中小型企业如何构建CAD.docx
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中小型企业如何构建CAD
郑州华信学院毕业设计说明书
Beyeshejishuomingshu
中小型企业如何构建CAD
姓名:
刘沛
指导教师:
张红
学院:
机电工程学院
专业:
机电一体化技术
摘要
随着市场竞争的日益激烈及全球市场的形成,对21世纪制造型的中小型企业来说,企业竞争的核心将是新产品的开发能力及制造能力,CAD/CAM技术作为提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品生产成本的强有力手段,已经成为现代制造系统中的关键技术。
本论文针对中小型企业的特点,从三个方面介绍了如何构建CAD/CAM系统,即CAD/CAM系统应采取的结构形式、CAD/CAM系统集成以及企业人员的培训,从而提高中小型企业的竞争力。
关键词:
CAD/CAM系统,集成化,系统结构,培训
ABSTRACT
Thecorecompetitivenessofthesmall-and-medium-sizedenterprisesisthedevelopingandmanufacturingofnewproductswiththeformingofthemarketoffiercecompetitivenessandglobalization.CAD/CAMhastheadvantagesofimprovingthedesigningofproducts,abridgingthedevelopmentcycleandcuttingthecostsofproducingproducts,whereby,ithasbecamethekeytechnologyofproducing-systemcurrently.
ThispapergivesanintroductiontothemethodoftheestablisnmentofCAD/CAMsystemwithemphasisontheframeworkandtheintegrationofthesystemandtheemployee’strainingtoimprovethecompetitivenessofthesmall-and-medium-sizedenterprises.
KEYWORDS:
CAD/CAM,integration,framework,training
目录
前言2
1.CAD/CAM的概述3
1.1CAD/CAM技术的定义3
1.2CAD/CAM的主要功能3
2.CAD/CAM技术的现状4
3.我国CAD/CAM存在的主要问题4
4.构建CAD/CAM技术的目的意义5
5.中小型企业构建CAD/CAM系统5
5.1CAD/CAM系统采取的结构形式5
5.1.1树立以软件为中心的观点6
5.1.2选择软件6
5.2采用CAD/CAM集成技术6
5.2.1产品的CAD/CAM过程6
5.2.2CAD/CAM系统的集成7
5.3企业人员的培训9
5.4实例:
中小型模具企业对CAD/CAM的构建10
5.4.1中小型模具企业对CAD/CAM的需求10
5.4.2主要构思10
5.4.3具体实施方案11
结论13
参考文献14
致谢15
前言
CAD/CAM技术是随着计算机和数字信息化技术发展而形成的一项高新技术,是20世纪最杰出的工程成就之一,也是数字化、信息化制造的基础。
该项技术的迅速发展和广泛应用,给制造业从产品设计到加工制造的整个生产过程带来了深刻的和根本性的变革,也带来了巨大的经济效益。
CAD/CAM技术应用水平的高低已成为衡量一个国家或企业技术水平的重要标志。
CAD/CAM能够将传统的设计与制造这两项彼此相对独立的工作作为一个整体来考虑,实现信息处理的高度一体化,已经广泛地应用在机械、电子、航天、化工、建筑等行业。
应用CAD/CAM技术起到了提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期、加强设计的标准化等作用。
在编写过程中得到了许多同学们和老师的帮助和大力支持,并提出了许多宝贵意见和建议,在此向他们表示衷心的感谢。
由于时间仓促,加上编写经验不足,书中还难免有存在缺点和错误,在此恳切的希望指导教师提出批评和指正,以便进一步修改和完善。
1.CAD/CAM的概述
1.1CAD/CAM技术的定义
