三維模型定義 （MBD）實(shí)施經(jīng)驗(yàn)：人員篇

吳軍

一、引言

2015年上半年的三篇文章先后介紹了國際上三維模型定義（MBD）的發(fā)展動(dòng)態(tài)（本刊第二期），以及民用和軍用領(lǐng)域的兩個(gè)成功案例：通用電氣電力和水力部門制定了三步走戰(zhàn)略（本刊第四期）；美國海軍航空作戰(zhàn)中心Lakehurst飛機(jī)分部估計(jì)一年節(jié)約經(jīng)費(fèi) 2100萬人民幣（本刊第五期）。相信讀者朋友對(duì)三維模型定義有了一定的了解，也對(duì)其功效產(chǎn)生了興趣。接下來很關(guān)鍵的一個(gè)問題就是如何在生產(chǎn)中實(shí)施。理念再好，如果不能付諸實(shí)踐，那也只能束之高閣，無法帶來效益。

可喜的是，市場(chǎng)反饋明顯體現(xiàn)了企業(yè)對(duì)實(shí)施的關(guān)注度：如何開展三維模型定義以及三維模型定義成功案例相關(guān)英文博客的點(diǎn)擊率和轉(zhuǎn)載率往往數(shù)倍于其他話題。趁熱打鐵，筆者以下的系列文章將從人員、流程和產(chǎn)品三個(gè)方面，介紹全球幾十家制造企業(yè)具體實(shí)施當(dāng)中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，可以簡記為“三維模型定義實(shí)施十要和十不要”（表1）。很多建議都是基于昂貴甚至慘痛的彎路和教訓(xùn)，希望對(duì)我國的企業(yè)有幫助。

二、MBD實(shí)施經(jīng)驗(yàn)之人員篇

萬事以人為本。沒有人，其他方面都是空談，所以本系列第一篇文章從人員開始，主要側(cè)重于人事結(jié)構(gòu)和團(tuán)隊(duì)理念，后續(xù)幾篇文章將分別討論流程和產(chǎn)品兩個(gè)方面。首先分享人員方面的三個(gè)注意事項(xiàng)。

1.獲得企業(yè)高層的支持

成功的三維模型定義實(shí)施必須得到企業(yè)高層從全局角度的認(rèn)可和支持，自頂向下的貫徹，而不是自底向上。三維標(biāo)注及文檔會(huì)指導(dǎo)眾多下游生產(chǎn)車間和工序，比如調(diào)度、工藝、工具、沖剪、加工、裝配、檢測(cè)、采購和供應(yīng)鏈等。實(shí)現(xiàn)這樣企業(yè)范圍的轉(zhuǎn)變僅僅依靠一個(gè)部門遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要頂層設(shè)計(jì)和布局。

有了高層的支持，實(shí)施所需要的人員、資金、時(shí)間和設(shè)備容易得到保障。而且部門之間的協(xié)調(diào)和障礙的疏通會(huì)更加及時(shí)有效。比如 2012年，通用電氣電力和水力事業(yè)部工程副總裁在自己的業(yè)績考核里面寫明要在 2013年完成 100個(gè)三維定義零件。這使得所有工程部門有動(dòng)力和壓力跟產(chǎn)品設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)合作實(shí)施。2014年新任工程副總裁在自己業(yè)績考核中也制定了類似的指標(biāo)（數(shù)據(jù)來源：ModelBased Enterprise at GE Power and Water，PrashantKulkarni，2014）。

反之，自底向上的工作會(huì)很難開展。三維模型定義不是一個(gè)獨(dú)行俠可以自己完成的技術(shù)創(chuàng)新。它需要超越理念階段，付諸實(shí)踐，在整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)協(xié)作的土壤中生根發(fā)芽，發(fā)光發(fā)熱，由此也會(huì)帶來大面積的影響和改變。比如要求工藝或檢測(cè)部門停止多年使用的二維圖樣，改用三維文檔。這種轉(zhuǎn)變不亞于從手繪工程圖向計(jì)算機(jī)繪圖的轉(zhuǎn)變，這些部門可能根本沒有意愿、時(shí)間或者能力顧及。

