CAD/CAM技术及其发展趋势
院系：物理与机械电子工程学院
班级：11级机械设计制造及其自动化1班
姓名：石宝贝
学号：0802110125
CAD/CAM技术及其发展趋势
摘要
随着市场竞争的日益激烈及全球市场的形成，对制造业来说，21世纪企业竞争的核心将是新产品的开发能力及制造能力的发展，CAD/CAM技术是提高产品设计质量，缩短产品开发周期、降低产品生产成本的强有力手段。CAD包括建立几何模型、工程分析、产品分析、动态模拟、自动绘图；CAM包括数字化控制、工艺过程设计、柔性制造系统等。另外，CAD/CAM技术随着其推广应用和数字化设计与制造技术的发展成为一种高新技术产业，它的应用和发展引起了社会生产的重大变革。目前CAD/CAM技术广泛应用在于机械、电子、航天、汽车、船舶、纺织、轻工及建筑等应用，它的应用水平已成为衡量一个国家技术发展水平及工业现代化水平的重要指标。
关键字 飞速发展 自动绘图 数字化控制 自动化技术 引言
计算机辅助设计和制造简称为CAD/CAM，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员或产品的设计制造，达到预期的目的，并取得创新成果的一种技术。目前已在机械、电子、建筑以及能源交通等领域广泛应用。
20世纪60年代初，CAD技术首先被应用在机器制造行业，如飞机制造、汽车制造、船舶制造等。到20世纪70年代后期，微型计算机、大容量存储技术和计算机图形学的飞速发展，使CAD技术在工程上的应用从单独的分析计算变成大量信息存储、制造、管理的全过程中。近年来，数据库技术的飞速发展，使设计从工艺流程计划、加工数据及数控程序，再到控制机器人的活动路径，实现设计、制造、生产的自动化管理已经开始进入实用阶段。目前，世界上工业发达国家的制造业，其CAD/CAM技术应用的比重越来越大，如美国的汽车行业达100%，电子行业60%。我国CAD/CAM技术的运用也在逐步发展中，已广泛应用于分析计算、数据编程、计算机辅助工艺编程和管理等方面。 1.介绍CAD/CAM技术
1.1定义
CAD/CAM即计算机辅助设计（Computer Aided Design ）和计算机辅助制造（Computer Aided Manufacture）。CAD指工程技术人员以算计机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作，如草图绘制、零件设计、装配设计、工程分析等，并达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。
CAM有广义和狭义两种定义。广义CAM是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来过程中的各项活动，包括工艺过程设计（Computer Aided Proce Plan,简称CAPP）、工装设计、计算机辅助数控加工编程、生产作业计划、制造过程控制、质量检测与分析等。狭义CAM通常是指数控（Numerical Control,简称NC）程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成等。 1.2CAD/CAM系统组成
系统是指为一个共同目标组织在一起的相互联系部分的组合。一个完整的CAD/CAM系统应具有如下功能：快速数字计算及图形处理功能；大量数据、知识的存储及快速检索、操作能力；人机交互通信的功能；输入输出信息及图形的能力。为实现这些功能，CAD/CAM系统应由人、硬件、软件三大部分组成。其中电子计算机及其外围设备称为CAD/CAM系统的硬件；数据库、应用软件称为软件。
由人、硬件、软件组成的CAD/CAM系统将实现设计制造各功能模块之间的信息存储和传输，并对各功能模块运行进行管理和控制。 1.3CAD/CAM集成方法
CAD/CAM系统的集成有信息集成、过程集成、功能集成。目前CAD/CAM系统大多数都停留在信息集成的基础上。因此一般的CAD/CAM集成指的是把CAD、CAE、CAPP、CAFD、CAM等各种功能软件有机的结合起来，用统一的执行程序来控制和组织各功能软件信息的提取、转换和共享，从而达到系统内信息的畅通和系统协调运行的目的。 通过专用数据接口实现集成
利用标准格式接口文件实现集成 基于统一产品模型和数据库的集成 基于产品数据管理的系统集成 2.发展趋势 2.1简介
