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第1章 迎接制造业信息化新时代,三维CAD与信息化设计制造技术的应用和发展 国家制造业信息化工程/MIE 国内外主要三维CAD软件与应用简介 CAXA三维实体设计的创新设计思想与设计流程,一、三维CAD与信息化设计制造技术的 应用和发展,进入新的世纪以来,随着信息技术的迅猛发展及其全方位地加速渗透,全球正经历从工业社会向信息社会的过渡,制造业信息化已成为发展的必然趋势。围绕提高产品创新能力,三维CAD、并行工程与协同管理等技术迅速得到推广;异地制造与网络企业成为新的生产组织形态;基于网络的产品全生命周期管理(PLM)和电子商务(EC)成为重要发展方向。数字化、网络化、智能化、全球化,以及产品创新更快、品质更优、成本更低、服务更好已经成为现代全球制造业的基本特征。,现代数字化网络化设计制造的关系,1. 设计信息化,信息化设计实现了产品设计手段与设计过程的数字化和智能化,缩短了产品开发周期,提高了企业的产品创新能力。信息化设计包括产品数字化设计与过程数字化设计,前者的对象是产品,而后者的对象则是产品的制造过程。数字化、网络化设计是制造业信息化的基础之一,也是应用最广泛、研究最深入、效益最显著的领域。 目前的发展方向与特点大致可以概括为:智能化、虚拟化和标准化。,智能设计包括设计过程的再认识、设计知识的表达、多专家系统协同技术、再设计与自学习机制、多种推理机制的综合应用、智能化人机接口等,智能设计不仅能够有效地支持产品的创新设计,并且已经在实际中得到了越来越广泛的应用。,智能设计应用三维CAD、虚拟设计等现代信息技术,模拟人类的思维活动,提高计算机的智能水平,使计算机更多、更好地承担设计过程中各种复杂任务,使之成为设计人员的重要辅助工具。,1)智能化,2)虚拟化,虚拟设计/制造技术是计算机图形学、人工智能、计算机网络、信息处理、计算机仿真技术、机械设计与制造技术等技术综合发展的产物。虚拟设计/制造技术包括基于三维CAD等所创建的虚拟环境中人机交互技术、虚拟环境中产品设计技术、虚拟产品结构性能分析技术、虚拟环境中装配设计与评价技术、虚拟环境中产品可加工性分析、面向设计与制造的智能虚拟环境、分布式虚拟设计与制造平台开发、虚拟产品设计软件工具集、虚拟产品工程分析软件工具集、虚拟产品评价软件工具集等。 美国波音公司在波音777和737800两种机型的研制过程中,采用并行工程和虚拟设计/制造等方法,组建集成产品开发团队(IPT),采用并行产品定义(CPD)和100的数字化预装配,大量使用三维CAD/CAM技术,实现了无图纸设计。其中,波音777飞机仅用了三年零八个月就一次试飞成功。洛克西德导弹与空间公司(LMSC)采用并行工程和虚拟设计/制造的方法,改进产品开发流程、实现信息集成与共享,并组织综合的产品开发团队,从而使新型导弹的开发周期由原来的五年缩短到了24个月,研制周期缩短了60。,为了实现设计资源的共享,国际上对与产品开发和设计有关的标准化技术进行了深入研究,其中最重要的是由国际标准化组织(ISO)颁布的关于产品数据表达与交换标准STEP(ISO10303)以及零件库标准(ISO13584),这两个系列标准将对制造业信息化产生比较重要的影响。,3)标准化,德国戴姆勒克莱斯勒公司和法国雷诺公司的轿车、NFT Ericsson公司的军用雷达、法国Alcatel Espace公司的卫 星设备、德国西门子公司的雷达设备等都采用了虚拟设计/制造方法,产品开发周期缩短了30%60%,成本降低了15%30%。,2. 制造信息化,信息化制造装备的广泛应用,大幅度地提高了企业生产效率、提高了产品质量与档次、缩短了生产周期、提高了企业的市场竞争能力,不仅开辟了机械制造柔性自动化的新纪元,而且引发了制造工艺与装备的革命,导致了生产方式、管理体制、产品结构和产业结构的改变。,1)先进制造工艺,高速、高效加工技术的应用大大提高了现代加工效率。例如某飞机薄壁零件在普通铣床上加工需要8 h,在普及型加工中心只用30 min,而利用高速铣床加工仅需3 min。此外数控机床的换刀时间(1 s)、工件交换时间都在进一步缩短,加之采用新型刀具材料后,可以使数控机床的切削能力越来越强,这些因素都使数控机床加工效率越来越高。