机械CAD/CAM技术应用研究

摘要　介绍了机械CAD/CAM技术的应用状况，分析了该技术集成的意义和产品数据交换标准的不完备性，提出了CAD/CAM系统的选择原则，并指出我国开展这方面工作应注意的问题。
关键词　CAD/CAM集成产品数据交换标准
分类号　TP391.72

1　CAD/CAM技术应用状况

　　汽车工业代表着一个国家机械制造业发展的水平，一直是CAD/CAM技术应用的先锋和大户。下面就以汽车工业为例，说明国内外机械CAD/CAM技术的应用状况。
　　国际上，美国福特汽车公司在CAD/CAM技术方面处于领先地位。早在80年代初，福特公司就着手CAD/CAM系统的规划，建成了以工作站为主体的环形网络系统；1985年已经有一半以上的产品设计工作使用图形终端实现；1986年新开发的TAURUS和SABLE轿车，大约70%的外板件采用CAD/CAM;90年代初全面实行产品开发的CAD/CAM,应用率可达100%。福特公司1990年工作站已达2000台，以FGS工作站（约占70%）和CV工作台（约占18%）为主，其应用软件主要为自行开发的PDGS和CAD/CAM。1993年以后，福特汽车公司提出了C3P(CAD/CAE/CAM/PDM)概念，并决定今后将采用I-DEAS软件作为其主流核心软件。
　　日本三菱汽车公司1960年从冲模的NC数控加工着手，以CAD/CAE/CAM为动力，对从设计到制作的各项工程踏踏实实地进行了改革，至今，已形成了从车型款式设计到车身组装的新车型开发的完整的CAD/CAE/CAM系统。
　　法国雷诺汽车公司应用Euclid软件作为CAD/CAM的主导软件，目前已有95%的设计工作量用该软件完成，并开发出很多适合汽车工业需求的模块，如用于干涉检查的Megavision,用于钣金成形分析的OPTRIS等。
　　德国各大汽车公司普遍采用CATIA作为其CAD/CAM系统的主导软件。1994年，德国大众集团决定用CATIA和Pro/Engineer作为其将来开发新车型的主导CAD系统。
　　我国的CAD/CAM工作始于70年代，发展迅速，已取得了良好的经济效益。少数大型企业，如一汽、二汽等，已建立起比较完整的CAD/CAM系统，其应用水平也接近国际先进水平。许多中小企业应用CAD/CAM技术在保证产品质量、提高劳动率等方面也取得了显著的经济效益。但是总的说来，国内在CAD/CAM技术应用的深度和广度方面与国外先进水平相比还有很大差距。随着社会主义市场经济的发展，国有企业需要对传统的产品结构、生产设备和管理模式进行改造，以提高企业的活力和适应市场的应变能力，而采用CAD/CAM技术被认为是唯一的出路。

2　CAD/CAM技术集成

2.1　集成化的意义
　　集成化是CAD/CAM技术发展的一个最为显著的趋势。它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC(生产计划与控制)等各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。
　　国内外大量的经验表明，CAD系统的效益往往不是从其本身，而是通过CAM和PPC系统体现出来；反过来，CAM系统如果没有CAD系统的支持，花巨资引进的设备往往很难得到有效地利用；PPC系统如果没有CAD和CAM的支持，既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据，订出的计划也较难贯彻执行，所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。因此，人们着手将CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系统有机地、统一地集成在一起，从而消除“自动化孤岛”，取得最佳的效益。

