【高考辅导资料】cadcam的发展趋势毕业论文

四川科技职业学院毕业设计(论文) 第16页毕 业 论 文题目：CAD/CAM的发展趋势 学 院 年 级 专 业 数 控 学 号 学生姓名 指导教师 毕业设计(论文)鉴定表院 系 专 业 数控 年 级 姓 名 题 目 CAD/CAM的发展趋势 指导教师评 语 过程得分： (占总成绩20%)是否同意参加毕业答辩 同意 指导教师 (签字)答辩教师评 语 答辩得分： (占总成绩80%) 毕业论文总成绩 等级： 答辩组成员签字 年 月 日毕业设计(论文)任务书班 级 08级数控1班 学生姓名 陈小刚 学号 200803010104 发题日期：2010 年 12 月 日 完成日期：2011年 3月 日题 目 CAD/CAM的发展趋势 1、本论文的目的、意义 2、学生应完成的任务 3、论文各部分内容及时间分配：(共 20 周)第一部分 查询资料 收集理论知识 ( 3 周) 第二部分 询问导师，学长，资深人士 (3 周) 第三部分 基本资料齐备，完成原稿 ( 6 周)第四部分 导师审阅，修改原稿 ( 4 周) 第五部分 完成论文，复查合格 ( 3 周)评阅及答辩 ( 1 周)备 注 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘 要论文题目:CAD/CAM的发展趋势，通过对CAD/CAM的简介与历史 ，了解其发展历程，对什么是CAD/CAM有初步的认识。然后观察目前社会状态，目前CAD/CAM的国内外应用情况，判断其发展趋势，前景。列举国内外的应用软件，对发展趋势的判断，以及对发展趋势的总结，最后叙述发展趋势的表现特征。对CAD/CAM的发展趋势的要点，以及表现特征进行说明，对未来的软件要求，对发展趋势的社会需求等。总结CAD/CAM的发展初始到未来趋势，做出个人见解，完成论文。最后致谢，例举参考文献。关键字： 简介 历史 应用 发展趋势 表现 目 录毕业论文I第一章CAD/CAM的简介与历史21.1 CAD/CAM简介21.2 CAD/CAM的发展历史2第二章CAD/CAM的应用情况4第三章CAD/CAM目前社会状态63.1.国外软件63.2. 国内软件73.3. 目前CAD/CAM软件二次开发情况8四CAD/CAM的发展趋势94.1.集成化94.2.网络化94.3.智能化94.4.参数化9五CAD/CAM发展趋势的表现特征115.1.标准化115.2.集成化技术115.3.应用人工智能技术115.4.网络技术的应用115.5.多学科多功能综合产品设计技术115.6.逆向工程技术的应用115.7.快速成形技术12结 论13 致 谢14参考文献15第一章CAD/CAM的简介与历史1.1 CAD/CAM简介 CAD即计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design) 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作 。简称cad。 CAM(computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)：利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD 能够减轻设计人员的计算画图等重复性劳动，专注于设计本身，缩短设计周期和提高设计质量。它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的遇到轨迹 (刀位文件)和数控程序。 CAM的核心是计算机数值控制 (简称数控)，是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。1.2 CAD/CAM的发展历史20世纪50年代在美国诞生第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术。60年代初期出现了cad 的曲面片技术，中期推出商品化的计算机绘图设备。70年代，完整的cad 系统开始形成，后期出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器 ， 推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备，促进了cad技术的发展。80 年代，随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现，工程工作站问世 ，CAD技术在中小型企业逐步普及。80 年代中期以来，CAD 技术向标准化、集成化、智能化方向发展。一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为CAD技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用；系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在CAD中的应用，极大地提高了CAD系统的性能；人工智能和专家系统技术引入CAD，出现了智能CAD技术，使CAD 系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化。