■方俊

電腦輔助工程軟體

專題報導 航空發展百年紀念

PC硬體的繪圖功能，

近幾年來拜龐大的

遊戲軟體市場之賜，

發展可謂一日千里，

尤其成本更是大幅滑落，

致使高階電腦輔助軟體

紛紛轉移至PC平台，

形成市場群雄爭霸的局面。

■方俊

雛形設計的利器

電腦輔助工程軟體

時勢造英雄

近年來，由於國際的競爭及台灣土地、人事成本的高漲，造成傳統產業競爭力逐

漸衰退。為尋求轉型契機以創造另一波榮景，廠商除將人力密集的生產線遷往其他開

發中國家，以求降低成本外，並積極學習歐美先進國家產業轉型的經驗，發展智能設

計為主導的精緻化成品。至於競爭力較好的高科技產業，如電子、資訊及航太產業，

為能在產品的精確度、可靠度及開發時效上滿足客戶的需求，以提供最好的服務，每

家公司均不吝投入相當多的資金，設置研究發展中心或與相關學術機構合作。

在適應環境的轉型研發過程中，不論是傳統產業或高科技產業，均大量引進了電

腦輔助工具，如電腦輔助設計、製造、工程分析與工業設計（CAD / CAM / CAE /CAID）

及產品資料管理（PDM）等。

在軟體市場如此多元的需求下，相關電腦輔助軟體也如雨後春筍般地發展起來，

若依產業特性來區分，這些電腦輔助設計、製造軟體可概分為：AutoCAD、Inventor、

Unigraphics（機械製造業及鞋業）、I-DEAS（鞋業及汽車業）、CATIA（航太業及汽車

業）、SolidWorks、Pro/Engineer（電子業及資訊業）等。至於電腦輔助工程分析軟體則

有：ANSYS（一般用途及電子封裝業）及PATRAN/

NASTRAN（航太及土木業）。

其中Pro / Engineer（Pro/E）及CATIA

二種軟體目前在台灣擁有廣大的市

場，此二軟體數年前即雀屏中

選，成為國科會向校園及學

術單位大力推廣的軟體。

電腦輔助軟體發展

之初，以個人電腦（PC）

為平台的AutoCAD可

謂獨占鰲頭。它的成

功除軟體本身強大的

二維繪圖功能外，並

擁有多樣化的使用者

親和介面（user-friendly

interface），如圖像選單

（icon menu）、下拉式選單

（pull-down menu）及對話式

選單（dialog menu）等。

利用Pro/E CAD

模組軟體繪製的

葉輪設計。

逢甲大學航空系方俊副教授提供／參考林清安教授著作繪製

38 科學發展 2004年4月，376期

圖、板金、開模、數值控制工具機製造（可達

到五軸加工）、基本模流分析（外掛模組：

Plastic Advisor）、基本工程分析（外掛模組：

Pro / Mechanica）等一應俱全。若使用者需要更

精確的工程分析資料時，可直接將相關幾何實

體轉換成ANSYS規格的檔案，

運用上極為便利。

然而初期的Pro /E

使用者介面設計並不方

便，需要鍵入大量的指

令，至二○○一版仍以下拉

式選單為其主幹，包含部分的對

話式選單，只在草圖模組全面改為圖像

選單，屬於較難學習的軟體，二○○

三年最新的Wildfire版對此

一缺點已有所改善。

自動化的模具設

計軟體──UG

UG是美國航太

產業設計電腦化的先

鋒，在法國達梭公司

（Dassault）為設計幻象

戰機（Mirage）而開

發出CATIA軟體，並先後為

波音（Boeing）及空中巴士（Air

Bus）等國際航太製造公司採用後，UG漸

漸地退出航太市場，但在台灣及大陸地區的精

密模具業卻另有一片天。

相較於前述的Pro /E，UG強調的是智能引

導模式（knowledge based engineering），主畫面

也大量採用看似親和的圖像選單，並採用相當

獨特的混合形式實體建模功能，亦即在建構實

體時，除可直接叫用立方體、圓柱體等預設的