目前,世界上许多汽车制造厂,包括我国的上海通用汽车公司,已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代了原有的组合机床。,2)先进制造装备,对三维曲面零件及复杂箱体点位加工的实现推动了三轴联动数控机床的广泛应用。而一台五轴联动机床的效率大致相当于两台三轴联动机床,特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀对淬硬钢零件进行高速铣削时,五轴联动加工可以比三轴联动加工发挥更高的效率。 数控装备的网络化极大地满足了生产线、制造系统乃至制造企业对信息集成的需求,也是实现敏捷制造、虚拟企业、全球制造等制造模式的基础单元。,3.管理信息化,1)知识管理,信息化管理是信息化设计与制造的延伸与发展,也是企业信息化系统与数字化、网络化设计与制造系统的结合。通过包括产品设计、制造数据在内的企业内外部信息的集中、积累、共享、优化、利用、开发和管理等,从根本上提高企业经营效率,并对多变的全球市场做出迅速响应。,知识管理是知识经济时代的特征。知识管理的目标是企业知识的识别、获取、开发、分解、储存和传递,从而使企业的每个员工在最大限度贡献出知识的同时,也能尽可能分享他人的知识。财富杂志排名的世界前1 000家大企业中,有52%的企业已经在实施知识管理项目。,2)产品全生命周期管理(PLM),产品全生命周期管理(PLM)是以产品为核心、以产品设计/制造数据为基础、以产品全生命周期服务为理念的基于数字化和网络化的现代制造企业管理系统和组织方式。近两年全球制造业发展迅速、IT应用不断深入和成熟,制造企业信息化的应用已经从局部和单元的CAD、CAM应用迅速延伸,PLM市场快速形成,成为继ERP之后企业信息化纵深发展的主要方向。近年来, IBM 、EDS、SAP和CAXA等国内外面向制造业的主要IT服务商都纷纷推出了PLM,推动了PLM的应用和发展。,现代数字化网络化设计制造与PLM,4. 三维CAD是制造业信息化的基础,产品是制造业的核心,产品的设计、制造数据是整个制造业数字化、网络化、信息化的基础。 PLM的目标是要使与产品相关的人、在全球任何地方、可以快速找到所需要的产品数据、从而共享产品数据,实现从产品需求定义、概念设计、工程设计、生产制造到服务支持等产品创新各个环节协同工作;也就是希望借助数字化、网络化手段,打破产品设计人员与生产制造人员、销售人员及产品使用者之间的沟通障碍,通过最大可能相关人员创造思维的合作和协同,缩短设计周期、优化制造流程、降低生产成本、提升产品价值等,使企业产品创新能力获得极大提升。因此PLM首先是产品数据的产生,并在产品数据的基础上实现信息的管理和利用,而CAD/CAM、特别是现代三维CAD则是产品数据的基础和源头。,CAD/CAM是数字化、网络化设计制造/PLM的数据源头,现代三维CAD通过产品与零件的三维建模、全数字化三维虚拟装配以及三维动态模拟等形成数字样机,不仅为产品概念的形成与表达、设计方案的分析与优化,设计效果的展示与确定等产品开发过程提供基本平台,而且三维CAD数据将直接用于产品虚拟效果的制作、产品工程图纸的生成、产品与零件的分析仿真/CAE、产品生产工艺的准备(CAPP)、零件的数控加工(CAM)、产品的制造执行(MES)以及整个产品设计、制造过程的协同与管理(EDM/PDM/PLM的集成)等。,三维CAD数据直接用于CAE/CAPP/CAM /PDM/PLM 等的集成,计算机辅助设计CAD(Computer Aided Design)是伴随计算机快速发展起来的现代信息技术的主要应用领域之一,至今已有半个多世纪的历史,历经了二维绘图、线框造型、曲面造型、实体造型、特征造型等发展过程,其间还伴随了参数化、变量化等技术的融入,基础理论及软件系统都日趋成熟,并且在航空、航天、机械、模具、夹具、家电等制造业众多领域得到了广泛应用,大大提高了制造业产品设计水平。 传统CAD系统主要针对产品二维工程图样的绘制与零件的3D建模,缺乏对产品创新和设计的足够关注和有效支持,如不能在装配环境下直接获得造型数据与信息进行结构设计,使得交互频繁、输入数据量大,造成操作步骤繁杂、不易学习等问题;不能将零件模型与装配模型直接关联,使得模型复杂且维护困难;不能有效地解决概念阶段的零部件布局、联结与配合关系定义等设计;缺乏符合国际、国家和行业标准的三维参数化标准件库的支持;缺乏具有行业特色的方便、快捷的造型工具和特征库,如模具的拔模、凸凹模设计特征库、家具的艺术特征库及家电的工业设计特征库及其相应的造型工具等等。