17计算机辅助设计制造论文

计算机辅助设计及制造的发展历程及概念制造业是国民经济的支柱产业。当今制造领域中，随着市场经济的迅速发展，用户对产品的质量、产品换代速度、产品从设计制造到投放市场的周期等提出越来越高的要求。欲适应这种瞬息万变的市场需求，缩短设计制造周期，提高产品质量，必须有先进的制造技术。计算机技术与制造技术相互渗透、依存、结合并共同发展，产生了这样一门综合性应用技术一一计算机辅助设计与制造（CAD/CAM），该技术的发展和应用已成为衡量一个国家科技现代化与工业现代化水平的重要指标之一。一、CAD/CAM的发展回顾CAD/CAM技术的发展史，更可以看出它与计算机技术的发展密切相关。1946年，美国麻省理工学院MIT研制成功了世界上第一台电子计算机，很多数值分析方法能在计算机上完成，之后人们不断将计算机技术引入设计制造领域。1952年，世界上第一台数控铣床在美国MIT试制成功，通过改变数控程序就可实现对不同零件的加工。之后，MTT研制开发了APT自动编程语言，通过描述走刀轨迹的方法来实现计界机辅助数控编程。在此基础上人们联想到，能否不描述走刀轨迹，而通过直接描述零件本身来实现数控编程，这就是CAD的最初概念。1963年，美国MIT学者I.E.Sutherland有关人机对话图形通信系统的论文问世，研制成功了世界上第一套实时交互功能的二维SKETCHPAD系统。该系统允许设计者操作光笔和键盘，在荧光屏上显示图形，实现人机交互作业。这项成果标志着CAD技术的诞生，为以后CAD技术的发展提供了基本条件和理论基础。此后陆续出现了许多商品化的CAD系统与社备:美国IBM公司开发了以大型机为基础的CAD/CAM系统，其有绘图、数控编程和强度分析等功能；通用汽车公司为实现各个阶段的汽车设计，研制了DAC-1系统；洛克希德公司出台了CADAM系统等。1966年又出现了采用通用计算机直接控制多台数控机床的DNC系统。1978年前后CAD/CAM技术发展趋于成熟。伴随着计算机硬件的发展，以小型机、微型机为主机的CAD系统逐渐引入市场。为了适应设计与加工的要求，三维几何处理技术应运而生，出现了面向中小企业的CAD/CAM商品化软件系统。英国莫林公司研制的由计算机集中控制的自动化制造系统，包含6台加工中心和一条自动运输线，可进行连续作业，并可用计算机编制NC程序、作业计划、统计报表等；美国辛辛那提公司成功地研制了一条FMS柔性制造系统。1980年以后，CAD/CAM技术进入迅速发展期。计算机外围设备已逐渐成为系列产品，超大规模集成电路的出现，使计算机硬件成本大幅下降。相应的软件技术（如优化设计、有限元分析、数据库技术等）迅速提升，出现了很多商品化软件，推动了CAD/CAM技术的应用和推广，并使其从发达国家向发展中国家发展，从大型企业向中小型企业发展，从军用产品设计向工程产品设计发展，它还使一些与制造过程密切相关的计算机辅助技术得以发展，如计算机辅助工艺规程设计（CAPP）、计界机辅助工装与夹具设计、计算机辅助质量控制（CAQ）等。1990年以后，CAD/CAM技术一改过去的单一功能、单一领域、单一内容的运行模式，转向集成化、智能化、标准化的方向发展，系统的集成，是为了实现资源共享，实现产品生产与组织管理的高度自动化，提高产品的市场竞争能力，缩短产品研发的周期，加速新产品对市场需求的响应。为此，国际标准化组织及一些工业发达国家都在从事标准接口的开发；同时，面向对象技术、并行工程思想、人工智能技术、计算机集成制造系统、快速成型技术、敏捷制造技术的研究，又极大地推进了CAD/CAM技术向更高水平的发展。我国的CAD/CAM技术起步约在20世纪70年代中期，最早用于航空工业，应用较多的是采用计算机进行一些产品的分析计算。20世纪80年代初期，国家在CAD/CAM技术应用开发方面实施重点投资，取得了一些成果。最近几年，CAD/CAM技术在我国发展很快，现已在机械、电子、交通、运愉、汽车、建筑、包装等行业逐步进入实用阶段。一方面，软件引进的力度加强，很多国际流行的通用性软件已正在为广大技术人员所掌握，如Pro/E、UG、I-DEAS、CADAM等；另一方面，很多高校、科研院所组织开发CAD/CAM系统，有些已达到国际先进水平，如华中的KMCAD、KMCAPP，中望，CAXA等[1]。二、CAD/CAM的基本概念CAD/CAM主要包括CAD、CAPP、CAM、CAD/CAM集成等技术。