本文介紹了勞倫斯河建船閘翻新的三維工程設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)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(rèn)為可以打開這條航線的鑰匙。從1895年開始，美國(guó)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(zhǎng)達(dá)2038英里，是連接加拿大圣勞倫斯河和美國(guó)五大湖的航運(yùn)大動(dòng)脈，被譽(yù)為20世紀(jì)的工程奇跡之一。

　　2002年，圣勞倫斯航道管理公司決定對(duì)圣勞倫斯航道韋蘭運(yùn)河段的船閘進(jìn)行現(xiàn)代化改造。項(xiàng)目完成后，韋蘭運(yùn)河將成為世界上有最大調(diào)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(shí)現(xiàn)安大略湖與伊利湖之間的暢通。這一長(zhǎng)達(dá)5年、斥資2400萬(wàn)美元的項(xiàng)目一經(jīng)提出，全球眾多工業(yè)企業(yè)摩拳擦掌，躍躍欲試。

圖：俯瞰圣勞倫斯河

　　盡管回報(bào)豐厚，但項(xiàng)目的復(fù)雜程度也超乎人們的想象：圣勞倫斯航道韋蘭運(yùn)河段有11個(gè)水閘，一套老舊的設(shè)備控制著水閘的開關(guān)。競(jìng)標(biāo)方需要對(duì)的三個(gè)主要部件進(jìn)行更新：一個(gè)重達(dá)100噸的大型閘門，一個(gè)負(fù)責(zé)控制水閘內(nèi)放水與儲(chǔ)水的閥門，以及防止船身通過(guò)水閘時(shí)撞到閘門的鋼索。同時(shí)，該項(xiàng)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(xiàng)目最終的贏家是德國(guó)博世的子公司博世力士樂(加拿大)(以下簡(jiǎn)稱博世)，博世贏在哪里?只有博世的設(shè)計(jì)師們才有最好的答案。

　　三維工程設(shè)計(jì)新理念迎戰(zhàn)二維設(shè)計(jì)傳統(tǒng)

　　對(duì)于博世來(lái)說(shuō)，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(shè)計(jì)向傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的號(hào)角，促成了博世設(shè)計(jì)戰(zhàn)略的全面革新。

　　在項(xiàng)目競(jìng)標(biāo)之前， 博世所有的設(shè)計(jì)都采用二維軟件。工程師們說(shuō)：“我們難以直觀地看到自己的設(shè)計(jì)。尤其是涉及復(fù)雜的制造過(guò)程時(shí)，我們很難向制造車間人員把零件的外形描繪清楚。”確實(shí)，這些復(fù)雜的水閘、軸承、水閥開關(guān)等的工程圖紙就像“紙上的一團(tuán)鋼絲棉”，對(duì)工程部門以外的人來(lái)說(shuō)，幾乎等同于天書。“競(jìng)標(biāo)時(shí)，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(shí)體建立起聯(lián)系，”博世的工程師憂心忡忡。

圖：復(fù)雜的裝配圖紙

　　為了贏得訂單，并改變以往的被動(dòng)局面，博世終于做出了一個(gè)大膽的決定：放棄二維設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)向三維設(shè)計(jì)。這個(gè)決定當(dāng)時(shí)冒著極大的風(fēng)險(xiǎn)：因?yàn)殚L(zhǎng)期使用二維設(shè)計(jì)及軟件，博世的設(shè)計(jì)歷史數(shù)據(jù)都是以二維格式儲(chǔ)存的，它們能夠順利的轉(zhuǎn)入三維軟件嗎?博世的大部分設(shè)計(jì)師熟悉二維軟件的操作，但幾乎都是三維設(shè)計(jì)的新手，他們能在短期內(nèi)勝任嗎?更重要的是，如果不能產(chǎn)生顯著的投資回報(bào)，那么采用最新三維設(shè)計(jì)就毫無(wú)意義，但誰(shuí)能給出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)呢?

　　三維設(shè)計(jì)和工程解決方案，叩響過(guò)程自動(dòng)化的大門

　　博世曾經(jīng)為軟件平臺(tái)轉(zhuǎn)換吃過(guò)不少苦頭，因此從二維轉(zhuǎn)向三維設(shè)計(jì)和工程軟件時(shí)疑慮重重。但事實(shí)證明這種擔(dān)憂是多余的，因?yàn)檎麄€(gè)過(guò)程非常順利。博世結(jié)合適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)，分階段部署了歐特克的數(shù)字化樣機(jī)解決方案Autodesk Inventor。

　　Autodesk Inventor是歐特克面向制造業(yè)的數(shù)字化樣機(jī)解決方案的核心，該解決方案通過(guò)模擬、分析和可視化，在生產(chǎn)前檢驗(yàn)產(chǎn)品性能，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，減少對(duì)物理樣機(jī)的依賴，從而提高設(shè)計(jì)效率，有效控制成本，加速產(chǎn)品創(chuàng)新與上市速度。采用三維設(shè)計(jì)以后，博世不僅節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，而且繪圖錯(cuò)誤也明顯減少。

　　在參與競(jìng)標(biāo)時(shí)，博世的設(shè)計(jì)小組使用Autodesk Inventor制作的投標(biāo)提案動(dòng)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(xiàng)目交給博世。

圖：水閘的三維設(shè)計(jì)圖

　　盡管AutoCAD仍然是項(xiàng)目使用的標(biāo)準(zhǔn)軟件，但是Autodesk Inventor既能支持三維可視化，又能在設(shè)計(jì)和繪圖完成后將圖紙轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)確的AutoCAD DWG文件格式，因此，博世在項(xiàng)目中廣泛使用了Autodesk Inventor進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。

