探究加入WTO后的中国模具CAD技术的发展

1、1绪论12 wto后的中国模具业的发展前景22.1 wto后的中国模具业所面临的机遇22.2 wt0后的中国模具业所面临的挑战23cad技术及应用对我国机械制造业的影响33cad技术33.2我国机械制造业发展的趋势及对cad技术的要求44国内外模具制造业的现状和趋势44概述国内外模具制造业现状44.2模具工业在国民经济中的地位与作用54.3我国模具产业发展现状以及趋势75模具cad软件的应用和开发现状85模具cad的发展概况.特点以及优势85.2模具行业采用模具cad/cam技术的原因以及应用现状95.3我国模具cad软件的开发情况115.4中国可以打造出世界级的cad软件126我国模具与世界

2、先进水平的差距136我国模具与世界先进水平的主要差距136.2造成差距的原因147我国模具行业cad技术应用与发展趋势157cad在模具加工中的应用157.2模具行业解决方案解读207.3模具cad的未来发展趋势21致谢23参考文献241绪论近年来，全球制造业正以垂直整合的模式向亚太及中国转移，中国正成为世 界制造业的重要基地。制造业模式的变化，必将产生对新技术的需求，也必将导 致cad技术的发展；同时，由于网络技术的大面积应用，正如10年前由于成本 的大幅度下降，使得微机进入千家万户，已经改变我们的生活一样，网络应有的 普及将在更大的程度上改变制造业的模式。随着中国加入wto,成为世界制造业

3、 的重要基地，将要求我国的产品要有创新性，并且要有更高的质量、更低的成本 并在更快的时间内提供给市场。作为产品制造的重要工艺装备、国民经济的基础 工业之一的模具工业将直面竞争的第一线，模具工业除其需要“高技艺”的从业 人员外，还需要更多的“高技术”来保证。(1) 协同创新设计将成为模具设计的主要方向制造业垂直整合的模式使得世界范围内产品销售、产品设计、产品生产和模 具制造分工更明确。为了缩短产品上市周期，使模具设计充分理解产品设计的意 图，在产品的设计阶段，模具设计即同时开始，产品设计工程师和模具设计工程 师需尽早进入协同设计状态。另外，模具制造厂家所需要的模具标准件一般都由 模具标准厂家提供

4、，最好在模具设计阶段就参照各类标准，充分利用模具标准件 厂家提供的数据进行设计。由于在制造流程中各个环节所采用的cad系统可能 不一定相同，这就要求未来的cad系统要具备协同的能力，对上下游的数据要 能够随时交换，对所产生的数据彼此能够处理，数据产生及处理也需要标准化。 因为产品需要创新，因此，模具设计也需要能够体现产品的创新，如在逆向工程 中更重要的是对产品结构和产品的外观进行创新再设计。(2) 模具制造信息将更加丰富，制造过程将更有效设计目前，模具制造厂已经较广泛地采用了数控加工。为了保证加工质量、提高 加工效率、改进制造流程，有较多的模具制造厂开始使用多坐标数控加工、高速 铳削加工及基于

5、快速原型的模具制造等方法。因为制造设备的丰富，制造信息的 增加，我们将看到，今后的制造信息将不仅仅是只提供数控编程加工的g代码, 更重要的是，从设计开始，将进行制造过程的设计，即提供模具制造的工艺流程, 不仅包含工艺表格、加工参数，还包括模具加工的卡具设计、加工的装卡过程及 各工序的g代码，并且在各部分工序过程均有仿真，还可以在网络上共享。cam 将充分利用网络及防真等技术，通过合理地规划制造过程，有效地组合机床、刀 具和人的经验，使企业发挥更大的潜力，取得最大的效益。(3) 模具cad技术应用的asp模式，将成为发展方面由于今天模具行业实际上已经成为高技术最密集的行业，任何一个企业，要 拥有

6、全部最新出现的技术，成本将非常高，而且还要培养并且留住掌握这些技术 的人也会非常困难。因此，将出现模具cad应用的asp模式，即产生各种专门 技术的应用服务单位，为模具企业提供技术服务，整个社会是一个大的模具制造 企业，按照价值链和制造流程分工，将制造资源最优发挥，应用服务包括如逆向 设计、快速原型制造、数控加工外包、模具设计、模具成型过程分析等。近20年来，由于模具工业不断采用新技术，今天的模具工业已经远不是人 们印象中的“手工作坊''行业了，我相信，随着中国加入wto,网络环境下的 cad技术将把模具工业推向新的台阶。2 wto后的中国模具业的发展前景2.1 wto后的中国

7、模具业所面临的机遇中国加入wto后，模具进口虽在短期内将继续保持增长势头，但模具出口 将会有更大发展。相对东南亚及中东等国家，中国模具在技术、质量及价格上占 有优势，出口前景看好。而外资企业进入中国，其模具的返销及出口也将成为中 国模具出口的重要组成部分。据相关研究部门调查得知，欧洲模具设计和生产的 时间要分别比中国快44%和61左右，但中国模具设计和生产的成本却只有欧 洲同行的91%,因为中国的劳动力成本低廉，对部分国外客户有着很强的吸引力。 同时，欧洲以及世界各国之间的模具竞争也相应加剧，像德国近两年半内的模具 整体价格就下降了 25%左右，据统计，前些年全球58%的模具是由德国等西欧 国

