数字化核心技术浅析
张琼宇
112020014
一、引言
20世纪中叶以来，微电子、自动化、计算机、通讯、网络、信息等科学技术的迅猛发展，掀起了以信息技术为核心的新浪潮。与此同时，数字作为计算机技术的基础，其概念近年来得到了广泛的应用．出现了诸如数字城市、数字化生存等以数字为前缀的新概念和新思想．这些为数字及数字技术的拓展和应用开辟了新的广阔空间。数字化技术是以计算机软硬件、周边设备、协议和网络为基础的信息离散化表述、定量、感知、传递、存储、处理、控制、联网的集成技术“]，将数字化技术用于支持产品全生命周期的制造活动和企业的全局优化运作就是数字制造技术。目前制造业面临三大突出问题的挑战，即网络化、知识化和服务化，以及由此而带来的复杂化，进而导致对制造系统中的组织结构和功能的非线性、时变性、突发性和不平衡性难以用传统的运行模式和控制策略来驾驭。制造信息的表征．存储、处理、传递和加工的探刻变化，使制造业由传统的能量驱动型逐步转向为信息驱动型“数字化已逐渐成为制造业中产品全生命周期不可缺少的驱动因素，数字制造也就成为一种用以适应日益复杂的产品结构、日趋个性化、多样化的消费需求和日益形成的庞大制造网络而提出的全新制造模式，井很自然地成为未来制造业发展的重要特征。
二、数字化设计与制造的内涵与发展
数字化设计与制造主要包括用于企业的计算机辅助设计（CAD）、制造（CAM）、工艺设计（CAPP）、工程分析（CAE）、产品数据管理（PDM）等内容。其数字化设计的内涵是支持企业的产品开发全过程、支持企业的产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持企业产品开发流程的控制与优化等，归纳起来就是产品建模是基础，优化设计是主体，数控技术是工具，数据管理是核心。它们之间的关系见图l 所示。由于通过CAM 及其与CAD 等集成技术与工具的研究，在产品加工方面逐渐得到解决，具体是制造状态与过程的数字化描述、非符号化制造知识的表述、制造信息的可靠获取与传递、制造信息的定量化、质量、分类与评价的确定以及生产过程的全面数字化控制等关键技术得到了解决，促使数字制造技术得以迅速发展，这些关键技术之间具体关系见图2所示
三、数字化设计与制造的核心技术
数字化设计与制造技术集成了现代设计制造过程中的多项先进技术，包括三维建模、装配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟设计与制造、多媒体和网络通讯等，是一项多学科的综合技术。其核心技术主要有：
CAD,CAE,CAM,CAPP
3.1 计算机辅助设计CAD 技术（Computer Aided Design）
计算机辅助设计CAD 作为信息化、数字化的源头，它包含的内容很多，如概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图等，主要完成产品的总体设计、部件设计和零件设计，包括产品的三维造型和二维产品图绘制。CAD 的支撑技术是曲面造型、实体造型、参数化设计、特征技术和变量参数技术。
3.1.1 发展历程
20世纪60年代至70年代是CAD技术的开创时期，在当时，计算机图形显示设各和计算机图形学理论为这项工作的最初研究奠定了良好的基础。1962年美国麻省理工学院林肯实验室的Ivan Sutherlalld开发了SKETCHPAD，并发表了题为“人机通信的图形系统”的博士论文，从此确立了交互式计算机图形学的研究地位，CAD 技术也正是伴随着交互式计算机图形学而得以发展。初期cAD技术的含义与功能仅仅是由计算机代替繁琐的手工绘图，且以二维绘图为主，仅有的几种三维CAD 软件也只有线框造型功能。在20世纪70年代至80年代，由于国际航天和汽车工业的蓬勃发展，遇到大量的自由曲面造型问题，因此自由曲面造型和实体造型技术获得了快速的发展，美国的Coons和法国的Bezier先后提出了新的曲面算法。此时，研发了一批CAD／CAM软件系统应用于工业。1977年法国达索飞机公司开发出具有代表性的三维曲面造型系统CATIA，为CAD带米了一次新的技术革命。随之为了解决CAE问题，开发出采用基本体素和布尔运算来构造三维模型的实体造型软件。1979年诞生了世界第一个完全摹于实体造型技术的软件I．DEAS。
20世纪80至90年代，微机系统的普及，参数化技术和特征造型技术的发艘，使得CAD技术又产生了一次飞跃。如1982年美国Autodesk公司展示了全球第一个基于PC的CAD软件．AutoCAD，．oj此同时，有很多人提出基于特征、全数据相关、尺寸驱动设计修改的参数化设计方案，1985年美同成立了PTC公司，研制了参数化设计软件．Pr0／Engineer，率先提出并实现了尺寸驱动零件设计修改的设计思想。90年代中期，SolidWbrks公司发布了SolidWorks软件；Latergl发布了SolidEdge软件，成为微机系统的参数化特征造型的后起之秀。90年代至今，计算机软硬件技术的急剧变化，尤其是计算能力的大幅度提高，对CAD技术产生了巨大的影响，慕于特征和基于历史的三维参数化设计系统的快速推出；相关联的并行设计软件得到空前发展。提供对复杂产品全生命周期的解决方案，包括制造企业所用的三维CAD、CAM、PDM、CAE和数字化制造等模块。
图3.1CAD在设计中的应用
3.1.2 进展情况
(1)从二维绘图到三维设计
早期的CAD只支持二维绘图，进入90年代以来，三维绘图得以快速发展，并且在工程设计中得到了很好的应用。应该看到，二维绘图是基础，而利用三维CAD系统进行直接设计乃是当前和今后设计的新理念和发展方向。如在现有的软件支持下，直接以三维概念开始设计，整个设计过程可以完全在三维模型上讨论，它包括从接受产品的功能定义开始到完成产品的材料信息、结构形状和技术要求等。
(2)造型功能增强
①在产品造型技术方面，綦于特征造型技术、幕于历史的造型和参数化造型技术已在当今的CAD系统中得到了普遍的应用，但对于复杂的曲面设计的有效性仍存在许多问题川。
②当前的大部分CAD系统主要以详细设计为主，还不能支持概念设计和早期设计。这就要求未来的CAD系统应该向伞设计过程扩展，全面支持概念设计和详细设计。
③对于CAD系统水说，有效地实现大型复杂产品CAD模型的快速绘制和装配一直是一个亟待解决的问题。现有的办法是采用模型的轻量级加载或采用了装配体的压缩。
④除了机械CAD之外，几何造型技术还可以扩展到更多的新的应用领域，如生物医学、农业工程、地理信息、人体造型与服装设计等。
（3）CAD产品数据的交换与共享
近年来，一种高层的异地、分布式、具有协作性的产品设计开发方式正在兴起，并得到快速发展产品数据交换与共享则是这一方式顺利进行的重要保证。因此，研究人员已经在此方面做了很多努力，来探索更有效的数据交换方法，目前已有几种解决方案，但都各有优缺点，尚需继续研究。
(4)网络化协同设计
网络化协同设计是当前国内外的研究热点，互联网为CAD提供了一个纵横的设计人员实时、异地交流的新的设计方向。目前，各著名的CAD公司已经开发了基于网络的CAD产品模块。例如：UG的图文浏览器Visview、网上数据管理ISNetwork：CATIA的CATWEB。但就此项技术来说，在国内外均处于起步阶段，许多技问题有待于迸一步研究解决。
3.1.3 CAD设计的优点
（1）零件设计更加方便
使用三维CAD系统，可以装配环境中设计新零件，也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，既方便又快捷，避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来，使人一目了然（2）装配零件更加直观
在装配过程中，资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系，若装配不正确
即予以显示，另外，零件还可以隐藏，在隐藏了外部零件的时候，可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型后完成还能进行运动演示，对于有一定运动行程要求的，可检验行程是否达到要求，及时对设计进行更改，避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。
（3）缩短了机械设计周期
采用三维CAD技术，机械设计时间缩短了近1／3，大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时，只需对其中部分零件进行重新设计和制造，而大部分零部件的设计都将继承以往的信息，使机械设计的效率提高了3—5倍。同时，三维CAD系统具有高度变形设计能力，能够通过快速重构，得到一种全新的机械产品。2．4提高机械产品的技术含量和质量由于机械产品与信息技术相融合，同时采用CAD CIMS组织生产，机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法，如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等，保证了产品的设计质量。同时，大型企业数控加工手段完善，再采用CAD／CAPP／CAM进行机械零件加工，一致性很好，保证了产品的质量。
3.2 计算机辅助工程CAE技术（Computer Aided Engineering）
CAE 主要指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。
3.2.1 CAE的发展历程
