毕业设计（论文）-汽车工业CADCAMCAE技术的发展研究.doc

目 录中文摘要、关键词1英文摘要、关键词2引言3第1章 汽车工业cad/cam/cae技术概述41.1 cad/cam/cae概述41.2 cad/cam/cae技术在汽车工业中运用概述4第2章 汽车工业cad/cam/cae技术的发展历程52.1 初期汽车工业cad/cam/cae技术特点52.1.1初期汽车cad/cam实际应用52.1.2初期汽车cad/cam/cae技术特点62.2 现代汽车工业cad/cam/cae技术特点7第3章 汽车工业cad/cam/cae的现状与关键技术93.1 cad/cam现状93.2 cae现状103.2.1 cae在汽车产品开发中主要作用体现113.2.2 cae分析技术难点113.3 cadcaecam集成应用12第4章 实例分析cadcaecam技术在汽车制造业中的应用134.1 cad/cae/cam系统的软硬件组成与流134.2 实施cad/ cae/ cam项目的全过程144.2.1项目需求分析144.2.2 针对企业的集成化解决方案144.2.3方案实施144.3 提高应用水平是关键15第5章 cad/cam/cae技术在汽车工业中的发展趋势及建议165.1 cad/ cam/ cae系统的智能化程度165.1.1专家系统技术的应用165.1.2 发展kbe工具165.2模具的运动仿真技术175.3创新设计将成为模具设计的主要方向175.4模具cad/ cam/ cae技术网络化185.5虚拟技术在cad/cam/ cae技术中的应用185.6模具cad/ cam/ cae集成化系统将深入发展18第6章 对中国汽车工业深入发展cad/cam/cae技术的建议196.1汽车业面临的问题196.1.1汽车制造业难题方案196.1.2我国汽车应对汽车工业困境196.2我国cad/cae/cam技术劣势206.3对我国cad/cam/cae技术发展建议23结论23致谢24参考文献252汽车工业cad/cam/cae技术的发展研究摘要：cad/cae/cam技术已广泛应用于汽车、航空航天、机械等诸多领域，特别是在汽车行业，cad/cae/cam技术的应用更为普及。当今的cad/cam/cae技术已经是衡量一个国家汽车工业水平的重要标志之一，也是衡量一个汽车制造公司技术水平的重要标志之一。在汽车工业中应用cad/cam/cae是实现多品种，高质量，短周期，低成本的有力保证。本文首先阐述了汽车工业cad/cam/cae技术自二十世纪六十年来以来的发展历程，凸显了现在cad/cam/cae技术在汽车工业中的两大特点，是实现了超大规模的集成电路和汽车管理部门可以进行综合分析。cad/cam/cae技术正在走向集成化，朝着设计、试验、生产和管理一体化系统方向发展，其关键技术是图像处理、三维产品改造技术等。作者通过对现代汽车行业运用cad/cam/cae技术的现状进行分析，阐述了汽车工业cad/cam/cae技术今后的发展方向是智能化、仿真化、集成化及创新性应用。文章最后，作者结合我国汽车行业应用cad/cam/cae技术情况，建议企业加大资金投入，大力推广、规范cad/cam/cae技术的应用。并结合企业实际情况组织专业人员对cad/cam/cae软件进行二次开发。关键词：汽车工业 cad/cam/cae技术 发展建议development process of cad/cam/cae technology of automobile industryabstract：cad / cae / cam technology has been widely used in automotive, aerospace, machinery and many other fields, especially in the automotive industry, cad / cae / cam technology to a wider public. todays cad / cam / cae technology is a measure of a countrys auto industry has been an important indication of the level is measure of a car manufacturing company is one important sign of skill level. application in the automotive industry cad / cam / cae is to achieve more variety, high quality, short cycle, low-cost powerful guarantee. this paper described the automotive industry cad / cam / cae technology six years since the twentieth century since the development