2.1CAD技术计算机辅助设计（CAD），泛指设计者以计算机为主要工具，对产品进行设什、绘图、工程分析与编撰技术文档等设计工作的总称，是一项综合性技术。其中工程分析泛指包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、优化设计及产品的常规分析计算等内容，亦称计算机辅助工程分析（CAE）。作为一个设计过程，CAD是在计算机环境下完成产品的创造、分析、设计和修改，以达到预期视划目标的过程。目前CAD技术可实现的功能包括:设计人员在进行产品概念设计的基础上从事产品的几何造型分析，完成产品几何模型的建立，然后抽取模型中的有关数据进行工程分析和计界（例如有限元分析、模拟仿真等），根据计算结果决定是否对设计结果进行修改，修改满意后编辑全部设计文档，输出工程图。从CAD作业过程可以看出，CAD技术也是一项产品建模技术，它是将产品的物理模型转化为产品的数据模型，并把建立的数据模型存储在计算机内供后续的计算机辅助技术共享，驱动产品生命周期的全过程。一般认为，CAD的功能可归纳为几何建模、工程分析、模拟仿真、自动绘图等四大类。而实现这些功能的一个完备的CAD系统应由科学计算系统、图形系统和工程教据库等组成。在CAD系统中，若加入人工智能和专家系统技术，让计算机模拟人类专家解决问题的思路和方法进行推理和决策，可大大提高设计自动化水平，并可实现对产品进行功能设计、总体方案设计等产品的概念设计过程，从而对产品设计全过程提供支持。2.2CAPP技术计算机辅助工艺设计（CAPP），是根据产品设计结果进行产品的加工方法和制造过程的设计。一般认为，CAPP系统的功能包括毛坯设计、加工方法选择、工序设计、工艺路线制定和工时定额计算等[2]。工艺设计是制造型企业技术部门的主要工作之，其设计效率的高低以及设计质量的优劣，对生产组织、产品质量、生产率、产品成本、生产周期等均有极大的影响。长期以来，工艺人员依据个人的经验以手工的方式进行工艺设计。由于这种方法固有的效率低、工艺方案因人而异、难以取得最佳的工艺方案等缺陷，难以适应当今快速发展的生产需要。应用CAPP能够迅速编制出完整、详尽、优化的工艺方案和各种工艺文件，可极大提高工艺人员的工作欢率，缩短工艺准备时间，加快产品投放市场的速度。2.3CAM技术计算机辅助制造（CAM），它是指计算机在制造领域有关应用的统称，它有广义CAM和狭义CAM之分。广义CAM，一般是指利用计算机辅助完成从毛坯到产品制造过程中直接和间接的各种活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流过程的运行控制、生产控制、质量控制等主要方面。狭义CAM通常指数控程序的编制，包括刀具路线的规划、刀位文件的生成，刀具轨迹仿真以及后置处理和NC代码生成等[3]。2.4CAD/CAM集成技术CAD/CAM集成实质上是指在CAD、CAPP、CAM各模块之间形成相关信息的自动传递和转换。集成化的CAD/CAM系统借助于公共的工程数据库，网络通信技术以及标准格式的中性文件接口，把分散于机型各异的计算机中的CAD/CAM模块高效地集成起来，实现软、硬件资源共享，保证系统内信息的流动畅通无阻[4]。随着信息技术的不断发展，为使计算机辅助技术给企业带来更大的效益，人们又提出了要将企业内所有分散的信息系统进行集成，不仅包括生产信息，还包括生产管理过程所需的全部信息，从而构成一个计算机集成制造系统（CIMS），而CAD/CAM集成技术则是计算机集成制造系统的一项核心技术。三、总结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，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。参考文献[1]梅黎锦.CAD/CAM技术在我国的发展和应用现状.机械工程师,2009(3):75-76.[2]李慧云,徐燕申,李树杭,周同田.CAPP：概念、现状、存的问题及发展趋势.河北工业科技,2000,17(2):51-55.[3]郝静,张凯.CAD/CAM概况及其发展.农机化研究,2005(3):258-259.[4]王宁国.CAD/CAM技术的发展历程.中外企业家,2011(14):140-141.[5]A.Ball.SimpleCADCAMproceduresforcomplexshapedcomponents.InternationalJournalofProductionResearch,1996,Vol.34(9).