[zz]CAD/CAM应用的要点及系统选型

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随着"九五"计划的全面展开,CAD/CAM应用是企业提高竞争能力的关键技术之一。根据国家1995～1996年CAD应用工程发展纲要的要求,重点在机械、电子、工程建设、航空航天、船舶等主要行业的大中型企业和科研设计单位普及应用CAD技术,同时在全国各类企事业单位中大规模推广应用微机CAD技术,到2000年主要行业应用CAD技术的普及率和覆盖率均要达到70%以上。因此,大力推广CAD应用已是企业的共识。这里,就企业开展CAD/CAM应用的注意点和系统软件、硬件的选型方法以及综合各种建设谈一些看法,希望对企业能有所帮助。 一、实事求是地进行需求分析 企业要根据自已的实际情况,认真分析本企业需要用CAD/CAM技术解决的问题。在需求分析中找出影响产品在市场上竞争的关键因素。根据国内外企业应用CAD/CAM技术的经验,在需求分析时,要考虑以下因素: 1.在绘图方面的要求 如果企业绘图工作是主要的,那就应分析企业产品图的工作量、产品图的变更工作量、绘图的零部件数量、花在绘图方面的时间、重复绘图量等等。还有,绘图任务主要由哪些单位完成,影响任务完成的因素是什么。 2.设计方面的要求 首先分析企业产品的特点,是模具类、箱体类、钣金类,还是其他类产品。是进行产品的整体装配,还是要求较强的曲面设计功能。还要分析,是以零部件设计还是产品设计为主,哪些零部件或产品要求2维或3维设计,是否采用参数化、变量化或特征造型的方法设计等。 3.有限元分析等计算方面的要求 企业产品中哪些需要进行有限元分析计算或者优化计算,要分析的内容是刚度、强度、动静态分析、电磁场分析等等。另外,企业产品是否需要进行运动分析、动力分析、碰撞检查等。 4.数控加工方面的要求 企业若进行数控加工,需分析哪些产品的零件要数控加工、企业的数控设备情况等,如果企业具有多种NC机床则考虚CAM软件必须有相应模块,企业数控加工与CAD的一体化问题等。 5.企业首先使用CAD/CAM的产品 在产品设计中,一般可分为现有产品设计、变形产品设计和全新产品设计。变形设计一般是在原产品上的变形,用CAD/CAM技术比较容易实现。而全新产品设计是创造性的设计,这种产品是企业市场竞争的拳头和关键,采用CAD/CAM技术的重点在于解决其设计方法、理论出现的问题。选择有影响的关键产品作为使用CAD/CAM的先例,然后逐步在其他产品中推广。 6.企业中使用CAD/CAM的部门 选择重点设计部门及相关部门作为使用CAD/CAM的核心,确定其他部门与他们的协调关系。 7.企业对应用CAD/CAM的投资 CAD/CAM投资一般包括计算机软件、硬件的投资和培训、产品应用软件开发、维护、日常消耗的费用等。企业应根据自身的实际情况作出一个有保障的投资计划。切忌仅仅考虑软件、硬件的投资而不重视开发、维护的工作。 8.企业管理机构与人员素质 管理和人员技术素质是企业应用CAD/CAM成功的关键因素,必须分析企业现行的管理状况,以及产品设计人员、计算机应用技术人员、管理人员的素质状况等。 二、合理选择CAD/CAM系统软件 在充分进行需求分析的基础上,根据企业应用CAD/CAM所要解决的问题作出正确决策,这是很重要的步骤。因为,CAD/CAM技术涉及到计算机硬件、软件和其他多种学科,复杂性强、专业性高。在决策中,管理人员和工程技术人员都应掌握必要的软、硬件知识和专业知识,才能作出符合企业需求的正确决策。 在选择软件时,首先应学习和掌握有关知识。对于CAD/CAM应用软件来说,可分为系统软件、CAD/CAM应用支撑软件、企业内部产品应用软件三部分。系统软件是由销售商提供的,它包括操作系统、各种语言和必要的工具软件等。 企业内部产品应用软件是为本企业产品设计制造服务的,和企业产品设计密切相关,一般是非商品,即使可买到其价格也很昂贵并且不一定很适用,必须由企业自已开发。 