介紹

隨著當(dāng)今全球性競(jìng)爭(zhēng)壓力的不斷激增，企業(yè)需要大力推動(dòng)創(chuàng)新并率先把新產(chǎn)品推向市場(chǎng)，同時(shí)還要確保以最低的成本實(shí)現(xiàn)最高的產(chǎn)品質(zhì)量。

采用2D圖紙的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的核心，在過(guò)去也一直被用作產(chǎn)品定義的基準(zhǔn)。然而許多企業(yè)已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到，僅使用2D圖紙是不夠的，它往往會(huì)造成設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，增加制造成本。由此一種被稱作“3D Master”的新趨勢(shì)正在興起。3D Master能夠幫助企業(yè)內(nèi)部的所有職能部門(mén)運(yùn)用信息內(nèi)容最豐富的3D技術(shù)，查找、共享、注釋和改進(jìn)產(chǎn)品。該解決方案可提供多種卓越優(yōu)勢(shì)，比如進(jìn)行變型設(shè)計(jì)時(shí)能對(duì)產(chǎn)品定義進(jìn)行重用，大大降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)流程的成本，提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量并消除錯(cuò)誤。為了獲得這些優(yōu)勢(shì)，許多企業(yè)已經(jīng)告別2D 圖紙，轉(zhuǎn)而采用3D 模型。但是也有許多企業(yè)仍在繼續(xù)使用2D圖紙，同時(shí)將3D模型用作主控，這些企業(yè)也將獲得類似優(yōu)勢(shì)。

本白皮書(shū)將詳細(xì)研究3D Master解決方案及其相關(guān)優(yōu)勢(shì)，并向您介紹使用該方案所獲得的實(shí)際成效。

3D Master 概念的歷史沿革

純 2D 設(shè)計(jì)環(huán)境面臨的挑戰(zhàn)

幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，2D 圖紙?jiān)诟黝惍a(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮著中堅(jiān)作用。圖紙通常用于幫助理解產(chǎn)品如何工作、如何制造以及裝配和功能所需的尺寸和容差。 ANSI/ASME、ISO 和 JIS 等圖紙標(biāo)準(zhǔn)對(duì)圖紙含義和外觀進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，這使得圖紙更加易于為企業(yè)內(nèi)部以 及供應(yīng)鏈上下游所理解，從而使其擁有更高的價(jià)值。

不過(guò)在用2D圖紙描繪3D世界的嘗試過(guò)程中，始終會(huì)面臨種種難題。要用一系列2D圖紙準(zhǔn)確無(wú)誤地描繪出一個(gè)復(fù)雜的3D部件，難度相當(dāng)大。誤解也時(shí)有發(fā)生，而這些誤解通常會(huì)造成成本不菲的延遲，而且有時(shí)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)出劣質(zhì)部件。經(jīng)常需要使用大量2D圖紙來(lái)描繪單個(gè)3D部件或總成。如果發(fā)生設(shè)計(jì)變更，就需要修改多張圖紙，這個(gè)過(guò)程不僅難度較大，而且非常容易出錯(cuò)。

3D計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的誕生以及后來(lái)實(shí)體建模的問(wèn)世，都為該領(lǐng)域帶來(lái)了巨大的進(jìn)步。實(shí)體建模能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地用單個(gè)幾何文件來(lái)定義3D 幾何結(jié)構(gòu)。此外實(shí)體建模還能夠在制作原型之前對(duì)產(chǎn)品的形態(tài)、 裝配性和功能進(jìn)行驗(yàn)證。這種用更少時(shí)間評(píng)估更多設(shè)計(jì)的能力帶來(lái)了產(chǎn)品性能的進(jìn)步，大大減少了設(shè)計(jì)后期階段的變更次數(shù)。

雖然3D建模已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但是2D圖紙仍然是產(chǎn)品定義的“基準(zhǔn)”。

