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调研报告||中国制造业三维CAD应用究竟如何?

PLM之神2022-06-20 10:21:58

©文丨e-works熊东旭 涂彬

导读

三维CAD是企业进行产品设计和创新最通用的手段和工具,但随着CAD应用的逐渐深入,企业也面临着诸多的问题。为弄清企业在CAD应用过程中面临的挑战及现状,e-works策划了本期调查。通过在线调查、电话调查等方式,了解制造企业在CAD、PLM应用过程中面临的问题,尽可能针对调查存在的情况提供一些参考建议。


01

调查背景


 

    当前,随着用户个性化需求的凸显,以及产品结构的日趋复杂,提升产品的研发设计能力已经成为影响企业提升市场竞争力重要方式。三维CAD作为企业进行产品设计和创新的最通用的手段和工具,能帮助企业实现这一目标。但随着CAD应用的逐渐深入,企业也面临着诸多的问题。比如数据急剧增长带来的挑战、模型体日趋复杂等。面对这些急剧增长的应用需求,硬件平台性能却没有较大的提升,从而严重影响研发设计人员的工作效率。


    为弄清楚企业在CAD应用过程中面临的挑战及现状,e-works策划了本期调查。通过在线调查、电话调查等方式,了解制造企业在CAD、PLM应用过程中面临的问题,尽可能针对调查存在的情况提供一些参考建议。

 

   

02

问卷分析


 

图1  2016营收规模

    本次CAD调查回收有效问卷54份。其中规模小于1亿的有13家,占24%;小于10亿的23家,占比43%;大于100亿的企业18家,占比33%。本次调查未限定行业和区域。

图2 研发人员数量

    本次样本调研从研发部门人员来看,100到500人之间的企业样本数占到了37%,500人占到19%,总计超过了56%,可见从参与调研的样本企业来看都非常研发能力,调研能够集中反映目前企业在研发过程中的状况,对本次调研分析的结果也有非常大的指导意义。

图3 正在使用的三维CAD软件

    在参与调查的企业中,使用三维CAD软件前三位分别是CATIA、SolidWorks、Creo。且汽车企业多选择CATIA,机械企业多选择Creo。选择CATIA的企业,也有一部分同时选择了Creo。相比而言,SolidWorks软件应用的行业更为广泛,并没有明显的行业偏向。结合企业规模分析,在超过50亿的制造企业中,以CATIA、NX、Creo等平台居多,而在中小型制造企业,以Solidworks、Inventor等软件居多。


    可见,大中型企业偏向于三维CAD功能全面的外资品牌,一方面这些类型的软件在未来应用过程中具有较强的可扩展性,能够很好的应对产品研发不断变化的需求,另一方面,以CATIA、NX、Creo为首的这类软件,基本上都与自身的PLM系统具有很好的集成性,能够满足这些大中型企业对于系统集成方面的需求,所以主要集中在这些三维CAD系统。而国产软件主要还是应用在那些以二维CAD应用为主,三维CAD应用为辅的中小型企业中,这类企业对于三维CAD的需求目前还不是太明显,整体研发能力不强,即使应用也偏向与像Solidworks这种易学易用,功能较全面的CAD软件,性价比较高,而且也能很好的满足企业的研发设计业务需求。

图4 与三维CAD集成情况

研发软件之间的集成水平是决定企业创新能力的一个关键因素。本次调查显示,在实现与三维CAD集成方面,最多的是与PDM/PLM系统的集成,达到29家,占被调查企业的一半。其次是与工艺系统的集成,达到15家,占比26%;与CAE集成的企业有8家,其中包括奇瑞、富士康、济南二机床厂等。

 

    可见,在集成方面,三维CAD更多的是与PDM/PLM系统的集成,使企业的设计资料能够有效的管理起来,同时,还有很大一部分企业将三维CAD与工艺系统集成了起来,使三维模型的应用不仅限于研发部门,而且深入到生产制造环境,是三维CAD的应用能够发挥更大的价值。同时从调研中我们还发现一个现像,那就是实现CAD与CAE的集成,这是是制造企业实现设计仿真一体化的关键,从对问卷的分析结果来看,很多企业正朝这一趋势迈进。

 

图5 三维CAD软件功能使用情况

    为了对三维CAD在研发阶段的软件功能使用情况进行全面细致的分析,e-works调查问卷设计了17个在研发阶段CAD设计中主要应用的功能。调查结果显示,在17个研发阶段的功能应用中,零件设计、装配设计、概念设计分别位于首位,分别有41家、36家和30家企业选择了这三项。其它超过10家的依次是:曲面设计24家、钣金设计23家、仿真设计19家、模具设计17家、线缆设计14家、电气设计14家、管道设计11家。

