制造技术对CAD技术的影响
文章编号 :100320794(2004) 0520051202
制造技术对 CAD 技术的影响
郭聚东1 , 宋怀庆2
(11 河北科技大学 机械电子工程学院 , 河北 石家庄 050054 ; 21 北京大连星玛电梯公司 , 北京 100001)
摘 要 : 阐述了先进制造技术对现代 CAD 技术发展的巨大影响 ,同时指出 ,随着先进制造技
术的进一步发展 ,将会出现更多的制造模式 ,提出更新、更强的集成要求 ,因此 ,还将继续对 CAD 技
术施加影响 ,对 CAD 技术提出更高的要求。
关键词 : 先进制造技术 ; 现代 CAD 技术 ; 影响
中图号 : TP391172 ; TH16 文献标识码 : A
1 前言
21 世纪世界各国竞争的焦点是经济竞争 ,同
时 ,经济竞争也是世界发展的重要推动力。对制造
业而言 ,每个企业都面临与持续多变和不可完全预
测的全球化市场竞争 ,竞争的核心是以知识为基础
的新产品的竞争。为了提高竞争力 ,企业必须解决
好产品的 T、Q、C、S、E 难题 ,即以最快的上市速度 T
(time to market) 、最好的质量 Q(quality) 、最低的成本
C(cost) 、最优的服务 S (service) 及最清洁的环境 E
(environment) 来满足顾客的不同需求和社会可持续
发展的要求。因此 ,面对激烈的竞争 ,近 20 a 来 ,特
别是近 10 a 来 ,人们将制造技术与飞速发展的信息
技术、自动化技术、现代管理技术与系统技术有机融
合 ,逐渐形成了新一代先进制造技术。先进制造技
术必然十分重视产品设计问题 ,没有创新产品 ,没有
适销对路的新产品 ,即使做到 T、Q、C、S、E 也是徒劳
的。因此 ,T、Q、C、S、E 的前提是有好的产品设计 ,
所以 ,采用先进制造技术的企业必然将产品设计这
个环节视作其生命线 ,先进设计技术必然成为先进
制造技术的核心之一。市场竞争促进了先进制造技
术的发展 ,先进制造技术的发展推动了先进设计技
术的发展。同时 ,作为先进设计技术之一的 CAD 技
术也从传统的 CAD 技术得到了很大的扩展 ,将这些
扩展的 CAD 技术总称为“现代 CAD 技术”。
为了具体说明先进制造技术对现代 CAD 技术
的影响 ,下面就 3 个典型的先进制造模式对 CAD 技
术的影响作些分析。
2 计算机集成制造系统对 CAD 技术的影响
自从 1973 年美国的约瑟夫·哈林顿 (Joseph Har2
rington) 提出计算机集成制造 (computer integratied
manufacturing ,CIM) 概念以来 ,近 10 余 a ,CIM 哲理及
其技术在实践中不断充实、完善与发展。在我国 ,自
1986 年以来 ,在国家 863 计划支持下 ,对 CIM 的理论
与应用进行了深入研究与实践 ,概括了对 CIM 的以
下认识 :
CIM 是一种组织、管理与运行企业的哲理 ,它将
传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化
技术、系统工程技术等有机结合 ,借助计算机(硬、软
件) ,使企业产品全生命周期 —市场需求分析、产品
定义、研究开发、设计、制造、支持 (包括质量、销售、
采购、发送、服务) 以至产品最后报废、环境处理等各
阶段活动中有关的人/ 组织、经营管理和技术三要素
及其信息流、物流和价值流有机集成并优化运行 ,实
现企业制造活动的计算机化、信息化、智能化、集成
优化 ,以达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境
清洁 ,进而提高企业的柔性、健壮性、敏捷性 ,使企业
赢得竞争。
CIMS(computer integrated manufacturing system) 是
一种基于 ClM 哲理而构成的计算机化、信息化、智
能化、集成化的制造系统。CIMS 技术的核心是信息
集成 ,而且主要关注企业内部的信息集成 ,即针对在
设计、加工制造及管理中大量存在的自动化孤岛 ,解
决信息正确、高效的共享与交换。
这种信息集成的要求自然要在工程设计系统中
体现出来 ,即解决 CAD、CAPP(computer aided process
planning) 、CAM (computer aided manufacturing) 系统内
部的信息集成以及该系统与 CIMS 中加工制造和管
理分系统间的信息集成。
具体对现代 CAD 技术而言 ,就是要解决异构环
境下的信息集成 ,为此要解决 3 个关键问题 :
(1) 产品建模问题 以参数化造型或特征造型
为建模手段 , 以 STEP ( standard for the exchange of
product model data) 标准所定义的产品信息模型为依
据 ,建立能满足产品生命周期内各环节需要的完整
的信息模型 ,即产品的数字化模型 ,以作为信息共享
与交换的基础。
(2) 数据交换问题 采用符合标准的数据交换
规范 ,做好不同应用软件间的接口。
(3) 工程数据管理问题 形成逻辑上集中、物理
上分布的数据集成管理环境 ,解决异构数据库的相
互访问。
3 并行工程对 CAD 技术的影响
·15· 2004 年第 5 期 煤 矿 机 械
? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
关于并行工程 CE(concurrent engineering) 有多种
提法 ,至今较为公认的是 1986 年美国国防分析研究
所在其 R - 338 研究报告中提出的并行工程的定义。
定义如下 :
并行工程是对产品及其相关过程 (包括制造和
