如何提高中高端機(jī)械CAD軟件的使用效率

姜玉珍 季業(yè)益

蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇蘇州 215104

如何提高中高端機(jī)械CAD軟件的使用效率

姜玉珍 季業(yè)益

蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇蘇州 215104

將CAD軟件作為一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)其軟、硬件環(huán)境進(jìn)行配套，使其產(chǎn)生更高效率。并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出幾種實(shí)用可行的解決方法。

運(yùn)行環(huán)境；建模與出圖；CAE；優(yōu)化設(shè)計(jì)

Author’s addressSuzhou Institute of Industrial Technology, Suzhou, Jiangsu, China 215104

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)逐步融入全球一體化，當(dāng)前企業(yè)的CAD軟件的普及率已經(jīng)很高，一些中小企業(yè)也已經(jīng)采用主流的三維CAD進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，所使用設(shè)計(jì)軟件的檔次并不遜于外國(guó)大公司。但僅僅將先進(jìn)的CAD軟件作為繪制工程圖的工具來(lái)替代繪圖板，只能說(shuō)只使用了CAD軟件功能很小的部分，并不能使設(shè)計(jì)效率產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。對(duì)于從事CAD軟件教學(xué)和研究的教師，應(yīng)不斷地推敲和思考，向更先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念邁進(jìn)。筆者將CAD軟件作為一個(gè)系統(tǒng)，將其軟、硬件環(huán)境進(jìn)行配套，充分挖掘其潛能，使其產(chǎn)生更高的效益和廣泛的應(yīng)用前景。

1 運(yùn)行環(huán)境

1.1 計(jì)算機(jī)

運(yùn)行CAD軟件計(jì)算機(jī)要求有強(qiáng)勁的計(jì)算能力、穩(wěn)定的工作狀況，配置大屏幕顯示器（17英寸以上）、大容量?jī)?nèi)存、專(zhuān)業(yè)圖形顯示卡（由具有完善的OpenGL驅(qū)動(dòng)和良好的兼容性專(zhuān)業(yè)圖形顯示卡獲得的繪圖效率的提高，要大大超過(guò)提高主機(jī)計(jì)算能力的提高）、三鍵高精度鼠標(biāo)（在使用CAD軟件中鼠標(biāo)中鍵是一個(gè)重要的功能鍵，缺少中鍵會(huì)帶來(lái)諸多不便）、穩(wěn)定的操作系統(tǒng)（應(yīng)使用NT內(nèi)核的操作系統(tǒng)Windows 2000或Windows XP，盡量不用Windows 98或Windows Me，因其網(wǎng)絡(luò)功能和穩(wěn)定性均不能滿(mǎn)足CAD系統(tǒng)的需要）等是十分必要的。

1.2 網(wǎng)絡(luò)

為了共享數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)當(dāng)然是必不可少的，應(yīng)具備一個(gè)高速可靠局域網(wǎng)，配備專(zhuān)用的服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)管理員。

1.3 輸出設(shè)備

應(yīng)配備不小于A1圖幅的噴墨繪圖機(jī)（繪圖機(jī)繪制A1圖幅圖紙的實(shí)際描述能力超過(guò)手工制圖的A0圖紙），A3圖幅的激光網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)（分流原由大型繪圖機(jī)完成的工作，提高工作效率，并降低輸出成本）。

2 軟件使用環(huán)境的定制

2.1 對(duì)CAD軟件進(jìn)行環(huán)境定制

應(yīng)當(dāng)首先定制采用的度量單位、制圖標(biāo)準(zhǔn)、模版文件、圖紙文件。

由于高端CAD軟件基本上都是國(guó)外的產(chǎn)品，在許多細(xì)節(jié)方面不符合國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)（主要是制圖方面），如基準(zhǔn)符號(hào)、焊接符號(hào)、粗糙度符號(hào)等，局部剖的標(biāo)注，某些視圖邊界的線型需向軟件供應(yīng)商咨詢(xún)，并自己摸索試驗(yàn)，總結(jié)出相應(yīng)的處理方法。在定制中謹(jǐn)慎使用專(zhuān)用的二次開(kāi)發(fā)定制，原因是二次開(kāi)發(fā)模型脫離原創(chuàng)建環(huán)境可能存在兼容性問(wèn)題，影響模型的可交換性。

