本文介紹了勞倫斯河建船閘翻新的三維工程設計相關內容。

　　很久以前，北美的歐洲殖民者就開始尋找一條與東方通商的海路航線，位于美加邊境的圣勞倫斯河就是人們認為可以打開這條航線的鑰匙。從1895年開始，美國和加拿大就開始商討共同開辟這條水上路線;1959年，圣勞倫斯河航道正式竣工，該航道長達2038英里，是連接加拿大圣勞倫斯河和美國五大湖的航運大動脈，被譽為20世紀的工程奇跡之一。

　　2002年，圣勞倫斯航道管理公司決定對圣勞倫斯航道韋蘭運河段的船閘進行現代化改造。項目完成后，韋蘭運河將成為世界上有最大調升水位功能的河道，可將大型輪船升高或降低170米之多，(這一落差也是尼亞加拉大瀑布形成的原因)實現安大略湖與伊利湖之間的暢通。這一長達5年、斥資2400萬美元的項目一經提出，全球眾多工業企業摩拳擦掌，躍躍欲試。

圖：俯瞰圣勞倫斯河

　　盡管回報豐厚，但項目的復雜程度也超乎人們的想象：圣勞倫斯航道韋蘭運河段有11個水閘，一套老舊的設備控制著水閘的開關。競標方需要對的三個主要部件進行更新：一個重達100噸的大型閘門，一個負責控制水閘內放水與儲水的閥門，以及防止船身通過水閘時撞到閘門的鋼索。同時，該項目還必須使用特殊材料防止河水的侵蝕。

圖： 大型船閘和鋼索

　　項目最終的贏家是德國博世的子公司博世力士樂(加拿大)(以下簡稱博世)，博世贏在哪里?只有博世的設計師們才有最好的答案。

　　三維工程設計新理念迎戰二維設計傳統

　　對于博世來說，這一次的勝利不僅僅是贏得了訂單，更是一種觀念上的革命，它吹響了三維設計向傳統的二維設計挑戰的號角，促成了博世設計戰略的全面革新。

　　在項目競標之前， 博世所有的設計都采用二維軟件。工程師們說：“我們難以直觀地看到自己的設計。尤其是涉及復雜的制造過程時，我們很難向制造車間人員把零件的外形描繪清楚。”確實，這些復雜的水閘、軸承、水閥開關等的工程圖紙就像“紙上的一團鋼絲棉”，對工程部門以外的人來說，幾乎等同于天書。“競標時，我們不能拿出三張二維圖紙，然后期待用戶把它們與三維實體建立起聯系，”博世的工程師憂心忡忡。

圖：復雜的裝配圖紙

　　為了贏得訂單，并改變以往的被動局面，博世終于做出了一個大膽的決定：放棄二維設計，轉向三維設計。這個決定當時冒著極大的風險：因為長期使用二維設計及軟件，博世的設計歷史數據都是以二維格式儲存的，它們能夠順利的轉入三維軟件嗎?博世的大部分設計師熟悉二維軟件的操作，但幾乎都是三維設計的新手，他們能在短期內勝任嗎?更重要的是，如果不能產生顯著的投資回報，那么采用最新三維設計就毫無意義，但誰能給出準確的預測呢?

　　三維設計和工程解決方案，叩響過程自動化的大門

　　博世曾經為軟件平臺轉換吃過不少苦頭，因此從二維轉向三維設計和工程軟件時疑慮重重。但事實證明這種擔憂是多余的，因為整個過程非常順利。博世結合適當的培訓，分階段部署了歐特克的數字化樣機解決方案Autodesk Inventor。

　　Autodesk Inventor是歐特克面向制造業的數字化樣機解決方案的核心，該解決方案通過模擬、分析和可視化，在生產前檢驗產品性能，優化設計方案，減少對物理樣機的依賴，從而提高設計效率，有效控制成本，加速產品創新與上市速度。采用三維設計以后，博世不僅節省了設計時間，而且繪圖錯誤也明顯減少。

