乔立红，工学博士，教授，博士生导师。现任北京航空航天大学机械工程及自动化学院工业与制造系统工程系系主任，并担任中国机械工程学会生产工程分会和成组技术分会委员。分别于1982、1986和1999年在北京理工大学及北京航空航天大学获本科、硕士和博士学位。1986年起在北航任教。曾在美国国家标准和技术研究院（NIST）客座研究，在美国衣阿华大学访问进修，并先后多次在美国及法国的多所大学合作研究。研究领域为产品开发工程、产品全生命周期管理、数字化制造及信息集成等。
北京航空航天大学 乔立红教授
1.很多企业都应用了三维设计软件，但是应用层次差异很大，您认为企业应当采取哪些举措，使三维设计软件的应用取得实效？
从以往接触的企业来看，我觉得企业三维CAD应用层次的差异，除了技术上缺乏相应的措施来保障外，管理也是一个不可忽视的问题。促进三维CAD的应用不只是设计部门或工程师本身的问题，而应该上升到企业的层面，企业是否把三维CAD的应用作为一个战略来关注，如何应用三维技术促进产品的研发，提高企业的技术水平，提升产品的市场竞争力，而不仅仅是人云亦云或者应上游企业的要求。这是企业在管理层面需要具备的认识。
如何使应用真正落到实处呢？企业可以考虑将三维软件的应用与绩效考核挂钩，即针对软件的使用者（设计人员、工艺人员等）设定一些奖励机制以促进技术人员对三维设计工具应用的重视度。很多企业的经验表明，将三维CAD的应用与绩效考核相对应是比较行之有效的策略。对于习惯了使用二维的工程师来说，在刚接触三维CAD时，会由于不熟练或习惯问题而产生一种排斥心理。因此，企业在三维CAD推广初期应该经常举办技术培训讲座，加强工程师对软件应用能力，使其掌握必要的应用技巧，这样在工作中可以达到事半功倍的效果。三维应用在技术上还有一个体现，即特征概念的推广和应用。现在比较流行的MBD （Model Based Definition，MBD）-基于模型的数字化定义技术，它是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法体，详细规定了三维实体模型中的产品尺寸、公差的标注规则和工艺信息的表达方法。借助于三维设计工具这个载体普及和应用特征、MBD等一些核心技术，体现面向制造、面向全生命周期的设计观念，使设计人员认识到应用三维CAD不仅仅是借助这个工具软件来建立模型，更是一个从产品的设计到制造直至最终报废的这个系统性工程中最原始也是最关键的环节，这对于企业提高三维应用层次，是很重要的。
2.企业全三维应用进展缓慢，您觉得制约因素有哪些呢？据您了解，有没有可以借鉴的模式？
基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改等新功能，使一般的三维模型不仅提供了二维图纸所不具备的详细形状信息，而且能够通过添加三维方式的注释提示、注释与形状的数字连接的功能提供尺寸、公差、表面粗糙度等部分几何工艺信息。然而，一般的三维模型数据却无法表达表面粗糙度、表面处理方法、热处理方法、材质、结合方式、间隙的设置、连接范围、润滑油涂刷范围、颜色、要求符合的规格与标准等仅靠形状而无法表达的非几何信息。另外，基于注释的形状提示、关键部位的放大图和剖面图等能够更为灵活而合理地传达设计意图的手段也存在不足，因此，目前大部分企业采用的是“3D模型+二维图纸”的方式定义产品信息，这是导致企业全三维应用进展缓慢的重要原因。
在全三维应用方面，波音公司推行的基于模型的数字化定义技术体系取得了成功，它目前已成为在航空业普遍认同的解决数字化设计、制造的先进技术。MBD将设计、制造、检验、管理信息融为一体，推动三维设计向三维设计制造一体化转变，在MBD体系中，数据集以三维模型为核心，集成了完整的产品数字化定义信息，保证研发数据流的完整和流畅；MBD改变传统纸质介质的产品定义表述模式，方便对研发数据的管理，减少因纸质实物系统与计算机系统脱节而造成的重复性劳动；MBD技术体系使使用者能够更加直观、准确地获取生产检验的信息；同时，MBD支持并行工程，MBD的技术体系中的数据集内容包含设计、工艺、制造、检验等各部门的信息，在数据管理系统和研制管理体系的控制下，各职能人员可以共同在一个未完成的产品模型上协同工作。因此，我认为，MBD是一种很好的全三维应用模式。但是，所处的行业不同，需要面临和解决的问题也不同，因此，不同的行业需要结合自身行业的特点来考虑，可以在参考MBD规范的基础上制定适合企业自身业务的规范，通过实践和研究寻找适合自己的应用模式。
