醫(yī)療器械行業(yè)設(shè)計軟件的選擇

趙南 尚超 中國醫(yī)科大學圖書館 110001

醫(yī)療器械行業(yè)設(shè)計軟件的選擇

趙南 尚超 中國醫(yī)科大學圖書館 110001

計算機軟件技術(shù)在醫(yī)療器械行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，本文通過CAD技術(shù)的發(fā)展水平，結(jié)合國內(nèi)外CAD設(shè)計軟件的發(fā)展與特點的分析與比較，針對醫(yī)療器械設(shè)計的特點，選擇出較為適合醫(yī)療器械行業(yè)的設(shè)計軟件，供設(shè)計者參考。

CAD技術(shù); 設(shè)計軟件; 醫(yī)療器械

隨著計算機技術(shù)的普及與發(fā)展，在醫(yī)療器械的設(shè)計中也應(yīng)用了計算機的軟件技術(shù)。選擇一種方便實用且功能強大，既能夠減少設(shè)計過程中出現(xiàn)的錯誤，又可以提高產(chǎn)品質(zhì)量的設(shè)計軟件，對于醫(yī)療器械行業(yè)有著重要的意義。

我們知道，CAD（Computer Aided Design）技術(shù)是在設(shè)計過程中利用計算機作為工具，幫助工程師進行設(shè)計的一切實用技術(shù)的總和。它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要有二、三維的幾何形體建模、繪圖，各種機械零部件的設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、電路設(shè)計、力學分析等。CAD技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了二維平面圖形設(shè)計、交互式圖形設(shè)計、三維線框模型設(shè)計、三維實體造型設(shè)計、自由曲面造型設(shè)計、參數(shù)化設(shè)計、特征造型設(shè)計等一系列發(fā)展過程。近些年來，又出現(xiàn)了許多先進的技術(shù)，如變量化技術(shù)、虛擬產(chǎn)品建模等。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，集成化（Integrated）、智能化（Intelligent）、協(xié)同化（Collaborative）已經(jīng)成為CAD技術(shù)新的發(fā)展特點。而且隨著CAD應(yīng)用技術(shù)的進一步發(fā)展，我們對CAD系統(tǒng)的功能要求也就會越來越高。

從CAD軟件規(guī)模的方面來看，CAD軟件大致可分為高端的U NI X工作站CAD系統(tǒng)，中端的Windows微機CAD系統(tǒng)以及低端的二維微機CAD系統(tǒng)三大類。

一、高端UINX工作站CAD系統(tǒng)

這類系統(tǒng)的主要特點是以UNIX操作系統(tǒng)為支撐平臺。從20世紀中葉發(fā)展至今，出現(xiàn)了許多著名的軟件，與此同時也有許多軟件在競爭中落伍，有的現(xiàn)已被兼并改組，如A p p i l c o n,C A D A M, intergraph等。目前這類系統(tǒng)中比較流行的軟件有:

PTC公司的Pro/Engineer軟件:采用參數(shù)建軍模技術(shù)，以單一數(shù)據(jù)庫和參數(shù)化，基于特征，全相關(guān)聯(lián)為特征。最新推出的Pro/Engineer采用目標驅(qū)動設(shè)計工具，行為建模和范例套用技術(shù)，提高了設(shè)計的性能。

SDRC公司的I-DEAS軟件 :IDESMaster Series 軟件的建模方法基于特片的實體建模技術(shù)，以實體造型和并行相關(guān)性為其主要特征。

EDS公司的UGH軟件:建模方法為混合建模。其特點是應(yīng)用集成、CAM和曲面。在設(shè)計分析、加工制造等方面均有一定的特色。

CV公司的CADDS5軟件:采用混合建模，提供參數(shù)造型，全套工程分析，曲面，并行裝配等強大的功能，統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，圖形界面。其強項為:企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和并行裝配模型應(yīng)用。

以色列C i m a t r o n公司的CIMATRON軟件:可提供優(yōu)良的三維造型，工程繪圖，數(shù)控加工，以及集成化的PDM，其強項為CAM。

Matra Datavision公司的Euclid3軟件:采用混合建模方法，其曲成設(shè)計造型和數(shù)控加工編程等功能強大。其強項為詳細設(shè)計和CAM。