这些个人的、孤立的和局部的应用特点,使CAD一度仅成为绘图的工具。,5. 三维CAD的应用与发展,近几年3D技术、网络技术、数据库、电子商务等飞速发展深刻影响了CAD的发展,新的制造方式,如分散化网络制造、面向客户地大批量定制等也都对CAD系统提出了新的要求,使得行业产品的设计制造资源能够在更广的范围中应用,通过WEB技术、ASP技术,实现了行业产品设计制造的协同,建立全行业的软件服务体系。 目前,以产品创新、网络协同和应用集成为突出特征的面向行业与过程的三维数字化设计系统成为现代CAD的发展方向。现代三维CAD以产品生命周期中每一阶段的知识重用为基础,包括电子表格、手册、公式和数据库,甚至包括一些简单的经验规则等,并借助于WEB技术与网络技术,在行业内实现设计资源的利用与共享,应用设计资源驱动几何建模,在保证产品质量的同时,大大缩短产品设计周期,并确保设计意图贯穿于产品开发的全生命周期。,CAD技术的应用发展及现代CAD与传统CAD的比较如下表所列。 CAD技术应用发展的三个阶段,传统参数化绘图CAD系统与现代协同创新设计CAD系统的比较,二、国家制造业信息化工程/MIE,新世纪伊始,世界政治、经济和科技都发生了前所未有的巨大变化,经济全球化和全球信息化使全球产业的竞争环境、发展模式和活动空间等发生了深刻变化,这对我国产业的发展提出了严峻的挑战,同时也创造了有利条件和历史机遇。“十六”大指出:“继续完成工业化是我国现代化过程中的艰巨的历史性任务。大力推进国民经济和社会信息化,是覆盖现代化建设全局的战略举措。以信息化带动工业化,发挥后发优势,实现社会生产力的跨越式发展”,已成为当前和今后一段时期我国产业发展的重要途径。 制造业在我国国民经济中占有重要地位,在工业化的进程中同时面临着信息化的艰巨任务。我国是制造业大国但不是制造业强国。将现代信息技术、自动化技术、现代管理技术与现代先进制造技术相结合,带动产品设计方法和工具的创新,企业管理模式的创新,企业间协作关系的创新,实现产品设计制造和企业管理的信息化,生产过程控制的智能化,制造装备的数控化,咨询服务的网络化,全面提升我国制造业的核心竞争力,就成为以现代信息技术改造传统产业和实现信息化带动工业化的突破口和立足点。,1. 制造业信息化工程的总体目标,“十五”期间,科技部在“九五”CAD/CIMS应用示范工程的基础上,从863计划和攻关计划中拿出专项资金,组织实施“制造业信息化关键技术研究及应用示范工程”,简称“制造业信息化工程”重大项目。 制造业信息化工程的战略目标是:面向国民经济建设主战场,围绕制造业信息化的发展需求,将数字化设计、数字化生产、数字化管理、数字化装备和数字化企业技术相结合,整合国家863计划、科技攻关计划和地方科技计划等资源,攻克制造业信息化关键共性技术,研发制造业信息化应用软硬件产品,并实现产业化,培育社会化咨询服务体系,面向制造企业开展制造业信息化应用示范工程,实现制造业的五个数字化,全面提升我国制造业的国际竞争力,打造新兴制造业。,制造业信息化工程的主要任务分两个层面:制造业信息化应用工程、制造业信息化关键技术产品研发及应用。前者的任务是用信息技术改造传统产业,而后者则是为前者提供技术支撑。 1) 制造业信息化应用工程建设 制造业信息化应用工程建设以省市为主展开,围绕企业应用示范、技术服务支撑和应用技术攻关三个方面推进。开展制造业信息化应用工程的重点体现在以下几个数字化方面: (1) 省市制造业信息化工程建设在国家制造业信息化工程的指导下,充分发挥地方政府和企业的积极性,面向经济建设主战场,深入广泛地开展制造业信息化技术的推广应用,用高新技术改造传统产业,促进制造业和地方经济的跨越式发展; (2) 营造新形势下制造业信息化的可持续发展环境; (3) 以推广应用三维CAD、ERP、NC等制造业信息化技术为突破口,提高制造业企业的竞争力; (4)以制造业信息化应用示范体系和技术服务体系为支撑,促进以应用和服务为重点的制造业信息化产业的发展。,2)制造业信息化关键技术产品研发及应用 制造业信息化关键技术产品研发及应用是以国家行为为主导,建设制造业信息化技术创新体系,开展制造业信息化关键技术研发及应用,为制造业信息化应用工程提供技术支撑。关键技术产品研发及应用的主要任务包括:数字化设计、数字化管理、智能化控制、企业集成化、制造网络系统、数字化装备和数据库管理系统等方面。 