在模版文件中定制建立明細(xì)表（BOM）、標(biāo)題欄必需的屬性（或參數(shù)），在裝配圖中可以用這些信息自動(dòng)生成明細(xì)表、標(biāo)題欄，節(jié)省手工輸入的時(shí)間并避免統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤。

2.2 Solidworks[1]圖檔模板的使用說(shuō)明

1）模板：分為自制件、標(biāo)準(zhǔn)件、外購(gòu)件，請(qǐng)按零部件的類(lèi)型分別選用。

2）在零部件的摘要和自定義屬性中應(yīng)填寫(xiě)以下內(nèi)容：作者、標(biāo)題（作為圖紙中名稱(chēng)欄的鏈接）、DRAW_CODE（作為圖紙中圖號(hào)欄的鏈接）、DRAW_SIZE、MODEL_TYPE（零件明細(xì)表用）。

3）在零件中設(shè)置材料密度：由于Solidworks的質(zhì)量屬性默認(rèn)為克，為在圖紙中獲得千克單位，請(qǐng)將實(shí)際密度除以1 000輸入。

4）在自制件、外購(gòu)件模型的配置屬性中“使用在材料明細(xì)表中顯示零件序號(hào)”，選擇“用戶(hù)指定的名稱(chēng)”并填入相應(yīng)名稱(chēng)（作為圖紙中明細(xì)欄中名稱(chēng)項(xiàng)的鏈接）。

5）在制作標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，在系列零件設(shè)計(jì)表中的配置名稱(chēng)應(yīng)按下例填寫(xiě)：“十字槽盤(pán)頭螺釘 M4×10”（作為圖紙中明細(xì)欄中名稱(chēng)項(xiàng)的鏈接）。在自定義屬性中，DRAW_CODE項(xiàng)的內(nèi)容應(yīng)填標(biāo)準(zhǔn)號(hào)（作為圖紙中圖號(hào)欄的鏈接）。

6）針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行不同的表面處理或材質(zhì)處理，如標(biāo)準(zhǔn)件要求發(fā)黑、鍍鋅、材質(zhì)為不銹鋼時(shí)，應(yīng)分別存為不同的文件，如：“GB_T 818-2000（發(fā)黑）、GB_T 818-2000（鍍鋅）、SLDPRT”等。并分別增加自定義屬性surface項(xiàng)（作為圖紙中明細(xì)欄中備注項(xiàng)的鏈接），內(nèi)容為“發(fā)黑、鍍鋅、不銹鋼”等。

7）在借用的零件（或裝配）增加配置時(shí)，應(yīng)在被借用的零件（或裝配）增加一個(gè)配置，并在增加的配置中增加自定義指定配置屬性surface項(xiàng)（作為圖紙中明細(xì)欄中備注項(xiàng)的鏈接），內(nèi)容為“借用”。

2.3 實(shí)現(xiàn)基本的PDM管理

PDM[2]軟件用以管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息（包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限信息等）和所有與產(chǎn)品相關(guān)過(guò)程（包括過(guò)程定義和管理）。要完全實(shí)現(xiàn)PDM管理價(jià)格昂貴，且實(shí)施周期較長(zhǎng)，目前還無(wú)法普及。要解決這個(gè)難題就必須面對(duì)現(xiàn)實(shí)，充分利用現(xiàn)有的資源（局域網(wǎng)），從而實(shí)現(xiàn)基本PDM管理。

1）規(guī)定CAD文件的命名方法，保證創(chuàng)建的模型唯一性，防止重名和便于識(shí)別。建議采用項(xiàng)目標(biāo)識(shí)加流水號(hào)來(lái)命名模型文件，原因是在新項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)除基本部件外其他零部件還無(wú)法定義圖號(hào)，在最終完成后才能在裝配圖中確立圖號(hào)，但此時(shí)如將文件名改為與圖號(hào)一致，還必須在所涉及的裝配中作相應(yīng)的更改，否則在裝配中會(huì)查找不到已改名的文件，改名工作量大，且容易造成錯(cuò)誤。而工程圖文件應(yīng)以圖號(hào)為文件名（有些CAD軟件和DOS等非Windows平臺(tái)不支持帶“.”的文件名，如pro/e等，可用約定的字符代替，如圖名“DK7740.1-1”可存成“DK7740_1-1.prt”，用“_”代替“.”）。這樣通過(guò)工程圖紙可以方便地找到相應(yīng)的模型。