2.組建三維模型定義實(shí)施的核心團(tuán)隊(duì)

得到了高層的支持，下面很重要的步驟就是組建核心團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)至少應(yīng)該由涉及到的關(guān)鍵部門代表組成，既能考慮多方訴求和利益，又能在各個(gè)部門樹立分頭推進(jìn)的帶頭人。實(shí)施范圍大小決定了成員的多少，但設(shè)計(jì)、制造和檢測(cè)部門是通常應(yīng)該包括的，因?yàn)樗鼈兏采w了一個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)周期最基本的環(huán)節(jié)。此外一個(gè)關(guān)鍵部門是信息技術(shù)，負(fù)責(zé)軟硬件環(huán)境和數(shù)據(jù)管理等，為其他部門提供平臺(tái)。其他可能的部門還包括：工藝、鑄造、裝配、CAD管理員、數(shù)據(jù)庫的管理員、采購、培訓(xùn)和供應(yīng)鏈等。

之后需要指定團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人和專門領(lǐng)域帶頭人。實(shí)施的總負(fù)責(zé)人至關(guān)重要。首先在權(quán)力方面，一定要得到高層領(lǐng)導(dǎo)的充分授權(quán)和支持，能夠掌控人員、資金、時(shí)間、設(shè)備以及其他必要資源；其次在責(zé)任方面，實(shí)施成敗的關(guān)鍵指標(biāo)要制定在負(fù)責(zé)人的業(yè)績考核當(dāng)中。并且總負(fù)責(zé)人必須熟悉設(shè)計(jì)和制造流程，對(duì)三維模型定義富于膽識(shí)、熱情和堅(jiān)定的信心，能夠鼓舞和帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)及各個(gè)部門，而且在阻力面前不會(huì)輕易放棄。還需要項(xiàng)目管理的經(jīng)驗(yàn)，能夠有效的溝通、協(xié)調(diào)，跟蹤進(jìn)度、經(jīng)費(fèi)、考量改進(jìn)前后的收效。同樣，各個(gè)專門領(lǐng)域帶頭人也需要堅(jiān)信三維理念，把實(shí)施關(guān)鍵指標(biāo)制定在個(gè)人業(yè)績考核中。最后需要注意的是帶頭人不應(yīng)該只是各個(gè)部門隨意敷衍交差的提名。每個(gè)人都需要能夠獨(dú)當(dāng)一面，在各自部門當(dāng)中充當(dāng)先鋒。

3.調(diào)動(dòng)參與人員的積極性

二維工程圖到三維模型定義的改變從上到下會(huì)遇到重重阻力，受挫不可避免。團(tuán)隊(duì)成員很容易有中途退出的想法，比如幾年前一個(gè)兒童娛樂設(shè)施和服務(wù)企業(yè)開始實(shí)施，但是團(tuán)隊(duì)的一個(gè)關(guān)鍵成員就迫于難度選擇退出。在挫折面前的另外一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)是內(nèi)耗、互相推諉責(zé)任。所以激發(fā)熱情，達(dá)到1+1大于 2而非相反，就至關(guān)重要。

調(diào)動(dòng)積極性的方法很多，比如宣傳三維模型定義的巨大效益、樹立具有重大積極意義的共同目標(biāo)、尊重獨(dú)立自主的決策和執(zhí)行、及時(shí)總結(jié)階段性進(jìn)展、組織成果競(jìng)賽、表彰突出貢獻(xiàn)和考核業(yè)績等。一個(gè)巧妙的范例是泰科電子（TycoElectronics）的實(shí)施團(tuán)隊(duì)在 2013年制作了一個(gè)精美的內(nèi)部宣傳片：假想在 2018年，設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)和采購等環(huán)節(jié)的工程師分別回憶從 2013年到 2018年五年間，各自實(shí)施三維模型定義的歷程、挑戰(zhàn)和成果。中心思想很簡單：“雖然經(jīng)歷了種種困難，但是在堅(jiān)實(shí)的改進(jìn)面前驀然回首，每個(gè)部門都欣慰當(dāng)初決定轉(zhuǎn)型到三維模型定義?！边@個(gè)視頻在整個(gè)公司廣泛流傳，非常有效的統(tǒng)一了目標(biāo)，鼓舞了士氣。

