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研究ＣＡＤ技術(shù)在先進(jìn)制造模式中的應用
摘要：系統分析了在各種先進(jìn)制造模式中如何應用CAD技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設計，提高工程設計的質(zhì)量和效率，對于不同的制造模式采取不同的CAD方法，使CAD技術(shù)完全適應先進(jìn)制造模式的需求。
關(guān)鍵詞：CIMS；并行工程；敏捷制造；虛擬制造
0 前言
計算機輔助設計(CAD)技術(shù)是近幾十年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的綜合計算機應用技術(shù),它的應用和發(fā)展已經(jīng)成為衡量一個(gè)企業(yè)工業(yè)現代化水平的重要標志。特別是在當今市場(chǎng)競爭日趨激烈的條件下，要想贏(yíng)得競爭，企業(yè)必須以最快的上市速度、最好的質(zhì)量、最低的成本、最優(yōu)的服務(wù)、最利于環(huán)境的產(chǎn)品滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需求。在各種先進(jìn)的制造模式中，CAD技術(shù)得到了廣泛的應用。無(wú)論是并行設計、協(xié)同設計、虛擬設計，還是環(huán)保設計都離不開(kāi)現代CAD技術(shù)的應用。應用現代CAD技術(shù)能使設計工作實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化、集成化和智能化，以求達到產(chǎn)品設計周期短、成本低和高質(zhì)量的目標。
1 CAD技術(shù)在并行工程中的應用
并行工程和協(xié)同工作是一種新型的設計模式，通過(guò)把先進(jìn)的企業(yè)管理和先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)結合在一起，采用并行化的產(chǎn)品設計理念及其相關(guān)過(guò)程，在產(chǎn)品的設計早期全面考慮產(chǎn)品的制造過(guò)程和生命周期。并行工程的設計方法強調功能和過(guò)程的集成。在對產(chǎn)品設計過(guò)程進(jìn)行集成的前提下，優(yōu)化和重組產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程，實(shí)現多學(xué)科專(zhuān)家群體協(xié)同工作的工作方式。
�。�1）將企業(yè)實(shí)施的各種串行過(guò)程轉變?yōu)椴⑿泄こ�，要求在進(jìn)行上游工作環(huán)節設計的同時(shí)，盡可能多的考慮下游工作環(huán)節的工作。在產(chǎn)品設計的初始階段，應全面考慮后續制造的相關(guān)問(wèn)題，對產(chǎn)品的可靠性、可制造性、可測試性、規范性和成本可計算性進(jìn)行設計，盡早考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中的所有設計因素，以求達到各項設計工作的協(xié)調一致，力爭設計工作一次完成。
�。�2）并行工程的實(shí)施需要建立多學(xué)科協(xié)作的組織形式，運用可制造性設計DFM方法開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。當采用這種設計方法時(shí)，由于需要集體合作，所以個(gè)體的設計結果應該信息共享，設計規范統一，應用集體的智慧和經(jīng)驗，產(chǎn)生高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品。
�。�3）在進(jìn)行產(chǎn)品的并行設計時(shí)，要選擇合適的軟件工具和方法，選定的軟件能對產(chǎn)品的設計、制造周期進(jìn)行全程服務(wù)。在設計、制造周期中的數據交換應符合STEP標準，便于實(shí)現產(chǎn)品數據管理PDM。通過(guò)這些CAD技術(shù)的應用使產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)集體所有成員都組合在同一個(gè)信息環(huán)境中，保證所有成員得到最新、最準確的產(chǎn)品信息，協(xié)同一致的完成設計任務(wù)。在產(chǎn)品的設計早期全面地考慮產(chǎn)品的制造周期。
2 CAD技術(shù)在敏捷制造中的應用
精良（Lean Production,LP）生產(chǎn)是一種新的生產(chǎn)模式，這種生產(chǎn)方式在日本企業(yè)中得到了推廣應用，并且取得了成功，促進(jìn)了日本經(jīng)濟的快速發(fā)展。在精良生產(chǎn)方式中，從生產(chǎn)操作、組織管理、經(jīng)營(yíng)方式等各方面，找出一切不能為產(chǎn)品增值的活動(dòng)和人員，加以改革，進(jìn)而杜絕浪費，提高經(jīng)濟效益。精良生產(chǎn)方式實(shí)現了精良管理、精良設計、協(xié)同配套、用戶(hù)至上、高素質(zhì)人員的集成。在此基礎上，美國的制造業(yè)界提出了敏捷制造（Agile Manufacturing, AM）的先進(jìn)制造模式，為了實(shí)現企業(yè)生產(chǎn)制造的敏捷性，采取現代通訊手段，通過(guò)快速配置各種資源，以有效和協(xié)調的方式響應用戶(hù)需求的一種新的企業(yè)發(fā)展戰略。這種生產(chǎn)模式正在發(fā)展之中，其基本思想是將靈活的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟組織、先進(jìn)的柔性生產(chǎn)技術(shù)和高素質(zhì)的人員全面集成，使企業(yè)能夠應付迅速變化和不可預測的市場(chǎng)需求，以求得長(cháng)期穩定的經(jīng)濟效益。CAD技術(shù)在產(chǎn)品設計、生產(chǎn)全過(guò)程的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟組織中的應用有如下特點(diǎn)：