8、家生产，中国等亚洲国家的比例只占到1%,模具是技术密集型的产业，中国 有优秀的人才，模具装配钳工技术水平高，劳动力成本低。进入wto后，中国 的投资环境得到更大的改善，外商投资可以享受到国民待遇，不再会有外汇平衡、 外销配额的问题，所以中国的模具行业将会有更多的中外合资和外方独资模具企 业。同时，由于日本、新加坡和中国台湾等国家和地区的制造业生产点外移呈不 可逆转之势，更加开放的中国内地自然成为首选，模具企业势必跟进。由于中国 模具生产成本低于国外，随着模具制造技术的完善和质量的提高，不仅可以减少 模具的进口，而且有可能逐步开拓出口市场，向国外出口更多的模具.2.2 wto后的中国模具业所面临

9、的挑战今后东欧国家的模具将会有较大幅度的增长，而亚洲国家的生产比例将提高 至22%左右。鉴于中国廉价劳动力成本的优势和整体经济持续快速发展的良好势 头，中国模具发展的前景将十分广阔。预计到2018年，中国将一跃成为全球最 大的模具制造业基地之一。但这并不意味着中国发展的一切都是那么的理想和完 美。因为中国的市场过早的陷入了价格战的误区，还缺乏自主创新的能力，没有 相应地建立起诚信可靠的市场体系，特别是有65%的欧洲客户觉得中国模具的价 格虽低但质量不好，一种比较理想的解决方法是，加强中欧双方的合作，由欧洲 国家出订单和图纸，中国模具企业具体负责完成设计以及加工制作，并在过程中 不断学习欧洲先进

10、的技术以及管理概念，加快工业化的改造，努力提高企业自身 的核心优势和竞争力。如在提高客户满意度方面，企业除了在价格低廉上做文章 外，更重要的是要求交货时间短，产品质量好，诚信度高，尽可能让他们了解产 品的研发，设计以及生产的全过程，企业要明确自己的主攻方向，加强相互之间 的合作，及时有效的对客户的需求做出反应.3 cad技术及应用对我国机械制造业的影响当今的机械制造业已不是传统意义上的机械加工，而是集机械、电子、光学、 信息、材料、生物、能源、管理等学科最新成就为一体的新技术综合体。世界各 国经济的竞争，也主要体现在制造技术的竞争，先进制造技术已成为当代国际间 科技竞争的重点。新形势下，我国机

11、械制造业面临着巨大的挑战和机遇。机械制 造中综合应用的cad技术，曾为机械制造业提供了强有力的技术支持，它的应 用现状及发展趋势必将对我国的机械制造业产生深远的影响。3.1 cad技术cad技术是一项利用计算机帮助人们完成产品的设计（design）的新技术，它 是计算机技术在零件生产中综合应用的新飞跃。cad包括建立几何模型、工程 分析、产品分析、动态模拟、自动绘图等；cad技术是制造自动化技术的主要 组成部分，它的迅猛发展，软件、硬件水平的进一步完善，为机械工业提供了强 有力的技术支持，为企业的产品设计、制造、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。

12、cad技术也是一种集 成技术系统，由系统软件、管理软件、支撑软件、应用软件组成，其中的应用软 件是用户为解决某些应用问题而编制的程序，一般由用户与研究机构在系统软件 与支撑软件的基础上联合开撑，因此它应遵循以下原则：（1）用户界面友好。软 件是为了应用，用户是否较为容易地掌握成为评价软件的基本标准。友好的用户 界面包括：使用方便，界面熟悉，有灵活的提示帮助信息，良好的交互方式，良 好的出错处理。（2）遵循软件工程方法。软件工程是指导计算机软件开发和维护 的工程科学；即采用工程的概念原理、技术、方法来开发和维护软件。软件工程 采用生命周期法，从时间上对软件的开发和维护进行分解，把软件生存周期依次

13、 划分为几个阶段，分阶段进行开发。（3）参数化cad。对于系列化、通用化、标 准化程度高的产品，设计所用的数学模型及产品结构都是固定的；通常仅是结构 尺寸的差异。对于这类产品，可将已知条件及其随着产品规格而变化的基本参数 采用相应的变量代替，然后由计算机自动查询图形数据库，或由相应的软件计算 出绘图所需的全部数据，再由专门的绘图生成软件在屏幕上自动地设计出图形 来，称为参数化cad。（4）成组cad及智能化cad。某些产品，结构虽不一样, 但较相似，可以根据产品结构和工艺性的相似性，利用成组技术将零件划分成有 限数目的零件库，根据同一零件族中各零件的结构特点，编制相应的cad通用 软件，用于该

14、族零件的设计，称为“成组cads智能化cad就是将专家系统与 cad技术融为一体而建立起来的系统。3.2我国机械制造业发展的趋势及对cad技术的要求21世纪初的机械制造业，总的发展趋势为：柔性化、灵捷化、智能化、信 息化(网络化)同。信息产业将成为社会的主导产业，机械制造业也将由信息主导, 并采用先进生产模式、先进制造技术、先进组织管理方式的全新机械制造业。其 中：柔性化是使工艺装备与工艺路线能适于生产各种产品的需要，能适于迅速更 换工艺、更换产品的需要。灵捷化是使生产推向市场的准备时间缩为最短，使机 械制造厂的机制能灵活转向。智能化是柔性自动化的重要组成部分，也是柔性自 动化的新发展和延伸，

