| 出版日期：2000-01-10 总期号：891 本年期号：03 |
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cad赋予“创新”新概念
孙家广 cad的应用将给企业带来可观的经济效益。但企业引入cad系统，仅仅作为绘图工具，而没有合理的应用策略，是不经济的，甚至会给企业带来负效应。如何引入cad系统并使其充分发挥作用，将直接影响到企业创新能力的提高、开发周期的缩短和成本的降低。 cad的发展 随着internet／intranet的发展和并行、高性能计算及事务处理的普及，异地、协同、虚拟设计及实时仿真得到了广泛应用，cad技术成为了企业提高创新设计能力的主要手段。 cad技术涉及到用户接口、二维绘图、三维数字建模以及图形显示。 （1）用户接口 九十年代，网络用户接口（nui）和多媒体用户接口（mui）已成为cad系统的主导界面；工作站cad系统基本采用motif作为其用户接口。 （2）工程绘图 这是cad应用最早、也是最成功的领域。从七十年代中期开始，它经历了被动式绘图、交互式绘图、参数化绘图和智能绘图几个阶段。 （3）数字建模 数字建模是cad的基础和核心。非均匀有理b样条（nurbs）方法，是当前自由曲线和曲面描述的最广为流行的技术；而国际上实体造型系统中的parasolid和acis已支持许多最终用户在其上进行二次开发。为适应动画制作等的需要，现在数维造型、基于文法的造型和粒子系统已广被采用。 （4）参数化设计 约70－80％的成本耗费于设计阶段。因此，应用先进的参数化设计方法就显得至关重要。目前，二维参数化设计技术已发展得较为成熟，而三维参数化造型尚有许多问题没有解决。 （5）图形显示 为了真实表示用cad技术生成的产品和工程的数字模型，真实感图形显示技术也是cad中的重要内容。早期采用光照模型，七十年代中期catmull提出真实感图形绘制方法，1984年美国cornell大学又将射度方法引入cad产生了真实图形生成的辐射度算法，而九十年代模拟用户身临其境的虚拟现实也有了长足的发展。 cad应用策略 企业引入cad系统，应该在系统工程思想的指导下，用整体优化的观点，科学合理地对业务过程、产品结构和信息技术进行重组；通过标准化和规范化尽可能减少零部件数量，建立集成的智能产品模型和跨功能的并行工作环境；进行合理的规划，在正确的方法论的指导下实施和应用。这些是企业成功开展cad的根本保证。 （1）产品设计和开发方法策略 随着科学技术的发展和生活水平的提高，顾客对产品的复杂程度和交货期的要求越来越高，只有借助于现代化的设计手段和先进的设计方法才能满足这些要求。而企业往往是有了现代化的手段，却忽视了科学的方法论的指导，最终达不到预期的效果。因此，在设计方法上需要采取以下策略： ①改变传统的作业方式。在并行工程方法指导下，采用以intranet为基础、面向项目组的分布式协同工作方式，促进企业内部和企业间的合作，加速产品开发过程中复杂信息的传递，缩短产品开发周期； ②单纯的cad技术已不能满足市场竞争的需求，因此，运用价值工程、拟实技术、仿真技术等手段，研究面向x的设计方法，如面向成本的设计、面向加工的设计、面向测试和维护的设计、面向产品生命周期的设计等； ③利用成组技术和相似性原理，采用标准化技术、模块化技术，改变传统产品结构，建立标准化、模块化和系列化设计体系，充分利用现有的成熟技术和已有的零部件，快速响应市场需求，降低成本，提高质量； ④提高企业创新能力。但需要强调的是：在产品设计过程中的创新，不是源源不断地创造出新的零部件，而是如何利用现有的资源，创造出新的原理和新的方法，实现新的功能。 （2）标准化、规范化策略 标准已成为未来工业战争的中心，谁控制了标准，谁就将掌握未来。标准化、规范化策略包括两方面的内容： ①产品标准化、规范化 实践表明，尽管面向顾客的产品变化较快，但构成产品的零部件相对稳定。