机械制造行业设计工程方案

机械制造行业产品/设计工程现状

产品的质量、成本和效率，以及响应速度以及风险控制是企业的追求目标，并希冀用数字化、智能化等先进技术来解决这些问题。

在涉及机械的企业工程现场中，当CAD完成理想模型的设计后，其面临的问题主要包括：

1.精度设计阶段:

1)企业精度设计人员技术素养参次不齐，特别是年轻的设计人员工程经验严重不足，偏差控制方法和公差给出无法映射实际工况，公差值严重偏高，从根本上影响了产品的质量、成本；

2)企业对公差设计结果一般很少做尺寸链验证，特别是映射工况的三维尺寸链验证，造成质量风险和成本风险的失控；

3)在精度设计完成后，工程师需要用规范的工程语言，把公差和技术要求标注在三维模型上或二维图纸上。首先，这个操作目前CAD软件并不提供，是靠工程师一个一个手工标的。其次，出图需要工程师掌握不少于300个国家标准。目前企业已不可能花大量人力和时间去培养这方面合格的技术人才。图纸质量和生成效率（约占总设计时间1/3）已成为几乎所有企业的痛点。

2.设计审核阶段

1)由于设计过程并不显性，造成主任工程师在审核设计结果时无从下手，同时，当图纸非常复杂时，审核质量和效率都是问题；

2)图纸的标准化审核在面对复杂图纸时，工作量极大，同时由于图纸本身质量问题，更造成标准化审核的难度和效率低下。

3.工艺设计阶段

1)首当其冲是读图解析问题，目前全部依靠人工处理，慢、漏、错问题无法避免，特别是面临复杂图纸时。严重影响了工作质量、效率；

2)受图纸质量的影响，工艺分解和生成要求与设计关联度存疑，严重影响工艺的控制，并直接影响产品质量；

3)工艺表单的生成几乎全部依靠人工（仅有部分小工具辅助），工作效率和生成质量严重受限。

4.精密检测阶段

1)首当其冲是读图解析问题，目前全部依靠人工处理，慢、漏、错问题无法避免，特别是面临复杂图纸时。严重影响了工作质量、效率；

2)标注内容和方法的不合理，会严重影响测量结果的有效性和应用价值；

3)测量工艺表单和测量程序生成几乎全部依靠人工（仅有少量小工具辅助），工作效率和生成质量严重受限；

4)测量结果难以与设计结果关联，造成质量迭代困难。

5.产品装配阶段

1)由于设计并未有效映射应用工况，前端设计对装配工艺的设计和转化的控制无法有效体现，同时，装配工艺设计也全部由人工操作，复杂产品装配设计质量和效率都存在问题；

2)由于设计对产品质量要求定义和控制能力的不足，面对复杂产品时会设置相应的调整环节，并需要在装配时进行配作调整，这会导致装配效率和降低和成本飙升。

6.工程报价阶段

1)由于整个设计过程都处于孤岛状态，目前的报价主要靠经验，多基于相似对象和过程计算，报价精细度受限；

2)由于工程信息全部依靠文档传输，报价生成效率严重受限，这个问题在非标企业犹为重要。

7.设计变更问题

1)由于整个操作流程全部基于人工，变更造成的重复问题难以有效解决；

2)由于变更引发的工程要求和最终结果可能不匹配，产品质量风险难以有效控制。

8.产品验收交付

1)由于图纸质量引发测量检验问题几乎是所有企业常见的问题，并直接影响产品的符合性判定；

2)图纸质量将直接影响产品的验收交付，进而影响协同制造的质量和效率。

9.供应链的约束

1)供应商的认知与能力水平会在相当程度上影响前端的图纸及工程要求流转形式，而且这种影响基本上都是对前端技术进步的约束；

2)企业本身对供应商技术能力的提升和全面管理缺乏系统性认知，对供应商的调教意识缺失，导致整个质量及保障能力提升缓慢。

10.工程信息重用

1)企业大量的存量模型、图纸、数据和信息无法有效管理和应用

2)企业技术人员流转频繁造成工程知识无法有效积淀

11.技术人员培养

1)技术进步使设计方法和工程语言全面更新，现有教学体系难以适应；

2)面对与精度设计和质量控制的上千个标准，依靠人员培训提高人员技术素养已无可能。所以，大量企业只能延用原来的技术体系和技术。

12.企业质量现状

