導讀：搭建企業标準化設計平台是企業經營和發展的重頭戲，無論是現代的标準化設計方法、企業規範體系制定、建立通用要素庫還是企業知識繼承體系的完善，每一個環節無不維系企業的生死存亡。

作者：李偉| 來源：e-works

一、國内三維CAD應用現狀

　　基于三維模型的産品設計與制造已成為我國制造業的主流模式，由于産品三維模型具有可視化、數字化和虛拟化等特點，使其成為産品開發各環節( CAD、CAE、CAPP、CAM 等) 不可或缺的基礎載體。雖然三維CAD已經進入普及時代，但事實上，很多企業的三維CAD的應用隻是停留在簡單的軟件功能應用和産品造型上，三維CAD的應用并沒有達到企業預期的效果。很多企業采用三維設計軟件後的很長時間内，三維應用水平始終停滞不前，無法實現全三維數字化設計。同時，産品設計效率不但沒有提升，反而有所下降，如何更好的搭建三維标準化設計平台，是大多數企業普遍面臨的最為迫切的問題。

二、搭建基于三維的标準化設計平台，你準備好了嗎？

　　搭建基于三維的标準化設計平台，你準備好了嗎？筆者曾經針對這個問題，走訪了國内的30多家大中小型企業，沒有得到肯定的答案。究其原因，這些企業在搭建基于三維的企業設計平台的過程中，普遍面臨如下幾個問題：

　　1.一般而言，産品方案設計（概念設計）階段的設計周期非常短，使用三維CAD進行産品方案設計無法滿足設計周期的要求。

　　2.國内大多數企業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，無法滿足企業要求。

　　3.大部分企業的産品設計過程都是“相似設計”，改型和變型的産品比較多。大部分企業長期積累了大量的二維CAD資源庫，設計借用和調用方便快捷。相反的，三維CAD資源庫的建立過程複雜，建立周期較長，不能滿足企業當前的設計需要。

　　4.三維CAD軟件運行速度較慢，特别是大型裝配體，對計算機軟硬件的配置要求較高，企業需要投入大量的資金進行硬件改造。

　　5.三維CAD所生成的設計數據後期很難重用，模型修改容易出錯。

　　6.三維CAD軟件的操作者培養周期長，大多數企業的人員流動大，經常會面臨“無人可用，無人能用”的尴尬局面。

　　綜上所述，我們來總結一下企業使用三維系統的過程中為什麼會舉步維艱？概括起來無非是如下幾個個方面的問題。

　　1.缺乏标準化設計的理論和方法

　　2.沒有企業統一的規範體系

　　3.沒有建立通用元素庫，三維CAD設計效率低下

　　4.不具備企業知識繼承體系。

　　機械産品本身的最大特點是存在着相似性。研究和統計分析表明，在新産品開發中，約40%是重用過去的部件設計，約40% 是對已有設計部件的微小修改，而隻有約20% 是完全新的設計。通過成組技術、标準化技術和模塊化技術，可以把90%的結構要素标準化，把60%-70%的零件規範化，把這部分零部件模塊化。這部分标準化、規範化和模塊化的零部件是産品設計的基礎，可供設計者選用。這些零部件一旦選中，其數字化模型、圖紙、工藝、制造代碼、工裝、量具都是現成的，無需設計或制造，可直接開始生産。

因此，隻要按相似性原理做好産品的成組化、标準化和模塊化設計，就可以将重新設計的零部件數量控制在10%-20%範圍内，其餘零部件的結構設計、工藝設計、工裝設計和數控代碼設計等都可以省略，這就能大大縮短産品的設計周期和開發周期，提高整體的效率。因此，提高企業産品設計的整體效率而言，需要應用三維CAD技術來實現成組技術、标準化技術、模塊化技術以及其他先進的設計和制造技術，這是二維CAD軟件沒有辦法實現的，這也就是大部分制造企業已經從最初的二維CAD制圖轉向了三維CAD應用的最根本的原因所在。

　　産品設計階段，企業追求的主要目标就是提高設計效率。提高設計效率最直接的方法就是提高設計數據的重複利用率。三維CAD數據比二維數據複雜，提高設計數據的重複利用率的難度更大。筆者認為，提高設計數據的重複利用率的關鍵是量體裁衣，搭建符合企業自身需要的企業标準化設計平台體系。

