CADCAM系统概况和选择.pdf

第一节 C A D C A M 系统概况 1 1 1C A D C A M 技术 计算机辅助设计和计算机辅助制造 C A D C A M 技术是设计人员和组织产品 制造的工艺技术人员在计算机系统的辅助之下 根据产品的设计和制造程序进行 设计和制造的一项新技术 是传统技术与计算机技术的结合 设计人员通过人 机交互操作方式进行产品设计构思和论证 产品总体设计 技术设计 零部件设 计 有关零件的强度 刚度 热 电 磁的分析计算和零件加工信息 工程图纸 或数控加工信息等 的输出 以及技术文档和有关技术报告的编制 而工艺设计 人员则可以根据 C A D 过程提供的信息和 C A M 系统的功能 进行零部件加工工艺路 线的控制和加工状况的预显 以及生成控制零件加工过程的信息 由于计算机技术的引进 大大地促进了设计和制造能力的提高 这种能力的 提高 不但体现在工作效率和工作质量方面 更体现在先进的计算机技术对传统 的工作方式 的促进和变革方面 但要指出 C A D C A M 技术不能代替人们的设计 和制造行为 而只是实现这些行为的先进手段和工具 而人们的设计和制造行为 则由专业技术人员的创造能力和工作经验 以及现代设计方法等提供的科学思维 方法和实施办法来确定 1 1 2C A D C A M 系统的基本组成与类型 一般讲 一个 C A D C A M 系统基本上只适用于某一类产品的设计和制造 如电 子产品 C A D C A M 只适用于设计制造印制板或集成电路 而机床的 C A D C A M 只适用 机床的设计和制造 这两个系统不仅基础和专业软件不一样 而且硬件配置上也 有差异 但就系统的逻辑功能和系统结构角度来看还是基本相同的 不管是用 于何种产品设计和制造的 C A D C A M 系统 从其逻辑功能角度来看 C A D C A M 系 统基本上是由计算机和一些外部设备 计算机和外部设备通常硬件 及相应的软 件组成 其中包括系统软件 支撑软件及应用软件 如图 1 1 所示 但对于 一个具体的 C A D C A M 系统来讲 其硬件 软件相互的配置是需要进行周密考虑 的 同时对硬软件的型号 性能以及厂家都需要进行全方位的考虑 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 图 1 1C A D C A M 系统的基本结构 C A D C A M 系统的类型可按系统的功能分 也可以按系统中使用的计算机类型 分 按系统功能一般分为 通用 C A D C A M系统和专用 C A D C A M系统 通用的 C A D C A M系统使用范围广 其硬件和软件的配置也比较丰富 而专用的 C A D C A M 系统是为了实现某种专门产品生产的系统 其硬件配置比较简单 软件也比较单 一 当前各单位对 C A D C A M 系统的要求不尽相同 所需的硬件和软件性能不同 即应用是多层次的 根据计算机的性能和类型 传统的分类是将 C A D C A M 系统分 为 4种类型 随着计算机技术的发展 正在或已经在不断的变化 下面按组成 C A D C A M 系统所用的计算机 按照传统的分类方式来讨论 C A D C A M 系统的基本类 型 1 大型机 C A D C A M 系统 顾名思义 该系统一般一具有大容量的存储器和极强的计算功能的大型通用 计算机为主机 一台计算机可以连接几十至几百台图形终端和字符终端及其他图 形输入和输出设备 其主要优点有 1 系统具有一个大型的数据库 可以对 整个系统的数据实行综合管理和维护 2 计算速度快 3 给企业的集成 管理带来方便 4 提高了企业在设计 制造方面的效率 为企业的设计 制 造一体化提供了条件 为企业生产方式向国际先进水平靠拢奠定了基础 主要 缺点有 1 安全性能低 如果主机出现故障 则整个系统都不能工作 但随 着双机容错等先进技术的广泛使用 安全性能已经今非昔比 3 终端距离不 能太大 但随着网络技术的发展 距离的限制是越来越小了 4 随着计算机 的总负荷增加 系统的响应速度将降低 这种现象在三维造型和复杂有限元分析 时尤为突出 如某飞机制造公司 主机为 I B M 4 X X X 带有若干台 5 0 8 0的图形终 端 当全部终端同时使用时 其图形处理速度慢得不可忍受 但随着处理器速度 的飞速发展 这个问题也将逐渐得到缓解 大型机系统的一般用户为大型的飞 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 机制造公司和船舶制造公司 系统的成本很高 一般中小企业不可能承受 有代 表性的大型机生产厂家是 I B M N A S C D C H o n e y w e l l等 I B M公司是大型机市 场的霸主 大型机 C A D C A M 系统运行的 C A D 和 C A M 软件有 美国洛克德的公司的 C A D A M 和法国达索公司的 C A T I A 及 C V 公司的 C A D O S 等 实际上 随着计算机技 术的发展 小型机的性能和功能的提升已经逐渐取代了传统大型机的地位 