和CAM的發(fā)展史

1、CAD與CAM的發(fā)展史摘要：機(jī)械CADCAM技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)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(wèn)世以來(lái)已經(jīng)過(guò)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(jī)械CADCAM技術(shù)是20世紀(jì)最杰出的工程成就之一，也是計(jì)算機(jī)技術(shù)在制造業(yè)中的重要應(yīng)用，其對(duì)制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響和推動(dòng)作用，使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到加工整個(gè)過(guò)程產(chǎn)生了根本性變革。目前，機(jī)械CADCAM技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航天、汽車(chē)、船舶、航空、輕工等各個(gè)領(lǐng)域。關(guān)鍵字：CAD/CAM的基本概念、組成及基本類(lèi)型、基本功能、軟硬件配置和CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展對(duì)于CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，業(yè)內(nèi)人士早已議論紛紛。其

2、他信息技術(shù)的發(fā)展(如網(wǎng)絡(luò)技術(shù))，以及用戶(hù)需求的多樣化都成為CAD技術(shù)完善的原動(dòng)力。智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、開(kāi)放式、專(zhuān)業(yè)化、融合化，似乎每一個(gè)標(biāo)簽都能貼在CAD的發(fā)展坐標(biāo)上。不過(guò)，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(shì)，橫縱發(fā)展并逐漸完善。CAD橫向發(fā)展 開(kāi)放式智能化凸顯“橫向”是指平臺(tái)自身的完善，開(kāi)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作為圖板的替代品開(kāi)始，CAD便造福工業(yè)生產(chǎn)。60年代至70年代CAD，三維CAD開(kāi)始興起，曲面造型與實(shí)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(chē)等制造業(yè)的開(kāi)發(fā)周期。80年代，隨

3、著CAD走下價(jià)格神壇，其逐漸滲入中小企業(yè)市場(chǎng)。CAD技術(shù)也逐步向開(kāi)放性、智能化方向邁進(jìn)。;“開(kāi)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(dú)立運(yùn)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(chǎng)部總經(jīng)理?xiàng)罹S明向中國(guó)電子報(bào)記者表示。而PTC公司技術(shù)客戶(hù)經(jīng)理張曉梅也向中國(guó)電子報(bào)記者表示，開(kāi)放式應(yīng)該具體體現(xiàn)在內(nèi)核開(kāi)放、軟件部分源代碼的開(kāi)放。而專(zhuān)注于電氣CAD的AUCOTEC公司中國(guó)區(qū)首席代表趙海也認(rèn)為，開(kāi)放式主要表現(xiàn)在軟件本身靈活度增強(qiáng)，便于客戶(hù)新型定制開(kāi)發(fā)。同時(shí)與三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件、PLM系統(tǒng)及ERP

4、等管理系統(tǒng)的集成更加容易。在智能化方面，業(yè)內(nèi)專(zhuān)家均表示，實(shí)現(xiàn)知識(shí)工程的引入，發(fā)展專(zhuān)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(shí)工程是最重要的發(fā)展方向，新一代的CAD系統(tǒng)不僅內(nèi)植建模幾何引擎更重要的是還內(nèi)植了高級(jí)的知識(shí)引擎。有知識(shí)引擎是第四代CAD系統(tǒng)的標(biāo)志?！蔽鏖T(mén)子PLM Software大中華區(qū)執(zhí)行副總裁壽宇澄對(duì)中國(guó)電子報(bào)記者說(shuō)。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(jì)、選購(gòu)原輔材料和零部件、進(jìn)行加工制造直至營(yíng)銷(xiāo)，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程也將全球化。CAD/CAM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化能使設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品方案在費(fèi)用、流