2）規(guī)劃文件存放結(jié)構(gòu)。通常按產(chǎn)品來(lái)設(shè)置存放目錄，統(tǒng)一存放在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上并做好備份，由網(wǎng)絡(luò)管理員根據(jù)各個(gè)成員的工作任務(wù)分配不同的共享和修改權(quán)限。存放目錄層數(shù)不能過(guò)多，否則增加CAD系統(tǒng)調(diào)用相關(guān)模型的時(shí)間；但也不能過(guò)少，否則不便于分配共享權(quán)限，需要進(jìn)行權(quán)衡。

3）建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。通常CAD軟件附帶基本的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，但通常不是GB標(biāo)準(zhǔn)，而且從種類(lèi)上也不能滿(mǎn)足要求，需要利用軟件提供的建庫(kù)方法（零件族表、系列零件配置表等）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)進(jìn)行修改和擴(kuò)充，甚至完全重新構(gòu)建，為以后的工作帶來(lái)方便。建庫(kù)時(shí)要考慮可擴(kuò)展性（可以方便地添加或修改配置）、統(tǒng)一性（具有統(tǒng)一的命名規(guī)則和建模規(guī)范，便于查找與替換）、開(kāi)放性（模型能夠獨(dú)立地被使用而不依賴(lài)于配置環(huán)境，便于交流）、標(biāo)準(zhǔn)化（能滿(mǎn)足制圖標(biāo)準(zhǔn)的要求，并具有正確的尺寸和質(zhì)量特性）。同時(shí)在建模時(shí)要在不影響視圖效果的前提下使用盡量少的特征，減少生成時(shí)間和裝配時(shí)占用的內(nèi)存。這一過(guò)程需仔細(xì)推敲，反復(fù)試驗(yàn)（包括工程視圖、子零件實(shí)例重建、裝配驗(yàn)證）、調(diào)整才能正式使用。

3 提高建模與出圖的效率

3.1 常用的草圖和特征（螺紋孔、沉孔、鈑金沖孔等）庫(kù)

在建模需要時(shí)直接調(diào)入，減少重復(fù)工作。同時(shí)也將一些制圖上常用的標(biāo)注做成圖塊或符號(hào)，便于調(diào)用。

3.2 充分利用計(jì)算機(jī)建模易于復(fù)制的特點(diǎn)

將模型中相同特征提煉出來(lái)，通過(guò)復(fù)制、陣列等方法構(gòu)建零件，同時(shí)也可以在裝配中使用陣列特征，從而提高工作效率。

3.3 注意建模的規(guī)范性

認(rèn)真學(xué)習(xí)軟件的在線幫助的范例，相互交流經(jīng)驗(yàn)，采用規(guī)范的建模方法，便于更改和數(shù)據(jù)共享。

3.4 善用軟件提供的專(zhuān)用建模工具

如用鈑金特征來(lái)生成鈑金件，可以方便地建立折彎、切口、褶邊、鈑金沖模等，并可以展開(kāi)鈑金，為裁板落料提供方便，避免手工展開(kāi)可能造成的計(jì)算錯(cuò)誤，便于優(yōu)化設(shè)計(jì)減少用料。使用管道模塊構(gòu)建管路，可以快速地生成管子及在節(jié)點(diǎn)處自動(dòng)插入聯(lián)接件。有時(shí)在使用以上這些功能時(shí)可能較直接建模繁瑣，但實(shí)際上由于這些功能直接與制造流程相關(guān)，其帶來(lái)的綜合效益是很高的。

3.5 盡量少用剖視圖

手工制圖時(shí)為了采用盡量少的視圖而使用復(fù)雜的剖視圖，減少繪圖工作量。而按CAD繪圖的特點(diǎn)，適當(dāng)?shù)卦黾右晥D數(shù)量，采用比較基本的視圖和剖視方法，減少使用復(fù)雜和特殊的視圖（可能?chē)?guó)外的CAD軟件對(duì)GB制圖標(biāo)準(zhǔn)理解有限，在某些特殊的視圖和剖視時(shí)，在箭頭、視圖邊界線型等方面不能完全符合GB標(biāo)準(zhǔn)）。

