CADCAM发展史

微细加工技术发展史

支可昕

会计1103 2011011463

摘 要：

CAD是指计算机辅助设计。对于CAD的定义,国际信息处理联合会认为：CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。CAM是指计算机辅助制造。它是计算机应用于生产设备管理控制和操作的系统，其核心是计算机数值控制(数控)。CAM作为整个集成系统的重要一级，向上与CAD实现无缝集成，向下智能、高效地为数控生产提供服务，这是CAM技术在今后发展的主要理论依据。一般来讲，一个完整的CAD/CAM系统是由计算机、外围设备及附加生产设备等硬件和控制这些硬件运行的指令、程序即软件组成。CAD/CAM技术20世纪70年代起源于美国，经过近50年的发展，其技术和水平已达到了相当成熟的阶段。日本、法国、德国也相继在机械制造、航天工业、汽车工业、建筑化工等行业中广泛使用CAD/CAM技术在发达国家已经成为国民经济的重要支柱。我国CAD/CAM技术的应用起步于20世纪60年代，经过40多年的研究，开发与推广应用，CAD/CAM技术已经广泛应用于国内各行各业，除开发许多国外软件进行了汉化和二次以外, 还诞生了不少具有自主版权的CAD

系统。本文主要介绍了CAD/ CAM领域国内外的最新发展动向。

关键词：CAD,CAM, 计算机辅助绘图，计算机辅助设计。

一 国外发展

20 世纪 50 年代，CAD/CAM技术处于的准备和酝酿的阶段，此阶段计算机还处于电子管阶段，编程语言还是机器语言，计算机的主要功能是数值结算。采用数字控制技术进行机械加工的思想最早在40年代提出，为了制造飞机机翼轮廓的扮装样板，美国飞机承包商John T Parsons提出用脉冲信号控制坐标镗床的加工方法。1949年，Parsons公司与美国MIT伺服机构实验室合作开始数控机床的研制工作。数控机床的开发从自动变成语言的研究起步。1950年，美国麻省理工学院研制出“旋风 I号”类似于示波器的图形设备，可以显示一些简单图形。1952年，MIT的伺服实验室研制成功世界上第一台三坐标数控铣，首次实现了数控加工。1953年，MIT推出APT，并在电子计算机上实现了自动编程。1958年美国Keany &

Trecker 公司在世界上首次研制成功自动刀具交换装置的数控机床，并美国 Calcomp公司研制出滚筒式绘图仪，Gerber公司研制出平板绘图仪。这些设备研制成功，为 CAD/CAM技术的发展奠定了物质基础。1959年，集体管控制元件研制成功，数控机床开始进入第二个发展阶段。

20 世纪 60 年代CAD/CAM技术的初步应用阶段。1962年，计算机分时系统研制成功。计算机系统以分时方式运行，资源可由若干用户通过终端共享。并MIT林肯实验室发表了博士论文《SKETCHPAD——人机通信的图形系统》，首次系统地论述聊交互式图形学的相关问题，提出了“计算机图形学（GG）”的概念，确定了计算机图形学的独立地位。1963年在美国计算机联合会上，美国MIT机械工程系的孔斯提交了“计算机辅助设计系统的要求提纲”的论文，首次提出了CAD概念。中期，美国MIT、通用汽车（GM）、贝尔电话实验室、洛克希德飞机制造公司以及英国剑桥大学等都投入了大量的精力从事计算机图形学的研究。1964年，美国IBM公司推出商品化及计算机绘图设备，通用汽车公司研制成功多路分时图形控制台，初步实现各阶段的汽车计算机辅助设计。1965年，美国洛克希德飞机制造公司在 IBM公司的支持下退出全球第一套基于大型机的商品化CAD/CAM系统。1966年，美国贝尔电话实验室开发了价格低廉的使用交互式图形显示系统CRAPHIC—Ⅰ，促进了计算机图形学和计算机辅助设计技术的迅速发展。与此同时，数字化制造技术也取得进展。1962年，人们在数控机床技术的基础上研制成功第一台工业机器人，实现了自动物流搬运。1965年，随着集成电路技术的发展，世界上出现了小规模集成电路。它体积更小、

