導讀
搭建企業(yè)標準化設計平臺是企業(yè)經營和發(fā)展的重頭戲，無論是現(xiàn)代的標準化設計方法、企業(yè)規(guī)范體系制定、建立通用要素庫還是企業(yè)知識繼承體系的完善，每一個環(huán)節(jié)無不維系企業(yè)的生死存亡。
國內三維CAD應用現(xiàn)狀
基于三維模型的產品設計與制造已成為我國制造業(yè)的主流模式，由于產品三維模型具有可視化、數字化和虛擬化等特點，使其成為產品開發(fā)各環(huán)節(jié)( 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(yè)的三維CAD的應用只是停留在簡單的軟件功能應用和產品造型上，三維CAD的應用并沒有達到企業(yè)預期的效果。很多企業(yè)采用三維設計軟件后的很長時間內，三維應用水平始終停滯不前，無法實現(xiàn)全三維數字化設計。同時，產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標準化設計平臺，是大多數企業(yè)普遍面臨的最為迫切的問題。
搭建基于三維的標準化設計平臺
搭建基于三維的標準化設計平臺，你準備好了嗎？筆者曾經針對這個問題，走訪了國內的30多家大中小型企業(yè)，沒有得到肯定的答案。究其原因，這些企業(yè)在搭建基于三維的企業(yè)設計平臺的過程中，普遍面臨如下幾個問題：
1.一般而言，產品方案設計（概念設計）階段的設計周期非常短，使用三維CAD進行產品方案設計無法滿足設計周期的要求。
2.國內大多數企業(yè)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(yè)要求。
3.大部分企業(yè)的產品設計過程都是“相似設計”，改型和變型的產品比較多。大部分企業(yè)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資源庫的建立過程復雜，建立周期較長，不能滿足企業(yè)當前的設計需要。
4.三維CAD軟件運行速度較慢，特別是大型裝配體，對計算機軟硬件的配置要求較高，企業(yè)需要投入大量的資金進行硬件改造。
5.三維CAD所生成的設計數據后期很難重用，模型修改容易出錯。
6.三維CAD軟件的操作者培養(yǎng)周期長，大多數企業(yè)的人員流動大，經常會面臨“無人可用，無人能用”的尷尬局面。
綜上所述，我們來總結一下企業(yè)使用三維系統(tǒng)的過程中為什么會舉步維艱？概括起來無非是如下幾個個方面的問題。
1.缺乏標準化設計的理論和方法
2.沒有企業(yè)統(tǒng)一的規(guī)范體系
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(yè)知識繼承體系。
機械產品本身的最大特點是存在著相似性。研究和統(tǒng)計分析表明，在新產品開發(fā)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，而只有約20% 是完全新的設計。通過成組技術、標準化技術和模塊化技術，可以把90%的結構要素標準化，把60%-70%的零件規(guī)范化，把這部分零部件模塊化。這部分標準化、規(guī)范化和模塊化的零部件是產品設計的基礎，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(xiàn)成的，無需設計或制造，可直接開始生產。因此，只要按相似性原理做好產品的成組化、標準化和模塊化設計，就可以將重新設計的零部件數量控制在10%-20%范圍內，其余零部件的結構設計、工藝設計、工裝設計和數控代碼設計等都可以省略，這就能大大縮短產品的設計周期和開發(fā)周期，提高整體的效率。因此，提高企業(yè)產品設計的整體效率而言，需要應用三維CAD技術來實現(xiàn)成組技術、標準化技術、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(xiàn)的，這也就是大部分制造企業(yè)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。
