2模具CADCAM系统组成

2模具CAD/CAM系统的组成

2.模具CAD/CAM系统的组成

2.1模具CAD/CAM系统组成与分类

2.1.1CAD/CAM系统基本组成

2.1.2CAD/CAM系统的分类

2.1.3CAD/CAM系统设计的总体原则

2.2模具CAD/CAM系统的硬件

2.2.1硬件的组成

2.2.2硬件的选用原则

2.3模具CAD/CAM系统的软件

2.3.1软件的分类与层次结构

2.3.2软件的选用原则

2.3.3CAD/CAM系统对支撑环境（软硬件）要求

重点重点重点22.1模具CAD/CAM系统组成与分类

2.1.1CAD/CAM系统基本组成

是指为完成特定任务而由相关部件或要素组成的有机的整体。一个完整的CAD/CAM系统必须具备硬件系统、软件系统。系统总体与外界进行信息传递与交换的基本功能是靠硬件提供的，而系统所能解决的具体问题是由软件保证的。

系统CAD/CAM系统组成3

2.1.1CAD/CAM系统基本组成

◆基本组成：一个CAD/CAM系统是由计算机、输入输出设备、网络设备及生产设备等硬件和控制这些硬件运行的指令、程序及文档即软件组成，通常包含若干功能模块，如图2-1所示。CAD/CAM系统硬件系统软件系统计算机输入设备输出设备网络设备生产设备系统软件管理软件支撑软件应用软件图2-1CAD/CAM系统

4

2.1.1CAD/CAM系统基本组成◆基本功能（九个）：

图形图象处理功能；产品与过程建模功能；信息存储与管理功能；工程计算分析与优化；工程信息传输与交换；NC自动编程；模拟仿真；

人机交互功能；信息输入、输出功能。5

2.1.2CAD/CAM系统的分类

CAD/CAM系统可以从四个不同的角度加以分类：

1.硬件、软件角度2.系统的功能范围

3.系统的运行方式4.网络的使用情况

1.硬件、软件角度CAD/CAM系统——

从硬件角度可分为大型机（小型机）系统、工作站系统和微机系统；从软件的开放性可分为交钥匙系统(Turn-keySystem)和可编程系统（ProgrammableSystem）6

2.1.2CAD/CAM系统的分类

大型机（小型机系统）

特点：一个主机，多个终端共享一个CPU；共享资源，集中管理；主机故障，所有用户中断；用户增加，系统响应变慢。

工程工作站系统特点：32位以上的微处理器；支持高分辨率彩色图形显示器；支持高技术指标的输出设备及网络环境等。硬件角度7CAD工作站8典型的CAD/CAM系统9DEC公司创始人，小型机之父——肯.奥尔森（KenOlsen）的杰作；PDP-8小型计算机，1966年问世，价格：＄1800010著名的深蓝（DeepBlue）大型计算机，1997年5月11日在“人机世纪大战”中击败人类棋王斯帕罗夫11天河一号千万亿次超级计算机系统2009.10,国防科技大学系统峰值性能达每秒1206万亿次双精度浮点运算，内存总容量98TB，点点通信带宽每秒40Gb，共享磁盘容量为1PB。122013年11月18日，“天河二号”成为全球最快超级计算机！

峰值计算速度5.49亿亿次/秒、持续计算速度3.39亿亿次/秒双精度浮点运算的优异性能。13天津中心与北信酷卡公司合作，建立了“天河-酷卡”动漫与影视超级渲染云计算平台。制作周期从4-6个月缩短到2个小时。

国家超级计算天津中心与中石油东方地球物理公司（BGP）合作，在“天河一号”计算机系统上运行了BGP自主研发的GeoEast-lightning单（双）程波叠前深度偏移软件系统，取得了良好的处理结果。

