CAD和CAM的發(fā)展史

1、摘要：機械CA才CAM術(shù)是隨著計算機和信息技術(shù)的發(fā)展而形成的新技術(shù)。 自 20 世紀(jì) 60 年代問世以來已經(jīng)過 40 多年的快速發(fā)展，現(xiàn)已成為一種高新技術(shù) 產(chǎn)業(yè)。機械CADZCAM術(shù)是20世紀(jì)最杰出的工程成就之一，也是計算機技術(shù)在 制造業(yè)中的重要應(yīng)用， 其對制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響和推動作用， 使產(chǎn)品從 設(shè)計到加工整個過程產(chǎn)生了根本性變革。目前，機械 CADZ CAM術(shù)已被廣泛應(yīng) 用于機械、電子、航天、汽車、船舶、航空、輕工等各個領(lǐng)域。關(guān)鍵字：CAD/CAM的基本概念、組成及基本類型、基本功能、軟硬件配置和CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展對于CAD計算機輔助設(shè)計）技術(shù)的發(fā)展趨勢，業(yè)內(nèi)人士早已議論紛紛

2、。其他 信息技術(shù)的發(fā)展（如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)），以及用戶需求的多樣化都成為 CAD技術(shù)完善的原 動力。智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、開放式、專業(yè)化、融合化，似乎每一個標(biāo)簽都 能貼在CAM發(fā)展坐標(biāo)上。不過，縱觀CAD發(fā)展歷史，站在技術(shù)發(fā)展的高度，我 們發(fā)現(xiàn)CAD正在呈現(xiàn)T字形發(fā)展趨勢，橫縱發(fā)展并逐漸完善。CAD橫向發(fā)展 開放式智能化凸顯“橫向”是指平臺自身的完善，開放性及智能化等都是CAD功能完善的表現(xiàn)。上世紀(jì)，50年代二維CAD乍為圖板的替代品開始，CAD便造福工業(yè)生產(chǎn)。60 年代至70年代CAD三維CAD開始興起，曲面造型與實體造型技術(shù)發(fā)展迅速， 在模具界得到了廣泛的應(yīng)用，并大大縮短了汽車等制造業(yè)的開發(fā)周期

3、。 80 年代， 隨著CAD走下價格神壇，其逐漸滲入中小企業(yè)市場。 CAD技術(shù)也逐步向開放性、 智能化方向邁進。“開放式表現(xiàn)在互通互聯(lián)， 兼容集成， 隨著企業(yè)信息化的深入， 各種信息技 術(shù)的應(yīng)用，使得CAD不再是獨立運行，而是逐步形成二維CAD與三維CAD CAPP CAM PDM ERP等系統(tǒng)的協(xié)同應(yīng)用?！?CAXA市場部總經(jīng)理楊維明向中國電子 報記者表示。而PTC公司技術(shù)客戶經(jīng)理張曉梅也向 中國電子報記者表示，開放式應(yīng)該 具體體現(xiàn)在內(nèi)核開放 軟件部分源代碼的開放。而專注于電氣CAM AUCOTE公司中國區(qū)首席代表趙海也認(rèn)為，開放式主要 表現(xiàn)在軟件本身靈活度增強， 便于客戶新型定制開發(fā)。 同

4、時與三維機械設(shè)計軟件、PLM系統(tǒng)及ERP等管理系統(tǒng)的集成更加容易。在智能化方面，業(yè)內(nèi)專家均表示， 實現(xiàn)知識工程的引入，發(fā)展專家 CAD系統(tǒng)，具有邏輯推理和決策判斷能力，是 CAD智能化的主要體現(xiàn)?！爸悄芑椭С种R工程是最重要的發(fā)展方向，新一代 的CADS統(tǒng)不僅內(nèi)植建模幾何引擎更重要的是還內(nèi)植了高級的知識引擎。有知識引擎是第四代CADS統(tǒng)的標(biāo)志?！蔽鏖T子PLM Software大中華區(qū)執(zhí)行副總裁壽 宇澄對中國電子報記者說。當(dāng)然，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展， 21 世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)將全球化，制造業(yè)也將全球化， 從獲取需求信息， 到產(chǎn)品分析設(shè)計、 選購原輔材料和零部件、 進行加工制造直至 營銷，整個生產(chǎn)過程也將全