制造业信息化关键技术产品研发及应用以企业需求为牵引,以集成应用带动系统研发,以系统研发带动技术突破,以原始创新促进技术发展,实施人才、专利、标准战略,突破一批制造业信息化关键技术,形成一批具有自主知识产权的制造业信息化软硬件产品,获取一批专利,培养一批人才队伍,通过企业应用示范工程和软件产业化工程促进863计划研究成果和国产化制造业信息化软硬件产品的应用,促进我国制造业信息化高新技术产业的发展。 制造业信息化工程的具体目标为: (1)突破一批制造业信息化关键技术,形成一批具有我国自主知识产权的产品及专利。 (2)在全国2 000家以上企业实施制造业信息化应用示范工程。 (3)示范企业中自主知识产权的应用软件的应用率达到50%以上,新产品贡献率达到30。 (4)促进100家制造业信息化软件企业及技术服务中心的发展。 (5)培训各种层次的制造业信息化人才50万人次。 (6)形成若干个专业化、网络化制造业信息化产业和服务联盟。,2. 省市制造业信息化工程建设,省市制造业信息化工程根据国家制造业信息化工程的总体要求,按照地方制造业信息化的工作需求,建设沿着制造业五个数字化的方向,围绕企业应用示范、技术服务支撑和应用技术攻关等三个方面推进。 1)企业应用示范 企业应用示范通过制造业信息化技术在企业的广泛应用推进制造企业的信息化进程,提高企业的创新能力和市场竞争力。企业应用示范主要包括如下四个层次的工作: (1)中小企业制造业信息化:针对我国广大的中小企业,开展CAD、ERP等制造业信息化单元技术的应用实施和深化。 (2)企业集成技术应用:深化制造业信息化技术的推广应用,强调围绕企业的集成应用,实现企业数字化。 (3)重点行业应用:结合省市支柱行业,围绕着行业带动的企业链与产业链,实施企业间的信息化,实现企业间的集成,包括电子商务、供应链、协同制造等。 (4)区域制造网络系统应用:围绕地方经济,特别是区域经济、企业集群的发展,积极开展区域制造业信息化技术的应用示范。,2)技术服务支撑 技术服务支撑是省市制造业信息化工程建设的重点和核心。作为连接企业应用和技术研发的桥梁,技术服务支撑一方面为省市制造业信息化提供技术服务,另一方面通过需求牵引拉动制造业信息化技术的研究开发,有利于培育制造业信息化技术服务产业。 技术服务的主要内容包括: (1)企业咨询、诊断:开展企业咨询与咨询,帮助企业进行需求分析,并提供企业制造业信息化整体解决方案。 (2)应用实施,技术支持:帮助企业实施制造业信息化工程;鼓励为在企业中应用863计划的制造业信息化软硬件产品提供技术支持与服务。 (3)技术培训:建立制造业信息化技术培训中心,培养专业化技术、应用和管理人才。 (4)中介服务:为软件开发商提供应用需求,为企业用户提供产品代理等中介服务,应主动拉动863技术和产品研发;参与制定和宣贯制造业信息化相关标准与规范。,3)应用技术攻关 各省市可以根据地方经济特色和本省市制造业信息化发展需求和技术基础,开展制造业信息化相关应用技术的攻关与产品开发工作;积极配合国家863计划研究成果与技术产品的应用,开展CAD、ERP等技术产品本地化的二次开发与技术服务工作。同时,鼓励省市积极参与国家863的关键技术产品研发及管理工作,并给予组织、经费和政策等方面的支持。,3. 制造业信息化工程关键技术产品研发及应用,为了更好地支持省市制造业信息化工程建设,国家在三维CAD、ERP、MES、企业集成、区域制造网络、数据库管理系统、数控装备等方面开展七大关键技术产品研发与应用,为企业实现设计数字化、生产数字化、管理数字化、装备数字化和企业数字化提供技术与软件产品。 1)关键技术产品研发 (1)三维CAD系统产品研发: 针对企业产品创新设计,对数字化设计与制造中的若干关键技术进行创新性研究,开发具有自主知识产权的专业化三维CAD设计软件系统,为企业设计数字化与生产数字化提供关键技术与软件产品。 (2)ERP系统产品研发: 针对我国企业管理的集约化与现代化,研究符合中国现代管理模式的先进企业管理技术、基于XML的ERP/SCM/CRM/eB技术,开发满足我国需求的ERP管理软件系统,为企业管理数字化提供关键技术与软件产品。 (3)MES系统产品研发:针对生产过程的自动化,研究实时数据库、故障诊断、先进建模等技术,研发基于MES的综合自动化系统,为企业实现数字化生产提供关键技术与软件产品。