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CATIA在協同設計制造中的應用

協同設計與協同制造早已從理論概念進入了實施階段。回顧過去的2007年,用于協同設計與制造的軟件功能也是更上一層樓,基于網絡與數據庫架構的協同設計與制造解決方案,在一些小制造廠商內部也已自己搭建起來,加上國內外的CAD/CAM行業軟件助陣,我們似乎看到處處都有數字化運轉的設計制造廠,而最具特色的就是本文將要介紹的,由CATIA驅動的3D(三維)協同設計與制造模式。

一、耀眼的3D PLM

在設計與制造完全“協同”起來的系統中,設計與制造部門的工程師們通常是不關心網絡與數據庫的架構,而只需要專心做好設計與繪圖,并將設計結果或者修改調整后的參數快速傳達到制造現場。例如,使用AutoCAD的工程師繪制好圖形,即可在這個軟件中將圖樣發布到Internet中,世界各地的制造者通過網絡即可在第一時間獲取制造參數。今天,基于PLM(Product LifecycleManagement)的協同設計與制造模式正悄然興起,它將為制造業把人、過程和信息有效地集成在一起,并作用于遍布世界各地的相關部門,讓各種相關人員遍歷產品從設計概念到制造,直至報廢的全生命周期,全面支持與產品相關的協同研發、制造、管理、分發和使用信息。

確切的說,PLM是一種企業信息化的商業戰略與概念,它由多種信息化元素構成:基礎技術和標準(XML、協作和企業應用集成等)、信息生成工具(MCAD、ECAD和技術發布等)、核心功能(數據倉庫、文檔和內容管理、工作流和程序管理等)、功能性的應用(配置管理),以及構建在其他系統上的商業解決方案,著名的標志雪鐵龍集團就是PLM的成功實施者之一。

標志雪鐵龍實施的是3D PLM,其目的是要將各開發流程聯合起來,對產品全生命周期進行管理,大大縮短新產品的開發與制造過程,并提高新產品的質量,降低新產品的開發與生產成本。從20世紀90年代中期開始,標志雪鐵龍集團的技術管理部門就已經認識到必須重建集團的設計與生產流程,更新舊的計算機應用技術。并于1998年初在IBM-達索系統公司的3DPLM解決方案CATIA、ENOVIAvpm的基礎上實施了INGENUM工程項目,建立虛擬的車輛平臺,然后在此信息平臺上對所有來自擴展企業的產品、工藝流程和資源等信息均做虛擬管理和集成。為達到這一目標,該集團制定了三個主要實施階段:建立一套在整個集團進行產品協同開發的虛擬環境;將這套協同開發環境擴大到擴展企業,通過對產品、工藝流程和資源等數據的集成實現數字化工廠。為便于實施協同開發的環境,采用了核心3D建模工具來設計整輛汽車。最初,該集團用的是CADDS來設計車身,用IBM-達索系統公司的CATIA設計動力系統。但它們很快發現CATIA作為一套完整的3D建模工具更加高效。于是,它們將所有的工作從CADDS向CATIA移植,最終成為了CATIA的鐵桿用戶。

二、3D數字樣機大放異彩

標志雪鐵龍的成功,在世界制造業的影響是革命性的,今天我們國內已經有多家大型飛機、汽車制造廠與它們的研發機構借助于由CATIA之類的軟件構造自己的數字樣機,通過虛擬產品讓設計與制造人員以設計并管理自己的零部件,對裝配中的所有零件與自己設計的零部件進行協調,讓所有的零部件定義也保持最新狀態。這樣,設計人員就可以在整個裝配環境下設計自己的零件,從而縮短產品開發周期。此外,由于有了數字樣機的可視化和仿真工作,還使綜合性技術工程師可以在產品開發的早期階段就檢查出零部件的幾何尺寸是否協調一致,通過3D可視技術還可檢查零件之間的干涉情況。這就可以減少誤差,減少對物理樣機的需求,并降低研究與開發新產品的周期和成本。