2 小型机 C A D C A M 系统 7 0 年代末至 8 0 年代初 这类系统处于蓬勃发展时期 我国在此期间从国外 购进的 C A D C A M 系统大都属这种类型 生产 制造这类系统的厂商很多 如美国 的 C V I n t e r g r a p h D E C C a l m a A u t o t r o l U n i g r a p h i c s 和法国的 E u e l i d 等 通过使用 人们逐渐发现了这类小型机系统有一定的局限性 如系统的计算能力 和扩充能力差等 而且 不同系统之间数据是很难进行交换的 即不同系统的数 据存贮格式式不相同的 8 0年代中期 由于分布式工程工作站的问世和异种机 之间联网技术的发展 促进了这种独立孤立系统向开放式系统发展 而系统使用 的软件也逐渐向工业标准方向靠拢 3 工程工作站组成的 C A D C A M 系统 8 0 年代初 3 2 位的工程工作站问世 以工作站组成 C A D C A M 系统发展很快 它与小型机 C A D C A M 系统不同 一台工作站只能一个人使用 并且具有较强的联 网功能 其处理速度很快 一般都赶上或超过了过去的小型机的速度 这类工作 站一般都采用 R I S C 技术和开放系统的设计原则 且以 U N I X 为操作系统 这种类 型的工作站式 9 0 年代 C A D C A M 系统的主要机器 生产这类产品的厂商有 1 I B M 公司 产品是 R S 6 0 0 0 系列 2 C D C 公司 产品是 C y b e r 9 1 0 系列 3 D E C 公司 产品有 D E C S t a t i o n 和 D E C S y s t e m 系列 4 H P 公司 产品有 H P 9 0 0 0 4 0 0 和 H P 9 0 0 0 8 0 0 及 H P 9 0 0 0 7 0 0 系列 5 S u n 公司 产品有 S p a r eS t a t i o n1 和 S u n 4 3 0 0 系列 6 S G I 公司 产品有 I R I S 系列和 p o w e r 系列及 I n d i g o 等 4 P C 微机组成的 C A D C A M 系统 随着微机性能的不断提高 价格的不断下降 以 P C 及组成的 C A D C A M 系统 近年来增加很快 过去以 P C 微机为主机的 C A D C A M 系统一般只能进行二维拼图 和绘图 而现在可以进行三维造型和复杂的分析计算 值得一提的是 由于网 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 络技术的发展 现在的微机已能与大型机和小型机及工作站联网 成为整个网络 的一个节点 共享主机和工作站资源 这样 大型系统 工作站系统 P C机系 统就不再相互割裂 而成为一个有机的整体 在网络中发挥各自的优点 使得原 来在小型机和工作战上运行的 C A D C A M 软件直接在微机上运行 因此 在我国用 高档微机组成的 C A D C A M 系统发展很快 在某些方面已接近低档工程工作站的能 力 另外 在实际应用中 目前往往大致按照 C A D 系统的大小分类 网络环境下 的 C A D C A M 系统和单机环境下的 C A D C A M 系统 在过去几年里 基于微机的单机 C A D C A M系统给小型企业 个人以及教学使用带来了方便 并且这也是 C A D C A M 技术普及的必由之路 但是 随着企业集成化管理和生产能力进一步提高的需要 网络化是必然的趋势 现代企业在 C A D C A M 的建设过程中 必须要考虑到和C A P P P D M M I S 等系统的集成问题 根据企业的发展来确定 C A D C A M 系统的建设 1 1 3C A D C A M 系统的功能界定 我们以制造业为例来说明一个 C A D C A M 系统的功能界定 一个完整的制造企 业 C A D C A M 系统应包括如下几个由底层到高层的模块 1 C N C 系统及各种自 动化加工设备 包括数控加工中心等各种数控机床 三坐标数控测量机 P L C 监测设备等 2 物料存储及运送系统 包括自动化仓库 3 分布式直 接数控及设备控制系统 包括直接数控群控 D D N C 系统及其与自动仓库的互联 系统 工业控制系统等 4 物流控制与管理系统 其功能式对物料存储及运 送系统进行监测和控制 以服务于车间生产计划控制系统 5 工艺规程设计 与管理系统 其功能包括计算机辅助工艺规程设计 工艺数据库管理 工艺规程 管理等 6 数控加工自动编程系统 包括复杂曲面模具加工自动编程系统 数控线切割 车 铣 磨等加工的自动编程系统 7 全面质量保证系统 T o t a l Q u a l i t y I n s u r a n c e S y s t e m 8 车间生产计划控制系统 S F C S S h o p F L O O R C o n t r o l S y s t e m 9 计算机辅助工程制图 C A E D 系统 其功能包括辅助制 图 图纸扫描及光栅 