CAE软件是迅速发展中的计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学与现代计算机科学和技术相结合而形成的一种综合性、知识密集型的信息产品。CAE的理论基础起源20世纪:40年代，数学家Courant第一次尝试用定义在三角形区域上的分片连续函数的最小位能原理来求解T.Venant扭转问题以来，一些应用数学家、物理学家和工程师也由于种种原因涉足有限元的概念，直到1960年以后，随着电子计算机的广泛应用和发展，有限元技术依靠数值计算方法，迅
速展起来。而实用的CAE软件诞生于上世纪70年代初期，70-80年代是CAE技术蓬勃发展的时期，其功能和算法也得到了进一步扩充和完善，到上世纪民80年代中期，逐步形成了商品化的通用和专用CAE软件，到80年代后期国际上已经有了功能相对比较完善的NASTRAN,ANSYS,ABAQUS,DYN-3D,ASKA,MODULEF,FASTRAN等十多种名的CAE软件，而国内也拥有了JIFEX,FEM,FEPS等CAE软件。上世纪90年代是CAE技术的成熟壮大时期。而最近15年CAE的发展，不仅是扩充了软件的功能、性能，更重要的是扩充了用户界面，前后处理能力，对数据管理和图形部分，进行了重大的改造，新增的软件成分大都采用了面向对象的软件技术和C++语言。3.2.2 CAE系统的主要功能
CAE系统是包括产品设计、工程分析、数据管理、试验、仿真和制造在内的计算机辅助设计和生产的综合系统。通常，为了在计算机中分析和模拟一个产品，首先必须建立产品模型，有了产品模型以后，我们可以运用CAE的分析方法（有限元法或模态分析法），来分析产品在工作环境中的受力变形、振动及运动的情况，以便评定产品是否满足设计要求。CAE系统可以采用参数优化方法进行方案优选，使方案设计考虑的因素更为精细、全面和合理。CAE系统也可以对运动的机构进行动态分析，并可画出机构运动的动画，以便检查机构的运动轨迹，校核运动件的干涉情况，还可计算出各构件的运动速度、速度和受力的大小。CAE系统还可以对金属切削加工、铸造、焊接、成型、试验、装配和物料流动等各种工艺过程进行仿真，除了对产品加工质量进行预测之外还可以深入研究这些工艺过程的机理和规律。CAE技术的应用范围很广，发展也相当快，总之，当前CAE技术的功能主要体现在产品的建模、工程分析、模拟仿真和优化设计等几个方面。3.2.3 CAE技术在汽车产品开发中的应用
CAE的应用，极大地促进了汽车技术的进步和发展。如果说CAD是在帮助工程师创造更丰富、更优美、更实用的几何实体设计，那么CAE则是在保证产品设计的质量、寿命、性能、成本等方面发挥着重要作用。CAE技术在汽车产品开发中效果突出，其分析方法的准确性和精确性已得到普遍认可，几年前“要求对分析结果进行试验验证”的说法现在已经很少见，因为几乎所有的中国汽车企业都采用了CAE技术。
在汽车产品开发中，如果我们只依靠总设计师的“经验”和样车，那么确定诸如行驶性、操纵稳定性、振动、噪声和舒适性等这些整车参数必然不是科学先进和客观可靠的，而如果等到产品设计完成后，才发现这些性能达不到要求，则需要投入大量的人力和物力，而且会延误开发周期，坐失市场商机。而如果我们运用CAE仿真技术，对“原型车”和开发车系统进行仿真，可以在概念设计阶段就精确地预测和控制零部件乃至整车的性能和结构可靠性，从而在开发初期就能使未来产品性能和结构指标得到保证。其中VPG(Virtual Proving Ground)虚拟试验场软件，是专门针对整车分析而开发的CAE仿真环境，可以进行整车的防撞性、安全性和耐久性分析设置，以及可以仿真测试整车系统在道路条件下的疲劳寿命，并对仿真碰撞中的汽车驾乘人员保护进行评价。很显然，CAE技术的采用可以节约大量成本和时间，其技术经济意义是特别重大的。据有关统计数据表明应用-./技术后，开发期的费用占开发成本的比例，从80%-90%下降到8%-12%。例如福特汽车2000年计算机应用项目的成果是：新车型开发周期从36月降低
12-18个月；开发后期设计修改率减少50%；原型车制造和试验成本减少50%；投资收益提高50%。可以说在汽车发展历史上，没有什么技术能与CAE技术相比，产生如此巨大的回报。
图3.2 CAE在汽车开发中的应用
3.2.4 发展趋势
随着计算机技术的快速发展，无论在性能、功能软、硬件技术等方面CAE技术也得到极大的发展，并呈现出如下发展趋势。
(1)CAE软件进一步向专业用方向发展。更多的CAE用户开始在通用软件平台上开发专业化应用软件，建立了企业级的CAE分析技术标准化软件，简化分析方法，提高-./应用效益，以此来建立和提升企业开发和研制的能力。
(2)CAE功能进一步扩充。将实现多结构耦合分析，多物理场耦合分析，多尺度耦合分析，以及结构，构件及其材料的一体化设计计算与模拟仿真等功能。
(3)基于互联网的集成化与支持协同工作的CAE系统的出现，将实现基于Internet 的CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM/ERP的集成化、网络化和智能化。
(4)新一代的CAE系统将能够解算上千万阶方程组，CAE软件的三维实体建模，复杂的静态、动态物理场的虚拟现实技术将会有很大发展，能够实现对复杂工程、产品的实时和真三维仿真。
(5)基于Internet/Grid computing的面向对象的工程数据库管理系统及工程数据库将会出现在新一代的CAE软件中。
(6)用户界面将实现多媒体、智能化、网络化的统一。随着计算机图形技术正在迅猛发展，多媒体技术一定会使来CAE软件的用户界面具有更强的直观、直感和直觉性，给用户带来耳目一新的感觉。
3.3 计算机辅助制造CAM 技术（ Computer Aided Manufacturing）
计算机辅助制造CAM 是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动，完成复杂零件的数控加工包括工艺过程设计、工装设计、NC 自动编程、生产作业计划、生产控制、质量控制等。CAM 的支撑技术是数控编程、刀具轨迹
生成、数控加工仿真技术。
3.3.1 CAM的发展过程
CAM技术发展至今，无论在软、硬件平台、系统结构、功能特点上都发生了变化。当今流行的CAM系统在功能上也存在着巨大的差异。就其具有决定意义的基本处理方式与目标对象上看，主要有两个主要发展阶段，或者说是两代产品。（1）第一代CAM：APT。20 世纪60 年代在专业系统上开发的编程机及部分编程软件如FANUC、Siemens 编程机，系统结构为专机形式，基本处理方式是人工或辅助式直接计算数控刀路，编程目标与对象也都直接是数控刀路。特点是功能差，操作困难，专机专用。
（2）第二代CAM：曲面CAM系统。系统结构一般是CAD/CAM混合系统，较好地利用了CAD 模型，以几何信息作为最终的结果，自动生成加工刀路，自动化、智能化程度得到了大幅度提高，具有代表性的是美国的UG、加拿大的Cimatron、美国的MarsterCAM、法国的CATIA、北京北航的CAXA等。其基本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。虽然第二代CAM系统以CAD 模型为编程的目标对象，自动生成刀路轨迹，使系统的自动化、智能化水平得到了大幅度提高，系统的操作也更符合工程化概念。但是，也正基于第二代CAM系统以CAD 模型的局部几何特征为目标对象的基本处理形式，使CAM系统的智能化、自动化水平要更进一步发展受到了限制。只有突破当今的固有模式，发展新一代的CAM 系统：即面向模型、面向工艺特征的CAM系统，才能够将CAM的自动化、智能化水平提高到一个新的高度。
3.3.2 CAM的发展现状
CAM作为应用性、实践性极强的专业技术，直接面向数控生产实际。生产实际的需求是所有技术发展与创新的原动力。分析总结当今CAM的应用现状及与生产实际要求间的差距、CAM应用在生产组织与管理上的问题、新工艺新技术对CAM 的特殊需要等，有助于更好地了解今后CAM的发展趋势。
因为实际应用的实践性强，专业化分工明确，就总体而言，CAM的专业化水平高于CAD。纵观当今占主导地位的CAM系统，无论其界面好坏、功能强弱，都存在着共同的缺陷：CAD/CAM混合化的系统结构体系。CAD 功能与CAM功能交叉使用，不是面向整体模型的编程形式，工艺特征需由人工提取，或需进一步CAD 处理产生。该结构体系的形成是历史的产物。多年前，集成系统特别是网络化集成的观念还没有成为系统开发的主体思想，模型的建立与编程在同一地点由同一个操作者完成。由此会造成如下的问题：
(1)不适应当今集成化的要求。现代生产企业要求网络集成系统的模块分布、功能侧重必须与企业的组织形式、生产布局相匹配。系统混合化不等于集成化，更不利于网络集成化的实现。
(2)不适合现代企业专业化分工的要求。混合化系统无法实现设计与加工在管理上的分工，增加了生产管理与分工的难度，也极大地阻碍了智能化、自动化水平的提高。另外，混合化系统要求操作者在CAD 与CAM两个方面都要有深厚的背景与经验，才能很好地完成工作，增加了学习掌握与使用系统的难度。一般需1～3 年的实践才能成为称职的CAM操作人员，对企业人才的管理造成了极大的负面影响。
(3)没有给CAPP 的发展留下空间与可能。众所周知，CAPP 是CAD/CAM一体化集成的桥梁，CAD/CAPP/CAM混合化体系决定了永远不可能实现CAM的智能化与自动化。
因为生产工艺的标准化程度低，受到生产设备、刀具、管理等因素的影响，至今也还没有一个成熟的、以创成法或派生法为推理机制的商品化的CAPP 系统。但随着企业CAD、CAM等技术的成功应用，工艺库、知识库的完善，将来CAPP 也会有相应的发展。逐步实现CAD- CAPP- CAM按科学意义上的一体化集成。而混合化的系统从结构上为今后的发展留下了不可弥补的隐患。
3.3.3 国内流行的软件
(1)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交互环境下的开放的二次开发工具，用户可以增加功能或开发专业应用软件。