计算机辅助设计和计算机辅助制造(CAD/CAM)技术是设计人员和组织产品制造的工艺技术人员在计算机系统的辅助之下,根据产品的设计和制造程序进行设计和制造的一技项新术,是传统技术与计算机技术相结合的产物。
设计人员通过人机交互操作方式进行产品设计构思和论证,产品总体设计、技术设计、零部件设计,完成有关零件的强度、刚度、热、电、磁的分析计算和零件加工信息(工程图纸或数控加工信息等)的输出,以及技术文档和有关技术报告的编制。
而工艺设计人员则可以利用CAD过程提供的信息和CAM系统的功能,进行零部件加工工艺路线的控制和加工状况的预显,并生成控制零件加工过程的信息。
CAD/CAM能够将传统的设计与制造这两项彼此相对独立的工作作为一个整体来考虑,实现信息处理的高度一体化,已经广泛地应用在机械、电子、航天、化工、建筑等行业。
应用CAD/CAM技术起到了提高企业的设计效率、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期、加强设计的标准化等作用。
目前,CAD/CAM的工作内容主要有以下几个方面:
(1)产品设计数据库;
(2)加工工艺库;(3)基础图形库;(4)应用程序库;(5)产品计算机辅助设计;(6)产品计算机辅助制造;(7)产品数据管理等。
1.2CAD/CAM的主要功能
一个较完善的CAD/CAM系统,是由产品设计制造的数值计算和数据处理程序包、图形信息交换(输入、输出)和处理的交互式图形显示程序包、存储和管理设计制造信息的工程数据库等三大部分构成的。
这种系统的主要功能包括:
1.雕塑曲面造型功能
系统应具有根据给定的离散数据和工程问题的边界条件,定义生成控制和处理过渡曲面与非矩形域曲面的拼合能力,提供汽车、飞机等设计和制造,以及某些用自由曲面构造产品几何模型所需要的曲面造型技术。
2.实体造型功能
系统应具有定义和生成体素的能力,以及用几何体素构造法,或边界表示法构造实体模型的能力,并能提供机械产品以及用规则几何形体构造产品几何模型所需要的实体造型技术。
3.物体质量特性计算功能
4.三维运动机构的分析和仿真功能
系统应具有研究机构运动学特征的能力,以及对运动系统的仿真等进行研究的能力,从而为设计师设计运动机构时,提供直观的、可以仿真的交互式设计技术。
5.二、三维图形的转换功能
产品的总体设计需要三维图形,结构设计主要用二维图形。
所以,CAD/CAM系统应具有二维、三维图形转换功能。
6.三维几何模型的显示处理功能
系统应具有动态显示图形、清除隐藏线(面)、彩色浓淡处理的能力,以便使设计师通过视觉直接观察、构思和检验产品模型,解决三维几何模型设计的复杂空间布局问题。
7.有限元法FEM网格自动生成功能
系统应具有对产品结构的静态、动态、强度、振动、热变形等进行分析的能力,以及自动生成有限元网格的能力。
8.优化设计功能
系统应具有参数优化法,进行方案优选的功能。
9.数控加工功能
系统应具有三、四、五坐标机床加工产品零件的能力,并能在图形显示终端上识别、校核刀具轨迹和刀具干涉,以及对加工过程的模态进行仿真。
10.信息处理和信息管理能力
系统应具有统一处理和管理有关产品设计、制造以及生产计划等全部信息的能力。
2.CAD/CAM技术的现状
CAD/CAM技术是随信息技术的发展而形成的一门新技术,它的应用引起了社会和生产的巨大变革。
CAD/CAM技术可以应用在许多领域,机械制造是最早也是最广泛应用CAD/CAM技术的领域。
随着CAD/CAM技术的发展,建筑、电子、化工的领域也开始应用该技术。
因此,CAD/CAM技术被视为20世纪最杰出的工程成就之一。
国外CAD/CAM软件出现得较早,开发的时间较长。
因此,它们发展比较成熟,现在基本上已经占领了国际市场,比如:
AutoCAD、Pro/Engineer、SolidWorks等。
在CAD/CAM技术的应用上,国外运用的时间也较长。
日本三菱汽车公司1960年从冲模的NC数控加工着手,以CAD/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CAD/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。
近年来,我国CAD技术的开发和应用取得了长足的发展,除对许多国外软件进行了汉化和二次开发以外,还诞生了不少具有自主版权的CAD系统,如高华CAD,开目CAD等。
由于这些软件价格便宜,符合本国国情和标准,所以受到了广泛的欢迎,赢得了越来越大的市场份额。
