计算机辅助设计及辅助制造发展概述

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在机械设计中,人们越来越多地使用计算机辅助设计及辅助制造,市场上也有许多应用软件,如德国的UG软件,以色列的Cimatron,美国的MasterCam、Pro/E等。CAD/CAM(计算机辅助设计及辅助制造)软件可以预设加工参数,评价加工装配方案,计算机辅助设计将是未来发展趋势。由于加工及装配中的各种误差问题本身的复杂性和计算机的局限性,目前我国的辅助设计软件研究尚处于起步阶段,还不能完全代替理论分析和实践经验。因此,深入了解计算机辅助设计的原理,强调其参考价值和局限性并重,注重与加工实践经验相结合,是非常重要的。

一、CAD/CAM的重要性

在当今的市场竞争中,谁能满足用户的要求,谁就能占有优势。人们对产品的质量,更新换代的速度,以及产品从设计、制造到投入市场的周期要求越来越高。为满足消费者多样化、个性化和中小批量化的要求,软件必须设计周期短,生产更柔性。传统的设计及批量生产方式面临着严峻的挑战。CAD/CAM技术就是为了满足这些需求而采用的一种新方法。CAD/CAM的发展必将有利于发挥设计人员的创造性,提高企业的设计、生产及管理的水平,提高企业的市场竞争力。

计算机辅助设计及计算机辅助制造是计算机技术在机械加工领域中的主要两个方面。它的出现使人们在产品的设计和产品生产中大大节省了时间,提高了效率,使产品的设计和制造实现了自动化,人们通过整个系统(CAD/CAM)实现了对产品的设计、制造全过程的信息进行处理。具体来说,CAD/CAM可以实现零件造型、计算分析、工程绘图、结构分析、优化设计、计算机辅助工艺规程设计、计算机辅助编程、模拟仿真、工程数据管理、信息传输与交换、特征造型等。

二、CAD/CAM的发展过程和应用现状

二十世纪四五十年代计算机的出现为CAD/CAM的发展奠定了物质基础。六十年代美国人提出了人机交流、计算机图形及交互技术等理论,从而为CAD/CAM技术的发展奠定了理论基础。七十年代,交互计算机图形学及计算机绘图技术日趋成熟,并得到广泛发展,面向中小企业的CAD/CAM开始出现。在制造领域,美国辛辛那提公司研制出了一种柔性制造系统(FMS),但由于计算机技术的限制,其所能解决的问题只是一些简单的产品设计制造问题。八十年代由于各种新的技术发展,在制造领域出现了产品设计过程相关的辅助软件,如计算机辅助工艺规划(CAPP)、计算机辅助质量控制(CAQ)等。特别值得一提的是,在这些辅助技术的基础上,八十年代后期出现了计算机集成制造系统(CIMS),它将CAD/CAM技术推向了一个更高的层次。到了九十年代,CAD/CAM已经走出了它的初级阶段,进一步向标准化、集成化、智能化发展。到了二十一世纪,CAD/CAM已经发展并应用于各行各业,其销售收入也节节攀升,仅2002年其全球销售额就达近100亿美元,并且以每年10%左右的速度增长。综上所述,我们不难发现CAD/CAM系统的社会需求量非常大,发展应用的前景也十分广阔。

三、CAD/CAM在我国发展的情况

我国早在二十世纪七十年代就已经开展了CAD/CAM技术的研究。在八十年代,我国进行了大规模的CAD/CAM技术研究和开发。在“九五”计划期间,国家科委将CAD应用作为四大工程之一(先进制造技术、先进信息工程、CIMS工程、CAD应用工程)。

四、CAD/CAM技术在工业中的应用

随着科学技术的发展,CAD/CAM技术日益成熟,已经广泛应用于工程技术、机械制造等领域,成为一个技术含量密集的产业,特别是在机械、农业、化工、航天、航空、军事、汽车、电力、船舶、建筑等行业中的应用已经较为普遍。

CAD系统的应用解决了产品设计数字化问题,影响和改变着工业的各个方面,使传统的产品设计技术及方式发生了深刻的变革,大大提高了设计的质量和效率。CAM系统的应用解决了实际产品的加工制造问题,提高了零部件的加工精度和产品的制造质量。CAD/CAM技术的应用,充分发挥了计算机及设备的能力,把计算机的高速度、准确性和大存储量与技术人员的思维能力、综合分析能力结合起来,从而大幅提高了生产效率,缩短了产品的研发周期,提高了设计和制造的质量,节约了原材料和能源,加速了产品更新换代,提高了企业的竞争能力。

近年来,一批反映时代潮流的商品化CAD/CAM软件在我国广泛使用,如Pro/E、CATIA、UG、Cimatron等。另外,国内一些公司开发出了一批具有自主知识产权的CAD/CAM系统,如广州红地技术公司推出的金银花CAD系统、北航海尔公司开发的CAXA系列软件、武汉开目系列软件等。这些系统已具有很强的实用性和先进性,价格大大低于国外软件,进一步促进了CAD/CAM技术在我国的应用和发展。