,(4)企业集成系统产品研发:面向产品全生命周期管理和企业集成,研究企业建模与诊断、知识管理、集成平台等技术,为企业信息化整体解决方案提供技术支撑与软件平台,开发面向产品全生命周期管理的PLM平台、企业应用集成平台等,为形成数字化企业提供关键技术与软件产品。 (5)区域制造网络系统产品研发:为形成数字化企业群体,研究商务协同、设计协同、制造协同和供应链协同等关键技术,提出区域制造网络系统的制造网络协议及相关应用管理规范、应用实施模式和组织机制,开发典型区域制造网络专业平台和制造网络系统,建立若干有特色的典型区域性制造网络及其技术服务支撑体系,为省市制造业信息化生产力促进中心的运行提供集成服务和工具系统支持。 (6)数据库管理系统产品研发:面向我国制造业信息化、电子政务、信息安全等需求,研发具有自主知识产权的数据库管理系统,包括DBMS核心技术、数据库应用中间件和数据库应用构件等;为制造业信息化、电子商务提供技术支撑,为国家信息安全提供保障。,(7)数控装备产品研发: 针对国家重点行业特别是国防工业需求,研制开发受国外引进限制的大型高精尖数控加工装备和中档精切类数控机床装备,研究数控装备的开放控制技术、网络化数控技术、智能控制与维护技术等,研发五坐标数控机床、高速高精加工中心、大型车铣复合加工中心等数控装备产品,为企业实现数字化装备提供关键技术与软件产品。 2)关键技术产品应用示范 以上七大关键技术产品的研发应与省市制造业信息化的需求密切结合,并面向省市企业、特色行业和典型区域,在制造业信息化应用工程中进行分层次、分阶段的开展集成示范应用;既为提高企业的竞争能力解决关键技术问题,又为在制造业信息化工程中推广应用自主开发的关键技术和软件产品提供示范和积累经验,促进我国制造业信息化技术的产业化。 3)关键技术产品应用服务支持 结合省市制造业信息化技术服务体系的建设,针对七大关键技术产品,建立相应的专业化技术服务中心和服务队伍,为制造业信息化关键技术产品在省市企业、特色行业和典型区域的应用示范提供技术支持。有条件的省市应以制造网络系统作为载体开展技术服务,使制造业信息化技术服务形成一个网络,实现资源的共享和网络环境下的集成服务。针对7大关键技术产品,建立关键技术的专业化培训中心,培养一批应用型专业化人才。,4. 国家制造业信息化三维CAD产品的研发与应用,三维CAD是数字化设计制造及整个制造业信息化的基础,也是“十五”国家制造业信息化工程与863计划重中之重的重大专项之一。 随着我国快速成为全球最重要的制造基地,中国制造业正在迎来历史上最好的、蓬勃发展的崭新时期。但是与全球制造业的发展相比,我国制造业还存在较大差距,最突出地表现为制造业企业的产品创新能力差、市场响应效率低、自主品牌实力弱,核心竞争力严重不足。以现代信息技术、首先是三维CAD技术全面改造和提升制造业的创新能力和竞争水平,就成为当前我国制造业发展的中心任务;而国内国际的历史和实践已经证明:没有面向制造业信息化服务的“中国军团”的快速形成,就不可能真正形成具有自主创新能力和竞争优势的“中国制造”。,在“八五”、“九五”国家“两C”计划的推进下,中国CAD从无到有、从小到大、从弱到强,到得了长足的发展,不仅初步形成了像CAXA电子图板、开目CAD、CAXA三维实体设计、西工大CAPP、CAXA制造工程师、新模式PDM等许多优秀的自主知识产权CAD/CAX软件产品,而且紧贴中国企业应用、并积极引进国内外先进技术专利,在一些技术和产品构件上跳到了技术发展的前沿,成功地发挥了后发优势、实现了跨越式发展、形成了技术和市场上的领先实力;不仅形成了CAXA、开目等一批具有完整研发、营销、服务体系和较强市场竞争能力的CAD/CAX龙头企业,而且已经在全国制造业各个行业,包括航空航天、国防兵工、石油装备、工程机械等许多重大行业的重大企业中,得到了数十万套广泛的成功应用,已经在制造业信息化工程实践中担当起了重要角色。中国CAD/CAX产业初具形态。,由于发展时间较短、企业应用规模不够、技术研发和市场营销模式尚在探索中等,今天中国CAD产业的发展还存在显著的差距:企业的规模不足国外同类企业规模的1%;研发企业间产品技术与业务交叉重叠严重,无法形成合理的专业分工和优势互补;企业对自主软件了解不多、信心不足,自主版权CAD/CAX软件在许多企业的采购和应用中还没有得到应有的“国民待遇”,应用的广度和深度还很不够等等。 