现在，CAD已在电子和电气、科学研究、机械设计、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用1952年美国麻省理工学院首先研制成数控铣床。数控的特征是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床。此后发展了一系列的数控机床，包括称为“加工中心”的多功能机床，能从刀库中自动换刀和自动转换工作位置，能连续完成锐、钻、饺、攻丝等多道工序，这些都是通过程序指令控制运作的，只要改变程序指令就可改变加工过程，数控的这种加工灵活性称之为“柔性”。加工程序的编制不但需要相当多的人工，而且容易出错，最早的CAM便是计算机辅助加工零件编程工作。麻省理工学院于1950年研究开发数控机床的加工零件编程语言APT，它是类似FORTRAN的高级语言。增强了几何定义、刀具运动等语句，应用APT使编写程序变得简单。纵观CAD与CAM的历史发展来看，说明CAD/CAM发展迅速，现代需求更是很大，应用极为广泛。第二章CAD/CAM的应用情况以汽车工业为例，说明国内外机械CAD/CAM技术的应用情况。CAD/CAM在汽车工业中的技术应用状况汽车工业代表着一个国家机械制造业发展的水平，一直是CAD/CAM技术应用的先锋和大户。下面就以汽车工业为例，说明国内外机械CAD/CAM技术的应用状况。 国际上，美国福特汽车公司在CAD/CAM技术方面处于领先地位。早在80年代初，福特公司就着手CAD/CAM系统的规划，建成了以工作站为主体的环形网络系统；1985年已经有一半以上的产品设计工作使用图形终端实现；1986年新开发的TAURUS和SABLE轿车，大约70%的外板件采用CAD/CAM;90年代初全面实行产品开发的CAD/CAM,应用率可达100%。福特公司1990年工作站已达2000台，以FGS工作站（约占70%）和CV工作台（约占18%）为主，其应用软件主要为自行开发的PDGS和CAD/CAM。1993年以后，福特汽车公司提出了C3P(CAD/CAE/CAM/PDM)概念，并决定今后将采用I-DEAS软件作为 其主流核心软件。 日本三菱汽车公司1960年从冲模的NC数控加工着手，以CAD/CAE/CAM为动力，对从设计到制作的各项工程踏踏实实地进行了改革，至今，已形成了从车型款式设计到车身组装的新车型开发的完整的CAD/CAE/CAM系统。 法国雷诺汽车公司应用Euclid软件作为CAD/CAM的主导软件，目前已有95%的设计工作量用该软件完成，并开发出很多适合汽车工业需求的模块，如用于干涉检查的Megavision,用于钣金成形分析的OPTRIS等。 德国各大汽车公司普遍采用CATIA作为其CAD/CAM系统的主导软件。1994年，德国大众集团决定用CATIA和Pro/Engineer作为其将来开发新车型的主导CAD系统。 我国的CAD/CAM工作始于70年代，发展迅速，已取得了良好的经济效益。少数大型企业，如一汽、二汽等，已建立起比较完整的CAD/CAM系统，其应用水平也接近国际先进水平。许多中小企业应用CAD/CAM技术在保证产品质量、提高劳动率等方面也取得了显著的经济效益。但是总的说来，国内在CAD/CAM技术应用的深度和广度方面与国外先进水平相比还有很大差距。随着社会主义市场经济的发展，国有企业需要对传统的产品结构、生产设备和管理模式进行改造，以提高企业的活力和适应市场的应变能力，而采用CAD/CAM技术被认为是唯一的出路。我国开展CAD/CAM技术应用工作并不算晚；通过引进，不少企业的软、硬件条件与国外相比也相差不大。但是，国内的CAD/CAM应用与国外先进水平相比存在较大的差距。原因是： 原有经济体制的弊端。采用CAD/CAM技术投资大，有较大风险，效益回报有一定的滞后期，导2.2产品数据交换标准建立统一的产品数据交换标准是实现CAD/CAM技术集成化的必要条件。复杂机械产品的生产需要不同企业、部门的分工协作完成。由于产品信息是在不同的地点、不同的计算机和不同的CAD/CAM系统中产生，造成同一转机械启停机及正常运行时的特性，可分为转速上升、转速下降、转速不变、转速变化等。负荷状态可分为满载、空载、部分载荷、载荷骤增和骤减等。 管理上的缺陷。由于条块分割，重复引进，企业相互之间缺乏必要的交流和协作，影响了CAD/CAM技术效益的发挥。 人才培养的不足。福特等企业之所以CAD/CAM技术应用得好，是因为得益于几十年来一直大力开展CAD/CAM应用而积淀下来的宝贵经验以及培养出了一支高水平的技术队伍。现在国内既懂计算机软、硬件，又有丰富专业知识的人才奇缺，而这恰是企业最为宝贵的财富。第三章CAD/CAM目前社会状态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。首先国外的软件介绍：3.1.国外软件 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。