CAD在国内大型企业中的应用与发展

叶菁叶渭川

(南京电子技术研究所，江苏南京210013)??

摘要：CAD技术可以提高企业的工作效率，但如何正确地运用CAD，长期困扰着很多国内大型企业。先从CAD技术的起源着手，接着就国内大型企业应用CAD技术的现状和存在的问题作了表述，并提出了解决途径，最后阐述了CAD的发展趋势。
关键词：CAD；企业；应用

1 CAD的起源
CAD技术起步于50年代的后期，随着计算机技术的飞速发展，在计算机上进行绘图已不再是纸上谈兵，越来越多的人希望通过计算机技术来摆脱复杂、繁琐、费时的传统绘图方法。众所周知，CAD是Computer Aided Design的英文缩写，但在CAD刚起步的初期，单纯的Computer Aided Drawing才是CAD的基本含义。直到70年代中期，CAD技术终于得到了长足发展。
总的说来，CAD发展过程就是从计算机辅助绘图到计算机辅助设计，从二维绘图到三维造型，进而到三维集成的设计过程。在当代，广义的CAD则是指CAD/CAE/CAM的高度集成，其中CAD侧重于产品的设计与开发，CAE（Computer Aided Engineer）侧重于产品的优化与分析，CAM（Computer Aided Manufacture）侧重于产品的加工与制造。
CAD的主导是人，而计算机是工具。CAD系统是将人的创造性思维、专业知识及实践经验与计算机高速运算功能、大量信息储存及逻辑判断能力有机结合，实现人机信息交流及交互工作的系统。CAD又是现代设计相关学科综合运用的新技术，它把常规设计原理、计算机软硬件技术和各种现代设计方法有机地综合运用，不仅继承了传统设计方法的精华，而且注入了现代科学的精髓。
在经济高速发展的今天，企业经营环境时高质量、多功能、多样化的新产品和高质服务不断涌入高速多变、高度细分的国际市场。大型企业同样要面向整个社会进行新产品的研制与开发，同样面临着市场全球化、制造国际化及需求多样化的新挑战。各大型企业围绕着产品研制周期、质量和成本等方面的竞争越来越激烈。谁能够掌握新的制造技术、先进的制造系统和新的管理方法，谁就能在残酷的竞争中脱颖而出并取得龙头地位，而这些新的管理方法和先进的制造技术无一不是与CAD系统的发展和应用息息相关。
2 CAD在大型企业中的应用
CAD技术的推广和应用作为“九五”计划的一个重点，这些年来已在全国的各大型企业中初具规模。这些单位由于起步较早，用于CAD技术开发的资金较为充裕，所配置的硬件数量较多，软件的更新换代也比较及时。随着国内掌握微机CAD系统应用与开发设计的技术队伍不断扩大，企业也能很方便地通过各种渠道获得来自外部的技术支持，如版本升级、二次开发、应用培训等。
据了解，绝大部分的大型企业已成功地将CAD技术运用于本单位二维工程图纸的绘制；有的企业尝试将数据文件存在软盘中交档案管理部门归档，然后进行有关文件数据的汇总（如汇总整件汇总表、外购件汇总表、标准件汇总表等），大大节省了人力、物力和产品研制时间；更有一些技术实力较强的单位，在三维CAD技术方面的掌握和应用较好，可以用三维设计软件进行结构三维图的实体造型，在方案的初期配合三维造型完成各种图像、动画进行方案的预演及汇报，并在设计过程中利用建好的模型进行有限元分析和优化设计。这些企业已完成了“甩图板”，达到了提高产品设计质量、缩短设计周期的目的。
在调查中发现，一个单位的CAD技术的推广与应用程度与单位主管领导的主观认识和采取的管理方法有着极大的关系。以某大型企业为例，早在90年代前后就开始CAD方面的尝试及应用，采购了几台在当时不错的Intel－286原装机和惠普卷筒式绘图仪，CAD软件用AutoCAD10.0版。由于单位领导层并未意识到CAD技术能够产生巨大的经济效益，因而不鼓励设计人员使用计算机绘图，五年过去了，只有少数几位对CAD感兴趣的年轻人用计算机绘出了一些简单的零件图。一直到1995年，该单位的科研管理部门强力推行CAD，规定只有用计算机绘的图纸才能归档，只用了短短的一年多时间，该单位就彻底甩掉了绘图板和丁字尺。
