可制造性设计(DfMA)已经成为一个流行的词汇,但却很少有公司真正这样做。现在,这个概念正在吸引走在前面的那些BIM用户、制造商和软件公司来尝试。


 

说到数字化,制造业似乎总是领先于施工和建筑业。当然也并非一直如此。在70年代末和80年代,当高端制造业开始迅速采用3D建模时,高端建筑公司也开始使用基于微型计算机的3D建模程序,如RUCAPS、Sonata和GDS。当时看起来,未来将朝着所有设计系统都3D化的趋势发展。


 

随着基于PC的桌面二维CAD在80年代末问世,由于某种原因,用于制造的3D建模软件的开发爆炸式增长,Pro/Engineer、Unigraphics 和SDRC I-DEAS以及后续的Solidworks被中小型工程公司迅速采用。不幸的是,AEC行业选择了黑暗时代,回归到了桌面二维的CAD或制作低细节的只用来出2D图纸的3D模型。


 


 

同时,制造业继续推动G代码、计算机数控(CNC)、3D打印和机器人组装制造的发展,以及提高质量、容差控制和供应链管理。


 

在制造领域,产品和组件的3D建模自然而然地融入到生产数字化中,其中生产量是关键。3D模型没有彻底取代2D绘图,但对1:1比例的产品模型的需求,正驱动着3D模型的飞速发展。


 

我们已经习惯了被设计精美的产品包围着。从汽车和飞机到苹果设备,我们生活在一个充斥着工程设计和组装的社会。熟悉汽车的人都知道,不论是日产、大众、奥迪、雷诺、标致还是其他企业,都在给不同的车型使用共享的平台,以节约开发时间和费用,而通过平台上的附加品来制造差异化并进行竞争。


 


 

世界上第一架完全被3D CAD建模的飞机是波音777。该机型的设计始于1990年,第一架飞机于1993年完成组装,1995年投入使用。波音公司使用Dassault系统公司的Catia工具为整架飞机制作了2D和3D数字模型,对所有数千个部件都进行了建模,让它们可以被仿真软件使用并进行测试。这是第一架无需使用完整的物理原型来进行故障排除的波音飞机。


 


 


 

BIM的阻碍


 

BIM的应用分布不均,需要很长时间才能渗透到传统的2D实践中。先是有Graphisoft的ArchiCAD,随后Autodesk也进行了三次尝试,分别是AutoCADAEC、ArchitecturalDesktop(通过从Softdesk处收购),最终从开发者手中买下了Revit,Revit也成了Autodesk首款不使用AutoCAD代码为基础的AEC设计软件。


 

同时,Bentley Systems也推出了基于MicroStation的TriForma,进一步加强了已经有SketchUp和Trimble的3D阵营。这些系统主要被用于设计建筑物的模型和输出图纸,而图纸仍是AEC行业的通用语言,因为建筑总的来说是一个人工的过程,所以图纸仍是公司运营的一项关键的可交付产品。


 

不幸的是,AEC 行业无法像制造业那样通过转向以BIM或模型为中心的设计方法,轻松进入数字制造的未来。首先,BIM模型不够详细是无法进行制造的,并且现在的所有BIM系统都是为制图而开发的。然后是过程本身:波音公司负责飞机的设计和组装,然后使用分包商制造零部件。这是自上而下,而AEC项目的结构通常是平的、更模糊的、孤立的,经历了更多的阶段。


 

这让人觉得,今天的BIM系统是再将航天数据注入了石器时代一般。


 

AEC中的数字制造更改还需要在工作流程、工艺和生产知识的更新方面进行重大更改。从表面上看,这将对行业产生相当大的挑战,因为它将影响一切:从工具到建筑的结构本身。


 


 

车轮的重新设计


 

AEC行业其实非常清楚自己正在一次又一次地重新设计车轮。由于每栋建筑都是一个一次性的原型,所以很难看到预制的好处。虽然许多公司认为,模块化会导致众多矩形建筑,但像扎哈·哈迪德建筑师事务所(ZHA)这样的业内领先机构已经开始尝试为客户采用预制和模块化。


 

ZHA为Roatón Pröspera设计的可持续木材设计是洪都拉斯附近一个岛屿的模块化住房项目,在异地组装成"成套部件",可实现多达15000种变化


 

ZHA为Roatón Pröspera设计的可持续木材设计是洪都拉斯附近一个岛屿的模块化住房项目,在异地组装成"成套部件",可实现多达15000种变化。ZHA完全能够对建筑物和构件进行建模,并创建G代码,以在其远程驱动制造机器。


 

为了接受模块化设计,并充分利用预制,设计师需要思考建筑是如何从早期开始建造的。事实上,设计师需要充分了解这些组件是如何生产的,以及每个过程的局限性。如果设计师和制造者说同一种语言,这很有帮助。而且,除了工作者、技能和知识的问题后,还有软件工具问题:BIM模型很少能够详细到直接从中进行制造,而且制造商使用的是专为工程制造和组装而设计的建模工具。AEC 和工程工具是在各自的领域中为不同的受众和交付工具开发的。

 


 

Autodesk的新航向


 

在所有主要AEC软件公司中,Autodesk是唯一一家将建筑市场的数字制造作为其关键研发目标之一的开发公司。


 

Autodesk的优势是,它是一家能够同时面向机械工程师和建筑师的软件公司。


 

好处是作为一个软件公司,迎合机械工程师(通过发明家和融合360)和建筑专业人士。凭借数十年的制造经验,Autodesk可以看到行业发展到数字制造的过程,并将其中一些技术应用于AEC。


 

