計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的創(chuàng)新與變革
CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))方法在脊柱側(cè)彎矯形器領(lǐng)域應(yīng)用以后，逐漸發(fā)展為快速模板化設(shè)計(jì)和完全個(gè)性化設(shè)計(jì)兩大類。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)從最初的設(shè)想發(fā)展至今，已走過了20多年，為民用航空發(fā)展做出了很多貢獻(xiàn)。鑒于設(shè)計(jì)精度和成本效益等優(yōu)勢，CAD得到了顯著發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)集成技術(shù)的出現(xiàn)，CAD技術(shù)開始越來越多地應(yīng)用于更復(fù)雜的設(shè)計(jì)任務(wù)。
新趨勢
在下一代飛機(jī)的制造中越來越多地采用了復(fù)合材料，致使CAD軟件供應(yīng)商也在調(diào)整其解決方案。因?yàn)閺?fù)合材料機(jī)身與傳統(tǒng)機(jī)身在強(qiáng)度、剛度、特性和工藝性上有明顯不同，其機(jī)身修復(fù)就截然不同，所以對軟件中的仿真工具也要求不斷增多，而且需要將CAE集成于CAD軟件包中，幫助制造商和維修企業(yè)完成最好的設(shè)計(jì)和準(zhǔn)確地測試復(fù)合材料部件性能。
隨著軟件供應(yīng)商逐步擴(kuò)大CAD軟件的功能范圍，軟件的性能和可訪問性的局限性日趨突顯。例如，考慮波音777等大組件的數(shù)字化設(shè)計(jì)時(shí)，由于該結(jié)構(gòu)包含了300多萬個(gè)部件，所以當(dāng)用戶執(zhí)行打開文件或保存信息等操作時(shí)，CAD軟件的運(yùn)行速度比設(shè)計(jì)單個(gè)部件或由100個(gè)部件組成的組件更慢。
二維和三維軟件能通過確定設(shè)計(jì)、工程和制造各階段的影響因素，模擬真實(shí)環(huán)境自動(dòng)繪制圖像，這不僅節(jié)省時(shí)間和成本，還能為工程師提供比手繪更精確的可視化圖像。
此外，CAD軟件開發(fā)商還在努力使軟件更易上手，便于工程師在幾周內(nèi)精通CAD軟件�，F(xiàn)在，使用CAD軟件更是工程師在制造、工程、維修等領(lǐng)域從事工程工作時(shí)的必備技能。近十年來，隨著越來越多的快速成形和工裝設(shè)備的發(fā)展,以及新型輕質(zhì)材料的日趨流行，CAD軟件在航空航天制造領(lǐng)域得到了穩(wěn)步發(fā)展。
市場現(xiàn)狀
當(dāng)前，CAD市場的收入超過70億美元，為航空航天業(yè)提供CAD解決方案的最大供應(yīng)商主要有美國的Autodesk和PTC、德國的西門子和法國的達(dá)索系統(tǒng)公司，其中最受歡迎的是達(dá)索系統(tǒng)的CATIA產(chǎn)品。該產(chǎn)品集CAD、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)功能于一體。CAM利用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)控制自動(dòng)化加工，CAE可用于測試材料強(qiáng)度和疲勞壽命等特性。
另一款流行的軟件是達(dá)索系統(tǒng)的SolidWorks，它最初起源于美國，后于1997年被達(dá)索系統(tǒng)收購。SolidWorks具有廣泛的用戶群，包括Taylor-Deal航空(TDA)維修企業(yè)和航電制造商EAD宇航等。達(dá)索系統(tǒng)公司認(rèn)為CAD軟件在功能擴(kuò)展上已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了簡單的設(shè)計(jì)、建模，而是涵蓋了機(jī)械、電氣、校驗(yàn)和數(shù)據(jù)管理等多個(gè)方面。
適用于維修企業(yè)的軟件
眾所周知，CAD軟件已經(jīng)幫助飛機(jī)制造商大幅提升了制造能力，而今在飛機(jī)設(shè)計(jì)階段也逐漸開始考慮維修性。達(dá)索系統(tǒng)公司認(rèn)為，近年來最大的發(fā)展趨勢是重視擴(kuò)大下游工程，即產(chǎn)品全壽命周期中的工程活動(dòng)，也被稱為“軟性制造”。重視下游工程包括技術(shù)出版物出版、相關(guān)檢測、基于模型的定義和企業(yè)相關(guān)軟件，以及維修手冊的編寫等。
因?yàn)镃AD軟件可以為設(shè)計(jì)工程師和負(fù)責(zé)開發(fā)維修手冊的工程師提供協(xié)同環(huán)境。即設(shè)計(jì)工程師應(yīng)在設(shè)計(jì)零件和組件的同時(shí)開發(fā)維修服務(wù)手冊，并與通過SolidWorks, Catia 或其他CAD軟件包導(dǎo)出的資源文檔實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鏈接。這樣除了能夠更快速生成手冊，還能使技術(shù)出版物的編寫部門與設(shè)計(jì)工程部門保持持久關(guān)聯(lián)，從而保證手冊更新升級的及時(shí)性和手冊的準(zhǔn)確性。