14天气预报计算，Isolatedmountain测试算例，第15天压力分布DNA分子相互作用，电解质双电层密度泛函阴离子分布计算结果三维图

生物制药，ErbB4的长尺度的分子动力学模拟

中国海表层海温变化图15整体侧围外板仿真

车门外板面缺陷预测

天津汽车模具股份有限公司通过采用“天河一号”仿真平台对其在研的某型号模具进行模拟生产测试。地理信息产业，导航、监控、航海和信息服务

16主机和小型机的工作原理17

2.1.2CAD/CAM系统的分类

微机系统

特点：PC机成本低；性能价格比高；网络功能强。现在CAD/CAM主要运行在微机平台上。2000年后，PentiumⅣ处理器和Win2000环境已经成为CAD/CAM软件运行和应用的主流平台。现在，双核Intel处理器和WinXP环境已经成为CAD/CAM软件运行和应用的主流平台。平板电脑18工作站与微型机的原理19

2.1.2CAD/CAM系统的分类

交钥匙系统：供应商可以根据用户需要提供，无需用户进行二次开发，效率较高，具有良好的人机界面；但扩展能力差。

可编程系统：用户根据需要进行二次开发，扩展能力强，有开发周期。软件角度20

2.1.2CAD/CAM系统的分类

2.系统的功能范围

CAD/CAM系统按系统的功能范围可分为通用系统和专用系统两类：●通用CAD/CAM系统——功能全面，适用范围较广。如Pro/E、UGII、I-DEAS、CATIA等。

Pro/Engineer(ParametricTechnologyCorp）

以其参数化、基于特征、全尺寸约束、全数据相关等概念闻名于CAD界。

Unigraphics-II（UnigraphicsSolutionsCorp)

广泛应用于航空、汽车、机械和电子等工业领域。

21

2.1.2CAD/CAM系统的分类●专用CAD/CAM系统——为特定的应用而开发的系统，适用于一定的专业，或用于解决某类问题。如：上海交大国家模具CAD工程中心研制开发的冲模KBE设计系统、注射模KBE设计系统；华中科大模具国家重点实验室研制开发的注塑模CAD/CAM系统、汽车覆盖件冲压模具CAD/CAPP/CAE系统等。22

2.1.2CAD/CAM系统的分类

3.系统的运行方式

CAD/CAM系统按运行方式分为四种：

检索型系统交互型系统自动型系统智能型系统目前绝大多数模具CAD/CAM系统为交互式系统。

23

图2-2检索型系统工作流程图

检索型系统工作原理：用户输入设计初始参数，选择标准产品图样及有关数据，调用系统中的标准程序库及图形库，计算相应的参数和绘制图形。适用范围：产品定型的标准化、系列化设计。不能人机交互，不适合于新产品的设计、开发。工作流程如图2-2所示。24图2-3交互型系统工作流程图

工作原理：利用输入、输出设备，通过人机对话的方式工作的。适用范围：适合于新产品的设计、开发，是现代CAD/CAM应用系统的主要类型。工作流程如图2-3所示。交互型系统25

图2-4自动型系统工作流程图

自动型系统工作原理：●建立数学模型●找到目标函数●求解过程编成程序●输入参数自动进行数学模型求解●不需人的介入或只需很少人的参与。适用范围：事先能用数学模型描述的设计问题。工作流程如图2-4所示。26

2.1.2CAD/CAM系统的分类

智能型系统

工作原理：

●引入人工智能技术●搜集领域内专家的知识和经验●建立知识库●设置推理机构●输入原始参数及设计要求●推理、判断，给出智能性的提示●根据问题提出合理的解决方案

特点：

在一定程度上避免了依赖于使用者的素质,系统在研制、使用中已显示出巨大的潜力。

面临问题：

知识类型复杂、判定标准模糊或不确定、知识获取范围偏窄、开发难度大等问题。

工作流程如图2-5所示。27

图2-5智能型系统工作流程图

28

2.1.2CAD/CAM系统的分类

4.网络的使用情况网上排样通讯网络29

2.1.2CAD/CAM系统的分类

4.网络的使用情况

CAD/CAM系统按网络的使用情况可分为单机系统、网络化系统。

单机系统：无网络通讯连接的PC机、工作站上安装CAD/CAM软件及全部所需硬件。

网络化系统：根据设计布局不同分为星型网，环型网，总线网三种拓扑形式。

特点：软、硬件资源分布在各个结点上，既可以独立使用，也可以共享资源。

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2.1.2CAD/CAM系统的分类◆

结构网的中心是一台服务器，一般采用大中型机或超级小型机，周围是若干台工作站或微机。见图2-6。◆特点配置方便、可靠性高、集中控制和故障诊断容易、扩展困难等，适用于工程工作站或微机连网。图2-6星型网拓扑结构

