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CAD发展现状及应用

2019-10-28 12:35:44

CAD/CAM软件的概述

CAD/CAM技术起步于20世纪60年代末,经过40年左右的发展后走过了大型机、小型机、工作站、危机时代,每个时代有当时流行的CAD/CAM软件。现在微型机平台的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着重要的作用。

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的以像技术。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。

CAD/CAM的产生和发展

计算器起源于上世纪40年代的美国,当时人们就提出计算机辅助设计CAD和计算机辅助制造的设想,CAD/CAM起源于20世纪50年代,20世纪60年代以来得到了迅速发展。

起步早、影响大的计算机辅助设计是美国的Autodesk在20世纪80年代发展起来的。开始只是计算机辅助绘图。Autodesk1.0只能绘制有点线构成的二维图形,后来发展到三维图形,但也只是由线面构成的三维几何体,再发展到实体模型以及曲面实体模型,现在则出现了以特征为基础的参数化模型。

最早研究数控自动编程系统的是美国。1952年美国研制出世界上第一台数控铣床。为了解决数控加工中手工编程中遇到的一系列难题,美国伺服实验室于1953年开始研究零件数控加工的自动编程问题,这个研究成果于1955年公布。这就是APT,其后APT经发展,形成了诸如APTIL,APTIIL等。

CAD/CAM技术的应用现状

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,其技术和水平已经达到了相当成熟的阶段。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位国民经济的重要支柱。

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。“九五”期间国家科委又办法了《1995~2000年我过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软件再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理推进“甩图版”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,投资较打,所以只有部份大企业有所应用。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FUNUS系统、德国SIEMENS系统。而广义的CAM只有少数大型企业采用,中小型企业极少应用。、

(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只能技术应用,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。

我国机械制造业发展的趋势

       二十一世纪初期的机械制造业,总的发展趋势为:头型话、灵捷化、集成化、智能化、信息化、参数化。信息产业将成为社会的主导产业,机械制造业也将由信息主导,并采用先进生产模式、先进制造技术、先进组织管理方式的全新机械制造业。其中头型话是使下艺装备与工艺路线能适于生产各种产品的需要。灵捷化是使生产推向市场的准备时间缩为最短,使机械制造厂的机制能灵活转向。智能化是柔性自动话的重要组成部份,也是柔性自动化的新发展和眼神,智能化促进柔性化,它使生产系统具有更完善的判断与适应能力。信息化是使机械制造业不再是有物质和能量借助于信息的力量产出价值,而是由信息借助于物质和能量的力量生产出价值。因此,信息产业和智力产业将成为社会的主导产业。这里主要介绍以下几点:

1.集成化

集成化是CAD/CAM技术发展的一个最为显著的趋势。它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC(生产计划与控制)等各种功能不同的软件邮寄地结合起来,用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理,保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行。

国内外大量的经验表明,CAD系统的效益往往不是从其本身,而是通过CAM和PPC系统提现出来:反过来。CAM系统如果没有CAD系统的支持,花巨资引进的设备往往很难得到有效地利用:PPC系统如果没有CAD和CAM的支持,既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据,订出的计划也较难贯彻执行,所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。

因此。人们着手讲CAD、CAE、CAM和PPC等系统有机地、统一地集成在一起,从而消除“自动化孤岛”,取得最佳的效益。

2.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产品设计应用系统: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。

3.智能化

人工智能在CAD中的应用主要集中在知识工程的引入,发展专家CAD系统。专家系统具有逻辑推理和决策判断能力。它将许多实例和有关专业范围内的经验、准则结合在一起,给设计者更全面,更可靠的指导。应用这些实例和启发准则,根据设计的目标不断缩小探索的范围,使问题得到解决。

4.参数化

给与目标建模,进行的几何约束,人工智能的几何推理,生成的过程构造,对生成物进行描述,自动生成所需目标。CAD/CAM的发展必然遵循这个趋势,也就是遵循有使用价值的趋势,那目前这个趋势的表现是什么?

CAD/CAM的技术发展趋势

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,但利用系统本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,这更适合未来的制造系统的需求。

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,各个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,是实现各个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。

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、根本的改革,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。

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。

在CAD/CAM软件的选用上,坚持高、中、低并存

高档CAD/CAM软件实现了CAD、CAE(计算机辅助工程分析)、CAPP(计算机辅助工艺过程设计)、CAM、PDM(产品数据管理)和PPC(生成计划与控制)等技术的高度集成,能实现设计制造及生产管理的一体化。这类高档的CAD/CAM软件,典型的有Pro/Engineer、CATIA等国外开发的软件。中、低档CAD/CAM软件只具备部分功能,但是由于成本低、实用性强,易学易用,所以大部分企业都具备应用条件。

3.加大创新力度,不断开发具有特色的CAD/CAM软件

       开始CAD/CAM软件的目的应用CAD/CAM技术,科研单位不仅要跟进时代潮流,加快CAD/CAM软件的二次开发不发,同时要结合国情、遵守各国规范,面向国内企业发展的需要,加大创新力度。