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)新并率先把新產品推向市場，同時還要確保以最低的成本實現(xiàn)最高的產品質量。

采用2D圖紙的傳統(tǒng)設計方法是產品開發(fā)流程的核心，在過去也一直被用作產品定義的基準。然而許多企業(yè)已經逐漸認識到，僅使用2D圖紙是不夠的，它往往會造成設計錯誤，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)內部的所有職能部門運用信息內容最豐富的3D技術，查找、共享、注釋和改進產品。該解決方案可提供多種卓越優(yōu)勢，比如進行變型設計時能對產品定義進行重用，大大降低產品設計和開發(fā)流程的成本，提升產品設計質量并消除錯誤。為了獲得這些優(yōu)勢，許多企業(yè)已經告別2D 圖紙，轉而采用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 設計環(huán)境面臨的挑戰(zhàn)

幾個世紀以來，2D 圖紙在各類產品的設計和生產過程中發(fā)揮著中堅作用。圖紙通常用于幫助理解產品如何工作、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)內部以 及供應鏈上下游所理解，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出劣質部件。經常需要使用大量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計算機輔助設計（CAD）的誕生以及后來實體建模的問世，都為該領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 幾何結構。此外實體建模還能夠在制作原型之前對產品的形態(tài)、 裝配性和功能進行驗證。這種用更少時間評估更多設計的能力帶來了產品性能的進步，大大減少了設計后期階段的變更次數(shù)。

雖然3D建模已經得到廣泛應用，但是2D圖紙仍然是產品定義的“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、質量控制和供應鏈等下游工藝至關重要 的信息，繼續(xù)在設計流程中發(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鍵特性和表面的2D截面圖，供設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。這往往會造成設計變更 延遲或制造出錯誤的零部件。

在產品定義過程中，3D功能容差和注釋可為設計人員提供協(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、幾何設計和容差、注釋和零部件清單直接應用于實體模型，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、 產品服務、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計人員。

2D布局輔助3D設計功能在項目構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，就產品相關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、幾何結構元素和特性以及元素間關系的直接深入的洞察分析，顯著提高決策質量。

3D Master是產品開發(fā)周期各個階段的產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品質量

把描述零部件幾何結構的實體模型、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品系列內部或者在產品的將來版本中重復利用的產品定義信息，從而節(jié)省大量成本。產品全生命周期管理 （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的完整產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)產品開發(fā)流程新領域的自動化。

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定的容差基礎上， 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，可以判定設計的產品和工藝是否滿足產品的尺寸要求，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，幾何結構、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，進而在加快產品上市進程的同時降低產品開發(fā)成本。此外，將全部內容集中到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集中，對產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)和軍事應用生產直升機的企業(yè)在運用3D Master解決方案改善數(shù)據(jù)質量方面做出了表率。在過去，這家公司面臨著種種挑戰(zhàn)，包括數(shù)據(jù)質量、車間錯誤、供應鏈數(shù)據(jù)效率不佳、需要加快產品上市進程和加快產能等。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商將3D Master解決方案用在其飛機結構構件部門的工裝設計工藝上。該公司成立了 3D Master卓越中心，用于培訓工裝供應商， 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移給工裝供應商的情況下，通過避免因產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解決方案已經推廣給600個內部用戶和 200家供應商使用。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。該應用的潛在用戶群體包括350名內部用戶和350家供應商。由于能夠將功能容差和注釋從現(xiàn)有的部件拷貝到新的變體上，因此可以輕松完成 70% 的產品定義。自動容差功能可以定義一系列容差，然后自動加以應用。對還不能應用3D模型工作的供應商，可以為他們自動生成2D藍圖。通過鼓勵設計人員在不影響質量的情況下放寬容差，使生產成本得以降低。

一家領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產品定義，為技術發(fā)布、裝配線作業(yè)指導、供應鏈等下游工藝提供豐富的內容。另外還可為供應商、質量控制部門和車間提供小巧輕便的 3D 查閱器。年輕的設計人員也因有機會使用完整的3D 產品定義而更有積極性。該公司的生產部門有800名用戶。創(chuàng)建產品定義所需的時間已明顯縮短。

一家商務噴氣機制造商生產出的第一臺3D Master模型已經通過了聯(lián)邦航空管理局的認證。最初3D Master設計僅被用于內部裝修，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%的生產效率提升以及近乎兩倍的交付率。最為重要的是，所生產的噴氣機均得以按時交付。

關于 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，因此全局設計、制造工藝定義以及與供應商和合作伙伴的數(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、我的認證機構不接受 3D Master。

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

4、實體模型中包含我不想共享的知識產權。

可以使用產品數(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如何提高該設計階段的生產效率？

我們的一位客戶表示在設計階段，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。

結論

雖然3D建模已經得到廣泛采用，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 產品模型是為下游工藝提供詳細產品信息最合適的載體。轉而采用 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%產品定義 ；

• 降低成本，并改善產品開發(fā)流程的質量；

• 大幅增加可供未來產品變體使用的設計信息數(shù)量；

• 優(yōu)化制造容差，以便降低制造成本。

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