因此中国CAD/CAX产业急需走向成熟,中国CAD/CAX产业为制造业提供信息化整体解决方案的综合实力急待提高,必须要有新的突破,必须要在组织、管理、产品研发以及服务等模式上大胆创新,以市场机制、通过聚焦联盟、实现分工合作,打破小而全、低水平重复、应用不开、产业化程度低、提供解决方案能力差等死循环瓶颈,加速形成CAD技术和产业链群,形成拳头、形成规模化、市场化的服务品牌,积极参与国际竞争;必须要主动拆掉CAD企业内部、CAD企业同行之间以及CAD企业与制造业企业用户之间的隔墙,特别是加大与企业用户之间沟通合作的力度,充分发挥中国CAD企业贴近中国市场与企业用户的优势,切实服务于信息化的“中国制造”;必须立足自主开发与引进国际先进技术相结合,通过国际资源的联盟与整合,实现跨越式发展,努力打造国际水准的CAD/CAX“中国军团”,才能从根本上满足我国制造业面向国际市场、积极参与国际竞争的迫切需要。,2001年科技部在863“制造过程管理系统”项目上进行试点,由CAXA牵头、联合国内五家单位共同承担,并已取得成效;2002年科技部在863重中之重的“三维CAD系统”项目上再次采用这一全新的运行机制,由CAXA牵头,组织清华英泰、江苏数字化设计制造中心、浙江大学、武汉开目、武汉天喻、陕西省CAD中心(西工大)、上海宏正等国内8家CAD厂商联合承担,初步形成了CAXA牵头、多家合作、优势互补、资源共享、广泛参与的“中国制造业信息化CAD产业技术联盟”,开始了CAD/CAX“中国军团”的历史征程。,CAXA牵头组织国内外多家单位联合开发国家制造业信息化工程三维CAD系统,面向行业典型产品的三维数字化设计系统国家制造业信息化工程三维CAD体系结构,5. 国家制造业信息化三维CAD认证培训,人才培训是制造业信息化工程重要目标之一,也是“八五”、“九五”“CAD应用工程”的重要经验之一。在“以人为本、培训先行”、“抓应用、促发展、见效益”方针指导下,为推动三维CAD技术的应用普及和提升制造业现代数字化设计制造水平,国家制造业信息化培训中心会同中国制造业信息化CAD产业技术联盟(筹),于2004年1月1日起在全国正式启动了“国家制造业信息化三维CAD认证培训”工作。 国家制造业信息化三维CAD认证课程分为A(应用)、B(高级应用)、C(程序开发)三类课程(培训及考核大纲见附录)。,1)培训目标 面向我国制造业信息化应用和技术开发需求,培训造就大批掌握现代三维 CAD技术的应用型和开发型人才,为我国制造业企业数字化设计、制造的实践服务,推动三维CAD软件产业的发展。 2)组织管理 科技部“国家制造业信息化培训中心”负责“国家制造业信息化三维CAD认证培训”工作的规划、指导和管理,并设立三维CAD认证管理办公室,具体负责认证培训工作的组织和实施。 3)认证教育培训基地 “国家制造业信息化培训中心三维CAD教育培训基地” (简称“培训基地”)是“国家制造业信息化培训中心”通过授权认证管理办公室在全国各地、各行业设立的分支机构和“国家制造业信息化三维CAD认证培训”工作最终的培训和认证依托单位。,4)认证培训讲师 参加师资培训并获取“国家制造业信息化三维CAD认证培训讲师资格证书”的教师方有资格承担“国家制造业信息化三维CAD认证培训”的培训教学工作,并有资格按“国家制造业信息化三维CAD认证培训考核大纲”的要求对学员进行认证考核并签署考核成绩单。 5)教材与课件资料 认证培训使用按“国家制造业信息化三维CAD认证培训考核大纲”的要求统一编写的标准培训教材与多媒体助学、助教课件等培训资料开展培训教学。 6)培训工作 按照“国家制造业信息化三维CAD认证培训”的要求,并分计划、招生、培训、考试、总结、发证六个环节组织课程培训。 7)认 证 学员参加认证课程培训并通过认证考试成绩合格,将获得由科技部“国家制造业信息化培训中心”与“中国制造业信息化CAD产业技术联盟”共同签发的“国家制造业信息化三维CAD认证证书(“国家三维CAD应用工程师”/“国家三维CAD高级应用工程师”资格证书)”。 “国家制造业信息化三维CAD认证证书”通过科技部官方网站予以公布,并提供网上公开即时查询(/),将作为三维CAD应用技能的官方权威认证和企事业单位录用CAD人才的基本依据。,三、 国内外主要三维CAD软件与应用简介,1. CATIA CATIA是法国达索系统公司(Dassault Systemes)主持开发、美国IBM公司服务销售、波音飞机等大型制造企业应用参与的高端数字化产品设计制造CAX系统。 