15、智能化促进柔性化，它使生产系统具有更完善的判断与适 应能九信息化是使机械制造业不再是由物质和能量借助于信息的力量生产出价 值，而是由信息借助于物质和能量的力量生产出价值。因此，信息产业和智力产 业将成为社会的主导产业。再者，制造技术也向着超精密加工、微型机械制造、 超高速切削等方向发展。超精密加工技术、微型机械加工、微细电火花加工edm、 等离子加工、激光加工、离子束加工、电子束加工、超高速加工等技术的实现， 为生产效率的快速提高奠定了良好的基础。同时，制造技术也在不断地对高科技 进行综合利用，需将工程数学、激光学、微电子技术、计算机技术、控制论、生 物学、材料科学、管理科学、信息科学、以及人

16、文科学等知识综合利用。这些学 科改变着机械制造业的面貌，而机械制造技术的发展反过来为这些学科提供了新 的工具，有力地促进着这些学科的进一步发展。4国内外模具制造业的现状和趋势4.1概述国内外模具制造业现状(1) 产品更新换代的加快，特别是家电、汽车、it行业市场竞争的加剧， 使模具制造业得到迅猛的发展。(2) 现代产品对模具的种类、精度、工作条件和使用寿命等提出了更高的 要求。(3) 在同外工业发达国家，模具制造业已成为一个专门的行业，其标准化、 专业化、商品化程度高，模具行业俨然已经成为一个高技术密集型产业。模具行 业大量采用先进的技术和设备，新材料、新的热处理工艺不断涌现，特别是it 业的

17、迅猛发用使计算机辅助设计(computer aided design ,简称cad )在模具 行业广泛应用。随着世界制造中心向东南亚转移，我国的模具生产近几年也得到了迅猛的发 展，但与工业发达国家相比，还有很大差距，标准化、专业化、商品化程度还不 够高，模具品种少，制造精度低，使用寿命短，设备技术力量落后，模具生产技 术人员，特别是掌握现代模具设计与制造的技术人员比例小。有专家预测，不远 的将来，中国将成为世界最大的制造中心，这给我国的模具行业提供了前所未有 的发展机遇。因此，加快高技术设备如数控加工、快速制模、特种加工在模具行 业中的应用，加大新兴cad技术在模具设计与制造中的应用比例，加速

18、模具新 结构、新工艺、新材料的研究和强化模具高技术人员的培养，已成为我国模具行 业再上一个新台阶的关键。模具制造是一个比较复杂的生产工艺过程，它包括模具的设计、模具材料的 选择、热处理、机械加工、调试安装等过程。其中所选模具材料的性能水平、材 质的优劣、热处理工艺是否得当，是影响模具使用寿命的关键因素。4.2模具工业在国民经济中的地位与作用模具是制造业的重要基础工艺装备，工业产品大批量生产和新产品开发都离 不开模具，用模具生产制件所达到的（四高二低）高精度，高复杂程度，高一致性, 高生产率和低耗能、低耗材，使模具工业在制造业中的地位越来越重要。模具品 种繁多，共有10大类，包括冲压、塑料、橡胶

19、、铸造、锻压等，用于制造业中 几乎所有产品的生产，可见模具的服务范围已包括国民经济的许多方面，现在模 具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一，没有高水平的模具就 没有高水平的产品已成为共识。随着产品更新换代越来越快，新产品不断涌现。新技术日新月异，模具的使 用范围已越来越广，对模具的要求也越来越高了。据调查统计资料，人们常见的 工业产品有60%90%的零件需要用模具成形，例如：电机电器.飞机坦克.拖拉 机等家用电器视听设备.办公机械.汽车摩托车自行车.手表手机.风扇照相机.化 工建材.工程塑料制品.橡胶制品等。可见模具关系到各行各业各种产品，可以说在机械、电子、轻工、通讯、 交通、

20、军工，建材等部门如果没有模具就很难生产和开发产品。模具精度低，则 产品质量差，模具寿命低，则产品成本高。现代模具业已成为技术密集型和资金 密集型的产业，它与高新技术已成为相互依托的关系，一方面模具直接为高新技 术产业化服务的不可缺少的装备，另一方面模具本身又大量采用高新技术，因此 模具制造已成为高新技术产业的重要组成部分。通过模具成形零件的快速、优质、 低耗、环保体现了国家可持续发展的战略和科学发展观。模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密检测和信息 网络等诸多学科，是一个综合性高学科的系统工程。模具技术的发展趋势主要是 模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速的方向发

21、展。模具产品的技 术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细 化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、 管理信息化、经营国际化的方向发展。目前我国随着科学技术的飞速进步，使模具技术及制造方式发生了根本性的 变化，已经从传统的手工设计，从有经验的钳工师傅为主导的技艺型生产方式转 变到了以数字化、信息化、自动化生产为特征的现代模具工业生产时代。(1 )在模具设计制造中已广泛采用cad/cam技术模具cad/cam/cae技术是模具技术发展的一个重要的里程碑，实践证明 模具cad/cam/cae技术是模具设计的发展方向，现在全国大多数企业已广

