三維機械軟件在五金行業(yè)中應(yīng)用的一點探索 The application of 3D-mechanical software in hardware field 薩威奧五金貿(mào)易（上海）有限責任公司 孫波 摘要摘要:科技是第一生產(chǎn)力。在中國的門窗五金行業(yè)中，計算機技術(shù)，特別是 CAD 技術(shù)得到了長足的發(fā)展。但是與國外同行相比，國內(nèi)的 CAD 應(yīng)用還局限于二維平面，遠沒有延伸到三維空間。就此問題，筆者進行了一定的探討。Abstract:Science and technology constitute a primary productive force.The computer technology has made a big progress in hardware of windows and doors,especially CAD.However,comparing the technology in 3D space that have been used by the foreign technicians,our CAD is only used in 2D field.So the author researches and studies this problem in this article.前言前言 大概在四、五年前，筆者出外公干，第一次見到國外的同事為客戶所做的五金及型材的三維圖，非常直觀和立體,完全不同于當時在國內(nèi)平日所見所用的二維平面圖，贊嘆之余筆者被深深震驚了。在后來的接觸中才逐漸了解到這些立體圖是國外的技術(shù)人員用專業(yè)的三維機械軟件完成的,而且這些軟件軟件已經(jīng)成為他們經(jīng)常使用的一項很基本的工具，如同我們使用的 AutoCAD。興趣所至，同時為了減少與國外同行的差距，就此這幾年筆者進行了一定的摸索，并在工作中不斷反復(fù)實踐，下面就自己的一點心得和大家分享。為什么五金行業(yè)需要用特別的三維機械軟件？為什么五金行業(yè)需要用特別的三維機械軟件？就真實產(chǎn)品的立體幾何形狀而言，門窗或幕墻中所用鋁合金或 PVC 型材因為是模具擠壓生產(chǎn)，具有明顯的桿件特性（即橫截面相同，只在線性長度方向上發(fā)生變化），所以相對來說，在沒有特別的要求下，只要表現(xiàn)型材的橫截面就可以了，正如我們見到的大多數(shù)的節(jié)點圖那樣。當然型材加工中的 T 型連接、十字連接、組角等明顯還是三維圖更直觀一些，但即使這樣的圖做起來也不是更難，也只需要將截面圖進行“拉伸”及一些簡單的布爾運算處理即可。因此從這個角度而言，無論型材的二維還是三維視圖都是較易處理的。而玻璃是形狀規(guī)則的扁平的長方體，就更容易圖形表現(xiàn)了。但開啟部分的五金則完全不同，即使一個小小的鎖座，都有比型材或玻璃復(fù)雜的多的多的曲線和曲面。理論上說，如果用 AutoCAD 之類的二維繪圖軟件來完成(或無限逼近)這些曲面是可能的（即用二維平面表現(xiàn)三維立體，俗稱的 2.5D），但實際操作起來要效率低下，費時費力，并且效果差強人意。而實際工作中的某些要求，如五金件的有限元受力分析則是根本不可能用原來的二維繪圖軟件完成的，下面會有介紹。因此，作為一名從業(yè)人員，為提高效率，在圖紙上更能表達自己的想法和理念，更出色的完成工作，我們有必要使用專業(yè)的三維機械軟件。所用軟件所用軟件 如前所述，本質(zhì)上開啟扇五金是形狀比較復(fù)雜的機械制品，所以涉及常用的三維軟件包括pro/E,CATIA,AIP(Autodesk inventor professional),Solidwork 等等，這些軟件本身是制作精良的大型的CAD/CAM 軟件，被廣泛的應(yīng)用于機械領(lǐng)域的諸多其他行業(yè)，小到螺絲釘大到宇航飛船的樣機設(shè)計，模具制造等（如波音飛機制造公司就是 CATIA 的大客戶）。