可靠性更进一步的提高，数控系统发展到第三代。1966年国产晶体管数控系统研制成功。1967年，英国Molins 公司研制成功由计算机集成控制的自动化制造系统Molins—24。踏实世界上第一条柔性制造系统，它标志着制造技术开始进入柔性制造时代。

20 世纪 70 年代，CAD/CAD技术开始广泛使用70年代后期，存储器、光笔、光栅扫描显示器、图形输入板等CAD/CAM软硬件系统开始进入商品化阶段，出现了面向小中企业的 “交钥匙系统（Turnkey

system）”,其中包括图形输入/输出设备，相应的CAD/CAM软件等。1970年，美国Inter公司在世界上率先开发出微处理器。1970年，在美国芝加哥国际机床展览会上，首次展出第四代数控机床系统——基于小型计算机的数控系统。1973年，美国人Joseph Harrington首次提出计算机集成制造的概念。1974年，美国、日本等先后研制出以微处理器为核心的数控系统，以微计算机为核心的第五代数控系统开始出现。1976年，美计算机辅助制造国际组织推出了CAM—Ⅰ’s Automated Processs Planning系统，在CAPP发展史上具有里程碑的意义。1979年,初始图形转换规范标准发表.。

20 世纪 80 年代，CAD/CAM技术走向成熟。80年代后以，个人计算机（PC）和工作站开始出现，如美国苹果公司的Macintosh、IBM公司的PC机以及Apollo、SUN工作站等。与大型机、中型机和小型机相比，PC机级工作站体积小、价格便宜、功能更加完善，极大的降低了CAD/CAM技术的硬件门槛，促进了CAD/CAM技术的迅速普及，主要表现在：由军事工业向民用工业扩展，由大型企业向中小企业推广，有高技术领域向家电、其工业等普通产品中普及，由发达国家扩展到发展中国家。80年代后，CAD已超越了传统的计算机绘图范畴，有关复杂曲线、曲面描述的新的算法理论不断出现并迅速商品化。实体建模技术趋于成熟，并成为CAD/CAM软件系统的核心功能模块。各种危机CAD 系统、工作站CAD系统不断涌现，CAD技术在航空、航天、船舶、核工程、模具等领域的得到广泛应用。80年代初，日本著名通信设备制造厂富士通公司提出工厂自动化的设想。80年代，出现了一大批工程化的CAD／CAM商品化软件系统，并应用到机械、航空航天、汽车、造船等领域。1985年，美国制造工程师协会计算机与自动化专业学会（SME/CASA）给出了计算机集成制造企业的定义及其结构模型。1987年。美国3D systems公司开发出世界上第一台快速原型制造设备——采用立体光固化的快速原型制造系统。集成电路和大规模集成块的产生，微型计算机应用得到普及。软件功能的集成，专家系统开始应用于 CAD系统。

20 世纪 90 年代，美国、欧共体、日本等国纷纷投入大量精力，研究新一代劝PC开饭时体系结构的数控平台，其中包括美国NGC和OMAC计划、欧共体OSACA计划、日本OSEC计划等。90年代以后，美国里海大学在研究和总结美国制造业现状和潜力的基础上，为重振美国国家经济，继续保持美国制造业在国际的领先地位，发表了具有划时代意义的“21世纪制造企业发展战略”，提出了敏捷制造和虚拟企业的概念。到了20世纪90年代，几乎所有的CAD／CAM系统都通过自行开发或购买配套模块的方式实现了系统集成，使CAD／CAM达到了真正意义上的集成，从而发挥出最高的效益。系统构造由单一功能变成组合功能。90年代中期，随着计算机、信息和网络技术的进步，制造业逐步向柔性化、集成化、智能化、网络化方向发展，企业内部、企业之间、区域之间乃至国家之间实现资源共享，异地、协同、虚拟设计和制造开始成为现实。

