设计自动化与CAD技术

一、技术概述

设计自动化是制造业自动化的重要组成部分，重点研究敏捷制造、重点研究敏捷制造、绿色制造、智能制造等先进制造模式下的产品需求定义、创新设计、工程设计（包括工艺设计、工装设计等）及开发过程中的理论方法、体系结构、关键技术、支持工具及系统实现，使设计开发过程达到并行、敏捷、高效、优化与集成。

实现设计自动化的手段是多样的，而且各种手段相互依存和补充，如并行工程技术、产品工程技术、CIMS技术等。无论采用哪一种技术，他们都是以信息技术为基础、以CAD技术为基本手段，CAD技术是实现设计自动化的必不可少的手段。设计自动化中的CAD技术的主要研究范围有：

1.利用CAD实现产品的虚拟制造、敏捷制造及并行工程等先进的设计和制造技术。

2.研究在创新设计、快速设计和复杂设计中的设计过程和设计数据管理技术。

二、现状及国内外发展趋势

世界市场竞争的日益激烈，推动着整个社会飞速前进，同时也给企业造成严酷的生存环境。由于市场竞争始终遵循：用户选择、性能价格比、优胜劣汰三条准则，因此必须对企业进行重组，不断以高质量、低成本、快速开发新产品的手段，求得生存和发展，这是当前企业追求的共同目标。

由于从知识到技术到产品所需的时间越来越短，反应在产品的价值上，独占性技术（知识）构成了产品的主要价值。因此，只有不断地抓住机遇指市场及技术的机遇，快速开发富含独占性技术的新产品，才能获取高额利润，在多变的市场环境中求得生存和发展。由此可见，在21世纪中，“企业一方面面临着极大的机遇，另一方面又面临着极大的危机”。如何在这样的环境中求生存和发展，对任何一个企业、地区和国家都是严峻的挑战。全球化敏捷制造就是为了适应这样的环境而总结出来的。所谓“敏捷”就是指在不可预见的多变的环境中的生存能力。欧美学者认为，全球化敏捷制造将是21世纪企业的主要模式，而与此相关的以CAD为主要基础的各种实现手段将被大量地采用，如并行设计、集成设计、异地协同设计等。而为了提高产品的设计含量，创新设计和智能设计等设计理论和方法也将被广泛研究采用。

我国国有大中型企业，大部分是大而全，小而全的全能型整机厂，而且大多数是以生产某一特定目标产品为主。加上长期在计划经济体制下运行，没有竞争。在市场经济体制下，企业面临着下列诸多问题。

当前我国企业面临的首要问题是产品问题；老的产品已经被竞争所淘汰，又设计不出适销对路的新产品，部分企业即使引进国外产品，但由于缺乏消化、吸收和创新，产品生命周期一旦结束，又无力再引进，企业将再度陷入困境。虽然相当多的企业已经甩掉了图板，实现了设计方法上的信息化，但由于缺少先进的设计手段，企业的创新设计和快速设计能力严重不足。

我国企业的存在的另一个问题是企业结构不合理。我国很多大中型企业，不是建筑在社会化分工、合作大生产的基础上，而是建筑在封闭的经济基础上，这是造成我国国有大中型企业长期以来，低效支行的一个根本原因。随着产品设计的技术含量和复杂性的增加，市场竞争的日益激烈，产品开发的模式已经从集中式转向分布式。集中式的设计模式依赖于在同地的少数人员，便于管理。但是在开发复杂程度和技术含量高的产品时，集中式设计就有些力不从心，因为很难将有关的各方面的设计专家从各地集中到一起。因此分布式设计（异地设计）的技术受到越来越多地重视和应用，他为并行工程提供了更好的实现途径，为虚拟设计和敏捷制造技术提供了基础。同时分布式设计技术也带来了产品设计数据交换、异地设计分工协作和管理方面的问题。

考虑到产品生产过程的环境保护和可持续发展战略在制造业的体现，要从更大的系统看待企业，这便是近几年正逐步形成热点的绿色制造。在绿色制造概念下，设计、材料、工艺、制造等过程都将充实许多新的内容。绿色制造对我国这样一个发展中国家有着很大现实意义。

另外国外发达国家的产品优化设计、智能设计、逆向工程、虚拟制造等以CAD为基础的设计制造技术方面的研究与应用也异常活跃。但是我们在这方面与国外的应用和研究水平都有着巨大差距，特别是在并行工程、敏捷制造、虚拟设计和制造等面向产品工程的技术方面还缺少深入的研究和成功的实践。

三、“十五”目标及主要研究内容

1.目标

“十五”期间结合我国的具体实际，积极地的推进设计自动化与CAD技术从单一技术的应用与研究向采用复杂的、综合的设计技术以及产品工程化应用发展，全面推进CAD技术在企业中的应用；要求整个产品设计过程的各个阶段中每一设计步骤都效地使用CAD技术；开发具有自主版权的CAD软件，CAD系统与产品信息标准化结合，全国提高我国企业产品设计的创新能力和竞争力，与国际先进的设计方法和标准接轨。 2.主要研究内容

（1）基于WEB分布式网络环境的产品设计自动化关键技术

研究WEB及分布网络环境下的产品需求定义与建模、产品数据管理、产品数据交换等相关技术问题，研究异地设计、协同设计环境下的产品开发过程模型、集成模型、体系结构及支撑工具，研究基于WEB异地设计资源环境下的虚拟集成设计技术

（2）虚拟制造中的产品设计关键技术与支持工具

研究虚拟制造产品设计、功能仿真、性能模拟以及工艺设计等产品开发过程中的关键技术，研究数字化定义、虚拟装配、可制造性/可装配性/可装卸性等仿真、工艺评估及决策支持系统工具；研究虚拟现实技术在产品开发过程中的可视化、产品制造模拟和性能检验等应用

（3）产品智能设计技术及其应用

研究智能技术在产品设计、工艺设计及开发过程中的决策支持工具及系统原型；研究产品与系统设计中的职能化人机接口技术

（4）产品设计方法论及产品开发中各项标准的实施与应用

研究产品设计的总体方法、设计技术（如自顶向下设计、并行设计、面向对象系统建模等），研究产品开发过程中的标准化技术（如STEP标准）及其工具

（5）产品快速设计、优化设计、绿色设计、逆向工程的关键技术、工具及其应用。

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