5、球化。CAD/CAMR統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化能使設(shè)計人員對產(chǎn)品方 案在費用、流動時間和功能并行處理的并行化產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)， 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的 異地協(xié)同設(shè)計和并行產(chǎn)品開發(fā)。CAD縱向發(fā)展 挖潛行業(yè) 每個行業(yè)都有其自身的特殊性，沒有任何一個軟件能夠在任何一個行業(yè)通用。貼近行業(yè)，按需定制則是發(fā)展的必然趨勢。CAD “縱向”發(fā)展則是指基于具體行業(yè)具體應(yīng)用的CAD功能的擴展，例如我們常說的“機械CAD、“電氣CAD、“建筑CAD 等,都是CAD縱向發(fā)展的典范?！安煌男袠I(yè)領(lǐng)域關(guān)注的焦點不同。 例如，有些設(shè)計更關(guān)注產(chǎn)品的變形， 那么其對軟件的智能化要求更高， 一些重復(fù) 的業(yè)務(wù)就可以靠軟件工具幫助來實現(xiàn)。 對于大規(guī)模工業(yè)

6、協(xié)作的設(shè)計， 模塊化和標(biāo) 準(zhǔn)化顯然更重要。 對于一些研究型機構(gòu)如高校和科研院所， 或者對大規(guī)模的系統(tǒng) 做集成時，軟件的開放性尤其重要?！蔽鏖T子PLMSoftware大中華區(qū)執(zhí)行副總裁 壽宇澄表示。正是這種對行業(yè)的挖潛，體現(xiàn)出 CAD專業(yè)化趨勢?！?CAC軟件的發(fā)展一方面 需要更加通用化、更加便于學(xué)習(xí)和使用 ; 另一方面，還需要針對一些特別領(lǐng)域的 特別需要， 定制面向特別應(yīng)用的專家系統(tǒng)， 以實現(xiàn)特別行業(yè)的快速應(yīng)用。 專家系 統(tǒng)包括：機箱設(shè)計專家系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計專家系統(tǒng)、注塑模具設(shè)計專家系統(tǒng)、注 塑成型分析專家系統(tǒng)、 級進模具設(shè)計專家系統(tǒng)、 孔槽腔類加工編程專家系統(tǒng)等。 ” 張曉梅告訴中國電子報記

7、者。運用應(yīng)優(yōu)化設(shè)計流程CAD的作用不用累述，但對于企業(yè)而言關(guān)鍵點還是在于應(yīng)用。在于如何運用 CAD在研發(fā)設(shè)計中提高效率，縮短開發(fā)周期，減少后期的浪費。對于這一點，業(yè) 內(nèi)人士均認(rèn)為， 企業(yè)應(yīng)該從整個企業(yè)信息化的高度去規(guī)劃， 根據(jù)各個部門的不同 需求選擇合適的CAD軟件產(chǎn)品，并選擇合理的設(shè)計流程，確保CAD應(yīng)用效益的最 大化?！皩τ谝粋€應(yīng)用團隊， 要有合理的使用流程， 實現(xiàn)高效率和彼此之間的合作。CAD/CAM/CA集成一體化環(huán)境比單點式的應(yīng)用更高效其流程也更順暢，盡量避免多種不同的CAD/CAM/CA系統(tǒng)混用，減少PLM集成的難度，降低維護成本。用戶 有時候一開始貪便宜選擇了低成本的各種各樣 C

8、AD/CAM/CA系統(tǒng)，幾年后發(fā)現(xiàn)數(shù) 據(jù)越做越復(fù)雜， 系統(tǒng)和人員的成本越來越高， 最終得不償失。 ”壽宇澄告誡用戶 道。他還強調(diào)，企業(yè)要保證標(biāo)準(zhǔn)、流程的統(tǒng)一，數(shù)據(jù)有效地管理，并保證數(shù)據(jù)一 定程度的開放性以便于知識的重用及對外的交流。AUCOTE中國區(qū)首席代表趙海也表示：“中國用戶在使用電氣專業(yè)軟件時應(yīng)更注重設(shè)計流程的優(yōu)化， 將大量的 時間從繪圖工作中脫出身來，更多地注重設(shè)計的智能化自動化。” 當(dāng)然，也有專家告誡用戶，在軟件使用時，不要盲目貪多，最適合自己的才 是最好的。不要把時間浪費在軟件安裝和測試上。不過，國內(nèi)有許多企業(yè)， 為了提高設(shè)計效率， 會根據(jù)自己企業(yè)產(chǎn)品研制的需 要，進行CAD軟件定