5、動(dòng)時(shí)間和功能并行處理的并行化產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的異地協(xié)同設(shè)計(jì)和并行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。CAD縱向發(fā)展 挖潛行業(yè)每個(gè)行業(yè)都有其自身的特殊性，沒(méi)有任何一個(gè)軟件能夠在任何一個(gè)行業(yè)通用。貼近行業(yè)，按需定制則是發(fā)展的必然趨勢(shì)。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(kuò)展，例如我們常說(shuō)的“機(jī)械CAD”、“電氣CAD”、“建筑CAD”等，都是CAD縱向發(fā)展的典范。“不同的行業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)不同。例如，有些設(shè)計(jì)更關(guān)注產(chǎn)品的變形，那么其對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于大規(guī)模工業(yè)協(xié)作的設(shè)計(jì)，模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化顯然更重要。對(duì)于一些研究型機(jī)構(gòu)如高校和科研院所，或者對(duì)

6、大規(guī)模的系統(tǒng)做集成時(shí)，軟件的開(kāi)放性尤其重要?！蔽鏖T(mén)子PLMSoftware大中華區(qū)執(zhí)行副總裁壽宇澄表示。正是這種對(duì)行業(yè)的挖潛，體現(xiàn)出CAD專(zhuān)業(yè)化趨勢(shì)?！癈AD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(duì)一些特別領(lǐng)域的特別需要，定制面向特別應(yīng)用的專(zhuān)家系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)特別行業(yè)的快速應(yīng)用。專(zhuān)家系統(tǒng)包括：機(jī)箱設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)、注塑模具設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)、注塑成型分析專(zhuān)家系統(tǒng)、級(jí)進(jìn)模具設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)、孔槽腔類(lèi)加工編程專(zhuān)家系統(tǒng)等?！睆垥悦犯嬖V中國(guó)電子報(bào)記者。& C! p7 ?& 運(yùn)用應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程CAD的作用不用累述，但對(duì)于企業(yè)而言關(guān)鍵點(diǎn)還是在于應(yīng)用。在于如何運(yùn)用CAD在研

7、發(fā)設(shè)計(jì)中提高效率，縮短開(kāi)發(fā)周期，減少后期的浪費(fèi)。對(duì)于這一點(diǎn)，業(yè)內(nèi)人士均認(rèn)為，企業(yè)應(yīng)該從整個(gè)企業(yè)信息化的高度去規(guī)劃，根據(jù)各個(gè)部門(mén)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(jì)流程，確保CAD應(yīng)用效益的最大化。“對(duì)于一個(gè)應(yīng)用團(tuán)隊(duì)，要有合理的使用流程，實(shí)現(xiàn)高效率和彼此之間的合作。CAD/CAM/CAE集成一體化環(huán)境比單點(diǎn)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/CAE系統(tǒng)混用，減少PLM集成的難度，降低維護(hù)成本。用戶(hù)有時(shí)候一開(kāi)始貪便宜選擇了低成本的各種各樣CAD/CAM/CAE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(lái)越高，最終得不償失?！眽塾畛胃嬲]用戶(hù)道。他還

8、強(qiáng)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(kāi)放性以便于知識(shí)的重用及對(duì)外的交流。AUCOTEC中國(guó)區(qū)首席代表趙海也表示：“中國(guó)用戶(hù)在使用電氣專(zhuān)業(yè)軟件時(shí)應(yīng)更注重設(shè)計(jì)流程的優(yōu)化，將大量的時(shí)間從繪圖工作中脫出身來(lái)，更多地注重設(shè)計(jì)的智能化自動(dòng)化。”當(dāng)然，也有專(zhuān)家告誡用戶(hù)，在軟件使用時(shí)，不要盲目貪多，最適合自己的才是最好的。不要把時(shí)間浪費(fèi)在軟件安裝和測(cè)試上。不過(guò)，國(guó)內(nèi)有許多企業(yè)，為了提高設(shè)計(jì)效率，會(huì)根據(jù)自己企業(yè)產(chǎn)品研制的需要，進(jìn)行CAD軟件定制化開(kāi)發(fā)，以期待提高產(chǎn)品研制效率。針對(duì)這種二次開(kāi)發(fā)，業(yè)內(nèi)專(zhuān)家表示其前提是用戶(hù)對(duì)CAD已有了很高的應(yīng)用水平，否則會(huì)得不償失。比如：軟件升級(jí)困