但2D圖紙通過(guò)提供容差、注釋、零部件清單和其它對(duì)制造、質(zhì)量控制和供應(yīng)鏈等下游工藝至關(guān)重要 的信息，繼續(xù)在設(shè)計(jì)流程中發(fā)揮著重要的作用。在沒(méi)有第三維的情況下，任何視圖中的所有面和特性都相互疊加，即便它們是在零部件的末端。所以難以創(chuàng)建能夠準(zhǔn)確完整地反映關(guān)鍵特性和表面的2D截面圖，供設(shè)置容差和添加注釋使用。這往往會(huì)造成錯(cuò)誤的發(fā)生，因?yàn)橄掠蔚挠脩粼诓榭磸?fù)雜零部件的2D圖紙時(shí)，無(wú)法確切識(shí)別究竟是哪一個(gè)部件。

由于 2D設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在世界各地并非一致，因此理解2D圖紙的難度也進(jìn)一步加大。特別是歐洲使用的第三角投影法基本上等同于外語(yǔ)，極易造成混淆。

還有一個(gè)問(wèn)題，如果設(shè)計(jì)變更無(wú)法避免，往往需要更新三套不同的數(shù)據(jù)集——實(shí)體模型、2D圖紙和零部件清單。這些數(shù)據(jù)集很有可能變得彼此不一致， 需要更多的時(shí)間加以維護(hù)。這往往會(huì)造成設(shè)計(jì)變更 延遲或制造出錯(cuò)誤的零部件。

在產(chǎn)品定義過(guò)程中，3D功能容差和注釋可為設(shè)計(jì)人員提供協(xié)助

3D Master概念的核心價(jià)值

最新一代的實(shí)體建模系統(tǒng)可以將尺寸、幾何設(shè)計(jì)和容差、注釋和零部件清單直接應(yīng)用于實(shí)體模型，不再需要圖紙?？梢陨?、詳細(xì)說(shuō)明和注釋任意數(shù)量的3D模型視圖，以便特定的下游部門(mén)使用，比如制造規(guī)劃、 產(chǎn)品服務(wù)、采購(gòu)和市場(chǎng)營(yíng)銷 / 銷售。例如，可以將逼真的3D模型與指定的一系列帶有注解和尺寸的視圖配套提供給合約制造商。

最新一代的實(shí)體建模軟件可方便地創(chuàng)建具有相關(guān)性的3D容差規(guī)格和注釋。該建模軟件提供整套幾何尺寸和容差（GD&T）功能，包括基準(zhǔn)元、基準(zhǔn)目標(biāo)、文本和注釋旗注解，用于完善3D定義。軟件的容差助手（tolerancing advisor）可引導(dǎo)用戶在零部件上創(chuàng)建幾何容差，同時(shí)避免創(chuàng)建無(wú)效容差。例如，在為零部件頂部創(chuàng)建平坦度容差時(shí)，該助手可濾除對(duì)單平面不適用的選項(xiàng)。容差的意義可以捕獲在數(shù)據(jù)集中，供下游應(yīng)用直接重復(fù)使用，比如容差分析、制造或檢驗(yàn)，也可供貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)階段的尺寸和容差有效性檢查使用。在這種情況下，如果在幾何設(shè)計(jì)發(fā)生變更后功能不再具有并行性，那么平行度容差功能將失效并突出提示給設(shè)計(jì)人員。

2D布局輔助3D設(shè)計(jì)功能在項(xiàng)目構(gòu)思階段能夠幫助用戶在3D環(huán)境中使用先進(jìn)的2D圖紙繪制功能工作。 2D幾何元素能夠作為界面形狀和參考平面的方式導(dǎo)出，以便快速便捷地創(chuàng)建3D幾何構(gòu)造。在初始階段可以添加尺寸和容差注釋數(shù)據(jù)，無(wú)需在后續(xù)流程中重新創(chuàng)建。

