國(guó)外機(jī)械設(shè)計(jì)軟件概述

呂德芳

摘 要：以分類(lèi)列舉的方式介紹了目前一些機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的名稱(chēng)和性能，并充分收集各方資料，深入分析了各軟件的優(yōu)勢(shì)和不足，為機(jī)械設(shè)計(jì)用戶(hù)了解各種軟件進(jìn)而選擇適合自己的設(shè)計(jì)軟件提供較為全面的參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)軟件；功能；適用范圍

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、 Unigraphics（UG）

UG是美國(guó)Unigraphics（UG） Unigraphics Solutions公司開(kāi)發(fā)的三維參數(shù)化軟件，主要通過(guò)其虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)（VPD）的理念提供多級(jí)化的、集成的、企業(yè)級(jí)的包括軟件產(chǎn)品與服務(wù)在內(nèi)的完整的MCAD解決方案，是當(dāng)今世界最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu)。隨著UG版本的不斷提高、性能的不斷增強(qiáng)以及功能的不斷完善，UG已經(jīng)完全能滿(mǎn)足現(xiàn)代企業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求，并已廣泛應(yīng)于機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械制造的各個(gè)行業(yè)，它主要包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模塊、計(jì)算機(jī)輔助制造模塊、計(jì)算機(jī)輔助工程模塊和其他模塊。UG最早應(yīng)用于美國(guó)麥道飛機(jī)公司，80年代后期引進(jìn)我國(guó)以來(lái)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、通用機(jī)械、模具等領(lǐng)域。它不僅具有強(qiáng)大的實(shí)體造型（約束特征的3D模型）、曲面造型（參數(shù)化）、虛擬裝配和工程圖設(shè)計(jì)等功能，而且在設(shè)計(jì)過(guò)程中可進(jìn)行有限元分析和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼。另外，還提供了UGOPENGRIP和UGOPENAPI等開(kāi)發(fā)模塊，便于用戶(hù)開(kāi)發(fā)符合自己要求的專(zhuān)用系統(tǒng)。

UG軟件的主要特點(diǎn)：一是交互式環(huán)境，可以提高設(shè)計(jì)人員工作效率；全部界面可根據(jù)個(gè)人喜好定制；高品質(zhì)可伸縮工具條及信息窗口，友好的信息化窗口；方便快捷的右鍵菜單，可快速訪問(wèn)常用命令。二是基于動(dòng)態(tài)交互的操作方便、快捷，可直接在窗口中操作對(duì)象；三是基于工作流交互的操作，減少鼠標(biāo)點(diǎn)擊次數(shù)，提高工作效率 ；四是基于智慧型操作，快速選擇，減少時(shí)間，提高效率。

UG軟件的主要缺點(diǎn)是不允許在零件之間定義約束，無(wú)反撤消、重復(fù)命令、不能固定跟隨刀具、不能自動(dòng)保存等使用起來(lái)比較復(fù)雜，軟件相對(duì)較難掌握。

UG軟件主要適合于大型的汽車(chē)、飛機(jī)廠建立復(fù)雜的數(shù)模，零件較大、較復(fù)雜的時(shí)候，加工一般用UG做數(shù)模。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)不多的設(shè)計(jì)者，使用UG混合建模，就比較適用。日產(chǎn)汽車(chē)以及其附屬公司就把UG產(chǎn)品應(yīng)用于新一代汽車(chē)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中。在擁有超過(guò)1000套PDM產(chǎn)品的公司中，90%均在使用UG的解決方案。

二、Pro/Engineer

Pro/Engineer系統(tǒng)是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（ParametricTechnologyCorporation，簡(jiǎn)稱(chēng)PTC）的產(chǎn)品。它的單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念能將設(shè)計(jì)涵蓋生產(chǎn)全過(guò)程并集成到一起，讓用戶(hù)能夠同時(shí)進(jìn)行同一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造工作，即并行工程。因此該軟件的應(yīng)用領(lǐng)域主要是產(chǎn)品的三維實(shí)體模型、三維零件的加工、以及產(chǎn)品的有限元分析。Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，可以隨意勾畫(huà)草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。 Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶(hù)在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門(mén)的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這一優(yōu)點(diǎn)使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)。