星型网31

2.1.2CAD/CAM系统的分类◆

结构

由连接成封闭回路的网络结点组成的，每一结点与它左右相邻的结点连接。见图2-7。◆特点电缆长度短、适合用于光纤，处理大容量的网络交通，但单点故障会引起全网故障，故障诊断困难，且不易重新配置网络。图2-7环型网拓扑结构

环型网32

2.1.2CAD/CAM系统的分类◆

结构

由一根电缆和多个连接在该电缆上的节点组成。见图2-8。◆特点适用于将差别较大的设备连入网中。传输速率髙，用户节点的重新配置较易实现，通信距离较大、公共总线可长达2.5km，但故障诊断、隔离困难等。图2-8总线拓扑结构总线网33大型的虚拟现实系统34

2.1.3CAD/CAM系统设计的总体原则故设计CAD/CAM系统时一般应遵循以下几条总体原则：◆实用化原则

◆适度先进性原则◆系统性原则◆整体设计与分步实施原则设计CAD/CAM系统一般要考虑如下几点：1）明确工作任务、要求、关键问题；2）明确近期和远期目标；3）各设备的主要技术指标及其市场行情；4）确定系统规模及其集成水平。35

2.1.3CAD/CAM系统设计的总体原则

◆实用化原则

CAD/CAM系统是一项实用性、针对性很强的技术，具有高投入、高产出、高风险的特征。设计系统时必须明确应用领域和对象，要达到的目标及需要的关键技术。◆适度先进性原则选用实用性强、技术先进且成熟的设备与软件，降低投资风险。36

2.1.3CAD/CAM系统设计的总体原则

◆系统性原则

系统设计时要充分考虑功能、软硬件配置上的完整性，各硬件设备和软件在功能、性能方面的匹配。由此确定系统集成水平，提出对系统硬件、软件、数据库、网络和接口的具体要求。

◆整体设计与分步实施原则

设计时充分考虑系统性、完整性和先进性；

实施时充分考虑实用性和承受能力，分步实施，逐步建设。37

2.2模具CAD/CAM系统的硬件2.2.1硬件的组成硬件定义计算机系统中一切可见的物理设备和生产设备。它一般由计算机主机、交互显示设备、存储设备、输入输出设备、网络通信设备、数控加工中心等组成。

硬件系统是实现CAD/CAM系统各项功能的物质基础，软件是实现各项功能的核心。具体内容如图所示。38

2.2模具CAD/CAM系统的硬件

图2-9CAD/CAM系统硬件设备

输入设备输出设备外部存储图形终端39滚珠鼠标光电鼠标光笔图形扫描仪40数字化仪三维激光扫描系统41数据手套42滚筒式绘图仪43平板式绘图仪44

2.2.2硬件的选用原则

硬件的选用应遵循以下几个原则：

1.硬件系统的功能

2.系统的开放性与可移植性

3.系统的升级扩展能力

4.良好的性能价格比

5.硬件的可靠性、可维护性与服务质量45

1.硬件系统的功能

CAD/CAM系统对计算机硬件系统的要求是根据它所处理的对象不同而不同的。◆CPU计算能力；◆内、外存存储容量；◆输入、输出性能；◆图形显示和处理能力；◆多种外部设备的接口；◆联网能力。

2.2.2硬件的选用原则46

2.系统的开放性与可移植性

独立于制造商,遵循国际标准的应用环境；为各种应用软件提供数据、信息，提供交互操作移植界面；新安装的系统能与原安装的计算机环境进行交互操作。

是指应用程序从一个平台移植到另一个平台的方便程度。

开放性可移植性

2.2.2硬件的选用原则47

3.系统的升级能力由于硬件的发展更新很快，为保护用户的投资不受或少受损失，应注意欲购产品的内在结构，是否具有随着应用规模的扩大而升级扩展的能力，能否向下兼容，在扩展系统中继续使用。

4.良好的性能价格比由于CAD/CAM系统生产厂家和供应商很多，存在性能价格方面的差异。因此，在产品型号的选定时，要进行系统的调研与比较，选择具有良好性能价格比的产品。

