CADCAM基础概论

1、CAD/CAM基础概论目录1. 制造业及装备制造业概况2. CAD基本概念及发展现状3. CAE基本概念及简介4. CAM基本概念及简介5. CIM/CIMS基本概念及简介6. AutoCAD简介及功能介绍7. SolidWorks简介及功能介绍1. 制造业及装备制造业概况制造业内涵及构成： 制造业是指对原材料(采掘业的产品和农产品)进行加工和再加工,以及对零部件装配的工业部门的总称。 普遍认为，制造业是由装备制造业和最终消费品制造业构成。 制造业包括食品、饮料、烟草、服装、纺织、木材、造纸等制造业；石油、化学、医药、橡胶、非金属矿、黑色金属有色金属加工业以及机械电子、武器弹药制造业等29类行

2、业。1. 制造业及装备制造业概况装备制造业的内涵及构成 装备制造业是制造业的核心组成部分，装备制造业是为国民经济和国家安全提供技术装备的工业总称。 “生产机器的机器制造业”。 它覆盖了机械、电子、武器弹药制造业中生产投资类产品的全部企业。1. 制造业及装备制造业概况金属制品：切削工具、模具、集装箱、焊条等制造业。通用设备制造业：锅炉、内燃机、金属切削机床、泵、风机、压缩机、冷冻设备、阀门、轴承、液压件、铸锻件等制造业。专用设备制造业：冶金、矿山设备、石化设备、轻纺设备、农林牧渔、水利机械、环保机械等制造业。交通运输设备制造业：铁路运输设备、汽车、船舶、飞机制造业。1. 制造业及装备制造业概况电

3、气机械及器材制造业：电动机、发电机、输配电及控制设备、电线电缆、蓄电池制造业。电子通信设备制造业：通信设备、雷达、电子计算机、半导体器件、集成电路制造业。仪器仪表及文化、办公用机械制造业：工业自动化仪表、电工仪表、光学仪器、气象仪器、复印机及胶印机、量具量仪制造业。1. 制造业及装备制造业概况 装备制造业是国家的战略产业，高度发达的装备制造业，是实现工业化的必备条件，是衡量一个国家国际竞争力的重要标志，也是决定国家在经济全球化进程中国际分工地位的关键因素！1. 制造业及装备制造业概况我国是制造大国但不是制造强国，装备制造业较弱。进口设备占比： 90%的高档数控机床； 95%的高档数控系统； 8

4、0%的集成电路芯片制造装备； 70%汽车制造关键设备。1. 制造业及装备制造业概况装备制造产业发展新趋势： 高新技术化：先进装备是高新技术载体（数字信息技术、机电液一体化技术、智能化技术等） 制造绿色化：产品在全寿命周期资源消耗低、无污染或少污染、可回收、可重用（绿色制造技术、再制造技术等） 需求个性化：产品多样化、分散化、个性化（虚拟制造技术、制造自动化技术等） 发展集群化：产业竞争优势与区域比较优势的结合 制造服务一体化：服务在价值链中的比重上升1. 制造业及装备制造业概况超常制造技术：巨系统制造: 极为复杂系统和功能极强设备制造微纳制造：微米和纳米量级零件和系统制造超常环境下制造: 激光

5、、电子束、离子束等强能束制造超精密制造：尺寸精度和形位精度亚微米级、粗糙度纳米级的超精密加工技术超高性能产品制造：高温合金（1300航空燃气发动机叶片）单晶制造技术；高压低温和强腐蚀的海工装备超常成型工艺：增量制造新工艺1. 制造业及装备制造业概况融合集成技术：工艺技术的融合与集成：加工中心（车铣镗模复合加工）信息技术的融合与集成：智能设备、数控设备新材料的融合与集成：复合材料和高性能结构材料生物技术融合：模仿生物组织、结构、功能和性能的生物制造2. CAD基本概念及发展现状计算机辅助设计 （Computer Aided Design，CAD) 指工程技术人员在人和计算机组成的系统中以计算机为