Pro/E的軟件已經(jīng)被我國(guó)很多大型制造企業(yè)所使用，例如，唐山軌道客車(chē)公司部署PTC產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)顯著提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及設(shè)計(jì)效率。濰柴動(dòng)力使用PTC Windchill PDMLink解決方案優(yōu)化其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程并提高效率。但是在曲面造型方面，Pro/E的曲面功能則不如UG，在Pro/e中，當(dāng)裝配中的零件不在工作路徑下就會(huì)出錯(cuò)，并且該軟件不支持布爾運(yùn)算以及其它局部造型操作，限制了它的使用。

三、 AutoCAD

AutoCAD是Autodesk公司的主導(dǎo)產(chǎn)品。是最早進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的CAD軟件之一，從2.0版到R13和如今的2014版。AutoCAD有強(qiáng)大的二維如繪圖、編輯、剖面線(xiàn)和圖案繪制、尺寸標(biāo)注以及二次開(kāi)發(fā)等功能，同時(shí)AutoCAD正在完善三維設(shè)計(jì)模塊。AutoCAD提供AutoLISP、VBA等作為二次開(kāi)發(fā)的工具，開(kāi)發(fā)出許多符合實(shí)際應(yīng)用的軟件。

其中MDT是autodesk三維設(shè)計(jì)軟件，是對(duì)autocad的擴(kuò)展，但現(xiàn)在autodesk推出的AutoCAD新版本軟件中三維功能更強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單。AutoCAD使用DXF或國(guó)際化IGES文件格式，可把圖形數(shù)據(jù)傳送至其他軟件作分析計(jì)算或加工制造，還可實(shí)現(xiàn)AutoCAD與其他CAD系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。AutoCAD通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的圖像格式如PCX、GIF、JPG等實(shí)現(xiàn)光柵圖像的輸入和輸出，更廣泛地適用于印刷、圖像處理和動(dòng)畫(huà)應(yīng)用領(lǐng)域。AutoCAD通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)連接可存取和操作存儲(chǔ)在外部數(shù)據(jù)庫(kù)中的非圖形數(shù)據(jù)如材料表、零件明細(xì)表等。

一汽集團(tuán)是我國(guó)最大的汽車(chē)生產(chǎn)集團(tuán)之一，最早開(kāi)始應(yīng)用AutoCAD輔助制圖，編寫(xiě)的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)輔助程序，對(duì)于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、效率，起到了極為明顯的作用。典型的設(shè)計(jì)實(shí)例有轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋密封膠涂膠機(jī)控制凸輪曲線(xiàn)設(shè)計(jì)，轎車(chē)車(chē)身涂裝線(xiàn)自動(dòng)設(shè)計(jì)，散熱器輔助設(shè)計(jì)，裝配工具設(shè)計(jì)軟件等，一汽集團(tuán)成為Autodesk公司在中國(guó)的最穩(wěn)定也是最大的客戶(hù)。

雖然該軟件在二維設(shè)計(jì)中無(wú)法做到參數(shù)化的全相關(guān)的尺寸處理，三維設(shè)計(jì)中的實(shí)體造型能力不足，但由于該軟件進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)較早，價(jià)格便宜，使用比較簡(jiǎn)單，因此使用者比較多。

