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一．前言
从上个世纪八九十年代到现在，我们国家紧跟世界潮流，在IT信息技术上面紧追世界技术。尤其是九十年代末期，IT信息技术高度发展，各个制造企业引进世界上最先进的信息系统：CAD/CAM，PDM，ERP，CRM，PLM，OA。IT技术在发展，企业的思想在更新。在经过若干年的应用之后，当我们国家正在成为世人瞩目的“世界工厂”的时候，当我们回过头来看，我们却发现：我们的创新能力还是在低水平徘徊，各种各样的系统带来的是更为分散的管理，信息的孤岛越来越严重。
我们的企业常叹息，为什么我们拥有世界上先进的系统，却不能带来相应的生产力？
跟国防相关的制造业例如航空制造业一直都是制造业中的技术领先者，往往会装备最先进的软硬件系统，拥有一流的人才，可是同样的困境也困扰着航空制造企业的管理者。
在制造业信息化过程中，信息是围绕着产品在各部门流通的。无论企业实施了什么样的信息系统，产品的完整数据都是系统的重中之重，是基础。而跟产品设计与制造密切相关的CAD/CAM系统就是这其中的关键，我认为上面所述的问题很大程度来源于企业CAD/CAM应用的断层，导致CAD/CAM系统不能发挥应有的作用，不能为管理系统提供准确翔实的数据，成为导致各种数据孤岛出现的重要因素。
二．企业现状
对于制造型企业，一般都具有设计、工艺、加工部门，这些部门构成整个企业运作的重要机构。为了提高生产效率，大部分企业为这些部门配备了CAD/CAM系统。我们在与多家国防企业深入接触之后，我们发现这些企业在CAD/CAM应用过程中遇到了很多共性的问题。
下面我们来以一家国有航空辅助设备制造企业为例，来分析一下该企业遇到的问题。
一）目前已经配置的信息系统
二）遭遇问题
SolidWorks系统与CATIA系统之间不能进行很好的数据交换，数据传递过程中存在元素丢失和信息丢失现象。所以SolidWorks产生的三维零件无法直接拿来被CATIA使用，工艺人员和编程人员需要使用CATIA重新造型以便进行后续编程工作。
正在使用的2D工艺系统，不能直接利用现有三维设计软件的数据，各种信息需要手动填写，设计数据与工艺数据脱节。
企业的生产任务具有多品种、变批量的特点，生产计划需要灵活排布，迫切需要MES系统来支撑生产运作。
三）问题解析
我们与该企业进行了多次的接触，仔细地了解了上述问题的细节。
在该企业中，设计部门使用SolidWorks系统作产品预研和定型设计，工艺部门使用SolidWorks进行工艺过程设计，加工部门则使用CATIA进行CAM编程。
由于没有统一的造型规范，设计部门进行零件设计时并不充分考虑工艺问题，所以设计零件传到工艺部门可利用程度很低，很多时候工艺部门需要根据加工工艺要求重新建模。而SolidWorks系统本身不具备CAM编程能力，所以加工部门采用了与工艺部门不同的系统。而SolidWorks和CATIA之间的数据转换又不太理想，所以加工部门也需要重新建模，所以对于同一个零件，设计、工艺、加工部门都进行了重复的建模工作。
读者可能会问，为何这个企业不都采用SolidWorks或者CATIA，或者别的系统？由于历史的原因，我们很多航空企业所使用的系统都是这两种。而SolidWorks不具备CAM能力，CATIA则太昂贵。所以企业无法全部采购CATIA或者SolidWorks。
这样的过程进行了很多年，虽然该企业采用了3D系统，所有的工作却是以2D图纸来交流的。设计部门到工艺部门通过零件图纸，工艺部门到加工部门通过工序图纸或者加工工艺图纸。由于没有足够的3D信息，该企业采用了2D的工艺系统。
为了解决上述问题，让设计、工艺、加工各部门更好地协同，该企业实施了PDM系统，OA系统，并准备上MES系统和ERP系统，但是却没有一致的基础数据。PDM系统到底该管哪个部门的3D零件抑或图纸呢？如果都管，那么又以谁为标准？设计部门或者工艺部门把零件更新了，CAM程序也更新了，却忘了更新针对某一台机床的NC代码。类似的问题还有很多。
三．解决方案
那么，针对上面所提出的问题，我们到底应该使用什么样的CAD/CAM系统以及如何正确地应用CAD/CAM系统？
1．提供CAD/CAM完整的解决方案。
在这里所提的CAD是一个广义的CAD，应该能够包括一切有助于设计的工具，CAE分析工具是有助于设计的，设计中应该考虑工艺，所以CAE和CAPP也包含在CAD中。CAM亦是如此，应该包括一切有助于加工的工具。
归纳一句话，就是CAD/CAM系统应该是一部CAD/CAM的大百科全书，除了提供已有的工具和知识之外，还可以不断地扩充。
2．价格适中，易于企业接受，能够大规模使用，真正形成虚拟设计/制造的能力。
要真正实现无纸化生产，需要在生产过程每一个环节上都要配备相应的工具系统。一切跟CAD/CAM过程有关的人员都应该有系统可用，这就要求CAD/CAM系统价格适中，企业可以大量采购，昂贵的系统可能性能比较高，但是根据木桶原理，这样的系统对于提高整体的CAD/CAM能力并不能起到多少作用。
3．提供个性化的解决方案。
世界上没有两个企业是完全相同的。每一个企业都具有自己不同的软硬件资源，所以如果两个企业使用同样的CAD/CAM系统而产生的生产力不同，那是完全正常的。
CAD/CAM系统应该能够提供满足特定企业需求的能力。开放的架构，易于定制，易于扩展，真正匹配企业的实际生产环境，满足企业的实际要求，这样的系统会比单一的通用系统更有生命力。