据我国有关统计资料表明，每增加一个新零件，年平均费用增加2000－4000元人民币；而另一份资料也显示，机械企业中按其零部件特性分类，约50％的零部件属于标准件和外购件，其成本占10％；通用件和相似件占40％，成本占20％；而根据顾客要求设计的特殊零部件只占10％，成本却占了70％。因此，对零部件数量的控制，其意义，不只是少出几张工程图，它节省了大量的费用，所以，应尽量采用标准件和外购件。 ②信息标准化、规范化 企业在cad应用中，应遵循统一的信息描述标准，以减少企业间、企业内部和设计人员间的数据交换困难，实现异地、异构数据共享，避免大量重复性工作。 （3）产品模型策略 随着制造技术的发展，产品模型已突破了cad／cam领域，成为产品生产过程中的关键技术。从而提出了面向产品生命周期的关系型产品模型的概念。由此，才能较好地解决信息在设计、制造、检验和装配等环节的共享问题，完整地描述产品在概要设计———装配设计———零件设计全过程中的各种属性和相互关系，实现产品生命周期中的内部描述信息（如产品设计、计划、加工和检验等方面）和外部过程信息（如内部描述信息所依赖的环境、知识和规划等）的集成。 创新设计对cad提出新要求 企业成功应用cad系统必须根据自身的具体情况而论。国内外商品化的cad系统功能上各有千秋，但作为现代cad系统，必须具备如下特点： （1）关系型cad系统 建立关系型产品模型，要求cad系统不仅能够描述产品的几何信息、拓扑信息、材料信息等显示信息，还要能描述蕴含在设计师头脑中的设计知识和设计约束等隐式信息。可以建立的设计关系包括图素间的关系、视图间的关系、装配与零部件间的关系、公式间的关系以及计算结果与图形间的关系等。 （2）参数变量化设计系统 对于大多数参数化系统，是在几何模型生成之后，再将尺寸或参数加入模型中的，因此不能达到全关联，且在后续的使用中不能实现并行化。而变量化设计技术，可以解决同步约束的问题，使设计修改具有更大的自由度，其约束条件可以是几何关系，也可以是工程计算条件。它能提供参数化和变量化技术相结合的复合建模技术，且参数变量化手段多样，至少包括图形和尺寸双向驱动、表格驱动和变量驱动等。 （3）关系约束模型的建模技术 关系约束模型的建模技术吸取了全部约束和部分约束两种约束的优点，在建模过程中，交互式建立各种约束关系；同时，可以作出某些约束值的假设，且最终约束与尺寸标注无关。 （4）隐式设计技术 显式设计技术无法描述隐含在显式信息后面的设计关系和约束，无法捕捉模型中不同零件间的关系，不支持模型尤其是装配模型的修改和优化。而隐式设计技术较好地解决了这些问题。 （5）面向对象的建模技术 面向对象的建模技术使产品模型一旦形成，大量信息和关系便被封装在模型内部，直接面向设计师的只是一些设计参数和结果，设计师再也不用关心模型是怎么产生的。 （6）支持基于事物特性表的变型设计 基于事物特性表的变型设计过程是相对于全新产品设计、针对通用产品设计的一种设计方法。它是在原有零部件的基础上，通过改变事物特性表中的特性值，从而得到相似零部件的设计方法。它要求cad系统不仅是关系型系统，而且具有表格驱动的功能，利用事物特性表，可以建立一类零部件或产品的模型。 （7）支持设计师的全过程设计 cad系统应完全支持方案设计———装配设计———详细设计的全过程，并可以建立全过程完整的关系链，保证整个过程设计的一致性，使设计师的设计在概念设计阶段就可以使用cad系统，并准确记录和再现全部设计过程。但目前，大部分cad系统只能支持面向零件的设计，然后搭积木式地进行装配设计，即自下而上（bottom－up）设计；新的设计需求要求cad系统还要支持自顶向下（top－down）的设计方法，或混合采用这两种设计方法。 （8）一体化解决方案 cad系统应是多成员家庭中的一员，和家庭内的其它模块一起，构成从设计、制造到管理的一体化解决方案。此外，还应具有灵活的外部接口、良好的开放性、功能强大的开发语言，使其可以实现与非家庭成员的其它系统无缝集成。 |
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