制造业信息化呼唤CAD

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作为计算机应用系统的一个重要分支，CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）经历了三个发展阶段，即多用户共享一台计算机、一个用户使用一台计算机、一个用户共享多台计算机。
　　从系统结构上看，CAD系统大致可分为两类，即集中式系统和网络系统。集中式系统要求有功能较强的计算机，一次投资大，使用起来不灵活，在80年代中期以前应用比较广泛。从工作站和高性能微机问世以后，大多数用户采用工作站和微机系统来代替这类集中式CAD系统，形成网络化的系统。
　　从制造业的信息化角度来看，CAD的广义概念包括了4CPE，即CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM/ERP技术的集合。
　　以计算机、网络和多媒体等技术的发展为表征的信息技术，揭开了“信息时代”的序幕。而20世纪80年代日趋成熟的CAD技术，已成为制造业信息化的切入点和突破口。为迅速提高我国的CAD技术开发与应用水平，早在“八五”期间，国家就发出了“甩掉图板”的号召，启动了CAD应用工程。如今，时钟已指向“十五”，当我们再回顾“九五”期间我国CAD应用工程的进展情况时，又是一个怎样的应用现状呢？
　　6月26日，国家科技部在京召开了“‘九五’CAD应用工程”验收会，由中国科学院和中国工程院张效祥、孙家广、崔俊芝等院士组成的验收专家组认为：“九五”期间，“CAD应用工程技术开发与应用示范”项目所创造的社会经济效益巨大，CAD技术的应用已经辐射到机械、工程设计、船舶、航空航天、汽车、轻工和纺织等制造业。此外，我国CAD应用工程项目累计投入24.3亿元，新增产值1073.2亿元，平均投入产出比为1：44.2。自主版权的CAD软件年销售额6.5亿元，其中年产值超3000万元CAD软件企业有7家，合计年产值近4亿元，集中度超过65%。
　　以上数字充分证明了我国的CAD应用工程，不论从技术研发、市场培育，还是应用成果，正在走向一个新的时期。
　　“三化”是CAD发展方向
　　“三化”是指网络化、集成化和智能化，这是我国CAD技术的发展方向。从“甩图板”、三维设计到与CAE/CAM/CAPP/PDM的无缝集成，我国的CAD技术已经得到了长足的发展并且正在走向成熟，目前已经广泛地应用在工业、军事等领域，为国民经济发展及建设做出了巨大贡献。因此，“三化”已成为当今CAD技术发展的潮流，具体表现为：
　　面向设计过程，实现智能化
　　CAD技术作为一种设计工具，其核心目标在于能够帮助工程技术人员设计出更好、更具市场竞争力的产品。我们希望CAD系统在控制产品的设计过程、应用工程设计知识，实现优化设计和智能设计的同时，也需具有丰富的图形处理功能，实现产品的“结构描述”与“图形描述”之间的转换。因此，在以几何模型为主的现代通用CAD技术基础上，发展面向设计过程的智能CAD技术是一种必然的趋势。
　　支持更广泛的协作，实现网络化
　　对于产品设计而言，通过网络化的手段可以帮助设计师及其企业改造传统的设计流程，创造一种顺应人性而又充满魅力的设计环境，以便于设计师能在其中形象化地表现、高效率地研究发展和交流设计思想，更多的设计人员可以在同一平台下，通过网络针对一项设计任务进行实时的双向交互通信与合作。同时，在基于网络协同完成设计任务的同时，与制造、商务等的全面融合更带来了技术和应用两个领域革命性的进步。随着Web技术的不断渗透，支持Web协同设计方案的CAD软件已经出现并趋于成熟。借助于互联网的跨地域、跨时空的沟通特性和近乎无限的接入能力，CAD软件的团队协作能力可以直接利用互联网进行。
　　提供整体解决方案，实现集成化
　　CAD稳健地向简化和自动化的方向发展，这使该技术可以适合机械设计以外的众多应用。另外，对于某一个应用CAD技术的单位来讲，随着CAD技术及相关技术的发展成熟，需要从整体的角度来考虑这项技术的发展。利用基于网络的CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM集成技术，实现真正的全数字化设计与制造。
　　虽然CAD技术的集成化特点多年来一直得到广泛的重视，但信息技术发展的一日千里决定了集成化的整体解决方案需要不断地完善和调整。从这个角度讲，CAD技术集成化的发展趋势仍需更加重视。利用CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM集成技术，制造业将实现真正的全数字化设计，而利用CAM技术，将实现数字化制造。在设计过程中，企业利用PDM技术实现并行工程思想的应用，将大大提高产品的设计效率和质量。CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM技术和ERP、SCM、CRM的应用，形成了企业信息化的总体构架。这些技术的集成，将由内而外地整合企业的管理，建立从企业的供应商到企业内部各部门，再到用户之间的信息集成。这是CAD技术发展和应用的必然方向。