四．使用TopSolidCAD/CAM/ERP系统整合CAD/CAM资源
针对上述提到的问题，我们使用法国MisslerSoftware公司开发的TopSolidCAD/CAM系统在某航空企业结合实际工作做了一个以“整合现有CAD/CAM资源，打通设计到制造信息瓶颈”为目标的实验。
在这个实验中，一共涉及四个CAD/CAM系统：AutoCAD、SolidWorks、CATIA和TopSolid，跨越设计、工艺、加工三个部门。产品进行了从原始数据转换到工艺编制、加工编程，最终实际加工并检验的全过程。
1．来自不同CAD/CAM系统的数据整合
TopSolid可以直接读取AutoCAD，SolidWorks，CATIA的文件数据。
TopSolid读入AutoCAD的Dwg/Dxf图纸之后，利用其无草图器，任何线条均可直接建模的特性，可以很快利用图纸原有线条构造三维零件。
TopSolid可以直接读取SolidWorks零件和CATIA零件，读入数据无需修补即可直接使用。由于所有系统均基于Windows平台，并提供了完善的API接口，我们通过编制特定程序可以后台直接完成数据转换和零件属性转换（零件名称、材料等）。
TopSolid同样可以输出SolidWorks和CATIA可以直接读取的数据。
2．零件属性补充和工艺零件的建立
从某种意义上说，TopSolid不是一个三维建模系统，而是一个多维系统。TopSolid中的每一个元素都可以赋予无限多的属性。你甚至可以赋予一个零件价格属性，而这个价格的定义也许来源于该零件的材料和体积以及其它特性。这些属性并不是孤立地存在于零件文件中，它们可以自动地输出到二维图纸、工艺表单中，以及可以被各种其它管理系统所提取。也就是说，你可以为一个零件附加该零件可能具有的一切属性，而这些属性可以自动出现在与该零件相关的各种文件中。基于这个特性，TopSolid非常适合整合其它CAD/CAM系统的数据，并为PDM，ERP等系统提供产品基础数据。
在零件属性中，我们也可以赋予工艺设计及加工编程所需的各种附加信息。TopSolid基于对象管理的全关联设计和全参数化设计帮助我们找寻到了一条非常好的进行工序设计的方法。在一个正常的零件工艺设计过程中，每一步都代表了一道加工工序，即每一步的零件都是对上一步进行加工的结果，而每一步的形状变化也应该同步到下一步。TopSolid为我们提供了很好的“关联复制”功能，完美地实现了这个过程。而强大的参数化设计更是允许我们可以对从其它系统导入的零件或是TopSolid本身设计的零件方便地进行参数化工艺设计。每一个参数都可以设定尺寸公差，我们只需修改参数形态即可允许参数是以名义公差出现还是其他方式。通过这种方式，即使是设计部门提交了不够准确的零件外形我们也可以设计出足够精确的可供加工零件。更重要的是，通过“公开关键参数，隐藏非关键参数”的方法，设计、工艺和加工部门可以更方便地进行协作。
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3．自动生成包含各种细节的2D图纸和工艺图纸
上面已经提到，在TopSolid中可以无限为元素附加属性，而且这些属性可以被图纸所使用。所以我们通过定制各种图纸模板（零件图纸模板、工序图纸模板、加工工艺图纸模板等等），可以自动生成所需的各类2D图档，而且除了尺寸之外的其它属性也都自动反映到这些图档上，避免了人工填写带来的数据不一致和不准确。
4．完整的虚拟加工环境
设计过程，工艺过程已经很大程度地考虑到了加工的特性。而TopSolid的CAM部分独特地为我们提供了真实的机床、刀具、夹具模拟，可以将这些参数完全设定为符合企业实际生产资源，而后台智能化的知识管理也使得以往重复设定的参数变成了系统智能提示。例如当设定好机床行程、转角、转速、进给等参数，以及毛坯材料、切削刀具的材料等参数，在设定每一个加工过程参数时，系统都会根据这些参数计算出优化的推荐值。真实的机床联动模拟可以帮助我们即时看到编程中的错误，例如碰撞干涉或者超程等错误的发生。
系统还允许我们把针对各种拓扑特征的加工流程编制为加工工艺模板，避免以后的重复工作。
针对该企业的各种数控机床我们都开发了相应的后置处理，可以针对同一个零件批处理生成满足不同机床的NC代码，也可以针对多个零件批处理生成某一台机床的NC代码。通过这些自动化过程尽量减少人为因素带来的遗漏。
实际加工过程中每一道工序都进行了严格的对刀，毛坯装夹，并在加工完毕进行了关键尺寸的检测。还利用TopSolid的测量模块编制了可以驱动测量仪的NC程序以对零件进行更为专业的检测。
5．概念设计和数字样机
线框元素也是对象，所以也可以进行参数化设计，也可以认为是零件。正因为TopSolid这样的管理方式，使用者可以很方便地进行产品原理设计，不必要一开始就设计复杂的三维特征，而是以直观的点、线模拟机构的原理。
TopSolid把零件当作一种特殊的装配来管理，使得零件设计和装配设计不再存在界限，它们都是组件。所以一切用于装配的辅助工具也都可以用于零件。
在设计环境中集成了各种运动仿真功能使得我们在设计过程中不需要经过任何第三方软件即可看到机构的实际运动动态仿真。 |
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