3 CAD在应用中存在的问题
3.1 CAD设备利用率低
部分单位把三维CAD软件只用于三维造型。三维技术成了向上级领导“演示”其本单位技术实力的工具，成了“展示”单位形象的工具，而在实际产品的研制开发过程中需要用来解决问题时却成了“聋子的耳朵”。
大型企业一旦决定上CAD项目后，往往会大量的购进所需的设备，在软硬件配置上所花费的成本是为数不少的。但真正到使用中才发现很少有设计人员能完全掌握如此先进的设计工具为研制任务服务。技术设备的闲置使得CAD技术投资并没有如期地带来可观的经济效益。
由此可见，CAD的推广应用不可能一蹴而就，它需要领导决策层的重视，也需要根据企业的实际水平和需求“量身定做”，更需要使用CAD的工程设计人员不断提高自身的业务水平。
3.2 盲目“重硬轻软”
对于大型企业而言，CAD的工程的实现往往体现在购买了多少台计算机、打印机、绘图仪，引进了多少大屏幕工作站，在各部门建立了多少计算机房等硬件设施上。而对于CAD软件来说，就觉得不重要，认为小小的几张光盘要花如此大的价钱，不合算，不如“盗版”来的方便，来的便宜。
其实，大型企业应用CAD技术目的是为了产生更大的效益，合理地将CAD软、硬件有机结合才能最大限度地发挥经济效能。我们知道，计算机的硬件是不可能保值的，更谈不上增值了，真正的计算机价值体现在计算机应用过程中产生的效益，而对于那些不是通过正规渠道购买或“拷贝”的软件，是无法在功能上和技术服务等方面得到保证的。
我们不可能象国外大型企业那样，以7：3的比例进行软、硬件投资（即70%投资的资金用于购买软件，30%用于购买硬件），结合我国初级阶段的国情，以5:5或3:7的软、硬件投资比例应该是能够承受的。
3.3 对CAD软件的二次开发的认识不足
每个大型企业都有自己的相关系列产品，不同类型的企业，他们面向的社会需求也是不同的。目前市面上的商业CAD软件基本上都是面对某一专业的带有共性的通用开发平台，如建筑方面的CAD、机械方面的CAD等，它们所涵盖的范畴相对较大。如何才能得到真正适合本单位特定产品研制过程的CAD软件呢？这就牵涉到软件的二次开发问题。
许多大型企业经过了CAD初期的使用后，都会有对软件进行二次开发的迫切要求。目前大部分单位采取的是鼓励本单位的设计人员针对需求进行开发，有些单位还专门组织了一批人员进行专职的软件二次开发。这种培养CAD人才的意识是正确的，但得到的最终效果却不明显，越来越多的设计人员抱怨软件不好用，存在这样那样的实际问题。
其实大型企业CAD人才的培养重点应该是应用CAD软件来解决各种实际工程问题；而高等院校和研究院的CAD人才培养重点才是CAD软件的二次开发。为了摆脱二次开发软件的无序状态，大型企业必须与高等院校和研究院合作，针对不同的企业，开发出更适合企业自身的CAD软件。
3.4 对计算机管理的重视程度不够
经过CAD技术的快速发展，现在许多大型企业都具备了多台计算机及相应的CAD设备，有的单位还设立了计算机房以便于统一管理。但实际情况却并未管到实处，大部分计算机管理人员是兼职而非专职，他们同其他设计人员一样要承担各种硬指标的设计任务；对于计算机管理这一任务而言，往往是软指标，除了制定一下机房管理条例及定时开关主机，并无其它的任务需按时保质完成。这就使得计算机管理人员根本无暇也无意去考虑CAD设备的维护、CAD软件的更新及解决推广使用CAD软件过程中遇到的各种实际问题。
针对以上的情况，计算机管理人员应设为专职，应较为精通应用软件及维护硬件，并经过一系列必要的培训后方可上岗。他们必须在计算机管理的同时利用大量的时间学习以跟上计算机飞速发展的步伐，以保证能够对专业设计人员进行CAD软件应用方面的辅导。一般来说，他们平时工作的劳动强度应保持与其他设计人员相当。
3.5 对CAD应用软件过于依赖