三、 什麼是企業标準化設計平台

　　企業标準化設計平台就是把各種有助于産品研發的實用技術集成為一個可共享的技術系統，為快速、優質的進行研發工作，提供一個科學的、綜合的堅實的基礎（平台）。企業标準化設計平台可以将相關技術知識和實際經驗相結合，轉換為适于工程應用的、具有可操作性的、适合于企業特點的、實用的共享技術。搭建企業設計平台，可以使企業取得最大效益。單就産品研發而言，就是為研發團隊創造一個規範化的、高效的、有助于發揮創造性的活動舞台。

　　通常情況下，企業标準化設計平台由4大體系構成，如下圖所示：

圖1 企業标準化設計平台由4大體系構成

四、 标準化設計平台之标準化體系

　　1、什麼是标準化

　　标準化是指在經濟、技術、科學和管理等社會實踐中，對重複性的事物和概念，通過制訂、發布和實施标準達到統一，以獲得最佳秩序和社會效益。

　　公司标準化是以獲得公司的最佳生産經營秩序和經濟效益為目标，對公司生産經營活動範圍内的重複性事物和概念，以制定和實施公司标準，以及貫徹實施相關的國家、行業、地方标準等為主要内容的過程。

　　2、基于三維的标準化設計必須做好的兩件事情

　　基于三維的标準化設計必須做好兩件事情：第一，必須将CAD軟件進行企業化定制。第二，三維CAD應用技術必須結合現代标準化設計方法論，與現今的設計、制造理論和方法相結合。

　　（1）進行企業化CAD定制

　　CAD軟件企業化定制的目标是把一個買來的商用支撐性CAD系統，通過系統分析和系統設計，變成一個能夠實現企業需求的CAD應用系統，或者把一個已經初具規模的CAD應用系統進一步充實和完善。CAD軟件企業化定制一般包含以下幾個方面的内容：

　　●統一CAD軟件的使用環境，包括計算機管理、網絡環境管理、CAD軟件安裝、基礎通用數據（設計模闆、BOM模闆等）、軟件選項設置等；

　　●CAD軟件深層次的二次開發，以滿足企業個性化需求；

　　●通用PLM（PDM）系統的二次開發與集成；

　　●與其他系統的接口與集成。包括CAPP、CAM、ERP、MES等。

　　（2）現代标準化設計方法

　　标準化設計是指在一定時期内，面向通用産品，采用共性條件，制定統一的标準和模式，開展的适用範圍比較廣泛的設計，适用于技術上成熟，經濟上合理，市場容量充裕的産品設計（摘自百度百科）。

　　産品标準化設計的主要形式和方法有簡化、統一化、通用化、系列化、組合化和模塊化6個方面構成，這是産品設計分類的主要依據，也是建立産品通用元素庫的核心思想基礎。

　　簡化：

　　削減多餘的、可替代的、低功能的對象，達到事物的“精練”和“合理”。簡化方案的論證應該以特定的時間和空間範圍做為前提，簡化的結果必須保證在既定的時間内足以滿足一般需要，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備，并且随着USB技術的普及，光驅設備也不再做為計算機的标準配置。再如下圖所示，我們繪制工程圖時常用的“簡化畫法”，也是标準化設計中簡化形式的一種體現和應用。

圖2 簡化輪廓圖表示法

　　統一化：

　　統一化是把同類事物兩種以上的表現形态歸并為一種或限定在一個範圍内的标準化形式。是在不同的對象或範圍中歸并達到一緻性。是從個性中提煉共性，着眼于一緻性。統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。例如我們熟知的大衆汽車，大衆産品線那一張張的“大衆臉”，讓我們“傻傻分不清楚”。統一化能突顯品牌的亮點，又能最大程度的減少設計過程，減小産品成本。統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中，選擇和确定具有功能互換性或尺寸互換性的子系統或功能單元的标準化形式。對産品的多種基本要素（例如，元器件、零部件、原材料、性能參數、結構要素等）進行通用化，不僅可減少産品構成要素品種規格，而且可減少相關要素的品種規格。在不同類型或同類型不同規格産品中的零部件，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格，例如：

