CAD与CAM的发展史
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Chong Qing University《仪器制造工艺》小论文： CAD与CAM的发展史 一、CAD/CAM的基本概念及基本原理 CAD/CAM技术是以计算机、外围设备及系统软件为基础，综合计算机科学与工程、计算机几何学、机械设计与制造、人机工程学、控制理论、电子技术、信息技术等学科知识，并以工程应用为对象，在机械制造业实现包括二维绘图设计、三维几何造型设计、工程计算分析与设计、数控加工编程、仿真模拟、信息存储与管理等相关功能的实用技术。 CAD/CAM技术经过近半个世纪的发展，在理论、技术和应用等方面都有了很大的进展，已经趋于成熟。一般认为，广义的CAD/CAM技术是指利用计算机辅助技术进行产品设计与制造的整个过程以及与之直接和间接相关的活动，包括产品设计（几何造型、分析计算、设计、工程绘图等），工艺准备（计算机辅助工艺设计、计算机辅助工装设计与制造、NC自动编程、工时定额和村料定额编制等），物料作业计划和生产作业计划的运行与控制（加工、装配、检测、输送、存储等），生产质量控制，工程数据管理等。狭义的CAD/CAM技术是指利用CAD/CAM系统进行产品造型、计算分析和数控程序的编制（包括刀具路径的规划、定位文件的生成、刀具轨迹的仿真及NC代码的生成等）。 二、CAD/CAM的的系统构成 (1)硬件组成 CAD/CAM的核心是计算机，这个计算机可以是专用计算机，也可以是通用计算机。目前广泛应用的输入设备有键盘、数字化仪、语音输入笔、光笔等。主要的输出设备有复印机、绘图仪、打印机等。显示器可以作输出设备，与光笔配合又具有输入功能。 另外CAD/CAM还有一些其他的附属设备。(2)软件组成 1)自动绘图系统。自动绘图系统是根据工业制图的原理，利用计算机辅助进行图形的绘制。2)各种二维CAD系统。适用于各个领域的CAD系统，这些CAD系统预先存有领域内使用的符号、工程标准等，如服装设计CAD电路设计CAD建筑用CAD。 3)三维CAD系统。将与实际物体形状特性相近的图形数据 代替三维形状，进行三维设计,便于直观地观察产品结构。 4) CAE系统。对三维CAD系统得到的数据进行仿真和分析，包括有限元分析功能、动特性分析功能、结构分析功能等。Chong Qing University5)CAM系统。CAM系统有3大功能:1)将加工技术的经验 知识存入计算机，再对其进行调用、修改来进行工序设计。2)可以在显示器上采用对话方式，进行半自动NC编程，编好的程序可在显示器上进行仿真，以判断程序的正确性。3)机器人是零件自动装配所必须的设备,要确定机器人运行的程序是否正确，应该对机器人的动作进行仿真,以防止误操作及干涉。 三、CAD/CAM的发展历程 (1)形成阶段 CAD的概念最初产生于50年代。60年代交互式图形生成技术的出现，促使了CAD技术的迅速发展。麻省理工学院的研究生工在他的论文《人机对话图形通信系统》中首次提出了计算机图形学、交互技术及图形符号的。存储采用分层的数据结构等思想,对CAD技术的应用起到了重要的推动作用。(2)发展阶段 60年代末期到70年代中期,是CAD技术趋于成熟的阶段。这一时期计算机硬件的性能价格比不断提高，数据库管理系统等软件陆续开发;以小型和超级小型计算机为主机的CAD系统进入市场并形成主流。当时的CAD技术还是以二维绘图和三维线框图形系统为主。 (3)提高阶段 80年代是CAD技术迅速发展的时期，超大规模集成电路的出现，使计算机硬件成本大幅度下降，计算机外围设备(例如彩色高分辨率图形显示器、大型数字化仪、自动绘图机等品种齐全的输入输出装置)已成系列产品，为推进CAD技术向高水平发展提供了必要的条件。同时，相应的软件技术如数据管理技术、有限元分析、优化设计等技术也迅速提高，商品化软件的出现，促进了CAD技术的推广和应用，使其从大中型企业向小企业发展,从发达国家向发展中国家发展；从用于产品设计发展到用于工程设计。这一时期，实体造型技术成为主流并走向成熟，大大拓展了CAD应用技术领域。 (4)集成阶段 90年代,CAD技术已不停留在过去单一模式、单一功能、单一领域的水平，而向着标准化、集成化、智能化、网络化、并行化和虚拟化的方向发展。为了实现系统的集成，实现资源共享和产品生产与组织管理的高度自动化，提高产品的竞争能力，就需在企业、集团内的CAD/CAM系统之间或各个子系统之间进行统一的数据交换，为此，一些工业先进国家和国际标准化组织都在从事标准接口的开发工作。CAD、CAM在各自领域所产生的巨大推动作用被认同，加之设计和制造自动化的需求，出现了集成化的CAD/CAM系统。CIMS就是集成的CAD/CAM系统与网络技术、通讯技术、数据库技术、车间自动化技术和现代化管理技术的融合，它的实现为企业带来了极大的市场竞争能力和巨大的经济效益。CIMS最初的概念是Chong Qing University计算机集成制造系统，当前我国已将CIMS改变为现代集成制造系统，它已在广度与深度上拓展了原CIMS的内涵。CIMS通过计算机技术把分散在产品设计与制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来，形成适用于多品种、小批量生产,实现整体效益的集成化和智能化制造系统。集成化反映了自动化的广度，它把系统的范围扩展到了市场预测、产品设计、加工制造、检验、销售及售后服务等的全过程。智能化则体现了自动化的深度,它不仅涉及物资流控制的传统体力劳动自动化，还包括信息流控制的脑力劳动的自动化。四、CAD/CAM 的发展趋势 (1)参数化 传统的实体造型技术都是采用无约束自由造型技术，即用固定的尺寸数值来定义几何元素,输入的每条线都有其确定位置，如 果想修改结构形状,只有重新造型。而在新产品设计过程中不可避免地要多次修改,进行零件尺寸和形状的综合优化协调,而且大多数新产品设计都是在原有的设计基础上进行改进。参数化设计即尺寸驱动不仅使CAD系统具有交互式绘图功能,同时也具有自动绘图的功能。这是CAD技术应 用领域内的一个非常重要且有待进一步研究的课题。(2)智能化 智能型CAD/CAM系统是人工智能技术应用在产品的 设计、分析、制造中,尤其是机器人技术和专家系统技术。专家系统是一种问题求解智能软件系统，在某些专业领域内,它把人类专家的知识和经验转换成计算机能够处理和接收的符号形式，按照专家的控制策略和推理方式，解决该领域内原来只有专家才能解决的问题。(3)网络化 随着计算机网络技术的不断完善，CAD/CAM系统的网络化己成为不可阻挡的发展趋势。网络化可以充分发挥系统的总体优势,使一个项目在多台计算机上协作完成。借助现有的网络， 不同设计人员可以通过网络交流设计数据，同时对产品的设计与制造进行操作和评价。参考文献：【1】 维基百科 CAD/CAM技术 【2】 姜奉祥 《面向现代制造的CAD/CAM应用研究》 浙江大学硕士论文 2004.2 【3】 百度文库 《CAD/CAM的发展概述》 【4】 《CAD/CAM发展现状及应用前景》 黄海科技学院论文 【5】 张 晔 张群英 《CAD/CAM的发展概述》 泰山职业技术学校 2011.4 【6】 刘恩福 吕希敏 《机械CAD/CAM的现状与发展趋势》 河北科技大学 1999.9
