國外機械設計軟件概述

呂德芳

摘 要：以分類列舉的方式介紹了目前一些機械設計軟件的名稱和性能，并充分收集各方資料，深入分析了各軟件的優勢和不足，為機械設計用戶了解各種軟件進而選擇適合自己的設計軟件提供較為全面的參考。

關鍵詞：機械設計軟件；功能；適用范圍

中圖分類號：TP391.72 文獻標識碼：A

一、 Unigraphics（UG）

UG是美國Unigraphics（UG） Unigraphics Solutions公司開發的三維參數化軟件，主要通過其虛擬產品開發（VPD）的理念提供多級化的、集成的、企業級的包括軟件產品與服務在內的完整的MCAD解決方案，是當今世界最先進的計算機輔助設計、分析和制造軟件，可以輕松實現各種復雜實體及造型的建構。隨著UG版本的不斷提高、性能的不斷增強以及功能的不斷完善，UG已經完全能滿足現代企業機械設計的要求，并已廣泛應于機械設計和機械制造的各個行業，它主要包括計算機輔助設計模塊、計算機輔助制造模塊、計算機輔助工程模塊和其他模塊。UG最早應用于美國麥道飛機公司，80年代后期引進我國以來，已廣泛應用于航空航天、汽車、通用機械、模具等領域。它不僅具有強大的實體造型（約束特征的3D模型）、曲面造型（參數化）、虛擬裝配和工程圖設計等功能，而且在設計過程中可進行有限元分析和機構運動分析，可用建立的三維模型直接生成數控代碼。另外，還提供了UGOPENGRIP和UGOPENAPI等開發模塊，便于用戶開發符合自己要求的專用系統。

UG軟件的主要特點：一是交互式環境，可以提高設計人員工作效率；全部界面可根據個人喜好定制；高品質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，可快速訪問常用命令。二是基于動態交互的操作方便、快捷，可直接在窗口中操作對象；三是基于工作流交互的操作，減少鼠標點擊次數，提高工作效率 ；四是基于智慧型操作，快速選擇，減少時間，提高效率。

UG軟件的主要缺點是不允許在零件之間定義約束，無反撤消、重復命令、不能固定跟隨刀具、不能自動保存等使用起來比較復雜，軟件相對較難掌握。

UG軟件主要適合于大型的汽車、飛機廠建立復雜的數模，零件較大、較復雜的時候，加工一般用UG做數模。對于經驗不多的設計者，使用UG混合建模，就比較適用。日產汽車以及其附屬公司就把UG產品應用于新一代汽車的設計和生產中。在擁有超過1000套PDM產品的公司中，90%均在使用UG的解決方案。

二、Pro/Engineer

Pro/Engineer系統是美國參數技術公司（ParametricTechnologyCorporation，簡稱PTC）的產品。它的單一數據庫、參數化、基于特征、全相關的概念能將設計涵蓋生產全過程并集成到一起，讓用戶能夠同時進行同一產品的設計制造工作，即并行工程。因此該軟件的應用領域主要是產品的三維實體模型、三維零件的加工、以及產品的有限元分析。Pro/Engineer是采用參數化設計的、基于特征的實體模型化系統，工程設計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，可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。 Pro/Engineer是建立在統一基層上的數據庫上，不象一些傳統的 CAD/CAM系統建立在多個數據庫上。所謂單一數據庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設計過程的任何一處發生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環節上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應在整個三維模型上。這一優點使得設計更優化，成品質量更高，產品能更好地推向市場。

Pro/E的軟件已經被我國很多大型制造企業所使用，例如，唐山軌道客車公司部署PTC產品開發系統顯著提高數據準確性及設計效率。濰柴動力使用PTC Windchill PDMLink解決方案優化其產品開發過程并提高效率。但是在曲面造型方面，Pro/E的曲面功能則不如UG，在Pro/e中，當裝配中的零件不在工作路徑下就會出錯，并且該軟件不支持布爾運算以及其它局部造型操作，限制了它的使用。

三、 AutoCAD

AutoCAD是Autodesk公司的主導產品。是最早進入國內市場的CAD軟件之一，從2.0版到R13和如今的2014版。AutoCAD有強大的二維如繪圖、編輯、剖面線和圖案繪制、尺寸標注以及二次開發等功能，同時AutoCAD正在完善三維設計模塊。AutoCAD提供AutoLISP、VBA等作為二次開發的工具，開發出許多符合實際應用的軟件。

其中MDT是autodesk三維設計軟件，是對autocad的擴展，但現在autodesk推出的AutoCAD新版本軟件中三維功能更強，操作簡單。AutoCAD使用DXF或國際化IGES文件格式，可把圖形數據傳送至其他軟件作分析計算或加工制造，還可實現AutoCAD與其他CAD系統之間的數據轉換。AutoCAD通過標準的圖像格式如PCX、GIF、JPG等實現光柵圖像的輸入和輸出，更廣泛地適用于印刷、圖像處理和動畫應用領域。AutoCAD通過與數據庫連接可存取和操作存儲在外部數據庫中的非圖形數據如材料表、零件明細表等。