由于各種不同的零件和裝配件構成不同型號的汽車,因而在虛擬產品數據庫中必須有零件的配置,機械零部件和車身零件使用各種屬性需要進行詳細描述,這就要求CATIA自動捕捉這些屬性,并按一整套規則根據多種可能的選項進行檢查,生成有效的配置。又由于許多不同類型的用戶都需要訪問這個數據庫,考慮到標志雪鐵龍集團汽車的多樣性,IBM-達索系統公司對協同設計環境功能做了大幅提升,讓用戶可以定義多種訪問的視圖,以滿足不同用戶訪問不同數據的需要。而且,基于ENOVIAvpm1.5的功能,還能建立遠距離聯通,實現多個設計與制造現場用戶訪問數字樣機。有了這樣的基礎,標志雪鐵龍集團建立起了一個“虛擬平臺”,使相關設計與制造人員能在集中精力完成自己任務的同時,還能與其他用戶、部門共享設計結果而不受地理限制。

三、由“虛擬平臺”連接企業與外部廠商

此后,標志雪鐵龍集團決定與其供應商共享此“虛擬平臺”,以求在整個企業內取得縮短設計周期的效果。這就是INGENUM項目的第二個里程碑。今天,標志雪鐵龍集團的設計師們和他們的制造商,通過基于ENOVIAvpm和ENOVIA Portal解決方案的互聯網門戶入口,即可在同一臺數字樣機上實時協同工作。經認可的制造商與供應商通過加密技術安全可靠地優先進入標志雪鐵龍集團的信息系統,登錄保護區訪問數字樣機。每一個設計員對自己設計的零件保持控制,并具有絕對的修改權限,而且可立即將結果提供給所有項目參與者共享包括E-Mail、文檔、設計標準圖庫、模擬仿真制造加工車間、各種會議的文件及相關的設計數據、企業管理信息和3D仿真等數據信息。

目前CAITA的最新版本是V5R17,與先前的版本相比,“虛擬平臺”功能更加強大,增強了在3D線束展平和CAITA加工模塊NC編程與仿真中的功能,擴展了端到端的行業流程覆蓋范圍;利用新的核心造型增強功能,迅速地探索設計想法;利用突破的自動倒角功能,顯著改善設計生產率;通過在VPM導航器和ENOVIA SmarTeam協調機制中的關鍵增強功能,改善橫跨擴展企業的并行工作能力;最大限度地擴大利用3D XML的協同能力,以便在設計辦公室之外共享信息。

四、采用無紙辦公的方式開發和生產產品

有了上面所說的“數字樣機”與“虛擬平臺”的支持,制造業就能采用無紙辦公的方式來開發和生產產品了。著名的克萊斯勒公司從多年前就開始對汽車車體進行無紙化設計,并在包括汽車發動機在內的產品上全部實現了無圖樣的數字化設計與制造。

現在,實施無圖樣制造的產品應用對象除通常的零部件外,也包括生產制造的過程、客戶的售后服務等。波音777飛機的設計制造過程是行業內最具典型的應用范例,也是不同行業應用無圖樣制造技術進行產品創新設計的學習樣板。而且,現在波音公司的產品生產采用了全數字化設計,包括整機設計、零部件測試和整機裝配,所有的開發和測試都采用并行工作的架構,在不同的地點、不同的部門同時展開各自的工作,利用“虛擬平臺”現實技術做各種條件下的模擬試飛,讓各部門工程師們在工作站上實時采集和處理數據并及時解決設計問題。最終制造出來現在的波音飛機,其產品與設計方案相比誤差僅小于0.001英寸,保證了機身和機翼一次對接成功和飛機一次上天試飛成功,整個設計制造周期從8年縮短到5年。