process high lights the current cad / cam / cae technology in two major characteristics of the automobile industry is to achieve the ultra-large scale integrated circuits and can be integrated vehicle management analysis. cad / cam / cae technology is moving towards integration, towards the design, testing, production and management direction for the development of integrated systems, the key technology in image processing, 3d reconstruction and technology products. on the modern automobile industry through the use of cad / cam / cae technology to analyze the situation, described the automotive industry cad / cam / cae technology in the future development direction is intelligent, simulation, integration and innovative applications. finally, the automotive industry in our country application of cad / cam / cae technology, it is recommended enterprises to increase capital investment and promotion efforts, standardize cad / cam / cae technology. and the actual situation of their enterprises organized professionals cad / cam / cae software for secondary development.key words：automotive industry;cad/cam/cae technology;development prospect development proposals引 言计算机辅助设计（cad），计算机辅助制造（cam）和计算机辅助分析（cae）技术的发展十分迅速，并被誉为电力发展以来对促进生产发展最具有潜力的手段。目前它们已成为国内外汽车工业开发新产品、组织规模生产、加强市场竞争与提高夺标能力的重要手段。特别是缩短产品开发周期，提高产品性能、质量和可靠性，降低生产成本等方面起到了决定性的作用。工业发达国家的新车开发周期在采用cad/cam/cae技术后，已由过去的五年缩短为3036个月。当今的cad/cam/cae技术已经是衡量一个国家汽车工业水平的重要标志之一，也是衡量一个汽车制造公司技术水平的重要标志之一。为了改变我国汽车工业过去那种以经验设计为主，单一车型生产几十年不变的旧模式，实现多产品、高质量、短周期、成本低的生产方式，从80年代中期起，国内主要的汽车生产厂家，就陆续从国外引入了cad/cam/cae技术。第1章 汽车工业cad/cam/cae技术概述汽车制造业作为制造业的中坚，其一直是cad/cam/cae技术系统应用的先锋。cad/cam/cae技术的应用，有效的推动了汽车制造业的前进；汽车业的需求也极大地带动了cad/cam/cae技术的发展。多年来，汽车业的选型趋势一直是cad/cam/cae技术发展的晴雨表，也是业内人士关注的焦点。因此，研究cad/cam/cae技术在汽车工业中的应用有着较为重要的实际意义。1.1 cad/cam/cae概述计算机辅助设计(cad)，就是使计算机以某种模式和方法按照人们的意图去进行科学的分析和计算，并做出判断和选择，最后输出满意的设计结果和生产图纸，还可在屏幕上对设计结果进行放大、缩小、旋转、和平移等多种变换。如果用户对设计结果不满意，也可对设计图形进行修改、剪裁和拼接等处理。计算机辅助制造(cam)，就是通过直接或者间接的方式，把计算机与工厂设备联系起来，实现用计算机系统进行生产计划、管理、控制和操作的过程。计算机辅助分析(cae)，是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。1.2 cad/cam/cae技术在汽车工业中运用概述计算机辅助设计、制造与分析（cad/cam/cae）技术是指从设计到制造整个过程应用计算机进行信息处理的技术。