基本三維實體外，並可依需求採用點座標輸入

或草圖繪製輸入方式建構不規則形狀的實體。

此外，AutoCAD更提供了以AutoLISP及

ADSC程式語言為主的開放架構，使用者可量身

訂做適合自己公司產品的附屬指令，如此更鼓勵

了一般軟體業者投入開發出繁多的third party軟

體。所以AutoCAD持續風靡至今，使那些以工

作站為平台的高階電腦輔助軟體遠落於其後。

其間具有CAD / CAM /CAE整合能力的三

維高階軟體，如Pro /E及Unigraphics

（UG），亦分別在新竹科學園區

及台中

的中小企業發跡。

參數化的Pro/E軟體

Pro / E原流行於美國加州矽谷的高

科技電子產業，隨著台灣竹科的興起，給

予它另一個揮灑的舞台。Pro/ E強調的是參數化

的設計及資料管理，各相關檔案對同一特徵的更

新會自動完成，增加了不少的方便性，缺點是一

些未經深思熟慮的修改，常會造成特徵失敗的困

擾。

與其他高階軟體一樣，Pro / E功能相當完

整，從零組件設計、組裝、基本機構模擬、工程

採用CATIA CAD

模組繪製的自行

車設計。

逢甲大學航空系陳祁侑同學提供／參考實車G

IAN

TG

S-518

39科學發展 2004年4月，376期

析的精確及方便性。另外，I-DEAS提供了一個自

由度相當高的網點產生模組，可讓使用者單獨利

用網點產生模組，做為其他工程分析軟體的前處

理軟體。然以高階軟體而言，I-DEAS的模組並不

完備（只有CAD /CAM /CAE），最近又與UG合

併，因為其功能與UG重疊性非常高，所以定位

較不明確。

另一個高階電腦輔助軟體CATIA，由工作站

的V4版本轉植於PC平台的V5版本，使用者介面

設計得極為友善，操作自由度也非常大，讓學習

者有事半功倍之感。此軟體經波音及空中巴士採

用，並在IBM大力的行銷下，迅速在台灣工業界

占領了一席之地。

CATIA的V4版便有極高的評價，包括的功

能極為廣泛，除具備其他軟體所有的功能外，更

增加了人因工程設計分析模組（ergonomics

design & analysis）、設備與系統模組（equipment

專題報導

航空發展百年紀念

點座標輸入法類似於AutoCAD，草圖繪製輸入

法則類似於 Pro /E，然各有局限，使用起來都

不很方便，操作者必須有很強的三維座標觀念

才能得心應手。

不過UG倒是提供了非常自動化的模具精靈

（智能引導模式），協助開模作業，使人印象深

刻，或許這是許多模具業者採用此軟體的原

因。

紛紛轉攻PC平台

PC硬體的繪圖功能，近幾年來拜龐大的遊

戲軟體市場之賜，發展可謂一日千里，尤其成

本更是大幅滑落，致使高階電腦輔助軟體，如

I-DEAS及CATIA等紛紛轉移至PC平台，形成市

場群雄爭霸的局面。

以I-DEAS來說，是國科會最早以補助採購

方式在校園中推廣的電腦輔助軟體，低廉的價

錢著實吸引住校園

師生的目光。為求

時效，初期PC版的

I-DEAS軟體，是以

Exceed軟體模擬工

作站環境方式直接

轉植，因此操作畫

面幾與工作站相

同，卻也造成繪圖

環境不如Windows

方便與強大之憾，

經完全改版以配合

Windows的繪圖環

境後得以改善。

較值得一提的

是 I - D E A S曾與

ADAM高階機構分

析軟體整合，大幅

增加了模擬機構分

利用ANSYS軟體

繪製的多晶片模

組電子構裝熱傳

分析圖。

逢甲大學航空系黃煜哲同學提供

& systems）及智能模組（knowledgeware），讓

人看得眼花撩亂。尤其是強大的曲面設計功

能，讓強調流線外型設計的漢翔航空、裕隆及

中華汽車公司等飛機及汽、機車業者紛紛採

納。但CATIA剛由工作站轉植於個人電腦時，