在上述設計研發與制造過程中,始終貫穿著3D PLM概念與3D幾何參數數據。標致雪鐵龍與波音公司都將建立3D模型體作為無圖樣設計與制造的基礎和協同制造工作的起點。以一個飛機上簡單的框弦類零件為例,讀者可清楚的看到由此所來帶來的工作效率。飛機或汽車的零件外形很多都是非規則的,用常規的二維工程設計視圖很難對其進行描述,這也是航空與汽車行業最早應用3D設計的原因。無論是2D還是3D設計藍圖,歸根結底都將用于傳送設計參數,藍圖是落在圖樣上設計結果,工程設計通常要求用多個正交投影視圖來建立藍圖(如常用的三視圖)來指導制造者生產出產品。但飛機框弦類零部件外形是非標準的,不規則的,用常規的2D正投投影視圖手段描述它困難重重。而且只有通過標注規則的幾何元素的長度、角度等方法來輸出藍圖。現在好了,使用CATIA設計這類零部件時,由飛機的外形曲面、外形模線或外形控制點的坐標建立其3D模型體,不但能讓設計人員的工作變得容易,還能讓制造人員一目了然地明白設計者的意圖。例如,設計人員建立好零部件的兩組外型控制點坐標值,然后分別將這兩組外型控制點按照設計所允許的公差擬合成兩條樣條曲線,并將它們作為曲面設計所需的導動線,進而得到所需的外形曲面(可以由直紋面來描述),或者使用掃掠方式生成曲面,最后再生成相應的零部件3D實體圖形,標注上設計參數與制造工藝要求,設計階段的工作就可以完成了。戶訪問不同數據的需要。而且,基于ENOVIAvpm1.5的功能,還能建立遠距離聯通,實現多個設計與制造現場用戶訪問數字樣機。有了這樣的基礎,標志雪鐵龍集團建立起了一個“虛擬平臺”,使相關設計與制造人員能在集中精力完成自己任務的同時,還能與其他用戶、部門共享設計結果而不受地理限制。

三、由“虛擬平臺”連接企業與外部廠商

此后,標志雪鐵龍集團決定與其供應商共享此“虛擬平臺”,以求在整個企業內取得縮短設計周期的效果。這就是INGENUM項目的第二個里程碑。今天,標志雪鐵龍集團的設計師們和他們的制造商,通過基于ENOVIAvpm和ENOVIA Portal解決方案的互聯網門戶入口,即可在同一臺數字樣機上實時協同工作。經認可的制造商與供應商通過加密技術安全可靠地優先進入標志雪鐵龍集團的信息系統,登錄保護區訪問數字樣機。每一個設計員對自己設計的零件保持控制,并具有絕對的修改權限,而且可立即將結果提供給所有項目參與者共享包括E-Mail、文檔、設計標準圖庫、模擬仿真制造加工車間、各種會議的文件及相關的設計數據、企業管理信息和3D仿真等數據信息。目前CAITA的最新版本是V5R17,與先前的版本相比,“虛擬平臺”功能更加強大,增強了在3D線束展平和CAITA加工模塊NC編程與仿真中的功能,擴展了端到端的行業流程覆蓋范圍;利用新的核心造型增強功能,迅速地探索設計想法;利用突破的自動倒角功能,顯著改善設計生產率;通過在VPM導航器和ENOVIA SmarTeam協調機制中的關鍵增強功能,改善橫跨擴展企業的并行工作能力;最大限度地擴大利用3D XML的協同能力,以便在設計辦公室之外共享信息。