22、泛 应用了模具cad/cam技术，少数企业应用了 cae技术，应用capp技术的企 业更少一些。目前主要是应用国外软件比较多，国产模具软件的开发应用的比较 少，软件的应用还要进一步扩大应用范围，有条件的企业应积极做好cad/cam 技术的深化应用工作，即开展企业信息化工程软件的应用，还要进一步扩大应用 范围，开展企业信息化工程软件向智能化和集成化方向发展。(2 )快速原型制造(rpm)及相关技术得到了更好的发展rpm技术是美国首先推出的，是伴随计算机技术，激光成型技术和新材料 技术的发展而产生的。这种技术可直接或间接用于模具制造。这种方法制造模具 是有技术先进，成本较低、设计制造周期短、精度适

23、中等优点。从模具概念设计 到制造完成仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右，因此适用于低 成本的制造小批量的零件，发展前景很好。青岛海尔有限公司还构建了基于 r玖逆向工程技术)。rpm的模具并行开发系统具有开发质量高、开发成本低、 开发周期短的优点。(3) 高速铳削加工得到广泛的应用国外近年来发展的高速铳削加工，主轴转速可达40000 100000/min快速进 给速度可达3040m/min换刀时间可提高12s这样就大幅度提高了加工效率 并可获得ra<2pn0.002mm的加工表面粗糙度，另外还可加工硬度达60hrc的 模块，目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展，高

24、速加工技术的发 展促进了模具技术的发展。目前我国一些模具制造的骨干企业都已从国外购置这 种高速的设备及相关的软件，刀具及卡具装置。如一汽、二汽及海尔等大的模具 制造公司相继引进了多台高速加工铳床提高了效率，促进了模具加工技术的发 展。(4) 热流道技术已逐步广泛应用由于采用热流道技术的模具，可提高制件的生产率和质量，并能大幅度的节 省制件的原材料和节约能源。所以已在一些模具制造企业得到逐步推广。国外这 项技术发展很快，许多塑料模具厂生产的模具已有一半用上了热流道技术，有的 甚至己达80%,效果十分明显。国内近几年已开始推广应用，但总体还达不到 10%,目前应用的热流道主要还是国外进口的，由于价

25、格昂贵，影响了推广应用， 使塑料件成型过程中产生了很多废料，有的时候废料料把和流道中的余料比成型 另件的重量还大，造成了能源材料的浪费。加快国产化，积极生产价廉高质的元 器件，是推广应用热流道技术的关键。(5) 优质材料及先进的表面处理技术取得快速的发展随着模具制造精度要求越来越高，模具材料的应用就显得非常重要。近十 多年来一些模具的新钢种应运而生，如调质钢、粉末高速钢、硬质合金、陶瓷材 料、复合材料等。现在经常采用的新型模具钢如：d2、p20、718、hll、h13基 本上都是从国外引进的，主要来源于瑞典、日本、德国。国内的新型模具钢，由 于稳定性差，所以一般企业都不愿意使用。目前一些精度要

26、求高，制造难度大的 大型、精密、复杂模具基本上都采用新型模具钢材。热处理及表面处理是能否充分发挥模具钢材性能的关键环节，现在一般都采 用真空热处理，表面处理主要是采用渗氮，渗硼，渗鎔等工艺。少数地区还采用 气相沉积ctin tic等及等离子喷涂技术。目前铝合金在作塑料模具中应用也越来越广泛，由于铝合金材料轻，切削性 能好，导热、导电率高，焊接性能优良，所以在国外已较为广泛采用，我国己开 始使用预计今后将会得到更快的发展。除了以上一些先进设计、制造技术还有很多如气体辅助注射技术精加工和复 合加工、液压成型技术等就不一一陈述。4.3我国模具产业发展现状以及趋势(1 )基本情况：我国目前大约有250

27、00多个模具生产厂点，职工约80万人，2008年生产模 具总产值530多亿元，本年度进口模具18.13万美元，出口 4.9万美元，进出口 相抵我国目前是世界上最大的模具净进口国。根据统计资料显示“十五”期间前四 年模具工业平均每年都以15%以上增长速度发展，高于国民经济增长速度。在我国模具生产长期以来一直被当作工艺后方，直到1987年才作为产品列 入机电产品目录。当时全国共有生产模具厂点约6千家，总产值约30亿。经过 近20年发展，我国模具已有了长足的进步，不只是国内原有的国有模具企业有 了很大发展，而且三资、民营和个体模具企业发展更为迅速，如广东和浙江省， 原来模具生产规模不大，在国内未占重

28、要地位，但目前主要依靠三资企业的广东 省(全省有5千家以上模具生产企业)和主要依靠民营、乡镇、个体的浙江省(全省 有4千家以上模具生产企业)，其模具年产值已分别占全国的四成和四分之一左 右.虽然我国模具工业“十五,，期间发展迅速但仍不能满足我国制造发展需要，特 别是中高档模具在精密、大型、复杂、长寿命模具方面仍是供不应求，由于在精 度、寿命、制造周期及能力等方面，我国与国际水平和工业先进国家相比尚有较 大的差距，因此每年尚需大量进口。(2) 主要模具制造能力：围绕着我国国民经济重点发展的行业如：汽车、电子、仪器仪表，我们以制 造ic产业需要的精度达2微米，使用寿命达到上亿次以上的硬质合金多工位

