cadcam的发展及前景

CAD/CAM 的发展及前景 院系： 工学院 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 10 机电三班 姓名： * 0 学号： 00000000000000 CAD/CAM 的 发 展 及 前 景 摘 要 ： 随 着 社 会 的 发 展 用 户 对 各 类 产 品 的 质 量 、 产 品 更 新 换 代 的 速 度 ， 以 及 产 品 设 计 、 制 造 到 投 放 市 场 的 周 期 都 提 出 了 越 来 越 高 的 要 求 。 为 了 适 应 这 种 瞬 息 万 变 的 市 场 要 求 ， 则 要 求 生 产 更 具 有 柔 韧 性 ， 显 然 传 统 的 生 产 方 法 已 经 无 法 满 足 。 CAD/CAM 就 这 样 应 运 而 生 。 关 键 词 ： 市 场 要 求 、 柔 韧 性 、 CAD/CAM 一 、 CAD/CAM 的 发 展 史 1.1 CAD(Computer Aided Design） 诞 生 于 60 年 代 ， 是 美 国 麻 省 理 工 大 学 提 出 了 交 互 式 图 形 学 的 研 究 计 划 ， 由 于 当 时 硬 件 设 施 的 昂 贵 ， 只 有 美 国 通 用 汽 车 公 司 和 美 国 波 音 航 空 公 司 使 用 自 行 开 发 的 交 互 式 绘 图 系 统 。 70 年 代 ， 小 型 计 算 机 费 用 下 降 ， 美 国 工 业 界 才 开 始 广 泛 使 用 交 互 式 绘 图 系 统 。 80 年 代 ， 由 于 PC 机 的 应 用 ， CAD 得 以 迅 速 发 展 ， 出 现 了 专 门 从 事 CAD 系 统 开 发 的 公 司 。 当 时 VERSACAD 是 专 业 的 CAD 制 作 公 司 ， 所 开 发 的 CAD 软 件 功 能 强 大 ， 但 由 于 其 价 格 昂 贵 ， 故 不 能 普 遍 应 用 。 而 当 时 的 Auto desk 公 司 是 一 个 仅 有 员 工 数 人 的 小 公 司 ， 其 开 发 的 CAD 系 统 虽 然 功 能 有 限 ， 但 因 其 可 免 费 拷 贝 ， 故 在 社 会 得 以 广 泛 应 用 。 同 时 ， 由 于 该 系 统 的 开 放 性 ， 该 CAD 软 件 升 级 迅 速 。 1.2 CAM(computer Aided Manufacturing 计 算 机 辅 助 制 造 )： 利 用 计 算 机 来 进 行 生 产 设 备 管 理 控 制 和 操 作 的 过 程 。 它 输 入 信 息 是 零 件 的 工 艺 路 线 和 工 序 内 容 ， 输 出 信 息 是 刀 具 加 工 时 的 运 动 轨 迹 (刀 位 文 件 )和 数 控 程 序 。 CAM 的 核 心 是 计 算 机 数 值 控 制 ， 是 将 计 算 机 应 用 于 制 造 生 产 过 程 的 过 程 或 系 统 。 1952 年 美 国 麻 省 理 工 学 院 首 先 研 制 成 数 控 铣 床 。 数 控 的 特 征 是 由 编 码 在 穿 孔 纸 带 上 的 程 序 指 令 来 控 制 机 床 。 此 后 发 展 了 一 系 列 的 数 控 机 床 ， 包 括 称 为 “加 工 中 心 ”的 多 功 能 机 床 ， 能 从 刀 库 中 自 动 换 刀 和 自 动 转 换 工 作 位 置 ， 能 连 续 完 成 锐 、 钻 、 饺 、 攻 丝 等 多 道 计 算 机 辅 助 制 造 发 展 工 序 ， 这 些 都 是 通 过 程 序 指 令 控 制 运 作 的 ， 只 要 改 变 程 序 指 令 就 可 改 变 加 工 过 程 ， 数 控 的 这 种 加 工 灵 活 性 称 之 为 “柔 性 ”。 加 工 程 序 的 编 制 不 但 需 要 相 当 多 的 人 工 ， 而 且 容 易 出 错 ， 最 早 的 CAM 便 是 计 算 机 辅 助 加 工 零 件 编 程 工 作 。 麻 省 理 工 学 院 于 1950 年 研 究 开 发 数 控 机 床 的 加 工 零 件 编 程 语 言 APT， 它 是 类 似 FORTRAN 的 高 级 语 言 。 