先进制造技术论文 王有龙 07010428 07机单.doc

CAD/CAM未来发展趋势CAD / CAM development trend of the future07机单 王有龙 07010428摘要 在现代机械制造业中，模具工业已成为国民经济中的基础工业,许多新产品的开发和生产，在很大程度上依赖于模具制造技术，特别是在汽车、轻工、电子和航天等行业中尤显重要。模具制造能力的强弱和模具制造水平的高低,已经成为衡量一个国家机械制造技术水平的重要标志之一，直接影响着国民经济中许多部门的发展。模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上发展起来的,它是计算机技术在模具生产中综合应用的一个新的飞跃。CAD/CAM技术的迅猛发展,软件、硬件水平的进一步完善,为模具工业提供了强有力的技术支持，为企业的产品设计、制造和生产水平的发展带来了质的飞跃，已经成为现代企业信息化、集成化、网络化的最优选择。Abstract In modern mechanical manufacturing，mold industry has become the basis for the national economy industries, many new product development and production，depends heavily on Die Manufacturing Technology，especially in the automotive、light industry、electronics and aerospace industries of most importance。The level of strength of die and mold manufacturing has become a national machinery manufacturing technology to measure an important indicator of the level，directly affects the development of many sectors of national economy。CAD / CAM is in the mold and mold CAD CAM were developed on the basis of development, it is computer technology in the integrated application of die production of a new leap forward。CAD / CAM technology for rapid development, software and hardware level to further improve for the tooling industry provides a strong technical support for the enterprises products designing manufacturing and production brought about a qualitative level of development of the leap, already become a modern enterprise information, integration, network optimal choice.关键词CAD/CAM 软件硬件 产品设计 未来发展 Keywords CAD/CAM Software and hardware Product Design future development引言CAD/CAM 全称computer aided design/manufacturing （计算机辅助设计/制造）21世纪制造业飞速发展，CAD/CAM在制造业中的地位越来越重要，未来CAD/CAM的发展尤为重要。 一、CAD/CAM软件概述 CAD/CAM技术起步于20世纪60年代末,经过40年左右的发展先后走过了大型机、小型机、工作站、微机时代,每个时代都有当时流行的CAD/CAM软件。现在微机平台的CAD/CAM软件占据着主导地位,国内外有一大批优秀的CAD/CAM软件。CAD/CAM技术应用范围非常广泛,从最初的机械制造的广泛应用,到现在建筑、电子、化工等领域也开始大量使用。随着CAD/CAM技术在国内不断的研发和应用,CAD/CAM技术对我国国民经济起重要的作用。 CAD/CAM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。二、常用的CAD/CAM软件1 UGUG起源于美国麦道(MD)公司的产品,1991年11月并入美国通用汽车公司EDS分部。UG由其独立子公司开发,是一个集CAD/CAM/CAE于一体的机械工程辅助系统,适用于航空、航天、汽车、通用机械以及模具等的设计、分析及制造工程。UG是将优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起,还提供了二次开发工具GRIP、UFUNG、ITK,允许用户扩展UG的功能。