3.对于很多企业应用三维CAD后比较棘手的问题，与二维文档的交互、对原有的二维技术文档的借用等，从而造成的二三维应用脱节，您有什么好的建议？
企业在应用三维CAD后，的确会存在对原有二维文档借用等方面的问题，这就涉及到思想转变的问题。在由二维CAD 向三维CAD 转变的过程中，企业可以优先对重要的二维图纸进行三维化，由设计骨干牵头,对归档图纸归类分析, 尽可能将设计中典型设备, 典型结构, 典型零部件抽取出来,对它们进研究、建模、参数化、变量处理, 遵循MBD规范，重建其三维模型。这些工作越早进行，对企业来说就越有利。
企业一旦确定了使用三维CAD，在二维和三维设计并存的情况下，可以从新产品的开发全面使用三维CAD，并对之前的二维图纸三维化，如果开始的越晚，二维图纸积累的越多，将来迁移就会越困难。因此，当前工作的全三维化、对过去二维图纸的逐步三维化、建立三维零部件库（支撑数据库），是企业应用三维CAD必须要经历的过程。这些工作一旦走上正轨，三维设计的工作效率就会大大地提升。
当然，三维CAD软件只是一个工具型的软件，如何对企业积累的产品技术文档、与产品相关的信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等）和与产品相关的过程（包括过程定义和管理）进行管理，这都需要企业规划和研究，还需要借助产品数据管理系统PDM，它在实现企业的信息集成、提高企业的管理水平及产品开发效率等方面能提供重要的支撑。目前，国内很多企业都实施了PDM系统，而且应用的效果也非常好。
4.您认为，企业需要从哪些方面入手来推进全三维的应用？
我认为，企业进入全三维应用，是这样的一种状态：第一，在许多情况下二维图纸不再是设计制造过程所必需的文件；第二，以三维模型为载体的产品信息作为技术交流和信息传递的主要方式。
如果在过渡时期，由于与其他环节衔接的需要，可以直接通过三维模型生成二维图纸，这样的过渡只是因为在制造阶段，目前国内大部分企业依旧是依赖二维工程图来指导车间的生产。同时，在目前的企业的三维产品设计中，设计思想大多还是停留在原来二维的模式，没有从思想上跟上三维应用的步伐，导致在应用了三维CAD后，与制造相关信息的缺失，三维设计模型难以直接应用于工艺设计和生产制造。这也正是MBD要解决的问题。
在推进全三维应用的问题上，建立三维设计企业标准和规范是企业首先需要研究和考虑的问题。目前的二维制图标准中存在的一些规定无法适用于三维投影，例如螺纹的画法、图线的规定以及上下偏差标注等，导致使用上的不便和无法通过标准化审查，迫切需要进行更改；由于三维环境下是立体的，角度、位置的表示更为丰富，实体与实体的关联表示更为直观和复杂，因此，原有的一些标准规定过于粗放，存在着很大的不确定性和模糊性，例如，公差标注的位置及引出方式、基准体系、基准标识方式、三维环境下标准件库/几何要素/对称结构/典型结构以及草图等的简化方法等等，急需进行补充和细化；三维模型的比例、精度、关联关系、建模质量要求相比二维制图是全新标准化的内容，需要尽快研究制订；与CAE/CAM/NC/PDM、CAQ、CAI以及ERP等系统的数据共享与集成，要求对修订、注释、部件表、测试要求、材料说明、工艺等等非几何信息进行更详尽的描述、更严格的控制和自动处理，这都是现有标准无法满足的，需要研究制订新的标准规范……
因此，企业可以从以下两个方面来考虑标准的制定：在三维CAD应用技术方面，企业可以着手研究制订统一的标准规范，如统一规定术语、数据集模型、三维标注的方式、简化表示法等；从三维CAD软件实现技术方面，制订相应的标准规范，如提供中性机制和标准接口以实现不同系统间的兼容与共享（STEP标准）等。
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本文标题：标准先行 推进企业全三维应用
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