3D智能设计的“囚徒困境”-SolidWorks MBD

摘要

 随着全球经济一体化格局的形成以及科学技术知识的快速更新，工业型产品制造企业的市场竞争压力日益加剧。其中，生存力较强的创新型企业的竞争核心开始从产品提升转向基于产品能力的提升，具体表现为：对新产品的开发能力、制造能力和快速响应市场的能力，要求实现在最短时间内有效的为市场提供具有竞争力的产品。因此，运用SOLIDWORKS等软件3D智能设计技术完成全面的产品开发，需要计算机实现模型重现，通过对虚拟模型的分析，改进产品设计方案，在数字状态下进行产品的虚拟试验和制造。该技术可显著缩短新产品的开发周期、降低成本和提高产品质量，在企业中得到了越来越广泛的应用。

囚徒困境

 一方面是3D智能设计软件的蓬勃发展，大量的企业转型到使用以SOLIDWORKS为平台的智能设计软件体系。另一方面，则是实际生产方式的革新落后以及3D软件出2D图纸功能的完善，导致的3D数据不能在企业中流转到各个环节。

设计产品的目的当然是为了生产产品，模型的最终流向一定是制造部门，3D设计产品模型、2D出制造图纸的“囚徒困境”，会让工业数据在流向中因为增加了转换语言以及难度，造成成本的叠加。

简单的说，一个产品从创意设计开始，其流向就是企业的各个部门。产品数据需要在不同工种及岗位进行流转，销售部门需要详细直观的产品信息和客户交流、质量部门需要关键的产品信息进行品控、技术部门控制产品研发信息、制造部门需要产品的加工信息实现生产，是企业的沟通的核心。

那么，如果是采用基于2D图纸进行的技术交流，首先就是需要设计工程师将3D设计语言转化为2D的图纸语言，并且在今后的交流中双方都要解读2D图纸，这需要较强的机械设计读图能力，并能根据需要在脑海中重建产品的真实构造，即整个沟通实际上经历了三维到二维、二维再到三维的过程，这不仅延长了流程环节、增大了工作量，而且交流麻烦不直观，对交流双方技术常识的要求高，且易于出错。

易于出错

 不知道有多少企业将工作中的大部分精力用于控制产品错误，我们拆解了一家典型的自动化设备制造厂商一年内的错误数量，这里面可见的数据统计为：供应链环节错误（18%）、产品设计错误（32%）、生产错误（30%）、执行错误（15%）以及其他（5%）。如果继续分解，生产错误中有一半的错误本可以在设计阶段避免，然而由于沟通效率的问题，导致了错误发现不及时，给企业造成了重大的损失。

我们可以将企业常遇到的产品设计错误进行分类，重大错误以及一般错误。

虽然这只是普遍行业的错误分类，但是大部分的企业都能在上述的错误中找到共同点，而这里发生错误的很大原因来自于沟通语言转化的问题，也就是3D到2D的技术漏洞。又比如，下面这个例子，是近期关于工业错误的比较典型的一个案例。

▼典型案例▼

案例链接：https://view.inews.qq.com/a/20180104A10K3F00

其实这个案例中说到一个很好的词：“听故障”，是指在不明确产品结构或者内部原因的情况下，通过“听”来判断故障，从而发生重大错误。这里的“听”广义上不全是用耳朵听，还有更多的是对于产品结构的不清晰，在脑子中想，去主观推断。要知道，在实际的生产中，我们判断故障的方法，有且只有一个那就是“看故障”。既然要看，就一定要让人看得懂，看的明白而且看的方便。

无图纸设计时代

设计平台方法是以软件工具为载体进行变化的，这个过程直接影响到了企业的生存。就像二十几年前，电子绘图在中国兴起的时候，做出改变的企业无异于打开了新的大门，而那些固执于旧有方法的企业如今已无迹可寻。

传统上分类，产品设计制造的进化大概分为三个阶段：

1. 有图纸的设计与制造

这一阶段属于典型的传统设计与制造方法。设计者首先需要构思产品的三维实体概念，然后将实体概念用手工绘制成二维工程图；工艺人员和车间操作人员使用二维工程图时，需再将二维图纸还原为三维实体概念。这种3D-2D-3D的方法存在着非常多的弊端：

● 修改产品意味着重复出图；
● 2D图纸信息量有限，造成的上下游交流不变；
● 2D工程图用处单一，无法深度应用；
● 2D工程图以纸质为媒介，安全管理有难度；

2. 基于计算机辅助的有图设计与制造

随着计算机图形处理技术特别是计算机辅助设计（ComputerAided Design，CAD）技术和计算机辅助制造（ComputerAided Manufacturing，CAM）技术的迅速发展，这一阶段的产品开发过程开始在相当大的程度上依赖于计算机的辅助。