50 - 60年代初CAD技术处於准备和酝酿时期，被动式的图形处理是这阶段CAD技术的特征。60年代CAD技术得到蓬勃发展并进入应用时期，这阶段提出了计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想，从而为CAD技术的进一步发展和应用打下了理论基础。70年代CAD技术进入广泛使用时期，1970年美国Applicon公司首先推出了面向企业的CAD商品化系统。80年代CAD技术进入迅猛发展时期，这阶段的技术特征是CAD技术从大中企业向小企业扩展；从发达国家向发展中国家扩展；从用於产品设计发展到用於工程设计和工艺设计。90年代以后CAD技术进入开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期，这阶段的CAD技术都具有良好的开放性，图形接口、功能日趋标准化。 CAD体系结构大体可分为基础层、支撑层和应用层三个层次。基础层由计算机及外围设备和系统软件组成。随着网络的广泛使用，异地协同虚拟CAD环境将是CAD支撑层的主要发展趋势。应用层针对不同应用领域的需求，有各自的CAD专用软件来支援相应的CAD工作。 CAM中的核心技术是数控技术，编制零件加工程序是数控技术应用的重要环节，靠手工编程无法满足复杂零件数控加工的需求，50年代初期，美国开始了数控自动编程技术-APT语言的研究，形成了早期的CAM系统；如20世纪60年代开发的编程机及部分编程软件∶FANUC、Siemens编程机。目前，CAM技术已经成为CAX（CAD、CAE、CAM等）体系的重要组成部分，可以直接在CAD系统上建立起来的参数化、全相关的三维几何模型（实体＋曲面）上进行加工编程，生成正确的加工轨迹。典型的CAM系统有UG、Pro/E、Cimatron、MasterCAM等。其特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工艺特征、工艺复杂程度等没有直接相关关系。CAM系统仅以CAD模型的局部几何特征为目标对象的基本处理形式，已经成为智能化、自动化水平进一步发展的制约因素。只有采用面向模型、面向工艺特征的CAM系统，才能够突破CAM自动化、智能化的现有水平。
2.2趋势
（1）CAD/CAM技术应与多媒体技术更好的结合
CAD/CAM技术应与多媒体更好的结合,增强使用的灵活性。未来的人机交互界面将会更加友善和方便,还可引入触摸式、声控式等各种操作方式。
（2）CAD/CAM系统应具有高度的开发性
CAD/CAM系统的开放性主要体现在系统的工作平台、用户接口、应用开发环境及与其他系统的信息交换等方面。现在市场上的CAD/CAM产品一般都会为用户提供二次开发环境,方便用户订制自己的CAD/CAM系统,具有较好的开放性。
（3）CAD/CAM系统应具备更好的集成性
集成就是向企业提供CAD/CAM一体化的解决方案,企业中各个环节不可分割,统一考虑。企业的整个生产过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。集成化是CAD/CAM技术发展的一个最为显着的趋势。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有机地结合起来，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系统体现出来；反过来，CAM系统假如没有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系统假如没有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，人们着手将CAD、CAE、CAPP、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。 CIM是CAD/CAM集成技术发展的必然趋势。CIM的最终目标是以企业为对象，借助于计算机和信息技术，使生产中各部分从经营决策、产品开发、生产准备到生产实施及销售过程中，有关人、技术、经营管理三要素及其形成的信息流、物流和价值流有机集成并优化运行，从而达到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁，使企业赢得市场竞争的目的。CIMS是一种基于CIM哲理构成的计算机化、信息化、智能化、集成化的制造系统。它适应多种、小批量市场需求，可有效地缩短生产周期，强化人、生产和经营管理的联系，压缩流动资金，提高企业的整体效益。 （4）CAD/CAM系统应具备更强的智能性
