機械工程師的成功要訣是什么？
工程為什么如此至關重要？Tech-Clarity在一項研究中調研了客戶購買他們的產品的原因。

 

數據來源：Tech-Clarity

當把最成功的企業，也就是所謂的績效卓越企業，與其他企業進行比較時，績效卓越的企業更有可能提供客戶購買其產品的多個理由。這意味著工程師需要同時關注多個成功標準，并 且仍然具備創新所需的時間和靈活性。

創新對成功尤其關鍵，因為它是績效卓越企業和普通企業間的最突出差異。如果要開展創新，工程師必須能夠盡早地迭代他們的設計，通過探索大量的創意思路，發現最佳的設計。

這是因為在產品生命周期的初期階段，設計的靈活性最強，做出修改的成本也最低。然而隨著設計接近尾聲，即將交接給制造階段，所做的任何修改都會造成非常嚴重的影響。

 

數據來源：Tech-Clarity

一旦設計完成交接，就會訂購鋼材和原材料，制作加工工具，聯系組件供應商，并開始生產。此時所做的任何修改不但成本高昂，而且也難以落實，可能會導致預算超出，項目延遲。

3DEXPERIENCE CATIA可向機械工程師提供開發高品質、創新型產品的強大工具。原因？它從設計流程的初期階段起就提供比以往任何時候都更深入的產品深度信息，同時提供建模、優化和虛擬測試您的設計的強大功能。

 

為什么選擇CATIA？

借助3DEXPERIENCE CATIA，您將能夠：

• 一切皆可建模
• 學習輕松
• 重復使用幾何結構
• 輕松駕馭大型裝配件
• 借助仿真進行優化和測試
• 評估運動
• 面向可制造性的設計
• 采用基于模型的定義(MBD)
• 管理產品數據，并適應相關需求變化
• 通過將人、流程和數據互聯互通，開展協作

 

 

一、一切皆可建模！

建模功能是CAD工具最重要的功能。工程師不能在這方面遭遇挫折，也不應竭盡全力才能獲 得建模設計所需的CAD工具。此外，數字模型必須準確反映現實。如果這個要求無法滿足， 可能會導致后期修改和制作更多的物理原型，從而耗費更多的時間與成本。相反，如果有非 常準確的建模器，工程師就可以將更多的時間投入創新。

CATIA是最優秀的幾何結構核心建模器

CATIA因具有高幾何準確度而知名。其可靠性和穩定性非常高，工程師可在無需擔心建模故 障或浪費數小時修補模型的情況下，非常輕松地修改他們的設計，以迅速進行迭代。 它的建模功能豐富多樣，從設計嚴格的飛機到美觀大方的酒杯，都能適用。無論您的產品多 么復雜，只要深諳CATIA深受航空航天與國防行業信賴，將人的生命托付給它的準確性，您 就可以確信它的準確度將為您節省物理原型成本。

無與倫比的表面修整

卓越的表面修整功能賦予您競爭優勢。例如，空氣動力學表面能提升能效。此外，美觀宜人 的設計能以酷炫外觀俘獲客戶的心。這些品質可為航空航天與國防、汽車、高科技、消費品 以及工業設備行業貢獻極為寶貴的價值。 在CAD中一個表面沒有厚度，因此相對于實體幾何結構，它的操作更靈活簡便。因此采用表 面建模，更容易創建美觀自然的形狀和A類表面。 類表面光滑連續，具備空氣動力學和美學夢寐以求的理想反射特征。然而切線和連續性計算 極為復雜；需要一款專門為此設計的表面修整功能的CAD工具。只有借助CATIA將高度準確 的3D實體建模與A類表面修整功能完美整合在一起。

 

二、學習輕松，easy！

工程時間十分寶貴，不應浪費在非增值的工作上。CAD工具應支持相關設計流程，而非控制 設計流程或制造拖慢工程師步伐的無益障礙。繁瑣的菜單選擇、四處尋找功能，甚至是為專 用應用學習新用戶界面，都是對工程時間的浪費。

直觀的用戶體驗 3DEXPERIENCE CATIA的用戶界面已經針對這些問題進行了更新。我們借助我們掌握的關于 工程師的設計方法的專業知識，其中包括我們的SOLIDWORKS用戶，然后運用現代方法實現易用性。這使得3DEXPERIENCE CATIA無論對新用戶還是老用戶，學習和使用起來都非常簡便。

