三维数字化设计在装备制造企业中的应用

王连生

（太原通泽重工有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

当前，国内装备制造企业主要还是以CAD二维设计为主。在产品二维设计中，处理复杂投影线的生成问题、漏画图线问题、设计更新和修改问题等都是相当困难的［1］，特别是由于二维设计图纸上人为因素的影响，可能会出现视图对应关系混乱、零部件属性与明细不符等问题，图纸上的低级错误难以避免。三维设计可以达到尽可能减少人为因素的影响、降低图纸的错误率、提高设计效率的目的。王其芳［2］、苏成君［3］等对三维设计在机械设计中的必要性和应用中出现的问题进行了详细的阐述，熊丞政［4］等人探讨了如何提高三维设计效率，何永堂［5］论述了企业三维设计标准体系的建立。本文就企业如何更好地应用三维数字化设计技术进行产品设计和开发加以探讨。

1 三维设计规范的建立和完善

企业在全面实行产品三维设计之前，必须制定与企业设计习惯、国家标准等相适应的三维设计规范，特别是对于非标成套装备的设计，合适的设计规范的制定更为重要。设计规范的合理制定，必须充分考虑产品三维设计流程的统一性和简洁性、产品三维模型和图纸的可重复利用性、大量产品数据的可存储性和易管理性。三维设计规范的建立大体可以包括4个方面：设计环境、设计文件命名规范、建模规范和设计库。

1.1 设计环境

设计环境是指三维设计软件上各种设置的统称，主要包括设计软件的操作界面、系统选项、设计模板、绘图标准等。①设计软件的操作界面应简洁，去除不必要的按钮、工具条等；②系统选项应以方便设计、满足设计要求为前提进行设置；③设计模板包括零件、部件、工程图等的模板以及明细表等各类表格的模板，应结合企业设计习惯、国标和软件特点进行设置；④绘图标准包括字体、线型、标注样式、图纸比例等内容，软件一般均自带GB标准；⑤其他设置，包括常用的快捷键设置等。设计环境设置完毕后，可通过三维设计软件的“一键设置”功能，复制到其他计算机上。

1.2 产品设计文件命名规范

产品设计文件是指产品在三维设计过程中所生成的各类文件，包括三维模型文件、工程图文件、计算文件等。规范设计文件名称对于三维设计和三维数据管理有着重要的意义，首先，合适的命名规则有利于设计过程中识别模型文件和工程图文件，更可避免在三维设计过程中因文件重名而导致设计模型错误等问题；其次，合理的命名规则可以提高大量产品数据的管理效率。

1.3 产品三维建模规范

产品三维数字化建模规范主要包括零件、部件的建模规范和工程图的生成规范。因为同一零件可以有多种方法来完成建模，这一规范的建立就是要统一设计人员的建模思路，这样不但可以提高模型的重复利用率，特别是复杂零部件的重用率，而且对于修改设计也更加便利。

1.4 设计库

加快产品的开发速度、提高产品设计效率是企业进行产品三维设计所追求的目标之一，企业设计库的构建是实现这一目标至关重要的环节。

设计库是指设计中可重复利用的设计要素的集合，主要包括材料库、标准件库、典型零部件库、外购件库、企业标准件库、特征库、技术要求库等。企业设计库的框架和组建方法可以参考文献［6］。

材料库的内容包括企业在设计过程中的常用材料，材料的种类不必全而广，而是要根据产品的性能和经济性添加材料，材料的属性应包括名称、密度、弹性模量、热膨胀系数等物理属性，便于对产品进行有限元优化分析时使用。

标准件库、外购件库、企业标准件库、特征库的构建关键在于零部件、特征基本模型的建立和驱动尺寸参数的系列化。以Solid Works软件为例，参数的系列化有两种方式：一种是在基本模型上添加系列表来增加配置，这种方法适用于配置较少的标准件和库特征；另一种是将系列化的参数添加到数据库中，以数据库来驱动基本模型，这种方法更适合于配置多和参数数据量大的情况，以及标准件是部件的情况，如万向联轴器等。实际工作中可以根据具体情况选择构建方式。

1.5 设计库的维护和管理

设计库的建立和完善是一个长期的过程。设计库雏形构建完成后，在应用的过程中需要不断的更新和完善。

对于拥有多个设计部门的企业来说，为了提高设计库的利用效率，建议采用本地计算机安装“企业设计库”的方式，可以采用以下两种方式来实现设计库的更新。

（1）在企业网络服务器构建FTP服务端，上传“企业设计库”文件夹，设计人员在本地计算机上安装“设计库更新程序”进行本地设计库的更新。设计库管理人员在本地计算机安装“设计库维护程序”，通过口令登录对服务器上的设计库进行新内容的上传和更新。这种方法的优点是流程简洁，不足之处是对服务器的要求较高，要能处理大量的并发流量。

（2）在企业网络服务器构建FTP服务端，上传“企业设计库”文件夹，在各部门设置子服务器，可以用个人计算机代替。子服务器通过“设计库更新程序”访问网络服务器完成设计库的更新，部门内设计人员通过“设计库更新程序”访问本部门局域网子服务器完成设计库的更新。这种方法的优点是通过分流大大减少网络服务器的访问量，对网络服务器的性能要求较低，可通过设置计算机开机自动运行或定时运行更新程序来完成本地计算机设计库的更新。

2 三维设计软件新功能的开发

2.1 新功能开发的必要性

三维设计软件自身的功能往往并不能满足企业在设计过程中的个性化需求，新功能的开发可以使设计过程变得更快捷便利，减少繁琐的重复操作。以Solid Works软件为例，如果要实现明细表的自动分页显示，实现设计文件的批量自动改名等，都需要对软件进行二次开发才能实现。

2.2 新功能开发的简单方法

以Solid Works软件为例，通过录制“宏程序”，只要具备简单的VB编程语言知识，通过编辑“宏程序”，便可完成新功能的开发。

Solid Works API帮助文件和Solid Works官方网站的论坛都是获取二次开发知识的有效途径，很多现成的“宏程序”可供参考和利用。

3 结语

产品的三维数字化设计是企业提高自身水平和市场竞争力的利器，合理有效地利用这项技术，不但可以缩短产品设计周期，更使得设计人员有充裕的时间去发挥创造性，优化产品和开发新产品。企业通过建立和完善三维设计规范，在三维设计软件的基础上开发必要的新功能，可以不断提高设计效率，提高产品质量，提高市场竞争力。

［1］陈伯雄.三维设计是CAD技术应用的必然趋势［J］.计算机辅助设计与制造，2000（8）：11-13.

［2］王其芳.三维CAD技术对机械设计的影响［J］.煤矿机械，2007，28（4）：94-96.

［3］苏成君，吴卫.浅述三维设计的必要性及应用中出现的问题［J］.一重技术，2008（3）：105-106.

［4］熊丞政，邹江，石新营.应用Solid Works设计库提高设计效率的探讨［J］.机械制造与自动化，2008，37（4）：15-17.

［5］何永堂.浅谈企业三维设计标准体系的建立［J］.CAD／CAM 与制造业信息化，2012（3）：84-86.

［6］张清博，张建军，赵峻峰.基于三维CAD的企业设计库的研究和实现［J］.农业装备与车辆工程，2009（12）：40-43.