(2)CAXA：CAXA电子图板是高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件，辅助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计，适合二维绘图的场合，可使设计人员甩掉图板，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，可以快速建立复杂的三维模型，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。其中的注塑模设计(CAxAIMD)是一套中文注塑模专业CAD软件，可使设计人员不必翻找设计手册即可轻松设计模具。
(3)金银花系统(Lonicera)、高华CAD、GS—CAD98、开目CAD等软件，其中的金银花系统的目标是向国外三维CAD软件发出强有力的挑战。
总起来说，以上各种软件各有优点和不足之处。
3.4 计算机辅助工艺设计CAPP 技术（Computer Aided ProcessPlanning）
CAPP 是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（图形）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。CAPP 从根本上改变了依赖于个人经验，人工编制工艺规程的落后面貌，促进了工艺过程标准化和最优化，提高了工艺设计质量。它使工艺人员从繁琐重复的计算编写工作中解放出来，极大地提高了工作效率。CAPP 的支撑技术是信息建模技术、工艺设计自动化和产品数据交换标准。
3.4.1 CAPP技术研究现状分析
从20世纪80年代以来，国内外在CAPP技术的研究与系统的开发上已投入大量的资金与力量，在智能化决策及与其它应用系统的集成化方面提出了许多技术方案，并已开发出为数众多的CAPP系统。主要技术研究成果集中在零件信息描述、工程知识处理、工艺决策专家系统、CAD／CAPP／CAM集成等方面。在所开发的CAPP系统中，有些系统已得到实际应用，少数已商品化。但总的来看，在商品化软件出现以前，CAPP的研究开发方向存在与实际应用严重脱节的偏差。主要是应用范围划得过窄、决策技术目标定得过高、工艺信息及文件管理没有考虑、软件的工程化／商品化重视不够，导致大多数软件实用水平很差，或者很难扩大应用范围，同CAD、CAM、MIS、PDM等相关计算机辅助技术相比，在应用范围和水平上差距相当大。从1995年前后，CAPP的实用化问题引起研究者和企业技术工作者的重视，以实现工艺设计的计算机化为目标或强调CAPP应用中计算机的辅助作用的实用化CAPP系统成为新的主题。许多企业应用了基于Office 或CAD等通用软件开发工艺卡片填写系统。在这些系统中，很多只是基于简单模
板的计算机出卡片，仅取得了一定的应用效果，但也有不少是企业在工艺标准化、规范化的基础上花费大量人力、物力所开发出来的，且取得的很好的应用效果。许多企业应用了基于Office或CAD等通用软件开发工艺卡片填写系统。在这些系统中，很多只是基于简单模板的计算机出卡片，仅取得了一定的应用效果，但也有不少是企业在工艺标准化、规范化的基础上花费大量人力、物力所开发出来的，且取得的很好的应用效果。1997年以来，国内推出了几个商品化CAPP系统，其中许多是基于AutoCAD和其它一些图形系统的工艺卡片填写工具系统。这类系统片面强调工设计的“所见即所得”，完全以文档为核心，忽视企业信息化中产品工艺数据的重要性，存在难以保证产品工艺数据准确性、一致性和进行工艺信息集成的致命问题。这类系统基本为文件形式进行管理，有些虽然宣称以数据库管理，事实上是基于文件封装概念的管理，产品工艺数据的准确性、一致性和工艺信息集成等问题仍无法解决。也有一些CAPP系统从信息系统开发角度，分析产品工艺文件中所涉及的数据／信息，建立结构化的数据模型，并以模型驱动进行工艺设计，并实现了模型驱动下的“所见即所得”工艺设计界面，为工艺信息的可靠、有效集成和CAPP的深入应用奠定了良好的基础。这类的CAPP系统采用结构化数据，工艺管理易于实现，能够保证产品工艺数据准确性、一致性和进行工艺信息集成，实现了工艺设计与工艺管理一体化、工艺信息的数字化和集成化，体现了企业信息化技术及现代先进制思想，是当前CAPP发展和应用的主流。企业对CAPP的应用越来越重视，目前很多企业都在不同程度上应用了CAPP技术，对CAPP提出了更多需求，将大大推动CAPP技术研究及工程化发展。
3.4.2 CAPP技术的发展趋势
（1）企业对CAPP技术的需求
企业对CAPP的技术需求可以分为以下几个方面：标准化需求工艺标准化是CAPP 深入应用的重要保证。工艺标准化利于提高企业工艺工作的科学化、规范化水平，有利于推广先进的工艺技术和实现多品种单件小批量生产的专业化、自动化，从而缩短产品开发周期，提高质量，降低产品成本。工艺标准化的基本内容包括各类工艺术语、工艺数据、典型工艺等不同层次进行规范化、标准化、典型化研究等。工艺标准化对企业实现制造信息化十分关键，是企业信息标准化的重要组成部分。企业希望通过CAPP技术的应用，总结归纳企业工艺规范，不断积累典型工艺、工艺知识、工艺参数和经验，不断优化和提高企业工艺技术水平。·工艺模式变革需求现有工艺工作是基于手工传统工作方式形成的工艺设计和管理的组织结构、业务流程和工作模式，面临企业制造信息化和PDM、ERP及OA的集工程的需要，工艺模式也应进行相应的变革，适应企业信息化工程需要，提高工艺工作效率和质量。工艺模式的研究包括工艺组织结构和功能、审批流程、工艺信息结构、工艺业务流程和信息流程等。
功能需求
企业中工艺工作一般分为两个部分：总体工艺管理和专业化工艺规划。企业需要CAPP系统能够全面覆盖这两个方面的工作，包括产品BOM管理、产品工艺性审查、工艺总方案设计、材料定额、工艺分工计划、工艺编制、工艺设计过程管理、工艺更改控制管理、工艺信息管理、各种各样工艺技术文件管理等，同时满足产品研发不同阶段工艺设计和管理需求。
（2）面向企业信息化工程的集成需求
工艺信息是企业信息集成一个关键环节、企业过程集成的重要组成部分。企业信息化工程对CAPP系统的应用提出了很高的要求：以信息集成、功能集成、过程
集成为目标，实现与PDM／ERP／CAD／CAM／MIS等系统的集成，系统具有较好的开放性等。系统实施采用工程化方法，按照“效益驱动原则”、“标准化原则”、“集成原则”、“改革原则”、“面向用户原则”等，提高工艺领域及企业管理的工作效率和质量。CAPP技术的发展必须符合企业及企业信息化工程的需要，当前CAPP系统及商品化软件在企业中得到了较好的推广和应用，但还很大程度上不能够满足企业当前及未来发展的要求。CAPP体系结构系统的体系结构反映了系统的研发理念和主导思想。随着CAPP本身和企业信息化技术的断深入发展、信息技术的不断提升，CAPP的体系结构应体现以下几个特点：·Client／Server(C ／S)模式与Browser／Server(B／S)模式相结合随着企业信息化工程的不断深入，企业对工艺管理越来越重视，更多地需要企业全局的工艺信息查询管理、网络化的工艺工作协同和过程控制、工艺资源的优化配置和利用等。目前，大多CAPP系统采用单机模式或C／S模式，不能实现跨平台的数据共享、信息集成和过程集成，现代CAPP必须解决这方面问题，采用B／S系统模式实现工艺信息、过程的管理与控制。另一方面，计算机技术在网络化工作、Web方面得到进一步发展，包括J2EE／EJB、ASP、．NET等方面，为现代CAPP采用B／S结构提供了条件。但对于工艺设计、工序图编辑等工作采用C／S结构更加合适，因此现代CAPP系统应是C／S模式与B／S模式有机结合，各取所长。广泛采用组件技术、面向对象技术、数据库和知识库技术的层次化结构企业工艺工作情况各种各样、应用环境千差万别、工艺技术标准各不相同，要求CAPP系统能够适应这种变化，快速定制形成企业实用化CAPP系统，现代CAPP应广泛采用组件技术、对象处理技术及数据库技术，实现数据层／对象层、对象操作层、事务处理层、功能层的严格分离，并且还实现应用服务器、数据库服务器、文件服务器的独立，实现CAPP系统的组件化，保证系统的开放性和可扩充性。
（3）基于三维CAD或／和PDM系统进行开发，实现信息、功能及过程的集成
信息集成是CAPP永久关注的焦点，基于二维CAD开发、信息模型驱动的CAPP 系统难以完全满足CAD／CAPP，CAM集成的需要，如三维产品模型不能用于工序图编辑，二维工序图信息不能为CAM进行数控编程使用；另外，三维的装配参装件图也提高了装配工艺的质量和实用性。因此，基于三维CAD开发和应用CAPP 是现代CAPP技术发展的一个重要方向。PDM系统是企业信息化工程的集成框架，这一认识得到了普遍的认同和实践。PDM在电子文档的管理、产品BOM的管理、工作流程管理等方面具有较为完善的机制和功能，同时作为企业信息化工程工作平台，要求相关应用系统包括CAD、CAPP、CAM等与PDM系统紧密集成。利用PDM 作为工作平台、利用PDM现有机制和功能，进行紧密集成开发，是现代CAPP的又一重要方向。
3.4.3 CAPP的功能
传统意义上的CAPP仅完成工艺设计活动，并没有完整地涉及到企业工艺技术部门的所有工艺工作，尤其是大量、烦琐的工艺信息的动态管理工作。而在实际生产中，工艺设计只是工艺信息生成和处理全过程中的一部分工作，因而仅仅提高工艺设计局部高效率并不能带来整个企业工艺技术工作整体的高效率。为了满足企业对工艺设计及工艺管理工作的需求，现代CAPP系统必须具有以下几个方面的功能：
（1）综合工艺设计与管理功能：主要包括产品BOM管理、工艺分工路线、材料定额、工艺任务分工等方面；
（2）工艺设计功能：提供各种快速有效的工艺设计方式实现各种类型工艺规程、