9、制化開發(fā)，以期待提高產(chǎn)品研制效率。針對這種二次開發(fā)， 業(yè)內(nèi)專家表示其前提是用戶對CADE有了很高的應(yīng)用水平，否則會得不償失。比 如：軟件升級困難，PDM集成困難等。因此，專家建議用戶在條件不成熟的情況 下，盡量不要做二次開發(fā)， 可以通過更新標(biāo)準(zhǔn)化要求、 改變產(chǎn)品研制流程和設(shè)計 方法來解決設(shè)計效率的問題。CAM計算機輔助制造系統(tǒng)一般來說，計算機輔助制造（computer aided manufacturing ， CAM是指 應(yīng)用計算機來進行產(chǎn)品制造的統(tǒng)稱。 有廣義CAM和狹義CAM之分。廣義CAM指 利用計算機輔助完成從原材料到產(chǎn)品的全部制造過程， 其中包括直接制造過程和間接制造過程。狹義CA

10、M是指制造過程中某個環(huán)節(jié)應(yīng)用計算機，在計算機輔助設(shè) 計和制造（CAD/CAM中，通常是指計算機輔助機械加工（ computer aided machining ），更明確地說， 是指數(shù)控加工， 它的輸入信息是零件的工藝路線和工 序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡（刀位文件）和數(shù)控程序。CAM（computer Aided Manufacturing ，計算機輔助制造 ） ：利用計算機來進行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過程。它輸入信息是零件的工藝路線和 工序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡 （ 刀位文件 ）和數(shù)控程序。CAM （computer Aided Manufacturing ，計算

11、機輔助制造 ） 的核心是計算機數(shù)值控制 （簡稱數(shù)控 ） ，是將計算機應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。1952 年美國麻省理工學(xué)院首先研制成數(shù)控銑床。數(shù)控的特征是由編碼在穿 孔紙帶上的程序指令來控制機床。此后發(fā)展了一系列的數(shù)控機床，包括稱 為“加工中心”的多功能機床，能從刀庫中自動換刀和自動轉(zhuǎn)換工作位置， 能連續(xù)完成銳、鉆、餃、攻絲等多道工序，這些都是通過程序指令控制運 作的，只要改變程序指令就可改變加工過程，數(shù)控的這種加工靈活性稱之 為“柔性”。加工程序的編制不但需要相當(dāng)多的人工，而且容易出錯，最早的CAM便是計算機輔助加工零件編程工作。麻省理工學(xué)院于1950年研究開發(fā)數(shù)控機床的加工零件編程語

12、言APT,它是類似FORTRAN高級語言。增強了幾何定義、刀具運動等語句，應(yīng)用 APT 使編寫程序變得簡單。這種計 算機輔助編程是批處理的。CAM系統(tǒng)一般具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和過程自動化兩方面的功能。CAM所涉及的范圍，包括計算機數(shù)控，計算機輔助過程設(shè)計。市面上的 CAM軟件有：UG NX Pro/NC、CATIA、MasterCAM、SurfCAM、 SPACE-E、 CAMWOR、KSWorkNC、 TEBIS、 HyperMILL 、 Powermill 、 Gibbs CAM、 FEATURECA、Mtopsolid 、 solidcam 、 cimtron 、 vx、 esprit 、 gi

13、bbscam 、 Edgecam 等等數(shù)控除了在機床應(yīng)用以外，還廣泛地用于其它各種設(shè)備的控制，如沖壓機、火焰或等離子弧切割、激光束加工、自動繪圖儀、焊接機、裝配機、 檢查機、自動編織機、電腦繡花和服裝裁剪等，成為各個相應(yīng)行業(yè)CAM的基礎(chǔ)。計算機輔助制造系統(tǒng)是通過計算機分級結(jié)構(gòu)控制和管理制造過程的多 方面工作，它的目標(biāo)是開發(fā)一個集成的信息網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測一個廣闊的相互關(guān) 聯(lián)的制造作業(yè)范圍，并根據(jù)一個總體的管理策略控制每項作業(yè)。從自動化的角度看，數(shù)控機床加工是一個工序自動化的加工過程，加 工中心是實現(xiàn)零件部分或全部機械加工過程自動化，計算機直接控制和柔性制造系統(tǒng)是完成一族零件或不同族零件的自動化加工過程

14、，而計算機輔 助制造是計算機進入制造過程這樣一個總的概念。一個大規(guī)模的計算機輔助制造系統(tǒng)是一個計算機分級結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，它 由兩級或三級計算機組成，中央計算機控制全局，提供經(jīng)過處理的信息， 主計算機管理某一方面的工作，并對下屬的計算機工作站或微型計算機發(fā) 布指令和進行監(jiān)控，計算機工作站或微型計算機承擔(dān)單一的工藝控制過程 或管理工作。計算機輔助制造系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩方面：硬件方面有 數(shù)控機床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲裝置、檢測裝置、計算 機等，軟件方面有數(shù)據(jù)庫、計算機輔助工藝過程設(shè)計、計算機輔助數(shù)控程 序編制、計算機輔助工裝設(shè)計、計算機輔助作業(yè)計劃編制與調(diào)度、計算機 輔助質(zhì)量控