需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是參與人員不應(yīng)該只是實(shí)施團(tuán)隊(duì)的核心成員，對(duì)各個(gè)部門，尤其是下游生產(chǎn)環(huán)節(jié)的積極支持者也應(yīng)該充分鼓勵(lì)。另外對(duì)反對(duì)者，也不必在口頭上一爭高下，空談?dòng)谑聼o補(bǔ)。更有建設(shè)意義的是細(xì)心傾聽反對(duì)的緣由。有些誤解可以澄清；有些困難確實(shí)存在，可以共同解決，減少阻力：比如在第四期文章中介紹了通用電氣在三維模型定義基礎(chǔ)上快速創(chuàng)建“仿工程圖”作為過渡文檔，盡量照顧習(xí)慣二維圖樣的場(chǎng)合。

上文總結(jié)了“三要”，接下來提出三個(gè)“不要”，即注意避免的誤區(qū)。

1.不要猶豫不前

提起三維模型定義，企業(yè)可能顧慮重重，比如三維模型定義能否節(jié)省時(shí)間、二維工程圖能否被取代、項(xiàng)目投資能否承受，是否必須為車間購買大量數(shù)字化設(shè)備，供應(yīng)鏈能否接受等。顧慮可以理解，但是要意識(shí)到時(shí)不我待，美日德等制造強(qiáng)國都在大力推進(jìn)。我國要實(shí)現(xiàn)“智慧制造”，三維模型定義是很重要的基石。中國有句老話：“不怕慢，就怕站”：哪怕緩慢前進(jìn)，摸著石頭過河，也比左右觀望，錯(cuò)失機(jī)會(huì)強(qiáng)。限于篇幅，本文只針對(duì)幾點(diǎn)常見顧慮分享一些客觀案例和數(shù)據(jù)。

（1）三維模型定義能否節(jié)省時(shí)間？

很多工程師提出：“即使略過二維工程圖和二維標(biāo)注，還是需要三維標(biāo)注，哪里能夠節(jié)省時(shí)間？”要回答這個(gè)問題，首先要從整個(gè)產(chǎn)品生命周期來思考。三維模型定義一個(gè)重要功效在于：清晰無歧義而且集成同步的三維標(biāo)注大幅度提高下游生產(chǎn)環(huán)節(jié)的理解速度和準(zhǔn)確率，減少廢料和返工。一份研究報(bào)告通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)表 2的量化改進(jìn)。

更進(jìn)一步，一個(gè)生產(chǎn)流程之后，產(chǎn)品還會(huì)經(jīng)歷幾年、十幾年、甚至幾十年的維護(hù)和升級(jí)換代階段。以美國國防部為例，平均 65%～80%的產(chǎn)品生命周期費(fèi)用實(shí)際發(fā)生在這個(gè)階段。而且現(xiàn)代許多產(chǎn)品的生命周期大幅延長，比如某轟炸機(jī)預(yù)期壽命是 94年（數(shù)據(jù)來源：Paul Huang，Reuse of Model Based Definition Data to Increase Army Efficiency and Reduce LifecycleCosts和 Technical Data Package Specification for 3D MBD and MIL-STD-31000 Overview， 2010年）。漫長周期當(dāng)中，汗牛充棟的紙質(zhì)二維工程圖非常容易丟失、破損或與三維設(shè)計(jì)脫節(jié)。而三維模型定義能夠把產(chǎn)品制造信息清晰集成到三維數(shù)字文檔，易于管理、維護(hù)、更新和查詢。整個(gè)生命周期的效益會(huì)是三維標(biāo)注一個(gè)步驟的成百上千倍。另外還要考慮到多種自動(dòng)化的三維制造應(yīng)用，如坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、三維掃描檢測(cè)和大數(shù)據(jù)分析等。在三維模型定義的基礎(chǔ)上，這些應(yīng)用的效率會(huì)登上一個(gè)新的臺(tái)階，詳見后續(xù)文章。