增 强 了 几 何 定 义 、 刀 具 运 动 等 语 句 ， 应 用 APT 使 编 写 程 序 变 得 简 单 。 这 种 计 算 机 辅 助 编 程 是 批 处 理 的 。 二 、 CAD/CAM 的 国 内 的 发 展 我 国 CAD/CAM 技 术 的 研 究 工 作 起 步 于 20 世 纪 60 年 代 末 , “六 五 ”期 间 成 套 引 进 了 CAD/CAM 系 统 , 并 不 断 开 发 和 应 用 。 到 目 前 为 止 , CAD 应 用 已 接 近 国 际 先 进 水 平 。 商 品 化 二 维 CAD 软 件 基 本 满 足 了 国 内 企 业 “甩 掉 图 板 ”的 要 求 , 并 已 产 生 一 定 的 经 济 效 益 。 我 国 三 维 CAD 软 件 在 功 能 上 也 已 达 到 国 外 同 类 产 品 水 平 。 随 着 社 会 经 济 的 发 展 , 国 有 企 业 需 要 对 传 统 的 产 品 、 设 备 和 管 理 模 式 进 行 改 造 , 以 提 高 企 业 适 应 市 场 的 能 力 , 而 采 用 CAD/CAM 是 唯 一 的 出 路 。 目 前 机 械 CAD/CAM 软 件 的 发 展 除 了 具 有 不 断 的 扩 展 功 能 外 , 主 要 基 于 建 模 技 术 、 模 型 技 术 、 数 据 管 理 技 术 、 软 件 技 术 、 智 能 技 术 等 的 优 化 发 展 。 由 于 软 件 的 特 性 和 功 能 在 很 大 程 度 上 取 决 于 开 发 人 员 的 想 象 力 , 所 以 其 发 展 趋 势 难 以 预 测 , 而 CAD/CAM 软 件 进 一 步 发 展 的 前 提 必 须 是 提 高 性 能 且 减 少 对 用 户 的 依 赖 性 , 因 此 , 必 须 对 CAD/CAM 控 制 系 统 的 设 计 方 案 不 断 优 化 。 譬 如 , 寻 求 最 佳 参 数 组 合 或 几 种 参 数 的 组 合 对 系 统 中 参 数 优 化 后 , 将 对 系 统 动 作 或 性 能 大 大 改 观 , 从 而 使 系 统 在 最 佳 方 案 上 运 行 。 判 断 最 佳 方 案 的 依 据 是 一 项 或 一 组 评 判 标 准 , 有 时 在 作 决 策 时 所 选 方 案 是 制 造 成 本 最 低 , 而 有 时 是 保 持 机 器 在 一 最 低 温 度 下 运 行 , 因 此 获 得 最 佳 设 计 的 方 法 就 是 CAD/CAM 在 优 化 设 计 中 的 恰 当 应 用 。 又 譬 如 , 加 工 过 程 中 的 数 字 控 制 (NC) 是 CAM 中 一 个 深 入 细 致 的 研 究 领 域 , 在 生 产 制 造 过 程 中 NC 已 被 广 泛 运 用 于 机 器 制 造 、 机 械 加 工 、 火 箭 发 动 机 长 丝 缠 绕 、 电 器 布 线 、 电 子 装 配 等 很 多 方 面 。 一 般 地 说 , 数 控 系 统 是 由 一 被 控 机 床 的 机 械 结 构 加 上 一 个 控 制 系 统 与 数 据 处 理 装 置 所 组 成 。 因 此 , 一 个 数 控 系 统 唯 一 的 误 差 来 源 就 是 机 床 的 响 应 精 度 了 。 若 剔 除 人 为 影 响 因 素 , 可 以 使 制 造 精 度 大 大 提 高 。 数 控 系 统 具 有 精 确 性 、 重 复 性 、 灵 活 性 和 多 样 性 。 数 字 化 CAD CAM 技 术 是 计 算 机 、 微 电 子 、 信 息 、 自 动 化 等 技 术 在 产 品 设 计 制 造 领 域 的 渗 透 、 衍 生 和 应 用 的 结 果 ， 在 国 民 经 济 的 各 个 领 域 中 得 到 了 广 泛 的 研 究 和 应 用 。 随 着 科 学 技 术 的 发 展 ， 数 字 化 CAD CAM 技 术 的 发 展 主 要 体 现 在 集 成 化 、 全 球 化 、 网 络 化 、 智 能 化 和 绿 色 化 。 