品質極不穩定，且欠缺許多功能，所幸這些缺

失現在已完全改正。

CATIA較為人所詬病的是價位過高，動輒

上百萬元的軟體成本，非一般中小企業所能負

擔。所以法國達梭公司併購了年輕的SolidWorks

後，便將開發CATAI的經驗及技術應用其中。

SolidWorks的工作介面設計極為精緻，使用者親

善度堪稱一流，擁有CAD/CAM/CAE/PDM等功

能，並可將AutoCAD等三視圖轉換成三維立體

實體，更重要的是相對具競爭力的價格。因此

在先占先贏的軟體市場習性下，SolidWorks仍能

以後起之秀的態勢抓住使用者的目光。

在AutoCAD坐失高階電腦輔助軟體市場之

後，終於推出了所謂不受參數限制的「適應性

架構」Inventor。這套Inventor無疑是三維電腦輔

助設計及製造軟體的新生兒，與前述各軟體擁

有類似的使用者介面，但缺乏全系列的支援軟

體，因此還有很大的努力空間。

電腦輔助工程分析軟體

至於電腦輔助工程分析軟體的盛行，主要

歸功於數值模擬方法的精進，如有限元素法

（finite element method）、有限差分法（finite dif-

ference method）及有限體積法（finite volume

method）。針對固態力學為主的市場，經十餘年

的爭戰，最具代表的軟體為ANSYS及NAS-

TRAN，兩者的計算能力在伯仲之間。

ANSYS因具有類似AutoCAD的開放架構，

讓使用者可自行撰寫程式，提升其方便性。另

40 科學發展 2004年4月，376期

利用Pro/E建立的

健身踏步機幾何

模型。

設計人：台灣科大李岳樺／圖片提供：台灣科技大學機械系林清安教授

41科學發展 2004年4月，376期

專題報導

航空發展百年紀念

外，ANSYS具有熱傳

導分析功能，所以特

別獲電子封裝等公司

的青睞。它亦成功地

以低價策略在校園中

推廣，頗受學術單位

的好評。

至於NASTRAN，

則是早年受美國國家

航 空 暨 太 空 總 署

（NASA）支持而開發

的產品，現在並搭配

較方便的前處理軟體

PATRAN而得以改頭換

面，除航太業為其當

然愛用者外，土木建

築業亦多採用它做為結構的動、靜態設計與分

析的參考。近來NASTRAN又納入了ADAM及

DYTRAN等動態分析軟體，使其如虎添翼。

上述兩者承襲電腦輔助工程分析軟體一貫

的缺點，即前處理介面不太友善，所以通常需

利用CATIA或 Pro/E等CAD模組協助模型的建

構，再轉檔以進行數值分析工作，所以與前處

理軟體的溝通變得至為重要。CATIA本身功能

完整（包括基本的CAE功能），因此與其他電腦

輔助工程分析軟體的溝通上，只提供了STL及

IGES等檔案規格，似乎不如Pro /E的選擇性

多，相容性有待加強。

產業界與學術界的橋梁

在國科會深具前瞻性的推動下，近十餘年

來校園電腦輔助軟體的提倡，成果相當豐碩。

期間培育出許多熟悉電腦輔助工程技術的學

生，他們步出校園後便可直接上線工作，相對

縮減了產業界員工職前訓練的成本，同時，也

引導學術界掌握到理論與實務串聯的工具，開

創了與產業界共同合作研發新產品的契機，進

而使電腦輔助軟體成為產業界與學術界溝

通的橋梁。

相信台灣的產業

界，在積極運用電

腦輔助科技投入研

究發展下，必

能突破世

界經濟不

景 氣 的

困境，達到放眼

全球，根

留台灣的

理想。□

方俊逢甲大學航空工程學系

利用Pro/E建立

的堆高機幾何

模型。

設計人：台灣科大李岳樺／圖片提供：台灣科技大學機械系林清安教授

逢甲大學航空系鄭仙志副教授提供

利 用 M S C

PATRAN/NAS-

TRAN軟體繪製

的軸流式風扇

有限元素分析

模型。