如果把cad看成是汽车的规划构造和分析阶段，那么cam部分就是将这种规划方案具体实施的过程，而cae就是发现产品设计中的隐患，优化结构设计，提高产品质量，使汽车满足国家的法规和用户的需求的阶段。已有的统计资料表明，应用cad/cam/cae技术可以提高效率几倍甚至几十倍。例如美国的通用汽车公司，在汽车设计中应用了cad/cam/cae技术后，使得汽车设计周期有5年缩短为36个月；长春汽车研究所使用cad/cam/cae设计ca141变型车的车架后，设计周期由3个月缩短为3周。第2章 汽车工业cad/cam/cae技术的发展历程模具cad/ cae/ cam软件是改造传统模具生产方式的关键技术,是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式, 为企业提供一种有效的辅助工具, 使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。模具cad/ cae/ cam技术能显著缩短模具设计与制造周期, 降低生产成本和提高产品质量已成为模具界的共识。与任何新生事物一样, 模具cad/ cae/ cam在近20 年中经历了从简单到复杂,从试点到普及的过程。汽车工业运用cad/cam/cae已经有三十多年历史，这三十年中， cad/cam/cae技术在汽车工业中的地位越来越重要，尤其是随着现代汽车业的迅速发展，cad/cam/cae技术也不断得到发展。总的来说，cad/cam/cae技术在汽车工业中主要分为两个阶段：初期汽车工业cad/cam/cae技术及现代汽车工业cad/cam/cae技术。2.1 初期汽车工业cad/cam/cae技术特点汽车工业cad/cam技术的发展与应用，已有三十多年历史。早在20世纪60年代，美国的福特和通用两大汽车公司就开始研究如何把cad/cam/cae技术应用到车身设计中。当年福特汽车公司开发的cad/cam软件系统pdgs，目前仍在汽车模型设计、概念设计、结构设计和有限元前后处理等方面起着重要的作用。2.1.1初期汽车cad/cam实际应用汽车工业cad/cam技术的初期（20世纪60年代至80年代中期），其应用范围如图2.1所示，详细过程见图2.2所示。图2.1 初期应用cad/cam适用范围图2.2 初期应用cad/cam详解图由此可见，这个时期cad/cam技术，主要应用于生产周期的预生产阶段，即设计产品和确定制造过程阶段。这里预生产，是指生产周期中仅做一次的那些项目；制造过程和生产，指的是需要反复做的那些项目。2.1.2初期汽车cad/cam/cae技术特点初期汽车cad/cam技术发展较缓慢，而其其在汽车行业应用范围较小。虽然cad/cam技术给汽车行业带来了不小的帮助，如降低劳动量、降低成本等，但cad/cam技术由于成本高，软件水平低等因素在应用范围方面受到限制。cae技术在汽车航空方面在20世纪7080年代才实现蓬勃发展。总之，初期cad/cam/cae技术的主要特点如下:1.初期cad/cam系统的供应商忽略了生产周期中的制造控制和生产最后两个阶段，而是把它留给了其它的计算机系统供应商，一般是留给了主要从事制造控制的计算机软件系统供应商。2.初期cad/cam技术的应用范围，受到了很多的因素，例如cad系统的成本过高，软件水平较低，数据库功能少，网络接口缺乏等。3.初期cad/cam技术的应用一般是采用主机联终端的方式。例如美国克莱斯勒汽车有1740多个分时终端与30台cyber计算机相联，控制着19.5万个cad/cam过程。这样的系统，一旦出现了故障，所有相联的终端便无法工作。4.初期的cad/cam技术，重点是用于设计和绘图等关键部门。这样做可以明显地减轻人的劳动量，降低产品的成本，提高设计绘图的精度，缩短产品周期，提高生产率。5.cae在20世纪6070年代处于探索阶段，有限元技术主要针对结构分析问题进行发展，以解决航空航天技术发展过程中遇到的结构强度、刚度以及模拟实验和分析。20世纪7080年代是cae技术蓬勃发展时期，出现了大量的机械软件，软件的开发主要集中在计算精度、硬件及速度平台的匹配、计算机内存的有效利用以及磁盘空间利用上，而且有限元分析技术在结构和分析领域获得了很大的成功。2.2 现代汽车工业cad/cam/cae技术特点80年代末期，汽车工业cad/cam/cae技术应用的范围进入了一个全新的阶段，其详细过程如左下图2.3所示。从图2.3看出，cam/cae已经深入到了制造控制和生产阶段。从此以后的cad/cam/cae，具有两大突出特点；首先，由于为电子技术的进一步发展，超大规模集成电路很快商品化，价格迅速下降。因此，计算机系统和通用32位cpu做的图形工作站的价格也大幅度下降。这种工作站既有大型机计算速度和通讯接口能力，又有像pc机那样具有独立处理能力和便于使用的特点，还能够联成高速网络。便于资源共享的图形工作站广泛用于汽车工业，推动了cad/cam/cae技术的发展。其次，由于成套cad/cam技术的供应商，都开发了配有mrp的cad/cam系统，因此汽车公司管理部门可以根据mrp的报告，对生产过程进行比较、分析和管理。与此同时，还涌现出了一批成熟的cad/cam/cae软件系统。