三 、 CAD/CAM 的 应 用 3.1 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 。 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 孝 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 。 3.2 现 在 CAD/CAM 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/CAM 技 术 已 有 十 余 年 的 历 史 ,美 国 好 来 坞 电 影 公 司 主 要 利 用 CAD/CAM 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 作 ,用 计 算 机 真 实 地 模 拟 了 泰 克 尼 克 航 行 、 沉 船 的 全 过 程 。 此 外 ,动 画 和 广 告 制 作 中 也 充 分 利 用 了 计 算 机 造 型 技 术 ,实 质 上 也 是 一 种 虚 拟 现 实 技 术 。 虚 拟 现 实 技 术 还 被 用 于 各 种 模 拟 器 及 景 物 的 实 时 漫 游 、 娱 乐 游 戏 中 。 四 、 CAD/CAM 的 前 景 4.1 集 成 化 。 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 。 因 此 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 。 4.2 网 络 化 。 21 世 纪 制 造 业 的 全 球 化 ， 从 获 取 需 求 信 息 到 产 品 分 析 设 计 、 选 购 原 辅 材 料 和 零 部 件 、 进 行 加 工 制 造 直 至 营 销 整 个 生 产 过 程 也 将 全 球 化 。 CAD/CAM 系 统 的 网 络 化 能 使 设 计 人 员 对 产 品 方 案 在 费 用 、 流 动 时 间 和 功 能 上 并 行 处 理 的 并 行 化 产 品 设 计 应 用 系 统 能 提 供 产 品 、 进 程 和 整 个 企 业 性 能 仿 真 、 建 模 和 分 析 技 术 的 拟 实 制 造 系 统 能 开 发 自 动 化 系 统 ， 产 生 和 优 化 工 作 计 划 和 车 间 级 控 制 ， 支 持 敏 捷 制 造 的 制 造 计 划 和 控 制 应 用 系 统 。 对 生 产 过 程 中 物 流 能 进 行 管 理 的 物 料 管 理 应 用 系 统 等 。 4.3 智 能 化 。 人 工 智 能 在 CAD 中 的 应 用 主 要 集 中 在 知 识 工 程 的 引 入 发 展 专 家 CAD 系 统 。 专 家 系 统 具 有 逻 辑 推 理 和 决 策 判 断 能 力 。 它 将 许 多 实 例 和 有 关 专 业 范 围 内 的 经 验 、 准 则 结 合 在 一 起 , 给 设 计 者 更 全 面 更 可 靠 的 指 导 。 应 用 这 些 实 例 和 启 发 准 则 根 据 设 计 的 目 标 不 断 缩 小 探 索 的 范 围 使 问 题 得 到 解 决 。 4.4 网 络 化 。 网 络 化 是 CAD/DAM 发 展 趋 势 之 一 。 Internet、 Intranet 和 Extranet 技 术 的 发 展 为 CAD/CAM 系 统 开 创 了 一 个 新 天 地 。 过 去 那 种 单 人 、 单 机 的 设 计 已 不 适 应 CAD/DAM 技 术 的 发 展 ， 既 难 以 实 现 资 源 共 享 ， 并 行 工 程 及 敏 捷 制 造 的 应 用 ， 又 不 利 于 企 业 的 管 理 保 密 ， 同 时 企 业 内 部 和 企 业 间 的 信 息 交 换 也 日 益 增 多 ， 因 此 网 络 化 是 CAD/DAM 系 统 发 展 的 一 个 必 然 趋 势 ， 通 过 网 络 企 业 内 部 将 CAD、 CAM 和 CAE 以 及 管 理 与 决 策 信 息 系 统 联 成 一 体 ， 以 实 现 数 据 交 换 ， 共 享 和 集 成 ，