即使就三維標(biāo)注這一個(gè)步驟來講，三維模型定義也有可能節(jié)省時(shí)間，因?yàn)槟Ｐ捅旧砭桶素S富信息。首先模型特征尺寸和公差有可能重（chong2）用顯示在三維空間，而無需另外標(biāo)注；其次，有些軟件提供三維自動(dòng)標(biāo)注功能：選好模型類型、公差類型、基準(zhǔn)面、需要定義的局部特征乃至整個(gè)模型，幾秒鐘就可以標(biāo)注完畢。

（2）二維工程圖能否被取代？

另一個(gè)常見疑慮是二維工程圖已經(jīng)使用了 200多年，并且行之有效，廣泛使用。難道真的能被取代？答案很顯然，短期不可能取代。就像三維 CAD已經(jīng)推行了 30年，但是世界CAD市場(chǎng)份額大概還有一半是二維。改變都需要時(shí)間，但是這不能否定新技術(shù)新方法的價(jià)值。

三維模型定義很重要的價(jià)值定位是完全可以兼容支持二維工程圖的使用習(xí)慣：所有傳統(tǒng)標(biāo)注都可以創(chuàng)建，所有傳統(tǒng)視圖都可以呈現(xiàn)，甚至圖面布局都可以延用二維工程圖，簡而言之就是“首先不會(huì)缺失信息”。這樣就可以消除很多顧慮。在此基礎(chǔ)之上，如果具備數(shù)字化環(huán)境，那么第三維優(yōu)勢(shì)就信手拈來：旋轉(zhuǎn)、測(cè)量和關(guān)聯(lián)響應(yīng)等。所以不僅不會(huì)比二維工程圖缺失信息，而且能夠提供更加清晰和豐富的應(yīng)用。因此準(zhǔn)確來講，三維模型定義是用來“升級(jí)”，而不是簡單的取代二維工程圖。表 3技術(shù)升級(jí)的類比可以解釋的更加清楚：手機(jī)兼容支持座機(jī)的所有功能，而且提供了附加的移動(dòng)性和智能應(yīng)用，既照顧了座機(jī)用戶的傳統(tǒng)習(xí)慣，又提供了更多價(jià)值。如今手機(jī)的普及率已經(jīng)毋庸置疑了。此外一個(gè)更徹底的升級(jí)是從膠卷相機(jī)到數(shù)碼相機(jī)。后者完全涵蓋前者的功能，而且有百利而無一害，那么何樂而不為呢？

（3）項(xiàng)目投資能否承受？

如第五期案例所述：2013年美國海軍航空作戰(zhàn)中心Lakehurst飛機(jī)分部，兩個(gè)大規(guī)模試點(diǎn)項(xiàng)目總工時(shí) 1，220小時(shí)，團(tuán)隊(duì)一共 12人，人均投入約 100小時(shí)，即不到三周；總投資 178萬元，只占 2014年中國企業(yè)平均固定資產(chǎn)投資的 5.4%。而且我國企業(yè)的試點(diǎn)項(xiàng)目規(guī)模不必像美國海軍那么大，完全可以從點(diǎn)滴開始，哪怕只是一根軸，一個(gè)減速箱，可以降低初期投資。另外中國人力成本比美國有優(yōu)勢(shì)，也可以進(jìn)一步縮小工時(shí)成本。只要我國的企業(yè)有決心，實(shí)施應(yīng)該是力所能及的。

（4）是否必須為車間購買大量數(shù)字化設(shè)備？

這個(gè)問題很大程度上源于對(duì)三維模型定義和無紙化兩個(gè)概念的混淆。第四期通用電氣的案例當(dāng)中已經(jīng)做了詳細(xì)的澄清。簡而言之：三維模型定義強(qiáng)調(diào)升級(jí)換代二維工程圖，并不排斥打印圖樣，完全可以延用圖樣流程，無需購買大量數(shù)字化設(shè)備。

