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探析ＣＡＤ技術在先進制造模式中的應用
摘要：系統分析了在各種先進制造模式中如何應用CAD技術進行產品設計，提高工程設計的質量和效率，對于不同的制造模式采取不同的CAD方法，使CAD技術完全適應先進制造模式的需求。關鍵詞：CIMS；并行工程；敏捷制造；虛擬制造
0 前言
計算機輔助設計(CAD)技術是近幾十年來迅速發展起來的一門新興的綜合計算機應用技術,它的應用和發展已經成為衡量一個企業工業現代化水平的重要標志。特別是在當今市場競爭日趨激烈的條件下，要想贏得競爭，企業必須以最快的上市速度、最好的質量、最低的成本、最優的服務、最利于環境的產品滿足用戶的不同需求。在各種先進的制造模式中，CAD技術得到了廣泛的應用。無論是并行設計、協同設計、虛擬設計，還是環保設計都離不開現代CAD技術的應用。應用現代CAD技術能使設計工作實現網絡化、集成化和智能化，以求達到產品設計周期短、成本低和高質量的目標。
1 CAD技術在并行工程中的應用
并行工程和協同工作是一種新型的設計模式，通過把先進的企業管理和先進的自動化技術結合在一起，采用并行化的產品設計理念及其相關過程，在產品的設計早期全面考慮產品的制造過程和生命周期。并行工程的設計方法強調功能和過程的集成。在對產品設計過程進行集成的前提下，優化和重組產品的開發過程，實現多學科專家群體協同工作的工作方式。
（1）將企業實施的各種串行過程轉變為并行工程，要求在進行上游工作環節設計的同時，盡可能多的考慮下游工作環節的工作。在產品設計的初始階段，應全面考慮后續制造的相關問題，對產品的可靠性、可制造性、可測試性、規范性和成本可計算性進行設計，盡早考慮產品整個生命周期中的所有設計因素，以求達到各項設計工作的協調一致，力爭設計工作一次完成。
（2）并行工程的實施需要建立多學科協作的組織形式，運用可制造性設計DFM方法開發新產品。當采用這種設計方法時，由于需要集體合作，所以個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驗，產生高質量、低成本的產品。
（3）在進行產品的并行設計時，要選擇合適的軟件工具和方法，選定的軟件能對產品的設計、制造周期進行全程服務。在設計、制造周期中的數據交換應符合STEP標準，便于實現產品數據管理PDM。通過這些CAD技術的應用使產品的開發集體所有成員都組合在同一個信息環境中，保證所有成員得到最新、最準確的產品信息，協同一致的完成設計任務。在產品的設計早期全面地考慮產品的制造周期。
2 CAD技術在敏捷制造中的應用
精良（Lean Production,LP）生產是一種新的生產模式，這種生產方式在日本企業中得到了推廣應用，并且取得了成功，促進了日本經濟的快速發展。在精良生產方式中，從生產操作、組織管理、經營方式等各方面，找出一切不能為產品增值的活動和人員，加以改革，進而杜絕浪費，提高經濟效益。精良生產方式實現了精良管理、精良設計、協同配套、用戶至上、高素質人員的集成。在此基礎上，美國的制造業界提出了敏捷制造（Agile Manufacturing, AM）的先進制造模式，為了實現企業生產制造的敏捷性，采取現代通訊手段，通過快速配置各種資源，以有效和協調的方式響應用戶需求的一種新的企業發展戰略。這種生產模式正在發展之中，其基本思想是將靈活的動態聯盟組織、先進的柔性生產技術和高素質的人員全面集成，使企業能夠應付迅速變化和不可預測的市場需求，以求得長期穩定的經濟效益。CAD技術在產品設計、生產全過程的動態聯盟組織中的應用有如下特點：
（1）實現產品的敏捷設計和管理。
應用CAD技術可實現設計資源共享、信息服務、合作建模、數據管理和設計過程管理，達到敏捷設計的目的。在敏捷設計中，產品的開發是利用數字方式確定工作任務，用數字方式在各部門、各地點的合作者之間進行聯絡。產品開發環境中的產品實際上是一種數字模型，在同一個數字模型上工作，通過PDM系統管理和集成，PDM是管理產品信息的重要技術措施。
（2）實現網上協同設計。
在網絡環境下，從事CAD技術工作的人員組成跨專業學科的設計團隊，分散在不同的企業中，實現企業間的動態集成。隨著產品結構的日益復雜化以及新技術更替的加快，對某些產品一個企業已不可能快速、經濟的獨立開發和制造，必須尋求企業的動態聯盟形式，把具有各種特點和優勢的企業以產品為紐帶聯合在一起，共享一個產品數據庫和統一的產品數據管理系統，最大限度的保證設計者和制造者以優化的形式在網上進行新產品的協同設計和制造。
3 CAD技術在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，發展成了計算機輔助制造CAM，進而促進了CAD技術的發展。在CIMS系統中，要求產品的信息實現CAD、CAPP和CAM的集成，實現產品設計到制造各環節中資源共享和信息傳遞，提高設計效率。CAD技術在CIMS系統中的應用有如下特點：
（1）CAD建模技術的應用。
特征建模技術是CIMS的關鍵技術之一。它是在CAD/CAPP/CAM范圍內建立相對統一的、基于特征的產品定義模型，包括了從產品設計到制造各階段所需要的產品定義信息，通過產品的幾何形狀信息和工程信息的描述，體現設計意圖，并將產品的設計意圖反映到各個后續環節。特征建模技術是CAD/CAPP/CAM集成的重要前提。
（2）數據交換技術的應用。
對于以單元自動化為目標的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了一定的困難。因此，需要設計專用的數據格式文件交換產品信息。為了提高產品數據格式的標準化程度，可通過標準數據格式文件交換產品信息，這需要在各個子系統中設計前/后置數據處理程序，實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。也可以通過統一的產品模型交換設計信息，使各子系統間直接進行信息交換，采用STEP標準以通用的數據格式描述一個產品在生產周期內完整的產品模型。這樣做可以大大提高系統的集成性。
（3）產品數據管理（PDM）技術的應用。
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。可采用產品數據管理系統（PDM）統一管理與生產有關的全部信息。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，從而真正實現CAD/CAPP/CAM的集成。通過PDM實現產品設計、分析、制造、工藝規劃和質量管理等方面的信息集成，確保CAD/CAPP/CAM設計出最新、最好、性能最優的產品。
4 CAD技術在虛擬制造技術中的應用
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