1、由国内企业在工程图纸上表现出的设计水平和标准应用水平，我国机械产品的总体技术水平与国际先进水平仍存在着很大的差距；

2、现代化、高精度的加工装备的应用，在一定程度上掩盖了由于设计质量和图纸质量引发的质量问题。但这种不考虑成本的做法，对于民用企业是无法持续的，同时，装配中的质量和效率并没有完全解决。

机械制造行业/企业现状结论

从上面的分析中看似问题多多，并存在于各个环节，似无关联，但究其实则却是一个具有深层次关联的体系问题，其主要体现在：

1、机械产品设计结果未有效映射应用工况和设计工况，导致后端质量、成本、效率和风险等一系列问题；

2、设计结果未有效地信息化，整个制造阶段，从精度设计、工艺设计、检验设计以及加工检测操作的整个过程中信息孤岛林立，尽管花费了大量的人力物力，工程要求仍无法精准、快速、无损流转和解析应用；

3、技术人员流转频繁，技术素养提升困难，常规培训模式已无法有效解决人员水平问题；

4、缺乏有效的软件工具，特别是在精度设计和质量控制领域；

5、存量知识管理和工程样本不足，智能化程应用效果未达预期。

总之，这是一个体系问题，是一个企业核心的数字化、信息化过程，也是一个数智工具落地使用过程，更是AI+工程设计的应用基础。

机械制造行业的解决方案

盖勒普将机械制造行业和企业的上述问题视为一个系统性问题，提出了通过智能化、信息化的有效融合来解决这一问题的思路，并最终通过数智工具的有效应用来解决这一系统问题，让企业产品质量的数智化转型落到实处。

盖勒普的具体解决方案如下：

1、确保设计质量

通过将标几何精度设计方法及工程语言国际ISO/国家GB 产品几何技术规范（Technical product Specification，TPS）^*标准体系的数智融合及几何精度设计工具的自主研发，形成了：

1)围绕着几何精度设计与产品应用工况和控制要求的映射需求，研发了能实现几何精度智辅设计、公差值自动分配和三维尺寸链自动分析功能的数智工具，为几何精度的设计质量提供了有效工具；

2)全自动生成符合国家标准的工程图纸，确保了图纸质量，并大幅加速了工程图纸生成速度；

3)在上述通用功能的基础上，可针对特定类零部件进行订制化开发，实现对这类零部件从设计到图纸生成的一键式操作。

­TPS标准共计涉及300余个ISO/GB标注，主要为：

—   精度设计与公差标注方面的标准：产品几何技术规范与验证（Geometry Product Specification & Verification, GPS），约150个；

—   工程语言与出图方面的标准：产品技术文件（Technical Product Documentation，TPD），约150个；

—   设计中还将涉及到数百个与标准件、加工工艺相关的ISO/GB，以及企业标准规范。

2、确保流转质量

运用基于模型定义（Model Based Definition，MBD）技术，通过信息化模型构建，实现工程要求的信息化流转：

1)全自动生成符合ISO/GB标准的MBD信息模型，该模型中加载的工程要求与几何要素关联，在后端可直接提取和解析应用（这一点有别于目前部分企业在使用的流于形式的三维标注和三维图纸下车间）；

2)自动生成的MBD不仅解决了人工标注操作引发的问题，同时还大幅提升了操作效率。

3、实现信息驱动

通过数智工具自动构建的MBD信息模型，就能实现工程要求的信息化流转，其中包括：

1)MBD信息模型及其包含的、可管理的基准表（Bill of Datum , BOD）、定位装夹表（Bill of Positioning，BOP）要素表（Bill of Feature，BOF）、规范表（Bill of Specification，BOS）、物料表（Bill of Material，BOM）和技术要求表（Bill of Technical Requirements，BOT）等表，这些BOx表可以方便地为后端工艺、检测所用；

