摘要:文章从产品设计、工艺流程设计、厂房设计和装备设计4个方面简述了工艺设计的内容和设计方法，分析了当前铝加工工程工艺二维设计的一些不足，探讨了铝加工工程工艺设计中不同设计阶段能够采用三维设计的一些可能性与应用方法，提出了一些改变当前铝加工工程工艺设计中传统二维平面设计的建议，指出了增加工程设计三维信息模型的必要性和三维设计的使用优势;同时，展望了未来在工程设计中三维设计的发展趋势和适应范围。
关键词:三维设计;二维设计;铝加工;工艺工程设计
设计是把一种计划、规划、设想通过可见性的形式表达成文的过程，作为建设和实践的指导，具有非常关键的作用。在一些情况复杂和条件特殊的工作中，设计工作可以提前考虑可能出现的情况，强化实施工作的合理性和安全性，是一种以科学理论为基础的方案型行为。设计工作根据不同的目的区分为不同行业或专业设计工作，如艺术形象设计和工程施工设计等，仔细分类后还有许多细微的专业，完成一个完整的设计工作一般都需要不同专业相互配合。设计工作最终展现出来的成果可分为纯文字、文字加图像和影像等，从视觉上讲，可分为二维效果和三维效果。传统的二维设计信息都是构架在平面模型上，而三维设计信息则是利用三维模型作为信息载体。如今，三维设计在铝加工工程工艺设计中的应用刚刚起步，本人通过一段时间的实践和总结，简单分析铝加工工艺设计的思路与三维设计的结合特点。
1铝加工工程工艺设计发展现状
现有的铝加工工程设计工作可分为4个部分，产品设计、工艺流程设计、厂房设计和工艺装备设计。在工程项目中，工艺设计在不同部分的工作中，所扮演的角色和承担的任务都不相同。
1．1产品设计
生产的产品在整个设计中占有核心价值的地位，铝加工工程工艺设计的第一步便是设计以铝合金为原材料的加工产品，能够生产出拥有较好市场价值和地位的产品，工厂投入资金才会有回报。传统的铝加工产品主要涵盖管、棒、型、板、带、箔等产品，这类产品涉及面广，具有市场通用性。铝加工产品设计主要依据已存在产品的类别和样式。为了便于计算和选择产品，设计者挑选一大类或几大类别铝加工产品，在设计过程中选择忽略具体形状，以模糊的轮廓数值作为参数，对于造型奇异和繁多的精细件，选择以数量来表示规模大小，提给其他专业的最终条件体现为纸质的文字说明。由此，因为相应的产品详细参数和具体形状信息没有一个很直观的信息模型作为载体，在计算原材料和生产加工切削量时，只能依据经验或粗略计算。
1．2生产工艺流程设计
生产工艺流程是将产品从原料变为成品的过程。产品及其用途确定后，与之匹配的工艺就会根据理论和生产实践经验被确定下来。工艺流程以产品外形和成型理论作为主要依据，采用变形为主的加工方法，进行成分合成，内部组织的热处理，外部形状压力加工，工件切削磨铣，最后进行表面处理和包装以完成产品设计要求。对于铝加工工艺流程而言，可以根据成型原理来区分不同工艺过程，如熔铸、挤压、压延、机加工工艺流程等。在铝加工工艺设计工程中，主要的信息传递手段是表格数据和工艺平面图。表格数据包含有原料与废料，工艺能源参数单耗，辅助生产材料，设备能耗参数和价格，劳动人员分配等情况，还有一些安全与环保所需要的工况资料等，这类信息以不同的表格和文字予以表述。工艺平面图则包含有工艺流程，设备平面轮廓，生产工况、厂房大小等，这类信息以平面图表述。制作工艺平面图需要经过计算或理论支撑，也要依据生产实践经验，能看懂工艺平面图才能了解工艺设计内容，工艺平面图的重要性往往占据了整个工艺设计内容的80%。但是，因为平面图能够表达信息有其局限性，没有空间感，也没有设备、操作流程、区域功能划分的直观表现，更无法显示出生产工况的动态情况。因此，这些信息需要有经验的工程师进行解释，或者给出详尽的文字描述，才能阐明其中含义和理念。这也是二维平面图作为信息传递载体的一大问题，由于其直观信息量不足，想要改善设计过程，就需要一种更完整的信息载体。