工艺指令文件的编制、存储等，实现基于知识的跨平台的多工艺部门／人员的协同工艺设计；
（3）工艺管理功能：包括工艺信息管理(各种统计汇总报表、制造BOM等)、工艺文档(工艺规程、技术指令文件、相关图形文件、NC文件等)管理、业务过程(文件编制、审批发布过程、更改)管理、信息集成等方面；
（4）工艺知识管理功能：工艺知识是工艺设计的基础，对工艺知识的管理有利于企业工艺知识、经验的积累和工艺优化。包括工艺信息建模、典型工艺管理、工艺标准管理、工艺术语／切削参数、材料管理等。
（5）制造资源管理功能：包括机床、刀具、夹具、模具、物料库存等管理，实现动态管理，及时掌握制造资源状态，进行制造资源的优化配置。
（6）综合管理决策支持功能：提供企业管理人员进行管理决策的信息支持，包括工艺信息、工艺文件、技术准备进度、工艺装备、产品配置等方面全方位的信息查询、浏览等。
（7）系统管理功能：用户管理、应用环境配置、系统安全管理等方面。
图3.4现代CAPP功能结构
可以看出，现代CAPP必然走向面向制造数据管理的企业工艺信息集成系统。
3.4.4 工艺设计方式
工艺设计方式总的可以分为交互式(Interactive)、修订式(Variant)和创成式(Generative)等
（1）交互式工艺设计模式，缺少智能决策功能，完全依靠工艺人员的知识和工作经验。以至目前工艺工作强度仍然很大，并且编出的工艺规程的规范性差，难以保证工艺规程的质量、工艺信息的完整性和一致性，不能充分利用企业积累的工艺经验与数据，不利于企业信息集成。
（2）检索修订式CAPP系统是利用相似工艺检索技术，不仅可以大大减少工艺工作强度和对有经验工艺人员的依赖，而且还可以提高产品工艺的继承性和重用性，从而能够在不同条件下解决工艺与工装的规范化与标准化。但是用传统方法编码体系的建立非常困难，总结归纳典型工艺费时费力，开发周期较长，且不够灵活。
（3）创成式CAPP系统智能化程度高，工艺规范化好，工艺设计效率高，但工艺知识的获取和维护需要耗费大量的人力物力和财力，成为系统开发与应用的瓶颈，而且应用规模窄，系统适应性差。由于工艺设计环境和任务的复杂性和多样性，难以实现通用的工艺决策全过程自动化；而交互式、检索修订式和创成式CAPP各有其特点和局限，片面地强调CAPP的智能化或自动化是不合适的。同时，计算机的工作模式有它的特点和局限性，比如它适合处理复杂重复繁琐的工作，而对抽象性综合性强的、难以描述的决策任务不能胜任，这些恰恰是工艺人员的特长，充分发挥工艺人员的技能技巧有着重要的实际意义。
（4）基于知识的综合智能化CAPP。基于知识的综合智能化工艺设计指的是充分发挥计算机和工艺人员的特点和特长，综合运用交互式、检索修订式以及智能决策方式等工艺设计模式，最大限度地提高工艺设计效率和质量、保证工艺信息的完整性和一致性、增强系统的集成性。所谓综合运用交互式、检索修订式以及智能决策方式等工艺设计模式不是简单地叠加，而是有机地融合、渗透，用户是工艺决策的主体，要充分发挥人的智能优势，在系统应用过程中不实现系统智能，有效地辅助工艺人员，更好地发挥CAPP系统的效率。其主要技术方法包括：计算机辅助工艺标准化、规范化、基于信息模型驱动的工艺设计技术、工艺资源及工程数据库关联设计技术、相似工艺／典型工艺的自动检索设计、参数化／模块化／单元化工艺设计技术、基于对象的推理及专家系统技术、工程知识处理技术、工艺知识及工艺资源的自动获取等方面。基于知识的协同设计是代CAPP的一个发展趋势，在知识有效管理和广泛共享的基础上，不同工艺部门、人员之进行协调工艺决策，使工艺经验和知识发挥更大作用，更好地进行工艺优化，减少技术部之间的往复的、低水平的协调，缩短了工艺准备周期。基于知识的综合智能化工艺设计研究将进一步引发针对行业、专业工程知识处理技术的研究及具有专业化特色的决策功能研究具有专业特色的工艺知识库、工艺资源库的建立和应用将具有很大的发展潜力。可以看到，当前基于知识的综合智能化工艺设计技术研究局限于对现有直接知识的处理和利用，缺乏相关知识和技术资料的管理和应用。工艺设计过程中需要企业及其行业相关技术成果、工艺试验、工艺案例、作业指导书、工艺标准以及材料／元器件信息、性能及热表处理、工具工装、工艺技术等相关知识，工艺人员在工艺规划及编制过程中，如能得到相关技术知识的快速响应支持，将会大大增强企业工艺创新能力，因此基于知识的工艺创新设计平台的研究开发将是现代CAPP的重要发展领域。
四、参考文献：
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材料成型CAD/CAE/CAM复习题 1 总结产品设计的两种基本思想，各自从设计阶段到生产阶段与CAD/CAE/CAM技术的相关性及过程？ 一种途径是基于机械CAD软件平台的概念设计； 另一种途径是基于已有样品或手工模型的反求工程技术（或称逆向工程技术） 2 试述线框造型、表面造型以及实体造型的优缺点？ （1）线框造型： 优点：线框造型的方法及其模型都较简单，便于处理，具有图形显示速度快，容易修改优点。 缺点：①图形的二义性（不能唯一表示一个图形）；②难以进行形体表面交线计算和物性计算，不便于消除隐藏线，不能满足表面特性组合和存储及多坐标数控加工刀具轨迹的生成等。 （2）表面造型： 优点：①可以识别和显示复杂的曲面；②可以识别表面特征；③可以进行高级刀具轨迹的仿真。 缺点：①不能完整全面地表达物体形状；②难以直接用于物性计算，内部结构不易显示。 （3）实体造型 优点：①全面完整地定义立体图形；②可以自动计算物性、检测干涉、消隐和剖切形体。 3 Ferguson曲线、Bezier曲线、B样条曲线各自的优缺点？ Ferguson优点：曲线简单，易于理解；缺点：一是设计条件不易控制，二是如果定义高次Ferguson 曲线，需要用到曲线始末两点的高阶导数。 Bezier曲线优点：具有一定的灵活性，即不再受曲线需要经过所有的点这一限制；缺点：一是数学计算很麻烦，二是不便对曲线进行局部修改，三是多边形边数较多时，多边形对曲线的控制程度减弱。B曲线优点：直观，局部修改方便，对特征多边形逼得更近，多项式次数低，分段曲线拼接条件简单；缺点：增加了定义曲线的数据，控制顶点数及节点数。
4 什么是曲面的反算、拼接和互化？ （1）反算：自由曲面在计算机内部存储的是控制点，但在实际工程中，往往先经测绘得到曲面的型值点，然后再由型值点反算出控制点。由于曲面是由空间点经过两次调配得到的，因而曲面的控制点的反算需要“两次反算过程”，第一次反算过程为：将一个参数方向（如u方向）上的型值点依次按曲线反算方法反算出一系列点；第二次反算过程为：沿另一个参数方向（如υ方向），将第一次反算得到的点次再按曲线反算方法反算出另一系列点，第二次反虎得到的点即为曲面的控制点。 （2）拼接：以双三次自由曲面为例，相邻两片曲面光滑拼接的条件为： ①对Coons曲面：两张双三次Coons曲面片共边界且在相邻两角点处的坐标、u向切矢、υ向切矢、按矢分别相等；②地Bezier曲面：两张双三次Bezier曲面片在相领边界处的相领的控制网格共边且在同一平面上；③对B样条曲面：由于每（4×4）即16个几何条件定义一片双三次曲面，如果定义B 样条曲面制造何矩阵Q有M行N列（M≥4，N≥4），则可以定义（M-3）×（N-3）个曲面片。与三次B 样条曲线的连续性相似，只要（4×4）的子矩阵在Q矩阵中是依次向右或依次向下移动的，就能自动保证相邻的曲面片或上下相领的曲面片二阶连续。显然，B样条曲面的连续性条件十分简单，这是B 样条曲面得到广泛应用的原因之一。 （3）互化：双三次Coons曲面、双三次Bezier曲面、双三次B样条曲面之间可以相互转化。 5 常用的三种实体造型方法边界表示法、扫动法和构造实体几何法的优缺点？ （1）边界表示法： 优点：①便于图形的显示和输出。②对物体的材质、比重、颜色等属性数据，比较容易处理。③转换成线框模型非常简单。④表达的物体无二义性 缺点：①边界表示法不具惟一性②数据量大，需要较大的存储空间。③边界表示法的数据输入比较麻烦，须提供方便的用户界面 （2）扫动法：是通过将一个二维图形或一个形体沿某一路径扫动产生新图形的一种表示模式。扫动方式：平移扫动—扫动轨迹为直线，旋转扫动—扫动轨迹为圆或圆弧 （3）构造实体几何法（CSG）： 优点：①体素拼合是一个集合运算过程；②运算结果依然是正则集：③表示一个复杂形体非常简洁，所定义的几何形状不易产生错误，用户输入的信息量少，描述物体的数据结构非常紧凑。 缺点：①为隐式模型，不反映物体的面、边、顶点等有关边界信息，也不显示说明三维点集与所表示物体的对应关系；②进行拼合操作及最终显示物体时，还需将CSG树这种数据结构转变为边界表示(B-rep)的数据结构，为此在计算机内除了存储CSG树外．还应有一套数据结构存放体素的体—面—边信息。 6 特征造型和几何造型有什么区别？为什么要采用特征造型？ （1）几何造型：利用计算机系统描述零件几何形状及其相关信息，建立零件计算机模型的技术称为几何造型。 几何造型法存在问题： ①零件定义不完整；只能定义零件的公称几何形状，而作为零件的其他信息如尺寸公差，表面粗糙度以及设计意图等不能表达； ②信息定义的层次低。零件以点、线、面等较低层次的几何与拓扑信息描述，只有当这些信息作为图形显示出来时，人们才能理解其含义，另外实体模型一旦建立，修改不方便。