例如福特汽车公司于1991年推出了cctm(cad the master)系统，它能使全公司的每个部门都参与到某个两件零件的生产中去，从设计、制造、运输、采购到包装，甚至连配套厂商也能同时观察到两件的整个设计过程。图2.3 现代应用cad/cam应用范围从产品设计工程到产品制造工程和产品分析工程的扩展，被认为是cad/cam/cae技术应用水平的提高；而从预生产阶段到制造控制和生产阶段的扩展，则被认为是cad/cam技术质的飞跃。这种飞跃，只有通过数据库才能实现。例如波音飞机公司利用数据库制造出了世界上第一架无纸图的飞机-波音777.第3章 汽车工业cad/cam/cae的现状与关键技术汽车是一件复杂的产品，其开发流程涉及到极大地工作量，借助于先进的cad/cam/cae技术能够降低开发人员的工作量，并节约成本、提高汽车整车质量。因此可以说，cad/cam/cae技术的发展在一定程度上反映着汽车工业的发展方向。随着现代汽车业的迅速发展，研究cad/cam/cae技术的发展现状显得尤为重要。如汽车工业cad/cam/cae技术一体化的应用使得汽车工业朝着设计、试验、生产和管理一体化系统方向发展。3.1 cad/cam现状目前，发达国家的汽车工业已从cad/cam发展到了cad/cam/cae一体化和柔性生产系统（fms）和计算机集成生产系统（cims）工程。然而cad/cam技术仍是cims工程的基础和核心，也是实现自动化制造系统不可跨越的技术发展阶段。发达国家汽车工业的cad/cam技术应用范围，目前已经从二维发展到了三维、从线性发展到了非线性、从静态发展到了动态、从零部件发展到了整车；已经应用了cae技术对汽车正面、侧面、后部和顶部都在高速碰撞情况下的变形和人体在冲撞时的二次碰撞等进行分析，如福特汽车公司，过去每开发一个新车型，都要用120辆汽车进行碰撞试验，约需耗资6000万美元，采用cae技术后，只需要70辆试验车，可以节约资金2500万美元，利用工程数据库对概念设计、结构设计、汽车试验、工艺设计、工艺装备设计、技术文件文档以及生产过程进行管理，可使新车的结构设计阶段缩短到5-7个月，研究试制新车阶段缩短到12个月，从批量生产到正式投产阶段缩短到15个月。法国雷诺汽车公司应用euclid软件系统作为cad/cam的主导软件，可在概念设计方面提供自适应二维设计、自适应实体设计、参数、几何、节后的分析，实体计算以及标准零件库扥功能；在装配结构方面提供系统布置、装配设计和干涉检查等功能；在工业设计方面提高高级曲面、自适应造型、光照渲染、快速样件制作等功能，在详细设计方面提供自适应实体、曲面设计、参数化、钣金零件设计和工装设计等功能；在工程图纸和接口方面提供绘图、ansi/iso/din标准、零件库；在加工方面提供25轴加工、车削、钣金剪裁、工程数据管理和nc检测等功能；在测量和控制方面提供nc检测、三坐标测量程序设计、自由曲面控制和公差控制能功能；在仿真/分析方面提供进行有限元分析的quicksolver、无网络分析的solidsolver、后处理的quickresult、钣金成型仿真的optris及有限元分析软件nastran和运动学分析软件adams的接口。上述这些功能模块的核心，是其工程数据库系统。福特汽车公司cad/cam系统的核心是pdgs系统。这里以其车身设计为例，说明cad/cam的全过程。首先，设计人员用pdgs设计车身的草图；然后从数据库中提取该车身的轴距、轮距、长度和高度等数据，并送给计算机辅助工业设计(caid)软件系统(aries)，以便进行该车身外部和内部的实体构造设计。与此同时，工程分析人员从数据库中提取由pdgs系统生成的与该车身有关的数据，并在pdgs系统中进行前处理，然后送给cae软件系统进行工程分析，继而再送回pdgs系统做后处理。这就是几年来出现的并回工程的概念。最后把该车身的数据送到cam软件系统中进行capp和nc处理。综合上述可以看出,当前的cad/cam技术的发展,已经远远的超出了其本身的固有定义,并朝着设计、试验、生产和管理一体化系统方向发展。工程数据库则是这种发展的基础和各个应用面的“接口”。3.2 cae现状以有限元模拟分析软件为代表的cae技术在国际上的应用已有近30年的历史。近10年来，塑性变形理论在板料成型技术中的应用取得了很大的进步，使cae 技术在汽车模具制造中的应用变得成熟，将cae应用于冲压工艺设计，可使试模减少50%以上。在汽车产品研发的整个过程中，cae分析可以对汽车结构的强度、刚度、车辆的振动噪声（nvh）、舒适性（平顺性）、耐久性、多刚体动力学、碰撞、乘员的安全性，以及动力总成（发动机和变速箱）的性能等方面进行模拟（仿真）分析、预测结构（场）的性能、判断设计的合理性、优化结构设计。此外，用cae还可以对冲压成型、铸造和锻造的工艺过程进行模拟分析，优化结构设计，解决产品质量问题。由于汽车在批量生产以后改进设计的成本显著地高于汽车在研发初期改进设计的成本，cae的模拟分析主要应用在工艺设备、模具和样车制造之前，也就是从汽车产品研发初期就开始用cae进行模拟分析，及时发现产品设计中的隐患，优化结构设计，提高产品质量，使汽车满足国家的法规和用户的需求。