9、難，PDM集成困難等。因此，專(zhuān)家建議用戶(hù)在條件不成熟的情況下，盡量不要做二次開(kāi)發(fā)，可以通過(guò)更新標(biāo)準(zhǔn)化要求、改變產(chǎn)品研制流程和設(shè)計(jì)方法來(lái)解決設(shè)計(jì)效率的問(wèn)題。CAM計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)輔助制造（computer aided manufacturing，CAM）是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品制造的統(tǒng)稱(chēng)。有廣義CAM和狹義CAM之分。廣義CAM是指利用計(jì)算機(jī)輔助完成從原材料到產(chǎn)品的全部制造過(guò)程，其中包括直接制造過(guò)程和間接制造過(guò)程。狹義CAM是指制造過(guò)程中某個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)用計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）中，通常是指計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械加工（computer aided machining）

10、，更明確地說(shuō)，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(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡（刀位文件）和數(shù)控程序。CAM(computer Aided Manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造)：利用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過(guò)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(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡(刀位文件)和數(shù)控程序。CAM (computer Aided Manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造)的核心是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制(簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)控)，是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于制造生產(chǎn)過(guò)程的過(guò)程或系統(tǒng)。1952年美國(guó)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(lái)控制機(jī)

11、床。此后發(fā)展了一系列的數(shù)控機(jī)床，包括稱(chēng)為“加工中心”的多功能機(jī)床，能從刀庫(kù)中自動(dòng)換刀和自動(dòng)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(guò)程序指令控制運(yùn)作的，只要改變程序指令就可改變加工過(guò)程，數(shù)控的這種加工靈活性稱(chēng)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(cuò)，最早的CAM便是計(jì)算機(jī)輔助加工零件編程工作。麻省理工學(xué)院于1950年研究開(kāi)發(fā)數(shù)控機(jī)床的加工零件編程語(yǔ)言APT，它是類(lèi)似FORTRAN的高級(jí)語(yǔ)言。增強(qiáng)了幾何定義、刀具運(yùn)動(dòng)等語(yǔ)句，應(yīng)用APT使編寫(xiě)程序變得簡(jiǎn)單。這種計(jì)算機(jī)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(guò)程自動(dòng)化兩方面的功能。CAM所涉及的范圍

12、，包括計(jì)算機(jī)數(shù)控，計(jì)算機(jī)輔助過(guò)程設(shè)計(jì)。市面上的CAM軟件有：UG NX、Pro/NC、CATIA、MasterCAM、SurfCAM、SPACE-E、CAMWORKS、WorkNC、TEBIS、HyperMILL、Powermill、Gibbs CAM、FEATURECAM、topsolid、solidcam、cimtron、vx、esprit、gibbscam、Edgecam.等等數(shù)控除了在機(jī)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(jī)、火焰或等離子弧切割、激光束加工、自動(dòng)繪圖儀、焊接機(jī)、裝配機(jī)、檢查機(jī)、自動(dòng)編織機(jī)、電腦繡花和服裝裁剪等，成為各個(gè)相應(yīng)行業(yè)CAM的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)輔助制造系

13、統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)分級(jí)結(jié)構(gòu)控制和管理制造過(guò)程的多方面工作，它的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一個(gè)集成的信息網(wǎng)絡(luò)來(lái)監(jiān)測(cè)一個(gè)廣闊的相互關(guān)聯(lián)的制造作業(yè)范圍，并根據(jù)一個(gè)總體的管理策略控制每項(xiàng)作業(yè)。從自動(dòng)化的角度看，數(shù)控機(jī)床加工是一個(gè)工序自動(dòng)化的加工過(guò)程，加工中心是實(shí)現(xiàn)零件部分或全部機(jī)械加工過(guò)程自動(dòng)化，計(jì)算機(jī)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(dòng)化加工過(guò)程，而計(jì)算機(jī)輔助制造是計(jì)算機(jī)進(jìn)入制造過(guò)程這樣一個(gè)總的概念。一個(gè)大規(guī)模的計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)是一個(gè)計(jì)算機(jī)分級(jí)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，它由兩級(jí)或三級(jí)計(jì)算機(jī)組成，中央計(jì)算機(jī)控制全局，提供經(jīng)過(guò)處理的信息，主計(jì)算機(jī)管理某一方面的工作，并對(duì)下屬的計(jì)算機(jī)工作站或微型計(jì)算機(jī)發(fā)布指令和進(jìn)行監(jiān)控

