CAD／CAM的基本功能

1、第2學(xué)時(shí)1.1.2 cadcam的基本功能在cadcam系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)主要幫助人們完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)描述、工程信息表達(dá)、工程信息傳輸與轉(zhuǎn)化、結(jié)構(gòu)及過(guò)程的分析與優(yōu)化、信息管理與過(guò)程管理等工作，因此。作為cadcam系統(tǒng)，應(yīng)具備圖形圖像處理、產(chǎn)品與過(guò)程建模、信息存儲(chǔ)與管理、工程計(jì)算分析與優(yōu)化、工程信息傳輸與交換、模擬與仿真、人機(jī)交互、信息的輸入和輸出等基個(gè)功能。1圖形圖像處理機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，涉及大量的圖形圖像處理任務(wù)，如圖形的坐標(biāo)變換、裁剪、渲染、消隱處理、光照處理等，無(wú)論是cad、capp、cam，都需要用到這項(xiàng)功能，是cadcam系統(tǒng)所必備的。2產(chǎn)品與過(guò)程建模在cadcam系統(tǒng)中，對(duì)產(chǎn)品信息及其相關(guān)

2、過(guò)程信息的描述是一切工作的基礎(chǔ)。對(duì)于機(jī)電cadcam系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，幾何造型是其核心技術(shù)，因?yàn)樵跈C(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，必然要涉及大量結(jié)構(gòu)體的描述與表達(dá)，如在設(shè)計(jì)階段，需要應(yīng)用幾何造型系統(tǒng)來(lái)表達(dá)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀、大小、裝配關(guān)系等；在有限元分析中，要應(yīng)用幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分才能輸入解算器處理；在數(shù)控編程中，要應(yīng)用幾何模型來(lái)完成刀具軌跡定義和加工參數(shù)輸入等，幾何造型是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本工具。3信息存儲(chǔ)與管理由于cadcam系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量大、種類繁多，既有幾何圖形數(shù)據(jù)，又有屬性語(yǔ)義數(shù)據(jù)；既有產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)，又有生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)；既有靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，又有動(dòng)態(tài)過(guò)程數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)還相當(dāng)復(fù)雜。因此cadcam系統(tǒng)應(yīng)能提供有效的管理手段

3、，支持設(shè)計(jì)與制造全過(guò)程的信息流動(dòng)與交換。通常，cadcam系統(tǒng)采用工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)各種工程數(shù)據(jù)的管理。4工程計(jì)算分析與優(yōu)化在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，涉及大量的分析計(jì)算任務(wù)如根據(jù)產(chǎn)品幾何形狀，計(jì)算出相應(yīng)的體積、表面積、質(zhì)量、重心位置、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等幾何特件和物理特性，為系統(tǒng)進(jìn)行工程分析和數(shù)值計(jì)算提供必要的基本參數(shù)；在結(jié)構(gòu)分析中，需要進(jìn)行應(yīng)力、溫度、位移等計(jì)算；圖形處理中矩陣變換的運(yùn)算、體素之間的布爾運(yùn)算（交、并、差）等；在工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中有工藝參數(shù)的計(jì)算。因此，要求cadcam系統(tǒng)對(duì)各類計(jì)算分析的算法正確、全面，還要有較高的計(jì)算精度。cadcam系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)分析常用的方法是有限元法，這

4、是一種數(shù)值近似求解方法用來(lái)計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀零件的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性，強(qiáng)度、振動(dòng)、熱變形、磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)強(qiáng)度、應(yīng)力分布狀態(tài)等。所謂有限元法：先把一個(gè)原來(lái)是連續(xù)的物體剖分（離散）成有限個(gè)單元，且它們相互連接在有限個(gè)節(jié)點(diǎn)上（圖6.1），承受等效的節(jié)點(diǎn)載荷，并根據(jù)平衡條件來(lái)進(jìn)行分析，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件把這些單元重新組合起來(lái)，成為一個(gè)組合體再綜合求解。由于單元的個(gè)數(shù)是有限的，節(jié)點(diǎn)數(shù)目也是有限的，所以稱為有限元法。cadcam系統(tǒng)應(yīng)具有優(yōu)化求解的功能，也就是在某些條件的限制下，使產(chǎn)品或工程設(shè)計(jì)中的預(yù)定指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。優(yōu)化包括總體方案的優(yōu)化、產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、工藝參數(shù)的優(yōu)化等。優(yōu)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)中的一個(gè)重

5、要的組成部分。5工程信息傳輸與交換cadcam系統(tǒng)不是一個(gè)孤立的系統(tǒng)，它必須與其它系統(tǒng)相互聯(lián)系，即使是在cadcam內(nèi)部，各功能模塊之間也要進(jìn)行信息交換。隨著并行作業(yè)方式的推廣應(yīng)用，還存在著幾個(gè)設(shè)計(jì)者或工作小組之間的信息交換問(wèn)題，因此，cadcam系統(tǒng)應(yīng)具備良好的信息傳輸管理功能和信息交換功能。6模擬與仿真 在cad/cam系統(tǒng)內(nèi)部，建立一個(gè)實(shí)際產(chǎn)品或系統(tǒng)的數(shù)字化模型，例如機(jī)構(gòu)、機(jī)械手、機(jī)器人等，通過(guò)運(yùn)行仿真軟件，代替、模擬真實(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行，用以預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能、產(chǎn)品的制造過(guò)程和產(chǎn)品的可制造性。如數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，從軟件上實(shí)現(xiàn)零件試切的加工模擬，避免了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試帶來(lái)的人力、物力的投入以及加工設(shè)備損壞

6、的風(fēng)險(xiǎn)，減少可制造費(fèi)用，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。通常有加工軌跡仿真，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬，機(jī)器人仿真，工件、刀具、機(jī)床的碰撞、干涉檢驗(yàn)等。 7人機(jī)交互 在cad/cam系統(tǒng)中、人機(jī)接口是用戶與系統(tǒng)連接的橋梁。友好的用戶界面，是保證用戶直接而有效地完成復(fù)雜設(shè)計(jì)任務(wù)的必耍條件，除軟件界面設(shè)計(jì)外，還必須有交互設(shè)備實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間的不斷通信。8信息輸入在cad/cam系統(tǒng)中，大量的信息是以人機(jī)交互方式輸入系統(tǒng)的，但也有許多情況，如車間運(yùn)控系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)、以反求工程為基礎(chǔ)的造型系統(tǒng)等，是以計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集方式輸入的，因此cad/cam系統(tǒng)還應(yīng)具備自動(dòng)信息輸入功能。9信息輸出cad/cam系統(tǒng)的信息輸出包括各種