6、工具，辅助人类完成产品的设计、分析、绘图等工作，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的这一过程的各项工作。包括设计、工程分析、仿真、绘图、编撰技术文档2. CAD基本概念及发展现状 CAD 技术诞生于50 年代初期, 经历了形成、发展、提高和集成四个主要发展时期。 CAD 技术几经更新，已从原来的简单辅助绘图 ( Drafting ) ，即二维绘图、尺寸标注，发展到辅助设计（ Design ）、数据管理) 、智能化、集成化的CAD / CAM 系统，CAD 技术经历了五代。2. CAD基本概念及发展现状第一代CAD 系统用于二维绘图、标注符号和尺寸；第二代CAD 系统可

7、进行绘图及几何数据管理；。第三代CAD 系统可进行三维图形描述，备有工程计算和软件接口，这些工程分析软件包括优化设计、有限元分析等；第四代CAD 系统以数据库为核心，是包括曲面造型和实体造型技术的集成系统；第五代CAD 系统则是智能化的CAD/CAM 集成系统。2. CAD基本概念及发展现状CAD基本功能几何造型工程分析仿真模拟图形处理2. CAD基本概念及发展现状CAD技术可实现的功能物理模型数据模型建模技术几何模型2. CAD基本概念及发展现状CAD 系统组成CAD系统设计数据库应用程序库交互图形库硬件软件2. CAD基本概念及发展现状常用CAD软件AutoCAD Autodesk公司的主

8、导产品，是当今优秀的二维绘图软件之一。除具有强大的绘图、编辑等二维功能外(同时也具有简单的三维造型能力)，还提供AutoLisp, ADS, ARX,VBA等二次开发的工具，在不少行业(如机械、建筑、电子等)得到开发应用。AutoCAD于80年代进入我国，得到了广泛的应用，在各行业的影响较大。 2. CAD基本概念及发展现状Unigraphics (UG) UG是Unigraphics Solutions公司的产品，其特点是将优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和曲面结合在一起。UG是从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来的软件。1997年Unigraphics Solutio

9、ns公司合并了Intergragh公司的机械CAD产品，将微机版的Sold Edge软件统一到Parasolid平台上。由此形成了一个从低端到高端，兼容Windows NT微机版的较完善的CAD/CAE/CAM/PDM集成系统。2. CAD基本概念及发展现状Solid Edge Sold Edge是基于参数和特征实体造型的机械设计CAD系统，他运用强大的设计指引工具在全三维参数化几何造型环境中方便地构建机械零件和装配，是最早的应用实体造型系统。2. CAD基本概念及发展现状Pro/Engineer Pro/E系统是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporati

10、on，简称PTC)的产品。PTC公司提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念改变了机械CAD/CAM/CAE的传统观念，这种全新的概念以成为当今世界机械CAD/CAM/CAE领域的新标准。利用该概念开发出来的第三代机械CAD/CAM/CAE产品Pro/Engineer软件能将从设计到生产全过程集成到一起，让所有的用户能同时进行同一产品的设计制造工作，即所谓的并行工程。2. CAD基本概念及发展现状I-DEAS I-DEAS是美国SDRC公司的产品，是全世界制造业广泛应用的大型CAD/CAMICAE软件。SDRC提出了一种比参数化技术更先进的实体造型技术变量化技术，这成为CAD软件今后发

11、展的方向。他以极高的效率，在单一数字模型中从产品设计、仿真分析、测试直到数控加工的产品研发全过程。2. CAD基本概念及发展现状SolidWorks SolidWorks的建模核心是基于Windows的CAD/CAM/CAE/PDM桌面集成系统，他是在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上，在Windows环境下实现的第一个机械CAD软件。SolidWorks软件是面向产品级的机械设计工具，他全面采用非全约束的特征建模技术。 SolidWorks的全相关技术使得零部件之间和零部件与图纸之间的更新完全同步;其能够自动进行动态约束检查，具有强劲复杂曲面造型能力，能设计表面形状复杂的曲面零件; 既可

12、以先设计立体的钣金零件,也可以按零件的平面展开图进行设计。 SolidWorks成为目前微机平台上的主流三维设计软件。2. CAD基本概念及发展现状CATIA CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子、电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域。CATIA提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括:从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。 CATIA源于航空航天业，但其强大的