四、采用無紙辦公的方式開發和生產產品

有了上面所說的“數字樣機”與“虛擬平臺”的支持,制造業就能采用無紙辦公的方式來開發和生產產品了。著名的克萊斯勒公司從多年前就開始對汽車車體進行無紙化設計,并在包括汽車發動機在內的產品上全部實現了無圖樣的數字化設計與制造。現在,實施無圖樣制造的產品應用對象除通常的零部件外,也包括生產制造的過程、客戶的售后服務等。波音777飛機的設計制造過程是行業內最具典型的應用范例,也是不同行業應用無圖樣制造技術進行產品創新設計的學習樣板。而且,現在波音公司的產品生產采用了全數字化設計,包括整機設計、零部件測試和整機裝配,所有的開發和測試都采用并行工作的架構,在不同的地點、不同的部門同時展開各自的工作,利用“虛擬平臺”現實技術做各種條件下的模擬試飛,讓各部門工程師們在工作站上實時采集和處理數據并及時解決設計問題。最終制造出來現在的波音飛機,其產品與設計方案相比誤差僅小于0.001英寸,保證了機身和機翼一次對接成功和飛機一次上天試飛成功,整個設計制造周期從8年縮短到5年。在上述設計研發與制造過程中,始終貫穿著3D PLM概念與3D幾何參數數據。標致雪鐵龍與波音公司都將建立3D模型體作為無圖樣設計與制造的基礎和協同制造工作的起點。以一個飛機上簡單的框弦類零件為例,讀者可清楚的看到由此所來帶來的工作效率。飛機或汽車的零件外形很多都是非規則的,用常規的二維工程設計視圖很難對其進行描述,這也是航空與汽車行業最早應用3D設計的原因。無論是2D還是3D設計藍圖,歸根結底都將用于傳送設計參數,藍圖是落在圖樣上設計結果,工程設計通常要求用多個正交投影視圖來建立藍圖(如常用的三視圖)來指導制造者生產出產品。但飛機框弦類零部件外形是非標準的,不規則的,用常規的2D正投投影視圖手段描述它困難重重。而且只有通過標注規則的幾何元素的長度、角度等方法來輸出藍圖。現在好了,使用CATIA設計這類零部件時,由飛機的外形曲面、外形模線或外形控制點的坐標建立其3D模型體,不但能讓設計人員的工作變得容易,還能讓制造人員一目了然地明白設計者的意圖。例如,設計人員建立好零部件的兩組外型控制點坐標值,然后分別將這兩組外型控制點按照設計所允許的公差擬合成兩條樣條曲線,并將它們作為曲面設計所需的導動線,進而得到所需的外形曲面(可以由直紋面來描述),或者使用掃掠方式生成曲面,最后再生成相應的零部件3D實體圖形,標注上設計參數與制造工藝要求,設計階段的工作就可以完成了。

五、為數控機床輸出NC代碼加工獲取產品

數控加工是實現無圖樣制造重要環節。制造者可從已經得到了它的3D數據來判斷生產加工方式和編制工藝流程。如常規的銑加工方式通常是先由劃線工依照2D圖樣在零部件毛坯上劃出加工參考線,粗略地描述出零件的形狀,然后由銑床操作者按照此參考線進行加工。有了3D模型體與它的3D數據,數控銑床之類的機械加工設備將不再需要人工劃線的程序,完全排除了加工過程中人為的干擾因素。而且,使用數控加工方式完全可確保零部件的2D與3D數據精度,一絲不茍地滿足設計要求。數控程序員只需選擇合理的加工方式和參數。如能得到刀具和工藝方式的保證,就能生產出合格產品。數控加工技術最早就是應用在航空和汽車制造業,目前也是在這兩個行業應用最廣,而將CATIA生成的加工程序轉換成相應數控機床的NC代碼,并傳入數控機床的控制系統,任何企業都能將3D PLM轉化成產品,從而形成強大的生產力。

六、實現產品檢驗的無圖樣

完成了上面的各項工作,還可以實現產品檢驗的無圖樣化。其內容可包括數控測量、三維公差和幾何尺寸值。過去,檢驗人員進行產品檢驗的依據2D工程視圖,現在采用3D設計與數控加工的方式,檢驗方式可做出相應變換:采用數控測量、三維公差和尺寸標注。數控測量主要針對數控加工零件,檢測三維空間外形時可使用三坐標數控測量機,并且參照零部件的3D設計數據。其工作流程可以先利用CATIA操作平臺和MSC提供的CATCMM產品,在零件的3D模型體上采集測量點的坐標值。然后,將數據點的坐標輸入測量機并編制測量程序,操作測量機完成對零件的測量,比較測量點坐標測量值與3D設計理論值的誤差值,誤差值在公差范圍內即為合格產品。對于非數控加工產品,從成本方面考慮可采用常規的檢驗方式。在波音飛機公司,檢驗人員就是利用CATIA 的三維公差和尺寸標注來工作的。他們在得到產品的3D數據后,使用CATIA直接在3D模型體上標注出常規的尺寸和公差,并通過CATIA瀏覽器瀏覽產品的相關尺寸和公差。

綜上所述,采用3D PLM設計與生產產品早已不是一種單純的概念,而是企業發展的必然趨勢,連不可一世的AutoCAD也從2007版本開始大幅度的增強了3D功能,將它過去的2D繪圖環境定義成“經典工作空間”,將“三維工作空間”放在了第一位。由于無圖紙設計與生產產品給企業帶來的將是革命性的變化,隨著市場競爭的需要,2008年里必將有大量的企業采用3D PLM,CATIA這類軟件的用戶群也將進一步擴大。

