使用CAD/CAM实现设计与制造过程的集成化

在绝大多数公司里，产品的设计和制造部门通常是以“独立自治”的方式来完成各项工作的。在产品的开发设计阶段，无论是涉及到零件的机加、夹具开发，或者是开模，制造工程师和机械操作人员都不会参与其中，直至设计工程师将用于最终生产的图纸发布出来。

产品开发过程中设计与制造之间的衔接过渡，仿佛就只在3D模型、加工数据、2D图纸之间传递。由于设计师和制造工程师在处理设计数据时，所用的工具软件是完全不同的——设计师使用CAD软件完成产品3D建模和2D工程图纸；制造工程师则使用CAM软件完成机加程序的编写和模具开发。设计与制造之间的衔接过渡，就要经过必要的数据输入、编译和转化的过程，很难做到信息传递的清晰性、高效性。此外，一旦信息传递的过程结束了，一面无形的墙似乎也建立起来了，阻碍着设计与制造之间的沟通协作。CAD/ CAM集成化产品开发平台正是解决这一难题的最佳方案。当然，这一解决方案的好处不仅于此，它将对设计与制造过程所涉及到的方方面面产生更为广泛的积极影响。

CAD与CAM的集成化

CAD/CAM集成化解决方案能够使设计更加符合制造工艺性要求，从而让设计与制造统一化。这一方案从本质上说，就是一个CAM解决方案，其特殊性在于使用CAD软件系统作为前端的产品几何特征引擎。不同于传统的CAD文件输入和转化方式，或是使用IGES、STEP格式的模型数据，CAD/CAM集成化解决方案能够直接应用CAD文件来完成与CAM相关的各种操作，也就是在一个单独窗口下，实现CAM与CAD软件系统的双向关联。这一技术无疑是为生产力提高、成本控制、制造工艺性问题的解决打开了新的大门。

CAD/CAM 集成化解决方案促进了设计与制造之间的协同合作，从而改善了沟通环境，提高了产品质量，节约了生产时间和成本。

要了解CAD/CAM集成化解决方案的潜力和优势，最好的方法就是将这一协同化的设计制造过程与传统的、串联的、非集成化的设计制造过程作对比。

非集成方案

使用非集成的CAD/CAM系统，设计与制造之间的流程链是线性的，设计数据的传递也是以串联方式进行的，在这个过程中，一旦后续流程出现问题，就要退回到初始流程，这样反复迭代的过程，无疑会增加项目延迟和成本叠加的风险。在最终的设计图纸发布后，制造工程师需要将CAD数据输入、编译、转化成CAM文件，并以此为集成开始他们的机加程序编写工作，或者是模具开发工作。如果设计图纸中的几何尺寸、材料成本出现了错误，或者是有了制造工艺性问题，就要退回到最初始的设计流程，由设计师完成必要的设计变更，所有的流程链也要重新走一遍。

有很多问题通常到开模或者量产时才会被发现，这样就会造成返工和成本浪费。进一步分析，当问题被侦测到时，设计与制造之间的线性迭代流程一般来说就是解决问题的唯一途径，当中又涉及到许多冗余的重复工作，可以说这种流程只是解决问题的权宜之计，并不会为产品质量提升带来多大效益。对于铸造零件来说，在这个线性流程中，还要增加创建模具原型、模座和模具滑块的步骤。因此，流程中的每一个步骤都要考虑到铸造工艺性要求，例如拔模、圆角过渡、分模线的问题，这也会增加设计与制造无缝衔接的难度。这种方案最具破坏性的地方还在于，任何的设计变更指令或工程变更指令（ECOs），都会影响到制造工艺流程，甚至是让整个制造流程重新来过。

非集成方案的缺点

上述的非集成CAD/CAM方案有几个缺点，其中最关键的是增加了数据失准的潜在风险。每当要进行文件的输入、编译、转化时，数据从一种格式变化到另一种格式，在这个过程中出错的概率也增加了，另外，对于制造问题引发的设计变更，变更的具体原因不会被记录到设计文件中，也就造成了设计文档的缺失。

其次，非集成的方案会导致从设计到制造的几乎每一个步骤中，都存在额外的时间浪费。CAM操作人员在编辑机加程序前，要做额外的数据的编译和转化工作。制造工艺性问题的侦测要花费额外的时间。走设计变更和ECOs流程也会造成项目延时，这是因为机加程序需要重新编辑，尺寸和公差信息也要手动更新。对于需要开模的情况，产品的性能改进问题要通过不断的修模来解决，时间成本也会不断增加。

俗话说“时间就是金钱”，时间浪费就是增加生产成本，缩减利润空间。后期的废料、返工、修模都意味着成本流失。应用非集成CAD/CAM软件系统，不仅会引起沟通障碍，而且会增加额外的培训和维护费用。

非集成方案会导致设计和制造的相关工作人员之间缺乏良好的沟通。产生这种沟通壁垒的原因在于设计和制造分别使用了独立的软件系统和数据库，而每个系统和数据库都对自己的数据和资源采取了保护措施，这就限制了团队之间的协同合作。总之，非集成CAD/CAM流程链的弱势是非常明显的，包括数据传递的障碍、信息失准的风险、给并行设计带来的阻力，这些无一不是耗费时间的过程，并且培训和维护的成本也会随之增加。