第一讲注射模 CAD/CAE/CAM概述 一、注射模地重要性 1．塑料具有密度小、质量轻、比强度大、绝缘性好、介电损耗低、化学稳定性强、成型生产率高 和价格低廉等优点,在国民经济和人民日常生活地各个领域得到了日益广泛地应用,早在二十世纪 九十年代初,塑料地年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量地总和.在机电<如所谓地 黑色家电）、仪表、化工、汽车和航天航空等领域,塑料已成为金属地良好代用材料,出现了金属 材料塑料化地趋势. 2．以汽车工业为例,由于汽车轻量化、低能耗地发展要求,汽车零部件地材料构成发生了明显地 以塑代钢地变化,目前我国汽车塑料占汽车自重地5%至 6%,而国外已达 13%,根据专家预测,汽 车塑料地单车用量还将会进一步增加.在现代车辆上,无论是外装饰件、内装饰件,还是功能与结 构件,都可以采用塑料材料,外装饰件有保险杠、挡泥板、车轮罩、导流板等；内装饰件有仪表板、 车门内板、副仪表板、杂物箱盖、座椅、后护板等；功能与结构件有油箱、散热器水室、空滤器罩、 风扇叶片等.据统计,我国 2000 年汽车产量 200 多万辆,车用塑料达 138 万吨.从国内外汽车塑b5E2RGbCAP
料应用地情况看,汽车塑料地用量现已成为衡量汽车生产技术水平地标志之一. 3．作为塑料制件最有效地成型方法之一地注塑成型由于可以一次成型各种结构复杂、尺寸精密和 带有金属嵌件地制品,并且成型周期短,可以一模多腔,生产率高,大批生产时成本低廉,易于实 现自动化生产,因此在塑料加工行业中占有非常重要地地位.据统计,塑料模具约占所有模具<包 括金属模）地 38.2%,塑料制品总重量地大约 32%是用于注射成型地,80%以上地工程塑料制品都 要采用注射成型方式生产. 4．根据海关统计,我国 2000 年共进口模具 9.77 亿美元,其中塑胶模具共 5.5 亿美元,占 56.3%,p1EanqFDPw 2001年共进口模具11.12亿美元,其中塑胶模具共6.16亿美元,占55.4%.从品种上来说,进口量DXDiTa9E3d 最大地是塑胶模具. 二、采用 CAX技术地必要性 1．传统地塑料注射成型开发方法主要是尝试法,依据设计者有限地经验和比较简单地计算公式进RTCrpUDGiT 行产品和工艺开发.但是在注射成型生产实际中,塑料熔体地流动性能千差万别,制品和模具地结
CAD/CAE/CAM方法与技术(中国机械工程学科教程配套系列教材) 作者:杜平安范树迁葛森等 市场价：￥35.00 卓越价：￥28.00 为您节省：7.00元 (80折) 基本信息 ·出版社：清华大学出版社 ·页码：321 页 ·出版日期：2010年03月 ·ISBN：7302217092/9787302217091 ·条形码：9787302217091 ·版本：第1版 ·装帧：平装 ·开本：16 ·正文语种：中文 ·丛书名：中国机械工程学科教程配套系列教材 内容简介 《CAD/CAE/CAM方法与技术》系统阐述了机械CAD／CAE／CAM的基础理论、基本方法、关键技术及其集成方法。全书共3篇14章，第1篇为CAD技术，第2篇为CAE技术，第3篇为CAM技术，书中以目前广泛应用的Pro／E、ANSYS、Mastercam为例，介绍了三种技术的一体化应用方法。 《CAD/CAE/CAM方法与技术》强调理论与应用相结合，既重视方法与理论体系的建立，同时结合CAD／CAE／CAM技术的最新发展动态，注重知识的先进性、新颖性和可操作性。《CAD/CAE/CAM方法与技术》可作为高等院校机械类各专业的教材，也可供相关专业的工程技术人员参考。 编辑推荐 《CAD/CAE/CAM方法与技术》：教育部高等学校机械设计制造及其自动化专业教学指导分委员会推荐教材。
目录 第1章绪论 1.1 产品开发过程 1.2 CAD／CAE／CAM技术 1.3 CAD／CAE／CAM的集成与一体化应用1.4 CAD／CAE／CAM的集成方法 1.5 常见CAD／CAE／CAM系统 第1篇CAD技术 第2章CAD概论 2.1 CAD概述 2.1.1 CAD定义 2.1.2 CAD技术的发展历程 2.1.3 CAD系统的组成 2.2 现代CAD的技术特征 2.2.1 参数化建模技术 2.2.2 基于特征的建模技术 2.2.3 全数据相关技术 2.2.4 智能导航技术 2.3 三维造型基础 2.3.1 几何造型方法 2.3.2 实体表示方法 思考题 第3章参数化建模技术 3.1 参数化建模概述 3.1.1 参数化设计的约束 3.1.2 参数化设计中的约束分类 3.2 约束驱动的草图绘制 3.2.1 草图的概述 3.2.2 草图中的约束驱动与约束类型 3.2.3 草图的绘制 3.3 三维参数化设计 3.3.1 参数化设计中的形状控制 3.3.2 参数化设计方法 思考题 第4章特征建模技术 4.1 特征概述 4.1.1 广义特征 4.1.2 特征的分类与表达 4.2 特征建模
1.CAD 是一种用机算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法与 技术，包括设计、绘图、工程分析与文档处理等活动。 2.CAD主要涉及以下技术： 1) 图形处理技术 2) 工程分析技术 3) 数据管理与数据交换技术 4) 文档处理技术 5) 界面开发技术 6) 基于 Web的网络应用技术CAD发展过程： 2D 绘图系统三视图算法—贝塞尔算法应用 3D曲面造型系统—实体造型技术——特征参数化技术参数化实体技术—变量化设计技术 参数化技术在设计全过程中，将形状和尺寸联合起来一并考虑，通过尺寸约束来实现对几何形状的控制；变量化技术将形状约束和尺寸约束分开处理。 参数化技术在非全约束时，造型系统不许可执行后续操作；变量化技术由于可适应各种约束状况，操作者可以先决定所感兴趣的形状，然后再给一些必要的尺寸，尺寸是否注全并不影响后续操作 3.CAD 的主要目标：减少人的工作量 / 错误；缩短设计时间；给不同的团队之 间提供交流工具 3.CAD的特点 : 结合了电子计算机精确的绘图与数学处理能力；设计自动化及 分析、动画、仿真、计划、制造的集成；优化 4.CAD系统共同采用的工具：显示几何形状－计算机绘图（2D)－几何造型（ 3D） 交互绘图编程－不同的平台编程－图形用户界面管理及存储设计数据－数据结构 设计－数据库系统生成可行的设计（自动的）－知识推理－基于知识的系统－ 模糊逻辑－人工神经 网络 评估替代设计方案和寻找最优解－数值优化－有限元－成本建模及分析 5.数据 (data) 是：用于描述客观事物的信息，包括数值、字符或其他各种符号，它们可以输人到计算机，并由计算机程序加以识别和处理。 6.数据元素 (data element) 是数据中抽象的基本单元，它可由一个或多个数据 项 (data item) 组成。 7.数据结构包括数据的逻辑结构和数据的物理结构。 8.数据的逻辑结构它是描述数据之间的逻辑关系，常见的数据逻辑结构有线性表、 9.数据的物理结构称为数据的存储结构．是描述数据在计算机存储介质上的表 示方法及相互关系。常见的数据物理结构有顺序存储结构和链式存储结构。 10.线性表的物理结构有顺序存储结构和链式存储结构两种。 11.线性表的顺序存储结构具有如下特点： 1）有序性；2）均匀性；3）存储的结构简单，易于实现，便于随机件取，但删除和挤入操作较费时，存储空目的利用率不高，外表的容量在程序运行期间也难以扩充；所以顺序存储结构一般适用于表不大，且插入、删除操作不频繁的情 况 12.栈和队列是两种重要的线性结构，是操作受限制的线性 表。栈的操作是按后进先出简称 LIFO 队列又称为先进先出的线性表 13.对于按列顺序存放的数组，其数组元素地址的计算公式，对二维数组为： L(a ij )= L(a11 )+ m(j - 1)l +(i - 1)l 式中， J—(a11) 为二维数组第一列第一个元素的存储地址， m为二维数组的行 数； l 为每个数组元素所需要的存储单元数 ( 长度 ) 。对于三维数组为
目录 一、设计任务书----------------------- -------3 1.1机械课程设计的目的------------------------------3 1.2本课程设计任务----------------------------------3 1.3多功能物料测试夹具装配图------------------------3 二、CAD设计部分（实体建模）-----------------4 2.1、万能压缩试验机连接头设计----------------------4 2.2基板设计----------------------------------------5 2.3垫块设计----------------------------------------6 2.4副夹板设计--------------------------------------7 2.5合页铰链设计------------------------------------8 2.6主夹板1设计------------------------------------9 2.7主夹板2设计------------------------------------10 2.8铰支座设计--------------------------------------12 2.9多功能物料测试夹具装配图------------------------13
三、CAE设计部分（ANSYS有限元分析）----------14 3.1问题分析----------------------------------------14 3.2确定材料性能及受力情况--------------------------14 3.3建立有限元模型----------------------------------14 3.4实体单元参数设置--------------------------------16 3.5划分网格----------------------------------------17 3.6定义边界条件------------------------------------17 3.7加载荷和求解------------------------------------18 3.8结果分析----------------------------------------18 3.9结果分析----------------------------------------19 四、CAM设计部分（刀路设计分析）--------------19 4.1分析零件结构，划分加工工序----------------------20 4.2利用PRO/E软件数控加工模块进行演示--------------20 五、设计小结---------------------------------30 六、参考文献---------------------------------30