產品設計階段，企業(yè)追求的主要目標就是提高設計效率。提高設計效率最直接的方法就是提高設計數據的重復利用率。三維CAD數據比二維數據復雜，提高設計數據的重復利用率的難度更大。筆者認為，提高設計數據的重復利用率的關鍵是量體裁衣，搭建符合企業(yè)自身需要的企業(yè)標準化設計平臺體系。
什么是企業(yè)標準化設計平臺
企業(yè)標準化設計平臺就是把各種有助于產品研發(fā)的實用技術集成為一個可共享的技術系統(tǒng)，為快速、優(yōu)質的進行研發(fā)工作，提供一個科學的、綜合的堅實的基礎（平臺）。企業(yè)標準化設計平臺可以將相關技術知識和實際經驗相結合，轉換為適于工程應用的、具有可操作性的、適合于企業(yè)特點的、實用的共享技術。搭建企業(yè)設計平臺，可以使企業(yè)取得最大效益。單就產品研發(fā)而言，就是為研發(fā)團隊創(chuàng)造一個規(guī)范化的、高效的、有助于發(fā)揮創(chuàng)造性的活動舞臺。
通常情況下，企業(yè)標準化設計平臺由4大體系構成，如下圖所示：
圖1 企業(yè)標準化設計平臺由4大體系構成
標準化設計平臺之標準化體系
1、什么是標準化
標準化是指在經濟、技術、科學和管理等社會實踐中，對重復性的事物和概念，通過制訂、發(fā)布和實施標準達到統(tǒng)一，以獲得最佳秩序和社會效益。
公司標準化是以獲得公司的最佳生產經營秩序和經濟效益為目標，對公司生產經營活動范圍內的重復性事物和概念，以制定和實施公司標準，以及貫徹實施相關的國家、行業(yè)、地方標準等為主要內容的過程。
2、基于三維的標準化設計必須做好的兩件事情
基于三維的標準化設計必須做好兩件事情：第一，必須將CAD軟件進行企業(yè)化定制。第二，三維CAD應用技術必須結合現(xiàn)代標準化設計方法論，與現(xiàn)今的設計、制造理論和方法相結合。
（1）進行企業(yè)化CAD定制
CAD軟件企業(yè)化定制的目標是把一個買來的商用支撐性CAD系統(tǒng)，通過系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設計，變成一個能夠實現(xiàn)企業(yè)需求的CAD應用系統(tǒng)，或者把一個已經初具規(guī)模的CAD應用系統(tǒng)進一步充實和完善。CAD軟件企業(yè)化定制一般包含以下幾個方面的內容：
●統(tǒng)一CAD軟件的使用環(huán)境，包括計算機管理、網絡環(huán)境管理、CAD軟件安裝、基礎通用數據（設計模板、BOM模板等）、軟件選項設置等；
●CAD軟件深層次的二次開發(fā)，以滿足企業(yè)個性化需求；
●通用PLM（PDM）系統(tǒng)的二次開發(fā)與集成；
●與其他系統(tǒng)的接口與集成。包括CAPP、CAM、ERP、MES等。
杭州新迪數字工程系統(tǒng)有限公司的制造云服務平臺，專為中國工業(yè)企業(yè)提供專業(yè)的定制化服務，主要包括：CAD軟件二次開發(fā)、企業(yè)應用軟件開發(fā)、3D產品展示、3D工業(yè)動畫、3D產品視頻、網站開發(fā)建設、APP軟件開發(fā)、產品設計服務等，幫助企業(yè)高效的推進標準化設計平臺的建設與應用，打造全面、專業(yè)、高效的企業(yè)信息化服務生態(tài)系統(tǒng)。
（2）現(xiàn)代標準化設計方法
標準化設計是指在一定時期內，面向通用產品，采用共性條件，制定統(tǒng)一的標準和模式，開展的適用范圍比較廣泛的設計，適用于技術上成熟，經濟上合理，市場容量充裕的產品設計（摘自百度百科）。
產品標準化設計的主要形式和方法有簡化、統(tǒng)一化、通用化、系列化、組合化和模塊化6個方面構成，這是產品設計分類的主要依據，也是建立產品通用元素庫的核心思想基礎。
簡化：
削減多余的、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范圍做為前提，簡化的結果必須保證在既定的時間內足以滿足一般需要，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，并且隨著USB技術的普及，光驅設備也不再做為計算機的標準配置。再如下圖所示，我們繪制工程圖時常用的“簡化畫法”，也是標準化設計中簡化形式的一種體現(xiàn)和應用。
圖2 簡化輪廓圖表示法
統(tǒng)一化