这一阶段的CAD采用三视图的方法表达2D图纸信息，通过不断完善的软件功能，让2D图纸和3D模型之间具备逻辑关联关系，从而减少了一部分沟通障碍造成的问题追溯不及时的问题，同时，CAM技术的崛起帮助弥补了车间操作人员理解图纸的难度。但是，这个阶段输出成果物，依然是以3D为模型，转化成2D图纸进行生产和技术交流，缺陷在于CAD技术和CAM技术过去相对隔离的发展历史，导致的设计过程和生产过程的对接不是那么轻而易举。

3. 无图设计与制造

随着计算机图形学技术进一步发展及社会普遍的期望CAD/CAM向一体化方向的发展，那些知名的3D设计软件公司，在平台逐渐开始完善设计方案之外的整体产品流程，我们可以看到这其中为代表的SOLIDWORKS 3D CAD在经过了二十多年的设计积累，在2017年末发布了集成于SOLIDWORKS的CAM软件-SOLIDWORKS CAM。

而在成果上，无图设计与制造模式，已经可以不需要2D工程图作为媒介了。还是以SOLIDWORKS设计平台为例，其开放、简洁的特性很大程度上体现在完全无障碍的三维技术交流解决方案中。

SolidWorks MBD

SOLIDWORKS长久以来一直致力于帮助用户以3D产品模型为媒介进行交流，通过使用3D将带有大量信息的产品数据向不同部门传达。作为2015年就已经发布的SOLIDWORKS MBD，已经不仅仅是让工程师通过浏览三维模型进行交流了，更多的是可以帮助企业真正抛开2D工程图，在三维环境中直接表达产品的相关信息，形成效率最高的沟通手段。

使用MBD可以在三维模型中表达更加详细的数据（通过SOLIDWORKS MBD，在三维模型上可以定义的产品制造信息包括尺寸、几何公差、表面粗糙度、焊接符号、注释及元属性等），这些数据的载体可以是模型本身，也可以是传递更加方便的PDF格式，这种方式将极大简化企业运行流程、缩短产品开发周期、减少各类错误。SOLIDWORKS MBD支持多种行业标准，如ASMEY14.41、ISO 16792等。

企业可以自由定制符合习惯和要求的模板，视图中可以包含模板的布局、产品视图结构等进行查阅，还可以对模型进行交互式的旋转、移动、放大缩小等操作，完全脱离3D设计软件，非常方便。

使用SOLIDWORKS MBD的沟通交流方式对于企业而言，还具备以下这些优势：

A. 更有效地保证数据一致性

一致性，是避免设计错误的基础。产品信息从设计模型中产生，并应用于设计模型这是一致性的基本要求，因为省略了二维图纸，所以减少了转化设计语言的过程中的犯错概率，让信息可以从设计者完整的传递到其他上下游部门岗位去。

B. 减少隐性用人成本

我们分析图纸错误的类型可以看到，很多错误来源于对产品和2D图纸的解读理解不够造成的，这意味着使用2D图纸，需要比较高的机械常识，很多企业面临这样的囧况，老员工一旦离职，可以明显的看到岗位上新人的犯错量大大增加，但是内部的技术培训无法解决企业保持的正常范围内的流失率，所以，最有效的方法是降低门槛。如果每个人能看到模型，并根据模型信息去安排工作，就能极大程度的降低2D图纸环境下带来的技术门槛，在更多的智能环节也更方便企业安排工作，可以降低隐性的用人成本。

C. 数据安全及科学管理

产品是企业的核心，产品相关的图纸和信息就是核心中的核心，以纸质媒介为依托的2D图纸，本身存在极大的安全漏洞，对于企业管理者来说，通过使用SOLIDWORKS MBD的无2D图纸设计方式，结合产品自动化、信息化管理模式，实现无图纸设计生产，就可以实现电子集中管理，再结合类似PDM的产品管理软件，可以有效控制设计文档的输出与迭代。

有效沟通是3D智能设计的基础

视频链接：http://news.xinhuanet.com/legal/2016-06/28/c_129097350.htm

2016年6月，首飞成功的长征七号，揭开了我国首个“数字火箭”的神秘面纱，它采用全数字化手段完成研制，突破了三维协同设计、三维设计数据管理及基于三维的流程仿真、飞行综合性能仿真等多项关键技术，打通了从设计到制造的全三维流程。

相信很多人在电影中看到过，基于VR技术我们可以在数字环境下实现产品的设计和研发，而这个技术已经在实际中帮助我们设计出了“数字火箭”，让以前存在于图纸上的死气沉沉的零件，变成了动态的活灵活现的个体。这种转变的关键就是MBD，基于模型的定义，基于产品的全面数据信息传达，结合统一的机械语言，可以帮助企业消除差异，减少错误，从而降低运转成本。