车身CAD/CAM/CAE报告 学院：车辆与能源学院 专业：2012级车辆工程 学号：S12085234009 姓名：刘建霞 日期：2014年7月5日
一 CAD部分 （一）曲面建模——鼠标外形设计 1 在XY面内建立草图1，并使其与两水平轴相切 2 再进入XY面建立草图2，并使其两端点与草图1的两端点“相合”，且也与两水平轴相切（可直接使其与草图1相切实现） 3 进入YZ面建立草图3，并使其两端点与草图1、2的交点相合 图1.1.1 草图1 图1.1.2 草图2 图1.1.3 草图3 图1.1.4 平面1
4 建立ZX面的偏移平面1，并用“线——相交”命令找到它与已创建的三条曲线的交点（此处命名为“相交1、2、3”） 5 在平面1内用“样条线”命令创建草图4，并使其上的3个控制点与上一步创建的相交1、2、3相合 6 用“多截面曲面”命令创建鼠标外形曲面，其中截面选择草图1、2、3，引导线选择草图4，并注意调整箭头方向，使其一致，这样就完成了鼠标外形的创建。 图1.1.5 草图4 图1.1.7 鼠标外形 图1.1.6多截面曲面
（二）实体建模 1 弹簧设计 （1）在“线框与曲面设计”模块创建螺旋线：首先建立3个点，一个作为螺旋线的起始点，另外两个建立成螺旋线的轴 图1.2.1 点1 图1.2.2 点2 图1.2.3 点3 图1.2.4 螺旋线旋转轴
图1.2.5 螺旋线 （2）建立扫掠平面，在该平面上建立草图1（圆形），作为弹簧的截面（3）进入“零件设计”模块，用“肋”命令扫掠成弹簧 图1.2.6 扫掠平面
（4）实际中经常遇到变螺距的情况，可通过“螺旋线——法则曲线”进行定义，修改螺距的起始值和结束值以及类型，从而实现变螺距弹簧的创建 （5）实际的弹簧底部是平的，可以通过创建合适的平面对弹簧底部切平实现：在弹簧底部端面上创建点4，并通过“平面——曲线的法线”命令创建平面2（其中曲线选择弹簧的轴线，点选择点4） 图1.2.7 弹簧截面草图 图1.2.9 变螺距弹簧的创建 图1.2.8 扫掠
CAD-CAM发展历程及基本概念 CAD/CAM（Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing），即计算机辅助设计与计算机辅助制造，是一门基于计算机技术而发展起来的、与机械设计和制造技术相互渗透相互结合的、多学科综合性的技术。 第一节 CAD/CAM发展历程及基本概念 一、CAD/CAM发展历程 1. CAD、CAM技术的发展历程 CAD技术从出现至今大致经历了五个阶段： （1）孕育形成阶段（20世纪50年代）。 （2）快速发展阶段（20世纪60年代）。 （3）成熟推广阶段（20世纪70年代。 （4）广泛应用阶段（20世纪80年代）。 （5）标准化、智能化、集成化阶段（20世纪80年代后期） 2. CAE技术的发展历程 CAE技术的发展大致经历了三个阶段： （1）技术探索阶段（20世纪60~70年代）。 （2）蓬勃发展时期（20世纪70~80年代）。 （3）成熟推广时期（20世纪90年代）。
二、CAD/CAM基本概念 一般认为，CAD是指工程技术人员在人和计算机组成的系统中，以计算机为辅助工具，通过计算机和CAD软件对设计产品进行分析、计算、仿真、优化与绘图，在这一过程中，把设计人员的创造思维、综合判断能力与计算机强大的记忆、数值计算、信息检索等能力相结合，各尽所长，完成产品的设计、分析、绘图等工作，最终达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品生产成本的目的。 CAD的功能可以大致归纳为四类，即几何建模、工程分析、动态模拟和自动绘图。 为了实现这些功能，一个完整的CAD系统应由科学计算、图形系统和工程数据库等组成。 科学计算包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、产品的常规设计和优化设计等； 图形系统则包括几何造型、自动绘图、动态仿真等； 工程数据库对设计过程中需要使用和产生的数据、图形、文档等进行存储和管理。 CAM是指应用电子计算机来进行产品制造的统称，有狭义CAM和广义CAM。 狭义CAM指数控加工，它的输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是加工时的刀位文件和数控程序。
数字化核心技术浅析 张琼宇 112020014 一、引言 20世纪中叶以来，微电子、自动化、计算机、通讯、网络、信息等科学技术的迅猛发展，掀起了以信息技术为核心的新浪潮。与此同时，数字作为计算机技术的基础，其概念近年来得到了广泛的应用．出现了诸如数字城市、数字化生存等以数字为前缀的新概念和新思想．这些为数字及数字技术的拓展和应用开辟了新的广阔空间。数字化技术是以计算机软硬件、周边设备、协议和网络为基础的信息离散化表述、定量、感知、传递、存储、处理、控制、联网的集成技术“]，将数字化技术用于支持产品全生命周期的制造活动和企业的全局优化运作就是数字制造技术。目前制造业面临三大突出问题的挑战，即网络化、知识化和服务化，以及由此而带来的复杂化，进而导致对制造系统中的组织结构和功能的非线性、时变性、突发性和不平衡性难以用传统的运行模式和控制策略来驾驭。制造信息的表征．存储、处理、传递和加工的探刻变化，使制造业由传统的能量驱动型逐步转向为信息驱动型“数字化已逐渐成为制造业中产品全生命周期不可缺少的驱动因素，数字制造也就成为一种用以适应日益复杂的产品结构、日趋个性化、多样化的消费需求和日益形成的庞大制造网络而提出的全新制造模式，井很自然地成为未来制造业发展的重要特征。 二、数字化设计与制造的内涵与发展 数字化设计与制造主要包括用于企业的计算机辅助设计（CAD）、制造（CAM）、工艺设计（CAPP）、工程分析（CAE）、产品数据管理（PDM）等内容。其数字化设计的内涵是支持企业的产品开发全过程、支持企业的产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持企业产品开发流程的控制与优化等，归纳起来就是产品建模是基础，优化设计是主体，数控技术是工具，数据管理是核心。它们之间的关系见图l 所示。由于通过CAM 及其与CAD 等集成技术与工具的研究，在产品加工方面逐渐得到解决，具体是制造状态与过程的数字化描述、非符号化制造知识的表述、制造信息的可靠获取与传递、制造信息的定量化、质量、分类与评价的确定以及生产过程的全面数字化控制等关键技术得到了解决，促使数字制造技术得以迅速发展，这些关键技术之间具体关系见图2所示
CAE、CAD、CAM与CAPP之间的区别 一项工程，一般包含初步设计、试验、分析、工程设计、施工、建成和验收（评定）等若干阶段。随着电子技术的迅速发展，人们越来越多地采用计算机作为辅助手段，更好地实现各工程阶段的工作，于是产生了一系列的科学分支，比如计算机辅助工程（CAE），计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工艺过程设计（CAPP），以及计算机辅助制造（CAM）等。 计算机辅助工程（CAE）：计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering）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。CAE现已成为工程和产品结构分析中（如航空、航天、机械、土木结构等领域）必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。 随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4C系统（CAD/CAE/CAPP/CAM）的重要环节。 计算机辅助设计（CAD）：计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）是一种技术，其中人与计算机结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而使其工作优于每一方，并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能。CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。 CAD的功能可归纳为四大类：数字建模、工程分析、动态模拟和自动绘图。一个完整的CAD系统，应由人机交互接口、科学计算、图形系统和工程数据库等组成。 计算机辅助工艺设计（CAPP）：计算机辅助工艺设计CAPP是(Computer Aided Process Planning)是机械制造生产过程技术准备工作的一个重要内容，是产品设计与车间实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。 近年来，CAPP的研究应用工作取得了长足的进展，一批新一代CAPP产品相继被推向市场，这类系统由传统单一的工艺设计功能转变为融工艺设计、版本演化、流程管理、权限设置、数据维护、格式输出、统计分析和辅助决策等功能为一体的、客户/服务器结构的集成化协同工作平台。CAPP开始在企业中获得较大范围的应用，并逐步走向商品化和产业化。 计算机辅助制造（CAM）：计算机辅助制造CAM（computer Aided Manufacturing）是利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。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运动轨迹(刀位文件)和数控程序。