2)在后端工艺、检测等环节，可通过相关功能模块的开发，实现在三维环境下对MBD模型中工程要求的提取和关联，配以工艺转化规则、模板及智能算法，就能实现对后续操作直接驱动；

3)运用已构建的三维尺寸链模型，开展基于实数（测量数据）的预装配分析和修配指导，有效提高装配效率。

4、基于模型迭代

产品几何精度的智能设计过程，也是设计过程模型的构建过程，基于此，可实现：

1)基于设计交互与定义、设计过程模型，就能通过对前端设计模型的变更进行识别外，快速形成变更方案，生成变更结果；

2)后端实际操作状态数据，可以关联在过程模型中，为整个产品设计质量和产品迭供提供模型支持。

5、企业数智转型

数智技术的融入和有效应用，能帮助企业快速实现几何质量的数智转型：

1)形成的设计过程模型将支撑起企业的数智设计和产品研发；

2)数智过程模型和数字化的工程信息将成为有价值的工程样本，其将支撑起企业智能技术的应用和转型。

盖勒普的实际工程案例分享

盖勒普自主研发的数智工具，已在国内多家企业得到了实际工程应用，并取得了良好的应用效果，下面为典型的应用案例：

案例1：基于精度数智设计和MBD的设计工艺一体化项目

实施单位：西安某院某所

实施要求：用MBD打通设计、工艺和装配整个流程

操作平台：UG NX，预留对接国产软件接口

产品类型：高精度微小核心器件

实施内容：运用盖勒普提供的数智工具，达成项目要求

—   配置了盖勒普·CAS公差智能设计软件，基于最新精度设计理念，智能生成公差控制方法，彻底改变了原来尺寸公差的设计方法，从设计源头控制了设计质量；

—   配置了盖勒普·TAV精度分配与三维尺寸链分析软件，并融合了企业公差库，实现了对设计风险的有效控制；

—   基于自动构建的三维尺寸链，形成了基于测量数据的零部件修调和选配指导，大幅提高了装配效率；

—   配置了盖勒普·DAG图纸自动生成软件，全自动生成符合ISO/GB和企业规范的二维工程图纸，同时为了兼顾现有的生产状态，还专门研发了以尺寸公差标注为主的、降维的二维工程图纸自动转化和生成模块，很好地解决了项目落地问题；

—   由盖勒普·CAS生成的MBD信息模型，以及同步生成的BOx表,被用来对接企业的结构化工艺设计，实现了工程要求的信息化流转和直驱应用。

实施效果：盖勒普的基础功能软件和定制研发的功能模块已在企业经过了半年多的应用和整改，已着手切入企业内网，并计划在全院推广应用。

案例2：几何精度智能设计和风险控制

实施单位：北京某科研所

实施要求：用数智工具保障设计质量和控制设计风险

操作平台：Creo

产品类型：高精度长寿命惯性陀螺

实施内容：运用盖勒普提供的数智工具，达成项目要求

—   配置了盖勒普·CAS公差智能设计软件，基于最新精度设计理念，智能生成公差控制方法，彻底改变了原来尺寸公差的设计方法，从设计源头控制了设计质量；

—   配置了盖勒普·TAV精度分配与三维尺寸链分析软件，并融合了企业公差库，实现了对设计风险的有效控制；

—   基于自动构建的三维尺寸链，形成了基于测量数据的零部件修调和选配指导，大幅提高了装配效率；

—   运用人工智能技术，对企业产品的设计知识、存量技术信息进行了分析处理，形成了企业产品设计过程中的智能辅助，以及设计风险和处理工具（盖勒普·AAD智能辅助设计软件）；

—   配置了盖勒普·DAG图纸自动生成软件，全自动生成符合ISO/GB和企业规范的二维工程图纸，同时为了兼顾现有的生产状态，还专门研发了以尺寸公差标注为主的、降维的二维工程图纸自动转化和生成模块，很好地解决了项目落地问题；