15、制等。加工中心現(xiàn)場圖片到目前為止，計算機輔助制造( CAM， Computer Aided Manufacturing )有 狹義和廣義的兩個概念。CAM的狹義概念指的是從產(chǎn)品設(shè)計到加工制造之間的一 切生產(chǎn)準(zhǔn)備活動，它包括 CAPP NC編程、工時定額的計算、生產(chǎn)計劃的制訂、 資源需求計劃的制訂等。這是最初 CAM系統(tǒng)的狹義概念。到今天，CAM勺狹義概念甚至更進一步縮小為NC編程的同義詞。CAPF已被作為一個專門的子系統(tǒng)，而 工時定額的計算、生產(chǎn)計劃的制訂、資源需求計劃的制訂則劃分給MRffi/ERP系統(tǒng)來完成。CAM勺廣義概念包括的內(nèi)容則多得多，除了上述 CAM狹義定義所包 含的所有內(nèi)容外，

16、它還包括制造活動中與物流有關(guān)的所有過程（加工、裝配、檢 驗、存貯、輸送）的監(jiān)視、控制和管理。21 世紀(jì)模具制造行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化 , 追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率 , 縮短設(shè)計周期及制造周期 ,降低生產(chǎn)成 本, 最大限度地提高模具制造業(yè)的應(yīng)變能力 ,滿足用戶需求。 具體表現(xiàn)出以下幾個 特征。1）標(biāo)準(zhǔn)化CAD/CAM系統(tǒng)可建立標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫,非標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫和模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫。標(biāo)準(zhǔn)零件庫中的零件在CAD設(shè)計中可以隨時調(diào)用，并采用GT（成組技術(shù)）生產(chǎn)。非標(biāo)準(zhǔn)零件庫中存放的零件,雖然與設(shè)計所需結(jié)構(gòu)不盡相 同,但利用系統(tǒng)自身的建模技術(shù)可以方便地進行修改 , 從而加快

17、設(shè)計過程 ,典 型模具結(jié)構(gòu)庫是在參數(shù)化設(shè)計的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的 , 按用戶要求對相似模具結(jié)構(gòu) 進行修改 , 即可生成所需要的結(jié)構(gòu)。2）集成化技術(shù) 現(xiàn)代模具設(shè)計制造系統(tǒng)不僅應(yīng)強調(diào)信息的集成 , 更應(yīng)該 強調(diào)技術(shù)、 人和管理的集成。 在開發(fā)模具制造系統(tǒng)時強調(diào)“多集成”的概念 , 即信息集成、 智能集成、 串并行工作機制集成及人員集成 , 這更適合未來制造 系統(tǒng)的需求3）智能化技術(shù) 應(yīng)用人工智能技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期 （包括產(chǎn)品設(shè)計、 制造、使用）各個環(huán)節(jié)的智能化 ,實現(xiàn)生產(chǎn)過程 （包括組織、 管理、計劃、調(diào)度、 控制等）各個環(huán)節(jié)的智能化 ,以及模具設(shè)備的智能化 ,也要實現(xiàn)人與系統(tǒng)的融 合及人在其中智能的充

18、分發(fā)揮。4）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的集成實現(xiàn) , 各種通訊協(xié) 議及制造自動化協(xié)議 , 信息通訊接口 , 系統(tǒng)操作控制策略等 , 是實現(xiàn)各種制造 系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)。 目前早已出現(xiàn)了通過 Internet 實現(xiàn)跨國界模具設(shè)計的成功例子。5) 多學(xué)科多功能綜合產(chǎn)品設(shè)計技術(shù) 未來產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計不僅用到機 械科學(xué)的理論與知識 ,而且還用到電磁學(xué)、 光學(xué)、控制理論等知識。 產(chǎn)品的開 發(fā)要進行多目標(biāo)全性能的優(yōu)化設(shè)計 ,以追求模具產(chǎn)品動靜態(tài)特性、 效率、精度、 使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。參考文獻：1、計算機輔助設(shè)計與工程分析 -化學(xué)工業(yè)出版社2、計算機輔助設(shè)計基礎(chǔ)及應(yīng)用

19、-清華大學(xué)出版社3、計算機輔助設(shè)計 -機械工業(yè)出版社4、計算機輔助設(shè)計教程 -清華大學(xué)出版社5、計算機圖形學(xué)原理教程 -電子科技大學(xué)出版社Abstract: the mechanical CAD/CAMtechnology is along with the computer and the development of information technology and the formation of new technology. Since the 1960s has been 40 years since the advent of rapid development, it has become a high-tech industry. Mechanical CAD/CAM technology is the most