三维设计过程的规范性 丨技术文章

企业使用三维进行设计能否快速提高设计效率，很大程度体现在规范性上。

企业在使用2D进行设计时，只能关注设计结果，设计过程并不能得到记录，设计意图也不能体现。但3D设计不仅能详细记录我们的设计过程和意图，在一定程度上可以展现工艺信息，所以关注的不仅仅是设计结果，同样还有设计过程。设计过程的规范性的完善，对于很多企业来说，效率就不仅仅是100%的提高。

那么如何进行三维设计的规范性？

如何提高零部件的可重复利用？

如何提高零部件的可修改性？

在详细展开这个话题之前，我们先看一个关于设计过程的研究：

研究通过随机抽取不同机械设计工程师在三维CAD技能考试中所创建的三维模型，然后：

• 研究不同工程师创建同一个零件所采用的不同建模手段；

• 探究在给出明确建模规定的前提下，工程师创建的模型是否还有差异？

• 研究不同工程师创建同一个装配体所采用的不同装配手段。 

首先大家都利用SOLIDWORKS软件设计如下图所示的零部件，并且对结果进行分析，分析设计的第一个特征、特征的数量和尺寸、设计过程所需要的尺寸。

采集完整样本总共17个，分析结果见下表：

表1 第一特征的统计

表2 特征数量的统计（*为第一特征是拉伸）

表3 建模方法和特征数量的统计

针对在建模过程中的尺寸标注，常用的有5中解决方案：

｛DIM1｝=｛D1,D2,D3,H1,H2,H3,a1,r1,r2｝ 

｛DIM2｝=｛D1,D2,D3,H1,H2,H3,a1,r1｝

   ......

｛DIM5｝=｛R1,R2,R3,H1,H2,H3,a2,r1｝

图 尺寸标注的名称及位置

我们在解决问题时，经常会提出“条条大道通罗马”，尽管这些不同的设计方法都得到相同的结果，但是研发设计的工作不是到达罗马的事情，我们必须在最短的时间内创造更大的效益，研发出更具有创新性的产品，因此我们必须找到最快的方法，最简洁的方法达到我们的要求。

同样的问题，我们再继续研究：使用相同的软件，要求工程师使用已经给出的尺寸和单位和单一旋转特征来创建模型，如下图所示：

图 按照尺寸要求用旋转创建模型

这个测试共收集到100个完整模型，统计结果如下：

表4 新测试的第一特征统计

这次特征的使用顺序竟然十分统一，基本上都是采用旋转命令完成，尺寸标注方案也基本上和要求一致，完成效率也有很大的提高。

表5 测试的特征数量统计

也仅仅是一个要求的差别，得到的结果就有很大的差别，通过这个研究我们可以总结出下面两点：

1、缺乏纪律：知道怎么做但不要求这样做，或者他们是不要按照要求去做；

2、缺乏技巧：知道要做但是不知道怎么做，他们没有足够的技巧去按照要求做；

技巧，可以通过专业的培训迅速掌握并且投入到生产中，但是缺乏纪律，就是一件刻不容缓的事情，没有设计的标准、规范，我们可以仅仅能使用三维设计软件建模我们的产品，但是真的设计不好我们的产品。怎么进行这个规范的制定，这是每一个企业在3D实施应用的过程中，都必须考虑的事情。

我很想在这里和大家分享企业的设计规范，但是这个设计规范建立在自己产品的基础上，一个企业的研发设计规范，也许对另外一个企业来说却有很多的不合理之处，因此，各种规范的制定一定要结合自己企业的基本情况进行。

这里就将比较通用的几点设计规范总结如下：

• 设计过程必须严格遵守规范的要求，若有其他合理要求必须更新规范后才能进行；

• 对于板件或者规则形状可以使用拉伸特征的就必须使用拉伸建模；

• 所有回转类零件必须使用旋转命令进行设计；

• 建模过程中有草图的绘制，凡是使用的尺寸标注的地方，必须有完善的尺寸标注方案，标准必须符合GB；

• 建模过程遵循先基体特征，后修饰特征的流程进行，先添加实体，后切除实体部分的步骤进行；

• 每一个零部件都有自己的文件属性及其模型属性，在设计结束之前，必须完成所有信息的填写；

• GB标准件、通用件，企业标准化件等资源，必须使用公共网络上的设计库资源进行设计；

• 关于文件设计过程中的参考资料及其修改，必须将信息在模型的设计活页夹中Word中完善而不是独立附件。

• ......

不同的设计人员会采用不同的建模手段，他们的多层次组合是千变万化的。因此，不能单靠CAD模型的建模记录和装配约束关系作为捕捉设计意图的依据。要有效捕捉设计意图，除了规范性的使用三维CAD外，还要制定一套更一致和可靠的准则来捕捉和记录设计师的意图，一个真正符合企业流程的设计规范。

同时，我们在设计过程中，大量对以前设计的产品零部件参考引用，或者在原来零部件的基础上进行更改，即进行设计的变更。

标准规范的设计更改包括两个方面的内容：

①、模型零部件能进行修改，所有的修改都有修改人的事件记录；

②、修改后的模型不能影响变更前零部件的完整信息，所有的修改都必须在产品模型中包含。传统的管理方式很容易混乱，所以必须依靠专业的PDM平台，

针对设计规范的执行，最好有一个专业的管理平台PDM，这个PDM最好有开放的软件平台，同时有强大的3D CAD集成功能，CAE数据处理功能等。一些企业目前选择EDM——图文档数据管理，只能将设计数据纳入管理范畴，并不能管理设计规范，所以希望企业的投资也能一步到位，避免不必要的周折和损失。