7、信息在顯示器上的顯示、工程圖的輸出、各種文檔的輸出和控制命令輸出等。圖形和各種信息的顯示是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的基礎(chǔ)；工程圖的輸出，是cad/cam系統(tǒng)的基本要求，盡管在某些場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)了無(wú)圖加工，但在工程設(shè)計(jì)中，二維圖形依然是表達(dá)工程信息最直觀的手段，在許多場(chǎng)合均需要輸出二維圖紙，加人工審圖、capp中的工藝圖、復(fù)雜的加工信息標(biāo)注等；文檔的輸出種類繁多，如設(shè)計(jì)文檔、工藝文檔、數(shù)控程序、程序檢驗(yàn)報(bào)方、備類調(diào)度單、質(zhì)檢單等；控制命令包括設(shè)備驅(qū)動(dòng)命令等。在上述基本功能的基礎(chǔ)上，分別構(gòu)成成cad、capp、cam中各項(xiàng)任務(wù)的具體功能，如圖1。3所示。1.1.3 cad/cam系統(tǒng)的組成與工作過(guò)程cad/cam是

8、輔助人們完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造各個(gè)環(huán)節(jié)的信息處理和輔助決策的技術(shù)，它克服了傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)和信息處理的許多缺陷，充分利用計(jì)算機(jī)的信息處理與存儲(chǔ)管理能力，結(jié)合人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)及創(chuàng)造性，形成一個(gè)人機(jī)交互、名盡所長(zhǎng)、緊密配合的系統(tǒng)。它主要研究對(duì)象的描述、系統(tǒng)的分析、方案的優(yōu)化、計(jì)算分析、工藝設(shè)計(jì)、仿真模擬、nc編程以及圖形處理等理論和工程方法。輸入的是設(shè)計(jì)要求，輸出的是制造加工信息，如圖14所示cad/cam的工作過(guò)程包括以下幾個(gè)方面：（1）通過(guò)市場(chǎng)需求調(diào)查以及用戶對(duì)產(chǎn)品性能的要求，向cad系統(tǒng)輸入設(shè)計(jì)要求，利用幾何建模功能構(gòu)造出產(chǎn)品的幾何模型，計(jì)算機(jī)特此模型轉(zhuǎn)換為內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。（2）調(diào)

9、用系統(tǒng)程序庫(kù)中的各種應(yīng)用程序?qū)Ξa(chǎn)品模型進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)構(gòu)、方案優(yōu)化分析，確定產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)方案及零部件的結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)，同時(shí)調(diào)用系統(tǒng)中的圖形庫(kù)，將設(shè)計(jì)的初步結(jié)果以圖形的方式輸出在顯示器上。（3）根據(jù)屏幕顯示的結(jié)果，對(duì)設(shè)計(jì)的初步結(jié)果作出判斷，如果不滿意，可以通過(guò)入機(jī)交互的方式進(jìn)行修改，直至滿意為止，修改后的數(shù)據(jù)仍存儲(chǔ)在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。（4）系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造信息，在分析其幾何形狀特點(diǎn)及有關(guān)技術(shù)要求后，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的結(jié)果存入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)在屏幕上顯示輸出。（5）用戶可以對(duì)工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行分析、判斷，并允許以人機(jī)交互的方式進(jìn)行修改。最終的結(jié)果可以是生產(chǎn)中需要

10、的工藝卡片或以數(shù)據(jù)接口文件的形式存人數(shù)據(jù)庫(kù)，以供后續(xù)模塊讀取。（6）利用外部設(shè)備輸出工藝卡片，作為車間生產(chǎn)加上的指導(dǎo)性文件，或由計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取工藝規(guī)程文件，生成nc加工指令，在有關(guān)設(shè)備上加工制造。（7）cadcam系統(tǒng)在生成了產(chǎn)品加工的工藝規(guī)程之后，對(duì)其進(jìn)行仿真、模擬，驗(yàn)證其是否合理、可行，還可以進(jìn)行刀具、夾具、工件之間的干涉、碰掩檢驗(yàn)。（8）將所生成的工藝文件和數(shù)控加工程序輸人生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)，進(jìn)行生產(chǎn)平衡后制訂相應(yīng)的作業(yè)計(jì)劃（包括物料采購(gòu)計(jì)劃、制造資源添置計(jì)劃、生產(chǎn)加工計(jì)劃、產(chǎn)品裝配計(jì)劃、質(zhì)量檢測(cè)計(jì)劃等）。（9）將生成的作業(yè)計(jì)劃輸入運(yùn)行控制系統(tǒng)，完成產(chǎn)品加工生產(chǎn)任務(wù)在付諸實(shí)施

11、的過(guò)程中，進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)控制、進(jìn)度控制、成本控制等，最后按要求生產(chǎn)出相應(yīng)的產(chǎn)品。由上述過(guò)程可以看出，從初始設(shè)計(jì)要求、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的中間結(jié)果到最終的產(chǎn)品生產(chǎn)，都是信息不斷產(chǎn)生、修改、交換、存取的過(guò)程。系統(tǒng)應(yīng)能保證用戶隨時(shí)觀察、修改各個(gè)階段的數(shù)據(jù)，實(shí)施編輯處理，直到獲得最佳結(jié)果。因此，cad/cam系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備支持上工作過(guò)程的基本功能。12 cadcam技術(shù)的發(fā)展回顧1.2.1 cad技術(shù)的發(fā)展cad技術(shù)大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段：1形成期 1950年美國(guó)麻省理工學(xué)院采用陰極射線管（crt）研制成功圖形顯示終端，實(shí)現(xiàn)了圖形的動(dòng)態(tài)顯示，從此結(jié)束了計(jì)算機(jī)只能處理字符數(shù)據(jù)的歷史。1950年美國(guó)麻省理工學(xué)院（mit

12、）研制出類似于示波器的圖形設(shè)備“旋風(fēng)i號(hào)”（whirlwind i），用它可以顯示簡(jiǎn)單圖形。1958年，美國(guó)calcomp公司研制出滾筒式繪圖儀；gerber公司研制出平板繪圖儀。整個(gè)50年代，人們大多采用電子管計(jì)算機(jī)，用機(jī)器語(yǔ)言編程。計(jì)算機(jī)主要用于科學(xué)計(jì)算，為之配置的圖形設(shè)備僅具有輸出功能，cad技術(shù)處于被動(dòng)式的圖形處理階段。2發(fā)展期 20世紀(jì)50年代后期出現(xiàn)了光筆，從而開(kāi)始了交互式繪圖。20世紀(jì)60年代初，開(kāi)發(fā)了屏幕菜單點(diǎn)擊、功能鍵操作、光筆定位、圖形動(dòng)態(tài)修改等交互繪圖技術(shù)。1962年美國(guó)學(xué)者ivan suthcrland開(kāi)發(fā)出第一個(gè)交互式圖形系統(tǒng)skechpad。此后，相繼出現(xiàn)了一大批c