矢量混合编辑 图纸管理等 1 0 计算机辅助设计 辅 助工程 C A D C A E 系统 其功能包括产品的二维设计或三维设计 装配设计 工程分析及优化 工业设计 产品信息管理等 1 1 产品综合信息管理系统 P I I M S 其功能是基于一个统一的数据库 一个统一的框架对产品的各项信息 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 例如设计文档 设计辅助数据 产品模型 二维或三维 版本信息 工程图纸 工艺规程 工艺数据 数控加工程序等实行管理 前八个模块主要完成制造企 业生产管理中的控制和执行功能 属于计算机辅助制造 C A M 范畴 其中 车 间生产计划控制系统是对 C A M各个功能模块的大集成 通过 S F C S 我们实现了 集成的 C A M 系统 我们将这种集成系统称为车间级计算机集成制作系统 后三个系统主要完成企业的产品设计功能 属于计算机辅助设计 C A D 范 畴 其中 产品综合信息管理系统实现了 C A D 与 C A M 之间的集成 并为 C A D C A M 系统与未来 C I M S 系统其他子系统之间交换 共享信息提供良好的支持 该模块也 是 C A D C A M 系统与 C I M S 系统中其他子系统发生交互作用的界面 但最后一项功 能基本上很少出现在目前的 C A D系统中 而是被某些软件厂商单独做成一个产 品 比如图档管理系统 针对产品全生命周期的各种数据和信息的管理 还有专 门的大型系统 产品数据管理系统 P D M 来实现 第二节 我国 C A D 技术应用的状况与发展 1 2 1 国 C A D 技术应用的现状 我国 C A D C A M 技术的研究起步于 7 0 年代 当时仅有少数大型企业和科研单 位及部分高校参加 进展速度很慢 近年来 由于计算机价格的不断下降 加之 改革开放和国内外市场激烈竞争形势的不断发展 促使我国科技人员采用新技术 的积极性不断高涨 C A D C A M 技术的优点逐渐被更多的人们所接收 近几年来 C A D 技术有了较快的发展 主要表现最以下几个方面 1 少数大型企业已经建立起较完整的 C A D C A M 系统并获得较好的效益 几年来 少数大型企业在某一 和某些 专业领域大胆应用 C A D C A M 技术后 真正提高了产品质量 缩短了生产周期 取得了较好的社会经济效益 这些企业 认识到了 C A D C A M 技术是提高生产效益必不可少的条件之一 如天津 7 1 2 厂 西 安黄河机器制造厂和电子部 3 8 所等 它们在彩色电视机外壳注塑的设计制造及 电路设计中采用 C A D 技术后 十分明显地提高了经济效益 节省了大量的外汇 并在已有的基础上进一步扩大了 C A D C A M 技术在本单位的应用范围 2 中小企业开始使用 C A D C A M 技术 进入 9 0 年代后 国家各工业部门都十分重视推广应用 C A D C A M 技术 制定 了发展计划 并对所属企业提出了具体要求 另外 少数大型企业采用 C A D C A M Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 技术后产生的明显的经济效益 对中小企业的影响十分巨大 它们首先应用微机 和相应的微机 C A D 软件组成 C A D 系统 进行机电产品的设计和工程图纸的绘制 与传统设计方法相比提高了效率 同时 应用范围也不断扩大 而且逐步深化 有的企业在原有的基础上还计划引进工程工作站和数控机床 实现 C A D 和数控加 工相组合 3 我国已自行开发了大量实用的 C A D C A M 软件 从 7 0 年代中后期起 国内一些高等院校和科学院的研究所以及一些大型企 业在 C A D C A M技术领域内进行了大量的研究工作 自行开发了一些实用的 C A D C A M 软件 由于这些软件价格比较便宜 维护和培训较方便 所以便于推广 应用 4 国内计算机生产厂商已能为 C A D C A M 提供微机和工程工作站 现在国内市场上提供的微机价格比较便宜 性能也基本能够满足需要 不仅 可以满足绘制二维工程图纸的要求 而且还可以做三维几何造型和复杂运算的工 作 工程工作站的价格也很便宜 而性能比微机好得多 这为推广应用 C A D C A M 技术提供了一个良好的条件 5 引进国外成套的 C A D C A M 设备 在改革开放和发展市场经济的条件下 一些经济效益好的企业从国外引进一 些成套的功能较强的 C A D C A M 系统 这对提高我国 C A D C A M 技术的水平是十分有 用的 我国在 C A D C A M技术的普及方面已经取得了一定的成绩 但是这还远远不 够 甚至可以说 目前我国企业对 C A D C A M 技术的普及应用程度还很低 在几年 前甩图板工程的带动下 计算机出图率有较大的提高 但企业在使用 C A D C A M 技术的水平和效率方面仍然很低 多数没有体现计算机辅助设计这个概 念 顶多也就是把图版上的工作原原本本移到了计算机屏幕上 甚至有许多知名 