CAD_CAM集成技术发展.doc

CAD /CAM 集成技术及应用计算机辅助设计是指工程技术人员在人和计算机组成的系统中一计算机为工具，辅助人类完成产品设计分析绘图等工作，并达到提高产品设计质量缩短产品开发周期降低产品成本的目的。CAD系统的功能包括：1.概念设计2.结构设计3.装配设计4.复杂曲面设计5.工程图样绘制6.工程分析7.真实感及渲染8.数据交换接口等.计算机辅助制造有两种定义。广义一般是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动，包括工艺过程设计工装设计NC自动编程生产作业计划生产控制质量控制等。狭义一般指NC程序编制，包括刀具路径规划刀位文件生成刀具轨迹仿真及NC代码生成等。CAD与CAM的集成是通过数据传递和转换来实现 。工作步骤如下：1.CAD设计产品结构，绘制产品图样，为CAM过程准备数据；2.经数据转换口，将产品数据转换中性文件；3.CAM系统生成数据编程所需数据，并按一定标准转换成相应的中性文件：4.CAM读入中性文件，并将其转换为本系统所需格式后生成数控程序。一CAD/CAM集 成 系 统 综 述 1、简介CAD/CAM技术，即计算机辅助设计与制造，其含义是指产品设计和制造人员根据产品设计和制造流程,在计算机系统的支持下,进行设计和制造的一项技术。一般讲,一个完整的CAD/CAM系统是由计算机、外围设备及附加生产设备等硬件和控制这些硬件运行的指令、程序即软件组成。2、功能（1）几何建模：用基本几何实体及其相互关系构造零件或产品三维何模型，这是后续工作的基础；是CAD/CAM系统的核心，为产品设计、制造提供基本数据和原始信息。（2）工程分析：进行运动学、动力学、有限元分析，优化设计等。（3）工程绘图：CAD系统的重要环节，产品最终结果的表达方式。（4）工艺编程：自动决策生成产品加工所采用的加工方法、工艺路线、工艺参数加工设备。（5）数控编程：选择所需要刀具和工艺参数，确定走刀方式，生成刀具轨迹，后处理，生成NC程序。（6）模拟仿真：预测产品工作性能，检查NC代码正确性，检查制造过程几何干涉和物理撞，分析产品可制造性。（7）数据管理：提供有效的工程数据管理手段，支持产品设计与制造全过程数据信息和处理。CAM/CAD系统的组成1.CAD/CAM的概念CAM技术概念CAM技术主要是围绕着数控编程技术开始发展的。数控加工是CAD/CAM发挥效益最直接、最明显的环节之一。加工对象的形状越复杂，加工精度越高，设计更改越频繁，数控加工的优越性越容易得到发挥。因此数控编程技术受到高度重视。然而从制造的全过程看，应用计算机作为辅助手段的不仅仅是数控编程，还有许多技术和方法归类于CAM的范畴，如计算机辅助工艺规划（CAPP）、计算机辅助生产管理（CAPM）、生产活动控制（PAC）等。其中有些内容已经超出了制造过程和间接制造过程；狭义CAM则是指制造过程中某个环节上应用计算机。是对狭义CAM的一种概念性解释，其中在制造全过程的数控编程环节上应用了计算机。加工设备工艺路线文件、工序数控加工程序内容文件、零件信息CAM数控检测程序CAD技术的概念在计算机辅助下进行设计与传统的以人为核心的设计明显不同。根据产品开发计划和对产品功能的要求，不再仅仅是依靠设计者个人的知识和能力去设计，而是运用包括设计者本人和存储在计算机中的多种知识，在CAD系统和数据库的支持下进行工作。这种工作方式设计出的产品大大优于单个设计师凭个人脑力和能力设计出的产品；另外，CAD输出的结果也不仅仅是装配图和零件图，还包括设计、制造过程中应用计算机所需的各种信息。 CAD/CAM技术集成1集成化技术 集成化是CAD/CAM技术发展的一个最为显著的趋势。它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC(生产计划与控制)等各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。 