統(tǒng)一化是把同類事物兩種以上的表現(xiàn)形態(tài)歸并為一種或限定在一個范圍內的標準化形式。是在不同的對象或范圍中歸并達到一致性。是從個性中提煉共性，著眼于一致性。統(tǒng)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。例如我們熟知的大眾汽車，大眾產品線那一張張的“大眾臉”，讓我們“傻傻分不清楚”。統(tǒng)一化能突顯品牌的亮點，又能最大程度的減少設計過程，減小產品成本。統(tǒng)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(tǒng)中，選擇和確定具有功能互換性或尺寸互換性的子系統(tǒng)或功能單元的標準化形式。對產品的多種基本要素（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，不僅可減少產品構成要素品種規(guī)格，而且可減少相關要素的品種規(guī)格。在不同類型或同類型不同規(guī)格產品中的零部件，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(guī)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。
●需常拆卸的面板、蓋板，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。
●在適用的地方，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(guī)格。
●選用徒手快速解脫連接器，提高裝卸效率。
●優(yōu)先選用有導向、鎖緊、護套 和系留結構的連接器。
系列化：
系列化一般是指產品系列化，它主要根據技術經濟的原則，考慮生產和使用的要求，統(tǒng)一產品結構，簡化品種規(guī)格，實行同類歸并、參數分檔，形成有規(guī)則的排列，以指導生產和品種發(fā)展的一種標準化形式。系列產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。產品系列化過程經常采用的方式是優(yōu)先數和優(yōu)先數系。根據GB/T 321-2005的規(guī)定，優(yōu)先數和優(yōu)先數系適用于各種量值的分級，特別是在確定產品的參數或參數系列時，必須最大限度地采用該標準的規(guī)定，這就是“優(yōu)先”的含義。系列化產品的開發(fā)步驟如下圖所示：
圖4 系列化產品的開發(fā)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干單元，按設計要求組合成不同用途產品的一種標準化形式。組合化的特點是組合的單元具有通用性及互換性；組合成產品或結構的單元，可以拆、裝、分解；組合的單元可以重復性使用。如下圖所示，組合化是多次重復使用統(tǒng)一化單元或零部件來構成物品的一種標準化形式。
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標準化單元，通過不同形式的接口與其它單元組成產品，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，用以解決復雜系統(tǒng)快速應變的標準化形式。
模塊化是市場需求多樣化、多變化與產品開發(fā)能力尖銳矛盾情況下，“以不變應萬變”和“以少變求多變”的產品開發(fā)策略。可以說，模塊化是標準化的高級形式。
由新迪數字工程系統(tǒng)有限公司開發(fā)的企業(yè)資源云庫，是一款功能強大的零部件管理系統(tǒng)。新迪數字為企業(yè)資源云庫賦予了零部件分類管理功能，能夠讓企業(yè)方便的應用標準化設計方法論，對產品設計要素進行分類和存儲。云庫可打通設計部門、標準化部門、采購部門以及ERPPDMPLM系統(tǒng)的數據壁壘，讓企業(yè)擁有統(tǒng)一的零部件設計標準，讓產品設計符合通用化、系列化、模塊化等設計標準化的發(fā)展要求，為制造業(yè)企業(yè)的產品設計打造一個高效的標準化設計體系。
標準化設計平臺之規(guī)范化體系