比起通用的二維軟件，專業(yè)的三維軟件功能基本上是另一套東西，從基本的使用理念到具體的操作命令都有很大的差異，功能強大，附帶的模塊也很多，對使用者的素質(zhì)，計算機的硬件環(huán)境也要高得多。換句話說，進入這一領(lǐng)域的“門檻”要高。應(yīng)用應(yīng)用 最關(guān)鍵的問題是，這種專業(yè)的三維機械軟件到底能為我們做什么呢？需要說明的，前文提到的這些三維軟件最初的使用目的都是用于機械零件的設(shè)計、生產(chǎn)，制造等環(huán)節(jié)。相比較非常專業(yè)且范圍狹窄的五金設(shè)計及制造領(lǐng)域，筆者更關(guān)心這些軟件中在銷售、技術(shù)支持等范圍內(nèi)更普遍更具體的應(yīng)用，這也是本文討論重點。同時，因為各種軟件之間的差異,本文也不涉及到某種具體操作和使用問題。1.五金立體表達圖。五金立體表達圖。在我們的工作中，“表達”是一件多么重要的事啊，無論是做銷售還是技術(shù)，無論 是總經(jīng)理還是工程師，和周圍的同事，拜訪的客戶，面對面的討論、傳真、電話會議，電子郵件等等我們所做的種種工作本質(zhì)上都是一種表達，可以說，“表達”占了絕大多數(shù)人每天的工作的大部分內(nèi)容，其重要性不言而喻。對于五金技術(shù)人員來說，圖紙是每天與客戶、與同事的“表達”的主要角色，一份好的圖紙也能起到事半功倍的作用。而相比較平面功能較大的二維軟件，三維軟件更能表現(xiàn)五金的曲面及層次感，如我們要表現(xiàn)一個執(zhí)手:薩威奧內(nèi)開執(zhí)手二維表現(xiàn)圖 薩威奧內(nèi)開執(zhí)手三維表現(xiàn)圖 薩威奧內(nèi)開執(zhí)手內(nèi)部撥叉及背板的三維示意圖 很顯然,拿著實物說明是最清楚、最直觀的方法，但現(xiàn)實很多情況下這樣做是局限性和不切實際的，特別是五金數(shù)量眾多或要說明內(nèi)部結(jié)構(gòu)的時候。比如，當我們在跟非專業(yè)人士如業(yè)主，開房商、建筑師進行用幻燈片進行講解，這樣一目了然、奪人眼球的表達視圖就格外重要，因為并不能強求每個人都能看懂二維的三視圖并進行正確的三維空間想象的。同時，三維機械軟件往往帶有功能強大的渲染模塊（或者可將文件輸出到渲染軟件中后期教加工），可以根據(jù)需要將實體模型賦予材質(zhì)、顏色、燈光、環(huán)境等等，并渲染出不同風格，如手繪風格，油畫風格等，多彩、生動的效果大大豐富我們的表現(xiàn)能力，也讓略顯枯燥的五金顯得有趣、活潑起來。2.五金與型材、五金與五金之間的裝配表達圖五金與型材、五金與五金之間的裝配表達圖 門窗和幕墻都是一個系統(tǒng)工程，五金也不是單獨存在的，當五金從業(yè)人員在跟客戶溝通的時候，很多時候要闡述五金與五金之間，或五金與型材之間的空間位置和裝配關(guān)系，如果僅憑語言，或是二維圖說明白是很困難的，甚至會有嚴重的錯誤。如果這時候能夠提供一張精細的三維裝配圖給客戶，便能直觀的說明問題，給予充分的指導，也顯出了制圖者的專業(yè)水準。如下圖是筆者實際參與某中東工程中，從美觀考慮，建筑師要求使用分離式執(zhí)手，同時框上可視面的底座部分要求盡量小，并且有相應(yīng)的遮蓋罩，因為建筑師在國外，溝通起來非常不方便，根據(jù)其具體要求筆者做了幾套方案并發(fā)給郵件給他，從使用效果來看，業(yè)主及建筑師還是比較滿意的。這是其中的一套：讀者可以想象如果用二維繪圖軟件如何表達以上內(nèi)容。這份示意圖僅是幾個零件與型材的簡單裝配，事實上幾十個、上百個的零件（如內(nèi)開內(nèi)倒、內(nèi)倒側(cè)滑）與型材之間的裝配組合也可以清晰地表達出來，這對二維繪圖軟件來說，基本上是不可能完成的任務(wù)。