13、ad商品軟件。如1964年美國(guó)ibm公司推出了商品化的計(jì)算機(jī)繪圖設(shè)備，美國(guó)通用汽車公司的多路分時(shí)圖形控制臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)各階段的汽車設(shè)計(jì)。60年代未，美國(guó)安裝的cad工作站已達(dá)200多臺(tái)，可供幾百人使用。但當(dāng)時(shí)由于顯示器價(jià)格昂貴，cad系統(tǒng)很難推廣應(yīng)用，到20世紀(jì)60年代未期，顯示技術(shù)產(chǎn)生了突破，顯樂(lè)器成本大幅下降，cad系統(tǒng)的性能價(jià)格比大大提高，cad用戶以每年30的速度增加。形成cad產(chǎn)業(yè)。20世紀(jì)70年代的cad技術(shù)還是以二維繪圖和三維線框圖形系統(tǒng)為主。 3成熟期 1973年誕生了第一個(gè)實(shí)體造型（solid modeling）試驗(yàn)系統(tǒng)，并于1978年推出了第一代實(shí)體造型軟件，此后的二十年中實(shí)體

14、造型技術(shù)成為cad技術(shù)發(fā)展的主流，并走向成熟，出現(xiàn)了一批以三維實(shí)體造型為核心的cad軟件系統(tǒng)。實(shí)體造型技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用大大拓寬了cad技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的cadcam商品化系統(tǒng)。70年代末，美國(guó)cad工作站安裝數(shù)量超過(guò)12000臺(tái)，使用者超過(guò)25000人。4集成期 在這個(gè)時(shí)期，圖形系統(tǒng)和cadcam工作站的銷售量與日懼增。1981年美國(guó)實(shí)際安裝cad系統(tǒng)5000套，1983年超過(guò)12000套，1988年發(fā)展到63000套。cad/am技術(shù)從大中企業(yè)向小企業(yè)擴(kuò)展，從發(fā)達(dá)國(guó)家向發(fā)展中國(guó)家擴(kuò)展，從用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展到用于工程設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)。同時(shí)，cad技術(shù)和系統(tǒng)的開(kāi)放性取決于其所用計(jì)算

15、機(jī)和系統(tǒng)軟件的開(kāi)放性。在這個(gè)時(shí)期由于微機(jī)加windows 9598nt操作系統(tǒng)與工作站加unix操作系統(tǒng)在以太網(wǎng)的環(huán)境下構(gòu)成了cad系統(tǒng)的主流工作平臺(tái)，因此，現(xiàn)在的cad技術(shù)和系統(tǒng)都具有良好的開(kāi)放性。同時(shí)，cad、cam各自對(duì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)所產(chǎn)生的巨大推動(dòng)作用已被認(rèn)同，加之設(shè)計(jì)和制造自動(dòng)化的需求，出現(xiàn)了集成化的cad/cm系統(tǒng)。1.2.2 cam技術(shù)的發(fā)展美國(guó)自1946年研制出世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)以后，就不斷地將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入機(jī)械制造領(lǐng)域。1952年首次研制成功數(shù)控（numerical control，nc）機(jī)床，該機(jī)床只需通過(guò)改變數(shù)控程序即可完成不同零件的加工，奠定了cam的硬件基礎(chǔ)。為解決加

16、工編程問(wèn)題，1955年研制成功在通用計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的自動(dòng)編程工具（apt）語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)了nc程序編制的自動(dòng)化。為了進(jìn)一步提高nc機(jī)床的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，于1958年研制成功自動(dòng)換刀鏜銑加工中心（machining center，mc），能在一次裝夾中完成多工序的集中加工。隨即于1962年，在機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上研制成功第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了物流搬運(yùn)的柔性自動(dòng)化。1962年出現(xiàn)了用一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)集中控制多臺(tái)數(shù)控機(jī)床的直接數(shù)控（direct nc，dnc），從而降低了機(jī)床數(shù)控裝置的制造成本，提高了工作的可靠性。數(shù)控機(jī)床與計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控程序編制的出現(xiàn)，成為cam硬、軟件的開(kāi)端。它將高效率與高柔性融合

17、于一體、實(shí)現(xiàn)了單機(jī)的柔性自動(dòng)化，為現(xiàn)代制造技術(shù)柔性制造技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。1967年，英國(guó)莫林公司首先建造了一條由計(jì)算機(jī)集中控制的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，稱之為“莫林24”（意即24小時(shí)連續(xù)加工）。它包括6臺(tái)加工中心和1條由計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)輸送線并用計(jì)算機(jī)編制nc程序、作業(yè)計(jì)劃和統(tǒng)計(jì)報(bào)表。緊接著美國(guó)辛辛那堤公司研制了一條與莫林24類似的系統(tǒng)，于20世紀(jì)70年代初期定名為柔性制造系統(tǒng)（flexible manufacturing system,fms）。隨著apt語(yǔ)言編程方法的廣泛應(yīng)用，編程方法的改進(jìn)和加工程序的檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)成為cam中的關(guān)鍵問(wèn)題，20世紀(jì)70年代后期，由于幾何造型技術(shù)、圖形顯示技術(shù)和數(shù)控編程

18、后置處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了交互式圖形編程系統(tǒng)，標(biāo)志著cam技術(shù)發(fā)展到了成熟階段，隨后，出現(xiàn)了加工過(guò)程仿真和加工程序檢驗(yàn)系統(tǒng)，也為cad/cam集成莫定了基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)輔助制造正向智能化、最佳化、集成化等方面發(fā)展和延伸，例如工藝設(shè)計(jì)方面的專家系統(tǒng)、智能化質(zhì)量控制系統(tǒng)、優(yōu)化作業(yè)排序與動(dòng)態(tài)調(diào)度正處于發(fā)展之中。1.2.3 capp技術(shù)的發(fā)展最早出現(xiàn)的capp系統(tǒng)是挪威工業(yè)公司于1969年開(kāi)發(fā)的autopros系統(tǒng)。早期的capp系統(tǒng)一般以成組技術(shù)為基礎(chǔ)，把零件分類歸并成族，制訂出各零件族相應(yīng)的典型工藝過(guò)程，然后按有關(guān)零件的具體工藝信息生成加工該零件的工藝規(guī)程，英國(guó)曼徹斯特大學(xué)于1980年開(kāi)發(fā)的au

19、tocap系統(tǒng)等均屬此類系統(tǒng)。這類系統(tǒng)針對(duì)性強(qiáng),只適用于特定的工廠,可移植性差，因而局限性大、適應(yīng)能力差。但派生式capp系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期短、費(fèi)用低、投資少和易于取得實(shí)際效益，是中小企業(yè)常用的方式。為了克服派生式capp系統(tǒng)的缺點(diǎn)，許多學(xué)者進(jìn)行了創(chuàng)成式capp系統(tǒng)的研究工作。創(chuàng)成式capp系統(tǒng)中不存儲(chǔ)典型工藝過(guò)程，它采用一定的邏輯算法，對(duì)輸入的幾何要素等信息進(jìn)行處理并確定加工要素，從而自動(dòng)生成工藝規(guī)程。例如美國(guó)普渡大學(xué)在1977年開(kāi)發(fā)的appas系統(tǒng)、美國(guó)普渡大學(xué)和賓州大學(xué)在1983年聯(lián)合開(kāi)發(fā)的tipps系統(tǒng)、德國(guó)阿亨大學(xué)在1980年開(kāi)發(fā)的autap系統(tǒng)等。由于工藝過(guò)程涉及的因素太多，完全自動(dòng)創(chuàng)