国内外大量的经验表明，CAD系统的效益往往不是从其本身，而是通过CAM和PPC系统体现出来；反过来，CAM系统如果没有CAD系统的支持，花巨资引进的设备往往很难得到有效地利用；PPC系统如果没有CAD和CAM的支持，既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据，订出的计划也较难贯彻执行，所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。因此，人们着手将CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系统有机地、统一地集成在一起，从而消除“自动化孤岛”，取得最佳的效益。 2产品数据交换标准 建立统一的产品数据交换标准是实现CAD/CAM技术集成化的必要条件。 复杂机械产品的生产需要不同企业、部门的分工协作完成。由于产品信息是在不同的地点、不同的计算机和不同的CAD/CAM系统中产品，造长同一产品的信息表达差异。产品信息在各系统之间的集成现在主要采用标准格式交换法，如IGES标准、PDDI标准、PDES标准和STEP标准等。但是在朝着集成化目标发展的过程中，尤其是在解决面向CAD/CAE/CAPP/CAM、CIM、CE等的集成（信息交换、语义集成、功能集成）方面，CAD/CAM/CAPP的集成化实现CAD/CAM/CAPP集成化需要多项技术支持、人员配合及设备不断改进、更新。1.数据通信的网络化为了实现CAD/CAM/CAPP集成化，必须实现数据共享及数据实时传输，其中既要与其它用户进行数据交换，如利用互联网实现远程的数据交换、产品模型的电子数据交换等，又要能满足企业内部数据共享、数据传输，实现CADCAM、CAPP之间的共享，实现技术部门与生产现场之间的数据传输。在现代数控机床上，为了适应自动化技术的需要，都装有可供直接通信用的数据串行接口，配上光缆通信网线，前置处理器标准数据交换格式文件系统A系统B后置处理器可以实现网上边读边加工。生产现场也可直接调用设计3D图形、CAM加工程序及CAPP工艺流程。管理部门可及时获取技术数据、生产成本、工时计划等信息，便于调整生产计划和控制成本。2.软件的互容性，集成化CAD/CAM/CAPP集成化技术，既要有CAD/CAM/CAPP专用软件内部的兼容性要求，又要有网络技术、数控机床内部软件、数据管理软件、数据传输等各类软件的互容要求。3.设计与加工方法的相互支持CAD/CAM/CAPP集成技术不仅是各软件的集成与各设备的合理配置，其技术方法也需要相互支持。三维实体设计能直接用于CAM数控加工及零部件装配干涉性检查。CAM模拟加工可用于加工干涉检验，用于计算加下成本、加工工时，从而得到最佳的设计方案。CAPP根据三维实体设计和CAM模拟加工计算各工序成本和工时，便于设计方案更改、计划制定及生产管理。4.技术人员的知识结构一体化CAD/CAM/CAPP集成技术要求技术人员知识结构的一体化，技术人员要掌握相关方面的知识，用集成的观念将CAD/CAM/CAPP作为一个整体，而不是独立地进行每一部分工作。五CAD/CAM集成系统的发展趋势随着CAD/CAM技术的应用越来越广泛和深入，CAD/CAM技术的未来发展主要体现在集成化、网络化、智能化和标准化的实现上。（1）集成化随着计算机技术的发展，CAD/CAM系统已从简单、单一、相对独立的功能发展成为复杂、综合、紧密联系的功能集成系统。集成的目的是为用户进行研究、设计、试制等各项工作提供一体化支撑环境，实现在整个产品生命周期中各个分系统间信息流的畅通和综合。集成涉及功能集成、信息集成、过程集成与动态联盟中的企业集成。为提高系统集成的水平，CAD技术需要在数字化建模、产品数据管理、产品数据交换及各种CAX（CAD、CAE、CAM等技术的总称）工具的开发与集成等方面加以提高。（2）网络化网络技术的飞速发展和广泛应用，改变了传统的设计模式，将产品设计及其相关过程集成并行地进行，人们可以突破地域的限制，在广域区间和全球范围内实现协同工作和资源共享。网络技术使CAD/CAM系统实现异地、异构系统在企业间的集成成为现实。