CATIA最早源于航空航天领域的尖端应用,从20世纪70年代发展形成,不仅开创了三维线架、曲面、实体特征等多项技术先河,而且随着在航空、航天以及汽车等越来越广泛领域的深入应用和不断发展,系统不断得到丰富、完善和扩展,到目前已发展成为一套集成的大型应用软件包,内容覆盖了产品设计的各个方面,包括CAD/CAE/CAM,既提供了支持各种类型的协同产品设计的必要功能,也可进行无缝集成,支持“端到端”的企业流程解决方案,是IBM-达索系统的完整电子商务“产品生命周期管理方案/PLM”的核心产品(与ENOVIA、SMARTEAM、DELMIA、CAAV5等共同构成IBM-达索PLM系统)。2002年后推出V5版实现了从UNIX向PC/WINDOWS平台的成功移植。 目前,CATIA在全球拥有24,000多个客户,主要集中在航空、航天、国防、汽车等大型制造企业的高端应用,使用超过180 000套,是全球应用最为广泛的高端工业软件系统之一。,CATIA V5,2. UG UG(全称Unigraphics)是美国EDS旗下PLM Solution-UGS公司集 CAD/CAM/CAE于一体的大型集成软件系统。UG最早源于麦道飞机公司的航空航天尖端设计制造技术,并逐步发展成为独立软件系统。后随着麦道并入波音于1991年并入EDS,并成为EDS-PLM Solution部门UGS。是EDS面向制造业plan(计划)、Define(设计)、Build(制造)与Support(服务)的UGS PLM解决方案(包括E-factory(数字工厂)、NX(下一代CAX系统)、PLM Open(开放平台)、Solid Edge、Teamcenter(协同管理框架)、Product Index等)的核心构件之一。 UG系统主要应用于包括通用汽车在内的汽车、国防、机电装备等行业的大型制造企业,是全球应用最为广泛的高端工业软件系统之一。并于1990年初随着通用汽车正式进入中国,目前在中国的用户超过2500家。,UG,3. Pro/E Pro/E(全称Pro/ENGINEER)是美国PTC公司的数字化产品设计制造系统。于1986年由原CV公司的技术人员开发创建,不仅最先将“参数化”技术融入CAD系统,并且借助PC(个人计算机)的快速崛起,率先将高端CAD系统从航空航天国防尖端领域推介到民用制造行业,为现代CAD的技术发展与应用普及做出了贡献。经过近20年的快速发展,目前Pro/E系统的功能得到巨大提升和完善,已成为一个集CAD/CAM/CAE一体化的中高端CAX系统,并以最新Pro/ENGINEER Wildfire为核心构件(产品数据产生),与Windchill PDMlink(产品数据管理)及Windchill Projectlink(产品过程协同)一起,共同构成PTC-PLM解决方案。 Pro/E软件主要应用于轻工、电器及其模具设计制造等的中小型制造企业,并随着发展壮大不断向汽车等大型制造领域延伸。随着20世纪八九十年代我国对外开放,Pro/E伴随“三来加工”从台、港等地迅速传入广东、浙江一带,并在我国东南地区轻工行业的快速发展中形成较大影响。,Pro/E Wildfire,4. AutoCAD/Inventer AutoCAD是美国Autodesk公司开发的具有三维功能的通用二维CAD绘图软件,经过20 多年发展,目前已广泛应用于机械、建筑等众多二维CAD绘图领域,在全球拥有500万用户,其DWG/DXF文件格式已成为事实上的国际标准,是当前最普及的二维CAD平台软件之一。 AutoCAD2004在AutoCAD以往版本丰富的通用二维绘图/图形编辑以及二次开发环境(AutoLisp/VBA)等功能基础上,特别是针对网络设计环境进行了进一步完善、加强与优化 。,5. CAXA CAXA是我国具有自主知识产权软件的知名品牌,是中国CAD/CAM/CAPP/PDM/PLM软件的优秀代表,在国内设计制造领域拥有120 000套授权使用的广泛用户基础和影响。CAXA软件最初起源于北京航空航天大学,经过十多年市场化、产业化和国际化的快速发展,目前已成为“领先一步的中国计算机辅助技术与服务联盟(Computer Aided X,Ahead & alliance)”,产品覆盖设计(CAD)、工艺(CAPP)、制造(CAM)与协同管理(EDM/PDM)四大领域,有近20个模块和构件,构成CAXA-PLM集成框架,是国内制造业信息化服务的主要供应商之一。 