2.2.2硬件的选用原则48

5.硬件的可靠性与售后服务

可靠性：在给定时间内，系统运行不出错的概率。

可维护性：排除系统故障以及满足新的要求的难易程度。服务质量：考虑供应商的资产可信程度、信誉和发展趋势，是否具有维护服务机构、手段和售后服务能力，是否提供有效的技术支持、培训、故障检修和技术文档，产品的市场占有率和已有用户的反映。

2.2.2硬件的选用原则49

2.3模具CAD/CAM系统的软件

软件定义软件是与计算机系统操作使用有关的程序、规程、规则及相关文档资料的总称。它包括程序、数据和文档三部分。一般可分为系统软件、管理软件、支撑软件和应用软件等四类。软件是决定模具CAD/CAM系统功能强弱、效率高低和使用是否方便的关键因素。50

2.3.1软件的分类与层次结构

根据系统中执行的任务及服务对象的不同，可将软件系统分为四个层次：

1.系统软件

2.管理软件

3.支撑软件

4.应用软件

硬件平台操作系统开发语言支撑软件用户软件桌面管理系统51

2.3.1软件的分类与层次结构

1.系统软件

使用、控制、管理计算机运行的操作系统及语言处理程序等的集合，是用户与计算机硬件的连接纽带。

操作系统，编译系统，图形接口及接口标准。其中操作系统是系统软件的核心，指挥和控制计算机软、硬件资源。目前，CAD/CAM系统中比较流行的操作系统有：工作站——UNIX、VMS、HP-UX等；

微机——MS-DOS、WIN98、Win/NT、Win-XP、Win2000、LINUX等。功能组成52系统软件之窗口软件20世纪80年代以来，窗口软件得到较大的发展。以集成操作环境为特点的窗口软件被誉为新一代操作系统。其特点有：在同一屏幕上支持多个窗口，窗口可以互相重叠，并可以输出不可见窗口的内容；一个应用程序可用同一屏幕的多个窗口，在不同的窗口上可以执行多个应用程序；可在多种显示器上执行，使应用程序与设备无关；具有集成化的操作环境和统一的用户界面，操作系统本身就是窗口化的；窗口系统具有网络透明性，即可在操作系统和系统结构都不同的计算机上运行应用程序；开发模具CAD/CAM系统是，需要编译系统和汇编系统，所用的高级语言：C、PASCAL、BASIC、FORTRAN…5354功能组成

2.3.1软件的分类与层次结构

2.管理软件

对产品在CAD/CAM过程中产生的大量图形文件、文本文件、表格文件等数据文件和电子文档进行控制和管理，是一个具有良好集成能力的开放性软件平台。常用的管理软件有以下三类。

产品数据管理PDM：

AutoManage、Windchill、

Metaphase等

企业资源管理ERP：

Fourshift等

数据库管理：Oracle、SQLServer、

FoxPro等553.支撑软件

支撑软件是在系统软件基础上开发出来的，为应用软件提供工具或开发环境，可以购买或自行开发，是CAD/CAM系统的核心。包括图形处理软件、几何造型软件、数据库管理系统等。

按通用性划分，支撑软件分为通用支撑软件和专用支撑软件。

通用支撑软件可分为——几何建模软件、图形处理软件、分析软件、优化设计软件等方面。如：UG、AutoCAD、Pro/E、I-Deas、Catia、Dynaform、Marc

数控加工支撑软件有——Mastercam、Cimatron等功能组成

2.3.1软件的分类与层次结构56支撑软件之图形处理软件图形软件系统的层次基本功能：产生各种图形元素；点、线、圆…图形变换；缩放、平移、旋转…控制显示、开窗口、局部缩放…局部删除图形元素；修改、编辑图形…输入输出。57ISO(InternationalStandardsOrganization)IGES

(InitialGraphicsExchangeSpecification)STEP(Standardfortheexchangeofproductmodeldata)CGI(ComputerGraphicsInterface)GKS(GraphicsKernelSystem)ANSI(AmericanNationalStandardsInstitute)PHIGS(Programmer’sHierarchicalInteractiveGraphicsSystem)CGM(ComputerGraphicsMetafile)SGI(SiliconGraphics,