AutoCADAuto ： CAD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。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。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。3.2. 国内软件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,至今装机量已超过数万套。 高华CAD：高华CAD软件包括机械设计及绘图系统GHMDS、计算机辅助绘图支撑系统GHDrafting、工艺设计系统GHCAPP、产品数据管理系统GHPDMS、三维几何造型系统GHGEMS及自动数控编程系统GHCAM。其中GHMDS是基于参数化设计的CAD/CAE/CAM集成系统,具有全程导航、图形绘制、明细表的处理、全约束参数化设计、参数化图素拼装、尺寸标注、标准件库、图像编辑等功能模块。 CAXA：CAXA电子图板是一套高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件,可帮助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计,适合所有需要二维绘图的场合,使设计人员可以把精力集中在设计构思上,彻底甩掉图板,满足相关行业的设计要求。 CAXA-ME是一套数控编程和三维加工软件,具有强大的造型功能,可快速建立各种复杂的三维模型,它为数控加工行业提供了从造型、设计到加工代码生成、加工仿真、代码校验等一体化的解决方案。其中的CAXA注塑模设计(CAXA-IMD)是一套中文注塑模专业CAD软件,该软件提供注塑模标准模架和零件库,以及塑料、模具材料和注射机等设计参数数据库,可随时查询、检索;并能自动换算型腔尺寸,对模具进行各种计算。使用该软件,设计人员不必翻找设计手册即可轻松设计模具。 GS-CAD98： GS-CAD98是浙江大天电子信息工程有限公司开发的基于特征的参数化造型系统的软件。它是一个具有完全自主知识产权的基于中文Windows95/NT平台的三维CAD系统,该软件是在国家“七五”重大攻关及863/CIMS主题目标产品开发成果的基础上,参照SolidWorks的用户界面风格及主要功能开发完成的。它包括实体、草图、参数化特征造型及高级曲面造型技术以及采用自适应参数关联技术来保证从设计到制造过程中各个环节的一致性。金银花系统(Lonicera)： 金银花系统是由广州红地技术有限公司开发的基于STEP标准的CAD/CAM系统。该系统是国家科委863/CIMS主题在“九五”期间科技攻关的最新研究成果。它是基于STEP标准的CAD/CAM系统,该软件主要应用于机械产品设计和制造中,它可以实现设计/制造一体化和自动化。该软件采用面向对象的技术,使用先进的实体建模、参数化特征造型、二维和三维一体化、SDAI标准数据存取接口的技术;具备机械产品设计、工艺规划设计和数控加工程序自动生成等功能;同时还具有多种标准数据接口,如STEP、DXF等;支持产品数据管理(PDM)。目前金银花系统的系列产品包括:机械设计平台MDA、数控编程系统NCP、产品数据管理PDS、工艺设计工具MPP。机械设计平台MDA1.7版已投放市场,MDA99版也已发布,目标是向国外三维CAD软件发出强有力的挑战。3.3. 目前CAD/CAM软件二次开发情况如上所述,许多商品化的CAD/CAM系统在模具行业中得到了广泛应用,但由于这些CAD/CAM系统都是作为通用机械设计与制造软件来设计的,没有特别针对模具,为了提高模具设计的效率与正确率,需要对其进行二次开发。在微机平台上开发CAD/CAM软件方面我国与国外起点差不多,都是使用VisualC+或OpenGL等工具进行软件开发,国内许多高校、软件公司和企业在此基础上开发出了先进的、有自己特色的、符合中国用户习惯的CAD/CAM软件或模块,其中有一些成果已经得到了推广和使用7。如华中科技大学1997年推出了HSC2.0注射模CAD/CAE/CAM集成系统,该系统以AutoCAD软件包为图形支撑平台,包括模具结构设计子系统,结构及工艺参数计算校核子系统,塑料流动、冷却等子系统。合肥工业大学基于AutoCAD与MDT的三维参数化注射模系统IPMCADV4.0。另外,众多的科研单位和企业也针对具体应用开发了众多的插件和模块,如武汉汽车工业大学开发了基于SolidWorks的三维标准件库3DPARTLIB等。四CAD/CAM的发展趋势4.1.集成化集成化是CAD/CAM技术发展的一个最为显著的趋势。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系统如果没有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系统如果没有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。4.2.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，支持敏捷制造的制造计划和控制应用系统；对生产过程中物流，能进行管理的物料管理应用系统等。