3.加工圖加工圖 對門窗、幕墻公司等加工單位來說，型材加工圖的重要性不言而喻，特別是有關(guān)五金的加工部分。五金件本身的復(fù)雜，零件眾多，同時要求精度高，這都會造成一定的加工難度。對于某些五金件的加工尺寸只是平面內(nèi)的加工（如內(nèi)開內(nèi)倒執(zhí)手孔），相對簡單，但有不少部分的型材加工圖是立體的，即要整體考慮五金件對型材、五金件對五金件的各種空間影響。比如加工門型材的鎖體部分，加工執(zhí)手部分要同時兼顧側(cè)面鎖體的對應(yīng)位置，不然就會出現(xiàn)門鎖體和執(zhí)手無法正常安裝或互相配合。而立體功能強大，空間概念清晰的三維機械軟件可以輕松解決這個問題，避免出現(xiàn)加工錯誤。同樣以外開型材為例：某家外開型材的用薩威奧執(zhí)手加工圖 4.五金件的受力分析五金件的受力分析 在實際工程中，五金件往往是開啟部分的主要受力件，如鉸鏈，鎖點鎖座等等，承受窗扇重力、風荷載，軸轉(zhuǎn)力，開啟力等等形式各異的力。但往往五金結(jié)構(gòu)特別，形狀復(fù)雜，受力多樣，因此按照常規(guī)的方法難以計算其受力情況。這個問題以前多憑經(jīng)驗甚至直接忽略掉（如門窗計算書中很少有考慮五金件的受力的），這樣做的缺點自然是過于經(jīng)驗主義，缺乏科學根據(jù)，甚至會埋下五金出問題的隱患。這個計算傳統(tǒng)的二維繪圖軟件基本上是幫不上忙的，但，三維軟件可賦予物體材質(zhì)特性及各種物理屬性（抗拉/抗剪強度，彈性模量等等），因此可以利用三維軟件自帶的有限元分析模塊或?qū)⒘慵胗邢拊嬎丬浖M行計算，得到定性結(jié)果。以某工程中薩威奧鎖座受力為例：薩威奧鎖點受力為 1000N 時的變形狀態(tài) 需要說明的是，因為實際環(huán)境中多種不確定因素的存在，有限元也是用數(shù)學方法盡量接近真實情況。因此，這種力學計算結(jié)果只能供參考，比如可以考察零件中最薄弱的地方。只可作定性而不能作定量使用，即趨勢基本正確，但數(shù)據(jù)不可能與真實情況一模一樣。5.運動仿真運動仿真 與相對固定的型材及玻璃不同，大部分的五金件本身往往是“活”的，除了支配開啟扇運動之外，自身也會有各種各樣的運動（如平動，或者轉(zhuǎn)動），因此五金件運動軌跡往往值得我們研究，來確定整個開啟扇的運動情況，最常見的是確定是否會出現(xiàn)型材與五金、五金與五金、型材與型材的干涉情況，亦可制成動畫來查看。這樣做的效果是可未雨綢繆，在設(shè)計階段將問題事先解決掉，避免實際過程中帶來可能無法挽回的嚴重后果。以前幾日為客戶校核型材為例：某幕墻廠家隱框開啟扇開啟干涉示意圖 由上圖看出，作出摩擦鉸鏈和客戶型材模型進行運動仿真，得到的結(jié)果是客戶這款隱框幕墻開啟扇開到 10，上部的玻璃長邊即與型材發(fā)生干涉。后經(jīng)與客戶溝通，修改了玻璃下料尺寸，有效的在工程前避免了這個問題的發(fā)生?？偨Y(jié)總結(jié) 依筆者觀點，三維軟件是一個非常有用的工具，對這種工具的熟練應(yīng)用程度體現(xiàn)了技術(shù)人員和從業(yè)者的“基本功”。目前二維平面軟件都有一定的三維功能，但總體來說還是相對弱的，而三維軟件的各種強大功能會讓我們?nèi)缁⑻硪?，從二維軟件到三維軟件是進步也是必然趨勢，其意義有些類似以前的畫圖板到 AutoCAD 的偉大過渡。目前，這些三維軟件各種技術(shù)都在國外應(yīng)用廣泛而成熟，如果大家打開任何一本正規(guī)的國外五金或系統(tǒng)公司的目錄或加工說明書，都能看到大量的三維表現(xiàn)圖。而國內(nèi)五金業(yè)界這方面的應(yīng)用才是剛剛起步，我們這方面功力還遠遠遜于國外同行，因此需要我們不斷努力，不斷學習，才能屹立行業(yè)的最前端。