CAD/CAM应用支撑软件的正确选择对企业的CAD/CAM应用起着决定性作用。因此,在软件选型时,应掌握CAD/CAM支撑软件的有关知识和技术。这包括2维设计和绘图、曲面造型、实体建模、特别是基于特征的参数化建模、有限元分析、运动学/动力学分析模拟、数控加工、工程数据库及产品数据管理、集成技术、用户界面以及所提供的工具软件等。 特别应该指出的是,当前CAD/CAM支撑软件已经发展到第三代。有许多新概念、新方法需要了解和掌握:几何建模和特征建模之间的区别;变量化建模和参数化建模的区别;全部约束模型和部分约束模型的区别;用显式技术与用隐式技术设计的区别;用基于特征的建模系统生成模型与在已有模型上加入特征的模型之间的区别;系统的数据管理问题等。这些知识的掌握,对于判别CAD/CAM支撑软件是否是第三代产品很有用处。 目前,世界十大机械CAD/CAM软件系统几乎全部占领了国内高档CAD系统市场。它们在国内都有相当用户,其主要特点如下: 美国PTC公司的Pro/Engineer系统,其发展历史只有十年但势头最好,以参数化设计和实体造型见长。软件结构先进,覆盖了机械设计全过程,用户发展快。 CV公司的CADDS5系统功能比较齐全,曲面设计和数控加工能力比较强,其EPD方法适合于大型装配和产品数据管理。该公司历史悠久,进入国内最早,用户很多。 EDS公司的UG系统功能很强,体系集成度高,它从汽车和航空制造起家,在国内有一定的用户。 SDRC公司的I-DEAS系统是集成度高的优秀软件,以有限元分析和运动分析见长,界面友好,国内用户较多。 法国MDTV公司的Euclid和Strim系统主要是曲面造型和数控加工功能强大,在国内有不少用户,主要用于航空航天、汽车的覆盖件加工。 IBM下属的Dassault系统公司的CATIA系统是系统体系庞大、适合于航空航天领域,在国内用户较专业,该软件正不断改进发展。 AutoDesk公司的AMD软件和MAI方案在国内微机用户最多,主要用于绘图。现在正不断向曲面造型和实体装配发展,并与许多第三方软件有接口。 Intergraph公司的EMS系统具有良好的CAD/CAE/CAM集成功能和广泛的应用领域,软件界面友好。 HP公司的PE/SolidDesigner系统是完全开放的三维实体造型系统,支持并行工程设计和完整装配,特别适合于精密机械工程。在国内市场比较小。 MSC公司是世界最大的CAE系统商,其NASTRAN软件用于大型结构有限元分析,还有多种几何访问、分析计算、数据可视化软件,在国内用户过百。 在微机环境下的软件则来源复杂、种类繁多,如国外的主要软件有CV公司的PD/PM和DesignPost系列、Bently公司的MicroStation系列、以色列的Cima-tron,以及主要用于NC加工的SurfCam和MasterCam等。国内开发的软件主要有:高华CAD系列、PICAD、中国CAD系列等等。一般而言,微机软件主要解决了绘图、简单建模设计、数控加工、工程数据管理等问题,软件功能不如工作站的强大但价格低(通常为工作站的1/5～1/10)、容易配置。目前随着32位操作系统Windows NT、Windows 95的流行以及微机的高档化,如采用Pentium Pro的CPU、大容量内存、高性能图形显示卡、大屏幕显示器等,许多微机软件的性能得到了较大提高而许多UNIX版的软件在不断地向NT上移植,如UG、Pro/Engineer等都具有NT版本,这显示了微机软件的强大生命力。 企业在选择时,应该根据自己的需求分析报告和投资计划,首先确定是采用微机型的还是工作站型的,然后再合理选择软件模块。最好是带着企业的问题进行实际设计考察,而不能仅仅凭着软件商的"DEMO"来决定。 三、CAD系统硬件的选配 在选配硬件时,一定要改变这种观点:项目一批准,有了投资,就去购买硬件,甚至到国外去购买。