　　●以大代小，以長代短。

　　●采用同一種螺釘頭結構，減少工具品種。

　　●選用螺釘組合件，縮短裝配時間。

　　●需常拆卸的面闆、蓋闆，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。

　　●在适用的地方，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，減少品種規格。

　　●選用徒手快速解脫連接器，提高裝卸效率。

　　●優先選用有導向、鎖緊、護套 和系留結構的連接器。

　　系列化：

　　系列化一般是指産品系列化，它主要根據技術經濟的原則，考慮生産和使用的要求，統一産品結構，簡化品種規格，實行同類歸并、參數分檔，形成有規則的排列，以指導生産和品種發展的一種标準化形式。系列産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。産品系列化過程經常采用的方式是優先數和優先數系。根據GB/T 321-2005的規定，優先數和優先數系适用于各種量值的分級，特别是在确定産品的參數或參數系列時，必須最大限度地采用該标準的規定，這就是“優先”的含義。系列化産品的開發步驟如下圖所示：

圖4 系列化産品的開發步驟

組合化：

　　組合化是指預先設計并制造可分解、組合具有通用性強的若幹單元，按設計要求組合成不同用途産品的一種标準化形式。組合化的特點是組合的單元具有通用性及互換性；組合成産品或結構的單元，可以拆、裝、分解；組合的單元可以重複性使用。如下圖所示，組合化是多次重複使用統一化單元或零部件來構成物品的一種标準化形式。

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标準化單元，通過不同形式的接口與其它單元組成産品，且可分、可合、可互換。模塊化是以模塊為基礎，綜合了通用化、系列化、組合化的特點，用以解決複雜系統快速應變的标準化形式。

　　模塊化是市場需求多樣化、多變化與産品開發能力尖銳矛盾情況下，“以不變應萬變”和“以少變求多變”的産品開發策略。可以說，模塊化是标準化的高級形式。

五、标準化設計平台之規範化體系

　　标準化設計平台的規範體系是為了适應企業的實際需要，對上級标準的二次開發和拓展，對企業成熟經驗和成果的歸納和提升。規範使得企業各事項有章可循，同時适應人員流動的需要，規範可使新員工迅速掌握已有技術，使企業的各項工作具有繼承性和穩定性。

　　三維标準化設計平台的常見規範包括：

　　●三維CAD軟件安裝規範

　　●三維CAD軟件環境設置規範

　　●零部件編碼規範

　　●零部件命名規範

　　●設計數據遷移規範

　　●通用建模方法規範

　　●産品設計規範

　　●業務流程規範

　　●典型零部件标準畫法規範

　　“世界上本沒有規範，隻不過設計做的多了，便出現了規範”。産品設計時會遇到問題，也是制定“設計規範”的原因所在。設計規範其實就是将設計過程中出現的各種設計要素進行歸類，統一，制定标準，并加以描述。三維标準化設計與設計規範體系互相促進，設計是第一步，然後從設計中将規範完善，期間會遇到各種各樣的客觀因素制約，同時使用規範約束設計，使設計更加合理。

六、 标準化設計平台之通用要素庫

　　通用要素庫羅列設計及生産需用的、成熟的各種要素，便于設計時方便調用。通用要素庫不但可以提高三維CAD設計效率，還可以控制設計品種和規格，約束各類設計要素的無序膨脹。通用要素庫通常為要素預覽圖加表格再加說明的形式，并能夠列出優選、可用、限用、專用等要素級别。通用要素庫的内容通常包括三維CAD模型、圖樣、公差、通用結構要素、代碼、術語等。一般的企業通用要素庫應該包括：

　　●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

七、 标準化設計平台之知識繼承體系

　　知識繼承體系是指從企業的實際需求出發，選取各學科中及應用技術中的有關内容，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工作所需的知識，作為企業技術和管理工作的“共同語言”。

　　一般情況下，知識繼承體系由設計技術知識和輔助技術知識兩部分組成。設計技術知識是設計師必備的基本知識，是設計的實用知識。而輔助技術知識是對設計技術知識的擴展和補充，具備這些知識才能設計（研發）出具有時代感強的、品質優良的、經濟的産品，并有助于提高設計效率。例如某整機配套企業知識繼承體系構成如下圖所示：

圖6 企業知識繼承體系構成

　　作為三維設計平台的應用主體——研發工程師在企業中起到至關重要的作用，沒有優秀的人才，再好的解決方案，也難以發揮出預期的效果，人才的培養始終是企業重中之重。

　　總之，搭建企業标準化設計平台是企業經營和發展的重頭戲，無論是現代的标準化設計方法、企業規範體系制定、建立通用要素庫還是企業知識繼承體系的完善，每一個環節無不維系企業的生死存亡。搭建企業标準化設計平台的學問很多，在具體實施過程中還有很多的問題需要探索和總結，要想将标準化設計的工作落到實處，後續的工作任重道遠。

轉自公衆号：PLM之神

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