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。
目前,CAD/CAM技术在我国的应用已取得了较为明显的经济和社会效益,逐渐发展成为一种高新技术产业,现在正向中小企业普及和深入,为适应社会生产和市场竞争的客观要求,CAD/CAM技术必将得到突飞猛进的发展。
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。
3.我国CAD/CAM存在的主要问题
近年来,随着我国经济的发展,一些企业已经成功将CAD/CAM用于主导产品的设计开发与加工,给企业节省了大量的资金,降低了产品成本。
但是在CAD/CAM的推广应用上还存在着以下几个问题。
1.对CAD/CAM投入不够。
CAD/CAM技术是一项高技术,需要高投入才能高产出,而我国的一些企业,由于管理、认识及资金上的问题,对CAD/CAM的投资强度和力度远远不够。
现在大多数企业普遍存在着这样一个问题,即在组织生产上舍得花大资金,而在技术上投资就十分困难。
2.对软件的重要性认识不足。
有些中小型企业拿出一部份资金引进CAD/CAM,却没有收到应有的效益,这也造成了企业对技术投资的谨慎。
其重要原因是重硬件,轻软件,软件系统不配套。
3.缺乏图纸资料库的支持。
引入了CAD/CAM软件,如果没有基于该套软件的图纸资料库,也将导致企业不能很好的应用CAD/CAM。
4.专业技术人员的培训跟不上应用CAD/CAM的需要。
4.构建CAD/CAM技术的目的意义
在我国的工业企业结构模式,中小型企业占据了极大的比例。
如何针对中小型企业的特点,采取切实可行的方法,提高中小型企业的竞争力,是我国中小企业改革中的一个重要环节。
一方面,工程技术人员的大部份时间和精力是消耗在重复性工作或局部小修小改之中,不可能有充沛的精力去从事创造性劳动,也不会有足够的时间去学习掌握新知识和新技能,久而久之,人的创造性思维能力也会随着日复一日、年复一年的重复、烦琐的劳动而萎缩。
尤其在市场竞争剧烈的条件下,很难适应发展的需要。
国此,在机械制造领域为使设计方法及设计手段科学化、系统化、现代化,实现CAD/CAM技术是非常必要的。
另一方面,CAD/CAM技术不是传统设计、制造流通和方法的简单映像,也不是局限在个别步骤或环节中部分地使用计算机作为工具,而是将计算机科学与工程领域的专业技术以及人的智慧和经验以现代的科学方法为指导结合起来,在设计、制造的全过程中各尽所长,尽可能地利用计算机系统来完成那些重复性高、劳动量大、计算复杂以及单纯人工难以完成的工作,辅助而非代替工程技术人员完成整个过程,以获得最佳效果。
因此,CAD/CAM技术为我国中小型企业的改造提供了一种崭新的思路。
5.中小型企业构建CAD/CAM系统
我们应该看到这样一个现实,目前国内CAD/CAM系统的应用还停留在比较低的水平上。
对于大多数中小企业来说,一旦企业在这方面进行了投资而又不能尽快地发挥其作用,就会给企业带来不必要的损失,也为下一步CAD/CAM技术的应用发展制造了障碍。
因此,如何用好CAD/CAM系统就成了很多企业特别是中小型企业所关心的问题。
随着市场竞争的日益激烈及全球市场的形成,对21世纪制造型的中小型企业来说,企业竞争的核心将是新产品的开发能力及制造能力,CAD/CAM技术作为提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品生产成本的强有力手段,已经成为现代制造系统中的关键技术,它的应用和发展直接影响着现代制造系统的最终功能及实现。
5.1CAD/CAM系统采取的结构形式
CAD/CAM系统的结构为分集中式与分布式两种,集中式以大、中、小型机为中央处理机,通过一个复杂的接口设备,联接若干台交互终端,组成一个独立系统;分布式则是将集中控制改为分散控制,以一台或数台性能较高的工作站为主力,以多台微机为基础的网络结构,在工作站、微机价格较低的基础上,获得大中型机的性能。
现在集中式结构已逐渐被淘汰,分布式结构则以其较好的性能价格比、见效周期短、可靠性好、可扩展性好等几方面的优越性而成为企业引入CAD/CAM系统首选的结构形式。
5.1.1树立以软件为中心的观点
在过去期间,许多中小型企业引入CAD/CAM系统不很成功的重要原因是重硬件、轻软件,软件系统不配套,甚至干脆不要软件,致使许多系统无法运行,损失惨重。
以解决中小型企业具体问题的软件为中心,来选择相应的硬件支持环境,才是解决问题的正确思路。