情景化菜單可根據您選擇的表面、平面、曲線、邊或特征，提供合乎邏輯的選項。例如，如 果您選擇一個邊您將只看到有關的命令，如“倒圓角 (Fillet)”和“倒角 (Chamfer)”。另外， 精簡化的用戶界面和彈出菜單能減少鼠標移動，提高工程師的工作效率。此外，工程師還可 以將常用命令添加到操作板上，以方便使用。最后，3DEXPERIENCE CATIA中的每一項應用 都反映相同的邏輯和工作流程，因此一致的用戶界面能使掌握專門功能的使用方法變得輕松 易行，從而節省學習時間。

簡單粗暴直接建模

若有必要，3DEXPERIENCE CATIA也靈活地提供直接建模。使用直接建模時，用戶可以通過 簡單的“推拉”修改表面，從而輕松地迅速完成改動。另外它也讓軟件對需要快速創建數字原型，但不經常使用的用戶更容易使用。此外，這項功能對修改多CAD文件或STEP文件尤 其便捷。因此，工程師無需擔憂他們取得的CAD數據類型，因為通過這項功能，無論是何種 數據類型都能輕松地進行處理。

生產力提升神器

3DEXPERIENCE CATIA可提供多項促進工程生產力提升的易于使用的功能。例如，Auto Draft 自動在模型中繪制所有需要的面，Auto Fillet將在所有邊上都添加倒圓角。為進一步提高生 產力，3DEXPERIENCE CATIA智能軟件 (Knowledgeware) 可幫助您獲取企業知識和對模型 應用規則或配方。為進一步提升自動化水平，3DEXPERIENCE CATIA還支持腳本編寫。

 

三、可以重復使用幾何結構

在設計過程中，最令人沮喪的莫過于不斷重復過去已經完成的工作。這不僅浪費時間，而且 如果與原始設計存在任何偏差，還有可能引入錯誤的風險。如果工程師可以重復使用現成的 設計，無論其格式如何，情況會有多大的改觀？在“建模一切”章節中介紹過的強大表面建 模功能也有助于簡化這個操作。

多CAD

大多數工程師都必須處理多CAD數據，無論數據來自供應商、客戶、公司中的其他人，還 是來自歷史數據。好消息是3DEXPERIENCE CATIA能簡化多CAD數據的使用和修改。此外， 3DEXPERIENCE CATIA還可提供強大的表面修復功能，以修補導入的幾何結構。

將物理轉化為數字

3DEXPERIENCE CATIA同時也可提供幫助工程師根據點云迅速構建3D表面的功能，為逆向工 程提供支持。此外，它還能從粘土模型或概念原型導入點云，向概念階段提供支持。這項功 能甚至能將物理部件的轉換后掃描點云與設計完畢的數字模型進行比較，幫助驗證包括3D 打印部件在內的制成部件。隨后工程師就能分析相關差異。

3DEXPERIENCE CATIA功能非常強大，甚至能勝任為您的工廠創建數字孿生的重任。例如， 一旦您需要仿真工廠運營以提高生產力、保障安全、發現潛在問題。此時您可以掃描您的工 廠，導入數據，創建數字模型。

 

 

四、輕松駕馭超大型裝配件

由于負責設計裝配件內單個組件的多位工程師可能分散在不同位置、時區，也許還涉及第三 方供應商和合作伙伴，因此協作成為一項難題。為確保組件正確裝配，工程師必須不斷相互 溝通各自的設計進展。然而令人遺憾的是，缺乏良好協作是常態。工程師將29%的時間花費 在處理過時數據上，這對業務造成嚴重的負面影響。

圖3：過時信息的業務影響

如果沒有人傳達對安裝螺釘位置的簡單更改，或對表面輪廓進行少許的調整，那么在裝配過 程中就會遇到問題。 在采用傳統工具的情況下，工程師可以提取完整的裝配件來解決這個問題，但是數據會迅速 地過時。此外，如果將這些組件全部都存儲在存儲器中，所需的計算能力將是一個難題。在 某些情況下，裝配件可能過大，甚至無法提取。

卓越性能

3DEXPERIENCE CATIA的架構設置目的，是充分運用現代技術來解決這些難題。因為這種獨 特的數據架構，3DEXPERIENCE CATIA能比其他CAD工具更快提取最大型的裝配件。即便裝 配件內含組件數超過100萬個，3DEXPERIENCE CATIA也能順利地提取它，這是大多數CAD 工具所不具備的能力。您可以輕松探索大型的裝配體結構，通盤掌控整個產品的情況。這不 但有助于工程師了解其設計工作的情景，也對產品管理和架構師特別有價值，因為他們所做 的是有關產品方向的關鍵決策。