20、成工藝規(guī)程的通用系統(tǒng)仍停留在研究階段。從20世紀(jì)80年代中期起，創(chuàng)成式capp系統(tǒng)的研究轉(zhuǎn)向具有人工智能的專家系統(tǒng)方面，專家系統(tǒng)已成為capp的重要發(fā)展趨勢(shì)。專家系統(tǒng)可模仿工藝專家的邏輯思維方式，利用專家的知識(shí)對(duì)非確定性的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)做出邏輯決策。目前各國(guó)學(xué)者均在致力于使capp專家系統(tǒng)達(dá)到實(shí)用化和工具化。我國(guó)從20世紀(jì)70年代末期才開(kāi)始研究capp。同濟(jì)大學(xué)在1982年開(kāi)發(fā)出國(guó)內(nèi)第一個(gè)capp系統(tǒng)，即tojicap系統(tǒng)。至今國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)出上百個(gè)capp系統(tǒng)，其中有派生式、創(chuàng)成式，也有的是在人工智能技術(shù)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的專家系統(tǒng)。目前，capp主要應(yīng)用在零件的機(jī)械加工方面，但已逐漸向其它工藝領(lǐng)域擴(kuò)展，

21、如熱處理、鍛造、沖壓和裝配等，應(yīng)用前景是廣闊的。1.2.4 cadcam的集成技術(shù)cad/cam系統(tǒng)在其形成和發(fā)展過(guò)程中，針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域、用戶需求和技術(shù)環(huán)境，表現(xiàn)出不同的發(fā)展水平和構(gòu)造模式。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件組織結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)標(biāo)淮方面存在很大差異，cad和cam兩項(xiàng)技術(shù)雖然差不多是同時(shí)誕生的，但在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里卻是按照各自軌跡獨(dú)立地發(fā)展起來(lái)的。由于cad、capp、cam在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)等方面的差異各系統(tǒng)之間很難自動(dòng)完成數(shù)據(jù)交換，往往由cad生成的設(shè)計(jì)信息需要手工轉(zhuǎn)錄到capp、cam系統(tǒng)中，嚴(yán)重阻礙了cad、capp、cam效益的發(fā)揮。于是，20世紀(jì)70年代后期、80年代初提出了cad/c

22、am集成的概念，有力地推動(dòng)了cad、cam技術(shù)向著一體化和集成化的方向發(fā)展。20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了一大批工程化的cad/cam商品化軟件系統(tǒng)，其中較著名的有cadam、cadia、ug、ideas、proengineer、acis等，它們應(yīng)用于機(jī)械、航空航天、造船等領(lǐng)域。進(jìn)人20世紀(jì)90年代以來(lái)，cad/cam系統(tǒng)的集成度不斷增加，特征造型技術(shù)的成熟應(yīng)用，為從根本上解決由cad/cam的數(shù)據(jù)流無(wú)縫傳遞奠定了基礎(chǔ)，使cad/cam達(dá)到了真正意義上的集成，使得cad/cam系統(tǒng)能夠發(fā)揮出最高的效益。13 cadcam技術(shù)的應(yīng)用1.3.1 cad/cam的應(yīng)用狀況近二十年中，cad/cam是發(fā)展最

23、迅速的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)之一，也是應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛的實(shí)用技術(shù)之，它推動(dòng)了制造領(lǐng)域的革命。1990年，美國(guó)國(guó)家工程科學(xué)院對(duì)人類25年（1964一1989）的工程成就進(jìn)行評(píng)比的結(jié)果中，cad/cam技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用在十大成就中居第六位：同時(shí)，這一新技術(shù)及其應(yīng)用水平也己成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已有80以上的企業(yè)使用cad/cam技術(shù)；國(guó)內(nèi)也的70的大中型企業(yè)使用了cad/cam技術(shù)，隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的不斷發(fā)展，cad/cam系統(tǒng)的性能價(jià)格比不斷提高，使得cad/cam技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大；1990年全世界cad/cam的銷售額已經(jīng)超過(guò)100億美元并逐年增

24、加，明顯高于其它產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到20世紀(jì)90年代切，cad/cam技術(shù)的應(yīng)用已進(jìn)入近百個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。各種資料表明：公認(rèn)應(yīng)用比較成熟的是機(jī)械、電子、建筑等領(lǐng)域。表1.1出了1991一1995年全球cad/cam軟件銷售額。cad/cam軟件銷售額逐年增長(zhǎng)，銷售額年增長(zhǎng)率也逐年提高（表12）并且最近幾年有超過(guò)10的勢(shì)頭。這說(shuō)明radram系統(tǒng)的社會(huì)需求量大，應(yīng)用前景十分廣闊。航空航天、造船、機(jī)床制造、汽車都是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用cad/cam技術(shù)較早的工業(yè)部門。首光是用于飛機(jī)、船體、機(jī)床、汽車零部件的外形設(shè)計(jì)；然后進(jìn)行一系列的分析計(jì)算，如結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、仿真模擬；最后根據(jù)cad的幾何數(shù)據(jù)與加工要求

25、令成數(shù)控加工紙帶。航天部門不僅cad/cam的實(shí)施與推廣應(yīng)用做得好，而且在計(jì)算機(jī)管理力面也有較高水平；造船行業(yè)利用cad/cam系統(tǒng)提高了船體鋼板下料的精度。每艘萬(wàn)噸級(jí)的船舶僅此一項(xiàng)就書約鋼材約150200 t機(jī)床行業(yè)應(yīng)用cad/cam系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶特殊要求的快速響應(yīng)制造，縮短了設(shè)計(jì)制造周期，提高了整機(jī)質(zhì)量；電子工業(yè)應(yīng)用cad/cam技術(shù)進(jìn)行印刷電路板生產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)了不采用cad/cam根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的集成電路生產(chǎn)；在土木建筑領(lǐng)域，cad技術(shù)，可節(jié)省方案設(shè)計(jì)時(shí)問(wèn)約90、投標(biāo)時(shí)間30、重復(fù)繪制作業(yè)費(fèi)90；除此之外，cad技術(shù)還可用于輕紡服裝行業(yè)的花紋圖案與色彩設(shè)計(jì)、款式設(shè)計(jì)、排料放