企业目前仍然依靠一些非正版的平台软件绘图 其效率和质量的低下已经严重地 阻碍了企业的发展 制造业企业竞争力的根本来源是设计生产水平的提高 而在 观念上的转变将是关系我国企业与世界接轨的关键因素 为了加强我国 C A D C A M 技术的发展并普及应用 应根据各单位的实际需要尽快地培养一支掌握 C A D C A M 技术的人才队伍 而这些人员还应该掌握本专业的理论和技术知识 当 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 然 这支队伍的组成应有一定的层次 对现有的工程技术人员进行 C A D C A M 技术 培训 使他们快速掌握 C A D C A M 技术 这是推广应用 C A D C A M 技术的关键 1 2 2 我国 C A D 技术应用中存在的问题 对引进技术的消化吸收 在我国 C A D C A M研究普遍存在着科研水平较高 商品化程度低的特点 很多科研成果不能及时转换为生产力 这样 长期以来进 口软件便成为唯一的选择 许多企业上了 C A D C A M 项目 有的投资额高达数百万 元 购置了当时较为先进的工作站 小型机系统 但现在绝大多数都已束之高阁 造成了大量人力 物力的浪费 究其原因 一是国外 C A D C A M 软件和工作站等硬件产品价格昂贵 动辄几万 几十万美金 给企业造成沉重的经济负担 二是软硬件操作复杂 不但要求使用 者具有较高的数控加工经验 而且要求具有较高的计算机水平和英语基础 这样 的人才十分难得且培训周期长 三是国外 C A D C A M 软件企业主要通过国内代理销 售 由于客观原因 大多技术支持能力较弱 响应缓慢 这些因素使得 C A D C A M 技术成为国内制造企业的一块心病 近年来 情况有了转机 随着改革开放的深入 沿海和内地的一些地区经济 活动日益活跃 特别是广东沿海和江南地区产生了一大批中 小型制造企业 由 于面对激烈的市场竞争 产品生命周期不断缩短 多品种 小批量生产比例增加 如何缩短产品的设计 制造周期成为这些企业生存的关键 这一批中小型制造企 业迫切要求配备功能完备 价格廉宜 学习简便和技术支持良好的 C A D C A M 软件 形成了强大的市场需求 更重要的是随着 P C微机功能的不断增强 在很多领域 已可替代工作站 使硬件投资大大降低 在这一时期 国产 C A D C A M 技术也得到 了长足的发展 大批优秀国产 C A D C A M 软件推向市场 它们不仅在技术上已经接 近或达到世界先进水平 而且在价格 使用习惯和技术支持上更有进口软件难以 比拟的优势 原国家科委提出甩图板号召以来 设计人员使用自主版权的国 产 C A D C A M 软件已成为大势所趋 目前 在二维软件方面 国产 C A D C A M 软件主 要有两个发展方向 一是自主平台的 C A D C A M 软件 二是基于国外优秀平台软件 的二次开发软件 主要是基于 A u t o C A D 这两方面的应用软件基本上占领了国 内绝大部分的二维应用软件市场 在三维软件方面 国内也推出了一些较为优秀 的产品 但是毕竟由于时间的限制和应用经验的缺少 和国外优秀的三维软件相 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 比 国产三维 C A D C A M 软件还需要在功能和实用性方面做更多的工作才行 当然 企业在选型时 也要根据自己的具体需求 量力而行 国产软件一般来说 价格 较低 并且完全能够满足大多数企业的实际需求 这种情况下 就没有必要花上 几倍的价格 购买一些用不上的功能 C A D C A M 软件在我国制造行业设计中已得到广泛应用 但在实际工作中还存 在一些问题 现一一分析说明 1 标准化工作 标准化是企业技术工作的一个很重要部分 当应用 C A D C A M 技术时 企业技术部门首先应根据 C A D C A M 的特点 对企业已有的标准进行修订 或订立新的标准 例如 计算机绘图时图线的宽度 标注字体的字型及大小 图 纸标题栏与明细表格式 图纸编号及图形文件命名规划 图档的管理与保存 纸 介质 磁盘 光盘 等等 只有统一了标准做法 才会使企业的技术文件符合有 关的标准化要求 相互一致 2 网络化 网络是当前的一个趋势 C A D C A M 应用采用网络可以实现信息共 享 给设计工作带来极大的方便 由于 C A D C A M 应用的实时数据交换量极大 采 用主机分时系统会降低设计效率 最佳方案是各节点独立完成设计工作 网络的 作用是各节点有关资源的相互调用 同时 由于知识产权保护的需要 C A D C A M 软件一般都有自己的加密措施 如加密锁或钥匙盘 以维护软件开发商的合法权 益 因而在计算机网络的实施方案上出现两种情况 一种是仅在服务器上安装一 个加密锁 二是在各节点机分别安装加密锁 显然前者便于资产管理 后者可脱 离网络单机运行 各有优点 3 使用人员与维护人员对软件功能认识的差异 通常 C A D C A M 软件的使用 人员是专业技术人员 他们关心的是所选择的 C A D C A M 软件能否满足他们工作的 