通过cae 的优化分析，有关部门可以只对一种较优的设计方案进行试制和试验，减少试制费用，缩短新产品的研发周期，使新产品早日投入市场，增强企业的竞争力。在汽车产品批量生产以后，cae分析主要用于解决汽车在使用过程中发生的质量问题。cae、cad和试验分析相结合，显著地提高了汽车产品研发的水平。尽管现在车辆的道路试验和用户使用仍然是评价车辆性能唯一有效的途径，但是cae的最终目标是用虚拟样车的分析完全代替车辆试验。虽然目前还没有实现，但这是努力的方向。统计结果表明，应用 cae 技术后，新车开发期的费用占开发成本的比例从80%90%下降到 8%12%。例如：美国福特汽车公司2000年应用cae后，其新车型开发周期从36个月降低到1218个月；开发后期设计修改率减少了50%，原型车制造和试验成本减少了50%，投资收益提高了50%。3.2.1 cae在汽车产品开发中主要作用体现cae在汽车等机械产品的开发中应用非常广泛。如采用有限法（fem）计算机械零件的应力和变形进行强度和刚度分析、采用多体动力学方法进行汽车整车的操纵稳定性和行驶平顺性的动态仿真分析、采用有限元法进行汽车碰撞分析、采用有限元法和边界方法（bem）分析汽车的噪声等等。可以说，cae在汽车产品开发过程中所发挥的作用已经无法被取代。cae在汽车产品开发过程中的作用集中体现在三方面：1.cae极大地缩短了产品的研制周期，在建模和分析过程中采用实体造型和参数化，模型和参数的修改都很方便，最终确定合理的结构参数所需时间得到大幅度的缩短。2.减少了开发费用。相对于道路试验和室内台架试验而言，利用cae分析汽车整车及零部件的各种性能所需要的费用大幅减少。3.有利于通过优化等手段开发出性能更为优越的汽车整车和零部件。譬如通过优化车架和车身的结构参数减轻整车重量；通过优化行走系和转向系的参数提高整车的操纵稳定性和行驶平顺性等。3.2.2 cae分析技术难点关于cae分析，表明上看起来简单，实际上是有较大科技含量的一项辛苦工作。在一些情况下，找出分析对象的载荷和边界条件是非常困难的，要对分析对象的使用情况进行仔细的观察和分析，最后还要对计算结果进行分析和确认，不是像有人说的那样做cae分析很容易，所谓一按电钮，计算结果就出来了。看别人cae分析容易，自己做起来就不一定容易。cae分析入门很容易，但做好分析就不容易了。国内外的许多实例表明，cae分析人员责任重大，做好cae分析就能给公司和企业带来辉煌，做不好cae分析就会误导设计，给公司和企业带来损失。当然，从实际应用的角度来说，汽车cae作用的发挥还依赖于两个重要前提。其一是对cae技术的熟练掌握，另一个是要提供最基本的实验数据和相关数据库。这里所指的基本实验数据，是指像轮胎特性数据、道路特性数据、各种材料的力学特性等。所谓相关数据库是指企业在产品设计和开发过程中不断积累的、能够提供结构形式和主要参数（包括价格、外协情况等）的数据库。除此之外，要更好地实施cae并发挥其作用，必需与cad/capp/cam、优化技术等结合起来加以综合运用。3.3 cadcaecam集成应用cae软件系统的一个特点是与通用cad/cam软件的集成使用，即在用cad软件完成零件或装配部件的造型设计后，自动生成有限元网格并进行计算或进行结构动力学、运动学等方面的计算，如果分析计算的结果不符合设计要求则重新修改造型和计算，直到满足要求为止，极大地提高了设计水平和效率。图 4.1 cadcaecam技术集成系统示意图集成型cad/cam/cae软件的最大优点在于其集成性。在这样的环境中、用户可以直接在 实体状态下进行网格划分和边界条件的处理， cad实体模型的改变也将引起有限元模型的自动 改变，省却了cad与cae软件之间各种传输与 转换之苦，极大地提高了产品开发人员的工作效 率。此外，这种集成软件的另一个特点是，其cae 部分大都来自目前工业界普遍认同的权威分析软 件。如sdrc/ideas集成的是msc/ nastran， cosmos/m designer是autocad 和cosmos/m(fea)的集成。集成型cad/cae/cam软件以cad/cam为主，所以其分析功能都不强大，多局限于线性应力应变分析和 简单的频率(振动)分析等常见问题，但都提供了与主流cae软件的接口，以便设计人员完成更专业的分析工作。当前汽车工业cad/cam/cae的关键技术主要包括计算机图型处理技术、三维产品改造技术、数据交换技术、工程数据管理技术、计算机辅助工艺规程设计技术、数控技术以及各种分析检测技术。第4章 实例分析cadcaecam技术在汽车制造业中的应用cad/cae/cam技术已广泛应用于汽车、航空航天、机械、电子和建筑等诸多领域，特别是在汽车行业，cad/cae/cam技术的应用更为普及。在发达国家，cad/cae/cam技术的应用已有30多年的历史。通用汽车公司利用此技术每28天出一款新车型，波音777飞机从设计到加工的全过程无需一张图纸。我国在汽车行业中的骨干企业及一些企业的部分车间已较为普遍地引进了cad/ cae/ cam技术用于实际产品的开发，如零部件、覆盖件的设计，整车性能的分析、自动生成数控加工程序等。