3DMaster可提供免費(fèi)或低成本的小型查閱應(yīng)用，以便價(jià)值鏈上的各方進(jìn)行共享。虛擬團(tuán)隊(duì)和虛擬社區(qū)可以在實(shí)時(shí)環(huán)境中會(huì)面，就產(chǎn)品相關(guān)項(xiàng)目的任何方面進(jìn)行搜索、定位、討論和協(xié)作。該環(huán)境通過(guò)盡早提供對(duì)尺寸和容差注釋、幾何結(jié)構(gòu)元素和特性以及元素間關(guān)系的直接深入的洞察分析，顯著提高決策質(zhì)量。

3D Master是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期各個(gè)階段的產(chǎn)品描述的唯一參考標(biāo)準(zhǔn)。

引入這一端到端概念，可獲取顯著的投資回報(bào)并改善產(chǎn)品質(zhì)量

把描述零部件幾何結(jié)構(gòu)的實(shí)體模型、容差和注釋以及零部件清單集中到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集中，這樣可以帶來(lái)明顯的優(yōu)勢(shì)。在使用3D模型工作時(shí)，工程師能完全確定自己正把容差設(shè)置到需要的特性上，而且任何使用該信息的人也可確定自己正在生成或測(cè)量正確的特性。 因?yàn)?D是通用的，對(duì)任何地方的任何人來(lái)說(shuō)看起來(lái)都 是一樣的，使用不同 2D圖紙標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)的混淆因此得以避免。

此外，3D Master解決方案還可以提供能夠在產(chǎn)品系列內(nèi)部或者在產(chǎn)品的將來(lái)版本中重復(fù)利用的產(chǎn)品定義信息，從而節(jié)省大量成本。產(chǎn)品全生命周期管理 （PLM）系統(tǒng)可以顯著增強(qiáng)重復(fù)利用幾何信息的能力。 3D Master解決方案使得重復(fù)利用包括容差和注釋及零部件清單在內(nèi)的完整產(chǎn)品定義變得輕而易舉。高級(jí)用戶可以創(chuàng)建包含容差和注釋以及零部件清單的模板， 從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程新領(lǐng)域的自動(dòng)化。

將容差納入實(shí)體模型的另一優(yōu)勢(shì)在于，它可以放寬非 必要的嚴(yán)密度容差，為降低制造成本創(chuàng)造機(jī)會(huì)。把容差納入 3D Master模型后，就可以更加方便地使用容差分析工具，在針對(duì)個(gè)別零部件設(shè)定的容差基礎(chǔ)上， 同時(shí)考慮到形變和裝配流程，對(duì)總成的變化做出預(yù)測(cè)。 對(duì)總成的變化進(jìn)行仿真，可以判定設(shè)計(jì)的產(chǎn)品和工藝是否滿足產(chǎn)品的尺寸要求，同時(shí)還可判定個(gè)別容差對(duì)總成變化造成的影響。此類型的仿真往往可以放寬容差，甚至銳減高達(dá)90%的制造成本。

最后，幾何結(jié)構(gòu)、容差和注釋以及零部件清單彼此不一致的情況基本可以避免。這大幅降低了出錯(cuò)的可能性，進(jìn)而在加快產(chǎn)品上市進(jìn)程的同時(shí)降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本。此外，將全部?jī)?nèi)容集中到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集中，對(duì)產(chǎn)品定義信息進(jìn)行維持、分配和搜索所需的時(shí)間和成本也大大降低。

采用 3D Master 解決方案 獲得顯著優(yōu)勢(shì)

一家為商業(yè)和軍事應(yīng)用生產(chǎn)直升機(jī)的企業(yè)在運(yùn)用3D Master解決方案改善數(shù)據(jù)質(zhì)量方面做出了表率。在過(guò)去，這家公司面臨著種種挑戰(zhàn)，包括數(shù)據(jù)質(zhì)量、車間錯(cuò)誤、供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)效率不佳、需要加快產(chǎn)品上市進(jìn)程和加快產(chǎn)能等。達(dá)索系統(tǒng)公司與該公司開(kāi)展合作，共同實(shí)施3D Master戰(zhàn)略，并轉(zhuǎn)讓最佳實(shí)踐和方法?；ㄙM(fèi)了大約6個(gè)月的時(shí)間來(lái)完成最具代表性且最復(fù)雜的部分，涉及的設(shè)計(jì)人員大約有 100 人。此新解決方案能夠?yàn)橹圃觳块T(mén)提供完全可靠且準(zhǔn)確的3D定義，有助于防止出現(xiàn)錯(cuò)誤。提供統(tǒng)一的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)還能避免因管理多種圖紙而帶來(lái)的成本。3D定義現(xiàn)已重復(fù)用于檢驗(yàn)計(jì)劃和首次裝配檢驗(yàn)評(píng)審，在進(jìn)一步提升準(zhǔn)確性的同時(shí)，顯著降低數(shù)據(jù)管理成本。