協同設計與協同制造早已從理論概念進入了實施階段。回顧過去的2007年,用于協同設計與制造的軟件功能也是更上一層樓,基于網絡與數據庫架構的協同設計與制造解決方案,在一些小制造廠商內部也已自己搭建起來,加上國內外的CAD/CAM行業軟件助陣,我們似乎看到處處都有數字化運轉的設計制造廠,而最具特色的就是本文將要介紹的,由CATIA驅動的3D(三維)協同設計與制造模式。

一、耀眼的3D PLM

在設計與制造完全“協同”起來的系統中,設計與制造部門的工程師們通常是不關心網絡與數據庫的架構,而只需要專心做好設計與繪圖,并將設計結果或者修改調整后的參數快速傳達到制造現場。例如,使用AutoCAD的工程師繪制好圖形,即可在這個軟件中將圖樣發布到Internet中,世界各地的制造者通過網絡即可在第一時間獲取制造參數。今天,基于PLM(Product LifecycleManagement)的協同設計與制造模式正悄然興起,它將為制造業把人、過程和信息有效地集成在一起,并作用于遍布世界各地的相關部門,讓各種相關人員遍歷產品從設計概念到制造,直至報廢的全生命周期,全面支持與產品相關的協同研發、制造、管理、分發和使用信息。

確切的說,PLM是一種企業信息化的商業戰略與概念,它由多種信息化元素構成:基礎技術和標準(XML、協作和企業應用集成等)、信息生成工具(MCAD、ECAD和技術發布等)、核心功能(數據倉庫、文檔和內容管理、工作流和程序管理等)、功能性的應用(配置管理),以及構建在其他系統上的商業解決方案,著名的標志雪鐵龍集團就是PLM的成功實施者之一。

標志雪鐵龍實施的是3D PLM,其目的是要將各開發流程聯合起來,對產品全生命周期進行管理,大大縮短新產品的開發與制造過程,并提高新產品的質量,降低新產品的開發與生產成本。從20世紀90年代中期開始,標志雪鐵龍集團的技術管理部門就已經認識到必須重建集團的設計與生產流程,更新舊的計算機應用技術。并于1998年初在IBM-達索系統公司的3DPLM解決方案CATIA、ENOVIAvpm的基礎上實施了INGENUM工程項目,建立虛擬的車輛平臺,然后在此信息平臺上對所有來自擴展企業的產品、工藝流程和資源等信息均做虛擬管理和集成。為達到這一目標,該集團制定了三個主要實施階段:建立一套在整個集團進行產品協同開發的虛擬環境;將這套協同開發環境擴大到擴展企業,通過對產品、工藝流程和資源等數據的集成實現數字化工廠。為便于實施協同開發的環境,采用了核心3D建模工具來設計整輛汽車。最初,該集團用的是CADDS來設計車身,用IBM-達索系統公司的CATIA設計動力系統。但它們很快發現CATIA作為一套完整的3D建模工具更加高效。于是,它們將所有的工作從CADDS向CATIA移植,最終成為了CATIA的鐵桿用戶。

二、3D數字樣機大放異彩

標志雪鐵龍的成功,在世界制造業的影響是革命性的,今天我們國內已經有多家大型飛機、汽車制造廠與它們的研發機構借助于由CATIA之類的軟件構造自己的數字樣機,通過虛擬產品讓設計與制造人員以設計并管理自己的零部件,對裝配中的所有零件與自己設計的零部件進行協調,讓所有的零部件定義也保持最新狀態。這樣,設計人員就可以在整個裝配環境下設計自己的零件,從而縮短產品開發周期。此外,由于有了數字樣機的可視化和仿真工作,還使綜合性技術工程師可以在產品開發的早期階段就檢查出零部件的幾何尺寸是否協調一致,通過3D可視技術還可檢查零件之間的干涉情況。這就可以減少誤差,減少對物理樣機的需求,并降低研究與開發新產品的周期和成本。