一汽集團是我國最大的汽車生產集團之一，最早開始應用AutoCAD輔助制圖，編寫的專業設計輔助程序，對于提高設計質量、效率，起到了極為明顯的作用。典型的設計實例有轎車發動機缸蓋密封膠涂膠機控制凸輪曲線設計，轎車車身涂裝線自動設計，散熱器輔助設計，裝配工具設計軟件等，一汽集團成為Autodesk公司在中國的最穩定也是最大的客戶。

雖然該軟件在二維設計中無法做到參數化的全相關的尺寸處理，三維設計中的實體造型能力不足，但由于該軟件進入國內市場較早，價格便宜，使用比較簡單，因此使用者比較多。

四、 SolidWorks

SolidWorks是生信國際有限公司（SOLIDWORKS）推出的基于Windows的機械設計軟件。三維造型是該軟件的主要優勢。它完全采用Windows的窗口全中文界面，菜單操作非常簡單，支持各種運算功能，可以進行實時的全相關性的參數化尺寸驅動。配置管理是SolidWorks中非常獨特的一部分，使得你能夠在一個CAD文檔中，通過對不同參數的變換和組合，派生出不同的零件或裝配體以及具有強大的零件建模、曲面建模、鈑金設計、運動仿真和數據轉換等功能。具體地說，在SolidWorks的裝配設計中可以直接參照已有的零件生成新的零件，不論設計用"自頂而下"方法還是"自底而上"的方法進行裝配設計，SolidWorks都將以其易用的操作大幅度地提高設計的效率；SolidWorks有全面的零件實體建模功能，其豐富程度有時會出乎設計者的期望；用SolidWorks的標注和細節繪制工具，能快捷地生成完整的、符合實際產品表示的工程圖紙；SolidWorks具有全相關的鈑金設計能力，鈑金件的設計即可以先設計立體的產品也可以先按平面展開圖進行設計；SolidWorks軟件提供完整的、免費的開發工具（API），用戶可以用微軟的Visual Basic、Visual C++或其它支持OLE的編程語言建立自己的應用方案；通過數據轉換接口，SolidWorks可以很容易地將目前市場幾乎所有的機械CAD軟件集成到現在的設計環境中來，為比較評價不同的設計方案，減少設計錯誤，提高產量；SolidWorks強勁的實體建模能力和易用友好的Windows界面形成了三維產品設計的標準。機械工程師不論有無CAD的使用經驗，都能用SolidWorks提高工作效率，使企業以較低的成本、更好的質量更快將產品投放市場。而最有意義的是，用于SolidWorks的投資是容易承受的，這使得參加工程設計的所有人員都能在他們桌面上的計算機進行三維設計。以SolidWorks為核心的各種應用的集成，包括結構分析、運動分析、工程數據管理和數控加工等，因此該軟件適用于機械結構設計，SW的文件格式已成為3D軟件世界中流通率最高的格式，也是世界銷售套數最多的3D軟件（國內PRO/E更占上風）。因為價格便宜，國內的相當多的中小型企業或單位及個人都在使用Solidwoks軟件。

五、CATIA

由法國DassaultSystems（達索）公司開發，后被美國IBM公司收購的CATIA是一個全面的CAD/CAM/CAE/PDM應用系統。居世領導地位，廣泛應用于航空航天、汽車、造船、機械制造、電子、電器、消費品等行業，它的集成解決方案覆蓋所有的產品設計與制造領域，其特有的DMU電子樣機模塊功能及混合建模技術更是推動著企業競爭力和生產力的提高。CATIA對產品整個開發過程包括概念設計、詳細設計、工程分析、成品定義和制造乃至成品在整個生命周期中的使用和維護。而且CATIA能夠模擬觀察者的視野進入到零件的內部去觀察零件，使用者只要輸入人的性別、身高等特征，就會出現一個虛擬裝配的工人。

但是這套軟件的價格不便宜，目前最高版本是CATIAV5。世界上有超過13，000的用戶選擇了CATIA，著名用戶包括波音、克萊斯勒、寶馬、奔馳等一大批知名企業。其中波音飛機使用CATIA完成了波音777的電子裝配，從而確定了CATIA的領先地位。目前國內哈爾濱飛機制造公司的飛機、汽車等產品，鄭州宇通客車，廣東文沖船廠等大型制造企業就是應用CATIA軟件開發設計的。

參考文獻：

[1] Unigraphics Solutions Inc.UG CAM實用教程[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2] 陳國聰.CAD/CAM應用軟件——Pro/ENGINEER訓練教程[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3] 田東.SolidWorks三維機械設計[M].北京：機械工業出版社，2011.

[4] 曾令宜.AutoCAD2008工程繪圖教程[M].北京：高等教育出版社，2012.

（本文審稿 任秀）