3D模型影响研发效率，不如不建？

    随着上世纪九十年代轰轰烈烈的“甩图板”工程展开，在二十多年后的今天，几乎所有的制造企业都是采用CAD绘图。从手工绘图转到电脑绘图容易，但是从二维CAD转到三维CAD却不是那么顺利。有些研发人员认为增加3D建模影响了研发的效率，笔者认为这要具体来看。

    为何会认为建3D模型影响研发效率？

    一般而言，提出3D建模影响研发效率，是因为研发人员从前只用出一张二维工程图，而现在却需要加上3D模型。目前，大多数企业无法做到只用3D模型来指导营销、工艺、采购、生产、入料检验等环节，这就意味着二维工程图不可缺少，在这个层面上来说，工作量增加导致研发人员在单位时间内可研发的产品变少了。

    其实，在这种现象背后有两个前提，其一是产品只需要绘图，不需要重新研发设计。

    笔者曾经参观过一家老国企，生产各种量具、刀具，其大部分的产品都是使用二维CAD来做设计，如各种游标卡尺、量块、量规等，这类产品较成熟，不需要研发，只需要绘图即可。但是，在铣刀产品的设计中却用到了三维CAD，因为这类产品具有多头螺纹刀口，结构较复杂，且生产出来的产品始终与行业领先产品存在质量差异，企业需要进行技术攻坚来改善产品质量。除购买了智能机床外，企业也打算通过仿真软件来对产品进行仿真分析，而3D模型对于这两者都是必须的。

    而即使对于某些需要做研发设计的产品，很多企业选择通过山寨省去研发过程，只绘制工程图指导生产。在这种情况下，要求研发人员做3D建模显然是降低效率的。如常见的电脑椅，为了满足人体工学，必须进行仿真分析。但鉴于国内对知识产权保护不严格，企业可以直接对市场上的畅销产品进行反向设计，依葫芦画瓢。

    另一个前提是企业3D建模低效。很多企业没有建立标准的3D模型库，所有模型都得重新绘制，导致效率低下。

    如何改善3D建模低效的难题？

    第一个前提受外部条件制约，暂且不谈。而第二个则是企业可以努力的方向。目前较成熟的理论有模块化的方法。其核心目的是用尽可能少的零部件组合成尽可能多的产品，以最少的内部多样化来实现最多的产品外部多样化。

    以内部模块化来满足外部多样化的产品需求

    要减少内部多样化，主要的方式就是加强零部件的重用。在这一方面，有零部件ABC分析的方法。ABC分析按照零部件的使用频率进行归类，使用频率最高的C类零件通常为标准件和通用件，B类零件为可通过变型设计得到的那部分零件，A类零件为与订单相关，重用几率不大的零件。在进行设计工作时，优先选用已经存在的C类零件，若无合适的，则可在C类零件基础上做变形设计得到B类零件，两者皆不能满足的情况下，则重新设计专用的A类零件。在变形设计中可以运用参数化方法，通过改变模型参数值创建一系列新的产品。

    借助模块化与参数化方法，研发人员可以直接通过选择零部件来搭建产品，或者在现有产品的基础上进行修改，从而提升研发效率。

    3D建模在企业的应用现状如何？

    现今，企业采用3D建模，主要有以下几个原因：

    1.客户要求。部分企业生产的并不是终端产品，而是半成品，客户需要3D模型与自己的零部件进行装配，检查干涉等问题。其次，3D模型较直观，如果客户对模型有意见，可以通过截图标注等方法，较方便地进行沟通修改。

    2.加工要求。如企业需要使用数控机床、机器人设备对产品进行加工，需要3D模型来支持编程。目前，中国市场的机器人每万台保有量低于全球平均水平，未来有进一步增长的空间，这一部分的需求也将提升。

    3.仿真要求。对于某些产品，通过仿真能够提前发现产品的内在缺陷，如应力集中，热集中等，提前对产品进行优化改进，避免后续出现问题后再进行修改。

    4.3D打印要求。3D打印作为一种新的生产方式，虽然目前还无法应用于批量生产，但是其生产方法适用于复杂不规则产品模型的打样，与仿真结合能够有效地对产品进行优化改进。

    5.打造全数字化工厂要求。目前，随着智能工厂概念的推广，很多企业打造了全三维的数字工厂，将企业的生产车间、生产线、甚至是整个工厂进行三维建模，实时监控生产情况，对异常情况进行告警。

    3D建模未来发展趋势如何？

    除了以上客观需求之外，随着技术的发展，产品由二维图纸向三维模型的转变成为不可逆转的趋势。

    首先，二维图纸作为一种图形文件，需要识图的人员具备一定的专业水平，才能准确理解图纸所表达的内容，不同的人可能对图纸具有不同的理解。而三维模型作为一种直观的模型，符合普通人的认知水平，让识图人员有共同的理解，更方便信息的流转沟通。另外，3D模型作为一种通用模型，适用于企业与企业间的大量模型的装配兼容。在产品复杂程度越来越高的今天，企业很少有能够完全自主生产一种产品，较多时候都需要与上下游供应链一起协作，基于3D模型，不同企业的零部件都可以进行装配兼容，极大地方便了企业协同。

    其次，信息技术的发展使得3D模型可以包含产品的全部信息，并且在产品生命周期的各个阶段均可以被使用。基于模型的定义（MBD）技术以三维数字化实体模型作为载体来表达完整的产品定义，成为制造过程中的唯一依据。在一系列信息化软件的辅助下，企业管理设计下游的活动，包括工艺规划、车间生产等都可以通过三维模型完成。二维工程图可能会退出历史舞台。

    并且，随着对产品全生命周期管控理念的发展，digital twin技术也将发挥3D模型的优势，将对产品的监控延伸到产品销售后的阶段，通过并对虚拟世界的3D模型施加与物理产品相同的工作条件，分析产品的状态，实现预测性维修。

    最后，随着国内加强对知识产权的保护力度，通过山寨的做法来抄袭产品将没有生存空间，企业终归还是需要回到对产品的研发创新上。而二维图纸提供的信息量不足以支撑产品进行优化改善，通过建模仿真，企业一方面可以改善产品质量，另一方面可以有效地将产品验证过程提前，大幅缩短产品的生产周期。

    总结

    中国制造企业有很多产品仍然无法达到国外先进水平，而单单依靠二维图纸来指导生产，而不去做后续的研发是无法实现追赶，更遑论超越。所以，现今阶段并不是探讨3D建模是否影响了研发效率，而是企业如何发挥研发的价值，如何运用模块化、参数化的手段来提升研发效率。要夸大3D建模的价值也不可取，但是至少3D建模是企业为未来的可持续发展做的长期投资。