13、功能以得到各行业的认可，在欧洲汽车业，己成为事实上的标准。CATIA的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了CATIA在CAD/CAE/CAM行业内的领先地位。2. CAD基本概念及发展现状CAXA电子图板 CAXA电子图板是目前国内安装量较大的桌面CAD系统软件。其包括零件图、装配图、工艺图表、平面包装等方面的辅助设计系统，适合所有需要二维设计的场合。开目CAD 开目CAD是华中科技大学开发的CAD和图纸管理软件，面向工程实际，模拟人的设计

14、绘图思想，操作简便，机械绘图效率较AutoCAD有明显提高。开目CAD支持多种几何约束种类及多视图同时驱动，具有局部参数化的功能，能够处理设计中的过约束和欠约束的情况。 2. CAD基本概念及发展现状 CAD 系统的硬件一般由计算机主机、常用外围设备、图形输入设备和图形输出设备组成，图形输入和输出设备种类很多，可根据需要进行选配。现代CAD 系统均为交互系统，交互是靠用户操作图形输入设备来实现的。3. CAE基本概念及简介 计算机辅助工程分析 (Computer Aided Engineering，CAE） 是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体

15、接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。3. CAE基本概念及简介 CAE系统的核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题3. CAE基本概念及简介形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量（应力、位移、压力和温度等）问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值得到的基本方程是一个代数方程组，求解后得到近似的数值解表示应力、

16、温度、压力分布的彩色明暗图3. CAE基本概念及简介CAE的作用增加设计功能，确保产品设计的合理性，减少设计成本；缩短设计和分析的循环周期；以“虚拟样机”替代“物理样机验证设计”；预测产品在整个生命周期内的可靠性；采用优化设计，找出产品设计最佳方案；在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；进行机械事故分析，查找事故原因。3. CAE基本概念及简介CAE软件分类 通用类软件系统：可对多种类型的工程和产品的物理力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化，以实现产品技术创新，以覆盖的应用范围广而著称； 专用类软件系统：针对特定类型的工程或者产品所开发的用于产品性

17、能分析、预测和优化的软件，因在某个领域的应用而见长；3. CAE基本概念及简介常用CAE软件MSCAnsysAbaqusAdinaAlgorI-deasLs-dynaCosmolESI系列系列通用类软件通用类软件专用类软件专用类软件计算流体计算流体建筑结构类建筑结构类钢结构类钢结构类多体动力学类多体动力学类结构优化类结构优化类转子动力学类转子动力学类声场类声场类电磁场类电磁场类铸造类铸造类前后处理类前后处理类3. CAE基本概念及简介 ANSYS是一个功能强大的有限元分析与优化设计系统，可用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。已广泛应用于航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产

18、品、重型机械、微机电系统、运动器械等领域。3. CAE基本概念及简介 ABAQUS为通用线性/非线性分析软件，包括十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库，并与之对应拥有各种类型的材料模型库，可以模拟大多数典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩有弹性的泡沫材料以及类似于土和岩石等地质材料。3. CAE基本概念及简介CAE技术铸就“鲨鱼皮”泳衣 采用ANSYS FLUENT进行CAE分析的“鲨鱼皮”泳衣令人难以置信地比普通泳衣的阻力低38%! 在游泳比赛中看上去哪怕是0.01秒的突破都难以企及的情况下，38%将意味着什么？3. CAE基本概念及简介CAE软

19、件所能进行的分析内容静力和拟静力的线性与非线性分析线性与非线性动力分析稳态与瞬态热分析电磁场和电流分析流体计算声场与波的传波计算3. CAE基本概念及简介3. CAE基本概念及简介CAE发展趋势可变形体与多体耦合分析，多相多态介质耦合分析，多物理场耦合分析，多尺度耦合分析，仿真优化一体化CAE，微机电系统分析。4. CAM基本概念及简介 计算机辅助工艺过程设计 （Computer Aided Process Planning, CAPP)工艺人员借助计算机，根据产品设计结果和产品制造工艺要求，人机交互或自动地完成产品加工方法选择和工艺过程的设计。包括毛坯选择、加工方法选择、工序设计、工艺路线制