單獨考慮您的具體需求

工程師隨后可以縮小自己的視野，聚焦自己關注的具體領域。這樣他們的視野就不會受到外 部信息的干擾，但工程師仍然可以在對他們的工作有影響的相關裝配件零部件的情景下工作。 3DEXPERIENCE CATIA可提供多種篩選功能，以盡可能提高使用便捷性。例如，您可以只圍 繞您想要觀察的部分畫一個箱體，刪除箱體外的所有內容。

實現并行工程

綜合運用這些功能，就能實現真正的并行工程。在工程師設計自己的組件時，他們在顯示裝 配件其余部分的情景下工作，能實時地看到其他人的設計。

他們被自動提示影響自己的修改，并可以立即修改相關設計，而不會等到數周或數月發生沖 突后再去解決。此外，這種方法還能輕松地發現干擾和開展沖突分析。這樣當最終產品準備 好進行裝配，就能對成功裝配滿懷信心。

借助3DEXPERIENCE CATIA，工程師還能靈活提取所需數據，而裝配件其余部分則采用精簡 版或只顯示虛影。這樣工程師可以看到其他組件，但存儲器中只有他們正在設計的部件。因 此，性能得到了大幅度提升。

 

 

五、借助仿真進行優化和測試

避免在后期階段發生成本高昂的問題的方法之一，是盡早地發現這些問題。與此同時，工程 師必須優化多項指標，以滿足客戶的需求。鑒于他們必須通盤考慮所有的一切，這項工作并 不輕松。事實上，根據Tech-Clarity的一項研究發現，44%的工程師認為這些決策的難度變 大。4具體原因包括品質與性能要求的提高、工程師為了支持相關決策必須搜集大量信息、 時間約束、工程師必須考慮大量的組件和配置。

如果沒有任何指導，基本不可能做出這些決策，尤其是在最富經驗的工程師已臨近退休年齡。 Tech-Clarity還偶然發現，在對問題解決方法進行比較時，包括尋求專家建議和等待物理測 試結果，工程師認為仿真是解決設計問題的理想方法的概率比其他方法高3.7倍。5仿真可幫 助工程師更快地發現設計問題。越早使用仿真，就有越多工程師采用仿真指導相關設計決策， 優化他們的設計。

統一平臺

盡管仿真是十分強大的工具，準備用于分析的模型需要一定的時間。這也是3DEXPERIENCE CATIA是競爭力如此出眾的解決方案的另一個原因。設計與仿真共享同一個模型，就無需浪 費時間導出導入模型或花費幾個小時為分析做準備。另外，工程師也不必等待數天才能獲得 分析師的結論。這些結論由于設計發生后續變更，已經過時。借助3DEXPERIENCE CATIA， 分析將始終都反映最新的設計變更。

獲得相關專業知識

盡管3DEXPERIENCE CATIA可方便設計工程師盡早開展應力分析，評估結構完整性，但設計 工程師并非始終都具備獨力開展分析的專業能力。相反，他們可能需要分析師提供的指導。 事實上，根據Tech-Clarity開展的調研，83%的卓越績效公司認為，如果設計工程師和分析 師能更輕松地開展協作，他們就能從仿真獲取更多價值。6而且受訪公司普遍認為，設計工 程師和仿真專家的最佳協作方式，是實時發送在模型上協作的鏈接。

借助3DEXPERIENCE CATIA，工程師就能準確獲得這些功能。設計工程師可以邀請分析師與 他們一起審查模型，讓分析師提供分析反饋。這樣設計工程師將獲得支持更優質決策所需的 指導，從而對自己的設計建立信心。

 

六、評估運動

并非所有的設計都是靜止的，因此除了確保產品的功能足夠強大之外，工程師還必須經常評 估相關運動。同樣地，如果工程師能在設計過程中盡早評估運動，他們就能在最寬容的設計 階段優化設計，節省大量時間與成本。

盡管功能強大，但在過去設置分析需要一定的時間。定義每個裝配件約束和接合類型不但繁 瑣，而且如果在設計模型中這樣做，操作難度會非常大。

流程的運動學和動力學仿真

得益于3DEXPERIENCE CATIA可提前了解現有的裝配約束和與每個連接相關的自由度，能大 幅精簡準備動力學分析所需的步驟。重量、重心和物料也自動提供給工程師，以便開展運動學仿真。隨后它還能準確地計算開展現實分析所需的速度與加速度。

此外，工程師還可以評估彈簧、剛度、阻尼、電機扭矩等造成的影響，獲取做出最佳設計決 策所需的深度見解。因為使用的是統一的模型，早在概念階段起您只通過2D機制就可以分 析運動學和動力學特征。您還可以隨著設計演變成更高保真度模型，持續不斷地評估設計。