29、级 进模具及手机塑料壳模具；家电行业的大型的塑料模、34英寸大屏幕彩电和65 英寸背投式电视塑料机壳模具；仪表系统的照相机小齿轮模具，汽车工业需要的 部分覆盖件模具、汽车仪表盘、保险杠及发动机壳体铸造模具、汽车轮胎子午线 活络模具；建材行业需要的塑料及铝合金的挤出模具等，都达到很高水平。(3) 与先进水平的差距目前我国模具总量虽然已达到相当的规模可以说是一个模具制造大国，但由 于模具制造水平还与先进工业化国家存在较大的差距，所以说不是一个模具制造 强国，我们的制造水平比美、日、法、意落后许多也要比加拿大、英国、西班牙、 韩国、新加坡等国落后，主要表现在制作模具理念上落后、还有企业管理落后、 机

30、制落后、模具企业使用装备落后。模具企业使用的很多都是世界上较低档的台 湾数控加工机床，设备都是10-20年前引进的，软件使用的型号也比较落后， 生产的低档模具多，劳动生产率低(国外一般达到20万美元/人年，而国内一般只 达到10万元人民币/人年)。5模具cad软件的应用和开发现状模具cad是计算机技术在模具生产中综合应用的一个新的飞跃。模具cad是 改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工种。它以计 算机软件的形式，为用户提供一种有效的辅助工具，使工种技术人员能借助于计 算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具 cad在技术的迅猛发展，软件，硬件

31、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。5.1模具cad的发展概况特点以及优势(1 )模具cad/cam发展概况模具cad的发展状况符合通用cad软件的发展进程。目前通用cad软件 的发展现状如下:cad技术经历了二维平面图形设计，交互式图形设计、三维线 框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设 计等发展过程。近年来又出现了许多先进技术，如变量化技术、虚拟产品建模技 术等。随着互联网的普及，智能化(intelligent).协同化(collabo

32、rative )、集成化 (integrated)成为技术新的发展特点，使cad技术得以更广泛的应用，发展成为 支持协同设计、异地设计和信息共享的网络cad。(2) 模具cad的特点一个稳定的、可以满足实际生产设计需要的模具cad/cam系统应该具备 下列特点：1 )模具cad/cam系统必须具备描述物体几何形状的能力。模具设计 中因为模具的工作部分(如拉深模、锻模和注射模的型腔)是根据产品零件的形状 设计的。所以无论设计什么类型的模具，开始阶段必须提供产品零件的几何形状。 否则，就无法输人关于产品零件的几何信息，设计程序便无法运行。另外，为了 编制nc加工程序，计算刀具轨迹，也需要建立模具零

33、件的几何模型。因此，几 何造型是模具cad中的一个重要问题。2) 标准化是实现模具cad的必要条件。模具设计一般不具有唯一性。 为了便于实现模具cad,减少数据的存储量，在建立模具cad系统时首先要解 决的问题便是标准化问题，包括设计准则的标准化、模具零件和模具结构的标准 化。有了标准化的模具结构，在设计模具时可以选用典型的模具组合，调用标准 模具零件，需要设计的只是少数工作零件。3) 设计准则的处理是模具cad中的一个重要问题。人工设计模具所依 据的设计准则大部分是以数表和线图形式给出的。(3) 模具cad的优势计算机与设计人员交互作用，有利于发挥人机各自的特长，使模具设计和制 造工艺更加合

34、理化。系统采用的优化设计方法有助于某些工艺参数和模具结构的 优化。1) cad可以节省时间，提高生产率。设计计算和图样绘制的自动化大 大缩短了设计时间。cad可显著缩短从设计到制造的周期。2) cad可以较大幅度地降低成本。计算机的高速运算和自动绘图大大 节省了劳动力。优化设计带来了原材料的节省，例如，冲压件的毛坯优化排样可 使材料利用率提高5%7%。采用cad可加工传统方法难以加工的复杂模具型 面，可减少模具的加工和调试工时，使制造成本降低。cad的经济效益有些可 以估算、有些则难以估算。由于采用cad技术，生产准备时间缩短，产品更新 换代加快，大大增强了产品的市场竞争能力。3) cad技术

35、将技术人员从繁冗的计算、绘图和nc编程工作中解放出 来，使其可以从事更多的创造性劳动。(4) 随着塑性成形过程计算机模拟技术的提高，模具cad技术可以大大增 加模具的可靠性，减少直至不需要试模修模过程，提高模具设计、制造的一次成 功率。5.2模具行业采用模具cad/cam技术的原因以及应用现状(1 )模具行业采用模具cad/cam技术的原因传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品迅速更新换代和提高质量的 要求。因此国内外企业纷纷采用模具cad技术。模具行业采用模具cad技术的主 要理由是：1) 利用几何造型技术获得的几何模型可供后续的设计分析和数控编程等方 面使用。2) 可以缩短新产品的试制周