一家大型航空航天與國(guó)防供應(yīng)商將3D Master解決方案用在其飛機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)件部門(mén)的工裝設(shè)計(jì)工藝上。該公司成立了 3D Master卓越中心，用于培訓(xùn)工裝供應(yīng)商， 使之在報(bào)價(jià)之前和早期使用階段熟練掌握3D Master， 從而最大程度地減少負(fù)面影響。內(nèi)部用戶在接受3D Master數(shù)據(jù)使用培訓(xùn)之后，該卓越中心還可起到答疑中心的作用。通過(guò)強(qiáng)制推行3D Master解決方案來(lái)推動(dòng)文化變革。該公司在未將成本轉(zhuǎn)移給工裝供應(yīng)商的情況下，通過(guò)避免因產(chǎn)品定義不一致或不正確而造成的錯(cuò)誤，使加工成本減少了20% 到 30%。

一家業(yè)界領(lǐng)先的汽車制造商在過(guò)去五年里一直將無(wú)圖紙端到端全3D Master解決方案用在其汽車車身生產(chǎn)流程中。以白車身地板件而言，會(huì)有多達(dá) 100 條信息添加至其3D模型。3D Master解決方案已經(jīng)推廣給600個(gè)內(nèi)部用戶和 200家供應(yīng)商使用。目前將3D Master解決方案用于車輛底盤(pán)系統(tǒng)尚在試點(diǎn)中。參考部件是一個(gè)汽缸蓋，需要800 種不同的注釋和容差。該應(yīng)用的潛在用戶群體包括350名內(nèi)部用戶和350家供應(yīng)商。由于能夠?qū)⒐δ苋莶詈妥⑨審默F(xiàn)有的部件拷貝到新的變體上，因此可以輕松完成 70% 的產(chǎn)品定義。自動(dòng)容差功能可以定義一系列容差，然后自動(dòng)加以應(yīng)用。對(duì)還不能應(yīng)用3D模型工作的供應(yīng)商，可以為他們自動(dòng)生成2D藍(lán)圖。通過(guò)鼓勵(lì)設(shè)計(jì)人員在不影響質(zhì)量的情況下放寬容差，使生產(chǎn)成本得以降低。

一家領(lǐng)先的卡車和公共交通車輛制造商以3D Master模型為依據(jù)，通過(guò)自動(dòng)生成 2D 數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的一致性。該解決方案可盡早地提供完整的3D產(chǎn)品定義，為技術(shù)發(fā)布、裝配線作業(yè)指導(dǎo)、供應(yīng)鏈等下游工藝提供豐富的內(nèi)容。另外還可為供應(yīng)商、質(zhì)量控制部門(mén)和車間提供小巧輕便的 3D 查閱器。年輕的設(shè)計(jì)人員也因有機(jī)會(huì)使用完整的3D 產(chǎn)品定義而更有積極性。該公司的生產(chǎn)部門(mén)有800名用戶。創(chuàng)建產(chǎn)品定義所需的時(shí)間已明顯縮短。