2 AutoCADAutoCAD是美国Autodesk公司开发的一个具有交互式和强大二维功能的绘图软件,如二维绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能,同时有部分三维功能。AutoCAD软件是目前世界上应用最广的CAD软件,占整个CAD/CAE/CAM软件市场的37%左右,在中国二维绘图CAD软件市场占有绝对优势。3 MDTMDT是Autodesk公司在基于参数化特征实体造型和曲面造型的CAD/CAM软件,它以三维设计为基础,集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体,为用户提供了从设计到制造一体化的解决方案。据称目前已经装机2万余套,国内已销售近千套。4Solidworks Solid works 是由美国Solid works公司于1995年11月研制开发的基于Windows平台的全参数化特征造型的软件,Solid Works是世界各地用户广泛使用,富有技术创新的软件系统,已经成为三维机械设计软件的标准。它可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好,用户易学易用。Solid Works软件于1996年8月由生信国际有限公司正式引入中国以来,在机械行业获得普遍应用,目前用户已经扩大到三十多万个单位。5 Pro/EngineerPro/Engineer是美国参数技术公司的产品,于1988年问世。Pro/E具有先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型和便于移植设计思想的特点,该软件用户界面友好,符合工程技术人员的机械设计思想。Pro/Engineer整个系统建立在统一的完备的数据库以及完整而多样的模型上,由于它有二十多个模块供用户选择,故能将整个设计和生产过程集成在一起。在最近几年Pro/E已成为三维机械设计领域里最富有魅力的软件,在中国模具工厂得到了非常广泛的应用。三、CAD/CAM技术的应用现状 1.CAD/CAM技术在国外的应用现状 CAD/CAM技术20世纪50年代起源于美国,经过近50年的发展,其技术和水平已经到达了相当成熟的阶段。日本、法国、德国也相继在机械制造、航空航天、汽车工业、建筑化工等行业中广泛使用CAD/CAM技术。CAD/CAM技术在发达国家已经成为国民经济的重要支柱。 2. CAD/CAM技术在我国的应用现状 我国CAD/CAM技术的应用起步于20世纪60年代末,经过40多年的研究、开发与推广应用,CAD/CAM技术已经广泛应用于国内各行各业。综合来看,CAD/CAM技术的在国内的应用主要有以下几个特点: (1)起步晚、市场份额小 我国 CAD/CAM技术应用从20世纪80年代开始,“七五”期间国家支持对24个重点机械产品进行了 CAD/CAM的开发研制工作,为我国 CAD/CAM技术的发展奠定了一定的基础。国家科委颁布实施的863计划也大大促进了 CAD/CAM技术的研究和发展。“九五”期间国家科委又颁发了19952000年我国 CAD/CAM应用工程发展纲要,将推广和应用 CAD/CAM技术作为改造传统企业的重要战略措施。有些小企业由于经济实力不足、技术人才缺乏,CAD/CAM技术还不能够完全应用到生产实践中。国内研发的CAD/CAM软件在包装和功能上与发达国家还存在差距,市场份额小。 (2)应用范围窄、层次浅 CAD/CAM技术在企业中的应用在CAD方面主要包括二维绘图、三维造型、装配造型、有限元分析和优化设计等。其中CAD二维绘图技术在企业应用情况较好,这一方面得益于国家大力推进“甩图板”工程,另一方面是由于二维绘图技术解决的是所有企业的共性问题。三维造型软件由于早期没有推出微机版本,需要在工作站环境中工作,投资较大,所以只有部分大企业有所应用。在CAM方面,目前企业普遍应用的只是数控程序编制,国内企业已经开始广泛使用华中数控系统、南京SKY系统、日本FUNUC系统、德国SIEMENS系统。而广义的 CAM只有少数大型企业采用,中小企业极少应用。 (3)功能单一、经济效益不突出 CAD/CAM技术在企业中的应用只是单元的智能技术应用,是从企业生产的几个侧面来提高效率。功能分散的CAD/CAM技术其效果是有限的,只有将 CAD、CAPP、CAM、PDM等技术集成在一起,综合应用在设计与制造生产的过程中 ,才能产生显著的经济效益。四、模具CAD/CAM技术发展趋势21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化,追求的目标是提高产品质量及生产效率,缩短设计周期及制造周期,降低生产成本,最大限度地提高模具制造业的应变能力,满足用户需求。具体表现出以下几个特征。1)标准化 CAD/CAM系统可建立标准零件数据库,非标准零件数据库和模具参数数据库。标准零件库中的零件在CAD设计中可以随时调用,并采用GT(成组技术)生产。非标准零件库中存放的零件,虽然与设计所需结构不尽相同,但利用系统自身的建模技术可以方便地进行修改,从而加快设计过程,典型模具结构库是在参数化设计的基础上实现的,按用户要求对相似模具结构进行修改,即可生成所需要的结构。2)集成化技术 现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成,更应该强调技术、人和管理的集成。