36、期，例如在汽车工业中，可缩短模具的设计 制造周期。3) 提高产品质量的需要，如汽车车身表面等形状，需要利用计算机准备 数据和完成随后的制造工作。4) 模具制造厂和用户对cad的需要增加。例如，利用磁盘进行数据传送, 用户要求模具制造单位能够交换信息和处理这些数据。5) 模具加工设备的效率不断提高，需要计算机辅助处理数据，以提高设 备利用率。6) 在企业中建立联系各个部门的信息处理系统。(2) 模具cad技术在模具行业的应用现状模具cad技术发展很快。应用范围日益扩大。在冲模、锻模、挤压模、注 射模和压铸模等方面都有比较成功的cad系统。采用cad技术是模具技术、 生产革新化的措施，是模具技术发

37、展的一个显著特点。目前我国模具行业应用的模具cad软件可以分为两大类:一是机械行业内 通用的的 cad,女p unigraphics(ug). solidedge. autocad、solidworks、 pro/engneer等。二是专门针对模具行业开发的模具cad系统，女口:上海交大模 具cad国家工程中心开发的冷冲模cad系统等。(1) 国外模具cad技术的应用现状工业发达国家较大的模具生产厂家在cad上进行了较大的投资，正大力开 发这一技术。目前，应用cad技术较普遍的为美、日、德等国。例如，日本丰 田汽车公司于1965年将数控用于模具加工。20世纪80年代初期开始采用覆盖 件冲模ca

38、d系统。该系统包括设计覆盖件的ntdfb和cadeit软件和加工凸、 凹模的tinca软件。利用三坐标测量仪测量粘土模型，并将数据送人计算机。 将所得图形经平滑处理后，再把这些数据用于覆盖件设计、冲模的设计与制造。 该系统有较强的三维图形功能，可在屏幕上反复修改曲面形状，使工件在冲压成 形时不致产生工艺缺陷，从而保证了模具和工件的质量。模具型面的模型保存在 数据库中，tinca软件可利用这些数据，进行模具型面的数控加工。(2) 国内模具cad技术的应用现状经过近几十年的发展，在国内的模具生产中，cad技术已经得到广泛的应 用。模具行业已引进相当数量的国外cad系统，如:unigraphics(

39、ug) > solidedge. autocad. solidworks. pro/engineer 等。并配置了 运行速度快、 性能高的计算机。但是对于国内一些大型模具企业，它们的cad/cam应用状况多停留在从 国外购买先进的cad系统和设备，但在其上进行的二次开发较少，资源利用率 低;对于国内一些中小型模具企业，它们的cad应用很少，有些仅停留在以计算 机代替画板绘图。所以有必要改善国内模具企业的cad应用状况，使它们真正 做到快速、准确地对市场做出反应，并使制造的模具产品质量高、成本低，即达 到敏捷制造的目的。5.3我国模具cad软件的开发情况(1) 我国模具cad软件自主开发和

40、二次开发情况我国模具cad/cae的开发开始于20世纪70年代末，发展也很迅速。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visual c+, opcngl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，符合中国用户习惯的cad软件或模块，其中 有一些成果已经得到了推广和使用。国内开发适合模具行业的cad软件，主要 采用两种途径在现有cad平台上进行二次开发和开发拥有自主版权的cad 系统。1) 基于现有模具cad平台二次开发成果华中科技大学1997推出了 hsc2.0注射模cad集成系统，hsc2.0系统以 autocad软

41、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 数计算较核子系统，塑料流动、冷却等子系统等。合肥工业大学基于autocad 与mdt的三维参数化注射模系统ipmcadv4.0。2) 自行开发的拥有自主版权的模其cad系统由北京北航海尔软件有限公司推出的三维电子图板和caxame制造工程 师2000,能进行3d零件设计与nc加工，其特点是基于3d参数化的特征设计, 实现了实体、曲面和nc加工的协调与统一。上海交通大学中模公司开发的金属 塑性成型三维有限元仿真系统，其刚(粘)塑性有限元分析器和动态边界处理技术 达到了国际先进水平。吉林金网格模具工程研究中心所开发的冲压模具cad 一 体化

42、系统。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 gs 一 cad98。金银花(lonicera)系统是由广州红地技术有限公司开发的基于 step标准的cad系统。开目cad是华中理工大学机械学院开发的具有自主版 权的基于微机平台的cad和图纸管理软件。中科院凯思软件集团及北京凯思博 宏应用工程公司开发了具有自主版权的picad系统及系列软件。这些软件已经 在许多模具行业中的企业得到推广和应用。(2) 我国模具cad/cam软件应用与开发中存在的主要不足近几年来，我国cad系统的开发和应用取得了一些成绩，国内已初步形成 了 cad商品化软件市场。在cad软件应用与开发存在的不足

43、主要有以下几点:1) 不少的企业对cad的认识还仅仅停留在绘图阶段，缺乏设计方法和 设计理论的指导，从而使cad产生的效益尚未得到充分发挥。2) cad软件应用人员层次不齐，不能让cad软件得到的高效率应用。3) 在引进模具cad/cam技术时存在着盲目性倾向，许多企业没有充 分考虑各种cad/cam软件的特点，购买回来的cad软件不能完全适用于本企 业的产品设计与开发工作。4）引进的模具cad系统的二次开发跟不上，致使引进软件的效率不能完 全发挥。5）国内模具cad技术水平还处于高技术集成和向产业化、商品化过渡的 时期，自主开发的模具cad系统商品化程度不够高，功能和稳定方面与国外先 进软件

