基于信息化的三维模型设计体系和方法

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运用三维数字化设计软件进行产品设计已经成为各个生产制造企业产品开发活动的主要方式。与传统的二维CAD设计方式相比，产品三维设计具有实现方法和途径多样、设计意图体现准确、设计效率和设计质量较高等优点。随着以PLM、ERP等为代表的新一代企业信息化技术的应用，要求各个生产制造企业必须以信息化技术为基础，确立平台化、标准化、规范化的产品三维设计体系和方法，实现企业信息化管理与产品开发过程的有效结合，实现产品开发过程与企业内部信息流、数据流之间的良好沟通和协调，确保以设计为源头的供应链系统畅通无阻，为企业核心竞争能力的提高起到重要的基础性作用。

一、设计体系的构建

目前，以全生命周期管理（Product Life cycle Management，PLM）、企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）为代表的新一代企业信息化管理系统和三维C A D软件已经得到大规模的应用，需要以它们为基础建立一个统一的信息化管理平台，使得产品设计、生产、销售乃至消亡的整个全生命周期都处于这个信息化平台的管理之下，实现整个产品供应链系统畅通无阻。以这个信息化管理平台为核心，辅以若干进行产品设计工作的PC机，就构成了一个信息化的三维设计体系，如图1所示。

信息化三维设计体系的基础是信息化管理平台。该平台由文件存储器、中央处理器、三维CAD接口和其他处理单元所组成，实际上是所有进行产品设计工作的PC机的中央处理和管理系统。文件存储器是一个存储设计模型和其他设计文档的知识库，由标准件库、设计模板库、通用件库、外购件库、典型零部件库、符号库、材料库和注释库等专门的子知识库所组成，具有提高知识重用的效果，减轻设计工程师的工作量，提高设计工作的效率。中央处理器是负责管理各项设计、工艺、生产、销售等企业流程和数据的管理中心，它的职责之一就是管理整个设计工作流程――包括三维设计任务的分配、设计文档的传递和保存、知识库管理、任务的提交和确认以及三维文档结构的数据化等。文件存储器和中央处理器通过一个三维C A D的数据接口连接在一起，该数据接口可以实现将文件存储器中的三维实体文件转化为轻量化文件后传递给中央处理器的过程；同时，也可以实现中央处理器管理文件存储器的整个过程。

信息化三维设计体系的建立符合产品的三维设计对数据类型和结构、文档属性、版本管理等方面的要求，符合企业建立统一、高效设计知识库的要求，符合企业远程协同设计、并行工作的要求，符合“自上而下”设计方法的需要。

因此，在建立信息化三维设计体系的同时，也必须建立一个符合该体系运作特点的三维标准化设计方法，确保产品设计工作的正确进行。

二、设计方法的实现

在从硬件和体系上建立基于信息化的三维模型设计体系架构以后，还需要在设计文档的统一和规范、三维设计思想和方法的统一和规范、三维设计标准化和知识库的建立等方面不断探索和研究，最终实现一个完整的三维模型设计体系。

1.统一、规范的设计文档

新型的信息化三维设计体系要求三维设计文档必须符合整个系统运行的需要，不仅包括前端设计过程的需要，而且还要包括后端生产制造、销售和售后服务的产品全生命周期需要。这就需要在整个体系框架下，必须实现设计文档的统一和规范。设计文档的统一和规范包括以下几个方面。

（1）文档、数据的类型和结构统一。

为提高中央处理器的运行速度，减少开发系统CAD软件接口的费用和难度，需要使用统一的三维CAD软件及软件接口，实现统一的三维文件轻量化工作。文件存储器存储着数以千计的三维实体文件及其工程图样文件；中央处理器管理三维实体文件及其工程图样文件轻量化后的轻量化文档以及轻量化文档之间的从属关系（文档清单），设计人员可以在PC机上将该文档清单转化为构建产品设计结构所需要的可配置型数据结构，将一个系列化的产品结构及其物料数据呈现在系统上面，实现文档、数据类型和结构的规范和统一。

（2）产品设计结构和文档属性的统一。

实现三维模型设计体系的目的在于在信息化系统之下追求更加完美的产品模块化设计方法，这就要求各个生产企业必须以研发为龙头和主导，在所应用的PLM软件基础上，协调研发、生产、采购、销售和售后各个部门之间的矛盾，在整个信息数据链的源头――研发环节，实现产品设计模块的重组和优化，规范该企业系列产品的组成结构，提高后期工作的效率和易操作性。

规范三维模型及其工程图文档的属性，即根据所采用PLM软件的特点，规范零部件代号、名称、流水号、重要性等级和存储类别等一系列属性的编写规则、字符长度和字符类型，形成规范、统一的企业标准，方便后期其他工作的开展和相关规则的制订。

（3）工程变更和版本管理的统一。

工程变更是产品全生命周期管理中一个频繁出现的工作过程，每一次针对某一零部件的工程变更就会产生若干个新版本的设计或者工艺文档。因此，必须建立工程变更与文档版本管理的协调机制，同时协调零件目录各版本的更改和售后过程中各版本配件供应的顺畅。一次工程变更的实施，不仅需要设计人员更改相关设计和工艺文档内容，生成新版本的文档，而且需要规范制造BOM和销售BOM的更改机制，确保工程更改的有效性、及时性，同时将工程更改对售后配件供应的影响降至最低。

（4）设计模板的统一。

无论是产品设计还是工艺设计，都需要设计文档模板的统一，即建立一个统一的设计模板库供所有人员调用，保证PLM系统通过三维CAD接口对设计、工艺文件的属性和数据进行识别和管理。

2.“自上而下”的三维设计思想

新型的信息化三维设计体系要求在三维设计过程中实现设计资源共享和并行设计，并将这种并行设计的范围由基于局域网的协同设计扩展为基于WEB的远程协同设计。目前，并行设计中最常用的设计思想就是“自上而下”的设计（TOP TO DOWN）。如图2所示为“自上而下”三维设计思想的设计任务分配模型。