CAXA-PLM解决方案包括四个子方案: 1)CAXA设计解决方案:提供从二维绘图到三维设计的创新设计工具,帮助完成产品的概念、外观、结构、零部件和总体设计等,以及提供对设计标准、设计文档和经验的知识管理和共享平台。产品包括CAXA电子图板与CAXA三维实体设计等。 2)CAXA工艺解决方案:建立企业制造资源、工艺标准和典型工艺库,重用CAD图形、数据和各种工艺知识与工艺经验,生成各种材料清单和工艺汇总数据。 产品包括CAXA工艺图表与CAXA工艺汇总表等。,3)CAXA制造解决方案:提供各种数控机床NC编程/轨迹仿真/后置处理、图形编控系统、数控车间网络通讯与管理以及模具铣雕系统等。产品包括CAXA制造工程师(2-5轴铣削加工)、CAXA数控车、CAXA线切割、CAXA雕刻、CAXA网络DNC、CAXA图形编控系统、CAXA模具铣雕解决方案等。 4)CAXA协同管理解决方案:实现产品设计制造过程中各种图档和文档、业务和经验以及即时交流和沟通的数据的共享与协同,实现流程管理的协同、不同类型数据管理的协同。产品包括CAXA协同管理-个人管理工具/图文档管理/产品数据管理/工艺数据管理/生产过程管理等。 CAXA电子图板和CAXA三维实体设计是CAXA-PLM设计解决方案的核心构件之一。 CAXA电子图板是一款功能强大、技术成熟、应用广泛的国产优秀二维CAD绘图软件,具有多(用户多、套数多)、快(学得快、绘图快)、好(图库好、标注好)、省(时间省、费用省)、全面兼容AutoCAD等显著特点,是二维CAD国产化、正版化、普及化的替换产品,并与AutoCAD一起共同构成了当前我国通用二维工程绘图平台。,CAXA三维实体设计是国家863计划重点支持的、具有国际领先技术的新一代创新三维CAD系统。提供了包括基本体素和齿轮、轴承、紧固件等标准件在内的丰富三维图库,以及简单快捷的三维图库扩展功能;配合智能捕捉,提供了对设计元素的简单直观的拖放式操作以及独特、强大、灵活的三维空间定向、定位工具三维球,实现了真正三维CAD创新设计;提供了“拉伸”、“旋转”、“放样”、“导动”、“抽壳”和布尔运算等丰富的实体特征造型功能,直纹面、旋转面、导动面、放样面、边界面、网格面以及过渡、裁剪等强大的曲面造型功能,毛坯、折弯、凸缘、缝、包边以及钣金展开等钣金设计功能,以及将零件设计与装配设计集中于同一设计环境的三维球装配、无约束装配、约束装配以及干涉检查等装配设计功能;提供了高级真实感三维渲染,以及三维轨迹动画、视向动画与机构约束动画的复杂动画设计功能,二、三维双向关联以及符合国标的强大工程图绘制功能;提供了Parasolid、Acis等多内核技术,可实现多种数据格式(Catia、Pro/E、STEP、X_T、SAT,IGES和3DS等)的读入/输出,并集成了 CAXA协同管理组件,支持协同设计与管理等。,CAXA实体设计2005的三维设计环境,6.其他主要CAD/CAX软件概要,四、CAXA三维实体设计的创新设计思想与设计流程,传统CAD在功能上主要着眼于产品详细设计阶段,只能把一个事先由设计者已经详细构想好并设计完成了的产品通过计算机三维造型或二维绘图重新实现一下。但是事实上产品创新过程并不是这样的,设计者不可能预先凭空很详细地想好、想清楚要做的创新产品究竟是一个什么样的形状、结构等功能与属性;如果事先已经借助手描、草图、木模型或快速原型样机等把产品“设计”完成了那再使用“CAD”意义就不大了。 支持产品创新设计成为现代CAD的使命。创新设计需要产品开发各个环节、各阶段进行协同,必然要求CAD不仅对高级设计人员,而且对一般设计人员,而且对客户、对供应商、对销售人员、对管理人员等都能够适用、都能够非常方便、容易地掌握它、应用它;同时也必然要求CAD对不同的软件平台、不同的数据文件以及产品开发不同过程的数据进行交换、共享和集成。因此当今CAD软件技术与应用正在朝两个方向发展,一是向软件更宜人、操作更简便、系统更智能的方向发展;二是从绘图表达与造型表现等局部、单元应用,正在向支持产品创新设计、产品开发各阶段的网络协同和 CA

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