4.1 cad/cae/cam系统的软硬件组成与流1.系统工作站 可以运行于unix和nt两种平台之上，如目前流行的工作站硬件平台sgi,hp,sun,dec,ibm等； 2.工作站和数控机床之间的传输系统 可建立以太网或客户/服务器网络，实现了工作站和微机终端、数控机床、三坐标测量仪的联网使用； 3.数控加工设备 企业应根据自身的产品复杂程度、加工难度、资金状况等因素购买合适的加工设备； 4.测量及检测设备 包括三坐标测量仪在内的各种测量设备是获取设计数据的重要来源，对一些具有复杂表面形状的产品而言，利用三坐标测量仪取得表面若干点的空间位置，然后利用cad/ cam系统的曲面功能可以方便地生成零件实体模型以进行后续工作，利用三坐标测量仪在对实车测量的基础上，再适当修改，则可形成新的汽车造型；5.系统软件 cad/ cae/ cam软件系统有ug,euclid,catia,strim一100 ,ideas,ci matron ,cv等，企业应根据自身情况选用不同软件的不同模块以满足自身需求；cad/ cae/ cam系统流程如图1所示:图4.1 cad/ cae/ cam系统流程4.2 实施cad/ cae/ cam项目的全过程 以下以某汽车厂为例，论述cad/ cae/ cam项目从需求分析、方案设计及方案实施的全过程。4.2.1项目需求分析根据对企业的技术要求和现状分析，确定出企业的基本需求为:1.轻型卡车零部件的三维实体结构设计，参数化特征化结构设计；2.各类整车产品(包括前桥、车架、传动系、动力总成等)的装配设计(能完成包括自顶向下及自底向上两种工作模式)、干涉检查、自动生成装配明细表；3.产品的二维工程图绘制(符合国家尺寸标准、公差与配合、汉字标注等)；4.产品的机构运动分析、动力学分析;产品的有限元分析、结构强度分析、运动仿真模拟分析、系统动态分析和动态干涉检查;软件网络浮动，并支持汉字用户界面；5.提供国家标准汉字字库等；4.2.2 针对企业的集成化解决方案 1.总体方案设计的指导思想经过与企业技术人员、专家及领导的讨论，认为整个系统的设计和长期规划应遵循以下几大原则:集成系统方案具有先进性，考虑全面，在全国的汽车行业具有代表性，集成系统方案具有实用性、可扩展性，系统建设完毕后，短期可以见效，长期可以逐步发展、升级，集成系统应便于将来并入ci ms规划，易于与pdm.mrpii等集成；2.软件模块的选配入口通道主要功能为:视图管理、质量特性、打印机及绘图机驱动、网络支持、数据库管理、工程电子表格，设计优化迭代；3.二维绘图主要功能为:与实体相关的二维工程图生成，自动剖视图生成，自动视图布置及尺寸标注，参数化草图功能，工程图以实体造型为基础，避免了视图的尺寸错误。可生成汽车各零部件和装配的二维工程图，自动生成装配图的零件明细表；4.特征造型和实体造型主要功能为:提供基于约束的参数化特征建模，与传统的非参数化线框，曲面，实体造型有机地结合在一起，汽车各部件的实体造型，可用于设计汽车的各类结构件，用户自定义特征主要功能为:可借助用户自定义特征建立参数化标准件库；4.2.3方案实施1.在确立汽车行业的标准、规范和产品编码的基础上，逐步建立汽车行业的标准(设计标准、工艺标准、计算标准)及标准件库、通用件、常用件和互换件库，建立汽车常用材料库，建立汽车产品的历史数据库，为行业内的企业进行产品设计开发提供实用、可靠的共性基础库;2.指导帮助企业建立基于行业内的编码规范(指产品、零件、材料、图档)，通过帮助企业实际产品的开发，使其尽快掌握汽车的零部件、覆盖件、车架、传动系统、发动机的设计、装配技术等。3.在掌握利用软件进行零部件设计建模的基础上，掌握总体方案设计(自上而下的装配设计)和整车的概念设计。4.通过一实例使企业掌握产品结构分析的方法，对汽车的主要结构件(车架、发动机、动力系统、传动刹车系统)进行结构强度、刚度、受力的分析，并能对车架、发动机中的运动件进行运动学分析，得到运动特性的数据。4.3 提高应用水平是关键在设计、实施一个完整的cad/ cae/ cam工程时，应从单纯的软硬件安装调试中超出，将大量的精力用于帮助使用者提高应用水平。在计算机软硬件高度发达的今天，如何提高使用者的实际应用水平，使其真正从中获益，是推广普及高新技术手段的关键。第5章 cad/cam/cae技术在汽车工业中的发展趋势及建议本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中, 通过与计算机技术的紧密结合, 人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特征建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快、学科领域交叉之广前所未见。同时模具cad/cam/cae技术在汽车行业也飞速发展，成为缩短模具设计与制造周期、降低生产成本和提高产品质量、改造传统模具生产方式的系统工程。