CAD／CAM的基本概念
cad/cam的基本概念
一、概念
cad(计算机辅助设计)和cam(计算机辅助制造)是60年代以来迅速发展起来的一门新
兴的综合性计算机应用技术。
计算机辅助设计和制造，简称cad/cam，指的是以计算机作
为主要技术手段，处理各种数字信息与图形信息，辅助完成产品设计和制造中的各项活动。
计算机辅助设计是一种将人与计算机结合起来，充分利用两者优势的新型设计方法。
从思维的角度来看，设计过程包括分析和综合。
人们可以进行创造性思维活动，综合和分
析设计方法，并将其转化为数学模型，然后由计算机和程序处理以分析这些模型。
在程序
运行过程中，人们可以对设计结果进行评估，控制设计过程；计算机可以充分发挥其分析、计算和存储信息的能力，完成信息管理、绘图、仿真、优化等数值分析任务。
人机结合可
以在设计过程中充分发挥各自的优势，有利于获得最优的设计结果，缩短设计周期。
计算机辅助制造是利用计算机对制造过程进行设计、管理和控制。
一般说来．计算机
辅助制造包括工艺设计、数控编程和机器人编程等内容。
工艺设计主要是确定零件的加工
方法、加工顺序和所用设备。
近年来，计算机辅助工艺设计(capp)已逐渐形成了一门独立
的技术分支。
当采用nc(numericalcontrol数控)机床加工零件时，需要编制nc机床的控
制程序。
计算机辅助编制nc程序，不但效率高，而且错误率很低。
在自动化的生产线上，采用机器人完成装配相传送等项任务。
利用计算机也可以实现机器人编程。
在这里的cam
部分，主要阐述nc加工原理与程序编制，而不涉及机器人编程问题。
计算机辅助设计和计算机辅助制造密切相关。
起初，计算机辅助几何设计和数控加工
自动编程是两个独立的分支。
然而，随着它们的普及和应用，它们之间的相互依赖性越来
越明显。
只有与数控加工相配合，设计系统才能充分发挥其巨大的优势。
另一方面，数控
技术只有依靠设计系统生成的模型才能发挥其效率。
因此，在实际应用中，二者自然紧密
结合，形成了计算机辅助设计与制造集成系统。
一般来说，CAD/CAM系统就是指这种集成
系统。
在CAD/CAM系统中，公共数据库中的数据可以用于设计和制造的各个阶段。
公共数
据库将整个设计和制造过程紧密联系在一起。
数控自动编程系统使用设计结果和生成的模
型来形成数控加工机床所需的信息。
CAD/CAM可以大大缩短产品的制造周期，显著提高产
品质量，产生巨大的经济效益。
cad/cam系统可以从不同的角度加以分类。
根据系统的功能范围，CAD/CAM系统可分为通用系统和专用系统。
通用CAD/CAM系统
功能齐全，应用广泛。
例如，CATIA、I-DEAS、CADDSS、Pro/Engineer、Euclid和其他系
统都属于这一类。
这种CAD/CAM系统通常包括线框、实体和曲面造型模块、绘图模块、装
配和零件设计模块、有限元分析模块、数据交换和传输模块以及数控加工模块。
特殊
CAD/CAM系统是指为特定应用开发的系统。
这种系统只能应用于特定的专业或解决特定的
问题。
例如，模具CAD/CAM系统和注射模CAD/CAM系统就属于这一类。
按运行方式，cad/cam系统可分为交互式系统和自动化系统。
虽然人们正在研究以人
工智能方法为基础的cad/cam系统，但在目前的技术发展水平方面计算机尚难以自动地完
成设计和制造中的全部工作。
因此，绝大多数cad/cam系统都属于交互式系统。
这种系统
以交互方式运行，由计算机检索数据，分析计
计算结果以图形或数据的形式显示在屏幕上。
用户可以使用键盘和图形板等交互设备
输入参数、选择方案、修改设计和控制运行过程。
另外，cad/cam系统从硬件角度可分为主机系统、工作站系统和微机系统;按软件的开放性可分为交钥匙系统(turn―keysystem)和可编程系统(programmablesystem)。
随着计算机软硬件技术的飞速发展，CAD/CAM技术越来越完善，已广泛应用于机械、
电子、航空航天、建筑等部门。
CAD/CAM技术给传统的产品设计、制造和组织生产模式带