1. CAD是一种用机算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法与技术，包括设计、绘图、工程分析与文档处理等活动。 2. CAD主要涉及以下技术：1)图形处理技术 2)工程分析技术3)数据管理与数据交换技术4)文档处理技术5)界面开发技术6)基于Web的网络应用技术 CAD发展过程：2D绘图系统三视图算法—贝塞尔算法应用3D曲面造型系统—实体造型技术——特征参数化技术参数化实体技术—变量化设计技术 参数化技术在设计全过程中，将形状和尺寸联合起来一并考虑，通过尺寸约束来实现对几何形状的控制；变量化技术将形状约束和尺寸约束分开处理。 参数化技术在非全约束时，造型系统不许可执行后续操作；变量化技术由于可适应各种约束状况，操作者可以先决定所感兴趣的形状，然后再给一些必要的尺寸，尺寸是否注全并不影响后续操作 3. CAD 的主要目标：减少人的工作量/错误；缩短设计时间；给不同的团队之间提供交流工具 3. CAD的特点:结合了电子计算机精确的绘图与数学处理能力；设计自动化及分析、动画、仿真、计划、制造的集成；优化 4. CAD系统共同采用的工具：显示几何形状－计算机绘图（2D)－几何造型（3D） 交互绘图编程－不同的平台编程－图形用户界面 管理及存储设计数据－数据结构设计－数据库系统生成可行的设计（自动的）－知识推理－基于知识的系统－模糊逻辑－人工神经网络 评估替代设计方案和寻找最优解－数值优化－有限元－成本建模及分析 5. 数据(data)是：用于描述客观事物的信息，包括数值、字符或其他各种符号，它们可以输人到计算机，并由计算机程序加以识别和处理。 6. 数据元素(data element)是数据中抽象的基本单元，它可由一个或多个数据项(data item)组成。 7. 数据结构包括数据的逻辑结构和数据的物理结构。 8. 数据的逻辑结构它是描述数据之间的逻辑关系，常见的数据逻辑结构有线性表、 9.数据的物理结构称为数据的存储结构．是描述数据在计算机存储介质上的表示方法及相互关系。常见的数据物理结构有顺序存储结构和链式存储结构。 10. 线性表的物理结构有顺序存储结构和链式存储结构两种。 11. 线性表的顺序存储结构具有如下特点： 1）有序性；2）均匀性；3）存储的结构简单，易于实现，便于随机件取，但删除和挤入操作较费时，存储空目的利用率不高，外表的容量在程序运行期间也难以扩充；所以顺序存储结构一般适用于表不大，且插入、删除操作不频繁的情况 12. 栈和队列是两种重要的线性结构，是操作受限制的线性表。 栈的操作是按后进先出简称LIFO 队列又称为先进先出的线性表 13. 对于按列顺序存放的数组，其数组元素地址的计算公式，对二维数组为： L(a)=L(a)+m(j-1)l+(i-1)l ij 11 式中，J—(a11)为二维数组第一列第一个元素的存储地址，m为二维数组的行数；l为每个数组元素所需要的存储单元数(长度)。对于三维数组为
以下是关于《制图软件CAE和CAD有什么区别？》论题的回复（共1篇） 回复人：我随风帆回复时间：2009-2-20 22:13:00支持(18) |反对(26) 一项工程，一般包含初步设计、试验、分析、工程设计、施工、建成和验收（评定）等若干阶段。随着电子技术的迅速发展，人们越来越多地采用计算机作为辅助手段，更好地实现各工程阶段的工作，于是产生了一系列的科学分支，比如计算机辅助工程（CAE），计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工艺过程设计（CAPP），以及计算机辅助制造（CAM）等。 计算机辅助工程（CAE）计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering）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。CAE现已成为工程和产品结构分析中（如航空、航天、机械、土木结构等领域）必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。 随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4C系统（CAD/CAE/CAPP/CAM）的重要环节。 计算机辅助设计（CAD）计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）是一种技术，其中人与计算机结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而使其工作优于每一方，并为应用多学科方法的综合性协作提供了可能。CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。 CAD的功能可归纳为四大类：数字建模、工程分析、动态模拟和自动绘图。一个完整的CAD系统，应由人机交互接口、科学计算、图形系统和工程数据库等组成。 计算机辅助工艺设计（CAPP）计算机辅助工艺设计CAPP是(Computer Aided Process Planning)是机械制造生产过程技术准备工作的一个重要内容，是产品设计与车间实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。 近年来，CAPP的研究应用工作取得了长足的进展，一批新一代CAPP产品相继被推向市场，这类系统由传统单一的工艺设计功能转变为融工艺设计、版本演化、流程管理、权限设置、数据维护、格式输出、统计分析和辅助决策等功能为一体的、客户/服务器结构的集成化协同工作平台。CAPP开始在企业中获得较大范围的应用，并逐步走向商品化和产业化。
************大学 本科生课程论文 课程名称： 任课教师： 成绩 专业 学号 姓名 2011 年12 月10 日
CAD／CAM／CAE在模具设计中的应用 摘要 模具是工业生产中的基础工艺装备，也是发展和实现少无切削技术不可缺少的工具。在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯行业中，有60%-80%的零部件都需要模具加工，轻工制品的生产中应用模具更多，因此模具行业有“百业之母”的美誉。 本文论述了我国模具行业的概况及其近年来所取得的成绩，对国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程和现状作了简单概述，最后总结出模具CAD/CAE/CAM的专业化、标准化、集成化、智能化、虚拟化、网络化的发展趋势，以及在塑料模具设计中的应用现状。 关键词 模具 CAD／CAM／CAE 计算机模拟技术试模 正文 一、模具CAD/CAE的基本概念 CAD(Computer Aided Design)是利用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行总体设计、绘图、工程分析与技术文档等设计活动的总称,是一项综合性技术。 CAE：(Computer Aided Engineering)即计算机辅助工程技术，是以现代计算力学为基础，以计算机仿真为手段的工程分析技术，是实现模具优化的主要支持模块。对于模具CAE来讲，目前局限于数值模拟方法，对未来模具的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷。 二、模具CAD/CAM发展概况 模具CAD/CAM的发展状况符合通用CAD/CAM软件的发展进程。目前通用CAD/CAM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、协同化、集成化成为CAD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。 三、模具CAD/CAM的优越性 模具CAD/CAM的优越性赋予了它无限的生命力，使其得可以迅速发展和广泛应用。无论在提高生产率、改善质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，CAD/CAM技术的优越性是传统的模具设计制造方法所不能比拟的。其优点主要表现在以下几方面：
1、计算机辅助设计CAD：以计算机为主要手段来辅助设计者完成某项设计工作的设计、计算、建立、修改、分析和优化、信息输出等全部任务的综合性高新技术。 2、计算机辅助工程CAE：模拟仿真技术。主要是通过构造能够准确描述研究对象的某一过程或属性的数学模型；利用合适的求解方式，设置合理的边界条件和初始条件。 3、计算机辅助制造CAM：利用计算机对制造过程进行设计、管理和控制。包括：工艺设计、数控编程和机器人编程等内容。 4、CAD是CAM的前提，为CAM提供必备的数据信息；CAM是CAD设计方案（理念）物化的最佳途径。 5、材料加工研究的主要内容：铸造成形、焊接成形、塑性成形、注射成形。集成系统的优点：大幅度缩短新产品开发周期、最多打限度保障产品质量、显著降低新产品开发成本、有效地整合了各种资源。 6、CAD/CAE/CAM的发展趋势：如何在最短的时间内设计并制造出最优的产品，并且具有最低的成本价格。 高度集成化、智能化、网络化和协同化、绿色化 7、CAD系统组成：主机CPU、外存储器、输入设备、输出设备 软件组成：操作系统、支撑软件、数据库、应用软件 8、CAD系统分类：信息检索CAD系统、人机交互型CAD系统、智能型CAD系统。 9、插补类型计算对象 直线插补终点相对起点的增量 圆弧插补①以起点为参考点，计算圆心相对起点的增量； ②以圆心为参考点，计算起点相对圆心的增量； 10、逆铣：铣刀的旋转方向和工件的走刀方向相反 顺铣：铣刀的旋转方向和工件的走刀方向相同 11、CAD系统的数据信息交换方式： 初始图形交换规范IGES 产品模型数据交换规范STEP 数据交换格式STL 针对CAD的数据交换格式DXF 12、专家系统：人工智能的一个分支，是指在某个领域内能够起到人类专家作用，具有大量知识和经验的智能系统。