它以计算机软件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。随着汽车行业的发展，对cad/ cam/ cae技术不断的适应新的环境和新的挑战，寻求新的发展。 今后10 年新一代模具cad/cae/ cam系统必然是当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物, 其特点将反映在专业化、网络化、集成化和智能化6个方面。5.1 cad/ cam/ cae系统的智能化程度人工智能是计算机的几大功能之一，将人工智能引入cad/ cam/ cae系统，使其具有专家的经验和知识，具有学习、推理、联想和判断的能力，从而达到设计自动化的目的。目前提高智能化程度的路径有两条：一是继续研究专家系统技术的应用；二是开展kbe（基于知识工程）技术的研究，主要是开发基于kbe的专用工具。 5.1.1专家系统技术的应用当今生产制造商对产品质量的竞争越来越激烈，但是在生产中却无法实时地测量质量， 获得一致的质量水平是一个巨大的挑战。专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题，简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。5.1.2 发展kbe工具kbe(knowledge based engineering,基于知识工程)是通过知识的驱动和繁衍对工程问题和任务提供最佳解决方案的计算机集成处理技术。90年代以来,尽管cad/ cam/ cae技术得到了迅速发展，但其仍然无法将领域设计原理和知识同专家经验等融入到几何模型中去,因此无法实现知识型资源的重用。设计者仍然需要进行大量的重复性设计工作。为了使设计者集中精力进行创新性工作cad/ cam/ cae系统应帮助设计者从重复性的工作中解脱出来,因此下一代的机械cad/ cam/ cae系统应该利用计算机延伸以创造性思维为核心的人类专家的设计能力,尽可能地实现设计过程的自动化，这才是真正意义上的设计工具。人类专家进行设计的过程取决于专家对知识的掌握,处理和应用,没有知识就无法进行分析,判断和决策,因此设计自动化就是对知识的自动化处理。目前,kbe技术是解决这一问题最有前途的方案， kbe系统为解决传统cad/ cam/ cae系统存在的问题提出了方案,如设计原理的体现,约束是否冲突,如何在设计阶段进行产品估价,设计制造是否可行以及设计的最终产品是否符合外观要求等,同时提供优化方案。5.2模具的运动仿真技术因为冲模与注射模的结构复杂，在冲压与注射过程中，一些模具零件的运动难免产生干涉现象，特别是级进模还可能存在条料运动与模具运动的干涉，而在设计中这些现象难以发现，故只有采用仿真技术在计算机上显示其运动状态，及时改正错误的设计，以避免生产中出现问题。 5.3创新设计将成为模具设计的主要方向制造业垂直整合的模式使得世界范围内的产品销售、产品设计、产品生产和模具制造分工更明确。模具企业间通过internet网络进行异地协同设计和制造。根据企业自身的信息化程度和企业间合作的层次不同，采用的技术手段和方案有很大不同。模具cad/ cae/ cam技术在解决模具开发关键问题的过程中不断完善的同时, 也在与先进制造技术的紧密结合中得到发展,其内涵日益丰富,外延不断扩大。例如, 逆向工程是以实物模型为依据来生成数字化几何模型的设计方法, 基于逆向工程的模具开发流程正走向成熟, 并已成为模具开发的基本模式之一,流行的cad/ cam系统(如cimatron 等) 已提供专门的逆向工程功能模块。快速原型制造技术目前已从加工产品原型发展成能直接或间接制造功能零件和模具的快速成型制造, 面向快速原型的cad 软件也日益专业化, 各种文件的转换和stl 文件的修复、处理、操作等功能日臻完善, 形成了基于stl 的cad 平台。虚拟现实(virtual reality , vr) 技术在模具cad/ cam中的应用十分活跃, 集成成形工艺模拟、模具装配与运动仿真的虚拟成形平台已成为当前研究热点,基于国外虚拟设计制造软件(如adams , deneb , multigen 等) 的模具开发应用已开始出现。以因特网为代表的网络技术正在制造业中产生越来越大的影响, 基internet 的产品设计、模具开发、生产管理的异地协同开发制造模式已日益完善, 基于web 的快速模具远程制造服务系统已初步应用, 出现了以ptc 公司的winchill 软件、smarteam公司的smartgateway 软件等为代表的网络化制造的商业化软件产品。5.4模具cad/ cam/ cae技术网络化21世纪网络将全球化，制造业也将全球化，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/ cae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。5.5虚拟技术在cad/cam/ cae技术中的应用虚拟制造(vm)是一种新的制造技术，它以仿真技术、信息技术、虚拟现实技术为支撑，对产品设计、工艺规划、加工制造等生产过程进行统一建模。