IBM/Dassualt公司的CATIA軟件:采用混合建模方法，其強項為應(yīng)用集成和CAM。

日立造船情報系統(tǒng)株式會社的GRADE/CUBE-NC軟件:其突出的特點是面向制造，具有豐富的實用化曲面造型和加工編程等特性。

二、中端微機的CAD系統(tǒng)

隨著計算機技術(shù)的進一步發(fā)展，尤其是微機的性能與Windows技術(shù)的發(fā)展，既使微機具備了中低檔UNIX工作站的競爭實力，也使基于Windows技術(shù)的微機CAD系統(tǒng)迅速發(fā)展起來。目前，國際上較為流行的有S o l i d w o r k s公司的Solidworks軟件，UG公司的SolidEdge軟件和Autodesk公司的MDT軟件等等，國內(nèi)也推出清華C A D工程中心的GEMS，北京巨龍騰公司的龍騰CAD，北京愛宜特公司的Micro Solid、江蘇杰必克超人CAD/CAM以及華正公司的CAXA-ME。

Solidworks軟件:包含裝配設(shè)計建模，零件設(shè)計建模，工程圖與鈑金等模塊，還與高級圖像渲染軟件Photoworks、高級有限元分析軟件Cosmos、機構(gòu)運動學分析軟件Motionworks、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）軟件SmarTeam以及數(shù)控加工等著名分析軟件無縫集成。Solidworks與FeatureWorks技術(shù)解決了不同CAD系統(tǒng)間在轉(zhuǎn)化模型時無法識別特征的問題。

Solid Edge軟件:采用Parasolid造型內(nèi)核和STREAM技術(shù)，基于Windows操作系統(tǒng)，以及完全與Microsoft產(chǎn)品相兼容的參數(shù)化三維實體造型系統(tǒng)，提供了實體造型，鈑金，制圖，裝配，塑料模具和鑄造設(shè)計，產(chǎn)品渲染和文檔管量等功能，并能和COSMOS、IPA、Smar Edge無縫集成。

Meshanical Desktop(MDT)軟件:采用ACIS4.2幾何造型核心系統(tǒng)，基于特征為參數(shù)化實體造型，曲面造型，裝配，相關(guān)聯(lián)的繪圖和草圖功能，并包含了完整的Auto CAD繪圖工具集，與Auto CAD完全融為一體。

國產(chǎn)的三維C A D軟件中，Microsolid采用ACIS作為系統(tǒng)的內(nèi)核，G E M S、G S-M C A F、龍騰，超人CAD/CAM三維系統(tǒng)是側(cè)重于面向加工的曲面造型系統(tǒng)。

三、低端CAD系統(tǒng)——二維CAD系統(tǒng)

AutoCAD軟件是純二維CAD系統(tǒng)，在國外已經(jīng)不多，真正有名的是Autodesk公司的AutoCAD軟件。AutoCAD R14提供一套豐富的設(shè)計工具，嵌入的Internet技術(shù)和具有創(chuàng)新性的Objict ARX、Autolisp及VBA編程語言能夠幫助開發(fā)人員和用戶按他們的特定需求控制軟件。AutoCAD2000則提供了更為輕松的設(shè)計環(huán)境，提高了數(shù)據(jù)的訪問能力，軟件適用性以及更強的定制和開發(fā)能力，擴展Internet系統(tǒng)設(shè)計信息的溝通，提高文件輸出/輸入、編輯/對象捕捉和制圖的速度，可對多個圖形文件同時進行操作，支持多任務(wù)設(shè)計環(huán)境（MDE），還提供部分條開的功能。

國產(chǎn)二維CAD軟件，目前流行的二維CAD軟件是自主開發(fā)平臺和自主版的二維CAD系統(tǒng)，如開目CAD，高華CAD，凱達BCAD，浙大ZDDS，中科院PICAD和華正CAXA電子圖版等等。另一類是以AutoCAD為平臺的二維CAD系統(tǒng)，如利瑪CAD，大恒CAD等。

國產(chǎn)二維CAD軟件在參數(shù)化繪圖，動態(tài)導航，明細表BOM等三表生成，公差標準，機械零件設(shè)計標準件圖庫存和工程圖紙管量等方面有較強的特色。