支持过程) 进行并行、一体化设计的一种系统化的工
作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考
虑到产品全生命周期(从概念形成到产品报废) 中的
所有因素 ,包括质量、成本、进度和用户需求。
根据上述定义 ,不难看出 ,并行工程这种先进制
造模式的技术核心除了继承早期 CIMS 的信息集成
外 ,其主要特点是过程集成。过程集成就是要对企
业的各种活动过程进行重构 ,将产品开发过程中的
各种串行过程尽可能多地转变为并行过程 ,使在设
计早期就能考虑到产品的可装配性、可制造性、可测
试性、可维护性、可靠性、可支持性及成本合理性等
因素 ,使各阶段工作及时交流、协调 ,避免跨阶段的
大返工。此外 ,过程集成还意味着以产品为中心 ,由
各有关部门人员组成的多学科小组(团队) 的人员的
集成。
并行工程中过程集成的特点对现代 CAD 技术
提出了以下要求 :
(1) 支持开发过程的重构和建模 ;
(2) 实现协同设计的环境 ,支持多学科队伍的协
同工作 ;
(3) 提供功能集成、信息集成并支持并行设计的
CAX(CAD、CAPP、CAM、?) 和 DFX(design for perfor2
mance、assembly、manufacture、test 、quality、cost 、service、
?) 工具。
4 敏捷制造对 CAD 技术的影响
敏捷制造 AM (agile manufacturing) 是 1991 年美
国里海(Lehigh) 大学亚科卡 (Iacocca) 研究所在《美国
21 世纪制造企业战略》报告中所提出的一种先进制
造技术。其后得到世界各国的重视 ,并进行了广泛
地研究与实践。但到目前为止 ,关于 AM 还没有一
个一致的、公认的定义。
AM 的基本思想是将灵活的动态联盟组织、先
进的柔性生产技术和高素质的人全面集成 ,使企业
能够应付迅速变化和不可预测的市场需求 ,以获得
长期稳定的经济效益。
为了实现敏捷制造 ,除了做到信息集成和过程
集成外 ,还必须实现企业集成。企业集成就是针对
某一特定产品 ,选择合作伙伴 ,组建企业动态联盟 ,
充分利用联盟企业所具有的设计资源、制造资源、人
力资源等解决联盟内的信息集成与过程集成 ,将新
产品快速推向市场。
AM 最基本的特征是要具备一种能力 ,即在多
变的市场环境下 ,抓住机遇 ,快速开发出能充分满足
顾客需要的新产品。由此可见 ,新产品的设计对
AM 具有重要的意义 ,因此 ,对于这种敏捷制造模式
必须要有敏捷设计的模式。
基于动态联盟的敏捷设计 ,对 CAD 技术提出了
以下要求 :
(1) 提供实现产品敏捷设计的技术 如资源共
享、信息服务、合作建模、联盟内的数据管理与设计
过程管理等技术。
(2) 提供支持产品敏捷设计的网络通信平台及
相关技术的解决方案 如 WWW 技术、邮件通信、远
程传输、安全保密等。
5 结语
以上论述了 3 种典型的先进制造模式的定义及
基本思想 ,揭示了信息集成 —过程集成 —企业集成
的发展历程 ,阐明了它们对现代 CAD 技术发展的巨
大影响。由于这种影响 ,现代 CAD 技术也在沿着信
息集成 —过程集成 —企业集成的道路发展。同时 ,
还应该看到 ,随着先进制造技术的不断发展 ,将会出
现更多的制造模式 ,提出更新、更强的集成要求。因
此 ,还将继续对 CAD 技术施加影响 ,对 CAD 技术提
出更高的要求。
参考文献 :
[1]张根保 ,王时龙. 先进制造技术[M]. 重庆 :重庆大学出版社 ,1996.
[2]董仲元 ,蒋克铸. 设计方法学[M]. 北京 :高等教育出版社 ,1991.
[3]罗振壁 ,周兆英. 灵捷制造[M]. 济南 :山东教育出版社 ,1996.
作者简介 : 郭聚东(1969 - ) ,河北石家庄人 ,讲师 ,硕士在读 ,主
要研究方向 :CADPCAM. Tel :0311 - 7875667.
收稿日期 :2003210223
The effect of advanced manufacturing technology to
mondern CAD technology
GUO Ju- dong1 ,SONG Huai- qing2
(1. College of Mechanic and Electronic Engineering ,Hebei University of Science and Technology ,Shijiazhuang 050054 ,China ;
2. Beijing Dalian Xingma Elevator Company ,Beijing 100001 ,China)
Abstract :This paper expatiates the effect of advanced manufacturing technology to mondern CAD technology. At the same
time ,this paper points out along with advanced manufacturing technology more develop ,mondern CAD technology will be
higher requested.
Key words :advanced manufacturing technology ; modern CAD technology ; effect
·25· 制造技术对 CAD 技术的影响 ———郭聚东 ,等 2004 年第 5 期
? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
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