智能化设计功能是未来CAD/CAM软件的一个重要标志。CAD/CAM系统将包括专家系统、经验储存、智能库、推理规则和自动学习功能。软件开发要将产品设计加工过程直接与系统相结合,使用户轻松完成工作任务。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定能力。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。 （5）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化产品设计应用系统；能提供产品、进程和整个企业性能仿真、建模和分析技术的拟实制造系统；能开发自动化系统，产生和优化工作计划和车间级控制，支持灵敏制造的制造计划和控制应用系统；对生产过程中物流，能进行治理的物料治理应用系统等。 （6）并行工程
并行工程（Concurrent Ensineering）是随着CAD/CAM、CIMS技术发展提出的一种新哲理、新的系统工程方法。这种方法和思路，就是并行的、集成的设计产品及其开发的过程。它要求产品开发人员在设计的阶段就考虑产品整个生命周期的所有要求，包括质量、成本、进度、用户要求等，以便最大限度地提高产品开发效率及一次成功率。并行工程的关键是用并行设计方法代替串行设计方法。随着市场竞争的日益激烈，并行工程必将引起越来越多的重视。但其实施也决非一朝一夕的事情，目前应为并行工程的实现创造条件和环境。其中，与CAD/CAM技术发展密切相关的有如下几项要求：1）研究特征建模技术，发展新的设计理论的方法；2）开展制造仿真软件及虚拟制造技术的研究，提供支持并行工程运行的工具和条件；3）探索新的工艺过程设计方法，适应可制造性设计（DFM）的要求；4）借助网络及统一DBMS技术，建立并行工程中数据共享的环境；5）提供多学科开发小组的协同工作环境，充分发挥人在并行工程中作用。以上要求将极大地促进CAD/CAPP/CAM技术的变革和发展。
（7）标准化
CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，只有依靠标准化技术才能解决CAD系统支持异构跨平台的环境问题。目前，除了CAD支撑软件逐步实现ISO标准和工业标准外，面向应用的标准零部件库、标准化设计方法已成为CAD系统中的必备内容，且向合理化工程设计的应用方向发展。
（8）面向对象、面向工艺特征的结构体系
传统CAM曲面为目标的体系结构将被改变成面向整体模型（实体）、面向工艺特征的结构体系。系统将能够按照工艺要求自动识别并提取所有的工艺特征及具有特定工艺特征的区域，使CAD/ CAM的集成化、自动化、智能化达到一个新的水平。 （9）提供更方便的工艺管理手段
CAM的工艺管理是数控生产中至关重要的一环，未来CAM系统的工艺管理树结构，为工艺管理及即时修改提供了条件。较领先的CAM系统已经具有CAPP开发环境或可编辑式工艺模板，可由有经验的工艺人员对产品进行工艺设计，CAM系统可按工艺规程全自动批次处理。据报道，未来的CAM系统将能自动生成图文并茂的工艺指导文件，并能以超文本格式进行网络浏览。
3总结
随着市场竞争的日益激烈，用户对产品的质量、成本、上市时间提出了越来越高的要求。CAD/CAN技术是加快产品更新换代，增强企业竞争能力的最有效手段。企业应看清应用CAD/CAM技术带来的进步性，并以自身为基础，借鉴同行各企业应用推广的经验，灵活应用CAD/CAM技术，加快企业的设计制造一体化发展。当前信息技术对传统制造业影响最大的莫过于CAD/CAM技术的发展和进步。随着企业产业升级，走集约化生产之路，CAD/CAM已成为现代企业的必备工具，它是保证产品质量、快速适应市场变化、提高市场竞争力的重要保证。同时也促使着CAD/CAM的开发和研究向更高更深的阶段发展，以适应不同企业的不同要求， CAD/CAM技术的应用已成为衡量一个国家科技实力的重要标志之一。我国企业应正充分利用CAD/CAM技术这一有力武器，只有合理利用这一资源,采用先进的生产方式才能在在世界经济危机中顽强生存并且不断发展壮大。 参考文献
（1） 张涛依、张会玲 我国机械CAD/CAM技术应用研究综述
机械制造与研究,2008 （2） 王伟、宋宪一 机械CAD/CAM技术与应用 机械工业出版社2008 （3） 熊彦 技术——Pro/E应用实训 机械工业出版社2008 （4） 成正洋 械CAD/CAM 工业出版社2008.6 （5） 葛友华 机械CAD/CAM试验 西安电子工业大学出版社2009.1 （6）
宁汝新、赵汝嘉
CAD/CAM技术
机械工业出版社2013.1