概述 长期以来，机械设备的分析与计算一直沿用材料力学、理论力学和弹性力学所提供的公式来进行。由于有许多的简化条件，因而计算精度很低。为了保证设备的安全可靠运行，常采用加大安全系数的方法，结果使结构尺寸加大，浪费材料，有时还会造成结构性能的降低。现代产品正朝着高效、高速、高精度、低成本、节省资源、高性能等方面发展，传统的计算分析方法远远无法满足要求。20年来，伴随着计算机技术的发展，出现了计算机辅助工程分析这一新兴学科（Computer Aided Engineering）。采用CAE技术，即使在进行复杂的工程分析时也无须作很多简化，并且计算速度快、精度高。常见的工程分析包括：对质量、体积、惯性力矩、强度等的计算分析；对产品的运动精度，动、静态特征等的性能分析；对产品的应力、变形等的结构分析。 计算机辅助工程（CAE)，从字面上讲它包括工程和信息化，制造业信息化的所有方面，但是传统的CAE主要指用计算机对工程和产品的功能、性能与安全可靠性进行计算、优化设计，对未来的工作状态和运行行为进行模拟仿真，及早发现设计缺陷，改进和优化设计方案，证实未来工程/产品的可用性与可靠性。 工程师进行创新设计的重要手段和工具
工程和制造企业的生命力在于工程/产品的创新，而对于工程师来说，实现创新的关键，除了设计思想和概念之外，最主要的技术手段，就是采用先进可靠的CAE软件。 科学家进行创新研究的重要手段 科学计算是现代科学家进行科学和技术研究的三大手段之一。它可以帮助科学家揭示用物质实验手段尚不能表现的科学奥秘和科学 规律。同时，它也是工程科学家的研究成果--理论、方法和科学数据--的归属之一，做成软件和数据库，成为推动工程和社会进步的最新生产力。 CAE软件是迅速发展中的计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学与现代计算机科学和技术相结合，而形成的一种综合性、知识密集型信息产品。 CAE软件分类 针对特定类型的工程/产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化计算的软件，称为专用CAE软件。 可以对多种类型的工程/产品的工程行为进行计算分析，模拟仿真，性能预测、评价与优化的软件，称为通用CAE软件。 通用CAE软件主要由有限元软件、优化设计软件、计算流体软件、电磁场计算软件、最优控制软件和其它专业性的计算软件组成。
注塑模具CAD/CAE/CAM技术概述 B08310110 马建中 08机制（1）班 1、引言 塑料工业近20年来发展十分迅速，早在十多年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛地应用。相应地，塑料模具在整个模具行业占有很重要的地位。根据国内外模具市场的发展状况，有关专家预测，未来我国的模具业经过行业调整后，塑料模具的比例将不断增大。 近年来，塑料模具的设计与制造技术得到很快发展，特别是计算机技术的飞速发展及其在塑料模设计与制造中的应用，彻底改变了传统的模具设计与制造方式，使塑料模技术得到了飞跃性的发展。 在现代塑料模具设计与制造中，CAD是利用计算机对模具进行几何设计、实体建模、绘图等；CAE是利用计算机进行数值模拟分析计算进而评估和分析模型，从而对模具模型进行优化；CAM指设计的模具模型在经过CAE评估分析及优化后，最终进行加工刀具轨迹生成与仿真，产生数控加工代码，从而控制数控机床进行加工。现代塑料模具设计的思路是设计者在电脑上直接建立产品的三维模型，并根据模型进行模具结构设计、分析及优化，再根据模具结构设计三维模型进行NC编程，从而加工出模具。这种方法使产品模型设计、模具结构设计、模具结构分析、工艺设计及加工编程都以3D数据为基础，实现数据共享，不仅能大幅度提高设计效率，且能保证质量，降低成本。下面主要介绍CAD／CAE／CAM技术在现代塑料模中的应用及发展。 2、模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程与现状 模具CAD/CAE/CAM技术具体就是模具设计人员和组织模具产品制造的工艺设计人员在CAD/CAE/CAM系统的辅助下，根据模具的设计和制造程序进行设计和制造的一项新技术。目前，模具CAD/CAE/CAM技术发展很快，广泛的应用于模具生产企业。采用模具CAD/CAE/CAM 技术是模具生产革命化的措施，也是模具技术发展的一个显著特点。 2.1国外模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程与现状
模具CAD／CAE／CAM的现状与发展趋势 关键字：模具|CAD|CAE|CAM 摘要：本文论述了我国模具行业的概况及其近年来所取得的成绩，对国内外模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程和现状作了简单概述，最后总结出模具CAD/CAE/CAM的专业化、标准化、集成化、智能化、虚拟化、网络化的发展趋势。 模具是工业生产中的基础工艺装备，也是发展和实现少无切削技术不可缺少的工具。在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯行业中，有60%－80%的零部件都需要模具加工，轻工制品的生产中应用模具更多，因此模具行业有“百业之母”的美誉。 模具生产的工艺水平及科技含量的高低，直接影响到工业产品的发展，它在很大程度上决定着产品的质量、企业的效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力，因此模具生产的工艺水平及科技含量的高低已经成为衡量一个国家工艺水平和产品制造水平的重要标志。随着模具CAD/CAE/CAM 技术的广泛使用，模具生产的工艺水平和科技含量将有质的飞跃。 1 我国模具工业概况 我国虽然很早就开始制造和使用模具，但长期未形成高技术含量的产业。直到20世纪80年代后期，随着科技的进步，国务院和国家有关部门对发展模具工业的给与了高度重视和支持，模具工业才驶入快速发展轨道。 近年来，我国模具工业发生了巨大的变化，不仅国有模具企业取得了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速，已经形成珠三角、长三角、安徽等具有一定规模的模具生产基地。模具工业的技术水平也有了很大的提高，冲压模具中具有代表性的是为汽车配套的汽车覆盖件模具，以及为农用车、工程机械和农机配套的覆盖件模具；覆盖件模具的技术要求高，大都是结构复杂的大中型模具，代表了冲压模具的水平，一汽模具公司、东风模具公司、天津模具厂等已能够生产出部分中档新型轿车的覆盖件模具。多工位级进模是一种高精度、高效率、长寿命的模具，是技术密集型模具的重要代表，美国UGS 公司与我国华中科技大学合作在UG－NX软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX－PDW。此外，华中科技大学、上海交通大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。在塑料模具方面，大型塑料模具已能生产单套重量达50顿以上的注塑模，精密塑料模的精度已可达到3μm，多腔塑料模已能生产一模2560腔的塑封模，高速模具方面已能生和4m/min以上挤出速度的高速塑料异型材挤出模及主型材双腔共挤模具。其他类型的模具，也都达到了较高的水平。 目前，在我国模具生产企业中，数字化设备比较齐全，模具CAD/CAE/CAM技术已经被广泛的应用，采用高速加工及RP（Rapid Prototyping）/RT（Rapid Tooling）等先进技术的企业也逐渐增多。模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都已有较大幅度的提高，热流道技术在塑料模具行业中应用比例越来越高。 2 模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程与现状 模具CAD/CAE/CAM技术具体就是模具设计人员和组织模具产品制造的工艺设计人员在CAD/CAE/CAM系统的辅助下，根据模具的设计和制造程序进行设计和制造的一项新技术。目前，模具CAD/CAE/CAM技术发展很快，广泛的应用于模具生产企业。采用模具CAD/CAE/CAM技术是模具生产革命化的措施，也是模具技术发展的一个显著特点。 2．1国外模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程与现状 国外模具CAD/CAM技术的研究始于上世纪60年代，到70年代已经研制出了模具CAD/CAM的专门系统，推出了面向中小型企业的CAD/CAM的商业软件，可应用于各种类型的模具设计和制造。 1973年，美国的DIE COMP公司率先研制成功PDDC连续模系统。1977年，捷克斯洛伐克金属加工工业研究所研制成功AKT冲模CAD系统。1978年，日本机械工程实验室建立ME1连续模设计系统。1979年，日本旭光学工业公司研究成功的冲空模和弯曲模PENTAX的CAD系统。1985年，日本NISSIN精密