3.6 采用靈活、并行的設(shè)計(jì)流程

由上至下開(kāi)始設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)，在上層裝配環(huán)境下建立下層主要零部件，并定義零部件間的配合關(guān)系、關(guān)聯(lián)尺寸，然后以并行工作方式完成下層主要零部件的基本結(jié)構(gòu)，再返回上層裝配同時(shí)補(bǔ)充些并行工作方式由下至上設(shè)計(jì)的零部件（在上層裝配環(huán)境外獨(dú)立創(chuàng)建），通過(guò)機(jī)構(gòu)分析、干涉檢查等手段來(lái)驗(yàn)證并修正下層主要零部件的配合關(guān)系、關(guān)聯(lián)尺寸，根據(jù)需要添加聯(lián)接件、覆蓋件、裝飾件。由上至下建模的好處是保證組成裝配的各個(gè)零部件的配合關(guān)系，對(duì)某個(gè)零部件做的更改會(huì)隨著裝配的更新使與之相關(guān)的零部件同時(shí)得到更新。

4 應(yīng)用CAE優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，建立在優(yōu)化數(shù)學(xué)理論和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)之上，其任務(wù)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)自動(dòng)確定工程設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量要求越來(lái)越高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度也越來(lái)越快，這就要求廣大設(shè)計(jì)工作者掌握更加科學(xué)的工程設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具，以適應(yīng)生產(chǎn)力迅速發(fā)展的現(xiàn)代市場(chǎng)需要。

而目前大部分零件設(shè)計(jì)采用類(lèi)比法憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，無(wú)法對(duì)產(chǎn)品的預(yù)期性能進(jìn)行定量的評(píng)估，但通過(guò)CAE[3]中的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)分析可在虛擬環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品的各項(xiàng)性能進(jìn)行評(píng)估，獲得優(yōu)化方案。中高端CAD軟件都具有與FEM（有限元分析）的接口，可以較方便地進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)分析。隨著CAE技術(shù)的成熟壯大，要求必須加強(qiáng)CAE軟件與各CAD軟件的專(zhuān)用接口的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)軟件的處理能力，從而使CAD軟件的應(yīng)用更上一個(gè)臺(tái)階。

當(dāng)然，作為CAD軟件的使用者，應(yīng)當(dāng)時(shí)刻關(guān)注CAD發(fā)展動(dòng)態(tài)，并精通多個(gè)CAD軟件，熟悉各種CAD軟件的特點(diǎn)和特長(zhǎng)。例如：AutoCAD在處理二維圖形上有功能和速度上的優(yōu)勢(shì)，善于處理產(chǎn)品銘牌、操作面板等有許多復(fù)雜符號(hào)的圖形；UG的曲面功能強(qiáng)大易用，可用于復(fù)雜曲面的設(shè)計(jì)；Pro/Engineer則在處理裝配結(jié)構(gòu)上嚴(yán)謹(jǐn)穩(wěn)定；SolidWorks的完全Windows化的操作界面，在零件建模上簡(jiǎn)便快速。通過(guò)借鑒其他的CAD軟件，可以拓寬建模思路，揚(yáng)長(zhǎng)避短，解決使用過(guò)程中遇到的難題。同時(shí)要善于深入企業(yè)，與企業(yè)多交流，交流越多則會(huì)產(chǎn)生越多的靈感，拓寬CAD的應(yīng)用范圍，推動(dòng)CAD發(fā)展。

[1]葉修梓.SolidWorks工程圖教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009:25

[2]高奇微,莫欣農(nóng).產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）及其實(shí)施[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998:10

[3]杜平安.CAD/CAE/CAM方法與技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010:48

How to Improve Efficiency of High-end Mechanical CAD Software

Jiang Yuzhen, Ji Yeyi

In this paper, CAD software is used as a system, supporting its hardware and software environment, in order to produce greater efficiency. Combing with the practical experiences, some practical and feasible solutions are put forward.

operating environment; modeling and drawing; CAE; optimal design

TP391.72

B

1671-489X(2010)27-0090-03

10.3969/j.issn.1671-489X.2010.27.090