14、，計(jì)算機(jī)工作站或微型計(jì)算機(jī)承擔(dān)單一的工藝控制過(guò)程或管理工作。計(jì)算機(jī)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(jī)床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲(chǔ)裝置、檢測(cè)裝置、計(jì)算機(jī)等，軟件方面有數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控程序編制、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助作業(yè)計(jì)劃編制與調(diào)度、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制等。 加工中心現(xiàn)場(chǎng)圖片到目前為止，計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM，Computer Aided Manufacturing）有狹義和廣義的兩個(gè)概念。CAM的狹義概念指的是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到加工制造之間的一切生產(chǎn)準(zhǔn)備活動(dòng)，它包括CAPP、NC編程、工時(shí)定額的計(jì)算、生產(chǎn)計(jì)劃的制訂、資源需求計(jì)劃

15、的制訂等。這是最初CAM系統(tǒng)的狹義概念。到今天，CAM的狹義概念甚至更進(jìn)一步縮小為NC編程的同義詞。CAPP已被作為一個(gè)專(zhuān)門(mén)的子系統(tǒng)，而工時(shí)定額的計(jì)算、生產(chǎn)計(jì)劃的制訂、資源需求計(jì)劃的制訂則劃分給MRP/ERP系統(tǒng)來(lái)完成。CAM的廣義概念包括的內(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，它還包括制造活動(dòng)中與物流有關(guān)的所有過(guò)程（加工、裝配、檢驗(yàn)、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(jì)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(hù)需求。具體表現(xiàn)出以下幾個(gè)特

16、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(kù),非標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)據(jù)庫(kù)和模具參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)中的零件在CAD設(shè)計(jì)中可以隨時(shí)調(diào)用,并采用GT(成組技術(shù))生產(chǎn)。非標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)中存放的零件,雖然與設(shè)計(jì)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(jìn)行修改,從而加快設(shè)計(jì)過(guò)程,典型模具結(jié)構(gòu)庫(kù)是在參數(shù)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的,按用戶(hù)要求對(duì)相似模具結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jì)制造系統(tǒng)不僅應(yīng)強(qiáng)調(diào)信息的集成,更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。在開(kāi)發(fā)模具制造系統(tǒng)時(shí)強(qiáng)調(diào)“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作機(jī)制集成及人員集成,這更適合未來(lái)制造系統(tǒng)的需求3)

17、智能化技術(shù) 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、使用)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,以及模具設(shè)備的智能化,也要實(shí)現(xiàn)人與系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充分發(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(shí)現(xiàn),各種通訊協(xié)議及制造自動(dòng)化協(xié)議,信息通訊接口,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)。目前早已出現(xiàn)了通過(guò)Internet實(shí)現(xiàn)跨國(guó)界模具設(shè)計(jì)的成功例子。5) 多學(xué)科多功能綜合產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù) 未來(lái)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)不僅用到機(jī)械科學(xué)的理論與知識(shí),而且還用到電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等知識(shí)。產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)要進(jìn)行多目標(biāo)全性能的優(yōu)

18、化設(shè)計(jì),以追求模具產(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。參考文獻(xiàn)：1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與工程分析 - 化學(xué)工業(yè)出版社2、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及應(yīng)用 - 清華大學(xué)出版社3、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) - 機(jī)械工業(yè)出版社4、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)教程 - 清華大學(xué)出版社5、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理教程 - 電子科技大學(xué)出版社Abstract: the mechanical CAD/CAM technology 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 outstanding 20th century t