需要 是否好用 而不大关心软件是怎样开发出来的 功能是否覆盖了 C A D C A M 的所有领域 是否反映了 C A D C A M 技术研究的最新成果 而系统维护人员大多是 计算机专业人员 他们考察软件的出发点不同 如 是否具有二次开发语言接口 运行平台怎样等等 有些提出的问题与企业的技术工作相脱节 因此 C A D C A M 系统的选型应以 C A D C A M 系统的使用人员为主 4 软件的技术先进性与实用性 很多企业在选择软件时 都希望选取技术最 先进 功能最齐全的 C A D C A M 软件 实际上 作为产品的 C A D C A M 软件 都有其 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 独特的一些功能 对于企业来说 其人员配备 使用目的 管理流程等方面的差 异 都对 C A D C A M 的选型产生重大影响 所以 并不是最新的技术就能产生最好 的应用 在选型时应根据企业本身的特点选择最实用的软件 5 持续性与发展性 企业一旦选定某种 C A D C A M 软件 经过几年甚至更长时 间的技术积累 其很多技术资料 如图纸 工艺卡片等 是以基于该软件的电子 文档方式存储的 而且在应用软件的过程中 随着应用水平的提高 必然会对软 件有越来越高的要求 如果企业另外选择其它的 C A D C A M软件来替代现有的软 件 将要下很大的决心并会给工作带来不可避免的损失 因此 在选择软件时 对其提供商或开发商的考察就非常重要 对于开发商 应能不断提高其产品的性 能以满足企业生产中出现的各种需求 对于软件提供商 还要能够不断提供后续 服务 近几年 软件开发商由于自身的原因倒闭或撤出中国市场的事例已有几起 给用户造成的损失想必只有应用单位才有最深刻的体会 因此 企业在选择关键 软件时应将开发商的持续发展能力作为一条考核标准 这种持续发展的实力包括 软件研发及对本地市场的长期投入等方面 6 兼容性 软件的兼容性问题是很重要的一点 一个优秀的软件 是应该具 有很好的兼容性的 这样 企业将来在发展的过程中 需要购买其他方面的系统 可以顺利地进行集成 以前购买的系统也可以充分利用 这样既保护了企业用户 的投资 也能够帮助企业顺利地进行信息化建设 另外 更重要的是企业不用因 为使用了某一个特定的软件产品而对该软件公司产生很强的依赖性 这样的话 即使该公司倒闭了 也不会对企业造成多大的损失 1 2 3C A D 技术的发展趋势 现在 随着计算机性能成数量级的提高 其价格成倍地下降 随着网络通 讯的普及化 信息处理的智能化 多媒体技术的实用化 随着 C A D 技术的普及应用越来越广泛 越来越深入 C A D 技术正向着开放 集成 智能和 标准化的方向发展 正确把握 C A D 技术的发展趋势 对于我国 C A D 软件行业开发 适销对路的产品 对于企业正确选型和规划自身的 C A D 应用系统 都有非常深远 的意义 一 开放是基础 C A D 系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口 9 5 9 8 N T 和 U N I X 平台上 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 在 J a v a L I N U X 平台上也有 C A D 产品 此外 C A D 系统都为最终用户提供二次开 发环境 甚至这类环境可开放其内核源码 使用户可定制自已的 C A D 系统 C A D 系统的开放性是决定其能否真正达到实用化 能否真正使之转化为现实生产力的 基础 C A D 系统的开放性主要体现在系统的工作平台 用户接口 应用开发环境 以及与其他系统的信息交换等方面 1 工作平台 目前 C A D 系统的工作平台分为工作站加 U n i x X W i n d o w 操作系统和微机加 W i n 9 5 W i n 9 8 操作系统两种 W i n N T 虽然能兼顾两种操作系统 的功能 但它并不是一个独立的平台 传统的 D O S 操作系统由于缺乏良好的开放 性和用户友好性 肯定被 W i n d o w s 操作系统取代 工作站和微机作为两种系列的 计算机互相补充 不会由一种取代另一种 网络计算机 N C 虽然呼声很高 但 从其设计的初衷来看 暂时不可能成为 C A D 的工作平台 由于高性能的微机已经 完全适用与 C A D 相关的各部分工作 从而使 C A D 系统 含硬 软件 的性能价格 比能被绝大多数企业所接受 近年将电视 网络通讯和计算集成于一体的家庭型 微机也同样是 C A D 的工作平台 2 用户接口 传统 C A D 系统的用户界面是被动式的文字提示 键盘输入 九十年代本地语 言的命令 菜单及图符使 C A D 系统进入交互工作方式 参数化设计与多媒体技术 的深入开发 自适应的智能界面开始使用 如超文本性质的在线帮助使 C A D 系统 的初学者与专家之间差别大大缩小 自然语言理解和识别 语言命令的使用提高 了用户的工作效率 减轻了劳动强度 动态导航 