虚拟制造技术应用于模具生产实际是模具cad/cae/cam技术的集成和延伸，因此，模具工业今后推广应用虚拟制造技术，必须首先对当前应用于模具生产的各种先进设计与制造技术和方法进行全面、深入的消化吸收和推广应用。虚拟制造技术在国外模具工业中也有成功的应用。如美国的foundry service(fsc)公司采用虚拟制造技术对整个工艺生产过程进行仿真，并根据仿真结果更改设备参数后，成功地完成了生产系统的改造工程，节约了大量的资金。autodie公司采用虚拟制造技术后，在810个月内完成一种车型的设计与制造，一年内可以接受5种车型的模具定货。5.6模具cad/ cam/ cae集成化系统将深入发展现代cad/ cam/ cae系统已经实现了从单机到局域网的转变，目前正在与企业的intranet整合。在企业行为国际化的大潮下，在intranet的大环境下建立cad/ cam/ cae系统不久将成为现实。模具cad/ cam/ cae系统的高智能化程度也会大大提高。第6章 对中国汽车工业深入发展cad/cam/cae技术的建议汽车工业代表着一个国家制造业发展的水平。世界经济大国的经济发展无不与汽车工业有着极为密切的关系。汽车工业的前一、二名即为全球企业的冠、亚军，似乎很好的说明了这一点。汽车工业作为制造业的中坚，汽车工业一直是cad/cae/cam系统应用的先锋。cad/cae/cam技术的应用，有效地推动了汽车制造业的前进；汽车制造业的需求也带动了cad/cae/cam技术的发展。6.1汽车业面临的问题随着汽车产量的大幅度提升和保有量的相对固定，导致竞争加剧，使得每辆汽车利润大幅度下滑。如何在提高质量的前提下，在产品开发的每一个环节上降低成本，成为了汽车制造商孜孜以求的目标。而竞争的加剧，则更要求汽车制造商要更快地将高质量的新车型推向市场。6.1.1汽车制造业难题方案汽车制造业是技术密集型和劳动密集型产业。为降低生产成本和降低污染，汽车制造商往往将劳动含量高、技术含量低的配件厂建在海外。因此，协同开发、数据共享又成为节约产品上市周期的重要因素。进入二十一世纪以后，cad/cae/cam技术应用成本相对于二十年前来说，已不算太高，而产品开发的成本却不断上升，其中开发工程师的成本上升尤为明显。因此，基于以上考虑，易学好用、设计分析制造一体化的软件备受企业青睐。同时，支撑整个企业产品信息的框架式软件产品数据管理系统（pdm），也逐渐为众多汽车制造商所接受认可。6.1.2我国汽车应对汽车工业困境随着汽车行业竞争越来越激烈，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。改革开放以来，随着国民经济的高速发展，汽车工业对模具的需求量不断增长。近年来，汽车模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，特别是以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步。东风汽车公司模具厂、第一汽车模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，我国汽车行业在模具cad/cae/cam技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析cad/cae/cam软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模cad/cae/cam软件，上海交通大学模具cad国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模cad软件等在国内模具行业拥有不少的用户。6.2我国汽车cad/cae/cam技术劣势虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。与国外发达国家相比, 我国模具cad/cae/cam技术发展水平还很低, 差距很大。主要表现在以下方面:1.软件开发进度和水平低目前三维cad/cae/cam软件的核心技术目前仍掌握在欧美日等发达国家手中,占主流地位的模具cad 软件主要有prope、i2deas、u g 等,中国的三维cad/cae/cam市场几乎被国外产品完全垄断。每年中国制造企业采购三维cadpcam 软件的金额高达几十亿元,而且还在以每年20 %的速度递增。这种尴尬局面不仅使得制造企业承受了高昂的成本压力,而且支撑产品创新的核心工具受制于人,存在重大的信息和知识产权安全隐患。而我国cad/cae/cam技术研究开发未能很好地有组织、有计划、有重点地进行, 造成低水平重复劳动, 影响了软件开发的进度和水平的提高,无论是在功能上、技术上、思想上还是稳定性方面与国外的产品都有较大的差距。2.cad/cae/cam应用水平差距明显在国内的模具生产中, cad/cae/cam技术已得到广泛的应用。但对于国内一些大型模具企业,它们的cadpcam 应用状况多停留在从国外购买先进的cad/cae/cam系统