CAD技术是先进制造技术的重要组成部分,是计算机在工程领域中最有影响的应用技术之一,曾被美国国家工程科学院评为当代十项最杰出的工程技术成就之一。我国CAD技术的研究始于60年代之后,通过"七五"和"八五"期间坚持不懈的科技攻关,特别是机械行业自1995年以来,相继开展的"CAD应用1215工程"和"CAD应用1550工程",使得我国CAD技术在理论与算法研究、硬件设备生产、支撑软件的开发与商品化、专业应用软件系统的研制与应用,以及在人才培养与技术普及等方面均取得了丰硕的成果。目前,我国企业CAD启蒙教育已基本完成,企业对CAD应用有了更高层次的追求。部分企业在完成了一期"甩图板"工程之后,为了能利用CAD技术获取更大的经济效益,已开始实现由二维向三维的转移,以实现真正意义的CAD设计工作。随着以实现制造过程信息集成为目标,以CIMS为主题的国家"863计划"的实施,一些企业已开始着手建立企业级的CIMS系统,以解决计算机在设计制造过程中的"自动化孤岛"现象,从而实现系统集成、信息共享。在CIMS环境下,CAD的应用与开发与一般环境下CAD的应用开发有着本质的区别。本文结合本单位的CAD应用开发情况以及在实施CIMS工程中所暴露的问题,从CAD与CIMS的基本概念出发,通过分析二者的区别与联系,从技术角度翔实地介绍一下CIMS环境下CAD的应用与开发。

CAD及其发展

  CAD技术起步于50年代后期,60年代,随着计算机软、硬件技术的发展,在计算机屏幕上绘图变为可行,CAD开始迅速发展。人们希望利用此项技术来摆脱繁琐、费时、精度低的传统绘图方法。众所周知,CAD的含义为Computer Aided Design,但在当时,CAD的含义却非如此,而是单纯的Computer Aided Drawing。这种以二维绘图为主要目标的CAD算法,一直持续到70年代中期。此后CAD技术才有了长足的发展,但概括起来,其发展过程其实就是从计算机辅助绘图到计算机辅助设计,从二维绘图到三维设计,进而到三维集成化设计的过程。在其发展过程中,经历了由简单的线框式系统到三维曲面造型,由三维表面模型到三维实体造型,由三维实体造型到三维参数化造型,三维参数化技术到三维变量化技术的四次飞跃。

  CAD有狭义及广义之分,狭义CAD就是单纯的计算机辅助设计,而广义CAD则是CAD/CAE/CAM的高度集成。CAD侧重的是产品的设计与开发,CAE(Computer Aided Engineer)侧重于产品的优化与分析,CAM(Computer Aided Manufacture)侧重于产品的模拟加工与制造。不论何种CAD软件,其软件功能不同,其市场定位不同,但其发展方向却是一致的。这就是一方面进行CAD/CAE/CAM的高度集成,另一方面必须有自己的PDM(Product Data Management)软件,只有这样,才能贯穿从开发设计,优化分析直到生产制造的产品开发全过程,既可满足从"甩图板"组建中小规模CAD/CAM系统,也可建立企业级CIMS,C3P系统,实现并行工程等各个层次的需求。

CIMS及其构成

  CIMS(Computer Integration Manufacture System)是指以计算机为中心的现代化信息技术应用于企业管理与产品开发制造的新一代制造系统,是CAD、CAM、CAPP、CAE、CAQ、PDM、ERP(或MRPⅡ)、管理与决策、网络与数据库及质量保证系统等子系统的技术集成。它将企业生产、经营各个环节,从市场分析、经营决策、产品开发、加工制造到管理、销售、服务都视为一个整体,即以充分的信息共享,促进制造系统和企业组织的优化运行,其目的在于提高企业的竞争能力及生存能力。CIMS通过将管理、设计、生产、经营等各个环节的信息集成、优化分析,从而确保企业的信息流、资金流、物流高效、稳定地运行,最终使企业实现整体最优效益。

CIMS与CAD的关系

  CIMS是企业级的信息集成系统,CAD则是设计、工艺部门的设计系统。二者之间的关系应该是包容与归属的关系。作为CIMS的一个子系统,CAD可独立于CIMS之外而独立运作,其目的在于提高产品的设计质量,缩短产品设计周期。CAD系统为CIMS提供必要的信息资源,而CIMS则用于实现信息资源的共享及流向,实现高效而通畅的信息交流和实时的信息处理。CAD为CIMS所提供的信息资源是以BOM(Bill of material)的形式提交,通过PDM得以实现。PDM系统是企业设计和工艺部门的基础数据平台,各种CAX如CAD、CAPP、CAE、CAM的应用通过PDM进行集成,以PDM作为企业设计和工艺的数据管理中心和流程控制中心。PDM系统和其它管理系统如ERP(或MRPⅡ)、MIS等是相互协作的关系。PDM主要负责企业的设计领域,为企业提供各种产品工程信息。ERP(MRPⅡ)主要管理企业的生产领域,而MIS系统主要处理企业的各种管理信息。通过网络及数据库及一定的接口平台,将PDM系统,ERP(或MRPⅡ)和企业MIS系统连接起来,与自动化的制造系统相结合,就构成了一企业计算机集成制造系统(CIMS)的雏形。