二 国内发展

我国CAD/CAM 技术的研究工作起步于20 世纪60 年代末, “六五”期间成套引进了CAD/CAM 系统, 并不断开发和应用。到目前为止, CAD 应用已接近国际先进水平。商品化二维CAD 软件基本满足了国内企业“甩掉图板”的要求, 并已产生一定的经济效益。我国三维CAD 软件在功能上也已达到国外同类产品水平。随着社会经济的发展, 国有企业需要对传统的产品、设备和管理模式进行改造, 以提高企业适应市场的能力, 而采用CAD/CAM 是唯一的出路。1958年，我国第一台三坐标数控铣床由清华大学和北京第一机床厂联合研制成功，此后有众多的高校、研究机构和工厂开展数控机床的研制工作。

70年代后，我国数控加工技术进入较快的发展阶段。1972年，我国研制成功集成电路数控系统。70年代是国产数控车、磨、齿轮加工、电加工、数控加工中心等相机研制成功。70年代是CAD/CAM技术研究的黄金时代，他的功能模块已经基本形成，各种建模方法得到深入研究，CAD/CAM的单元技术级功能得到较广泛的应用。计算机的硬件功能的提高、价格的下降，特别是新型图形显示器陆续投放

市场，成为推动CAD技术发展的强大动力。软件技术得到飞速的发展，出现了结构程序设计、数据库软件工程技术和大量的图形软件，同时优化设计理论、有限元法也得到了迅速发展，软件开始成为商品。

80年代以后，我国先后从日本FANUC公司引进数控系统和直流伺服系统、主流通州伺服电机等制造技术，从美国GE公司引进MCI系统及交流私服系统，从SIMENS公司引进VS系统晶闸管调速装置，并实现商品化。1986年，我国制定了国家高技术研究发展计划（简称“863计划”）。将CIMS作为自动化领域的主题之一，并于1987年成立自动化领域专家委员会和CIMS主题专家组，建立了国家CMIS工程研究中心和七个单元技术实验室。

90年代，我国在产品计算机辅助设计与制造领域有很大的成绩。机械CAD/CAM 软件的发展除了具有不断的扩展功能外, 主要基于建模技术、模型技术、数据管理技术、软件技术、智能技术等的优化发展。由于软件的特性和功能在很大程度上取决于开发人员的想象力, 所以其发展趋势难以预测, 而CAD/CAM 软件进一步发展的前提必须是提高性能且减少对用户的依赖性, 因此, 必须对CAD/CAM 控制系统的设计方案不断优化。90年代中期，随着计算机、信息和网络技术的进步，制造业逐步向柔性化、集成化、智能化、网络化方向发展，企业内部、企业之间、区域之间乃至国家之间实现资源共享，异地、协同、虚拟设计和制造开始成为现实。90年代末，以CAD为基础的数字化设计，以CAM为基础的数字化制造技术开始拓展到更广阔的的领域、更深的层次上支持的产品开发。

三 总结

现代社会中无论是哪方面的设计都离不开图形，随着时代的进步科技的发展，尤其是计算机技术的进步，使得计算机辅助系统的绘图工具的优点和效率日渐突出。因此，CAM/CAD在计算机绘图方面应用方面有着很重要的作用。设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能CAD是CAD发展的必然方向。从人类认识和思维的模型来看，现有的人工智能技术模拟人类的思维活动明显不足。因此，智能CAD不仅是简单地将现有的智能技术与CAD技术相结合，更重要的是深入研究人类设计的思维模型，最终用信息技术来表达和模拟它，才会产生高效的CAD系统，为人工智能领域提供新的理论和方法。CAD的这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。无论是CAD还是CAM，都是我们需要学习并且运用在专业知识上的辅助工具。通过了解了CAD和CAM的发展史，更好的了解了CAD和CAM系统的功能，更加便于以后对它们的运用。