�。�1）實(shí)現產(chǎn)品的敏捷設計和管理。
應用CAD技術(shù)可實(shí)現設計資源共享、信息服務(wù)、合作建模、數據管理和設計過(guò)程管理，達到敏捷設計的目的。在敏捷設計中，產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)是利用數字方式確定工作任務(wù)，用數字方式在各部門(mén)、各地點(diǎn)的合作者之間進(jìn)行聯(lián)絡(luò )。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境中的產(chǎn)品實(shí)際上是一種數字模型，在同一個(gè)數字模型上工作，通過(guò)PDM系統管理和集成，PDM是管理產(chǎn)品信息的重要技術(shù)措施。
�。�2）實(shí)現網(wǎng)上協(xié)同設計。
在網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，從事CAD技術(shù)工作的人員組成跨專(zhuān)業(yè)學(xué)科的設計團隊，分散在不同的企業(yè)中，實(shí)現企業(yè)間的動(dòng)態(tài)集成。隨著(zhù)產(chǎn)品結構的日益復雜化以及新技術(shù)更替的加快，對某些產(chǎn)品一個(gè)企業(yè)已不可能快速、經(jīng)濟的獨立開(kāi)發(fā)和制造，必須尋求企業(yè)的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟形式，把具有各種特點(diǎn)和優(yōu)勢的企業(yè)以產(chǎn)品為紐帶聯(lián)合在一起，共享一個(gè)產(chǎn)品數據庫和統一的產(chǎn)品數據管理系統，最大限度的保證設計者和制造者以?xún)?yōu)化的形式在網(wǎng)上進(jìn)行新產(chǎn)品的協(xié)同設計和制造。
3 CAD技術(shù)在CIMS集成系統中的應用
早期的CAD系統是致力于提高繪圖的工作效率，數控機床的出現，發(fā)展成了計算機輔助制造CAM，進(jìn)而促進(jìn)了CAD技術(shù)的發(fā)展。在CIMS系統中，要求產(chǎn)品的信息實(shí)現CAD、CAPP和CAM的集成，實(shí)現產(chǎn)品設計到制造各環(huán)節中資源共享和信息傳遞，提高設計效率。CAD技術(shù)在CIMS系統中的應用有如下特點(diǎn)：
�。�1）CAD建模技術(shù)的應用。
特征建模技術(shù)是CIMS的關(guān)鍵技術(shù)之一。它是在CAD/CAPP/CAM范圍內建立相對統一的、基于特征的產(chǎn)品定義模型，包括了從產(chǎn)品設計到制造各階段所需要的產(chǎn)品定義信息，通過(guò)產(chǎn)品的幾何形狀信息和工程信息的描述，體現設計意圖，并將產(chǎn)品的設計意圖反映到各個(gè)后續環(huán)節。特征建模技術(shù)是CAD/CAPP/CAM集成的重要前提。
�。�2）數據交換技術(shù)的應用。
對于以單元自動(dòng)化為目標的CAD/CAPP/CAM應用系統，各子系統數據的邏輯和物理結構差異很大，這給各子系統間的數據傳遞帶來(lái)了一定的困難。因此，需要設計專(zhuān)用的數據格式文件交換產(chǎn)品信息。為了提高產(chǎn)品數據格式的標準化程度，可通過(guò)標準數據格式文件交換產(chǎn)品信息，這需要在各個(gè)子系統中設計前/后置數據處理程序，實(shí)現系統數據格式與標準格式的轉換，常用IGES圖形數據交換格式作為各子系統數據轉換的標準格式。也可以通過(guò)統一的產(chǎn)品模型交換設計信息，使各子系統間直接進(jìn)行信息交換，采用STEP標準以通用的數據格式描述一個(gè)產(chǎn)品在生產(chǎn)周期內完整的產(chǎn)品模型。這樣做可以大大提高系統的集成性。
�。�3）產(chǎn)品數據管理（PDM）技術(shù)的應用。
為了提高數據傳輸效率和系統的集成化程度，保證各子系統間設計數據的一致性、可靠性和數據共享�？刹捎卯a(chǎn)品數據管理系統（PDM）統一管理與生產(chǎn)有關(guān)的全部信息。CAD/CAPP/CAM之間不需要傳遞信息。各子系統從PDM系統中提取和存放各自需要的信息，從而真正實(shí)現CAD/CAPP/CAM的集成。通過(guò)PDM實(shí)現產(chǎn)品設計、分析、制造、工藝規劃和質(zhì)量管理等方面的信息集成，確保CAD/CAPP/CAM設計出最新、最好、性能最優(yōu)的產(chǎn)品。
4 CAD技術(shù)在虛擬制造技術(shù)中的應用
虛擬現實(shí)（VR）技術(shù)目標是建立一個(gè)與客觀(guān)
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