—   由盖勒普·CAS生成的MBD信息模型，以及同步生成的BOx表,被用来对接企业的几何精度测量工艺设计，自动生成测量计划以及三坐标测点，以规范三坐标测量过程。

实施效果：盖勒普的基础功能软件和定制研发的功能模块已在企业进入应用测试，同时，企业复杂产品的设计规范梳理工作已完成，正进入标注对表和个性化测试。

案例3：几何精度智能设计和工程图纸快速生成及应用

实施单位：南京某制造业大厂

实施要求：智辅实现产品和工装的精度设计和快速出图

操作平台：SolidWorks、预留国产CAD软件接口

产品类型：卫星桁架、蜂窝板、接口及相关工装

实施内容：运用盖勒普提供的数智工具，达成项目要求

—   配置了盖勒普·CAS公差智能设计软件，基于最新精度设计理念，智能生成公差控制方法，彻底改变了原来产品和工装所用的尺寸公差的设计方法，从设计源头控制了设计质量；

—   运用人工智能技术，对企业产品的设计知识、存量技术信息进行了分析处理，并快速提取和分析输入模型的零部件种类，在经过匹配后，全自动快速生成三维标注；

—   配置了盖勒普·DAG图纸自动生成软件，全自动生成符合ISO/GB和企业规范的二维工程图纸，同时为了兼顾现有的生产状态，还专门研发了以尺寸公差标注为主的、降维的二维工程图纸自动转化和生成模块，很好地解决了项目落地问题；

—   由盖勒普·CAS生成的MBD信息模型，以及同步生成的BOx表,被用来对接企业的几何精度测量工艺设计，自动生成测量计划以及三坐标测点，以规范三坐标测量过程；

—   由盖勒普·CAS生成的MBD信息模型，直驱企业的Polyworks测量软件，实现工程要求的信息化流转和直驱。

实施效果：在项目中涉及的所有技术难点攻克、可行性分析和全过程实施案例完成后，目前项目已正式签约。每个零件的公差设计与出图时间将控制在2分钟以内，并能适应所有相似结构产品。

案例4：轴承产品MBD模型和工程图纸全自动生成

实施单位：东北某轴承制造企业

实施要求：基于设计参数输入，全自动生成MBD信息模型和二维工程图纸

操作平台：UG NX、预留国产CAD软件接口

产品类型：各类高精度轴承及相关工装

实施内容：运用盖勒普提供的数智工具，达成项目要求

—   配置了盖勒普·CAS公差智能设计软件，基于最新精度设计理念，轴承的ISO/GB给出的精度控制方法，彻底改变了原来产品和工装所用的尺寸公差的设计方法，从设计源头控制了设计质量；

—   基于所输入的设计参数；全自动生成符合最新ISO/GB和企业规范的轴承和工装和MBD信息模型

—   配置了盖勒普·DAG图纸自动生成软件，全自动生成符合ISO/GB和企业规范的轴承二维工程图纸，同时为了兼顾现有的生产状态，还专门研发了以常用轴承标注为主的、降维的二维工程图纸自动转化和生成模块，很好地解决了项目落地问题；

—   由盖勒普·CAS生成的MBD信息模型，以及同步生成的BOx表,自动生成相应的测量计划，实现工程要求的信息化流转和直驱。

实施效果：在项目中涉及的所有技术难点攻克、可行性分析和全过程实施案例完成后，目前正进行国产软件平台的应用测试。每个轴承的公差设计与出图时间将控制在2分钟以内，并能适应所有相似结构产品。

案例5：非标产品精度智能设计和自动出图系统及应用

实施单位：某非标自动化头部企业

实施要求：产品的智能公差设计与快速出图，并对接工艺与报价

操作平台：SolidWorks、预留国产CAD软件接口

产品类型：各类非标自动线和产品

实施内容：运用盖勒普提供的数智工具，达成项目要求

—   配置了盖勒普·CAS公差智能设计软件，基于最新精度设计理念，智能生成公差控制方法，彻底改变了原来产品和工装所用的尺寸公差的设计方法，从设计源头控制了设计质量；