由于各種不同的零件和裝配件構成不同型號的汽車,因而在虛擬產品數據庫中必須有零件的配置,機械零部件和車身零件使用各種屬性需要進行詳細描述,這就要求CATIA自動捕捉這些屬性,并按一整套規則根據多種可能的選項進行檢查,生成有效的配置。又由于許多不同類型的用戶都需要訪問這個數據庫,考慮到標志雪鐵龍集團汽車的多樣性,IBM-達索系統公司對協同設計環境功能做了大幅提升,讓用戶可以定義多種訪問的視圖,以滿足不同用戶訪問不同數據的需要。而且,基于ENOVIAvpm1.5的功能,還能建立遠距離聯通,實現多個設計與制造現場用戶訪問數字樣機。有了這樣的基礎,標志雪鐵龍集團建立起了一個“虛擬平臺”,使相關設計與制造人員能在集中精力完成自己任務的同時,還能與其他用戶、部門共享設計結果而不受地理限制。

三、由“虛擬平臺”連接企業與外部廠商

此后,標志雪鐵龍集團決定與其供應商共享此“虛擬平臺”,以求在整個企業內取得縮短設計周期的效果。這就是INGENUM項目的第二個里程碑。今天,標志雪鐵龍集團的設計師們和他們的制造商,通過基于ENOVIAvpm和ENOVIA Portal解決方案的互聯網門戶入口,即可在同一臺數字樣機上實時協同工作。經認可的制造商與供應商通過加密技術安全可靠地優先進入標志雪鐵龍集團的信息系統,登錄保護區訪問數字樣機。每一個設計員對自己設計的零件保持控制,并具有絕對的修改權限,而且可立即將結果提供給所有項目參與者共享包括E-Mail、文檔、設計標準圖庫、模擬仿真制造加工車間、各種會議的文件及相關的設計數據、企業管理信息和3D仿真等數據信息。

目前CAITA的最新版本是V5R17,與先前的版本相比,“虛擬平臺”功能更加強大,增強了在3D線束展平和CAITA加工模塊NC編程與仿真中的功能,擴展了端到端的行業流程覆蓋范圍;利用新的核心造型增強功能,迅速地探索設計想法;利用突破的自動倒角功能,顯著改善設計生產率;通過在VPM導航器和ENOVIA SmarTeam協調機制中的關鍵增強功能,改善橫跨擴展企業的并行工作能力;最大限度地擴大利用3D XML的協同能力,以便在設計辦公室之外共享信息。

四、采用無紙辦公的方式開發和生產產品

有了上面所說的“數字樣機”與“虛擬平臺”的支持,制造業就能采用無紙辦公的方式來開發和生產產品了。著名的克萊斯勒公司從多年前就開始對汽車車體進行無紙化設計,并在包括汽車發動機在內的產品上全部實現了無圖樣的數字化設計與制造。

現在,實施無圖樣制造的產品應用對象除通常的零部件外,也包括生產制造的過程、客戶的售后服務等。波音777飛機的設計制造過程是行業內最具典型的應用范例,也是不同行業應用無圖樣制造技術進行產品創新設計的學習樣板。而且,現在波音公司的產品生產采用了全數字化設計,包括整機設計、零部件測試和整機裝配,所有的開發和測試都采用并行工作的架構,在不同的地點、不同的部門同時展開各自的工作,利用“虛擬平臺”現實技術做各種條件下的模擬試飛,讓各部門工程師們在工作站上實時采集和處理數據并及時解決設計問題。最終制造出來現在的波音飛機,其產品與設計方案相比誤差僅小于0.001英寸,保證了機身和機翼一次對接成功和飛機一次上天試飛成功,整個設計制造周期從8年縮短到5年。