4.3.智能化人工智能在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断能力。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4.4.参数化给于目标建模，进行的几何约束，人工智能的几何推理，生成的过程构造，对生成物进行描述，自动生成所需目标。 CAD/CAM的发展必然遵循这个趋势，也就是遵循有使用价值的趋势，那目前这个趋势的表现是什么？五CAD/CAM发展趋势的表现特征 5.1.标准化 CAD/CAM系统可建立标准零件数据库,非标准零件数据库和模具参数数据库。标准零件库中的零件在CAD设计中可以随时调用,并采用GT(成组技术)生产。非标准零件库中存放的零件,虽然与设计所需结构不尽相同,但利用系统自身的建模技术可以方便地进行修改,从而加快设计过程,典型模具结构库是在参数化设计的基础上实现的,按用户要求对相似模具结构进行修改,即可生成所需要的结构。5.2.集成化技术 现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成,更应该强调技术、人和管理的集成。在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成,这更适合未来制造系统的需求。 5.3.应用人工智能技术应用人工智能技术实现产品生命周期(包括产品设计、制造、使用)各个环节的智能化,实现生产过程(包括组织、管理、计划、调度、控制等)各个环节的智能化,以及模具设备的智能化,也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。5.4.网络技术的应用 网络技术包括硬件与软件的集成实现,各种通讯协议及制造自动化协议,信息通讯接口,系统操作控制策略等,是实现各种制造系统自动化的基础。目前早已出现了通过Internet实现跨国界模具设计的成功例子。5.5.多学科多功能综合产品设计技术 未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识,而且还用到电磁学、光学、控制理论等知识。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计,以追求模具产品动静态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。5.6.逆向工程技术的应用 在许多情况下,一些产品并非来自设计概念,而是起源于另外一些产品或实物,要在只有产品原型或实物模型,而没有产品图样的条件下进行模具的设计和制造以便制造出产品。此时需要通过实物的测量,然后利用测量数据进行实物的CAD几何模型的重新构造,这种过程就是逆向工程RE(ReverseEngineering)。逆向工程能够缩短从设计到制造的周期,是帮助设计者实现并行工程等现代设计概念的一种强有力的工具,目前在工程上正得到越来越广泛的应用。5.7.快速成形技术快速成形制造技术RPM(RapidPrototyping&Manufacturing)是基于层制造原理,迅速制造出产品原型,而与零件的几何复杂程度丝毫无关,尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型供设计评估、装配校验、功能试验,而且还可以通过形状复制快速经济地制造出产品模具(如制造电极用于EDM加工、作为模芯消失铸造出模具等),从而避免了传统模具制造的费时、高成本的NC加工,因而RPM技术在模具制造中日益发挥着重要的作用。结 论 近年来， 随着我国正式加入WTO，经济全球化和信息化使我国制造企业的竞争环境、发展模式和活动空间等发生了深刻变化，这些变化对我国制造企业提出了严峻的挑战。如何提高自身的核心竞争力已成为制造企业关注的焦点。在机械CAD/CAM的应用方面，经过这几十年的发展，我国机械CAD/CAM的应用有了长足的发展，机械CAD/CAM技术已经被广泛应用于我国企业。在机械CAD/CAM人才方面，在政府的大力支持下，高校和企业培养了一大批模具CAD/CAM软件开发及应用人才。CAD/CAM技术的进步始终与工程实际相结合，它在我国的应用和发展必将对制造企业产生深远的影响，对提高我国制造企业核心竞争力起到举足轻重的作用。 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。致 谢光阴荏苒，日月如梭，在井大的三年学习时间即将过去。在漫长的人生旅程中，三年时间并不算长，但对我而言，是磨砺青春、挥洒书生意气的三年，也是承受师恩、增长才干、提高学识的三年。在此，我特别要感谢我的论文指导老师易侃黎先生。就本篇毕业论文总结报告而言，从提纲、草拟、修改到最后定稿，易老师都给予了一而再、再而三的精心批阅，每个环节都凝结老师努力的付出和辛劳的汗水。感谢帮助过我的学长，并且感谢我们的主任导师文老师。参考文献1 李志刚.模具计算机辅助设计.武汉：华中理工大学出版社，1998.2 余世