預(yù)期的效果，人才的培養(yǎng)始終是企業(yè)重中之重。新迪數(shù)字工程系統(tǒng)有限公司基于在線平臺的“制造云開講”，定期為企業(yè)工程師培訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的相關(guān)知識，培養(yǎng)設(shè)計骨干?！爸圃煸崎_講”結(jié)束之后，工程師可以實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部自我培訓(xùn)，形成企業(yè)內(nèi)部自培訓(xùn)機制，在企業(yè)內(nèi)部形成良好的學(xué)習(xí)交流氛圍，從而具備造血功能。“制造云開講”平臺是企業(yè)知識繼承體系最佳的途徑和補充。
總之，搭建企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺是企業(yè)經(jīng)營和發(fā)展的重頭戲，無論是現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計方法、企業(yè)規(guī)范體系制定、建立通用要素庫還是企業(yè)知識繼承體系的完善，每一個環(huán)節(jié)無不維系企業(yè)的生死存亡。搭建企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計平臺的學(xué)問很多，在具體實施過程中還有很多的問題需要探索和總結(jié)，要想將標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計的工作落到實處，后續(xù)的工作任重道遠(yuǎn)。