　　在參與競標時，博世的設計小組使用Autodesk Inventor制作的投標提案動畫贏得了甲方的好感與信任，出色的渲染效果讓客戶欣然同意把項目交給博世。

圖：水閘的三維設計圖

　　盡管AutoCAD仍然是項目使用的標準軟件，但是Autodesk Inventor既能支持三維可視化，又能在設計和繪圖完成后將圖紙轉換成準確的AutoCAD DWG文件格式，因此，博世在項目中廣泛使用了Autodesk Inventor進行三維設計。

　　“我們要處理大量復雜形狀，出現沖突和尺寸錯誤之類的問題十分普遍。使用Autodesk Inventor讓我們可以看到各部分之間的關系和沖突情況，三維視圖可以逼真地顯示復雜形狀(如軟管)的實際狀態。” 博世力士樂加拿大公司液壓事務部設計工程經理Jim Lambert 回憶說。

　　“歐特克給了我們進行可視化和迅速修改設計的工具，讓我們把錯誤降到最低限度，從而滿足并超越客戶的期望。”博世力士樂加拿大公司項目首席設計師 Ben Gilmore表示。

圖：水閘發電機的三維設計圖

　　將三維工程設計進行到底

　　有了Autodesk Invertor，博世可以直接從設計階段進入生產階段，而不再需要制作昂貴的物理樣機。需要測試某一部件時，博世的工程師就在Autodesk Inventor Professional中使用ANSYS® DesignSpace的有限元分析功能，從而避免了過度設計以及設計不足，實現了成本控制以及安全標準要求。

　　“三維設計讓我們得以探索多種工程應用方案，要是沒有三維設計軟件，類似的工作只能交給專業供應商來完成。在實施項目的時候，如果沒有Autodesk Inventor和ANSYS DesignSpace 這樣的FEA補充程序的話，我們就肯定無法設計和制造出萬向環這樣的關鍵部件來。”博世力士樂加拿大公司的系統工程組組長John Rauscher說。

　　博世也由此成功的設計了運河的新閘門。通過在三維環境中查看模型，車間人員清楚地理解了設計意圖，并加快了部件的制作。這樣，博世就把三維技術一直應用到了生產車間。

　　隨著項目的深化，圖紙越來越多。但博世的設計小組的月平均不達標率反而下降了46%，圖紙錯誤率減少了25% ，繪圖準確率提高了7%。與使用常規二維AutoCAD進行項目設計相比，設計時間縮短了50%以上。使用Autodesk Inventor后，以前需要1000多個小時設計的項目現在只要一半時間就可以完成。

　　在項目進行到一半的時候，三維設計已經在博世得到了基本普及，一半以上的設計部門已經開始采用三維設計。三維設計讓博世贏了項目，更贏得了未來。

　　更廣泛的應用，簡化生產

　　博世還依靠歐特克制造業解決方案在內部和外部審核中共享設計。圣勞倫斯航道管理公司使用Autodesk DWF Viewer軟件審核博世設計的每個新裝置，該免費軟件能讓用戶以DWF格式輕松查看并打印包含大量數據的二維圖紙和三維模型。Lambert說：“它將設計可視化，給客戶帶來了極大的幫助。客戶可以直接在DWF Viewer里切換查看三維組件中的各個部件，從而充分了解整個組件和設計意圖。一旦達到令人滿意的渲染效果，他們就可以截屏保存畫面，通過畫紅線標注來清楚地傳達設計變更要求。”

　　而博世在在內部使用Autodesk Design Review軟件來簡化審核，該軟件無需原始創建軟件即可以全數字方式審核和標記二維、三維設計。裝配車間配備工作站，用于檢查組件和標記DWFs，以及建議新的管路和其他變更。裝配車間主任Bob Van Vliet說：“我們不用再盯著平面圖想象哪里可能會出現問題，一切都鮮活地展現在眼前。”

　　為方便管理設計數據，博世還在精選項目中采用Autodesk Vault軟件管理過程數據，并計劃配合Autodesk Productstream軟件一起全面推廣，用于自動發布、工程變更跟蹤和材料清單(BOMs)管理。“我們現在的文件管理系統不完善，經常需要要求其他人關閉圖紙，”Lambert說。“我們急需一套能夠便于設計師合作和設計的安全系統。所以，我們打算將所有歷史數據導入Autodesk Vault并計劃把它連接到我們現在使用的SAP系統上。”