在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成,这更适合未来制造系统的需求。 3)智能化技术 应用人工智能技术实现产品生命周期(包括产品设计、制造、使用)各个环节的智能化,实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等)各个环节的智能化,以及模具设备的智能化,也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。4)网络技术的应用 网络技术包括硬件与软件的集成实现,各种通讯协议及制造自动化协议,信息通讯接口,系统操作控制策略等,是实现各种制造系统自动化的基础。目前早已出现了通过Internet实现跨国界模具设计的成功例子。5)多学科多功能综合产品设计技术 未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识,而且还用到电磁学、光学、控制理论等知识。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计,以追求模具产品动静态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。6)逆向工程技术的应用 在许多情况下,一些产品并非来自设计概念,而是起源于另外一些产品或实物,要在只有产品原型或实物模型,而没有产品图样的条件下进行模具的设计和制造以便制造出产品。此时需要通过实物的测量,然后利用测量数据进行实物的CAD几何模型的重新构造,这种过程就是逆向工程RE(Reverse Engineering)。逆向工程能够缩短从设计到制造的周期,是帮助设计者实现并行工程等现代设计概念的一种强有力的工具,目前在工程上正得到越来越广泛的应用。7)快速成形技术 快速成形制造技术RPM(Rapid Prototyping &Manufacturing)是基于层制造原理,迅速制造出产品原型,而与零件的几何复杂程度丝毫无关,尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型供设计评估、装配校验、功能试验,而且还可以通过形状复制快速经济地制造出产品模具(如制造电极用于EDM加工、作为模芯消失铸造出模具等),从而避免了传统模具制造的费时、高成本的NC加工,因而RPM技术在模具制造中日益发挥着重要的作用。8）微型化 CAD/CAM正转向采用超级型计算机，以超级计算机为基础的CAD/CAM系统不断增多，功能也在不断扩大。9）最优化 大多数模具系统采用交互方式运行，发展塑性成形过程的计算机模拟技术，利用仿真技术模拟加工。10）新型化 利用CAD/CAM的新型外部设备不断问世。五、 CAD/CAM系统的发展方向 CAD/CAM软件的功能将不断得到完善和优化,逐步实现CAD/CAM无缝整体化集成。具体体现在以下几方面。 1.CAD/CAM技术应与多媒体技术更好的结合 CAD/CAM技术应与多媒体更好的结合,增强使用的灵活性。未来的人机交互界面将会更加友善和方便,还可引入触摸式、声控式等各种操作方式。把多媒体技术与CAD/CAM软件相结合,将CAD/CAM走进有声有色的世界,不仅具有强大的设计、分析、制造功能,还能使工作人员在声像结合的丰富多彩的计算机环境中工作,工作更加轻松有效。 2. CAD/CAM系统应具有高度的开发性 CAD/CAM系统的开放性主要体现在系统的工作平台、用户接口、应用开发环境及与其他系统的信息交换等方面。现在市场上的CAD/CAM产品一般都会为用户提供二次开发环境,方便用户订制自己的CAD/CAM系统,具有较好的开放性。 CAD/CAM供应商应向企业提供易学易用的二次开发工具,即开发面向行业和企业应用的专用CAD/CAM软件和数据库。 3. CAD/CAM系统应具备更好的集成性 集成就是向企业提供CAD/CAM一体化的解决方案,企业中各个环节不可分割,统一考虑。企业的整个生产过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。提高系统的集成性,从以下四方面来实现:以“甩掉图板”为目标的计算机辅助绘图与设计;以资源共享为目标的产品信息管理系统;建立全局产品模型、无纸设计、加工管理为目标的计算机三维造型、分析设计、仿真模拟、加工处理的集成系统;以控制产品生命周期为目标的优化设计,从产品性能设计、制造工艺性能设计、监测性能设计等入手进行优化设计。 4. CAD/CAM系统应具备更强的智能性 智能化设计功能是未来CAD/CAM软件的一个重要标志。CAD/CAM系统将包括专家系统、经验储存、智能库、推理规则和自动学习功能。软件开发要将产品设计加工过程直接与系统相结合,使用户轻松完成工作任务。 六、CAD/CAM技术在企业中的应用前景 CAD/CAM技术给企业带来了全面的、根本的变革,使传统的企业设计与制造发生了质的飞跃,在全国范围内受到普遍重视和广泛应用。企业要想进一步跟上时代步伐,CAD/CAM必须要把握好正确的发展方向。 1.进一步普及行业CAD/CAM技术,努力提高其应用水平 在国家各项举措的推动下,企业一定要重视CAD/CAM技术的推广和应用,不惜一切代价投入资金引进CAD/CAM技术和人才,促进CAD/CAM技术的应用迈上新台阶。 2.在CAD/CAM软件的选用上,坚