ServerGraphicsInsight)、IBM、Intel8家公司共同制定的OpenGL(OpenGraphicsLibrary)58支撑软件之几何造型软件功能：建立物体几何模型，即造型。分类：线框造型、表面造型、实体造型、特征造型。曲面线框造型曲面实体造型三维实体造型三维特征造型59支撑软件之数据库管理系统（DBMS）功能：

提供数据的管理功能，满足设计、查询、对话和图形显示等活动的要求。优点：

编制应用程序时可以不考虑各种标准数据的管理；数据独立于程序，数据存储结构的变化不会影响到程序的运行；减少冗余数据的存在，提高了共享程度；保证了数据的一致性；便于修改和扩充。604.应用软件用户为解决实际问题自行开发或委托开发的程序系统既可为一个用户使用，也可为多个用户使用的软件。遵循原则：使用方便、记忆最少、响应时间快、灵活的提示信息、良好的工作方式和出错处理。如：

Moldwizar、MoldFlow、冲模KBE设计系统、注塑模HSC系统等是为解决具体问题开发的应用软件。

功能组成

2.3.1软件的分类与层次结构61常用的通用型应用软件1、AutoCAD2、MDT3、APT4、Pro/E5、I-Deas6、UG7、CAD-Key8、Solidworks

9、MasterCAM10、CATTIA11、SurCAM12、开目CAD13、高华CAD14、北航CAXA…62

2.3.2软件的选用原则

1.软件系统功能与能力配置

2.软件的性能价格比

3.良好的用户界面

4.软件的开放性与二次开发性

5.软、硬件匹配

6.数据管理能力

7.软件商的发展能力和售后服务63

1.软件系统功能与能力配置

目前市场上的CAD/CAM系统软件和支撑软件大都采用了模块化结构和即插即用的连接与安装方式。通过组装不同模块的软件构成不同功能和规模的系统。因此要根据系统的功能和规模要求确定选用模块的功能和规模。

2.软件的性能价格比

进行系统调研与比较，选择满足要求、运行稳定可靠、容错性好、人机界面友好、具有良好性能价格比的产品。

2.3.2软件的选用原则64

3.良好的用户界面

目前大多数模具CAD/CAM系统为交互式系统，良好的用户界面可以方便用户完成输入数据参

数、选择功能、编辑图形等操作。

4.软件的开放性与二次开发性

了解所选软件是否具备二次开发可能性、开放性程度。所提供的二次开发工具、二次开发所需环境和编程语言。

2.3.2软件的选用原则65

5.软、硬件匹配

不同的软件往往要求不同的硬件环境支持。如软、硬件都需配置应先选软件，它决定着系统功能。如已有硬件只配软件，则要考虑硬件的能力，配备相应档次的软件。

大多数软件分工作站版和微机版。有的是跨平台的，如AutoCAD、I-DEAS、PRO-E、UG-II等分别有工作站版和微机版。原则版本

2.3.2软件的选用原则66

6.数据管理能力产品数据管理(ProductDataManagement，PDM)是以软件为基础，对产品在CAD/CAM过程中产生的大量数据文件和电子文档进行控制和管理，它将产品数据分为图形文件、文本文件、数据文件、表格文件、多媒体文件等类型进行管理。

2.3.2软件的选用原则67

7.软件商的发展能力和售后服务

软件要随着硬件及技术发展而发展，因此软件商的软件版本更新及新软件的投资开发能力很重要，同时软件商提供怎样的培训、软件运行中出现的意外的解释处理也应得到重视。

2.3.2软件的选用原则68

CAD/CAM系统对软、硬件的要求主要有以下十个方面：

1.高速的数据处理和计算能力；

2.很强的图形处理能力；

3.有效的数据管理能力；

4.系统应符合标准化；

5.良好的文字处理能力；

6.良好的用户界面；

2.3.3CAD/CAM系统对支撑环境(软硬件)的要求69

2.3.3CAD/CAM系统对支撑环境(软硬件)的要求

7.人工智能平台；

8.具有较强的基本设计支撑环境与功能，如几何造型、参数化、渲染效果、尺寸驱动、自动导航、特征提取、有限元分析、运动分析、可视化、数控加工等；

9.支持Top-Down、Bottom-u