一、企业现存的问题
随着CAD技术和计算机硬件技术的不断发展，目前国内许多企业已经在管理、设计及制造等方面分散地使用了CAD、CAPP、CAM、CAE等单项技术，且取得了一定的成绩。但是从总体上说，这种方法没有取得明显的效益。主要缺点如下：
(1)CAD、CAPP、CAM、CAE等系统是分散孤立的。因为通信或数据格式的原因，CAD的后续工序不能直接读取CAD数据，仍需重新建立数据模型，增大了出错的概率。
(2)许多CAD系统是基于二维设计，二维视图的描述容易出现二义性和理解错误。并且非三维实体模型的描述，不能进行加工工艺编排、结构分析、运动分析和三维数控加工编程。
(3)计算机软硬件资源难于共享。没有专用三维标准件库、图库、知识库、切削参数库等资源，设计平台低；没有采用网络系统，软硬件资源无法共享。
(4)企业计划、设计、生产、材料、采购、财务、质量和销售部门，各自运行着互不兼容的软件。整个企业产品开发过程依[日靠人工管理方法，不仅极其费工、费时而且容易出错，造成企业各部门之间“扯皮”情况严重，工作效率低下。
以上是国内大部分制造企业所面临的主要问题。在80年代初，发达国家也遇到相似的问题。解决问题的方法是将各个单项技术集成化、系统化、网络化、智能化、标准化。于是相继产生了柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)、按时生产(JIT)、制造资源规划(MRP)、敏捷制造(AM)、精益生产(LP)、智能制造系统(1MS)等。在技术方面相继产生了并行工程技术(CE)、产品数据管理技术(PDM)、虚拟制造技术(VM)、面向装配的设计(DFA)、面向制造的设计(DFM)、特征技术等。以上各种技术和方法代表着当今制造业的最高技术和发展方向，各有其优缺点。针对当前我国企业存在的以上问题，本文提出了一种适合于我国国情的一体化解决方案。这种方案是基于微机的集成系统，投资少，见效快。
二、一体化解决方案的设计
如图1，一体化解决方案是介于企业需求和专用软件之间。它基本满足企业的需求，解决企业存在的主要问题。为了降低企业的投资成本，这种方案是建立在微机平台上的基于PDM的CAD/CAPP/CAM/CAE集成系统。此方案应用了最新的产品数据管理技术、并行工程技术、面向对象技术、特征造型技术、网络及数据库技术等。
CAD/CAPP/CAM/CAE集成系统的活动复杂，信息之间联系紧密，传递频繁。为了有效地实现功能和信息的集成，在系统的设计和开发阶段，不但要准确把握组成系统的功能活动及相互联系，而且还要理清复杂的信息活动及信息联系。所以选择合适的CAD产品和PDM产品是一体化解决方案的关键。
CAD产品应该是以三维实体模型为基础。传统设计制造思维方式是：设计时，三维实体在大脑里被投影为多个二维图形画在图纸上；加工制造时，人们又要在大脑里把多个二维图形抽象组合成三维实体。这种传统的方式是在当时受各种硬件环境的制约下产生的，有许多缺点：因为二维图形的多义性，设计人员在把三维实体投影成二维图形和加工人员把二维图形抽象成三维实体时，容易产生错误。随着计算机硬件的飞速发展和实体建模技术的成熟，设计人员可以在计算机上进行三维实体设计，制造人员可以直接在三维实体上进行加工代码的编制。对于一般加工而言，加工图纸可以是三维轴侧投影图，而不是传统的二维平面图。据调查，已经有许多日本企业淘汰了二维图纸，实现了三维实体在设计和加工的统一。另外，三维实体设计也方便了CAPP、CAM、有限元分析、运动分析、虚拟装配等后续工序。
一体化解决方案的基础是产品数据管理。在整个设计和制造过程中，产品数据管理系统以一种安全的电子文本形式存贮产品及设计信息。这种信息包括机械实体模型、绘图、装配指令、产品之间的关系和工程计划等。它是以产品生命周期管理为基础，具有极强的浏览、查询、审计功能，保证技术文档管理高效、安全。
这种方案在管理方式以工作组为单位，不仅延续了一般企业固有的管理方式，而且系统具有很大的灵活性。可根据每个企业的具体情况来安排每个组的大小，也可根据实际需要增加相应的组或去掉没用的组。通过Modern或DDN专线通信，把整个系统和Internet连接起来，可浏览和修改异地设计的零件，实现异地设计。
