淺談三維協(xié)同設計

□王守中 王 偉

1.三維設計

今天由于計算機軟硬件技術的進步，設計人員擺脫二維圖形的限制，進入三維設計階段。三維設計采用虛擬現(xiàn)實技術，人們面對的不再是抽象的二維空間，而是三維實體，二維圖紙只不過是三維設計的副產(chǎn)物，設計人員可以把更多的精力放在設計上，而不是畫圖上，充分發(fā)揮設計人員的想象力，使設計更加合理。同時三維設計表現(xiàn)直觀便于和非專業(yè)人士進行技術交流。

三維設計軟件采用的尺寸驅動，使得我們在產(chǎn)品方案設計階段即可迅速得到合理的設計方案和成果 （工程量、體形、碰撞等），并且這樣的成果可延續(xù)至產(chǎn)品的最終設計。

圖紙校審方便，圖紙的校審工作不再是圖紙尺寸的校審和依據(jù)圖紙尺寸去判別結構的合理性，圖紙的校審工作發(fā)生根本性的改變，結構的合理性可以從三維模型中直接獲取，尺寸的校審工作也不再是尺寸校對，轉變?yōu)闄z查尺寸標注的合理性。

三維設計成果可貫穿建設項目的全壽命期，為產(chǎn)品的運行、管理、維護直至壽命終結提供基礎數(shù)據(jù)資料。在三維設計階段，建設項目的整個活動與過程“沒有計算機是做不到的”。

除了沒有計算機就做不到．在傳統(tǒng)的工作模式下也做不到。設計團隊需要共同搭建一個模型，每一個成員在整體模型中完成自己承擔的部分。可以清楚地看出每一部分設計數(shù)據(jù)是唯一的，相互間的關系是真實準確的。設計者關注的是設計本身，模型建成之后，圖紙不過是對模型任意剖切得到的二維描述。此時“設計”和“繪圖”已清晰地分開的。

2.協(xié)同設計

“協(xié)同設計”是當前設計行業(yè)經(jīng)常提到的一個概念。水利水電工程設計參與專業(yè)眾多，有測量、地質(zhì)、水工、機電、金結、廠房等，各專業(yè)參與其中，完成設計任務的某一部分。協(xié)同設計就是指在設計過程中，多專業(yè)相互配合，共同完成設計任務。由于多專業(yè)、多設計人員參與其中，每人對項目的理解參差不齊，設計思路各有差異，會導致項目在設計過程中產(chǎn)生碰撞、配合等問題，從而降低設計質(zhì)量和效率。協(xié)同設計的作用正是使各專業(yè)相互交流、溝通、協(xié)調(diào)，以最大程度將設計中因協(xié)調(diào)不暢而產(chǎn)生的問題最小化。

二維設計也有協(xié)同，如上下游專業(yè)互提資料單，召開設計協(xié)調(diào)會，設計人員參考其他人員的圖形文件等。問題是幾張圖紙不能完全展現(xiàn)所有的設計數(shù)據(jù)，而各專業(yè)間圖紙表述內(nèi)容、類型、數(shù)量千差萬別，難以做到整套圖紙的協(xié)同。因此，二維設計無法達到實時協(xié)同，根源在于二維設計本身不具備實時協(xié)同的基礎。

以圖紙為工作對象的傳統(tǒng)工作方式，由于同一設計內(nèi)容在不同圖紙上重復出現(xiàn)而使得修改的工作量成倍增加，從而出錯的機會也成倍增加。對于目前大量的一般設計項目來說．電腦繪圖的工作方式盡管有諸多弊端，但還是可以保證完成設計。甚至由于設計人員對此種工作方式的熟練操作，個人的高工作效率，掩蓋了其中的消極因素——團隊低效率。但從設計項目的發(fā)展趨勢來看，項目曰趨復雜。參與設計項目的人員和團隊眾多。專業(yè)化分工協(xié)作的趨勢曰趨明顯，專業(yè)化的范圍逐漸擴大，專業(yè)分工更多更細，深度也逐漸加大。一些超大型的復雜設計項目，采用傳統(tǒng)的工作方式已經(jīng)難以實現(xiàn)了。

三維協(xié)同設計的工 作模式形成設計團隊的梯形構架和設計文件的多層次結構——團隊模式，設計人員更多地關注設計本身，而不只是圖紙。準確的設計內(nèi)容；清晰的文件結構關系；規(guī)范的元素標準，決定了最終的輸出結果一定是正確無誤的。