 

    通过对三维CAD的功能的应用调查分析可知,目前企业的三维CAD功能应用主要集中在产品零部件设计与装配过程中,另外针对企业的产品特点,一些具有明显行业特色的三维CAD应用如曲面设计、钣金设计、模具设计等也较为集中。而针对当前较为热门的增材制造、互联设计、增强现实、社交、移动等三维CAD领域新功能应用较少,可见企业还有很大的提升空间。

图6 三维CAD应用覆盖范围

    与研发阶段三维CAD功能使用情况调查不同,三维CAD应用覆盖范围的调查是围绕产品全生命周期,主要了解企业的三维CAD软件在产品全生命周期的应用覆盖。从调查结果分析,产品设计、仿真分析、概念设计、工艺设计、工装设计位列前五。其次是计算机辅助制造,对于工厂规划、车间设计、销售、维修维护以及企业间沟通交流,其覆盖范围还太小。


    从三维CAD的覆盖范围来看,主要集中在设计与工艺阶段,而在数字化工厂建设、产品生命周期的后端的制造、维修维护服务、以三维模型作为主要的交流手段等方面还有很大的距离,从这一点上来看,企业在三维CAD的应用方面还没有发挥其应有的价值,还有很大的应用空间有待提升。

图7 产品研发数字化水平

    对于企业产品研发的数字化水平,有29家企业建立了相应的标准件和通用件库,其次是实现了模块化、系列化设计的有21家。

 

    从产品的数字化研发水平来看,企业利用三维CAD软件重点是解决企业在产品设计过程中的标准化、模块化的工作,一方面建立标准件、通用件库能够有效的控制企业产品新增零部件数量,便于管理产品零部件结构,能够带来直接的经济效益。另一方面,通过这方面的工作,可以帮助企业解决系列化产品开发的难题,使企业具有个性化定制开发和变型设计的能力,能够更快的满足客户需求。然后从调研结果来看,企业在基于模型的X方面支持力度显然不足,没有把全三维设计作为核心方面,这也是前面调研中企业的三维CAD应用大部分还停留在研发设计阶段,三维模型没有被贯穿企业的整个产品全生命周期管理的业务流程中来,所以发挥的作用有限。

图8 三维CAD应用过程中存在的问题

通过调查了解到,企业的三维CAD应用普遍面临的问题有:软件运行速度慢,模型浏览不顺畅、兼容性不够好,容易死机、模型打开困难,载入时间较长。其中有20家企业存在2种及2种以上问题。调查结果表明,目前企业的三维CAD应用现状并不理想,普遍存在平台性能无法满足应用需求的情况。

图9  PLM系统应用类型

    调查显示,企业的PLM应用系统主要以temcenter和windchill为主,其次是CAXA和SAP。从调查结果看,企业对PLM系统的选择偏向还是比较明显,主要还是以与自身三维CAD软件集成性较好的PLM系统作为其选择对象。

图10 PLM应用中存在的问题

    PLM应用中存在的问题是问卷调查的一个重点。从调查结果分析,PLM应用中最为突出的问题是“打开三维模型图档慢”和“查询速度慢”,其次是“展开BOM慢”和“登录速度慢”。在被调查的企业中,仅有3家企业表示无以上任何问题,占比5%。可见,PLM应用过慢的问题在企业普遍存在。

图11 在PLM系统中访问的CAD模型状态

    在PLM系统中访问CAD模型的方式分为三种:参数化实体模型、轻量化CAD模型和局部轻量化模型,这三种访问模式对PLM系统平台性能的要求是逐渐降低的。从调查结果分析,采用“轻量化CAD模型”访问模式的企业占31家,其次是 “参数化实体模型”访问模式占24家,应用最少的是“局部轻量化模型”访问模式,占10家。结合PLM应用中存在的问题分析,在采用“参数化实体模型”访问的企业中,更多的是存在“登录速度慢”、“查询速度慢”的问题。而在采用“轻量化CAD模型”访问企业中,更多的问题是“打开三维模型图档慢”。

图12 是否进行了二次开发

图13 是否使用了虚拟化技术

    调查结果还显示,在所有参与调查的企业,有52%的企业对PLM系统进行了二次开发,17%的企业的PLM系统使用了虚拟化技术。


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