约束驱动等绘图功能大大提高 了绘图速度和精度 3 二次开发环境 要使企业真正用好 C A D 系统 使之变成现实生产力 必须 向企业提供易学易用的二次三度开发工具 即开发面向行业和企业应用的专用 C A D 软件和数据库 除了传统的函数库调用 L i s p 语言和 C 语言开发工具外 更 需要系统开发单位能及时地对用户进行技术支持和培训 现在按交互 对话的图 声文方式提示用户构造适合行业 适合企业的 C A D 应用系统将会更加友好 受用 户欢迎 二 集成是关键 集成就是向企业提供 C A D C A M 技术一体化的解决方案 集成的出发点是 企 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 业中各个环节是不可分割的 必须统一考虑 企业的整个生产过程实质上是信息 的采集 传递和加工处理的过程 从集成的 C A D 系统来看 可分为以下四个层次 其一是以甩掉图板为目标的计算机辅助绘图与设计系统 我国不少行业 在此层次上的普及率和覆盖率已超过 1 3 有我国自主版权的系统已有一定的市 场占有率 其二是以资源共享 权限控制为目标的产品信息管理系统 P D M S 由此可 以甩掉纸介质的图纸文档 并且在企业实现设计生产信息和管理信息的集成 逐 步实现甩掉工艺卡 其三是以建立全局产品模型 无纸设计 加工管理为目标的计算机辅助三维 设计 分析 仿真模拟 加工集成系统 波音 7 7 7 的设计制造过程是应用这类系 统的典范 其四是以控制产品生命周期为目标的并行工程 并行工程的基本要素是优化 设计 并且从产品性能设计 产品制造工艺性能设计 产品可检测性能设计 产 品可维护性能设计以及产品依从性能设计入手进行优化 促进快出多出市场对路 的新产品 从企业实施来看 一般是效益驱动 总体规划 分步实施 重点突破 先推 广应用单元技术 再集成技术 企业只有在第一个层次上培养了人才 取得效益 和经验 才有基础进行下一层次的工作 这就是从顶向下做设计 从底向上逐步 实施 从技术发展的层次上看 系统集成的方式有以下五种 1 通过数据文件转换器实现不同系统间的信息共享 目前广泛使用的是 I G E S D X F 文件转换 2 把不同系统的数据信息转换成中性文件格式 如把不同系统的产品数据 表示转换成国际标准 S T E P 形式 从而实现各系统数据与中性文件格式的转换和 共享 这方面的技术国内外都在研究开发 部分已达到实用化 3 通过公共数据库实现各系统数据信息的共享 4 通过网络多媒体数据库实现异地系统协同共享信息资源 由此缩小了设 计制造单位在空间上的距离 使大家围绕一个产品设计制造的问题及时地 面对 面地进行讨论和处理 高速信息网络的应用和虚拟设计 虚拟制造环境的建立 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 使得异地协同设计制造成为现实 如百座民机的设计制造就可以分别在北京 上 海 西安 成都等地同时同步进行 5 软件硬件的集成 这种集成第一步是将硬件和软件捆绑在一起向用户提 供硬软件一体化的集成系统 随着硬件平台的标准化和软件系统面向对象的构件 化 软件在不同硬件台上的可移植性 可重用性和可维护性越来越好 因此这一 步的集成相对简单 集成的第二步是用专用集成电路 A C I S 技术 把 C A D 相关 算法和软件做成芯片 由此提高 C A D 的效率和可保护性 这对下一代 C A D 系统的 研制和使用具有重要意义 C A D 技 术 的 集 成 化 体 现 在 三 个 层 次 上 其 一 是 广 义 C A D 功 能 C A D C A E C A P P C A M C A Q P D M E R P经过多种集成形式成为企业一体化解决方案 推动企业信息化进程 目前创新设计能力 C A D 与现代企业管理能力 E R P P D M 的集成 已成为企业信息化的重点 其二 是将 C A D 技术能采用的算法 甚至功 能模块或系统 做成专用芯片 以提高 C A D 系统的效率 其三是 C A D 基于网络计 算环境实现异地 异构系统在企业间的集成 应运而生的虚拟设计 虚拟制造 虚拟企业就是该集成层次上的应用 国际 C A D商品系统开发的另一个趋势是在 全球范围内优选最成功的功能构件 进行集成 至今最成熟的几何造型平台有两 家 P a r a s o l i d 和 A C I S 几何约束求解构件有一家 它的主要产品是 2 D 和 3 D D C M 我国开发的机械 C A D 应用系统已经部分采用 A C I S 和 P a r a s o l i d 平台 这是合理 的 但是国际上近来又有一种思潮 要求软件开发自由化 以免受制于一 二家 公司垄断性产品的束缚 这就是选用 L i n u x 操作系统以及在它基础上开发各种共 享软件 开放源程序 我国也在酝酿自主开发因特网 操作系统 以及各种办公 的国产化系统 这时 自研制几何造型通用平台和各种功能构件也将提上议事日 程 我们要及早做好准备 三 智能是方向 设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域 