此外，這項分析也可幫助工程師發現沖突，甚至驗證組件是否能正常裝配。除了提供統一的 機制之外，3DEXPERIENCE CATIA的功能還強大到足以并行評估多種子裝配件機制。這樣就 能獲得更高品質的設計，并通過減少物理原型降低成本。

 

 

七、面向可制造性的設計

工程師雖能設計某種產品，但未必能夠將它制造出來。根據前文的探討，在開發周期尾聲發 6. 評估運動 現的設計錯誤會給企業造成最沉重的代價，尤其是如果設計已被交付生產。

令人遺憾的是，隨著經驗最豐富的工程師接近退休年齡，企業正在喪失工程部門內部的寶貴 制造知識。更糟糕的是，企業也在喪失生產環境下的制造知識。

德勤與美國制造業研究所調研發現，89%的高管認為美國的制造業存在人才短缺，7而且 Covid-19疫情讓這種短缺更加嚴重。8因此，重點在于企業為工程師提供更出色的工具，幫 助他們在設計過程中評估可制造性。

 

 

與生產方法無關的靈活性與指導

通常情況下，產品需要用到多種材料，而且需要使用各種制造方法來生產每個組件。3DEXPERIENCE CATIA能靈活運用您需要的材料和制造方法，無論是塑料、鋼鐵、復合材料還是其 他材料。

它支持各種制造流程，包括注塑成型、鑄造、鍛造、沖壓、傳統機加、金屬薄板彎折、焊接 和3D打印。專用應用不僅可提供設計指導，幫助您完成面向制造的設計，還能在您不確定 什么生產方法最佳的時候，幫助您確定最佳生產方法。您可以迅速評估不同的方法，還向您 提供成本估算，以便工程師能做出盈利性更高的最佳決策。

此外，還能讓工程師大獲裨益的是與生產方法無關、始終保持一致的用戶界面。它有助于按 照設計工作的需要，采用新的應用。此外，通過關聯模型和3DEXPERIENCE CATIA平臺，確 保對部件的修改將自動更新相關的加工數據和制造流程數據。另外3DEXPERIENCE CATIA平 臺還盡早向制造部門提供可視化，以便他們更快地啟動生產計劃。

3DEXPERIENCE CATIA可為提高部件品質，增加盈利能力提供大量的深度信息。例如，通過 塑料部件分析，可以發現某個區域中存在可能引發薄弱點的焊接線。依據這個信息，工程師 可調整部件設計或修改門的位置，以移動或消除焊接線。對于增材制造部件，這種方法不僅 能幫助減少支撐，同時還能節省資金和縮短后處理時間。3DEXPERIENCE CATIA還能提供指導，最大限度地減少沖壓件的沖程高度，以加快周期時間。

可制造性與合規檢查

3DEXPERIENCE CATIA能檢查部件的可制造性，根據所選的制造方法標記問題區域。例如， 工程師能確保金屬薄板部件能夠彎折成型，即便部件有復雜的曲率。此外，它還能檢查對行 業標準、企業標準或客戶專門的工廠標準的合規性。這種合規性檢查確保不會向客戶提供可 能危害商業信譽的不合格部件。

 

八、采用基于模型的定義 (MBD）

設計完成后，就準備好交接給制造部門。Tech-Clarity在一項研究中發現，工程師將31%的設 計時間花費在制圖上。9考慮到這是為已完成的工作建立文檔，它基本屬于重復工作。如果工 程師能將這方面的時間更多地用在創新和工程設計上會怎么樣？采用基于模型的定義 (MBD) 的趨勢通過將3D模型當作主數據，讓企業向這個方向發展。

為什么是3D？

單獨一套2D圖紙存在讓3D模型和2D圖紙間出現不一致的風險。例如，2D圖紙打印出來后就與3D模型分開了，不再反映可制造性問題、設計錯誤、客戶需求或其他原因造成的變更。如 果車間使用過時信息，就可能會產生浪費時間和資金的返工和廢品。

解讀2D圖紙也是一種新員工可能尚未具備的專業技能，尤其是在技能嫻熟的制造工人退休后。 這很容易引起誤解，造成錯誤。新員工會發現3D更直觀，有利于降低錯誤的風險。

3DEXPERIENCE CATIA通過支持MBD，也推動企業轉而開始使用3D模型作為主數據，最終演進發展成為基于模型的企業 (MBE)。

生成性容差

制造在所有維度上都需要容差。但是添加容差不僅費時費力，隨著制造知識的流失，許多工程師對不當容差的影響缺乏一定的了解。因此，容差的嚴格程度經常超過必要，這無意間顯著增加了生產成本。