在过去几年中,数字化建设一直是Autodesk大学的主题。公司首席执行官Andrew Anagnost一直在大声疾呼,希望通过改变建筑物的设计、制造和组装方式,在建筑中抓住机遇,从根本上提高生产率和成果。


 

Autodesk甚至对异地/预制建筑公司FactoryOS进行了战略投资,在定义数字流程和最佳实践方面进行研发。


 

Autodesk产品套件第一个面临的挑战是集成。虽然Autodesk拥有Revit和Inventor,但它们从未配合得很好:这也是因为它们的受众和环境不同,解决的也是不同的问题。


 

当Autodesk将其产品包装成套件时,给二者的协同程度进行了提升,但仍然留下了很多改进空间。以Adobe的通用UI和数据流动为基础,直到所有Autodesk产品都能通过Forge在云上交付,才会有一个共同的数据环境和一套标准的用户界面。


 

虽然存在不兼容的情况,但它并没有完全排除Revit作为实现数字制造的来源。像Strucsoft这样的公司已经开发出一系列框架、面板、架子和地板系统设计工具,以及针对Revit工作流程的CNC处理器。英国的Facit Homes也开发了自己的系统,用于从自定义参数Revit中生成G代码,以进行现场的切割。


 

英国的Facit Homes也开发了自己的系统,用于从自定义参数Revit中生成G代码,以进行现场的切割


 

Berkeley Modular是英国新型异地住宅制造商之一。它使用Revit和Inventor来定义和驱动其制造过程。这需要公司发起自己的软件开发并创建自定义应用程序,将BIM的数据链接到BOM(材料清单)。


 

所以目前,还没有一个单一的系统满足完整的DfMA过程。这需要由那些有时间、财力和精力来定义自己的流程和开发内部系统的人,使用目前可用的工具和API接口来进行研发。当然很明显的是,Autodesk正致力使这个过程更容易。


 

我们可以在线上的Autodesk大学2020中看到Autodesk的努力。很明显,在Revit和Inventor之间构建工作流程的工作做的要比我们看到的多得多。


 

Autodesk近期上任的工业化建筑战略主管艾米·马克斯(Amy Marks)是一位行业资深人士,拥有多家预制/模块化公司的经验。


 

在Autodesk大学中,她进行了许多视频演示,给出了Autodesk的工业化建设的愿景。这样的额演示主要目的不是为了推销产品,而是从底层开始讲述在行业中努力实现的目标。


 

Amy Marks,Autodesk工业建筑战略负责人


 

Marks的演讲开头就提到了行业中语言不通的问题。她真的说到点子上了。虽然许多人认为预制和异地装配主要是为了更低的成本,但Marks认为专业之间的隔阂才是根本问题。她说,“我们都认识到了熟练工在数量上存在的缺口。我们在生态系统中的数字化速度也有点慢。我们必须缩小这些差距,因为这正是效率真正被浪费的地方。设计和施工之间的脱节是为什么我们没有成本的确定性和预制的计划性的原因。当然在此同时,它可以降低成本、节省时间,但我们的真正目的是在寻找确定性。如果你看看已经完成的一些研究,大多数典型的项目,甚至最好的项目都是超预算或者超工期的。我们必须创造确定性。这是我们在工业化建筑中寻找的头等大事。


 


 

工业化建筑


 

Autodesk正在为工业化建设创建一个新的云平台,这将是一个协作生态系统,Autodesk的产品组合和其他供应商的产品能够在此生态中整合。虽然演示主要是针对Inventor和Revit的,但现实情况是,许多制造公司都在使用Solidworks等产品来进行部件的模拟。


 

Marks解释了标准化设计和"产品化"的必要性,“我们必须从以项目为中心的心态转变为产品主导思维。我们需要不只是将图纸模块化,并把它们分切然后进行一次性的预制。我们需要定义产品,以便实现转型变革。我们需要对该产品有把握。就像发电机制造商制造一台250马力的发电机一样,它们不会成为247或252.5马力的发电机。我们必须产品化。”


 

在演讲的后半部分,Marks提供了Autodesk未发布的"Integrated Construction "平台的视觉示例。它展示了工业化建筑网络服务如何采用Autodesk Revit模型,允许生产工程师从Revit模型查看器中挑选要制造的部件,通过模板轻松配置这些组件,并自动化创建支持制造的Inventor模型、图纸和材料清单。


 


 


 

Marks 评论说,绘图通常比制作组件、采购图纸的自动化时间长。这是一个非常简化的过程:设置输入、定义作业、获取自动输出。


 


 

量子项目


 

在过去四年中,Autodesk偶尔会讨论一种更高级别的AEC过程的数字化方法。通过量子或等离子项目,Autodesk承诺打造一个云端系统,在项目团队成员之间进行数据流通,允许数据从低定义的建筑模型,到完全定义的制造模型。


 

核心问题是允许每个学科以适当的细节水平建模:建筑师定义了基本空间和元素,但制造者使用不同的工具可以创建可制造版本。


 

首席执行官Andrew早在2020年初就告诉华尔街分析师,等离子项目有了一个新名字,数据的骨干工作已经完成,团队将在Autodesk大学2020上公布一些进展。


 

也许计划发生了改变,Autodesk现在更专注于Revit和Inventor之间更好的连接,并正在利用其云端平台帮助DfMA流程中项目参与者之间的数据更加流畅地移动。但最终Autodesk的目的地是云端,因为无论是设计的应用程序还是服务,在云端上,实现一个共同的设计环境会容易得多,或者至少可以规避早期DfMA公司不得不面临的坑。


 


 

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