26、樣及衣料裁剪；人文地質(zhì)領(lǐng)域的地理圖、地形圖、礦藏勘探圖、氣象圖、人口分布密度圖以及有關(guān)的等值線、等位面圖的繪制；電影電視中動(dòng)畫片及特技鏡頭的制作等許多力面。商品化以cad/cam軟件系統(tǒng)代表了cad/cam技術(shù)應(yīng)用的水平，目前市場(chǎng)上流行的cad/cam系統(tǒng)可大致分為兩類，類是通用集成化系統(tǒng)，如cadam、ugii、proengineeri-deascv等；另一類是單功能系統(tǒng)，如gds、gnc、ploysurf、gems等。我國(guó)在cad/cam技術(shù)方面的研究始于20世紀(jì)70年代中期，主要的研究單位是高等學(xué)校、當(dāng)時(shí)的研究?jī)?nèi)容主要圍繞二維圖形軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并在航空和造船工業(yè)首先獲得應(yīng)用，20世紀(jì)80

27、年代初，開(kāi)始成套引進(jìn)國(guó)外cad/cam系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)并應(yīng)用在少數(shù)大型企業(yè)和設(shè)計(jì)院所，取得了一定的成果。經(jīng)過(guò)“六五”起步、“七五”攻關(guān)、“八五”推廣，我國(guó)的cad/cam應(yīng)用到20世紀(jì)90年代進(jìn)入全面推廣階段，在科技部的統(tǒng)一部署下、原機(jī)械部開(kāi)展cad應(yīng)用1550工程，培育了50家應(yīng)用示范企業(yè)，帶動(dòng)了近500家cad重點(diǎn)應(yīng)用企業(yè)，與此同時(shí)，科技部、國(guó)防科工委也重點(diǎn)扶持了一批民用、國(guó)防企業(yè)推廣應(yīng)用cad/cam技術(shù)，如西安和成都飛機(jī)制造工業(yè)公司都建立廠飛機(jī)cad/cam系統(tǒng)；北京第一機(jī)床廠是國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用cad/cam技術(shù)成效顯著的企業(yè)，1994年通過(guò)了國(guó)家科委組織的byjc-cims應(yīng)

28、用工程項(xiàng)目的驗(yàn)收，并于1995年獲得美國(guó)制造工程種師協(xié)會(huì)（asme）頒發(fā)的“工業(yè)領(lǐng)先獎(jiǎng)”。至20世紀(jì)90午代后期，我國(guó)cad/cam技術(shù)的應(yīng)用企業(yè)覆蓋了重型機(jī)械、礦山機(jī)械、工程機(jī)械、電工電器、機(jī)床、航空航天、兵器、儀器儀表、建筑、服裝等行業(yè)，覆蓋面和普及率達(dá)到近70，并形成了全國(guó)范圍內(nèi)的教育培訓(xùn)體系。在大力推廣應(yīng)用cad/cam技術(shù)的同時(shí)，在各級(jí)政府和企業(yè)資助下，開(kāi)發(fā)了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件系統(tǒng)，如清華大學(xué)高華cad、華中科技大學(xué)開(kāi)發(fā)的開(kāi)目cad、北京航空航大大學(xué)開(kāi)發(fā)的華正cadcam系統(tǒng)等，這使我國(guó)的cad/cam技術(shù)研究及應(yīng)用水平有了一個(gè)較大的提高。我國(guó)科學(xué)技術(shù)部在cad應(yīng)用工程200

29、0年規(guī)劃綱要中指出：“到2000年，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)主要部門的科研、設(shè)計(jì)單位和企業(yè)中全面普及推廣cad技術(shù)，實(shí)現(xiàn)甩掉圖板（指?jìng)鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)中的描圖板），提高智能勞動(dòng)效率推廣我國(guó)cad市場(chǎng)，扶持發(fā)展以cad為突破口的我國(guó)自主創(chuàng)新的軟件產(chǎn)業(yè)，建它起我國(guó)的cad產(chǎn)業(yè)”。重點(diǎn)在機(jī)械制造業(yè)的大中型骨干企業(yè)和科研單位中普及應(yīng)用cad技術(shù)；同時(shí)，在全國(guó)各類企事業(yè)單價(jià)中大規(guī)模應(yīng)用cad技術(shù)。到2000年，機(jī)械制造業(yè)應(yīng)用cad技術(shù)的普及率和覆蓋率均達(dá)70以上，cad應(yīng)用水平達(dá)到國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家80年代未、90年代初的水平。工程設(shè)計(jì)行業(yè)cad普及率和覆蓋率均達(dá)到100，實(shí)現(xiàn)勘察設(shè)計(jì)手段從傳統(tǒng)的手工方式向現(xiàn)代化方式轉(zhuǎn)變。cad

30、應(yīng)用水平達(dá)到國(guó)際90年代中期先進(jìn)水平。廣義cad的應(yīng)用一般從繪制二維工程圖開(kāi)始，逐步深入到圖紙文檔電子化管理、三維造型、裝演渲染、有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、仿真模擬、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、制造資源管理、企業(yè)資源管理、異地協(xié)同虛擬設(shè)計(jì)制造等內(nèi)容。 1.3.2應(yīng)用cadcam的效益如前所述，cad/cam不僅本身作為一項(xiàng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)生廠巨大的經(jīng)濟(jì)效益（如表1.1），而且cad/cam的應(yīng)用，從多個(gè)方面為企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。應(yīng)用cad/cam技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，能使設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維修工作快速而高效率地進(jìn)行。例如，過(guò)去生產(chǎn)一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片要花兩年的時(shí)間而采用cad/ca

31、m技術(shù)只要兩用即可完成。美國(guó)道格拉斯公司開(kāi)發(fā)f15戰(zhàn)斗機(jī)，用cad/cam技術(shù)設(shè)計(jì)、試制，生產(chǎn)第一架飛機(jī)即解決了發(fā)動(dòng)機(jī)氣道和機(jī)艙密封等關(guān)鍵問(wèn)題；美國(guó)采用cad/cam技術(shù)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)波音747，要比英國(guó)的三叉戟飛機(jī)少用兩年時(shí)間；美國(guó)gm公司在汽車開(kāi)發(fā)中應(yīng)用cad/cam技術(shù)，使得新型汽車的設(shè)計(jì)周期由5年縮短為3年。而且，新產(chǎn)品的可信度由20提高到60。1995年，制造業(yè)出現(xiàn)了一個(gè)劃時(shí)代的創(chuàng)舉波音777未經(jīng)生產(chǎn)樣機(jī)就獲得了訂貨。cad/cam技術(shù)（數(shù)字化預(yù)裝配）是實(shí)現(xiàn)這一創(chuàng)舉、確保飛機(jī)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一次成功的關(guān)鍵技術(shù)之一。我國(guó)杭州汽輪機(jī)動(dòng)力集閉公司推廣應(yīng)用cad/cam技術(shù)使得現(xiàn)有的90產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖樣實(shí)