3DEXPERIENCE CATIA采用生成性容差來解決這個問題。這個功能自動完成容差，不僅可節省大量的時間，還通過自動應用規則和標準，對容差進行優化。這些標準可以是國 際標準，也可以是企業專用標準。使用更合理的容差，制造商能顯著地降低成本。

 

 

九、管理產品數據，適應差異化需求

產品數據管理 (PDM) 是一種管理工程數據，支持版本控制的強大工具。產品生命周期管理 (PLM) 擴展PDM，以管理整個生命周期上的工程數據和流程。大多數工程師都希望將時間主要用在 工程設計上，而不是數據管理上。

無縫環境

借助3DEXPERIENCE CATIA，工程師無需離開設計環境，因為PLM被完全集成到用戶體驗中。 在使用較傳統的PDM系統或PLM系統時，需用大量時間檢入和檢出數據。許多工程師延誤數 據檢入，造成其他工程師可能使用過時信息開展工作。然后他們也許必須浪費數小時手動比 較各版本，了解所做的修改，對工作開展返工。

3DEXPERIENCE CATIA使用與Google Docs™非常相似的方法。采用Google Docs，任何受邀 查看文檔的人都能實時看到最新的版本。與此類似，任何受邀查看3DEXPERIENCE CATIA中 的項目的人都能實時看到模型更新。此外它并非基于文件，更多是一個數據庫平臺，所以您 無需浪費時間等待文件檢入檢出。

此外，該解決方案還可提供管理組件系列的功能，以便您能為特定需求配置設計。另外3DEXPERIENCE CATIA也提供“被誰使用 (where used)”功能。如果組件發生變更，您可以輕松地 找出有哪些裝配件或子裝配件在使用它，需要進行更新。

 

十、通過實現人、流程和數據的互聯互通，開展協作

3DEXPERIENCE CATIA不僅可提供機械工程師需要的所有功能，它還可將這些功能完美整合 6. 評估運動 在統一的協作平臺上，從而創造更大價值。產品開發高度依賴協作，然而順暢協作并不容易。 據一份Tech-Clarity報告發現，93%的公司都認為他們需要強化不同部門間的協作。

這項研究發現，在工程部門內部，協作欠佳會導致設計返工增多，時限延誤，設計周期拖長， 浪費在非增值事務和設計錯誤上的時間增加。這些影響積累起來會損害業務并最終降低盈利 能力。

 

數據來源：Tech-Clarity

強化協作

3DEXPERIENCE CATIA可幫助工程師開展并行工作，能同時相互看到對方正在進行的工作。 這有利于顯著加快設計流程，同時避免溝通不當導致的錯誤。從概念設計、詳細設計、仿真 直至制造，來自機械、電氣和電子等專業領域的工程師在整個生命周期上，能在統一環境下 的統一數據模型上開展協作。

除此以外，甚至工程部門外的利益相關方也能使用簡單的Web瀏覽器訪問他們需要的數據。 這同樣地節省工程設計時間，因為他們無需擔心市場營銷、文檔、服務和其他部門要求提供 詳細工程信息所引起的干擾。畢竟這些不同的部門都可以在需要的時候獲得所需的數據，而  且不必擔心他們獲得的是過時的數據。

安全

與第三方合作往往并不容易。難以向他們提供他們需要的數據，而且通常都通過電子郵件提 供，因為這是發送數據最簡便最快捷的方法。然而這樣會引起安全風險。因為一旦您將數據 從PDM或PLM提取出來，它就可能過時，讓版本控制極具挑戰性。此外，您還可以控制或者 看到誰是被發送數據的接收方。

借助3DEXPERIENCE CATIA，您可以向供應商、合作伙伴或客戶發送訪問平臺上的數據的鏈 接，并控制他們的訪問類型。然后在項目完成后，您如果不需要他們再訪問數據，只需關閉 他們的訪問權限，就能保護您的知識產權 (IP) 安全。

 

結論

CATIA被視為機械工程設計的同類最佳軟件解決方案是有其原因的。一系列以卓越設計為目的的先進功能，使之從一眾行業解決方案中脫穎而出。

現在，得益于采用云計算，3DEXPERIENCE CATIA比以往任何時候都更具協作性和生產力。 工程師預計，憑借3DEXPERIENCE CATIA卓越的建模和裝配件管理功能，生產力有望提高20% 到50%。在這個水平之上，通過統一的建模仿真環境和面向可制造性的設計，取決于具體應 用和行業，生產力還可以再提高30%。這讓3DEXPERIENCE CATIA成為機械工程師的終極工具集。

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