1．3厂房设计
厂房设计是在完成工艺流程设计后的一个重要环节。实现根据铝加工生产工艺流程的要求，为其生产提供所需的结构支撑、建筑防护及各项工质能源等任务都需要厂房设计来完成。厂房模型比起工艺流程具有更繁多的设计信息，因此，厂房设计是一项非常复杂的工作，不仅要满足工艺设备安装和操作空间的要求，还需要融入公辅专业的设计内容，需要多专业相互配合设计。工艺设计在厂房设计过程中扮演引导、检查和协调等角色，需要对各专业信息进行仔细核查，经过分析和整合，构建一个完整的信息模型，以保证厂房设计能满足生产工艺的需要。
1．4工艺装备设计
工艺装备是铝加工工厂设计最后一部分内容，只有安装好设备，并保证其能正常运作，才能生产出满足要求的产品，从而达到项目建设的目的。完成厂房设计的主要目的就是为装备提供可以安装和使用的外在条件。工程设计在装备设计阶段需要完成的任务是设备基础设计，而工艺专业的任务则是将配套条件与工程设计之间进行转化，协调装备专业与土建或辅助专业的配合，分析条件的合理性和可行性，保证施工图的质量。目前，铝加工项目中的这些工作仍以平面图设计为主，对于空间的布置和利用等问题，表述上仍然不够直观和简洁。工艺专业在此部分的工作基本属于信息传递工作，多以平面图和数字、文字相互独立的形式制作条件。因此，存在一些问题，如其他人接收信息时，需要先分解再组合，先局部筛选，再对照整体，如此之后才能继续展开各专业自己的工作;又如在制作条件时，限于传统二维条件的特点，只能将整体内容设计完成后，再进行拆分表述。这些设计流程无形的增加了拼组和想象的工作，又会造成一些条件返工和遗漏，降低了效率。
2三维设计与铝加工工程工艺设计的融合
2．1三维设计
三维设计是新一代数字化、智能化设计平台的基础，是建立在二维设计的基础上，让设计目标更立体化，更形象化的一种新兴设计方法。二维平面所具有的信息表现和真实空间的物体有着根本区别，平面信息模型只能以单一角度来表达信息，对于工程项目来说意义有限，对于监督和校核来说，更不易直观掌控项目全方位进展。当前，建筑设计和动画设计已采用三维设计，制作出了非常逼真的立体模型，经过渲染软件处理后，基本可以作为实物制作的参照。三维打印机的原理也是利用三维设计的方法，很好的体现了三维设计模型信息的优越性。当前，铝加工工程工艺三维设计刚刚起步，依照三维设计更加贴近现实，具有更完整的信息量，设计者之间都能快速和直观的接受足量信息，不容易产生遗漏等特点。一旦其能够融入铝加工工程工艺设计之中，一定会为工程工艺设计带来很多便捷和益处。
2．2两种设计的融合
结合不同产品铝加工工艺设计内容、特点和三维设计的方法，本人对如何将三维设计逐渐渗透入工艺设计过程的分析如下:(1)产品设计。通过三维建模软件，可以直接设计产品外形，详细计算出产品的重量、外形等信息，随时可以根据需要更改产品尺寸，增加或精简设计外观。三维软件设计产品，提返条件时可以简化计算，直接利用软件带有的计算公式或用户定义的公式，对产品各项参数进行编程计算，快速得出相关尺寸数据和原材料用量等，可以大大提高工作效率。三维模型设计可以实现原料、坯料、半成品、成品一体化的设计流程，简化传统设计流程，缩短设计周期，也能精简设计人员投入。(2)工艺流程设计。在工艺流程设计时，三维软件可以利用建筑模块和设备模块进行工艺布置，直接构架三维车间模型，对关键性参数进行直接设计，如轨顶标高、设备深基础、管网条件等，设备的详细参数，通过内部赋值，直接对应图中模型。