計算機輔助設(shè)計及輔助制造發(fā)展概述

在機械設(shè)計中，人們越來越多地使用計算機輔助設(shè)計及輔助制造，市場上也有許多應(yīng)用軟件，如德國的UG軟件，以色列的Cimatron，美國的MasterCam、Pro/E等。CAD/CAM(計算機輔助設(shè)計及輔助制造)軟件可以預(yù)設(shè)加工參數(shù)，評價加工裝配方案，計算機輔助設(shè)計將是未來發(fā)展趨勢。由于加工及裝配中的各種誤差問題本身的復(fù)雜性和計算機的局限性，目前我國的輔助設(shè)計軟件研究尚處于起步階段，還不能完全代替理論分析和實踐經(jīng)驗。因此，深入了解計算機輔助設(shè)計的原理，強調(diào)其參考價值和局限性并重，注重與加工實踐經(jīng)驗相結(jié)合，是非常重要的。

一、CAD/CAM的重要性

在當(dāng)今的市場競爭中，誰能滿足用戶的要求，誰就能占有優(yōu)勢。人們對產(chǎn)品的質(zhì)量，更新?lián)Q代的速度，以及產(chǎn)品從設(shè)計、制造到投入市場的周期要求越來越高。為滿足消費者多樣化、個性化和中小批量化的要求，軟件必須設(shè)計周期短，生產(chǎn)更柔性。傳統(tǒng)的設(shè)計及批量生產(chǎn)方式面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。CAD/CAM技術(shù)就是為了滿足這些需求而采用的一種新方法。CAD/CAM的發(fā)展必將有利于發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造性，提高企業(yè)的設(shè)計、生產(chǎn)及管理的水平，提高企業(yè)的市場競爭力。

計算機輔助設(shè)計及計算機輔助制造是計算機技術(shù)在機械加工領(lǐng)域中的主要兩個方面。它的出現(xiàn)使人們在產(chǎn)品的設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn)中大大節(jié)省了時間，提高了效率，使產(chǎn)品的設(shè)計和制造實現(xiàn)了自動化，人們通過整個系統(tǒng)(CAD/CAM)實現(xiàn)了對產(chǎn)品的設(shè)計、制造全過程的信息進行處理。具體來說，CAD/CAM可以實現(xiàn)零件造型、計算分析、工程繪圖、結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計、計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計、計算機輔助編程、模擬仿真、工程數(shù)據(jù)管理、信息傳輸與交換、特征造型等。

二、CAD/CAM的發(fā)展過程和應(yīng)用現(xiàn)狀

二十世紀(jì)四五十年代計算機的出現(xiàn)為CAD/CAM的發(fā)展奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。六十年代美國人提出了人機交流、計算機圖形及交互技術(shù)等理論，從而為CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。七十年代，交互計算機圖形學(xué)及計算機繪圖技術(shù)日趨成熟，并得到廣泛發(fā)展，面向中小企業(yè)的CAD/CAM開始出現(xiàn)。在制造領(lǐng)域，美國辛辛那提公司研制出了一種柔性制造系統(tǒng)(FMS)，但由于計算機技術(shù)的限制，其所能解決的問題只是一些簡單的產(chǎn)品設(shè)計制造問題。八十年代由于各種新的技術(shù)發(fā)展，在制造領(lǐng)域出現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計過程相關(guān)的輔助軟件，如計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)、計算機輔助質(zhì)量控制(CAQ)等。特別值得一提的是，在這些輔助技術(shù)的基礎(chǔ)上，八十年代后期出現(xiàn)了計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)，它將CAD/CAM技術(shù)推向了一個更高的層次。到了九十年代，CAD/CAM已經(jīng)走出了它的初級階段，進一步向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化發(fā)展。到了二十一世紀(jì)，CAD/CAM已經(jīng)發(fā)展并應(yīng)用于各行各業(yè)，其銷售收入也節(jié)節(jié)攀升，僅2002年其全球銷售額就達近100億美元，并且以每年10%左右的速度增長。綜上所述，我們不難發(fā)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)的社會需求量非常大，發(fā)展應(yīng)用的前景也十分廣闊。

三、CAD/CAM在我國發(fā)展的情況

我國早在二十世紀(jì)七十年代就已經(jīng)開展了CAD/CAM技術(shù)的研究。在八十年代，我國進行了大規(guī)模的CAD/CAM技術(shù)研究和開發(fā)。在“九五”計劃期間，國家科委將CAD應(yīng)用作為四大工程之一(先進制造技術(shù)、先進信息工程、CIMS工程、CAD應(yīng)用工程)。

四、CAD/CAM技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，CAD/CAM技術(shù)日益成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)、機械制造等領(lǐng)域，成為一個技術(shù)含量密集的產(chǎn)業(yè)，特別是在機械、農(nóng)業(yè)、化工、航天、航空、軍事、汽車、電力、船舶、建筑等行業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)較為普遍。

CAD系統(tǒng)的應(yīng)用解決了產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化問題，影響和改變著工業(yè)的各個方面，使傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)及方式發(fā)生了深刻的變革，大大提高了設(shè)計的質(zhì)量和效率。CAM系統(tǒng)的應(yīng)用解決了實際產(chǎn)品的加工制造問題，提高了零部件的加工精度和產(chǎn)品的制造質(zhì)量。CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用，充分發(fā)揮了計算機及外圍設(shè)備的能力，把計算機的高速度、準(zhǔn)確性和大存儲量與技術(shù)人員的思維能力、綜合分析能力結(jié)合起來，從而大幅提高了生產(chǎn)效率，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高了設(shè)計和制造的質(zhì)量，節(jié)約了原材料和能源，加速了產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高了企業(yè)的競爭能力。

近年來，一批反映時代潮流的商品化CAD/CAM軟件在我國廣泛使用，如Pro/E、CATIA、UG、Cimatron等。另外，國內(nèi)一些公司開發(fā)出了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CAD/CAM系統(tǒng)，如廣州紅地技術(shù)公司推出的金銀花CAD系統(tǒng)、北航海爾公司開發(fā)的CAXA系列軟件、武漢開目系列軟件等。這些系統(tǒng)已具有很強的實用性和先進性，價格大大低于國外軟件，進一步促進了CAD/CAM技術(shù)在我國的應(yīng)用和發(fā)展。