也谈三维CAD技术之装配向导的配置

在日常的工程设计中，装配环节必不可少，同时以三维CAD为基础的面向产品的建模、装配及至数据管理的各类技术和产品也可谓层出不穷，功能上也日臻完善，在此也就先不做讨论。本篇小文主要想与众大虾交流如何为工程师，也就是我们的CAD一线使用者配置合理、易用的面向产品开发的装配向导文件。

随着产品线的不断延长和扩展，以及产品中外购件/外协件比例的提高，为我们的研发人员节约大量时间的同时，产品中越来越多“成熟件”的引入从一个侧面提高了产品的稳定性和可靠性，缩短了设计周期，节约了可观的成本。一份统计报告显示，当前一线机电产品研发人员平均投入大约1/4 - 1/2的时间和精力用于通用件或外购件的选型、配置和排列组合上，换句话说，通过大量机电产品零部件供应商的引入，使产品的设计水平差距变小，组合创新难度更低，产品的设计水平不断得以优化和提升。以某铁路装备供应商的转向架产品为例，其主要的电气/机电供应商产品的产品零部件数量和成本分别占到90%和75%，BOSCH、SKF、ALSTOM的各类液压、制动和润滑总成等部件可直接根据需要进行选型和采购。

在此情况下，工程师面对的更多的是对外购件(或总成)的选型和配置，需要独立开发的部分只占到不大的比例。因此，企业信息化部门在优化企业PLM流程时，将装配向导和选型助手作为新阶段的任务，要求PLM的项目承包商能够按照企业产品的特点为三维CAD使用者开发切实可行的装配向导功能。使工程师在产品设计过程中能够快速的进行外购件之间的装配和后续设计。

通过前期的调研，我们的工作组认为装配向导组件开发的基本技术要点应包括：

为企业配置常用的外购件/自制件/企业通用件三维CAD模型数据库

在这一环节，我们首先对设计人员的设计习惯进行摸底，并对企业的“习惯供应商”进行了调查，掌握了大部分的常用件名单，之后进行规范建模，通过文件树的形式在系统中进行挂载，已被后续调用。

图1创建模型库，并为模型配置清晰可见的装配点，用于后续装配流程(畅享网配图)

与企业设计主管部门协调工作，确定常用件的装配“规则”和选型要点

可以说这是实现装配向导和选型助手系统功能的关键。其工作量之大，规则关系之复杂，多少有点让人乍舌，好在有供应商和用户相关部门的大力协同，得以完成。这项工作主要是为上面一个环节创建的各类常用件模型配置之间的装配关系和约束条件，小到一个简单的合叶，大到制动总成可谓纷繁复杂，其数据关系经方法学矩阵表示竟达上百页之多。简而言之就是A零件和B零件在C条件成立的条件下，允许装配在D位置上进行装配，如条件不为C，应根据当前条件如E、F、G给出相应的建议，系统弹出相应对话框。

图2　为模型配置装配条件，形成关系矩阵(畅享网配图)

不基于特定CAD系统，实现装配向导功能的实现，即系统外装配，系统内调用

在建立了所需常用件CAD模型库，并确定了零部件相互的工程关系后，就需要根据系统使用者参与和给出的设计想定进行装配的实现。在此需要说明，企业根据其产品的复杂性，为不同的设计部门分别配置了不同的三维CAD系统，并使用PDM系统统一管理与ERP系统铰链。面对不同的三维CAD系统，项目组使用了在独立于三维构型系统之外的装配功能，即基于装配向导的装配功能的实现是独立于任何一种CAD系统的，在CAD外实现装配，完成后通过必要的数据接口导入用户指定的CAD系统，且要求数据质量高于STEP / SAT / STL 等中性交换格式，模型的螺纹信息、颜色配置、装配关系、运动路径和ERP属性均不发生丢失。

此功能可实现，系统为多种CAD平台统一配置一套装配向导软件和模板，数据来源和约束关系高度统一，从而使数据的一致性得以大大改善。

图3　独立于CAD系统的装配向导平台，途中的绿色四面体为用户可选装配点(畅享网配图)

综上所述，此系统通过基于特定产品的装配关系要求，为企业配置了合理有效的装配向导功能，大大优化了开发人员的工作效率，使工程技术人员能够专著于产品创新开发的部分，目前面向转向架、阀体、管路等模块均以开发完成，并上线调试，取得了不错的效果。

图4 选型助手模块(畅享网配图)