基于PDM的CAD/CAPP/CAM/CAE系统集成框架的体系结构如图2所示。友好统一的图形用户界面使得每个用户都能浏览和存取各种工程信息。通过集中的数据库管理用户可方便地自定义数据的地址、审计和跟踪产品的整个设计和制造过程，实现并行作业，进行虚拟装配。极大地缩短产品的设计生产周期，提高了产品的质量。nextpage
三、实施过程中关键技术
实施以上集成系统，需要用到的关键技术如下：
(1)面向对象技术面向对象技术是一种新的设计和实现软件系统的方法。主要具有优异的特性：抽象性、封装性、继承性、多态性，这种方法的出现为解决大型复杂系统提供一种良好的解决方法。采用面向对象的方法，不但可以很好地解决问题，而且易于系统的扩展、维护。
(2)特征技术实现CAD/CAM集成的方法很多，但是最有前途的是基于特征设计。基于特征的设计方法其优点是：所表示的模型更完备，能面向多种应用需求；具有高层抽象信息抽象层次更高。并且提供了一个面向设计全过程并与人的认识思维趋同的智能造型环境。
(3)并行工程技术并行工程通过集成企业的一切资源，使产品开发人员尽早地考虑产品生命周期中的所有因素(包括设计、分析、制造、装配、检验、维护、成本和质量等)以达到提高产品质量降低成本，缩短开发周期的目的。
(4)产品数据管理技术要实现基于PDM的CAD/CAPP/CAM/CAE的系统集成，必须采用PDM技术和统一的数据结构。它集数据库的数据管理能力，网络的通讯能力及过程的控制能力于一体，不仅能实现分布环境中产品数据的统一管理，还能够很好实现对并行工程的支持。
除以上4种关键技术以外，实现基于PDM的CAD/CAPP/CAM/CAE集成系统还需要网络技术、Internet技术、数据库技术、虚拟装配技术、工业造型技术、参数化设计及参数驱动技术等。
四、软件平台
一体化解决方案的是基于微机的集成系统，现在WINDOWS/NT已经是成熟的32位微机操作系统，从功能和用户群来看，选择WINDOWS操作系统是一种必然。
(1)CAD软件平台建议选用SolidWorks软件。SolidWorks软件是一种在Windows环境下取代大型CAD系统的典型代表，主要是一个基于三维实体建模的CAD软件，可以与世界上最好的CAE、CAM、PDM软件产品做无缝集成。API接口能力很强，易于进行二次开发。
(2)PDM软件建议选用Smar Team软件。Smar Team管理系统是基于客户机/服务器体系结构，该产品内在的“取出可用”(Out—Of—The—BoX)特性使得用户可以方便地安装、设置进而简单快速地完成一个全面的产品管理方案。
(3)CAM软件微机上的CAM软件有Mas—terCAM、SurfCAM、PD/PM及国内自主开发的一些软件。建议选用SurfCAM软件，SurfCAM软件是一种加工能力很强的微机上的CAM软件。
(4)有限元分析软件目前已经成熟的CAE产品有COSMOS、ANYSYS、NASTRAN、PA—TRAN、JIFEX(国产)等，建议选用Cosmos软件。
(5)服务器操作系统建议选用WindowsNT。
(6)客户端操作系统建议选用Windows97/98。
(7)网络数据库建议选用Windows SQLServ—er或Oracle客户机/服务器数据库管理系统。
(8)集成开发语言选用VisualBasic、Visual C++、Java语言。
系统可根据用户的需求选用相应的软件，如设计校核软件(Design Spacefrom ANSYS)、高级上色与渲染软件(Photo Works)、运动分析软件(Work—ing Model)、塑料模具分析软件(Moldflow)、逆向工程软件(Rev Works)。SolidWorks与以上软件可达到无缝集成。CAPP因其理论的不成熟和各个企业制造环境的不同，还没有一种通用的CAPP系统可适合大部分企业。所以CAPP软件需要各个企业根据本单位零件特点和加工环境进行自主开发。
五、结论
针对目前我国中小型企业在系统集成中存在的主要问题和国际制造业的激烈竞争，本文提出了一种一体化解决方案。采用这种方案可优化企业资源配置，提高产品设计和制造的透明度，提高企业的生产效率。由于CAD/CAPP/CAM/CAE集成系统的复杂性，各个企业可根据自己的具体情况分阶段有步骤地进行实施。对本系统的进一步扩展和完善，可实现整个企业的CIMS工程。为了保证系统的顺利实施，各个企业也要相应地进行管理体制的改革，技术人员的培训等辅助性工作。