44、还有很大差距。6）我国cad技术开发创新少、仿制多。没有创新就没有竞争力，只仿制 就不能开发出有竞争力的产品。从我国二维cad到目前研制的三维cad都存 在这一问题。7）我国cad软件的开发缺乏理论和算法的研究。cad技术是一项综合性 的高新技术，涉及面广而复杂，技术变化快，竞争激烈。8）信息集成技术落后。信息技术的广泛集成是以产品数据管理（pdm）和过 程管理（pm）为基础，实现cad/capp/cam和erp的有机集成，在并行工程中 pdm也是重要的基础。因此，这类基础性软件也被国外的系统占领了市场。而 我们的cad/capp/cam集成技术又是建立在国外基础系统上。5.4中国可以打造出世

45、界级的cad软件在模具cad/cam的应用方面，我国模具cad/cam的应用有了长足的发 展，模具cad/cam技术已经被广泛应用于我国企业。但总的来说，我国目前模具行业使用cad/cam技术还存在着许多弊端， 模具cad/cam技术水平还处于高技术集成和向产业化商品化过渡的时期，自 主开发的模具cad/cam软件的开发水平、商品化、市场化程度都不如发达国 家。软件在可靠性和稳定性方面与国外工业发达国家的软件尚有一些差距。但我坚定的认为，中国可以打造出世界级的cad软件!在曾长期被国外cad 软件垄断的中国cad市场，我们国产cad软件已走过了十多年曲折、探索的 岁月，如今迎来了新的机遇和发展

46、。作为国产cad的领导品牌，中望龙腾以及 中望cad的成长历程，其实也正是整个国产cad软件业发展的一个缩影。好比中国的汽车工业，曾经很长一段时间，人们对中国企业自主研发汽车的 技术和经济实力都表示怀疑，而如今，中国自主汽车品牌奇瑞却用短短六年时间 实现了从0到30多万辆的年销售成绩，缔造了“车坛黑马”的神话。国产cad软件领域也是如此。中望龙腾的领军人物杜玉林自豪地讲，一切 皆有可能，在中望等国产厂商开始自主研发cad软件的时候,许多人对国产cad 的前景表示担忧和茫然，甚至无法理解。但目前的市场和产品，也证明了当时的 决定是正确的，只要勇敢、坚定的朝着目标前进，就能得到回报.(1) 软件普

47、及正版化，从“九五”国家推进制造业信息化工程开始，二维软 件的应用逐步走向普及的同时，cad软件正版化问题越来越得到人们的关注。 针对盗版软件问题，曾经很长的一段历史时期内，国内用户对知识产权的认知度 和重视程度还不是很够，这是盗版软件广泛被使用的重要原因。盗版给软件企业 尤其是本土软件企业带来了很大的困扰。不过这也恰恰预示着机会，预示着需求, 关键是看软件企业自身如何抓住并把握好这个机会。加入wto后，全民上下都 在关注着知识产权这个话题，国内企业对正版化的意识逐渐提高，这种机会和需 求就越来越明显。尤其是随着“十一五”规划的开始，自主创新和知识产权保护 成为国家战略的重中之重。需求带来了机

48、遇，同时也带来了挑战。随着中国用户对正版软件使用深度的 增加，对软件技术要求的提高，需要国产cad软件在质量上更加苛刻地要求自 己，精益求精，满足客户的需求.(2) 国际级品质与服务 目前，中望cad已经被广泛应用于机械、电子、 建筑、通信、航空航天等几乎所有需要cad制图的行业，广州本田、台达电子、 家乐福、德力西、京移通信、中讯邮电、河南电力等众多的行业翘楚在经过非常 严格的选型后，都纷纷选择了中望。中望强大的用户群正是通过多年来用户口碑 相传，不断积累的结果，更是对中望cad产品质量和服务质量给予的高度肯定。随着中国经济的日益全球化，中国迫切需要有自主创新的世界级品牌的出 现，不仅要满足

49、国内用户的需求，而且要走向世界，提高中国在国际舞台上的综 合竞争力。现在，不管是在政策支持、产业配套，还是人力资源、企业管理经验 等各个方面，中国企业已经拥有了产生世界级品牌的土壤和机会，而且很多企业 已经快速的成长起来了。中国有世界级的家电品牌、pc品牌、通信品牌等，也 一定可以打造出世界级的cad软件品牌！6我国模具与世界先进水平的差距6.1我国模具与世界先进水平的主要差距中国模具生产总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比德、 美、日、法、意等工业发达国家落后许多，也比英国、加拿大、西班牙、葡萄牙、 韩国、新加坡等国落后。其差距主要表现在下列六方面。(1)国内自配率不足80%,

50、其中中低档模具供过于求，中高档模具自配率 不足60%。模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造 业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世 纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业 有了很大发展，三资企业、乡镇(个体)模具企业的发展也相当迅速。(2) 企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。中国 模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间(分厂)，专业模具厂也大多数是“大 而全”、“小而全,啲组织形式。国外模具企业大多是“小而专”、“小而精二中国模 具自产自配比例高达50%以上，国外70%以上是商品模具。