这样往往追求硬件的先进性,而如果使用不当,一过两三年,机器就显得落后了。因为计算机硬件的发展速度很快而价格下跌的也很厉害。硬件选择必须在软件确定下之后,根据软件的运行环境来进行。一般,软件可以在多种平台上使用,但总有最好的运行环境。这时,最好参考软件商的建议。因此,在选配硬件时应坚持实事求是、实用、快出效益的原则,不追求过高的要求,对企业应有一个全面规划,有计划、有目标地逐步实施。 一般而言,3D工作站市场可分为四部分:高档机市场,主要以SGI公司为代表;中档机市场,以工作站大型厂商为主,如:SUN、HP、DEC、IBM等;新兴的Windows NT专业工作站市场,如DEC的AlphaStations有Unix、NT双平台的,Intergraph公司的TD系列工作站;低档机市场,主要是能处理图形的PC机。 目前,在国内工作站市场以美国的SUN、HP、SGI、DEC、IBM较为流行,这些产品在国内都有稳定的销售/服务网络和用户群落,他们的商业信誉也比较好。 在选择工作站时,机器速度要从SPECint95,SPECfp95,I/O带宽这三方面考虑。其他如时钟频率、处理器数目、高速缓存、最大内存、I/O支持能力、网络支持能力以及所配外设等都必须加以考虑。另外,对于图形图像的处理可以考虑颜色的位图、帧缓冲、Z缓冲算法、T网格算法等指标。 在随硬件配置的系统软件方面应注意操作系统的性能、开放性、标准语言、工具软件、网络管理和支持能力、数据库支持、多媒体支持、客户机服务器支持能力等。最后,供应商的信誉、培训能力、售后服务水平等都需要着重考虑。 另外在系统选型时,要坚持原则、事实求是、以自已思考为主,切忌人云亦云,缺乏主见。对销售商的商业道德、售后服务的态度等都要认真考虑。 四、注重CAD/CAM工程的管理 企业在应用CAD/CAM技术时,应在分析、总结的基础上作出总体规划。因为CAD/CAM技术是一项综合性的新技术,它投资大、周期长、对企业的影响不直接。为了减少实施中的盲目性和风险性,企业应作出总体规划和分步实施目标及近期的突破口。要从企业长远发展的目标制订CAD/CAM的长期规划,在制订CAD/CAM应用的总体框架之后,分出层次,注重各单位技术之间的关系,防止出现单元技术孤岛。如果有条件,可以在CIMS方针下进行。 在重点突破的问题上,应优先实施企业最为需要、风险较小、又最能见效益的项目。这里要考虑企业的具体情况,如选择绘图、企业急需产品、某些产品零部件等为突破口。突破口选准了能够较快地为企业CAD/CAM应用带来效益,还会大大鼓舞企业应用CAD/CAM技术的信心。 实践证明,一项新技术能够在企业得到有效的应用,关键是组织管理和技术人才。因此,人才培训应先行,在引进CAD/CAM技术之前就应基本培训一支技术队伍。这样在设备、软件配置好后即能用起来并且快出效益。CAD/CAM技术的应用需要复合型人才,企业必须把产品设计人员、计算机应用人员和企业技术管理人员组织起来,并通过有关技术培训,提高它们的技术素质。根据企业的经验,年轻设计人员经过CAD方面的培训比直接使用计算机专业的人员效果好,而后者应主要负责系统维护和开发工作。目前,CAD/CAM系统没有发挥作用或者失败的原因,大部分是企业的人员素质低下或者人才流失严重造成的。 五、加强CAD/CAM系统的二次开发 对现有CAD/CAM系统的二次开发是目前企业应用中的薄弱环节,必须彻底改变那种重视前期调研、忽视具体应用开发的工作作风。从国外CAD/CAM成功经验来看,人员培训、二次开发的投资均相当于系统投资。根据国情,企业必须对CAD/CAM系统的二次开发进行长期扶持,投入人力、物力进行"用户化"的开发工作。一般进行如下开发:汉字处理接口、二次用户界面、标准件常用件库、相关工艺辅助软件、加工信息库、用户分级管理等。开发工作可以结合应用经验,边使用边开发,这样日常使用和开发工作两不误。开发形式可以灵活多样,不必强调自行开发,可以多借助外界力量。只要持之以恒就一定能取得丰硕的成果。