介紹

隨著當今全球性競爭壓力的不斷激增，企業(yè)需要大力推動創(chuàng)新并率先把新產(chǎn)品推向市場，同時還要確保以最低的成本實現(xiàn)最高的產(chǎn)品質(zhì)量。

采用2D圖紙的傳統(tǒng)設(shè)計方法是產(chǎn)品開發(fā)流程的核心，在過去也一直被用作產(chǎn)品定義的基準。然而許多企業(yè)已經(jīng)逐漸認識到，僅使用2D圖紙是不夠的，它往往會造成設(shè)計錯誤，增加制造成本。由此一種被稱作“3D Master”的新趨勢正在興起。3D Master能夠幫助企業(yè)內(nèi)部的所有職能部門運用信息內(nèi)容最豐富的3D技術(shù)，查找、共享、注釋和改進產(chǎn)品。該解決方案可提供多種卓越優(yōu)勢，比如進行變型設(shè)計時能對產(chǎn)品定義進行重用，大大降低產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)流程的成本，提升產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量并消除錯誤。為了獲得這些優(yōu)勢，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，同時將3D模型用作主控，這些企業(yè)也將獲得類似優(yōu)勢。

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

3D Master 概念的歷史沿革

純 2D 設(shè)計環(huán)境面臨的挑戰(zhàn)

幾個世紀以來，2D 圖紙在各類產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)過程中發(fā)揮著中堅作用。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 等圖紙標準對圖紙含義和外觀進行了標準化，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值。

不過在用2D圖紙描繪3D世界的嘗試過程中，始終會面臨種種難題。要用一系列2D圖紙準確無誤地描繪出一個復雜的3D部件，難度相當大。誤解也時有發(fā)生，而這些誤解通常會造成成本不菲的延遲，而且有時會導致生產(chǎn)出劣質(zhì)部件。經(jīng)常需要使用大量2D圖紙來描繪單個3D部件或總成。如果發(fā)生設(shè)計變更，就需要修改多張圖紙，這個過程不僅難度較大，而且非常容易出錯。

3D計算機輔助設(shè)計（CAD）的誕生以及后來實體建模的問世，都為該領(lǐng)域帶來了巨大的進步。實體建模能夠準確無誤地用單個幾何文件來定義3D 幾何結(jié)構(gòu)。此外實體建模還能夠在制作原型之前對產(chǎn)品的形態(tài)、 裝配性和功能進行驗證。這種用更少時間評估更多設(shè)計的能力帶來了產(chǎn)品性能的進步，大大減少了設(shè)計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”。

但2D圖紙通過提供容差、注釋、零部件清單和其它對制造、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)計流程中發(fā)揮著重要的作用。在沒有第三維的情況下，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。這往往會造成錯誤的發(fā)生，因為下游的用戶在查看復雜零部件的2D圖紙時，無法確切識別究竟是哪一個部件。

由于 2D設(shè)計標準在世界各地并非一致，因此理解2D圖紙的難度也進一步加大。特別是歐洲使用的第三角投影法基本上等同于外語，極易造成混淆。

還有一個問題，如果設(shè)計變更無法避免，往往需要更新三套不同的數(shù)據(jù)集——實體模型、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， 需要更多的時間加以維護。這往往會造成設(shè)計變更 延遲或制造出錯誤的零部件。

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

3D Master概念的核心價值

最新一代的實體建模系統(tǒng)可以將尺寸、幾何設(shè)計和容差、注釋和零部件清單直接應(yīng)用于實體模型，不再需要圖紙?？梢陨?、詳細說明和注釋任意數(shù)量的3D模型視圖，以便特定的下游部門使用，比如制造規(guī)劃、 產(chǎn)品服務(wù)、采購和市場營銷 / 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，包括基準元、基準目標、文本和注釋旗注解，用于完善3D定義。軟件的容差助手（tolerancing advisor）可引導用戶在零部件上創(chuàng)建幾何容差，同時避免創(chuàng)建無效容差。例如，在為零部件頂部創(chuàng)建平坦度容差時，該助手可濾除對單平面不適用的選項。容差的意義可以捕獲在數(shù)據(jù)集中，供下游應(yīng)用直接重復使用，比如容差分析、制造或檢驗，也可供貫穿整個設(shè)計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)計人員。

2D布局輔助3D設(shè)計功能在項目構(gòu)思階段能夠幫助用戶在3D環(huán)境中使用先進的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)，無需在后續(xù)流程中重新創(chuàng)建。

3DMaster可提供免費或低成本的小型查閱應(yīng)用，以便價值鏈上的各方進行共享。虛擬團隊和虛擬社區(qū)可以在實時環(huán)境中會面，就產(chǎn)品相關(guān)項目的任何方面進行搜索、定位、討論和協(xié)作。該環(huán)境通過盡早提供對尺寸和容差注釋、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)品開發(fā)周期各個階段的產(chǎn)品描述的唯一參考標準。

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

把描述零部件幾何結(jié)構(gòu)的實體模型、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，這樣可以帶來明顯的優(yōu)勢。在使用3D模型工作時，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量正確的特性。 因為3D是通用的，對任何地方的任何人來說看起來都 是一樣的，使用不同 2D圖紙標準帶來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)品的將來版本中重復利用的產(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)可以顯著增強重復利用幾何信息的能力。 3D Master解決方案使得重復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， 從而實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)流程新領(lǐng)域的自動化。