20、定。4. CAM基本概念及简介CAPP功能毛坯设计工艺路线工序设计工时定额工装设计余量分配切削用量工时定额机床刀具选用工序图绘制4. CAM基本概念及简介CAPP组成人机交互模块零件信息描述获取工艺工序决策工艺文件生成与管理零件对象零件信息库数据库知识库工艺文件库4. CAM基本概念及简介 计算机辅助制造 （Computer Aided Manufacturing，) 广义CAM 指借助计算机完成从生产准备到产品制造出来的过程中的各项活动，包括工艺过程设计（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。 狭义CAM 通常指NC（Numerical C

21、ontrol数控）程序编制，包括刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真、后置处理及NC代码生成。4. CAM基本概念及简介非集成3C系统输入输出信息流CADCAPPCAM工程图样工艺文档NC代码4. CAM基本概念及简介CAD/CAPP/CAM集成信息流CADCAPPCAM概念设计几何造型工程分析图形处理毛坯设计工艺准备工序设计工时定额工艺准备作业计划物流控制质量保证4. CAM基本概念及简介CAD/CAPP/CAM集成： 运用现代数字信息化技术将CAD/CAM各组成部分以及制造系统中与CAD/CAM有关的其它子系统有机地组织和管理起来，实现系统信息共享、资源共享，提高系统管理水平和运行效率

22、。4. CAM基本概念及简介 CAD/CAM集成系统具有知识密集、学科交叉、综合性强的特点，其包含了CAD、CAM、CAE、CAPP、CAAPP、CAQ、 CIM、CIMS等各项技术。广泛应用于机械、电子、航空、航天、汽车、船舶、纺织、轻工及建筑等各个领域，是数字化、信息化制造技术的基础。4. CAM基本概念及简介CAD/CAPP/CAM集成基本步骤4. CAM基本概念及简介CAD/CAM的主要任务几何造型特征造型 工程绘图 计算分析 结构分析优化设计 计算机辅助工艺规程设计 数控编程 模拟仿真 计算机辅助测试技术 工程数据管理 4. CAM基本概念及简介几何造型 描述基本几何实体（如大小）及

23、实体间的关系（如几何信息），进行图形图像的技术处理。 几何建模技术是CAD/CAM系统的核心，为产品设计、制造提供基本数据和原始信息。4. CAM基本概念及简介特征造型 面向设计与制造过程的造型系统，含有产品的几何形状信息，同时将孔、槽、公差、粗糙度等工艺信息包括其中，有利于CAD/CAPP集成。4. CAM基本概念及简介工程绘图 CAD系统的重要环节，产品最终结果的表达方式 CAD/CAM系统有处理二维图形的能力，包括基本图元的生成，标注尺寸，图形编辑（比例变换、平移、拷贝、删除等），系统还应具备从几何造型的三维图形直接向二维图形转换的功能。4. CAM基本概念及简介计算分析 计算分析对象包

24、括几何特征（如体积、表面积、质量、重心位置、转动惯量）和物理特征（如应力、 温度、位移），要求CAD/CAM系统对各类计算分析的算法正确、全面，且有较高的计算精度。油井压缩机头部封盖失效的原因分析4. CAM基本概念及简介优化设计 CAD/CAM系统应具有优化求解的功能，也就是在某些条件的限制下，使产品或工程设计中的预定指标达到最优。4. CAM基本概念及简介结构分析 常用的结构分析中方法是有限元法，这是一种数值近似解方法，用来解决结构形状比较复杂零件的静态、动态特性计算，强度、振动、热变形、磁场、温度场强度、应力分布状态等计算分析。 4. CAM基本概念及简介计算机辅助工艺过程设计CAPP

25、CAPP根据建模生成的产品信息及制造要求，人机交互或自动决策出加工该产品所采用的加工方法、加工步骤、加工设备及加工参数，是CAD与CAM的中间环节。4. CAM基本概念及简介自动数控编程 分析零件图和制订出零件的数控加工方案后，采用专门的数控加工语言，提供数控机床各种运动和操作的全部信息。4. CAM基本概念及简介动态仿真 根据设计要求，建立工程设计的实际系统模型，通过对系统模型的试验运行，研究一个存在（或设计中）的系统，通常有加工轨迹仿真、机构运动学仿真、机器人仿真、数控加工仿真等。预测产品性能，模拟产品制造过程、可制造性，避免损坏，减少制造成本。4. CAM基本概念及简介计算机辅助测试技术