（5）供應(yīng)鏈能否接受？事實(shí)上，供應(yīng)鏈對(duì)三維模型定義的接受程度可能比想象的要高，這里舉兩個(gè)例子。

首先是一家水處理設(shè)備公司。在 2014年介紹三維模型定義的時(shí)候，出于顧慮，特意邀請(qǐng)了十多家供應(yīng)商一起參加討論。結(jié)果大多數(shù)供應(yīng)商看到產(chǎn)品演示，特別是三維 PDF之后，不但表示能夠在未來項(xiàng)目中接受改變，并且還開始主動(dòng)構(gòu)想自己的企業(yè)應(yīng)該如何實(shí)施。

還有一家企業(yè) 2009年強(qiáng)制要求下游的供應(yīng)鏈開始使用計(jì)算機(jī)輔助制造軟件（CAM），讀取原始的 CAD格式，輔助以簡化的二維工程圖。起初一些加工廠反對(duì)，但是為了贏得生意，被迫嘗試。然而新流程啟用之后，無論是量產(chǎn)還是樣品，加工的報(bào)價(jià)、數(shù)控編程和交貨都明顯提速。這正好是雪中送炭，因?yàn)楫?dāng)時(shí)任務(wù)量非常重，已經(jīng)需要兩班倒，效率的提高實(shí)現(xiàn)了供需雙贏。更有意思的是，熟悉新流程之后，加工廠主動(dòng)提出“為什么不能把所有信息都集成到一個(gè)三維文件當(dāng)中？這樣就可以省略二維工程圖了?！笨梢娫谄鸪醣粍?dòng)嘗試之后，三維模型定義反而成為了供應(yīng)鏈更進(jìn)一步的主動(dòng)選擇，而且那是在 6年以前。另外值得注意的是，這個(gè)加工廠并非大型高精尖企業(yè)。他們只是兩人合伙經(jīng)營的小作坊，配備了一臺(tái)數(shù)控機(jī)床和 CAM。

上述兩個(gè)例子非常具有代表性。早在 2009年，美國國防部對(duì)幾百家供應(yīng)商的問卷表明，69%表示愿意在三維模型定義流程當(dāng)中運(yùn)作（數(shù)據(jù)來源：MBE SupplierCapabilities Assessment，Department of Defense，2009年，樣本數(shù)量：445）。進(jìn)而在 2012年，89%的供應(yīng)商表示三維模型定義能比二維工程圖更好的傳遞設(shè)計(jì)意圖（數(shù)據(jù)來源：

MBE Supplier Capabilities Assessment，Department ofDefense，2012年，樣本數(shù)量：46）。

以上簡要討論了五點(diǎn)常見的顧慮。希望能夠幫助我國企業(yè)建立信心，大膽實(shí)踐，而不是猶豫不前。下面回到需要避免的另外兩個(gè)誤區(qū)。

2.不要急于求成

上節(jié)提到“不要猶豫不前”，然而過猶不及，這節(jié)提醒企業(yè)“不要急于求成”。美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的三維模型企業(yè)項(xiàng)目帶頭人 Paul Huang分享了親身經(jīng)歷的深刻教訓(xùn)。2009年，陸軍一個(gè)基地開始實(shí)施三維模型定義，挑選了一個(gè)非常復(fù)雜的項(xiàng)目：某裝甲車“十字型”變速箱，總共 2000多個(gè)零件。盡管項(xiàng)目完成了，但是也帶來了很多問題。首先產(chǎn)品太復(fù)雜，拉長了周期。參與人員上手一次，長時(shí)間沒機(jī)會(huì)重復(fù)，容易遺忘。不但人員缺乏機(jī)會(huì)練手，購買的軟件硬件也沒有機(jī)會(huì)更多的使用，浪費(fèi)了資源。其次，復(fù)雜的產(chǎn)品一次帶來太多的挑戰(zhàn)，讓團(tuán)隊(duì)難以適應(yīng)，產(chǎn)生了消極情緒（數(shù)據(jù)來源：Paul Huang，Reuse of Model Based Definition Data to Increase Army Efficiency andReduce Lifecycle Costs，2010年）。鑒于上述的教訓(xùn)，我國的企業(yè)可以根據(jù)自身情況循序漸進(jìn)，從小規(guī)模試點(diǎn)開始摸索。理順流程、積累經(jīng)驗(yàn)、鍛煉團(tuán)隊(duì)，為未來項(xiàng)目做鋪墊。這樣螺旋式上升會(huì)降低風(fēng)險(xiǎn)。