在上述設計研發與制造過程中,始終貫穿著3D PLM概念與3D幾何參數數據。標致雪鐵龍與波音公司都將建立3D模型體作為無圖樣設計與制造的基礎和協同制造工作的起點。以一個飛機上簡單的框弦類零件為例,讀者可清楚的看到由此所來帶來的工作效率。飛機或汽車的零件外形很多都是非規則的,用常規的二維工程設計視圖很難對其進行描述,這也是航空與汽車行業最早應用3D設計的原因。無論是2D還是3D設計藍圖,歸根結底都將用于傳送設計參數,藍圖是落在圖樣上設計結果,工程設計通常要求用多個正交投影視圖來建立藍圖(如常用的三視圖)來指導制造者生產出產品。但飛機框弦類零部件外形是非標準的,不規則的,用常規的2D正投投影視圖手段描述它困難重重。而且只有通過標注規則的幾何元素的長度、角度等方法來輸出藍圖。現在好了,使用CATIA設計這類零部件時,由飛機的外形曲面、外形模線或外形控制點的坐標建立其3D模型體,不但能讓設計人員的工作變得容易,還能讓制造人員一目了然地明白設計者的意圖。例如,設計人員建立好零部件的兩組外型控制點坐標值,然后分別將這兩組外型控制點按照設計所允許的公差擬合成兩條樣條曲線,并將它們作為曲面設計所需的導動線,進而得到所需的外形曲面(可以由直紋面來描述),或者使用掃掠方式生成曲面,最后再生成相應的零部件3D實體圖形,標注上設計參數與制造工藝要求,設計階段的工作就可以完成了。戶訪問不同數據的需要。而且,基于ENOVIAvpm1.5的功能,還能建立遠距離聯通,實現多個設計與制造現場用戶訪問數字樣機。有了這樣的基礎,標志雪鐵龍集團建立起了一個“虛擬平臺”,使相關設計與制造人員能在集中精力完成自己任務的同時,還能與其他用戶、部門共享設計結果而不受地理限制。

三、由“虛擬平臺”連接企業與外部廠商

此后,標志雪鐵龍集團決定與其供應商共享此“虛擬平臺”,以求在整個企業內取得縮短設計周期的效果。這就是INGENUM項目的第二個里程碑。今天,標志雪鐵龍集團的設計師們和他們的制造商,通過基于ENOVIAvpm和ENOVIA Portal解決方案的互聯網門戶入口,即可在同一臺數字樣機上實時協同工作。經認可的制造商與供應商通過加密技術安全可靠地優先進入標志雪鐵龍集團的信息系統,登錄保護區訪問數字樣機。每一個設計員對自己設計的零件保持控制,并具有絕對的修改權限,而且可立即將結果提供給所有項目參與者共享包括E-Mail、文檔、設計標準圖庫、模擬仿真制造加工車間、各種會議的文件及相關的設計數據、企業管理信息和3D仿真等數據信息。目前CAITA的最新版本是V5R17,與先前的版本相比,“虛擬平臺”功能更加強大,增強了在3D線束展平和CAITA加工模塊NC編程與仿真中的功能,擴展了端到端的行業流程覆蓋范圍;利用新的核心造型增強功能,迅速地探索設計想法;利用突破的自動倒角功能,顯著改善設計生產率;通過在VPM導航器和ENOVIA SmarTeam協調機制中的關鍵增強功能,改善橫跨擴展企業的并行工作能力;最大限度地擴大利用3D XML的協同能力,以便在設計辦公室之外共享信息。

四、采用無紙辦公的方式開發和生產產品

有了上面所說的“數字樣機”與“虛擬平臺”的支持,制造業就能采用無紙辦公的方式來開發和生產產品了。著名的克萊斯勒公司從多年前就開始對汽車車體進行無紙化設計,并在包括汽車發動機在內的產品上全部實現了無圖樣的數字化設計與制造。現在,實施無圖樣制造的產品應用對象除通常的零部件外,也包括生產制造的過程、客戶的售后服務等。波音777飛機的設計制造過程是行業內最具典型的應用范例,也是不同行業應用無圖樣制造技術進行產品創新設計的學習樣板。而且,現在波音公司的產品生產采用了全數字化設計,包括整機設計、零部件測試和整機裝配,所有的開發和測試都采用并行工作的架構,在不同的地點、不同的部門同時展開各自的工作,利用“虛擬平臺”現實技術做各種條件下的模擬試飛,讓各部門工程師們在工作站上實時采集和處理數據并及時解決設計問題。最終制造出來現在的波音飛機,其產品與設計方案相比誤差僅小于0.001英寸,保證了機身和機翼一次對接成功和飛機一次上天試飛成功,整個設計制造周期從8年縮短到5年。在上述設計研發與制造過程中,始終貫穿著3D PLM概念與3D幾何參數數據。標致雪鐵龍與波音公司都將建立3D模型體作為無圖樣設計與制造的基礎和協同制造工作的起點。以一個飛機上簡單的框弦類零件為例,讀者可清楚的看到由此所來帶來的工作效率。飛機或汽車的零件外形很多都是非規則的,用常規的二維工程設計視圖很難對其進行描述,這也是航空與汽車行業最早應用3D設計的原因。無論是2D還是3D設計藍圖,歸根結底都將用于傳送設計參數,藍圖是落在圖樣上設計結果,工程設計通常要求用多個正交投影視圖來建立藍圖(如常用的三視圖)來指導制造者生產出產品。但飛機框弦類零部件外形是非標準的,不規則的,用常規的2D正投投影視圖手段描述它困難重重。而且只有通過標注規則的幾何元素的長度、角度等方法來輸出藍圖。現在好了,使用CATIA設計這類零部件時,由飛機的外形曲面、外形模線或外形控制點的坐標建立其3D模型體,不但能讓設計人員的工作變得容易,還能讓制造人員一目了然地明白設計者的意圖。例如,設計人員建立好零部件的兩組外型控制點坐標值,然后分別將這兩組外型控制點按照設計所允許的公差擬合成兩條樣條曲線,并將它們作為曲面設計所需的導動線,進而得到所需的外形曲面(可以由直紋面來描述),或者使用掃掠方式生成曲面,最后再生成相應的零部件3D實體圖形,標注上設計參數與制造工藝要求,設計階段的工作就可以完成了。