32、現(xiàn)了cad，每項(xiàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)財(cái)間從個(gè)月縮短為個(gè)月關(guān)鍵零部件實(shí)現(xiàn)了數(shù)控加工，中小零件的工藝沒(méi)計(jì)采用了capp技術(shù)，再如沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠將cad/cam技術(shù)用于透平壓縮機(jī)生產(chǎn)，報(bào)價(jià)周期從原來(lái)的6周縮短到2周；技術(shù)準(zhǔn)備用期從原來(lái)的12個(gè)月縮短到6個(gè)月；設(shè)計(jì)周期從原來(lái)的6個(gè)月縮短到3個(gè)月；該產(chǎn)品的三元葉片壓型模的設(shè)計(jì)與創(chuàng)造周期由原來(lái)的個(gè)月，縮短到10天左右；供貨周期從原來(lái)的18個(gè)月縮短到個(gè)月；整機(jī)運(yùn)行效率提高了。沈陽(yáng)變壓器廠用cad技術(shù)輸出三峽工程項(xiàng)目三維彩色產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖和計(jì)算機(jī)分析的數(shù)據(jù)，從而贏得7三峽工程的招標(biāo)項(xiàng)目；滬東造船廠應(yīng)用cad技術(shù)后，生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備周期縮短13以上，造船的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力提高一倍使其從粗

33、放的造船模式向精密造船模式轉(zhuǎn)化；西北電力設(shè)計(jì)院用cad系統(tǒng)建渭河電廠主廠房三維模型，對(duì)該廠原設(shè)計(jì)方案自動(dòng)校驗(yàn)，共查出6處隱藏在圖紙中的錯(cuò)誤，當(dāng)即進(jìn)行了修改，避免了重大損失；寰球化工工程公司應(yīng)用cad技術(shù)在盤納乙烯裝置工程中，進(jìn)行碰撞檢查后，使95以上錯(cuò)誤得以糾正，在總長(zhǎng)20多萬(wàn)米的管道設(shè)計(jì)中，施工結(jié)束后剩余鋼管不到10米，鋼結(jié)構(gòu)壓縮機(jī)廠房10萬(wàn)個(gè)釘孔中，不對(duì)中的孔不到10個(gè)，這是人工設(shè)計(jì)。絕對(duì)辦不到的。在我國(guó)類似的實(shí)例不勝枚舉。美國(guó)科學(xué)研究院的工程技術(shù)委員會(huì)曾對(duì)cadcam集成技術(shù)所能得到的效益進(jìn)行了測(cè)算（表1.3）。 綜上所述，cad技術(shù)與cam技術(shù)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造一體化，具有明顯的

34、優(yōu)越性,主要體現(xiàn)在；（1）有利于發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性，將他們從大量繁瑣的重復(fù)勞動(dòng)中解放出來(lái)。（2）減少了設(shè)計(jì)、計(jì)算、制圖、制表所需的時(shí)間縮短了設(shè)計(jì)周期。（3）由于采用了計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)，可以從多方案中進(jìn)行分析、比較，選出最佳方案，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。（4）有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化。（5）減少了零件在車間的流通時(shí)間和在機(jī)床上裝卸、調(diào)整、測(cè)量、等待切削的時(shí)間，提高了加工效率。（6）先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備既有較高的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化水平，又能在較大范圍內(nèi)適應(yīng)加工對(duì)象的變化，有利于企業(yè)提高應(yīng)變能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。（7）提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)計(jì)、生產(chǎn)效率。（8）cadcam的一體化，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、

35、制造過(guò)程形成在經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上給企業(yè)帶來(lái)綜合效益。14 cadcam技術(shù)的新發(fā)展1.4.1制造業(yè)面臨的市場(chǎng)形勢(shì)當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，世界經(jīng)濟(jì)格局變化已大，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。產(chǎn)品需求向個(gè)性化、多樣化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的制造模式不能適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)需求。世界性的激烈競(jìng)爭(zhēng)使得市場(chǎng)變化得太快，以至企業(yè)的自我調(diào)整變化的速度跟不上市場(chǎng)變化速度，這是影響企業(yè)生成和發(fā)展的世界性問(wèn)題。在這種情況下，多品種、變批量的制造模式正逐漸取代傳統(tǒng)的制造模式。新的制造模式和競(jìng)爭(zhēng)策略要求企業(yè)追求更完善的t、q、c、s，即上市時(shí)間（time to market）短、質(zhì)量（quality）高、成本（cost）低及售后服務(wù)（se

36、rvice）完善，這給產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造帶來(lái)了很大的壓力。人類已經(jīng)步入知識(shí)經(jīng)濟(jì)和信息化的時(shí)代，隨著世界自由貿(mào)易體制的不斷完善，全球統(tǒng)一大市場(chǎng)的形成以及全球信息高速公路網(wǎng)絡(luò)和交通運(yùn)輸體系的建立，制造業(yè)將得以借助全球互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)通汛和多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)全球或異地制造資源（知識(shí)、人才潰金、軟件、設(shè)備等）的共享與互補(bǔ)。制造業(yè)、制造產(chǎn)品和制造技術(shù)走向國(guó)際化，制造自動(dòng)化系統(tǒng)也進(jìn)一步向網(wǎng)絡(luò)化、全球化方向發(fā)展?；谝蛱鼐W(wǎng)的全球制造將在不久的將來(lái)變成現(xiàn)實(shí)，敏捷制造企業(yè)和虛擬公司將應(yīng)運(yùn)而生，真正的虛擬制造系統(tǒng)和敏捷制造系統(tǒng)也將在21世紀(jì)面世。進(jìn)人20世紀(jì)90年代以來(lái)，世界經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)為競(jìng)爭(zhēng)全球化、貿(mào)易自由化、需求多樣化產(chǎn)

37、品生產(chǎn)朝多品種變批量方向發(fā)展，從而對(duì)制造企業(yè)快速響應(yīng)市場(chǎng)和一次制造成功的要求日益迫切，快速設(shè)計(jì)、快速可重組制造、敏捷制造等技術(shù)也因此得到快速發(fā)展。在制造自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部，計(jì)算機(jī)集成技術(shù)、智能技術(shù)、柔性自動(dòng)化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)等相互交織在一起。在cims中，加工、檢測(cè)、物流與裝配過(guò)程之間，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用、加工制造、組織督理之間界限逐漸模糊，趨于一體化；cadcam一體化技術(shù)的發(fā)展，使設(shè)計(jì)與制造連接為體，以開(kāi)發(fā)少圖紙、無(wú)圖紙快速制造技術(shù)。綜上所述，未來(lái)制造業(yè)正呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)：1）產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期縮短、上市時(shí)間更快。這是本世紀(jì)市場(chǎng)環(huán)境和用戶消費(fèi)觀所要求的，也是贏得競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵所在。這一點(diǎn)從美國(guó)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)