26、 计算机辅助测试技术结合计算机技术、测量技术、信号处理及现代控制理论形成了一门新兴综合性学科。管件测量 逆向工程 模具检测 4. CAM基本概念及简介工程数据管理 CAD/CAM系统数据量大、种类繁多，因此CAD/CAM系统应提供有效的管理手段，支持工程设计与制造全过程的信息传输与交换。并行作业方式的应用中，设计者或工作小组之间的信息交换需要CAD/CAM 系统应具备良好的信息传输管理功能和信息交换功能。4. CAM基本概念及简介CAD/CAM系统发展趋势集成化；智能化；网络化；并行工程。5. CIM/CIMS基本概念及简介CIM：Computer Integrated Manufacturi

27、ngCIM的基本观点： 系统(集成化)观点：企业生产的各个环节,即从市场分析、产品设计、加工制造、经营销售到售后服务的全部生产活动是一个不可分割的整体，要紧密连接，统一考虑。 信息化观点：整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程。最终形成的产品可以看作是数据的物质表现。5. CIM/CIMS基本概念及简介CIMS：Computer Integrated Manufacturing System 是将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，并应用于企业产品全生命周期（从市场需求分析到最终报废处理）的各个阶段；通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运

28、行，达到人（组织、管理）、经营和技术三要素的集成，以加强企业新产品开发，从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。5. CIM/CIMS基本概念及简介CIMS支持下的企业信息化活动部部 门门 工工 程程 管管 理理计算机工具计算机工具CAD/CAM CAD/CAM CAPP DM PM CAPP DM PM 销售销售 财务财务电电 子子 数数 据据企业集成模式企业集成模式C I M SC I M S成本成本市场市场, ,车间车间单单 位位设计设计工艺工艺资料资料计划计划销售销售财务财务纸纸信息管理系统信息管理系统PDMPDMERPERP电子电子信息传递方式信息传递方式5. CIM/CIMS基本概念

29、及简介CIM目标：缩短产品开发生产周期；降低产品成本；减少库存；提高产品质量；柔性制造；提高企业制造与管理水平。5. CIM/CIMS基本概念及简介CIM技术内容CIMS总体技术：先进企业运行模式、CIMS体系结构、建模分析与优化方法、CIMS实施方法论、标准化与规范；CIMS设计自动化技术：CAD/CAE/DFX、异地协同设计、CAPP、产品数据管理PDM；CIMS制造自动化技术：CAM、车间自动化、柔性制造FMS、虚拟制造VM；CIMS管理技术：管理信息系统MIS 、领导信息系统EIS、决策支持系统DSS、集成化质量系统IQS、敏捷虚拟企业管理；CIMS支撑技术：计算机网络、数据库、数据仓

30、库、集成平台/集成框架、计算机协同工作系统；5. CIM/CIMS基本概念及简介CIM技术内容CAD/CAPP/CAMCAQ:计算机辅助质量保证 (Computer Aided Quality Assurance/Control)PPC： 生产计划与控制(Production Planning & Control) MPC:Manufacturing Planning & ControlMSS：管理支持系统(Management Support System)5. CIM/CIMS基本概念及简介CIM系统构成经营管理信息分系统质量保证分系统设计自动化分系统制造自动化分系统数据库分系统计算机网络分系统市场信息技术信息售后服务信息原材料产品CIMS功能分系统CIMS支撑分系统5. CIM/CIMS基本概念及简介CIM技术发展过程时期时期市场市场竞争竞争焦点焦点技术技术发展发展趋势趋势早期早期7070年代年代8080年代年代9090年代年代2121世纪世纪降低降低劳动劳动成本成本提高提高企业企业整体整体效率效率顾客顾客满意满意TQTQCSCS快速快速开发开发新新产品产品基于基于知识知识的新的新产品产品大规模