智能 C A D 是 C A D 发展的必 然方向 从人类认识和思维的模型来看 现有的人工智能技术对模拟人类的思维 活动 包括形象思维 抽象思维和创造性思维等多种形式 往往是束手无策的 因此 智能 C A D 不仅仅是简单地将现有的智能技术与 C A D 技术相结合 更要深入 研究人类设计的思维模型 并用信息技术来表达和模拟它 这样不仅会产生高效 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 的 C A D 系统 而且必将为人工智能领域提供新的理论和方法 C A D 的这个发展趋 势 将对信息科学的发展产生深刻的影响 要真正使产品 工程和系统的质量好 成本低 市场竞争力强 就需要用最 好的设计 最好的加工和最好的管理 就十分迫切需要总结国内外相关产品 工 程和系统的设计制造经验和教训 把成功的设计制造经验做成智能设计 智能制 造系统去指导新产品 新工程和新系统的设计制造 这样才能使我们的产品 工 程和系统有创新性 显然这是我们民族能自立于世界之林的需要 目前在智能 C A D 方面主要开展了以下几方面的工作 1 把一批已经退休或即将退休的工程技术人员长年积累的智慧和经验总结 归纳成计算机里的知识库和智能库 为后人所用 这对行业和企业的技术发展是 一份极其宝贵的财富 2 现有设备仪器在加工中质量和过程的智能控制 其中包括智能传感技术 与系统控制 在此基础上进行新一代加工智能机的设计和制造 3 智能优化产品设计和加工过程 逐步实现加工单元的智能控制 4 智能设计 智能制造系统乃至工业智能化研究 四 标准化是保障 C A D 软件一般是集成在一个异构的工作平台之上 为了支持异构跨平台的环 境 就要求它应是一个开放的系统 这里主要是靠标准化技术来解决这个问题 除了C A D 支撑软件逐步实现I S O 标准和工业标准外 面向应用的标准构件 零 部件库 标准化方法也已成为 C A D系统中的必备内容 且向着合理化工程设计 的应用方向发展 传统形式的手画工程图已经有了成熟的国际标准 相互都能理解 而存储在 磁盘 光盘上的形形色色的 C A D 二进制数字记录 要想实现标准化就复杂 困难 得多 从 8 0年代中期起 I S O国际标准化组织着手酝酿制订这类标准 称作 I S O 1 0 3 0 3 产品数据表达与交换标准 简称 S T E P 它要涵盖所有人工设计的产 品 采用统一的数字化定义方法 由于 S T E P标准涉及的面非常宽 众口难调 标准的制定过程十分缓慢 存在问题很多 而在我国 C A D 应用工程的实施具有 更加严密的组织领导体系 而且实际从事 C A D应用软件开发的单位相对比较集 中 起步比国外晚 不存在要与过去开发的老系统保持兼容问题 如果我国采取 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 主动贯彻 S T E P 积极思想的方针 不纠缠于过分繁琐的技术细节 针对我国的现 实需要和技术发展前景 及早统一协调自主开发软件的数据模型 这将有助于推 动国内 C A D 界的学术研究风气 促进 C A D 软件开发水平的大幅度提高 目前标准有两大类 一是公用标准 主要来自国家或国际标准制定单位 另 一是市场标准 或行业标准 属私有性质 前者注重标准的开放性和所采用技术 的先进性 而后者以市场为导向 注重考虑有效性和经济利益 后者容易导致垄 断和无谓的标准战 通过总结这个领域几十年标准化工作的经验 不少标准化专 家已认识到存在的问题 这已经成为进一步制定标准的障碍 因此提出应对传统 的标准化工作进行革新 有专家建议标准革新的目标是公用标准应变成工业标 准 也就是说革新后仍应以公用标准为基础 不过要从工业标准中吸收其注重经 济利益和效率的优点 另外 也有人提出现在制定标准的单位很多 但是标准制 定过程却没有标准 这也是标准革新过程中值得考虑的问题 这些观点对我国制 定 C A D 标准也许有所启迪 完善的C A D 标准体系是指导我国标准化管理部门进行C A D 技术标准化工作决 策的科学依据 是开发制定 C A D 技术各相关标准的基础 也是促进 C A D 技术普及 应用的约束手段 因此在 C A D 应用工程中跟踪国际的相关标准 研究制定符合我 国国情的 C A D 标准 并切实加以执行是促进我国 C A D 技术研究开发 推广应用能 不断发展的重要保证 在这方面的主要工作有以下几点 1 研究开发符合国际标准化组织颁布的产品数据转换标准 S T E P的转换接 口 建立符合 S T E P 标准的全局产品数据模型 促进 C A D 技术与国际的交流 合 作 2 研究制定网络多媒体环境下在不同层次 不同种类数据信息的表示和传 输标准 支持异地协同设计与制造 3 将国家 C A D 技术基础标准化与各部委行业 C A D 技术标准化结合起来 推 出权威 公正 可操作的 C A D 标准体系 促进 C A D 应用工程的规范化 4 国家和行业结合建立图文并茂 参数化的标准件库 替代现行的各种形 式的标准化手段 