　　另外，虚拟产品开发在产品概念设计、装配设计等方面的突出的优势与企业间的协同设计，也将使其成为CAD技术发展的一种重要趋势。而随着信息技术的发展，CAD技术面临数据传输、交换和互用性等问题。为此，遵循标准、采用相同平台技术的CAD系统，还将更方便地实现数据的交换和网络化共享。
　　应用是CAD不变的旋律
　　CAD的普及应用，是制造业是否能够成功迈向信息化的主要标志。我国的CAD应用目前已初步实现了按行业及地区开展CAD应用技术开发、示范和推广应用的目标。“九五”应用工程的验收报告指出，我国在29个省市、3个行业组织实施600家企业示范，平均CAD应用普及率达到95.6%、覆盖率达到92.8%、人均微机占有率达到84%。
　　在这29个省市中，以四川省为例。“九五”期间，四川省在工程建设、机械、电子、交通、轻纺等五个行业开展CAD应用示范工程，扶持了10家示范企业，50家重点推广应用企业。目前，这些示范企业CAD的普及率已经平均从35.5%上升到97%、主导产品CAD出图率平均从37.4%上升到95.7%，企业普遍建立了CAD应用网络系统、软件系统和严格的管理制度。根据50家示范企业自身的需要，自主开发了企业专用软件287个，这些软件在企业的应用中发挥了巨大作用。据了解，两年中政  府投入了少量的资金进行引导，四川省CAD应用发展中心自筹1000万元，示范企业自筹6776余万元，取得了开拓市场新增产值165426余万元，降低设计成本15525余万元，创汇9681余万美元，平均缩短生产周期48.1%，社会效益数百亿美元的显著成绩，有力地促进了四川省国民经济的发展。
　　在制造业，以机械“九五1550工程”为例，有50家CAD应用示范企业直接带动500家CAD重点应用企业，覆盖了重型、矿山、工程农机、汽车、通用电器、仪器仪表等8大行业36大类产品，使机械行业应用CAD的企业达到70%以上，成功地带动了整个机械行业CAD应用水平的提高，促进了我国机械工业的技术进步和技术革命。
　　服务体系将形成产业化
　　建立全国CAD应用培训网络与咨询服务体系，是加快我国CAD应用的过程中所必不可少的重要一环。从“九五”CAD应用工程的验收报告得知，目前，全国培训点已达600多个，培训各类CAD应用人才累计达118万人次，并且按地区、行业建立了近300个CAD咨询服务机构，形成了全国范围的、较为完善的咨询服务体系，形成了一支7000余人的骨干队伍。2000年培训咨询经营收入约2.5亿元，主要为企业在技术培训、方案论证、系统集成及二次开发等方面提供支持与服务。这些培训也极大地促进了软硬件公司与企业之间的交流与合作，加强了CAD技术标准、规范的制订和宣贯及政策研究工作。
　　作为一种新兴的产业形式，全国50多个CAD咨询服务中心为企业在技术培训、方案论证、系统集成及二次开发等方面提供支持与服务。目前，随着CAD应用工程的深入，咨询服务正在向产业化方面迈进。
　　自主版权的软件成规模
　　在“CAD应用工程”起步之际，国内的CAD市场基本上是国外软件产品一统天下。而实施“CAD应用工程”的两大战略目标之一就是建立起国产自主版权的CAD系统开发、生产与销售服务产业。“CAD应用工程”实施以来，各高等院校、科研院所、软件开发公司在“抓应用、促发展、见效益”的方针引导下，开发了一批商品化的国产软件并基本形成了产业，打破了国外CAD软件商一统天下的局面，特别是“九五”后三年，在产业化方面取得了突破性的进展。
　　自主版权二维CAD软件在功能完善、性能稳定、系列化、售前售后服务等方面也有了较大的提升，已与国际知名产品相当，在售前售后服务上他们较之国外公司对国内需求有更为深刻的理解和更富个性化的实施策略，深得国内用户的欢迎，已经拥有广泛的用户群并具有一定的品牌效应。如清华同方、武汉开目、北航海尔、浙江大天、武汉天喻等国产品牌的7种CAD软件产品，国内市场占有率达80%以上。从“九五”CAD应用工程的验收报告得知，截止到2000年，累计自主版权的CAD软件的销售额6.5亿元，销售20余万套，有的已经出口国外。而且，这些厂商已从单纯的CAD软件开发成长为企业信息化集成系统的开发供应商，都陆续推出了针对制造企业信息化的一体化解决方案。
　　寻求新的机遇和挑战
　　“九五”应用工程验收上的一串串数字让我们惊喜。尽管这样，与会专家仍然认为，我国CAD应用还存在着不少问题，主要表现为：应用发展不均衡、CAD软件技术和产业有待大发展、CAD咨询中介服务亟待加强、提高标准化对CAD应用的指导等等。
　　经济发达地区与不发达地区的发展不均衡、行业间的发展不均衡与企业之间的发展不均衡性，致使我国CAD应用水平的不均衡问题越来越突出。而在三维CAD软件支持平台研发和应用软件产业化发展方面，我国厂商与国外水平仍然存在着一定差距。另外，目前国内CAD软件企业都还比较弱小，企业间难以形成相互兼并的局面，这将在一定程度上阻碍CAD的普及与应用。

　　以集成化、网络化、智能化为导向的4CPE的发展