网络化CAD/CAM技术可以实现资源的取长补短和优化配置，极大地提高企业的快速响应能力和市场竞争力，“虚拟企业”、“全球制造”等先进制造模式由此应运而生。目前基于网络化的CAD/CAM技术，需要在能够提供基于网络的完善的协同设计环境提供网上多种CAD应用服务等方面提高水平。（3）智能化设计是含有高度智能的人类创造性活动。智能化CAD/CAM技术不仅是简单地将现有的人工智能技术与CAD/CAM技术相结合，更要深入研究人类认识和思维的模型，并用信息技术来表达和模拟这种模型。智能化CAD/CAM技术涉及新的设计理论与方法（如并行设计理论、大规模定制设计理论、概念设计。 CAD/CAM在汽车工业中的技术应用状况 汽车工业代表着一个国家机械制造业发展的水平，一直是CAD/CAM技术应用的先锋和大户。下面就以汽车工业为例，说明国内外机械CAD/CAM技术的应用状况。 国际上，美国福特汽车公司在CAD/CAM技术方面处于领先地位。早在80年代初，福特公司就着手CAD/CAM系统的规划，建成了以工作站为主体的环形网络系统；1985年已经有一半以上的产品设计工作使用图形终端实现；1986年新开发的TAURUS和SABLE轿车，大约70%的外板件采用CAD/CAM;90年代初全面实行产品开发的CAD/CAM,应用率可达100%。福特汽车公司提出了C3P(CAD/CAE/CAM/PDM)概念，并决定今后将采用I-DEAS软件作为其主流核心软件。 我国的CAD/CAM工作始于70年代，发展迅速，已取得了良好的经济效益。少数大型企业，如一汽、二汽等，已建立起比较完整的CAD/CAM系统，其应用水平也接近国际先进水平。许多中小企业应用CAD/CAM技术在保证产品质量、提高劳动率等方面也取得了显著的经济效益。但是总的说来，国内在CAD/CAM技术应用的深度和广度方面与国外先进水平相比还有很大差距。随着社会主义市场经济的发展，国有企业需要对传统的产品结构、生产设备和管理模式进行改造，以提高企业的活力和适应市场的应变能力，而采用CAD/CAM技术被认为是唯一的出路。 CAD在机械制造行业的应用最早，也最为广泛。采用CAD技术进行产品设计不但可以使设计人员甩掉图板，更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力；还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计，而且投入大量的人力物力及资金进行CAD/CAM软件的开发，以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。计算机辅助建筑设计(ComputerAidedArchitectureDesign，简称CAAD)是CAD在建筑方面的应用，它为建筑设计带来了一场真正的革命。随着CAAD软件从最初的二维通用绘图软件发展到如今的三维建筑模型软件，CAAD技术已开始被广为采用，这不但可以提高设计质量，缩短工程周期，还可以节约2%至5%的建设投资，而近几年来我国每年的基本建设投资都有几千亿元之多，如果全国大小近万个工程设计单位都采用CAD技术，则可以大大提高基本建设的投资效益。 CAD技术还被用于轻纺及服装行业中。以前我国纺织品及服装的花样设计、图案的协调、色彩的变化、图案的分色、描稿及配色等均由人工完成，速度慢、效率低，而目前国际市场上对纺织品及服装的要求是批量小、花色多、质量高、交货要迅速，这使得我国纺织产品在国际市场上的竞争力不强。采用CAD技术以后，大大加快了我国纺织及服装企业走向国际市场的步伐。如今，CAD技术已进入到人们的日常生活中，在电影、动画、广告和娱乐等领域大显身手。电影拍摄中利用CAD技术已有十余年的历史，美国好来坞电影公司主要利用CAD技术构造布景，可以利用虚拟现实的手法设计出人工不可能做到的布景。这不仅能节省大量的人力、物力，降低电影的拍摄成本，而且还可以给观众造成一种新奇、古怪和难以想像的环境，获得极大的票房收入。比如美国的星球大战、外星人、侏罗纪公园等科幻片以及完全用三维计算机动画制作的影片玩具总动员，都取得了极大的成功。轰动全球的大片泰坦尼克应用了大量的三维动画制