51、国内模具总量中属 大型、精密、复杂、长寿命模具的比例只有30%左右，国外在50%以上。2003 年模具进出口之比为4:1,进出口相抵后的净进口为10.3亿美元，是净进口量最 大的国家。(3) 模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具 生产周期却要比国际先进水平长许多。产品水平低主要表现在精度、型腔表面粗 糙度、寿命及模具的复杂程度上；工艺水平低主要表现在设计、加工、工艺装备 等方面。(4) 开发能力弱，经济效益欠佳。中国模具企业技术人员比例较低，水平 也较低，不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。国内每个职工平均每年创 造模具产值约合1万美元左右，而模具工业发达国家大多是

52、1520万美元，有 的甚至达到2530万美元。由此而来的是中国模具企业经济效益差，大都微利， 国有企业总体亏损，缺乏后劲。(5) 模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。国外先进国家模具标准 件使用覆盖率达70%以上，国内模具标准件使用覆盖率只有45%左右。(6) 与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术。管理落后易 被忽视，国内大多数模具企业还沿用过去作坊式粗放经营管理模式，真正实现现 代化企业管理的还不多。6.2造成差距的原因造成上述差距的原因很多，除了长期以来未将模具作为产品得到应有的重视 之外，还有下列几个主要原因：(1) 体制不顺，基础薄弱。“三资”企业虽然已经对中国模具工业

53、的发展起 了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体 来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行 业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。(2) 人才严重不足，科研开发及技术攻关方面投入太少。模具行业是技术 密集、资金密集的产业，随着时代进步和技术发展，能掌握和运用新技术的人才 异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧缺。由于模具企业效益欠佳及 对科研开发和技术攻关不够重视，因而总体来看模具行业在科研开发和技术攻关 方面投入太少，民营企业贷款困难也影响许多企业的技术改造，致使科技进步不 大。(3) 工艺装备水平低，且配套性不

54、好，利用率低。虽然国内许多企业采用 了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数 控化率和cad/cam应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引 进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得 不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。(4) 专业化、标准化、商品化的程度低、协作差。由于长期以来受“大而 全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专 业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45% 左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模

55、具成套 任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也 对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。(5) 模具材料及模具相关技术落后。 模具材料性能、质量和品种往往会 影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品 种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提 高。7我国模具行业cad技术应用与发展趋势近二十年来，模具cad技术飞速发展，成为缩短模具设计与制造周期、降 低生产成本和提高产品质量、改造传统模具生产方式的系统工程。它以计算机软 件的形式，为企业提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员借助于计算机对产

56、品性能、模具结构、成形工艺、数控加工及生产管理进行设计和优化。7.1 cad在模具加工中的应用由于模具属于单件小批量生产，产品质量要求高，加工时间长等特点，使得 模具制造行业成为最早使用三维软件的行业之一。cad技术能使工程师借助于计 算机对产品结构、成型工艺、数控加工及成本等进行设计和优化，无疑可以有效 提高模具设计和制造的水平和质量，缩短模具的开发和设计周期。与模具行业的 快速增长相对应的是，模具行业cad市场竞争也日益激烈。目前，cad软件的竞 争主要在加工效率与加工质量方面，随着加工手段的多样化和数控设备的快速发 展，对cad软件的应用范畴也提出了新的要求。cad与模具加工形成了相互促

57、进 的局面。(1 ) cad在铸造模领域的应用铸造成形过程模拟的探索性工作始于求解铸件的温度场分布。1962年丹麦 的fursund用有限差分法首次对二维形状的铸件进行了凝固过程的传热计算， 1965年美国通用汽车公司henzel等对汽轮机铸件成功进行了温度场模拟，从此 铸件在模具型腔内的传热过程数值分析技术在全世界范围内迅速开展。从上世纪 70年代到80年代，美国、英国、法国、日本、丹麦等相继在铸件凝固模拟研究 和应用上取得了显著成果，并陆续推出一批商品化模拟软件。进入90年代后， 我国的高等院校，如清华大学和华中科技大学在该领域也取得了瞩目的成就。单纯的传热过程模拟并不能准确计算出铸件的温

58、度变化和预测铸造中可能 产生的缺陷，充模过程对铸件初始温度场分布的影响以及凝固过程中液态金属的 流动对铸件缺陷形成的影响都是不可忽视的。铸件充模过程的模拟技术始于上世 纪80年代，它以计算流体力学的理论和方法为基础，经历十余载，从二维简单 形状开始，逐步深化和扩展，现已成功实现了三维复杂形状铸件的充模过程模拟, 并能将流动和传热过程相耦合。目前国外已有一批商品化的三维铸造过程模拟软 件，如日本的solidia、英国的solstar、法国的simulor、瑞典的 novacast、德国的magma和美国的afsolid. proc ast等。国内也有清 华大学的铸造之星、华中科技大学的华铸cae等。这些铸造模cae软件已覆盖 铸钢、铸铁、铸铝和铸铜等各类铸件，大到数百吨，小至几千克，无论是在消除 缩孔和缩松，还是在优化浇冒口设计，改进浮渣夹渣等方面都发挥了显著的作用o伴随着cae技术在铸造领域的成功应用，铸造工艺及模具结构cad的研究 和应用也在不断深入，国外已陆续推出了一些应用软件，如美国铸造协会的 afs-software,可用于铸钢和铸铁件的浇冒口设计，英国foseco公司的 feedercalk软件，可以计算铸钢件的浇冒口尺寸和选择保温冒口套的类型。 我国华中科技大学和清华大学在铸造