通常在CAD/CAM系统中,硬件、系统软件及专业应用软件的投入比不应低于1:
1.5:
5。
5.1.2选择软件
纵观世界CAD/CAM市场,各系统都有其优缺点,否则不能形成如今共存的局面。
评价一个系统的优劣,除其基础能满足自己的需要之外,不同系统间的图文交换能力,系统升级并网的可能,以及经销商的技术支持、图纸资料库都是软件能否顺利使用的关键因素。
微机CAD硬件基本配置如图5-1所示:
图5-1微机CAD硬件配置
CAD/CAM系统的硬件选配,首先要考虑服务对象的要求,即要充分考虑产品设计的作业性质和技术水平及工作量;其次要考虑计算机及外部设备当前技术水平,还要考虑可能的投资强度和今后的发展目标等,以避免系统硬件选配的盲目性和重复性。
5.2采用CAD/CAM集成技术
5.2.1产品的CAD/CAM过程
产品的CAD/CAM过程,实际上就是通过计算机(包括相应的软件)把产品设计及制造的全过程用更高更科学的形式加以综合,并用相应的软件表示。
产品传统的设计过程为:
方案论证,总体设计、技术设计、详细设计、试生产,性能试验、修改定型。
这种过程是一个不断探索,多次循环,逐渐深化的求解过程,故其周期长、工作量大、费用高。
现代产品的CAD/CAM过程是用计算机进行上述过程的设计,利用交互设计技术,在完成一个阶段后把结果以图形方式显示在CRT或用打印机、绘图仪输出,供设计者直观判断。
设计者判断后进行某方面的修改,可立即把修改参数输入计算机,计算机对新数据进行处理后再输出结果,再判断,再修改,多次反复直至达到理想的结果为止,最后输出工程图纸或数控加工信息。
设计过程如图5-2所示:
图5-2产品设计流程图
设计过程应用仿真技术对产品性能进行模拟,发现问题可实时修改,不必等样机试验后发现问题再修改。
这不仅节省时间和经费,更重要的产品可获最佳性能和设计一次成功的可能性。
5.2.2CAD/CAM系统的集成
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。
CAD/CAM系统集成的关键是信息的交换和共享。
在CAD和CAM之间实现数据交换和共享并非一件易事,因为不同的应用系统都有自己的数据模型和结构。
数据模型和结构的差异及复杂性,给这项工作带来了很多困难。
为此,各类专家和研究人员进行了长期不懈的努力,取得了不少阶段性成果,形成了各种不同的CAD/CAM集成模式。
根据信息交换方式和共享程度的不同,CAD/CAM系统集成主要有以下几种。
采用数据交换接口的CAD/CAM集成
在所有的CAD/CAM集成方法中,基于数据交换接口的集成是应用最早,也是目前应用最广泛的一种集成方法。
为了克服早期所采用的通过专用数据交换接口进行数据交换所带来的缺点,比如:
专用的数据接口无通用性、修改的工作量大等。
后来采用标准数据格式接口文件作为系统集成的接口,比如以IGES标准格式或STEP标准格式建立中性文件,并用一个通用的数据库管理系统来对这些中性文件进行管理。
各应用系统都需要通过开发前置和后置数据转换接口来解决系统间数据的输出与输入,其实现方式如图5-3如示。
图5-3采用标准文件接口实现集成
上图中F指的是前处理器,R指的是后处理器。
在这种方式中,每上系统只与标准格式文件打交道,无需知道别的系统的细节,减少了系统集成时转换接口的数量并降低了接口的维护难度。
因此,这一集成方式可以在较广泛的范围内实现数据交换和数据的维护。
2.基于统一产品模型和工程数据库的CAD/CAM集成
这是一种将CAD、CAPP、CAM作为一个整体来规划和开发,从而实现较高水平层次的数据共享和集成的方法。
建立一个基于整个产品生命周期的产品定义数据模型是实现这种CAD/CAM集成方式的前提和基础。
就目前的趋势而言,以STEP的标准为基础来建立统一产品模型是必然趋势。
同时,采用这种集成方式,各子系统应能通过用户接口按工程数据库要求直接存取数据或操作数据库,这样可以克服用文件形式实现系统间集成办法的弊端,提高系统的集成化程度。
可以说,采用工程数据库及其管理系统,不仅可以实现各子系统之间的直接信息交换,还可以使集成系统达到真正的数据一致性、准确性、及时性和共享性。
其系统构造如图5-4所示。
近年来,随着计算机网络的应用和远程设计、并行设计、虚拟制造环境的建立以及网络数据库的出现,为采用工程数据库实现异地系统间共享信息资源提供了更多的技术支持。
图5-4基于统一产品模型和数据库的CAD/CAM集成
3.基于产品数据管理(PDM)的CAD/CAM集成