2.2产品数据交换标准
　　建立统一的产品数据交换标准是实现CAD/CAM技术集成化的必要条件。
　　复杂机械产品的生产需要不同企业、部门的分工协作完成。由于产品信息是在不同的地点、不同的计算机和不同的CAD/CAM系统中产品，造长同一产品的信息表达差异。产品信息在各系统之间的集成现在主要采用标准格式交换法，如IGES标准、PDDI标准、PDES标准和STEP标准等。但是在朝着集成化目标发展的过程中，尤其是在解决面向CAD/CAE/CAPP/CAM、CIM、CE等的集成（信息交换、语义集成、功能集成）方面，遇到了很大的困难:
　　1)以IGES为代表的产品数据交换标准，尽管在支持几何数据的交换方面已达到实用程度，但它只支持物理层上的数据交换，难以满足信息集成的需要；
　　2)发展中的STEP尽管克服了IGES的不足，从理论上解决了同时支持物理层和逻辑层的数据交换，即实现信息交换的方法，但由于其刚刚起步，在其资源的定义、程序实现、面向具体应用领域的参照模型的建立、特征造型的实施以及对象库的管理和使用等许多方面还远没有达到实用程度；
　　3)难以进行产品信息的统一管理、同步性维护、冗余控制和全局优化创成；
　　4)靠数据交换难以实现建立在满足下游开发活动约束及特定外部过程约束的智能决策支持机制。尽管许多著名的计算机软、硬件产品厂商都声称在产品中支持IGES、STEP等产品数据交换标准，但结果并非如此。世界上各种CAD/CAM集成软件（如CATIA,Euclid,Pro/Engineer,CADDS5,UGII及I-DEAS等），都只是某些方面具有特长，故大型企业往往同时使用几种CAD/CAM软件系统才能满足自己的需要，结果导致软件之间进行数据交换时丢失信息。我们在为上海大众进行某项目的CAD软件选型时证明了这一点。因此，一般大型企业都选择一种CAD/CAM软件作为主流软件，再加上其它软件作为补充，从而尽量减少不同软件间的数据交换。产品数据交换标准的最终完善还需相当一段时间。

3　CAD/CAM系统选型原则

　　CAD/CAM系统的选择与配置对任何一个打算应用CAD/CAM技术的企业都是至关重要的。在作出CAD/CAM系统选择和配置的决策时，需要综合考虑以下因素:
　　1)系统的功能
　　选择硬件时要考虑CPU的运算处理能力、内、外存储器容量、图形显示与处理能力、输入/输出作业能力、通信联网能力等。选择软件时要考虑各种产品设计过程中对CAD/CAM应用软件的功能要求，要注意软件与硬件的匹配。
　　2）系统的可调节性和可扩展性新安装的系统应能与原安装的计算机环境进行交互操作，即向下兼容能力；同时应该具有升级扩展能力；要注意软件的二次开发性、用户界面等。
　　3)性能价格比这是一个相对的综合指标。在购买软、硬件系统时，用户按功能和价格同时比较考核，在满足用户要求的情况下，取其最佳值作为选择对象。
　　4)供应商的发展趋势和资产可信度在选购系统时，不仅要比较分析其技术性能指标、价格，还要分析供应商的发展变化趋势和财务经营状况。若用户对供应商的发展情况不了解，购买了即将停产换代的产品，或是与即将易手的公司作生意，其后果是非常被动的。

4　结束语

　　我国开展CAD/CAM技术应用工作并不算晚；通过引进，不少企业的软、硬件条件与国外相比也相差不大。但是，国内的CAD/CAM应用与国外先进水平相比存在较大的差距。原因是：
　　(1)原有经济体制的弊端。采用CAD/CAM技术投资大，有较大风险，效益回报有一定的滞后期，导2.2产品数据交换标准建立统一的产品数据交换标准是实现CAD/CAM技术集成化的必要条件。复杂机械产品的生产需要不同企业、部门的分工协作完成。由于产品信息是在不同的地点、不同的计算机和不同的CAD/CAM系统中产生，造成同一转机械启停机及正常运行时的特性，可分为转速上升、转速下降、转速不变、转速变化等。负荷状态可分为满载、空载、部分载荷、载荷骤增和骤减等。
　（2）管理上的缺陷。由于条块分割，重复引进，企业相互之间缺乏必要的交流和协作，影响了CAD/CAM技术效益的发挥。
　（3）人才培养的不足。福特等企业之所以CAD/CAM技术应用得好，是因为得益于几十年来一直大力开展CAD/CAM应用而积淀下来的宝贵经验以及培养出了一支高水平的技术队伍。现在国内既懂计算机软、硬件，又有丰富专业知识的人才奇缺，而这恰是企业最为宝贵的财富。