五、為數控機床輸出NC代碼加工獲取產品

數控加工是實現無圖樣制造重要環節。制造者可從已經得到了它的3D數據來判斷生產加工方式和編制工藝流程。如常規的銑加工方式通常是先由劃線工依照2D圖樣在零部件毛坯上劃出加工參考線,粗略地描述出零件的形狀,然后由銑床操作者按照此參考線進行加工。有了3D模型體與它的3D數據,數控銑床之類的機械加工設備將不再需要人工劃線的程序,完全排除了加工過程中人為的干擾因素。而且,使用數控加工方式完全可確保零部件的2D與3D數據精度,一絲不茍地滿足設計要求。數控程序員只需選擇合理的加工方式和參數。如能得到刀具和工藝方式的保證,就能生產出合格產品。數控加工技術最早就是應用在航空和汽車制造業,目前也是在這兩個行業應用最廣,而將CATIA生成的加工程序轉換成相應數控機床的NC代碼,并傳入數控機床的控制系統,任何企業都能將3D PLM轉化成產品,從而形成強大的生產力。

六、實現產品檢驗的無圖樣

完成了上面的各項工作,還可以實現產品檢驗的無圖樣化。其內容可包括數控測量、三維公差和幾何尺寸值。過去,檢驗人員進行產品檢驗的依據2D工程視圖,現在采用3D設計與數控加工的方式,檢驗方式可做出相應變換:采用數控測量、三維公差和尺寸標注。數控測量主要針對數控加工零件,檢測三維空間外形時可使用三坐標數控測量機,并且參照零部件的3D設計數據。其工作流程可以先利用CATIA操作平臺和MSC提供的CATCMM產品,在零件的3D模型體上采集測量點的坐標值。然后,將數據點的坐標輸入測量機并編制測量程序,操作測量機完成對零件的測量,比較測量點坐標測量值與3D設計理論值的誤差值,誤差值在公差范圍內即為合格產品。對于非數控加工產品,從成本方面考慮可采用常規的檢驗方式。在波音飛機公司,檢驗人員就是利用CATIA 的三維公差和尺寸標注來工作的。他們在得到產品的3D數據后,使用CATIA直接在3D模型體上標注出常規的尺寸和公差,并通過CATIA瀏覽器瀏覽產品的相關尺寸和公差。

綜上所述,采用3D PLM設計與生產產品早已不是一種單純的概念,而是企業發展的必然趨勢,連不可一世的AutoCAD也從2007版本開始大幅度的增強了3D功能,將它過去的2D繪圖環境定義成“經典工作空間”,將“三維工作空間”放在了第一位。由于無圖紙設計與生產產品給企業帶來的將是革命性的變化,隨著市場競爭的需要,2008年里必將有大量的企業采用3D PLM,CATIA這類軟件的用戶群也將進一步擴大.