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3D模型影响研发效率,不如不建?

2017/6/28    来源:e-works    作者:e-woks  李璐      
关键字:3D模型  
有些研发人员认为增加3D建模影响了研发的效率,事实可能并不是如此绝对。

    随着上世纪九十年代轰轰烈烈的“甩图板”工程展开,在二十多年后的今天,几乎所有的制造企业都是采用CAD绘图。从手工绘图转到电脑绘图容易,但是从二维CAD转到三维CAD却不是那么顺利。有些研发人员认为增加3D建模影响了研发的效率,笔者认为这要具体来看。

    为何会认为建3D模型影响研发效率?

    一般而言,提出3D建模影响研发效率,是因为研发人员从前只用出一张二维工程图,而现在却需要加上3D模型。目前,大多数企业无法做到只用3D模型来指导营销、工艺、采购、生产、入料检验等环节,这就意味着二维工程图不可缺少,在这个层面上来说,工作量增加导致研发人员在单位时间内可研发的产品变少了。

    其实,在这种现象背后有两个前提,其一是产品只需要绘图,不需要重新研发设计。

    笔者曾经参观过一家老国企,生产各种量具、刀具,其大部分的产品都是使用二维CAD来做设计,如各种游标卡尺、量块、量规等,这类产品较成熟,不需要研发,只需要绘图即可。但是,在铣刀产品的设计中却用到了三维CAD,因为这类产品具有多头螺纹刀口,结构较复杂,且生产出来的产品始终与行业领先产品存在质量差异,企业需要进行技术攻坚来改善产品质量。除购买了智能机床外,企业也打算通过仿真软件来对产品进行仿真分析,而3D模型对于这两者都是必须的。

    而即使对于某些需要做研发设计的产品,很多企业选择通过山寨省去研发过程,只绘制工程图指导生产。在这种情况下,要求研发人员做3D建模显然是降低效率的。如常见的电脑椅,为了满足人体工学,必须进行仿真分析。但鉴于国内对知识产权保护不严格,企业可以直接对市场上的畅销产品进行反向设计,依葫芦画瓢。

    另一个前提是企业3D建模低效。很多企业没有建立标准的3D模型库,所有模型都得重新绘制,导致效率低下。

    如何改善3D建模低效的难题?

    第一个前提受外部条件制约,暂且不谈。而第二个则是企业可以努力的方向。目前较成熟的理论有模块化的方法。其核心目的是用尽可能少的零部件组合成尽可能多的产品,以最少的内部多样化来实现最多的产品外部多样化。

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    以内部模块化来满足外部多样化的产品需求

    要减少内部多样化,主要的方式就是加强零部件的重用。在这一方面,有零部件ABC分析的方法。ABC分析按照零部件的使用频率进行归类,使用频率最高的C类零件通常为标准件和通用件,B类零件为可通过变型设计得到的那部分零件,A类零件为与订单相关,重用几率不大的零件。在进行设计工作时,优先选用已经存在的C类零件,若无合适的,则可在C类零件基础上做变形设计得到B类零件,两者皆不能满足的情况下,则重新设计专用的A类零件。在变形设计中可以运用参数化方法,通过改变模型参数值创建一系列新的产品。

    借助模块化与参数化方法,研发人员可以直接通过选择零部件来搭建产品,或者在现有产品的基础上进行修改,从而提升研发效率。

    3D建模在企业的应用现状如何?

    现今,企业采用3D建模,主要有以下几个原因:

    1.客户要求。部分企业生产的并不是终端产品,而是半成品,客户需要3D模型与自己的零部件进行装配,检查干涉等问题。其次,3D模型较直观,如果客户对模型有意见,可以通过截图标注等方法,较方便地进行沟通修改。

    2.加工要求。如企业需要使用数控机床机器人设备对产品进行加工,需要3D模型来支持编程。目前,中国市场的机器人每万台保有量低于全球平均水平,未来有进一步增长的空间,这一部分的需求也将提升。

    3.仿真要求。对于某些产品,通过仿真能够提前发现产品的内在缺陷,如应力集中,热集中等,提前对产品进行优化改进,避免后续出现问题后再进行修改。

    4.3D打印要求。3D打印作为一种新的生产方式,虽然目前还无法应用于批量生产,但是其生产方法适用于复杂不规则产品模型的打样,与仿真结合能够有效地对产品进行优化改进。

    5.打造全数字化工厂要求。目前,随着智能工厂概念的推广,很多企业打造了全三维的数字工厂,将企业的生产车间、生产线、甚至是整个工厂进行三维建模,实时监控生产情况,对异常情况进行告警。

    3D建模未来发展趋势如何?

    除了以上客观需求之外,随着技术的发展,产品由二维图纸向三维模型的转变成为不可逆转的趋势。

    首先,二维图纸作为一种图形文件,需要识图的人员具备一定的专业水平,才能准确理解图纸所表达的内容,不同的人可能对图纸具有不同的理解。而三维模型作为一种直观的模型,符合普通人的认知水平,让识图人员有共同的理解,更方便信息的流转沟通。另外,3D模型作为一种通用模型,适用于企业与企业间的大量模型的装配兼容。在产品复杂程度越来越高的今天,企业很少有能够完全自主生产一种产品,较多时候都需要与上下游供应链一起协作,基于3D模型,不同企业的零部件都可以进行装配兼容,极大地方便了企业协同

    其次,信息技术的发展使得3D模型可以包含产品的全部信息,并且在产品生命周期的各个阶段均可以被使用。基于模型的定义(MBD)技术以三维数字化实体模型作为载体来表达完整的产品定义,成为制造过程中的唯一依据。在一系列信息化软件的辅助下,企业管理设计下游的活动,包括工艺规划、车间生产等都可以通过三维模型完成。二维工程图可能会退出历史舞台。

    并且,随着对产品全生命周期管控理念的发展,digital twin技术也将发挥3D模型的优势,将对产品的监控延伸到产品销售后的阶段,通过并对虚拟世界的3D模型施加与物理产品相同的工作条件,分析产品的状态,实现预测性维修。

    最后,随着国内加强对知识产权的保护力度,通过山寨的做法来抄袭产品将没有生存空间,企业终归还是需要回到对产品的研发创新上。而二维图纸提供的信息量不足以支撑产品进行优化改善,通过建模仿真,企业一方面可以改善产品质量,另一方面可以有效地将产品验证过程提前,大幅缩短产品的生产周期。

    总结

    中国制造企业有很多产品仍然无法达到国外先进水平,而单单依靠二维图纸来指导生产,而不去做后续的研发是无法实现追赶,更遑论超越。所以,现今阶段并不是探讨3D建模是否影响了研发效率,而是企业如何发挥研发的价值,如何运用模块化、参数化的手段来提升研发效率。要夸大3D建模的价值也不可取,但是至少3D建模是企业为未来的可持续发展做的长期投资。

责任编辑:张纯子
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