　　这些问题的存在，也给CAD应用工程带来了新的机遇与挑战。
　　首先，当企业甩掉图板后，提出了深化应用研究的要求，主要表现为CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM的集成和网络环境下计算机辅助技术的推广应用。
　　其次，CAD技术成为中小企业技术需求的热点。CAD作为新产品开发的关键技术，无疑是推动中小企业技术升级的突破口。在中小企业普及CAD应用，将成为新世纪CAD应用工程的重要领域。
　　第三，网络环境为CAD的集成、开放和智能化创造了条件，是使推动应用CAD技术面临着新的发展契机。
　　第四，软件产业作为全球经济的热点，在制造业CAD价值的增值作用是十分巨大的。由于CAD软件是高度智能化的、与硬件产品完全不同的产品，CAD软件与企业间的合作要建立长期联盟、“双赢”的关系，特别是CAD产业中必须遵循的“以人为本”、尊重“知识价值”规律，要求我们要针对企业CAD应用所面临的具体问题和软件产业化进行深入研究，推进企业改革和结构重组，推动中、小企业技术升级和我国软件产业的发展。
　　时光匆匆进入了21世纪，这将是信息技术高度发展的世纪，CAD技术仍将是影响生产力发展的重大而关键的共性技术，用信息技术推进国民经济发展，这是一个历史的命题，而制造业是国民经济的发动机，是实现工业化、现代化的物质基础。我国制造业的产值占了国民经济总产值的70%，用信息技术改造我国的传统制造业及扩大其在新兴制造业中的应用，使之构筑成综合国力的强大基础，也是一个重要而巨大的命题。
　　CAD技术作为电子信息技术的一个组成部分，是促进科研成果的开发和转化、实现设计自动化、加速国民经济发展和国防现代化的一项关键高技术；是提高产品和工程设计技术水平、降低消耗、缩短科研和新产品开发以至工程建设周期，大幅度提高劳动生产率的重要手段；是提高自主开发能力和管理水平，参与国际合作和竞争的重要条件；是制造业信息化的源头，也是进一步向CIMS发展的重要基础。新的世纪，CAD技术应用将会以一种新形式获得更大的发展，制造业也将用这种全新的CAD技术去拥抱信息化。
　　CAM
　　CAM(Computer AidedManufacture，计算机辅助制造)技术从诞生到现在，经历了三个阶段：第一个阶段是指加工质量稳定、加工精度高。当CAM技术发展了曲面造型技术，人们开始大量使用复杂曲面进行产品设计。因此，产品的加工精度被提到首要地位。第二个阶段是指加工效率高、产品更新换代快。近年来，绝大多数关于NC(数控加工代码)的文章都是围绕多轴刀具轨迹生成和干涉检查与修正展开讨论的。第三个阶段是指加工的信息化、集成化和智能化。加工的智能化越来越被人们所重视。智能加工系统要实时跟踪产品的设计变化，从而产生相应的刀具轨迹及工艺工序报表。智能加工是当前CAM研究的热点。
　　CAE
　　CAE (Computer Aided Engineering)有时译为“计算机辅助工程”，有时译为“计算机辅助工程分析”。就所包含的具体内容来看，CAE时常与CAD/CAPP/CAM，乃至ERP/PDM等并列，译为“计算机辅助工程分析”更为贴切。
　　早期的CAE主要指有限元分析和机构的运动学及动力学分析。近年来随着计算机技术的迅速发展，CAE已经从对已设计产品性能的简单校核，发展到对产品性能的准确预测，再到产品工作过程的精确模拟。
　　PDM
　　在20世纪的70年代前后，企业在其设计和生产过程中开始使用CAD、CAM等技术。新技术的应用在促进生产力发展的同时也带来了新的挑战。对于制造企业而言，虽然各单元的CAX技术已经日益成熟，但存在“信息孤岛”问题。
　　PDM (Product DataManagement，产品数据管理)正是在这种背景下产生的一项新的管理思想和技术。PDM可定义为以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术。PDM定位为面向制造企业，以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素，PDM进行信息管理的两条主线是静态的产品结构和动态的产品设计流程。
　　CAPP
　　CAPP（Computer Aided ProcessPlanning，即计算机辅助工艺规划），是利用计算机来辅助进行零件加工工艺过程的编制。通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机生成该零件的工艺路线和工序内容等工艺信息。由于CIMS的出现，CAPP向上与CAD相接，向下与CAM相连，是连接设计与制造之间的桥梁：设计信息通过工艺设计生成制造信息，产品设计通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集成。

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cad技术从表面上来看似乎已经成熟了，但是还有非常大的发展空间！