標準化設計平臺的規(guī)范體系是為了適應企業(yè)的實際需要，對上級標準的二次開發(fā)和拓展，對企業(yè)成熟經驗和成果的歸納和提升。規(guī)范使得企業(yè)各事項有章可循，同時適應人員流動的需要，規(guī)范可使新員工迅速掌握已有技術，使企業(yè)的各項工作具有繼承性和穩(wěn)定性。
三維標準化設計平臺的常見規(guī)范包括：
●三維CAD軟件安裝規(guī)范
●三維CAD軟件環(huán)境設置規(guī)范
●零部件編碼規(guī)范
●零部件命名規(guī)范
●設計數據遷移規(guī)范
●通用建模方法規(guī)范
●產品設計規(guī)范
●業(yè)務流程規(guī)范
●典型零部件標準畫法規(guī)范
“世界上本沒有規(guī)范，只不過設計做的多了，便出現(xiàn)了規(guī)范”。產品設計時會遇到問題，也是制定“設計規(guī)范”的原因所在。設計規(guī)范其實就是將設計過程中出現(xiàn)的各種設計要素進行歸類，統(tǒng)一，制定標準，并加以描述。三維標準化設計與設計規(guī)范體系互相促進，設計是第一步，然后從設計中將規(guī)范完善，期間會遇到各種各樣的客觀因素制約，同時使用規(guī)范約束設計，使設計更加合理。
標準化設計平臺之通用要素庫
通用要素庫羅列設計及生產需用的、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(guī)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(yōu)選、可用、限用、專用等要素級別。通用要素庫的內容通常包括三維CAD模型、圖樣、公差、通用結構要素、代碼、術語等。一般的企業(yè)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
3DSource零件庫由杭州新迪數字工程系統(tǒng)有公司開發(fā)，是目前國內支持CAD軟件最多、支持標準最新、包含零件種類最為豐富的3D零件庫軟件，同時也是國內起步最早、發(fā)展最快、用戶數最多的Web零件庫平臺。提供了3300多萬個標準件、廠商件的三維CAD模型，幫助50萬工程師用戶提高設計品質和效率，助力中國制造。上萬家企業(yè)客戶正在使用3DSource零件庫，為企業(yè)提供標準化及定制模型，幫助企業(yè)研發(fā)部分提高設計效率，節(jié)約項目成本。這些客戶包括機械制造企業(yè)、設計研究院、大型國企、高校等。
圖6 3DSource零件庫
標準化設計平臺之知識繼承體系
知識繼承體系是指從企業(yè)的實際需求出發(fā)，選取各學科中及應用技術中的有關內容，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(yè)工作所需的知識，作為企業(yè)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(fā)）出具有時代感強的、品質優(yōu)良的、經濟的產品，并有助于提高設計效率。例如某整機配套企業(yè)知識繼承體系構成如下圖所示：
圖7 企業(yè)知識繼承體系構成
作為三維設計平臺的應用主體——研發(fā)工程師在企業(yè)中起到至關重要的作用，沒有優(yōu)秀的人才，再好的解決方案，也難以發(fā)揮出預期的效果，人才的培養(yǎng)始終是企業(yè)重中之重。新迪數字工程系統(tǒng)有限公司基于在線平臺的“制造云開講”，定期為企業(yè)工程師培訓標準化設計的相關知識，培養(yǎng)設計骨干?！爸圃煸崎_講”結束之后，工程師可以實現(xiàn)企業(yè)內部自我培訓，形成企業(yè)內部自培訓機制，在企業(yè)內部形成良好的學習交流氛圍，從而具備造血功能。“制造云開講”平臺是企業(yè)知識繼承體系最佳的途徑和補充。
總之，搭建企業(yè)標準化設計平臺是企業(yè)經營和發(fā)展的重頭戲，無論是現(xiàn)代的標準化設計方法、企業(yè)規(guī)范體系制定、建立通用要素庫還是企業(yè)知識繼承體系的完善，每一個環(huán)節(jié)無不維系企業(yè)的生死存亡。搭建企業(yè)標準化設計平臺的學問很多，在具體實施過程中還有很多的問題需要探索和總結，要想將標準化設計的工作落到實處，后續(xù)的工作任重道遠。