来了深刻的变化。
它已成为产品升级的关键技术，被称为工业革命的引擎。
在工业发达国家，CAD/CAM已经形成了一个具有相当规模的新工业部门，以促进各个行业的技术进步。
模具的设计、制造水平和产品的质量、成本及生产周期息息相关。
随着制造工业的发展，产品对模具的要求越来越高。
传统的模具设计与制造方式已无法适应工业发展的需要，cad/cam技术成为解决模具设计与制造中的撂弱环节的有效途径。
随着模具cad/cam技术
的广泛应用，必将给模具行业的技术改造和发展带来深刻影响，从而大大促进制造业的发展。
二、计算机在设计和制造中的辅助作用
计算机辅助设计与制造这一术语本身包含了这样的意思，即在人能有效发挥作用的地
方不用计算机，反之在计算机可被有效利用的场合不用人。
计算机在设计和制造过程中起
重要的辅助作用，但不是取代人的作用。
为了弄清二者的作用，使人和计算机更好地结合，共同完成产品的设计与制造，有必要比较一下人和计算机的特点。
表1为人机特点的比较，由表中可以看出人和计算机的能力在绝大多数方面是互补的。
在某些地方人胜过计算机，
在另一些地方计算机则优于人。
表1人机特性对比项目人机项目人机可以通过经验判断逻辑推理信息的强度，想要模拟，系统提取重要推理和逻辑图像进行直觉，以及非格式化的组织感有多大，逻辑推理的
直接格式化和错误机会信息。
详细的非直观分析信息的存储能力随着时间的推移而变差变强，与时间分析相关的直观分析能力，与数值力相关的独立力能力强，分析能力差，对重
复工作的承受能力强。
计算机在设计和制造中的辅助作用主要体现在三个方面：数值计算、数据存储和管理以及绘图。
计算机作为计算工具使用的优越性显而易见。
人工计算容易发生错误的问题在这里得
到了完全的克服。
许多需要多次迭代的复杂运算，只有用计算机才能完成。
一些设计分析
方法、例如优化方法、有限元分析，离开计算机便难以实现。
计算机作为计算工具提高了
计算精度，保证了结果的正确性。
计算机可靠的存储能力使其能够在数据存储和管理中发挥重要作用。
例如，在传统设
计中，设计师必须从相关技术文件或设计手册中找到数据，这不仅昂贵
时，而且容易出错。
使用cad/cam系统时，标准的数据存放在统一的数据库中，检索
存储方便迅速。
有了数据库，设计人员便不再需要记忆具体的数据，也不必关心数据的存
储位置，可以全神贯注于创造性的工作。
绘画是工程语言，也是人们交流思想的工具。
尽管cam将逐渐消除图纸在制造中的作用，但图纸在审查设计方案和检查产品中的作用仍然存在。
图纸的绘制占整个设计工作量
的60%以上，因此计算机绘图是设计工作的有力辅助。
这就是为什么计算机绘图被广泛使
用的原因。
此外，实际设计中的大部分图纸仅在现有设计的基础上进行了部分修改。
图形
数据存储在图形库中后，可以重新使用、修改和编辑这些数据以生成新图形。
人和计算机相结合，恰当地发挥二者的作用对cad/cam十分重要。
在建立一个
cad/cam系统时，应在以下几个方面考虑人机的特点。
在产品和工艺设计中，经验和判断的结合是必不可少的，因此设计过程必须由人控制。
设计师应该能够在设计的所有阶段进行控制，并使用他们的直觉进行设计，而不必遵循计
算机的设计逻辑。
计算机的学习能力很差，学习任务应该由人来完成***
对于费时费力的数值分析工作，计算机可以高速精确地完成。
在设计中应尽可能多地
让计算机完成数值分析工作，使人有更多的时间利用数值分析的结果和他本身的直觉分桥
能力完成决策性的工作。
计算机具有永久存储信息的能力，并且对重复性工作有很强的耐力。
因此，在设计和
制造过程中，信息的存储和管理应该在人的指导下由计算机完成。
像画画这样乏味而累人
的工作适合计算机来完成，并将人们从重复的工作中解放出来。
计算机具有系统检错的能力，人则可用直觉方式检错。
一般说来，让计算机自动改正
错误是困难的。
因此，改正错误、修改设计的任务应由人来完成。
简而言之，计算机可以在设计和制造中起到重要的辅助作用。
正确处理人机关系，充
分发挥人机优势，是CAD/CAM中的一个重要问题。