將容差納入實體模型的另一優(yōu)勢在于，它可以放寬非 必要的嚴密度容差，為降低制造成本創(chuàng)造機會。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，在針對個別零部件設(shè)定的容差基礎(chǔ)上， 同時考慮到形變和裝配流程，對總成的變化做出預測。 對總成的變化進行仿真，可以判定設(shè)計的產(chǎn)品和工藝是否滿足產(chǎn)品的尺寸要求，同時還可判定個別容差對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。這大幅降低了出錯的可能性，進而在加快產(chǎn)品上市進程的同時降低產(chǎn)品開發(fā)成本。此外，將全部內(nèi)容集中到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集中，對產(chǎn)品定義信息進行維持、分配和搜索所需的時間和成本也大大降低。

采用 3D Master 解決方案 獲得顯著優(yōu)勢

一家為商業(yè)和軍事應(yīng)用生產(chǎn)直升機的企業(yè)在運用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、車間錯誤、供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)效率不佳、需要加快產(chǎn)品上市進程和加快產(chǎn)能等。達索系統(tǒng)公司與該公司開展合作，共同實施3D Master戰(zhàn)略，并轉(zhuǎn)讓最佳實踐和方法。花費了大約6個月的時間來完成最具代表性且最復雜的部分，涉及的設(shè)計人員大約有 100 人。此新解決方案能夠為制造部門提供完全可靠且準確的3D定義，有助于防止出現(xiàn)錯誤。提供統(tǒng)一的基準數(shù)據(jù)還能避免因管理多種圖紙而帶來的成本。3D定義現(xiàn)已重復用于檢驗計劃和首次裝配檢驗評審，在進一步提升準確性的同時，顯著降低數(shù)據(jù)管理成本。

一家大型航空航天與國防供應(yīng)商將3D Master解決方案用在其飛機結(jié)構(gòu)構(gòu)件部門的工裝設(shè)計工藝上。該公司成立了 3D Master卓越中心，用于培訓工裝供應(yīng)商， 使之在報價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面影響。內(nèi)部用戶在接受3D Master數(shù)據(jù)使用培訓之后，該卓越中心還可起到答疑中心的作用。通過強制推行3D Master解決方案來推動文化變革。該公司在未將成本轉(zhuǎn)移給工裝供應(yīng)商的情況下，通過避免因產(chǎn)品定義不一致或不正確而造成的錯誤，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去五年里一直將無圖紙端到端全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，會有多達 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系統(tǒng)尚在試點中。參考部件是一個汽缸蓋，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。自動容差功能可以定義一系列容差，然后自動加以應(yīng)用。對還不能應(yīng)用3D模型工作的供應(yīng)商，可以為他們自動生成2D藍圖。通過鼓勵設(shè)計人員在不影響質(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)，通過自動生成 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、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)量控制部門和車間提供小巧輕便的 3D 查閱器。年輕的設(shè)計人員也因有機會使用完整的3D 產(chǎn)品定義而更有積極性。該公司的生產(chǎn)部門有800名用戶。創(chuàng)建產(chǎn)品定義所需的時間已明顯縮短。

一家商務(wù)噴氣機制造商生產(chǎn)出的第一臺3D Master模型已經(jīng)通過了聯(lián)邦航空管理局的認證。最初3D Master設(shè)計僅被用于內(nèi)部裝修，現(xiàn)在該公司最新的噴氣機完全是用 3D Master 概念進行定義。在成本不變 的情況下，該公司實現(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)的噴氣機均得以按時交付。

關(guān)于 3D Master 解決方案的 常見問題

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)和勞動得以避免，因此全局設(shè)計、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)計和制造流程節(jié)省了 20% 到 30% 的時間。另有一家大型制造商投資2,000萬美元，在引入3D Master后，五年時間內(nèi)贏利高達 5 億美元。

2、是否可以在采用3D Master的同時繼續(xù)使用圖紙？

圖紙也是表達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間就可以學習到 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代。

3、我的認證機構(gòu)不接受 3D Master。

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

4、實體模型中包含我不想共享的知識產(chǎn)權(quán)。

可以使用產(chǎn)品數(shù)據(jù)過濾工具，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展合作的最佳方式是什么？

免費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)計階段的生產(chǎn)效率？

我們的一位客戶表示在設(shè)計階段，50% 的工程師把時間花費在創(chuàng)建或更新2D圖紙上。這些工程師告訴我們， 對同一零部件，他們會采用5種不同的圖紙來實現(xiàn)不同的目的?？上攵?，采用可容納全部產(chǎn)品定義的統(tǒng)一3D源，使其重復用于各種目的會帶來怎樣的優(yōu)勢。

結(jié)論

雖然3D建模已經(jīng)得到廣泛采用，但對90%的制造商來說， 2D 圖紙仍然是尺寸、容差和注釋的主要基準。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)品開發(fā)流程的質(zhì)量；

• 大幅增加可供未來產(chǎn)品變體使用的設(shè)計信息數(shù)量；

• 優(yōu)化制造容差，以便降低制造成本。

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