中高端机械CAD软件使用效率的提升探讨

　　本文探讨了提升中高端机械CAD软件使用效率的相关内容。

　　随着我国经济逐步融入全球一体化，当前企业的CAD软件的普及率已经很高，一些中小企业也已经采用主流的三维CAD进行产品设计，所使用设计软件的档次并不逊于外国大公司。但仅仅将先进的CAD软件作为绘制工程图的工具来替代绘图板，只能说只使用了CAD软件功能很小的部分，并不能使设计效率产生质的飞跃。对于从事CAD软件教学和研究的教师，应不断地推敲和思考，向更先进的设计理念迈进。笔者将CAD软件作为一个系统，将其软、硬件环境进行配套，充分挖掘其潜能，使其产生更高的效益和广泛的应用前景。

　　1 运行环境

　　1.1计算机

　　运行CAD软件计算机要求有强劲的计算能力、稳定的工作状况，配置大屏幕显示器(17英寸以上)、大容量内存、专业图形显示卡(由具有完善的OpenGL驱动和良好的兼容性专业图形显示卡获得的绘图效率的提高，要大大超过提高主机计算能力的提高)、三键高精度鼠标(在使用CAD软件中鼠标中键是一个重要的功能键，缺少中键会带来诸多不便)、稳定的操作系统(应使用NT内核的操作系统Windows 2000或Windows XP，尽量不用Windows 98或Windows Me，因其网络功能和稳定性均不能满足CAD系统的需要)等是十分必要的。

　　1.2网络

　　为了共享数据，网络当然是必不可少的，应具备一个高速可靠局域网，配备专用的服务器和网络管理员。

　　1.3输出设备

　　应配备不小于A1图幅的喷墨绘图机(绘图机绘制A1图幅图纸的实际描述能力超过手工制图的A0图纸)，A3图幅的激光网络打印机(分流原由大型绘图机完成的工作，提高工作效率，并降低输出成本)。

　　2 软件使用环境的定制

　　2.1对CAD软件进行环境定制

　　应当首先定制采用的度量单位、制图标准、模版文件、图纸文件。

　　由于高端CAD软件基本上都是国外的产品，在许多细节方面不符合国内的标准(主要是制图方面)，如基准符号、焊接符号、粗糙度符号等，局部剖的标注，某些视图边界的线型需向软件供应商咨询，并自己摸索试验，总结出相应的处理方法。在定制中谨慎使用专用的二次开发定制，原因是二次开发模型脱离原创建环境可能存在兼容性问题，影响模型的可交换性。

　　在模版文件中定制建立明细表(BOM)、标题栏必需的属性(或参数)，在装配图中可以用这些信息自动生成明细表、标题栏，节省手工输入的时间并避免统计错误。

　　2.2 Solidworks图档模板的使用说明

　　1)模板：分为自制件、标准件、外购件，请按零部件的类型分别选用。

　　2)在零部件的摘要和自定义属性中应填写以下内容：作者、标题(作为图纸中名称栏的链接)、DRAW—CODE(作为图纸中图号栏的链接)、DRAW—SIZE、MODEL—TYPE(零件明细表用)。

　　3)在零件中设置材料密度：由于Solidworks的质量属性默认为克，为在图纸中获得千克单位，请将实际密度除以1 000输入。

　　4)在自制件、外购件模型的配置属性中“使用在材料明细表中显示零件序号”，选择“用户指定的名称”并填入相应名称(作为图纸中明细栏中名称项的链接)。

　　5)在制作标准件时，在系列零件设计表中的配置名称应按下例填写：“十字槽盘头螺钉M4X 10”(作为图纸中明细栏中名称项的链接)。在自定义属性中，DRAW CODE项的内容应填标准号(作为图纸中图号栏的链接)。

　　6)针对标准件进行不同的表面处理或材质处理，如标准件要求发黑、镀锌、材质为不锈钢时，应分别存为不同的文件，如：“GB_T 818-2000(发黑)、GB_T818-2000(镀锌)、SLDPRT”等。并分别增加自定义属性surface顼(作为图纸中明细栏中备注项的链接)，内容为“发黑、镀锌、不锈钢”等。

　　7)在借用的零件(或装配)增加配置时，应在被借用的零件(或装配)增加一个配置，并在增加的配置中增加自定义指定配置属性surface项(作为图纸中明细栏中备注项的链接)，内容为“借用”。

　　2.3实现基本的PDM管理

　　PDM软件用以管理所有与产品相关信息(包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等)和所有与产品相关过程(包括过程定义和管理)。要完全实现PDbi管理价格昂贵，且实施周期较长，目前还无法普及。要解决这个难题就必须面对现实，充分利用现有的资源(局域网)，从而实现基本PDM管理。

　　1)规定CAD文件的命名方法，保证创建的模型唯一性，防止重名和便于识别。建议采用项目标识加流水号来命名模型文件，原因是在新项目开始时除基本部件外其他零部件还无法定义图号，在最终完成后才能在装配图中确立图号，但此时如将文件名改为与图号一致，还必须在所涉及的装配中作相应的更改，否则在装配中会查找不到已改名的文件，改名工作量大，且容易造成错误。而工程图文件应以图号为文件名(有些CAD软件和DOS等非Windows平台不支持带“.”的文件名，如pro/e等，可用约定的字符代替，如图名“DK7740.1-1”可存成“DK7740_1-1.prt”，用“”代替“.”)。这样通过工程图纸可以方便地找到相应的模型。