采用数字模拟计算或者空间的规划，能做到高精确度的空间利用，使用三维模型信息既能保证设计的准确性，又可以较大幅度提高空间使用率，避免了二维设计的很多缺点。(3)厂房设计。厂房设计的三维模型中包含了除了工艺信息外，还有其他专业的信息，如管道列表、灯光布局、电器负载等。工艺专业将基本构架模型提供给其他专业设计者，工艺专业就可以参与到其他专业的三维协同设计中，随时直观的找到自己提出的条件的要求。由于三维模型会随时更新，可以紧跟各专业的设计工作，保证设计条件的准确性。(4)工艺设备设计。工艺装备设计已经广泛采用三维设计，装备精细化程度高，而且内部外部配件也可设计出来。因此，设计装备和设计工艺存在一些差别，装备设计的重点在于实现功能、完成制造和精确装配，而工程工艺设计的重点在于满足生产和建设。合理利用装备的三维模块，能够提高工艺设计的准确性，大量减少设备外形未知时需要预留的调整空间，做到设计的合理和节约。(5)三维的其他优点。三维设计对于除了工艺设计内容之外的其他专业设计，也具有一定优势，如管道的碰撞检查、各专业之间的服务器协同设计以及快速的设计变更和工程造价统计等。(6)三维软件。当前有许多三维软件，工业三维软件的推广也非常快，完成产品或是厂房等工艺三维设计，也需要依托三维软件去完成。根据工艺设计的特点，多采用一些方案型设计的三维软件，如犀牛、3dmax、pro/e等。整体设计思路以建模为先，布置为后，主要工作仍以建模为主。
3展望与挑战
从三维设计的优点上可以看出，当下适合采用三维设计的工作就是工程总承包项目，由于其设计、制造、管理及开工运营一体化的要求，三维信息模型便成为了一切行动的基本依据，无论从全局进度掌控，还是施工细节处理都可以实施更加精准的管控。使用三维设计，许多准备工作更为具体化，设计更加接近现实。同时，三维协同设计的周期也比传统的二维设计周要短。如此完整的信息模型，给设计单位的工程预算与结算都提供了详尽的依据。当项目完成后，三维设计的数字化模型库非常有保存价值，比起二维图纸，三维模型作为新项目的借鉴更有可参照性，对于投标和中标以及报价都能提供许多优势。不可否认三维设计的出现，对于当下的设计者来说是一次巨大挑战，因为三维信息模型的全面性会实现设计流程的一体化，从而改变专业技能的操作范围，或者会改变专业分工;特别是对于铝加工工艺设计而言，除了需要熟练掌握和使用多种三维软件外，更需要工艺设计者对终端产品和加工工艺都了如指掌。因此，对于设计员的专业水平提出更高要求，学习更多加工理论和掌握更多专业技能成为一种必然要求。当前，铝加工工程工艺设计采用三维设计形式在探索中遇到不少难题，关键问题主要在于设计人员技能单一和传统设计方法的阻碍，并不能发挥出三维设计的全部优点。同时，工程项目中，对于三维设计的指向目标不明确，采用单纯的建模和制作工艺动画，没有发挥其能效的去处，使之很难融入工艺设计中。其次，国内设计、施工与业主之间属于多方团体，三维模型信息文件仍没有被完全推广与接纳，设计的最终产品仍需要以纸质文件作为依托，也是三维设计发展缓慢的一个重要因素。如果能通过扩宽专业技能，囊括装备设计、管道布置、建筑结构三维建模等技能，多面向一些设计、施工、管理一体化的总承包项目，才有可能彻底打开三维设计的大门。而且，工艺专业自身也是一种综合性的专业，设计人员的综合能力都比较突出，如果能发挥出二者的长处，就能带来更多突破和进步。
4结论
综上所述，铝加工工程工艺设计与三维设计之间有互补也有需要磨合的地方，但是三维设计取代二维平面设计已是大势所趋。工艺设计用三维模型能够更好的表现与传播，也能更好的融入其他专业的三维协同设计中，必将带来一个全新的开端。
作者:赵渊 单位:中色科技股份有限公司