　　“我們要處理大量復(fù)雜形狀，出現(xiàn)沖突和尺寸錯(cuò)誤之類的問(wèn)題十分普遍。使用Autodesk Inventor讓我們可以看到各部分之間的關(guān)系和沖突情況，三維視圖可以逼真地顯示復(fù)雜形狀(如軟管)的實(shí)際狀態(tài)。” 博世力士樂加拿大公司液壓事務(wù)部設(shè)計(jì)工程經(jīng)理Jim Lambert 回憶說(shuō)。

　　“歐特克給了我們進(jìn)行可視化和迅速修改設(shè)計(jì)的工具，讓我們把錯(cuò)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(xiàng)目首席設(shè)計(jì)師 Ben Gilmore表示。

圖：水閘發(fā)電機(jī)的三維設(shè)計(jì)圖

　　將三維工程設(shè)計(jì)進(jìn)行到底

　　有了Autodesk Invertor，博世可以直接從設(shè)計(jì)階段進(jìn)入生產(chǎn)階段，而不再需要制作昂貴的物理樣機(jī)。需要測(cè)試某一部件時(shí)，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(guò)度設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)不足，實(shí)現(xiàn)了成本控制以及安全標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　“三維設(shè)計(jì)讓我們得以探索多種工程應(yīng)用方案，要是沒有三維設(shè)計(jì)軟件，類似的工作只能交給專業(yè)供應(yīng)商來(lái)完成。在實(shí)施項(xiàng)目的時(shí)候，如果沒有Autodesk Inventor和ANSYS DesignSpace 這樣的FEA補(bǔ)充程序的話，我們就肯定無(wú)法設(shè)計(jì)和制造出萬(wàn)向環(huán)這樣的關(guān)鍵部件來(lái)。”博世力士樂加拿大公司的系統(tǒng)工程組組長(zhǎng)John Rauscher說(shuō)。

　　博世也由此成功的設(shè)計(jì)了運(yùn)河的新閘門。通過(guò)在三維環(huán)境中查看模型，車間人員清楚地理解了設(shè)計(jì)意圖，并加快了部件的制作。這樣，博世就把三維技術(shù)一直應(yīng)用到了生產(chǎn)車間。

　　隨著項(xiàng)目的深化，圖紙?jiān)絹?lái)越多。但博世的設(shè)計(jì)小組的月平均不達(dá)標(biāo)率反而下降了46%，圖紙錯(cuò)誤率減少了25% ，繪圖準(zhǔn)確率提高了7%。與使用常規(guī)二維AutoCAD進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)相比，設(shè)計(jì)時(shí)間縮短了50%以上。使用Autodesk Inventor后，以前需要1000多個(gè)小時(shí)設(shè)計(jì)的項(xiàng)目現(xiàn)在只要一半時(shí)間就可以完成。

　　在項(xiàng)目進(jìn)行到一半的時(shí)候，三維設(shè)計(jì)已經(jīng)在博世得到了基本普及，一半以上的設(shè)計(jì)部門已經(jīng)開始采用三維設(shè)計(jì)。三維設(shè)計(jì)讓博世贏了項(xiàng)目，更贏得了未來(lái)。

　　更廣泛的應(yīng)用，簡(jiǎn)化生產(chǎn)

　　博世還依靠歐特克制造業(yè)解決方案在內(nèi)部和外部審核中共享設(shè)計(jì)。圣勞倫斯航道管理公司使用Autodesk DWF Viewer軟件審核博世設(shè)計(jì)的每個(gè)新裝置，該免費(fèi)軟件能讓用戶以DWF格式輕松查看并打印包含大量數(shù)據(jù)的二維圖紙和三維模型。Lambert說(shuō)：“它將設(shè)計(jì)可視化，給客戶帶來(lái)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(gè)部件，從而充分了解整個(gè)組件和設(shè)計(jì)意圖。一旦達(dá)到令人滿意的渲染效果，他們就可以截屏保存畫面，通過(guò)畫紅線標(biāo)注來(lái)清楚地傳達(dá)設(shè)計(jì)變更要求。”

　　而博世在在內(nèi)部使用Autodesk Design Review軟件來(lái)簡(jiǎn)化審核，該軟件無(wú)需原始創(chuàng)建軟件即可以全數(shù)字方式審核和標(biāo)記二維、三維設(shè)計(jì)。裝配車間配備工作站，用于檢查組件和標(biāo)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(shuō)：“我們不用再盯著平面圖想象哪里可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，一切都鮮活地展現(xiàn)在眼前。”

　　為方便管理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，博世還在精選項(xiàng)目中采用Autodesk Vault軟件管理過(guò)程數(shù)據(jù)，并計(jì)劃配合Autodesk Productstream軟件一起全面推廣，用于自動(dòng)發(fā)布、工程變更跟蹤和材料清單(BOMs)管理。“我們現(xiàn)在的文件管理系統(tǒng)不完善，經(jīng)常需要要求其他人關(guān)閉圖紙，”Lambert說(shuō)。“我們急需一套能夠便于設(shè)計(jì)師合作和設(shè)計(jì)的安全系統(tǒng)。所以，我們打算將所有歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)入Autodesk Vault并計(jì)劃把它連接到我們現(xiàn)在使用的SAP系統(tǒng)上。”