38、策略的變化可以看出。美國(guó)制造業(yè)的策略從20世紀(jì)60年代的“規(guī)模效益第一”，經(jīng)過(guò)70年代和80年代的“價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)第一”和“質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)第一”，發(fā)展到90年代的“市場(chǎng)速度第一”，時(shí)間因素板提到首要位置。企業(yè)若要提高市場(chǎng)占有率，在t（時(shí)間）、q（質(zhì)量）、c（成本）、s（服務(wù)）、e（環(huán)境）目標(biāo)下，加強(qiáng)時(shí)間競(jìng)爭(zhēng)能力、質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)能力、價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)能力、創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)能力。其中最重要的能力是創(chuàng)新能力，企業(yè)的創(chuàng)新不僅指產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝上的創(chuàng)新，還要包括制造觀念的更新，組織和經(jīng)營(yíng)的重構(gòu)、資源、技術(shù)和過(guò)程的重組。2）制造系統(tǒng)柔性化。面對(duì)市場(chǎng)需求的多樣化、個(gè)性化，企業(yè)不僅要具備技術(shù)上的柔性，還要具備管理和人員組織上的柔性。未來(lái)制造

39、業(yè)必須通過(guò)快速重組來(lái)捕捉不可預(yù)見(jiàn)的機(jī)會(huì)。3）整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)的質(zhì)量保證。產(chǎn)品質(zhì)量的完整概念是顧客的滿意度，包括可用、實(shí)用、耐用、好用、宜人。4）企業(yè)的組織形式將是跨地區(qū)、跨國(guó)家的虛擬公司或動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。internet為虛擬公司或動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的實(shí)現(xiàn)提供了信息技術(shù)的基礎(chǔ)。5）生產(chǎn)過(guò)程更加精良。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷售、維護(hù)過(guò)程更加簡(jiǎn)化，生產(chǎn)工序更加簡(jiǎn)單，從而降低成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短上市時(shí)間。6）人員素質(zhì)要求更高。未來(lái)制造業(yè)要求全體職員具有更高的技術(shù)、管理和協(xié)作素質(zhì)，每個(gè)人都應(yīng)常握多種技術(shù)，勝任多種工作，對(duì)企業(yè)狀況和市場(chǎng)環(huán)境了解，員工之間有高度的信任和協(xié)作精神，充分發(fā)揮企業(yè)的群體優(yōu)勢(shì)。7）智能化程度更

40、高。廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)、各種設(shè)備的智能化程度大大提高。8）綠色制造。因?yàn)榄h(huán)境問(wèn)題是人類社會(huì)所面臨的共同問(wèn)題是關(guān)系到人類生存的大問(wèn)題、也是社會(huì)能否持續(xù)發(fā)展的重要問(wèn)題，因此引起了人們的廣泛關(guān)注。 9）分布、并行、集成并存。分布性更強(qiáng)、分布范圍更廣，是全國(guó)、全球范圍的分布；并行化程度更高，許多作業(yè)可以跨地區(qū)、跨部門、分布式并行實(shí)施；集成化程度更高，不僅包括信息、技術(shù)的集成，而且包括管理、人和環(huán)境的集成。 為了適應(yīng)未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展，對(duì)cadcam及其相關(guān)技術(shù)提出了新的需求； 1）集成化 在過(guò)去制造系統(tǒng)中僅強(qiáng)調(diào)信息的集成，這是不夠的?，F(xiàn)在更強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。在開(kāi)發(fā)制造系統(tǒng)時(shí)強(qiáng)調(diào)“多集成”的概念

41、，即信息集成、智能集成、串并行工作機(jī)制集成、資源集成、過(guò)程集成、技術(shù)集成及人員集成。2）智能化 應(yīng)用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、發(fā)貨、支持用戶到產(chǎn)品報(bào)廢回收等）各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程包括組織、管理、計(jì)劃、調(diào)度、控制等）各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化，也要實(shí)現(xiàn)人與制造系統(tǒng)的融合及人的智能的充分發(fā)揮。3）網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的實(shí)現(xiàn)。各種通訊協(xié)議及制造自動(dòng)化協(xié)議、信息通信接口、系統(tǒng)操作控制策略等，是實(shí)現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。4）分布式并行處理技術(shù) 分布式并行處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)中各種問(wèn)題的協(xié)同求解、獲得系統(tǒng)的全局最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)決策。5）多學(xué)科、多功能綜合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

42、技術(shù) 機(jī)電產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)不僅涉及到機(jī)械科學(xué)的理論與知識(shí)（力學(xué)、材料、工藝等），而且還涉及到電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等。不僅要考慮技術(shù)因素，還必須考慮到經(jīng)濟(jì)、心理、環(huán)境、衛(wèi)生及社會(huì)等方面因素。機(jī)電產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)要進(jìn)行多目標(biāo)全性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以追求機(jī)電產(chǎn)品動(dòng)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。6）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體技術(shù)及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的幾何仿真、物理仿真、制造過(guò)程仿真及使用過(guò)程仿真采用多種介質(zhì)來(lái)存儲(chǔ)、表達(dá)、處理多種信息，融文字、語(yǔ)音、圖像、動(dòng)畫于一體，給人一種真實(shí)感及身臨其境感。7）人一機(jī)一環(huán)境系統(tǒng)技術(shù) 將人、機(jī)器和環(huán)境作為一

43、個(gè)系統(tǒng)來(lái)研究，發(fā)揮系統(tǒng)的最佳效益：研究的重點(diǎn)是：人機(jī)環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)及集成技術(shù)、人在系統(tǒng)中的作用及發(fā)揮、人機(jī)柔性交互技術(shù)、人機(jī)智能接口技術(shù)、清潔制造等。 1.4.2 cadcam新的發(fā)展方向盡管對(duì)于傳統(tǒng)意義的設(shè)計(jì)制造而言，cadcam技術(shù)的發(fā)展己比較成熟，但對(duì)于如上所述的強(qiáng)大的社會(huì)需求和相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展與推動(dòng)而言。cadcam技術(shù)仍然具有很大的發(fā)展空間、cadcam是一項(xiàng)仍處于高速發(fā)展的技術(shù)。cadcam的新發(fā)展主要圍繞cadcam的縱深發(fā)展、概念的拓展和工作環(huán)境改善三個(gè)主要方面展開(kāi)。cadcam的縱深發(fā)展主要表現(xiàn)在功能的完善和水平的提高上，如支持topdown的cadcam技術(shù)、支持dfx的c

44、adcam技術(shù)。智能cadcam技術(shù)等；cadcam概念的拓展主要表現(xiàn)在cadcam向產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)種的各個(gè)環(huán)節(jié)的延伸、覆蓋面的不斷擴(kuò)大，如計(jì)算機(jī)集成制造、cadcam與mpr、erp的集成等：工作環(huán)境的改進(jìn)與完善主要表現(xiàn)在并行工程、虛擬制造技術(shù)、支持異地設(shè)計(jì)制造的cadcam技術(shù)等。具體的發(fā)展內(nèi)容和方向是多種多樣的，下面僅從幾個(gè)方面對(duì)cadcam的新發(fā)展作簡(jiǎn)要介紹。1支持topdown的cadcam技術(shù)眾所周知，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)際上是從概念設(shè)計(jì)階段入手，逐階段確定并求解設(shè)計(jì)參數(shù)直到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段完全確定零件的設(shè)計(jì)參數(shù)，即自頂向下（topdown）的設(shè)計(jì)。然而目前的絕大多數(shù)cadcam系統(tǒng)則相反