1 3 1市场上流行产品的调研 分析与比较 在我国的制造业内流行的 C A D C A M 软件很多 根据产品性能及应用领域的不 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 同大致可分为 C A D C A M C A D C A M 三大类 一 C A D 类主要是用于二维设计 以工程制图为主 主要提供零件库 符号 库 完美的尺寸 公差标注等 如 A u t o C A D 国内大部分自主版权开发的或二次 开发的符合国情之 C A D 软件 C A D 类软件流行于各企业的设计部门 二 C A M 类主要着重于三维建模 以提供完整的加工功能为主 此类软件典 型的如 M A S T E R C A M S U R F C A M 等 大量应用于各企业特别是中小型企业的制造部 门 三 C A D C A M 类则是大型集成化系统 它不但兼有 C A D C A M 两类软件之长 还集成有 C A E C A P P P D M 等分析 工艺 产品资料管理的功能 由于其对系统 资源要求高 价格昂贵 功能完整 大多局限于航空航天 汽车 兵工 船舶等 大型企业 是组成 C I M S 的核心 目前 在我国 C A D 市场上 已形成了国外大型 C A D C A M C A E 高端软件 国外 普及型的三维 C A D 软件 国外二维 C A D 软件平台 国产二维 C A D 软件 国产三维 C A D 软件等多品种 多层次的产品 相互之间抢占市场的行动愈演愈烈 所以 市场竞争呈现出纷繁复杂的局面 1 9 9 8 年 少数二维 C A D 软件的大降价 以几 百元的价格销售曾经成为一个新闻话题 但事实证明 C A D 软件的技术含量高 而且应用软件的企业个性很强 需要进行大量的技术服务和支持 所以 软件价 格降低 但不给用户进行培训 升级 技术服务的做法很难保证应用效果 1 9 9 9年以来 普及型中端三维 C A D软件的功能竞争和价格战成为一个新的 热点 U G 公司的 S o l i dE d g e 大幅度降价 最近又推出了免费的包括二维绘图和 部分三维功能的模块 S o l i d W o r k s 也推出了价格低廉的零件造型软件 A u t o d e s k 的 M D T 软件也有相应动作 这些三维软件从易学易用性 操作的效率等方面也展 开了激烈竞争 功能上也从单纯的零件 装配和绘图发展到包括钣金 模具 空 间布管等方面 国产的三维软件目前由于在稳定性等方面还存在一些问题 所以 还没有对国外普及型三维软件形成真正的威胁 中端三维软件宣传重点是二维绘图已经过时 希望企业直接大批量地上中端 三维 C A D 软件 试图抢占二维普及型 C A D 软件的市场 中端三维 C A D 软件宣传的 另一个重点是零件本身是三维的 所以应该用三维来表达 更合适 但这些软件 公司不得不承认 由于计算机屏幕是二维的 所以 同样一个零件 用二维绘图 Create PDF with GO2PDF for free if you wish to remove this line click here to buy Virtual PDF Printer 的方法绘制图形比用三维造型要快得多 也方便得多 而且由于我国 9 5 以上的 产品是用通用机床加工 而非数控机床加工 还是需要生成二维图 并制作工艺 所以 使用三维软件的作用并不很大 事实上 国外中端三维 C A D 软件提供的二 维绘图功能并不能满足工程师日常绘图的要求 也还不完全符合我国的国家标 准 在二维绘图性能方面还远远不能与国产二维 C A D 软件相提并论 有些中端三 维 C A D 软件不能实现三维和二维的同步修改 正因为以上的原因 中端三维 C A D 软件的销售并不乐观 一些公司提出的大 规模推广的行动也并没有获得理想的结果 消费三维 C A D 的热潮并没有到来 用 户从财力 利于普及 满足工程师的习惯等方面综合考虑 一般还是采用金字塔 式的实施方案 即高端三维 C A D C A M C A E 软件 中端三维 C A D 软件 二维普及型 C A D 软件的比例是 1 1 0 1 0 0 在二维普及型 C A D 软件方面 1 9 9 9 年以来 企 业的需求保持平稳小幅度增长 在该领域的部分软件公司销售增长较快 增长的 原因包括 1 一些企业逐步抛弃了以往使用的盗版软件 开始从整体上对企业的 C A D 应用和全面信息化建设进行规划 企业逐渐意识到 C A D 软件的服务是非常关键 的 所以 开始重新进行 C A D 软件的选型 2 中西部地区的 C A D 应用起步较晚 目前属于大力推广阶段 3 在华东 华南地区一些乡镇企业 私营企业的崛起 扩大了对普及型二 维 C A D 的需求 4 大量企业意识到 C A D软件重在应用 必须充分结合企业的实际 盲目 追求所谓的高档是没有意义的 制约二维普及型 C A D 软件销售增长的因素包括 1 许多企业效益滑坡 没有能力在 C A D 方面投入 2 盗版 C A D 软件随处可见 3 一些三维软件公司