CADCAM集成技术和系统

计算机的出现和发展是为了将人类从繁琐、 重复的脑力劳动中解放出来。 早在三、 四十年前，计算机就已作为重要的工具辅助人类承担一些单调、重复的劳动，如 数值计算、工程工程图绘制和数控编程等。在此基础上，逐渐出现了计算机辅助 设计(CAD)、计算机辅助工艺规程设计(CAPP) 、计算机辅助制造(CAM) 、计算 机辅助工程分析(CAE) 、计算机辅助夹具设计(CAFD) 等概念。近年来，这些 独立的系统获得了飞速的发展，分别在产品设计自动化、工艺过程设计自动化和 数控编程自动化等方面起到了重要的作用。 集成的概念 随着计算机技术日益广泛深入的应用， 人们很快发现，采用这些各自独立的 系统不能实现系统之间信息的自动传递和交换。例如 CAD 系统设计的结果，不 能直接为 CAPP 系统接收， 若进行工艺规程设计时还需要人工将 CAD 输出的图 样、文档等信息转换成 CAPP 系统所需要的输入数据，这不但影响了效率的提 高，而且在人工转换过程中难免会发生错误。只有当 CAD 系统生成的产品零件 信息能自动转换成后续环节（如 CAPP、CAM 等）所需的输入信息，才是最经 济的。为此，人们提出了CAD/CAM 集成的概念并致力于 CAD、CAPP 和 CAM 系统之间数据自动传递和转换的研究， 以便将业已存在的和正在使用中的 CAD、 CAPP、CAM 等独立系统集成起来。 集成（Integration）是近二十年来使用频率比较高的一个词。电路设计讲集 成， 软件系统开发讲集成， 制造系统的规划设计也讲集成。 由于应用领域的差异， 集成的意义有所不同。即便是在同一领域，不同的阶段、不同的层面，其意义也 有差别。因此很难给集成下一个准确完整的定义。对于集成系统来说，应具备以 下三个基本特征： 发展 数据共享：系统各部分的输入可一次性完成，每一部分不必重新初始化，各子 系统产生的输出可为其它有关的子系统直接接收使用，不必人工干预。 系统集成化：系统中功能不同的软件系统，按不同的用途有机的结合起来，用 统一的执行控制程序来组织各种信息的传递，保证系统内信息流畅通，并协调各 子系统有效地运行。 开放性：系统采用开放式体系结构和通用接口标准。在系统内部各个组成部分 之间易于数据交换、易于扩充；在系统外部，一个系统能有效地嵌入另一个系统 中作为其组成部分，或者通过外部接口，有效地连接、实现数据交换。 CAD/CAM 是制造系统的重要组成部分， 正确理解 CAD/CAM 系统集成的概 念，应将 CAD/CAM 放到整个集成化制造系统中来分析。集成化制造系统是由 管理决策系统、产品设计与工程设计系统、制造自动化系统、质量保障系统四个 功能子系统以及计算机网络和数据库两个支撑子系统等六个部分有机地集成起 来的，下图表示了六个子系统及其与外部信息的联系。 在现代机械制造业中,模具工业已成为国民经济中的基础工业,许多新产品的开发 和生产,在很大程度上依赖于模具制造技术,特别是在汽车、轻工、电子和航天等 行业中尤显重要。模具制造能力的强弱和模具制造水平的高低,已经成为衡量一 个国家机械制造技术水平的重要标志之一,直接影响着国民经济中许多部门的发 展。模具CAD/CAM 是在模具 CAD 和模具 CAM 分别发展的基础上发展起来的, 它是计算机技术在模具生产中综合应用的一个新的飞跃。 CAD/CAM 技术的迅猛 发展,软件、 硬件水平的进一步完善,为模具工业提供了强有力的技术支持,为企业 的产品设计、制造和生产水平的发展带来了质的飞跃,已经成为现代企业信息化、 集成化、网络化的最优选择。 1 目前国内流行的 CAD/CAM 软件特点及其应用情况 1.1 国外软件 1.1.1 Unigraphics(UG) UG 起源于美国麦道(MD)公司的产品,1991 年 11 月并入美国通用汽车公司 EDS 分部。UG 由其独立子公司 UnigraphicsSolutions 开发,是一个集 CAD/CAM/CAE 于一体的机械工程辅助系统,适用于航空、航天、汽车、通用机 械以及模具等的设计、分析及制造工程。UG 是将优越的参数化和变量化技术与 传统的实体、 线框和表面功能结合在一起,还提供了二次开发工具 GRIP、 UFUNG、 ITK,允许用户扩展 UG 的功能。 1.1.2 AutoCAD AutoCAD 是美国 Autodesk 公司开发的一个具有交互式和强大二维功能的绘 图软件,如二维绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能, 同时有部分三维功能。AutoCAD 软件是目前世界上应用最广的 CAD 软件,占整 个 CAD/CAE/CAM 软件市场的 37%左右,在中国二维绘图 CAD 软件市场占有绝 对优势。 1.1.3 MDT(MechanicalDesktop) MDT 是 Autodesk 公司在基于参数化特征实体造型和曲面造型的 CAD/CAM 软件,它以三维设计为基础,集设计、分析、制造以及文档管理等多种功能为一体 , 为用户提供了从设计到制造一体化的解决方案。据称目前已经装机 2 万余套,国 内已销售近千套。 1.1.4 SolidWorks SolidWorks 是由美国 SolidWorks 公司于 1995 年 11 月研制开发的基于 Windows 平台的全参数化特征造型的软件,SolidWorks 是世界各地用户广泛使 用,富有技术创新的软件系统,已经成为三维机械设计软件的标准。它可以十分方 便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图。图形界面友好,用 户易学易用。 SolidWorks 软件于 1996 年 8 月由生信国际有限公司正式引入中国 以来,在机械行业获得普遍应用,目前用户已经扩大到三十多万个单位。 1.1.5 Pro/Engineer Pro/Engineer 是美国参数技术公司(ParametricTechnologyCorporation 简称 PTC)的产品,于 1988 年问世。 Pro/E 具有先进的参数化设计、 基于特征设计的实 体造型和便于移植设计思想的特点,该软件用户界面友好,符合工程技术人员的机 械设计思想。 Pro/Engineer 整个系统建立在统一的完备的数据库以及完整而多样 的模型上,由于它有二十多个模块供用户选择,故能将整个设计和生产过程集成在 一起。在最近几年 Pro/E 已成为三维机械设计领域里最富有魅力的软件,在中国 模具工厂得到了非常广泛的应用。 1.2 国内软件 1.2.1 PICAD PICAD 系统及系列软件是中科院凯思软件集团及北京凯思博宏应用工程公司 开发的具有自主知识产权的 CAD 软件。该软件具有智能化、参数化和较强的开 放性,对特征点和特征坐标可自动捕捉及动态导航;系统提供局部图形参数化、参 数化图素拼装及可扩充的参数图符库;提供交互环境下的开放的二次开发工具,用 户可以任意增加功能或开发专业应用软件。PICAD 是国内商品化最早、市场占 有率最大的 CAD 支撑平台及交互式工程绘图系统,自从 1991 年推出中国第 1 个 商品化的二维 CAD 系统以来,PICAD 的用户已经遍及各行业及各省市,至今装机 量已超