CAD/CAM集成化系统对于流程的优化

应用集成化的CAD/CAM研发平台，能够使过去线性的、串联的、高成本、低效率的流程链，变成如今多快好省的协同化的流程链。成就这一切的关键在于，从设计到制造的所有流程采用统一的数据格式，进而促成了良好的沟通环境。在集成化CAD/CAM软件系统中，设计和制造流程使用的都是同一个零件模型，多余的不同格式的设计文件被剔除掉，冗长的CAD和CAM之间的数据编译和转化工作也不复存在。对于CAM系统来说，CAD模型就是唯一可使用的几何特征数据。

统一的模型格式，打破了设计与制造之间的沟通壁垒。采用相同的数据格式就好像是不同的软件模块使用了同一种语言。仅仅用现有的工具软件，设计和制造的相关工作人员就能够在开模之前，也就是在成本和废料浪费产生之前，同时参与到产品的开发过程中。原来费时费力的直线型、反复迭代的流程链，已经被集成化解决方案所取代，并成为开发流程的一部分，也省去了数据反复转化的麻烦。

设计和制造人员可以并行工作，而不需要等到最终图纸发布出来以后，制造工程师才开始编辑机加程序，因此能够做到设计建模完毕后，生产的前期准备工作也完成了。另外，由于设计和制造工程师是对同一个模型进行操作的，所有的设计变更能够实时地、自动地反映到相关的加工程序和图纸中，因此可以说原来冗长的设计变更和ECOs流程变成了简单的一步式操作，这对产品质量和生产效率的提高将起到很大的帮助。

多亏了流畅度和协同度都更高的集成化解决方案，制造工程师能够在产品开发早期就参与进来，并利用他们的专业知识和丰富经验给出中肯的建议，这对于发现潜在的制造工艺性问题和成本风险来说是非常有利的。这样的集成化系统，在公共虚拟环境中运行得更快、成本更低、性能也更优。同时，它还促进了设计和制造人员之间的紧密合作关系，这样他们就能更好的理解对方的意图，并且彼此之间的技术交流也可以启发出更多的创新观点。总之，集成化的CAD/CAM工作流程可谓是益处多多，其中包括简化了数据传递步骤，实现了并行设计，减少了输入输出用时，降低了系统运作成本。

集成化CAD/CAM平台的好处

通过上述的集成化CAD/CAM平台，能够使从设计到制造的流程链变得更加高效，也能符合并行设计的需要，因此可以做到提高生产效率、缩短设计/制造周期、降低生产成本、提升产品品质。关于这一平台在节约时间、降低成本、提高质量上的具体作用，详见下文。

通过集成化CAD/CAM平台来节约时间

通过集成化CAD/CAM平台能够缩短设计/制造周期，其主要原因在于优化了各个环节的产出质量。使用统一的数据格式和模型类型，除去了数据反复输入、编译、转化的工作。这对于降低错误率、提高准确性、减少设计失误引起的时间滞后都是非常有益的。消除了无用功，当然也是节约时间的一个重要因素。单一的设计数据访问模式简单而直接，省去了文件转化的过程，也使得设计变更发生后，图纸更新和加工工艺更新能够同步进行。

预生产准备工作同样有助于节约时间。在最终的设计图纸发布之前，就处理好相关的制造工艺性问题，往往是更高效的生产方式。此外，在相同的3D几何环境下工作，有助于加强设计和制造人员之间的协同合作，也能使从设计到制造的流程链过渡得更顺畅。优化后的设计变更和ECOs流程，可以将变更内容自动地传递到CAD模型，以及所有相关的图纸和CAM数据中，使整个变更流程链得以加速进行。

将生产计划作为开发流程的一部分，能够有效减少制造工艺性问题的产生，这正是高效生产所需要的。最后，集成化的CAD/CAM环境有助于更深入地实现自动化，也为制造流程的自动化设计提供了更多机会，例如，可以利用设计表来驱动多个生产配置，或者是利用应用程序编程接口（APIs）来自动运行某些特定功能。

通过集成化CAD/CAM平台来节约成本

集成化CAD/CAM平台有助于节约成本，这是因为它缩短了设计/制造周期，加速了从设计到制造的整个流程链，既省时又省钱。及早发现成本效益高的生产技术，有助于早期阶段对生产技术和材料进行成本效益评估，这可能会节省大量成本。早期的废料产生和返工，包括几何特征的调整、成本预估、制造工艺性问题的解决，都能够降低最终的废料率和返工量，因此可以节约时间并消除不必要的成本浪费。通过集成化CAD/CAM平台，还能削减培训和维护的相关费用支出。

通过集成化CAD/CAM平台来提升品质

有了集成化CAD/CAM平台，就意味着有了更高效的沟通环境，这对产品品质的提升非常有帮助。通过高效的沟通方式来促进产品开发中的协同运作，而不是将设计和制造分离开来，最终带来的是更高水平的产品创新和品质。提高准确性对提高产品质量来说也非常重要。对单一的、统一的模型和数据进行各项操作，从根本上杜绝了手动数据转化过程中可能出现的失误，也消除了其对产品质量带来的不利影响。将可制造性问题的解决过程提前到产品开发阶段，并把它作为开发过程的一部分，有利于减少制造工艺性问题的产生，也进一步保证了产品的高品质。在项目开发早期，就开始对潜在的铸造工艺性问题进行定位和识别，如：拔模角度不够、壁厚不足、圆角过渡不够顺滑、分模线不合理，这些都有助于提高产品的铸造效率和质量。