—   配置了盖勒普·DAG图纸自动生成软件，全自动生成符合ISO/GB和企业规范的二维工程图纸，同时为了兼顾现有的生产状态，还专门研发了以尺寸公差标注为主的、降维的二维工程图纸自动转化和生成模块，很好地解决了项目落地问题；

—   由盖勒普·CAS生成的MBD信息模型，以及同步生成的BOx表,被用来对接企业工艺设计和工时估算报价。

实施效果：盖勒普·CAS软件已在企业应用迭代了半年，目前企业已进入全面切换应用阶段，公差设计和出图时间为原来人工操作的10倍左右，且精准规范。企业计划用本数智软件置换15-20%的设计工程师。

案例6：基于MBD技术的三维信息流转与直驱应用

实施单位：某汽车工业集团P-ME部门和技术中心

实施要求：精准快速的精度设计，以及MBD信息模型的流转和直驱应用

操作平台：UG NX

产品类型：汽车车身和动力总成零件

实施内容：运用盖勒普提供的数智工具，达成项目要求

—   配置了盖勒普·CAS公差智能设计软件，基于最新精度设计理念，智能生成公差控制方法，从设计源头控制了设计质量；

—   配置了盖勒普·DAG图纸自动生成软件，全自动生成符合ASME和企业规范的二维工程图纸，图纸生成速度可达人工操作10倍以上；

—   由盖勒普·CAS生成的MBD信息模型，被用来直接对接结构化工艺，在通用汽车实现加工工艺全自动生成（通用自研系统）；

—   由盖勒普·CAS生成的MBD信息模型，可对接盖勒普自主研发的三坐标测针智能配置模块，实现了复杂测试的一键配置和测量过程仿真，提高三坐标测量准备工作效率60%以上（企业实测数据）

—   针对复杂的车身曲面结构，盖勒普研发了车身曲面及匹配缝隙处破碎曲面的智能识别和缝合技术，并在此基础上形成三维标注，直驱匹配面测点生成

—   所生成的车身MBD信息模型，可对接盖勒普在Polyworks软件上开发的自动匹配操作软件，在预装配的状态下，预测分析装配结果，并自动给出整改报告。

实施效果：盖勒普和该汽车技术中心、汽车厂有着10余年的持续合作，通过双方共同努力，全面打通了从公差智能设计、MBD信息模型流转，MBD信息模型直驱等数智转型操作。目前，上述所有软件及应用模块都已在企业得到实际工程应用。

案例7：基于二维图纸和MBD模型的测量规范自动生成

实施单位：北京某测量技术所

实施要求：能自动识别和提取二维图纸、三维MBD模型的信息，并自动生成测量规范

操作平台：UG NX，并预留国产CAD软件接口

产品类型：航空复杂零件及工装

实施内容：运用盖勒普提供的数智工具，达成项目要求

—   配置了盖勒普·CAS公差智能设计软件，智能辅助生成MBD信息模型，并自动匹配测量规范，生成测量表单；

—   配置了盖勒普·DAR二维图纸自动识别软件，自动提取工程要求，并自动匹配测量规范，生成测量表单；

—   基于盖勒普·CAS软件，对外界输入的MBD模型进行合规性审查，并自动匹配测量规范，生成测量表单；

实施效果：该项目中主要技术难点的测试及可行性分析已完成，并已正式签约，进行实施阶段。

案例8：二维图纸自动识别解析与应用

实施单位：多家仪器仪表制造厂商

实施要求：能自动识别和提取二维图纸、并自动生成测量规范，对接二维影像测量仪

操作平台：WINDOW环境及信创环境

产品类型：各类产品二维图纸

实施内容：运用盖勒普研发的DAR二维图纸识别软件，达成项目要求

—   全自动提取和解析二维图纸上标注的工程信息；

—   全自动识别和提取标注箭头和视图轮廓线；

—   匹配工艺知识库及企业给出的工艺规范和检测规范，自动形成工艺和检测表单。

实施效果：该系统目前已进入公测阶段，在样本训练充分的情况下，识别率可达95%左右。效果良好。

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