四、 SolidWorks

SolidWorks是生信國(guó)際有限公司（SOLIDWORKS）推出的基于Windows的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件。三維造型是該軟件的主要優(yōu)勢(shì)。它完全采用Windows的窗口全中文界面，菜單操作非常簡(jiǎn)單，支持各種運(yùn)算功能，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的全相關(guān)性的參數(shù)化尺寸驅(qū)動(dòng)。配置管理是SolidWorks中非常獨(dú)特的一部分，使得你能夠在一個(gè)CAD文檔中，通過(guò)對(duì)不同參數(shù)的變換和組合，派生出不同的零件或裝配體以及具有強(qiáng)大的零件建模、曲面建模、鈑金設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能。具體地說(shuō)，在SolidWorks的裝配設(shè)計(jì)中可以直接參照已有的零件生成新的零件，不論設(shè)計(jì)用"自頂而下"方法還是"自底而上"的方法進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)，SolidWorks都將以其易用的操作大幅度地提高設(shè)計(jì)的效率；SolidWorks有全面的零件實(shí)體建模功能，其豐富程度有時(shí)會(huì)出乎設(shè)計(jì)者的期望；用SolidWorks的標(biāo)注和細(xì)節(jié)繪制工具，能快捷地生成完整的、符合實(shí)際產(chǎn)品表示的工程圖紙；SolidWorks具有全相關(guān)的鈑金設(shè)計(jì)能力，鈑金件的設(shè)計(jì)即可以先設(shè)計(jì)立體的產(chǎn)品也可以先按平面展開(kāi)圖進(jìn)行設(shè)計(jì)；SolidWorks軟件提供完整的、免費(fèi)的開(kāi)發(fā)工具（API），用戶(hù)可以用微軟的Visual Basic、Visual C++或其它支持OLE的編程語(yǔ)言建立自己的應(yīng)用方案；通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，SolidWorks可以很容易地將目前市場(chǎng)幾乎所有的機(jī)械CAD軟件集成到現(xiàn)在的設(shè)計(jì)環(huán)境中來(lái)，為比較評(píng)價(jià)不同的設(shè)計(jì)方案，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，提高產(chǎn)量；SolidWorks強(qiáng)勁的實(shí)體建模能力和易用友好的Windows界面形成了三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械工程師不論有無(wú)CAD的使用經(jīng)驗(yàn)，都能用SolidWorks提高工作效率，使企業(yè)以較低的成本、更好的質(zhì)量更快將產(chǎn)品投放市場(chǎng)。而最有意義的是，用于SolidWorks的投資是容易承受的，這使得參加工程設(shè)計(jì)的所有人員都能在他們桌面上的計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。以SolidWorks為核心的各種應(yīng)用的集成，包括結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析、工程數(shù)據(jù)管理和數(shù)控加工等，因此該軟件適用于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，SW的文件格式已成為3D軟件世界中流通率最高的格式，也是世界銷(xiāo)售套數(shù)最多的3D軟件（國(guó)內(nèi)PRO/E更占上風(fēng)）。因?yàn)閮r(jià)格便宜，國(guó)內(nèi)的相當(dāng)多的中小型企業(yè)或單位及個(gè)人都在使用Solidwoks軟件。

五、CATIA

由法國(guó)DassaultSystems（達(dá)索）公司開(kāi)發(fā)，后被美國(guó)IBM公司收購(gòu)的CATIA是一個(gè)全面的CAD/CAM/CAE/PDM應(yīng)用系統(tǒng)。居世領(lǐng)導(dǎo)地位，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、造船、機(jī)械制造、電子、電器、消費(fèi)品等行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，其特有的DMU電子樣機(jī)模塊功能及混合建模技術(shù)更是推動(dòng)著企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)力的提高。CATIA對(duì)產(chǎn)品整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程包括概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工程分析、成品定義和制造乃至成品在整個(gè)生命周期中的使用和維護(hù)。而且CATIA能夠模擬觀察者的視野進(jìn)入到零件的內(nèi)部去觀察零件，使用者只要輸入人的性別、身高等特征，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)虛擬裝配的工人。

但是這套軟件的價(jià)格不便宜，目前最高版本是CATIAV5。世界上有超過(guò)13，000的用戶(hù)選擇了CATIA，著名用戶(hù)包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業(yè)。其中波音飛機(jī)使用CATIA完成了波音777的電子裝配，從而確定了CATIA的領(lǐng)先地位。目前國(guó)內(nèi)哈爾濱飛機(jī)制造公司的飛機(jī)、汽車(chē)等產(chǎn)品，鄭州宇通客車(chē)，廣東文沖船廠等大型制造企業(yè)就是應(yīng)用CATIA軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。

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（本文審稿 任秀）