3.不要局限在設(shè)計(jì)部門

另一個(gè)典型誤解是三維模型定義只由設(shè)計(jì)人員領(lǐng)導(dǎo)，其他部門服從就可以了。這樣的態(tài)度顯然容易受到孤立和抵觸。更務(wù)實(shí)的是同舟共濟(jì)，合作共贏。

首先需要了解合作方：哪些要求會(huì)強(qiáng)人所難，哪些是力所能及的，哪些影響成本或工期。比如美國一家醫(yī)療器械公司非常強(qiáng)調(diào)熟悉加工環(huán)節(jié)的軟硬件環(huán)境和需求。由于某些加工廠可以直接讀入他們的 CAD格式，設(shè)計(jì)部門可以只標(biāo)注關(guān)鍵尺寸和公差，加工廠可以參考模型得到其他名義尺寸。所以這種條件下行之有效的辦法是以 CAD模型為主，以簡化二維工程圖為輔。但是如果有些設(shè)計(jì)需要尋找其他廠商完成，那么這套方法可能行不通，需要重新調(diào)研商定。

了解之后還要盡量配合。有正反兩個(gè)例子很能說明問題。美國一家研究型制造企業(yè)規(guī)定：實(shí)施三維模型定義，技術(shù)要求必須顯示在打印或者數(shù)字文檔的第一頁。這樣調(diào)度人員只需掃一眼第一頁，就可以迅速?zèng)Q定哪些項(xiàng)目需要外協(xié)，哪些需要內(nèi)聯(lián)，哪些部門介入，大致工序如何等；而且加工人員無需翻頁，可以立即確定特殊加工步驟。此外規(guī)定有些技術(shù)要求必須在相關(guān)的三維視圖內(nèi)部或附近顯示，這樣加工人員就可以一并讀取視圖和注釋，而不需要來回翻頁，即使打印之后也很容易看到，而不用擔(dān)心關(guān)聯(lián)的視圖和技術(shù)要求失散。另外一個(gè)細(xì)致周到的規(guī)定是：全局注釋要在每個(gè)頁面都顯示，還是為了方便讀圖、避免翻頁、確保加工。反之如果一意孤行，合作方甚至有可能拒絕參與。比如 2014年，美國一家直升機(jī)制造商要求最新的一款直升機(jī)完全由三維模型定義流程設(shè)計(jì)制造。由于預(yù)見到種種問題，又缺乏必要的支持，有些二線三線供應(yīng)商寧可丟失這單生意，也不愿意冒著風(fēng)險(xiǎn)嘗試新流程。

綜上所述，三維模型定義實(shí)施在“人員”領(lǐng)域的六條經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如表 4所示。如果您想了解更多，歡迎關(guān)注后續(xù)文章從“流程”和“產(chǎn)品”角度介紹其他經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，也歡迎與Oboe.MBD@gmail.com聯(lián)系討論。來信提出建議、想法、問題的同仁，都會(huì)免費(fèi)得到一份精美的三維 PDF。

關(guān)鍵領(lǐng)域 三要 三不要

人員 1.獲得企業(yè)高層管理人員的支持2.組織三維模型定義實(shí)施的核心團(tuán)隊(duì)3.調(diào)動(dòng)參與人員的積極性 1.不要猶豫不前2.不要急于求成3.不要局限在設(shè)計(jì)部門

三、作者的話

對(duì)于本系列的文章，筆者有些話想講：這些總結(jié)遠(yuǎn)非完整的實(shí)施手冊(cè)，且篇幅有限，只能以點(diǎn)帶面，希望今后有機(jī)會(huì)介紹更多的實(shí)施要點(diǎn)、成功案例、最新技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。另外經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)都有其時(shí)效性：本系列文章根據(jù)大多數(shù)企業(yè) 2015年現(xiàn)狀提出建議，筆者將盡量做到既包括長遠(yuǎn)理想方案，又包括眼前的實(shí)際辦法。也歡迎與 Oboe.MBD@ gmail.com聯(lián)系討論。 IM