　　2)规划文件存放结构。通常按产品来设置存放目录，统一存放在网络服务器上并做好备份，由网络管理员根据各个成员的工作任务分配不同的共享和修改权限。存放目录层数不能过多，否则增加CAD系统调用相关模型的时间：但也不能过少，否则不便于分配共享权限，需要进行权衡。

　　3)建立标准件库。通常CAD软件附带基本的标准件库，但通常不是GB标准，而且从种类上也不能满足要求，需要利用软件提供的建库方法(零件族表、系列零件配置表等)对标准件库进行修改和扩充，甚至完全重新构建，为以后的工作带来方便。建库时要考虑可扩展性(可以方便地添加或修改配置)、统一性(具有统一的命名规则和建模规范，便于查找与替换)、开放性(模型能够独立地被使用而不依赖于配置环境，便于交流)、标准化(能满足制图标准的要求，并具有正确的尺寸和质量特性)。同时在建模时要在不影响视图效果的前提下使用尽量少的特征，减少生成时间和装配时占用的内存。这一过程需仔细推敲，反复试验(包括工程视图、子零件实例重建、装配验证)、调整才能正式使用。

　　3 提高建模与出图的效率

　　3.1常用的草图和特征(螺纹孔、沉孔、钣金冲孔等)库在建模需要时矗接调入，减少重复工作。同时也将一些制图上常用的标注做成图块或符号，便于调用。

　　3.2充分利用计算机建模易于复制的特点

　　将模型中相同特征提炼出来，通过复制、阵列等方法构建零件，同时也可以在装配中使用阵列特征，从而提高工作效率。

　　3.3注意建模的规范性

　　认真学习软件的在线帮助的范例，相互交流经验，采用规范的建模方法，便于更改和数据共享。

　　3.4善用软件提供的专用建模工具

　　如用钣金特征来生成钣金件，可以方便地建立折弯、切口、褶边、钣金冲模等，并可以展开钣金，为裁板落料提供方便，避免手工展开可能造成的计算错误，便于优化设计减少用料。使用管道模块构建管路，可以快速地生成管子及在节点处自动插入联接件。有时在使用以上这些功能时可能较直接建模繁琐，但实际上由于这些功能直接与制造流程相关，其带来的综合效益是很高的。

　　3.5尽量少用剖视图

　　手工制图时为了采用尽量少的视图而使用复杂的剖视图，减少绘图工作量。而按CAD绘图的特点，适当地增加视图数量，采用比较基本的视图和剖视方法，减少使用复杂和特殊的视图(可能国外的CAD软件对GB制图标准理解有限，在某些特殊的视图和剖视时，在箭头、视图边界线型等方面不能完全符合GB标准)。

　　3.6采用灵活、并行的设计流程

　　由上至下开始设计总体结构，在上层装配环境下建立下层主要零部件，并定义零部件间的配合关系、关联尺寸，然后以并行工作方式完成下层主要零部件的基本结构，再返回上层装配同时补充些并行工作方式由下至上设计的零部件(在上层装配环境外独立创建)，通过机构分析、干涉检查等手段来验证并修正下层主要零部件的配合关系、关联尺寸.根据需要添加联接件、覆盖件、装饰件。由上至下建模的好处是保证组成装配的各个零部件的配合关系，对某个零部件做的更改会随着装配的更新使与之相关的零部件同时得到更新。

　　4 应用GAE优化设计

　　优化设计是一种现代设计方法，建立在优化数学理论和现代计算机技术基础之上，其任务是运用计算机自动确定工程设计的最优方案。随着生产技术的发展和科技的进步，对机械产品的设计质量要求越来越高，产品更新换代的速度也越来越快，这就要求广大设计工作者掌握更加科学的工程设计方法和设计工具，以适应生产力迅速发展的现代市场需要。

　　而目前大部分零件设计采用类比法凭经验设计，无法对产品的预期性能进行定量的评估，但通过CAE中的结构和运动分析可在虚拟环境中对产品的各项性能进行评估，获得优化方案。中高端CAD软件都具有与FEM(有限元分析)的接口，可以较方便地进行结构分析和运动分析。随着CAE技术的成熟壮大，要求必须加强CAE软件与各CAD软件的专用接口的学习，增强软件的处理能力，从而使CAD软件的应用更上一个台阶。

　　当然，作为CAD软件的使用者，应当时刻关注CAD发展动态，并精通多个CAD软件，熟悉各种CAD软件的特点和特长。例如：AutoCAD在处理二维图形上有功能和速度上的优势，善于处理产品铭牌、操作面板等有许多复杂符号的图形;UG的曲面功能强大易用，可用于复杂曲面的设计;Pro/Engineer则在处理装配结构上严谨稳定;SolidWorks的完全Windows化的操作界面，在零件建模上简便快速。通过借鉴其他的CAD软件，可以拓宽建模思路，扬长避短，解决使用过程中遇到的难题。同时要善于深入企业，与企业多交流，交流越多则会产生越多的灵感，拓宽CAD的应用范围，推动CAD发展。