CAD软件可以替代工程设计人员完成许多繁杂的计算，使原来需耗费大量人力、物力、时间的工作变得简单易行，但它无论如何都无法取代人脑的创造性思维。CAD技术应用的程度及效果，很大程度上取决于应用软件者的工程设计水平。在很多大型企业里，不少设计人员往往注重让计算机得出结果的快慢，而忽视了计算结果与工程实际互相印证，不愿再花精力和时间去分析结果的正确性。他们把CAD技术当作简单的机械性的流水作业，而忽略了在工程设计中的创造性、具体性和正确性。其实任何一种CAD软件都受到开发软件者的实践水平、经验等局限，不可能是放之四海皆准的通用工具。现实工程中千变万化的情况也无法与软件使用时的初始条件相吻合，每一位设计人员在应用CAD技术解决实际问题时都需依靠自身的专业理论和工程经验对辅助设计进行修正，因此，从某种意义上讲CAD技术人员在应用软件的同时应不断地提高自身专业技术水平，才能确保产品设计质量。
4 CAD在大型企业中的发展趋势
在目前CAD应用的基础上再进一步深化，就应走企业信息化的道路。目前比较好的思路是利用数据库技术，将一定规范的设计信息（明细表、明细栏、标题栏中的信息）作为数据对象，储存在数据库中，通过数据库进行管理，也可以进行实时变更。CAD技术是先进制造技术的重要组成部分，随着以实现制造过程信息集成为目标，不少大型企业已着手开始建立企业级的CIMS（Computer Integration Management System）系统，从而实现系统集成和信息共享。
作为CIMS工程的一个子系统，CAD可独立于CIMS之外而运作，并通过BOM（Bill of material）的形式向CIMS提供必要的信息资源，再通过PDM（Product Data Management）系统得以实现，从而将CAD、CAM、CAE、CAPP的应用集成。?
具体地说，CAD的发展趋势体现在以下几个方面：
4.1 面向产品的全过程?
在产品的全过程中，要求产品的信息能在不同的环节间方便地转换，有助于产品开发人员在设计阶段能全方位地考虑产品的成本、质量、进度及用户需求。?
4.2 考虑产品的继承性
在产品的更新换代过程中，要求能方便地获得产品的全部历史数据，以便充分利用已经经过生产实践的产品信息，在新品开发过程中，只需对其中极少部分零部件进行修改后重新构造，即可得到全新的产品，这不仅大大缩短了产品开发周期，节约了研制成本，还提高了产品的标准化程度，保证了产品的一次成功。?
4.3 满足产品的并行设计
产品在设计过程中简单地分解为不同的模块，分别由设计人员分工进行设计，然后通过计算机网络进行组装和集成，在产品的开发过程中设置从顶至下（up to down）的工作模式，不同的设计层具有不同的管理使用权限，对产品建立统一的数据模型后进行动态管理。?
4.4 灵活的虚拟现实技术
设计人员可在虚拟现实中创造新的产品模型，并检查设计效果，可以运用虚拟工具任意改变产品的外形而无需耗费材料及占用加工设备。这种方法可尽早地发现在产品研制过程的最初阶段出现的设计缺陷，以保证设计的准确性。?
5 结束语
总之，国内大型企业完成“甩图板”只是企业实现CAD信息化建设的第一步，每个企业应根据自身CAD应用的实际情况选择合适的CAD软件、硬件，立足于CAD人才的培养，不断的逐步完善技术数据，自然过渡到计算机集成应用阶段（PDM、MRPⅡ、ERP），真正做到降低企业的投入风险，达到增强企业产品的创新能力和市场竞争力的目的。

参考文献

1 孙世琪，孙宇. 现代制造导论. 北京：兵器工业出版社, 2000
2 郝静如. 计算机辅助工程. 北京：航天工业出版社, 2000
3 雷源中. 跨世纪先进制造技术基础研究. 中国机械工程, 1996

macofyou	2009-09-15 17:02
有您真是太好了

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