從CAD軟件技術(shù)完善程度上選擇設(shè)計軟件，主要突出在以下幾個方面:建模技術(shù):由線框模型，實體模型和非均勻有理B樣條算法為特征，建模已發(fā)展到參數(shù)化，變量化和特征化，變量化和特征建模，以及未來的面向產(chǎn)品生命周期，實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中內(nèi)部描述信息（產(chǎn)品設(shè)計，計劃，制造，加工，裝配，檢驗等信息）和外部過程的集成為模塊的產(chǎn)品建模技術(shù)。

參數(shù)驅(qū)動，特征造型，動態(tài)導航，二、三維雙向相關(guān)，STEP標準和動態(tài)圖形顯示等UNIX系統(tǒng)的精華已被充分吸收到新一代微機CAD系統(tǒng)中，而其特征是近年來在CAD軟件中引入的一項非常有效的技術(shù)。面向產(chǎn)品生命周期的關(guān)系型產(chǎn)品模型技術(shù)的研究正在不斷提高。

軟件組件技術(shù):可以提高軟件的穩(wěn)定性和開發(fā)效率。Solidworks,Solidege均采用Parasolid幾何造型器，MDT，Microsolid均采用ACIS幾何造型器等。

Windows技術(shù)和Internet技術(shù):許多公司，如Autodesk正將其軟件技術(shù)的研究開發(fā)重心集中于正在蓬勃發(fā)展的三大技術(shù)領(lǐng)域:對象技術(shù)，三維技術(shù)和Internet技術(shù)，這些核心技術(shù)主導著全球設(shè)計工業(yè)的發(fā)展趨向。

從醫(yī)療器械的設(shè)計原則考慮，首先要保證其具有高度的可靠性，還有外觀要大方協(xié)調(diào)適應(yīng)其所應(yīng)用的環(huán)境等其他因素，因此要求設(shè)計的軟件應(yīng)具有較為強大的功能。從使用的難易程度選擇:操作界面是否全中文界面，對于我國的醫(yī)療器械設(shè)計人員來說是一個必須考慮的問題。另外，幫助系統(tǒng)也應(yīng)該是中文的，最好能夠提供操作向?qū)?。一些CAD軟件提供了非常直觀的動畫教程和幫助系統(tǒng)，這些都有利于三維CAD軟件的普及和推廣，當然也是我們選擇的重要考量方面之一。

通過以上各方面的考察與分析，本人較為傾向于選擇SolidWorks作為醫(yī)療器械行業(yè)工廠設(shè)計CAD軟件。我們知道三維CAD系統(tǒng)具有很好的造型工具，能夠?qū)崿F(xiàn)“自頂向底”和“自底向頂”等的設(shè)計方法，實現(xiàn)一系列復雜的設(shè)計過程并使設(shè)計更加符合實際的設(shè)計要求。三維造型系統(tǒng)能方便的與CAE系統(tǒng)相連，進行仿真分析，并能提供數(shù)控加工所需要的信息，真正實現(xiàn)CAD/CAE/ CAPP/CAM等的集成。三維造型系統(tǒng)在表達零件的難度方面要遠比與比二維圖形系統(tǒng)增加的快。SolidWorks本身是一款中端三維CAD軟件，它與其它各種三維軟件有著很好的兼容性，且具有高端三維C A D軟件類似的功能.它是基于Windows平臺的全參數(shù)化特征造型軟件，它可以十分方便地實現(xiàn)復雜的三維零件實體造型、復雜裝配和生成工程圖。提供管路設(shè)計模塊，圖形界面友好，用戶在短時間內(nèi)就能掌握基本操作，非常方便。另外，它不僅提供操作向?qū)В€提供了非常直觀的動畫教程和幫助系統(tǒng)，易學易用。SolidWorks 相對于其他CAD設(shè)計功能相對強大，能夠提供不同的設(shè)計方案，以減少設(shè)計過程中所出現(xiàn)的錯誤，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。綜合考慮Solidworks較適合醫(yī)療器械行業(yè)設(shè)計的應(yīng)用，應(yīng)作為醫(yī)療器械行業(yè)設(shè)計軟件的優(yōu)先選擇。

[1] 史翠蘭.CAD/CAM技術(shù)與應(yīng)用.電子工業(yè)出版社.2009.8

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.09.064