一家商務(wù)噴氣機(jī)制造商生產(chǎn)出的第一臺(tái)3D Master模型已經(jīng)通過(guò)了聯(lián)邦航空管理局的認(rèn)證。最初3D Master設(shè)計(jì)僅被用于內(nèi)部裝修，現(xiàn)在該公司最新的噴氣機(jī)完全是用 3D Master 概念進(jìn)行定義。在成本不變 的情況下，該公司實(shí)現(xiàn)了40%的生產(chǎn)效率提升以及近乎兩倍的交付率。最為重要的是，所生產(chǎn)的噴氣機(jī)均得以按時(shí)交付。

關(guān)于 3D Master 解決方案的 常見(jiàn)問(wèn)題

1、部署3D Master后我可以得到怎樣的 ROI ？

由于圖紙數(shù)量減少，冗余數(shù)據(jù)和勞動(dòng)得以避免，因此全局設(shè)計(jì)、制造工藝定義以及與供應(yīng)商和合作伙伴的數(shù)據(jù)交換都有望得到明顯的改善。某大型制造商的總體設(shè)計(jì)和制造流程節(jié)省了 20% 到 30% 的時(shí)間。另有一家大型制造商投資2,000萬(wàn)美元，在引入3D Master后，五年時(shí)間內(nèi)贏利高達(dá) 5 億美元。

2、是否可以在采用3D Master的同時(shí)繼續(xù)使用圖紙？

圖紙也是表達(dá)3D Master定義的一種方式，用戶轉(zhuǎn)而采用3D Master解決方案之后仍然可以繼續(xù)使用圖紙。我覺(jué)得我的工程師不懂如何在3D環(huán)境中有效地工作。 從用戶的角度來(lái)看，3D Master非常類似于創(chuàng)建2D圖紙。如果用戶已經(jīng)知道如何制作圖紙，用戶只需一天半的時(shí)間就可以學(xué)習(xí)到 FT&A。在已經(jīng)采用3D Master解決方案的企業(yè)工作的工程師幾乎眾口一詞地表示不想再回到圖紙時(shí)代。

3、我的認(rèn)證機(jī)構(gòu)不接受 3D Master。

用戶可從3D Master產(chǎn)品定義中生成演示圖紙，用它們完成認(rèn)證。不過(guò)包括FAA在內(nèi)的大多數(shù)認(rèn)證機(jī)構(gòu)現(xiàn)在已經(jīng)逐漸接受3D認(rèn)證。

4、實(shí)體模型中包含我不想共享的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

可以使用產(chǎn)品數(shù)據(jù)過(guò)濾工具，只提取出用戶想要提供給合作伙伴的信息。

5、與不能投資 3D CAD 解決方案的小型合作伙伴開(kāi)展合作的最佳方式是什么？

免費(fèi)提供的小型查閱解決方案。

6、假如在3D環(huán)境中所做的工作與過(guò)去在2D圖紙上所做 的工作基本相同，3D Master如何提高該設(shè)計(jì)階段的生產(chǎn)效率？

我們的一位客戶表示在設(shè)計(jì)階段，50% 的工程師把時(shí)間花費(fèi)在創(chuàng)建或更新2D圖紙上。這些工程師告訴我們， 對(duì)同一零部件，他們會(huì)采用5種不同的圖紙來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的目的?？上攵捎每扇菁{全部產(chǎn)品定義的統(tǒng)一3D源，使其重復(fù)用于各種目的會(huì)帶來(lái)怎樣的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)論

雖然3D建模已經(jīng)得到廣泛采用，但對(duì)90%的制造商來(lái)說(shuō)， 2D 圖紙仍然是尺寸、容差和注釋的主要基準(zhǔn)。3D Master解決方案的中心概念是 3D 產(chǎn)品模型是為下游工藝提供詳細(xì)產(chǎn)品信息最合適的載體。轉(zhuǎn)而采用 3D Master 解決方案之后，

企業(yè)可以 ：

• 采用統(tǒng)一的3D數(shù)據(jù)集完成100%產(chǎn)品定義 ；

• 降低成本，并改善產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的質(zhì)量；

• 大幅增加可供未來(lái)產(chǎn)品變體使用的設(shè)計(jì)信息數(shù)量；

• 優(yōu)化制造容差，以便降低制造成本。

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