通常維修企業(yè)也可以使用CAD和CAM軟件開發(fā)能夠更快速、高效地更換損傷部件的程序。目前，很多CAD軟件供應(yīng)商認(rèn)為飛機(jī)維修業(yè)是其未來業(yè)務(wù)增長的主要市場之一。但維修企業(yè)也有些特殊性，其對于成本非常敏感，并且在多個(gè)項(xiàng)目并行時(shí)更愿意尋求相關(guān)解決方案。對此，軟件供應(yīng)商為維修企業(yè)推出許多術(shù)語類桌面訂閱軟件，允許用戶根據(jù)需要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)購買更多的訂閱服務(wù)。
產(chǎn)品壽命管理解決方案
除了CAM和CAE之外，CAD的.另一分支是產(chǎn)品壽命管理(PLM)，即將材料費(fèi)、維修手冊數(shù)據(jù)、適航指令、服務(wù)通告等文檔與三維建模軟件相結(jié)合形成一種新軟件。雖然PLM是從CAD演變而來的，但它是涵蓋了從飛機(jī)的設(shè)計(jì)階段到飛機(jī)營銷階段整個(gè)過程的一種軟件系統(tǒng)。
西門子公司自2007年收購UG(Unigraphics NX)解決方案以來，其PLM軟件現(xiàn)已在市場上突顯優(yōu)勢。UG軟件最初是由美國飛機(jī)制造商麥道公司于上世紀(jì)70年代開發(fā)的，俄羅斯蘇霍伊飛機(jī)公司曾將其用于蘇霍伊“超級噴氣”100的機(jī)身設(shè)計(jì)中。
西門子認(rèn)為，制造商在早期設(shè)計(jì)階段就考慮了零部件的可維修性，這使維修企業(yè)受益良多。例如，設(shè)計(jì)人員必須確保發(fā)動(dòng)機(jī)維修人員能夠訪問到其維修所需的所有相關(guān)數(shù)據(jù)。而且通過軟件在虛擬環(huán)境中模擬人機(jī)交互，可判斷真實(shí)工作環(huán)境下工程師能否接近某個(gè)部件、能否輕松地將其修復(fù)或更換。也就是說，通過PLM軟件用戶能夠在早期階段了解到是否可以在不拆卸整臺發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下實(shí)際接近這部分組件，提供一個(gè)認(rèn)證預(yù)演。盡管這并不能取代實(shí)際的認(rèn)證過程，但是客戶可以利用這些信息證明其飛機(jī)通過了系統(tǒng)測試。
應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)
通常，CAD軟件升級的障礙是其可用性和升級成本，特別是對于一些規(guī)模小的公司而言這一問題尤為嚴(yán)重。不過近年來這一問題已開始有所解決。例如，軟件的授權(quán)模式除了傳統(tǒng)的固定價(jià)格購買模式，還引入了訂閱模式，為用戶提供租用軟件或“按需支付”合同兩種選項(xiàng)，價(jià)格范圍從幾百美元到5000美元不等。
CAD軟件能為航空制造商或維修企業(yè)帶來實(shí)實(shí)在在的投資回報(bào)，被認(rèn)為是CAD軟件的主要優(yōu)點(diǎn)之一。全球知名咨詢公司TechNavio認(rèn)為，通過使用CAD軟件能夠降低近80%的設(shè)計(jì)和研發(fā)成本。
但到底哪種CAD軟件最合適于自身的需求，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。按照經(jīng)驗(yàn)，許多公司會選擇一個(gè)主CAD軟件平臺，可能是SolidWorks、NX或Creo中的任何一個(gè)，然后再選擇一些其他輔助軟件平臺。甚至可能是將CAD軟件與公司其他系統(tǒng)相連，如與PLM相連，直接開展從模擬到材料測試等一整套工作。
云計(jì)算的出現(xiàn)大大影響了CAD的發(fā)展。由于云計(jì)算使用戶能夠創(chuàng)建適用于移動(dòng)辦公人員的私有云和適用于遠(yuǎn)程訪問的云應(yīng)用。所以預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)，云計(jì)算將進(jìn)一步影響CAD的發(fā)展，并且這也會影響維修企業(yè)對CAD及相關(guān)程序的使用方式。
例如，在進(jìn)行材料審查時(shí)，必須快速分析部件并判斷其適航性，但是有些計(jì)算工具需要1~2小時(shí)才能完成，但如果利用云端的10臺、20臺甚至100臺計(jì)算機(jī)則可在1~2分鐘內(nèi)得出結(jié)論。
另一方面，對于航空制造商而言CAD解決方案會進(jìn)一步與其他平臺集成使用，集設(shè)計(jì)、制造、工程及維修于一體。涵蓋了產(chǎn)品從早期設(shè)計(jì)到產(chǎn)品壽命結(jié)束整個(gè)過程，使用戶可以在項(xiàng)目的任何時(shí)刻介入，并能隨時(shí)訪問到需要的任何相關(guān)信息�？傊�，隨著CAD軟件功能的不斷豐富，其在民用航空領(lǐng)域發(fā)揮的作用必將越來越大。
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