PDM是以产品数据管理为核心,通过计算机网络和数据库技术,把企业生产过程中所有与产品相关的信息和过程进行集成管理的技术。
产品数据管理的内涵是集成并管理与产品有关的信息与过程。
能过PDM管理的信息包括开发计划、产品模型、工程图样、技术规范、工艺文件、数控程序等。
而通过PDM管理的过程有设计、加工制造、计划调度、装配、检验等工作流程。
能过PDM系统可以统一管理与产品有关的全部信息,国此,CAD、CAPP、CAM之间不必直接传递信息,各系统之间的信息传递都变成了分别和PDM之间的信息传递,CAD、CAPP、CAM都从PDM系统中提取各自所需的信息,各自的应用结果也放回PDM中去,以此来实现CAD/CAPP/CAM的集成。
基于PDM的系统集成将数据库管理、网络通信和过程控制能力集成于一体,将多种功能软件集成在一个统一的平台上。
它不仅能实现分布式环境中产品数据的统一管理,同时还能为人与系统的集成及并行工程的实施提供支撑环境,为企业范围内的设计与制造建立一个并行化产品开发协作环境,为不同地点、不同部门的人员提供一个协同工作环境,使其可以在同一数字化的产品模型上一起工作。
5.3企业人员的培训
CAD/CAM技术的深化应用和企业信息化需要较大的投资,同时也需要企业在管理模式、业务随程等方面进行深人的变革,所以是名符其实的“一把手工程”。
中小型企业应该选择一家能够提拱全系列软件和硬件平台、网络环境的公司,结成长期的合作伙伴,全面合作、其同发展。
为了加强、加快我国CAD/CAM技术的普及应用,各中小型企业应根据实际需要尽快的培养一支掌握CAD/CAM技术的人才队伍。
通过对现有的工程技术人员进行CAD/CAM技术培训,使他们快速掌握CAD/CAM技术,从而推广CAD/CAM技术的应用。
下面主要从以下三类人员的培训进行分别的阐述。
1.企业领导者的培训
企业的决策者和领导者培训时,主要使他们了解CAD/CAM技术,即该技术的特点、国内外的发展现状、推广应用这项技术的必要性及如何组织推广应用等。
要让他们体会到CAD/CAM对于技术创新,增强工业行业市场竞争能力的重要意义,以及在经济和市场上的潜力、前景。
在培训期间应大量针对实际应用,利用实例软件进行设计和制造方面的演示,以增加他们对这项新技术的感性认识,使他们真正认识到推广应用的必要性,以及CAD/CAM技术应用的决策技术与信息及该技术发展的新动向和新技术。
对企业决策者的培训应该达到的效果:
旗帜鲜明地支持CAD/CAM技术;有着CAD/CAM技术的长远“实施计划”;下决心改革企业旧的管理模式。
2.系统和应用软件维护人员的培训
要使一个CAD/CAM系统正常运行,需要各种不同的专业人员相互协作。
其中包括:
系统硬件和软件维护人员、图形方面的处理人员、分析计算方面的处理人员、计算机辅助制造方面的人员。
一般地讲,系统硬件和软件的操作和维护人员的培训,与一般计算机系统人员的培训基本相同,所以,这些人员的培训可以与一般计算机应用培训结合起来。
而且,这部分人员基本上都是计算机硬件和软件专业毕业的学生,人员来源较广,所以这部分人员的培训相对比较容易。
培训过程中主要从下列几方面考虑:
系统硬件的运行和维护;系统软件的运行和维护;图形处理系统的使用与维护;分析计算软件的应用。
3.专业技术人员的培训
CAD/CAM技术应用相关软件,往往与计算机系统软件交织在一起,很难将它们严格区分开,也就是说,直接从事CAD/CAM技术的人员不仅要知道与CAD/CAM技术有关的软件,同时还要了解计算机系统软件,这就是我们常说的既懂专业技术又懂软件的复合型人才。
这部分人才与推广应用CAD/CAM技术效果和速度密切相关。
培训的目的就是要提高他们的专业技能和CAD/CAM技术软件方面的知识,以及如何用这些知识来使用和研究CAD/CAM软件,并在具体产品设计制造中具体应用。
培训内容为某种软件的具体操作与使用方法,在培训的过程中应结合工程实际问题开展培训工作,以提高专业技能和软件应用为主。
通过这种培训可改变广大工程技术人员的知识结构,提高整个工程技术人员在CAD/CAM技术方面的素质,使他们认识到推广这种技术的必要性,由于通过培训可以掌握一定的CAD/CAM方面的知识和技术,从而提高了他们研究、推广应用CAD/CAM技术的积极性。
因此,要使我国CAD/CAM技术的应用能在较短时间内有一个迅速发展的局面,这种普及型的、全方位的培训方
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