3.兩項原則是協(xié)同設計的關鍵

3.1 設計數(shù)據(jù)的惟一性原則

它體現(xiàn)在三維設計中無疑是概念清晰操作明確的。三維協(xié)同設計以單一模型來實現(xiàn)設計數(shù)據(jù)的惟一性，而當應用于二維設計時，惟一性的概念往往被忽略，根本的原因在于二維設計中設計數(shù)據(jù)與設計圖紙概念的混淆。三維協(xié)同設計中設計數(shù)據(jù)體現(xiàn)在模型中，設計數(shù)據(jù)與設計圖紙概念的區(qū)分是實現(xiàn)設計數(shù)據(jù)惟一性的基礎。

3.2 設計團隊以設計內(nèi)容為分工依據(jù)的原則

建立起了設計數(shù)據(jù)惟一性的概念，設計團隊分工的依據(jù)就成為下一個應當解決的問題。以設計內(nèi)容而不是最終的圖紙內(nèi)容為分工依據(jù)是實現(xiàn)團隊協(xié)同設計另一個關鍵所在，合理有效的分工方式是實現(xiàn)設計數(shù)據(jù)惟一性的基礎，同時兩者互為充分必要條件。

4.三維協(xié)同設計從設計功能和信息共享管理上需要解決的問題

4.1 各專業(yè)間的數(shù)據(jù)關聯(lián)

三維模型易于理解，無多義性，各專業(yè)三維模型可以關聯(lián)，設計變更快。這就要求各專業(yè)三維協(xié)同設計應采用同構的三維設計軟件，否則，難以保證有效的數(shù)據(jù)關聯(lián)。

4.2 總體和局部的關系

機械行業(yè)一般采用自下而上的設計方法，首先設計各個零件模型，而后將零件模型按照模型的相對關系組裝即可。水利水電工程則采用自上而下的設計方法，先進行總體布置，再進行水工建筑物細部設計。總體布置需要定義整個工程的關鍵定位、布置基準、各水工建筑物相對位置關系和重要尺寸，這與三維設計軟件骨架設計思想是一致的，工程總體設計開始就要從工程裝配的最高層面上考慮工程的設計結構，搞清楚整體裝配和子裝配的位置關系，上游向下游傳遞設計數(shù)據(jù)表達，有的放矢地進行各專業(yè)設計。

4.3 統(tǒng)一的三維設計模型和參數(shù)

三維協(xié)同設計需統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)源，來保證數(shù)據(jù)的唯一性。通過統(tǒng)一管理設計模型和設計參數(shù)，使各專業(yè)在最新版本的三維模型上工作，一個專業(yè)的修改對其它專業(yè)的影響能即時體現(xiàn)。

4.4 設計結構、參數(shù)、關聯(lián)和知識信息的管理

三維模型含有大量的結構、參數(shù)、關聯(lián)和知識信息，這些信息通過數(shù)據(jù)庫技術和三維模型融合在一起，可以非常方便地提取這些信息，進行查詢、統(tǒng)計和管理。在二維設計中，這些數(shù)據(jù)無法和圖紙放在一起，也就沒有直接的關系了。

4.5 設計流程管理

在協(xié)同設計平臺的統(tǒng)一管理下，對設計流程進行定義和管理，設計活動在協(xié)同設計平臺管理下進行，設計人員通過網(wǎng)絡對三維模型進行實時瀏覽、批注、修改等，完成三維設計、校核、評審、直至三維發(fā)布。

改變?nèi)说牟僮髁晳T是困難的，改變?nèi)说乃季S方式則更困難。三維設計最大的難點不是投資和軟硬件設施，而是改變設計人員的思維方式和工作習慣。人們已習慣了以圖紙為對象的設計方法，一旦改變成以模型為設計對象，會感到無從下手，初期設計效率會有所降低。但是，無論我們是否真的愿意接受，三維設計取代二維設計是必然的，當然，并不是所有設計都必須用到三維。如果說在電腦取代手工繪圖時，我們還可用鼠標來模擬筆和尺，三維設計我們則沒有多少經(jīng)驗可以借鑒，也正是因此，三維設計所能夠帶給我們的沖擊和變革動力才是真正值得期待的。□