45、、它要求先完成產(chǎn)品零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)后，才能得到產(chǎn)品的部件及整機(jī)的裝配圖和整體性能分析，即只支持自底向上（bottom-up）設(shè)計(jì)。支持topdown的cadcam技術(shù)，首先應(yīng)進(jìn)行功能分解，即通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算將總功能分解成一系列的第一級(jí)子功能，確定每個(gè)子功能參數(shù)；其次進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即根據(jù)總的功能及各個(gè)子功能要求，設(shè)計(jì)出總體結(jié)構(gòu)（裝配）及確定各個(gè)子部件（子裝配體）之間的位置關(guān)系、連接關(guān)系、配合關(guān)系、位置關(guān)系、連接關(guān)系、配合關(guān)系及其它參數(shù)（如子功能參數(shù)）通過(guò)幾何約束或功能參數(shù)約束等求解確定。對(duì)各個(gè)子部件（子裝配體）功能進(jìn)行功能分析，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配性、工藝性等分析之后，返回修改不滿意之處，直到得到全局綜合指

46、標(biāo)最優(yōu)。然后分別對(duì)每個(gè)部件進(jìn)行功能分解和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，直到分解至零件。圖15是面向裝配、制造的概念設(shè)計(jì)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的集成理論框架。2支持dfx的cadcam技術(shù)dfx代表了當(dāng)代的一種產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)，它能有效地運(yùn)用于產(chǎn)品升發(fā)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高、成本的下降和縮短設(shè)計(jì)周期。 dfx具體包含有面向裝配的設(shè)計(jì)、面向制造的設(shè)計(jì)、面向服務(wù)的設(shè)計(jì)、面向可靠性的設(shè)計(jì)和面向檢測(cè)的設(shè)計(jì)。面向裝配的設(shè)計(jì)（dfa），目的是在設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)對(duì)零部件的控制來(lái)降低裝配時(shí)的復(fù)雜性。也就是通過(guò)消除或合并零部件的方式，使制造商達(dá)到減少裝配時(shí)間和裝配成本的目的。對(duì)每一個(gè)零部件都考慮是否有必要單獨(dú)設(shè)計(jì)或是與其余零部件融合在一起以減少裝配數(shù)，

47、以此指導(dǎo)產(chǎn)生了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化簡(jiǎn)化。面向制造的設(shè)計(jì)（dfm），是注重制造過(guò)程中每一零部件的成本估算，成本受制造的繁簡(jiǎn)、工藝要求、工序多少影響。需要設(shè)計(jì)師在加工過(guò)程和裝配成本以及零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)中做出平衡決策。同時(shí)，也要求設(shè)計(jì)師在資源庫(kù)中編制出合適的工裝、機(jī)床及材料的使用分配方案。另外，要在一定的約束下考慮，如精度要求、能源限制等。面向服務(wù)的設(shè)計(jì)（dfs）、為產(chǎn)品高效的維護(hù)和維修而提供的一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，它為具體的每一款服務(wù)建立了一套操作順序，區(qū)分出維護(hù)時(shí)哪一部分軍部件是需廢棄或是可替代，是根據(jù)具體維護(hù)方式的難易而定，并且需要考慮維護(hù)、維修操作中的拆卸順序的規(guī)范、時(shí)間消耗以及拆卸后的再裝配順序和時(shí)

48、間消耗。3智能cadcam技術(shù)機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)創(chuàng)造性活動(dòng)，在這一活動(dòng)過(guò)程中、很多工作是非數(shù)據(jù)、非算法的。所以，隨著cadcam技術(shù)的發(fā)展，除了集成化之外，將人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)應(yīng)用于系統(tǒng)中，形成智能的cadcam系統(tǒng)，使其具有人類專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，具有學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想和判斷功能及智能化的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、語(yǔ)言能力，從而解決那些以前必須由人類專家才能解決的概念設(shè)計(jì)問(wèn)題。這是一個(gè)具有巨大潛在意義的發(fā)展方向，它可以在更高的創(chuàng)造性思維活動(dòng)層次上給予設(shè)計(jì)人員有效的輔助。基于計(jì)算機(jī)智能技術(shù)的產(chǎn)品敏捷開(kāi)發(fā)技術(shù)就是智能制造思想與cadcam技術(shù)密切結(jié)合的必然結(jié)果。智能化產(chǎn)品敏捷開(kāi)發(fā)技術(shù)包括方案優(yōu)化智能子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)

49、化智能子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)分析智能子系統(tǒng)、產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì)智能子系統(tǒng)、cam智能子系統(tǒng)和智能化產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理模塊，分別對(duì)應(yīng)智能cad、cae、capp、cam技術(shù)，如圖l. 6所示。4并行工程并行工程（concurrent engineering）是隨著cadcam、cims技術(shù)發(fā)展提出的一種新哲理、新的系統(tǒng)工程方法。這種方法的思路，就是并行地、集成地開(kāi)展產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及加工、制造。它要求產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員在設(shè)計(jì)階段就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期的所有要求，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度、用戶要求等，以便最大限度地提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率及一次成功率。并行工程的關(guān)鍵是用并行設(shè)計(jì)方法代替串行設(shè)計(jì)方法，圖1.7為兩種方法示意圖。在順序法中信息流

50、向是單向的，在并行法中，信息流向是雙向的。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，并行工程必將引起越來(lái)越多的重視。但其實(shí)施也決非一朝一夕的事情，目前應(yīng)為并行工程的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造條件和環(huán)境。其中，與cad/cam技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)的有如下幾項(xiàng)要求：研究特征建模技術(shù)，發(fā)展新的設(shè)計(jì)理論和方法；開(kāi)展制造仿真軟件及虛擬制造技術(shù)的研究，提供支持并行工程運(yùn)行的工具和條件；探索新的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)方法，適應(yīng)可制造件設(shè)計(jì)（dfm）的要求；借助網(wǎng)絡(luò)及統(tǒng)一dbms技術(shù)，建立并行工程中數(shù)據(jù)共享的環(huán)境；提供多學(xué)科開(kāi)發(fā)小組的協(xié)同工作環(huán)境，充分發(fā)揮人在并行工程中的作用。以上要求將極大地促進(jìn)cad/cam技術(shù)的變革和發(fā)展。5虛擬制造技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)（viitual reality,vr）技術(shù)可以使人們“沉浸”在計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中，并以自然的交互方式與虛擬環(huán)境交換信息。虛擬現(xiàn)實(shí)具有以