CAD／CAM的基本功能

1、第2學(xué)時1.1.2 cadcam的基本功能在cadcam系統(tǒng)中，計算機主要幫助人們完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)描述、工程信息表達(dá)、工程信息傳輸與轉(zhuǎn)化、結(jié)構(gòu)及過程的分析與優(yōu)化、信息管理與過程管理等工作，因此。作為cadcam系統(tǒng)，應(yīng)具備圖形圖像處理、產(chǎn)品與過程建模、信息存儲與管理、工程計算分析與優(yōu)化、工程信息傳輸與交換、模擬與仿真、人機交互、信息的輸入和輸出等基個功能。1圖形圖像處理機電產(chǎn)品設(shè)計中，涉及大量的圖形圖像處理任務(wù)，如圖形的坐標(biāo)變換、裁剪、渲染、消隱處理、光照處理等，無論是cad、capp、cam，都需要用到這項功能，是cadcam系統(tǒng)所必備的。2產(chǎn)品與過程建模在cadcam系統(tǒng)中，對產(chǎn)品信息及其相關(guān)

2、過程信息的描述是一切工作的基礎(chǔ)。對于機電cadcam系統(tǒng)來說，幾何造型是其核心技術(shù)，因為在機電產(chǎn)品設(shè)計制造過程中，必然要涉及大量結(jié)構(gòu)體的描述與表達(dá)，如在設(shè)計階段，需要應(yīng)用幾何造型系統(tǒng)來表達(dá)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀、大小、裝配關(guān)系等；在有限元分析中，要應(yīng)用幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分才能輸入解算器處理；在數(shù)控編程中，要應(yīng)用幾何模型來完成刀具軌跡定義和加工參數(shù)輸入等，幾何造型是產(chǎn)品設(shè)計的基本工具。3信息存儲與管理由于cadcam系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量大、種類繁多，既有幾何圖形數(shù)據(jù)，又有屬性語義數(shù)據(jù)；既有產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)，又有生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)；既有靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，又有動態(tài)過程數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)還相當(dāng)復(fù)雜。因此cadcam系統(tǒng)應(yīng)能提供有效的管理手段

3、，支持設(shè)計與制造全過程的信息流動與交換。通常，cadcam系統(tǒng)采用工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)環(huán)境，實現(xiàn)各種工程數(shù)據(jù)的管理。4工程計算分析與優(yōu)化在產(chǎn)品設(shè)計制造過程中，涉及大量的分析計算任務(wù)如根據(jù)產(chǎn)品幾何形狀，計算出相應(yīng)的體積、表面積、質(zhì)量、重心位置、轉(zhuǎn)動慣量等幾何特件和物理特性，為系統(tǒng)進(jìn)行工程分析和數(shù)值計算提供必要的基本參數(shù)；在結(jié)構(gòu)分析中，需要進(jìn)行應(yīng)力、溫度、位移等計算；圖形處理中矩陣變換的運算、體素之間的布爾運算（交、并、差）等；在工藝規(guī)程設(shè)計中有工藝參數(shù)的計算。因此，要求cadcam系統(tǒng)對各類計算分析的算法正確、全面，還要有較高的計算精度。cadcam系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)分析常用的方法是有限元法，這

4、是一種數(shù)值近似求解方法用來計算復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀零件的靜態(tài)、動態(tài)特性，強度、振動、熱變形、磁場、溫度場強度、應(yīng)力分布狀態(tài)等。所謂有限元法：先把一個原來是連續(xù)的物體剖分（離散）成有限個單元，且它們相互連接在有限個節(jié)點上（圖6.1），承受等效的節(jié)點載荷，并根據(jù)平衡條件來進(jìn)行分析，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件把這些單元重新組合起來，成為一個組合體再綜合求解。由于單元的個數(shù)是有限的，節(jié)點數(shù)目也是有限的，所以稱為有限元法。cadcam系統(tǒng)應(yīng)具有優(yōu)化求解的功能，也就是在某些條件的限制下，使產(chǎn)品或工程設(shè)計中的預(yù)定指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。優(yōu)化包括總體方案的優(yōu)化、產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、工藝參數(shù)的優(yōu)化等。優(yōu)化設(shè)計是現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)中的一個重

5、要的組成部分。5工程信息傳輸與交換cadcam系統(tǒng)不是一個孤立的系統(tǒng)，它必須與其它系統(tǒng)相互聯(lián)系，即使是在cadcam內(nèi)部，各功能模塊之間也要進(jìn)行信息交換。隨著并行作業(yè)方式的推廣應(yīng)用，還存在著幾個設(shè)計者或工作小組之間的信息交換問題，因此，cadcam系統(tǒng)應(yīng)具備良好的信息傳輸管理功能和信息交換功能。6模擬與仿真 在cad/cam系統(tǒng)內(nèi)部，建立一個實際產(chǎn)品或系統(tǒng)的數(shù)字化模型，例如機構(gòu)、機械手、機器人等，通過運行仿真軟件，代替、模擬真實系統(tǒng)的運行，用以預(yù)測產(chǎn)品的性能、產(chǎn)品的制造過程和產(chǎn)品的可制造性。如數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，從軟件上實現(xiàn)零件試切的加工模擬，避免了現(xiàn)場調(diào)試帶來的人力、物力的投入以及加工設(shè)備損壞

6、的風(fēng)險，減少可制造費用，縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期。通常有加工軌跡仿真，機構(gòu)運動學(xué)模擬，機器人仿真，工件、刀具、機床的碰撞、干涉檢驗等。 7人機交互 在cad/cam系統(tǒng)中、人機接口是用戶與系統(tǒng)連接的橋梁。友好的用戶界面，是保證用戶直接而有效地完成復(fù)雜設(shè)計任務(wù)的必耍條件，除軟件界面設(shè)計外，還必須有交互設(shè)備實現(xiàn)人與計算機之間的不斷通信。8信息輸入在cad/cam系統(tǒng)中，大量的信息是以人機交互方式輸入系統(tǒng)的，但也有許多情況，如車間運控系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)、以反求工程為基礎(chǔ)的造型系統(tǒng)等，是以計算機自動采集方式輸入的，因此cad/cam系統(tǒng)還應(yīng)具備自動信息輸入功能。9信息輸出cad/cam系統(tǒng)的信息輸出包括各種

7、信息在顯示器上的顯示、工程圖的輸出、各種文檔的輸出和控制命令輸出等。圖形和各種信息的顯示是實現(xiàn)人機交互的基礎(chǔ)；工程圖的輸出，是cad/cam系統(tǒng)的基本要求，盡管在某些場合實現(xiàn)了無圖加工，但在工程設(shè)計中，二維圖形依然是表達(dá)工程信息最直觀的手段，在許多場合均需要輸出二維圖紙，加人工審圖、capp中的工藝圖、復(fù)雜的加工信息標(biāo)注等；文檔的輸出種類繁多，如設(shè)計文檔、工藝文檔、數(shù)控程序、程序檢驗報方、備類調(diào)度單、質(zhì)檢單等；控制命令包括設(shè)備驅(qū)動命令等。在上述基本功能的基礎(chǔ)上，分別構(gòu)成成cad、capp、cam中各項任務(wù)的具體功能，如圖1。3所示。1.1.3 cad/cam系統(tǒng)的組成與工作過程cad/cam是

8、輔助人們完成產(chǎn)品設(shè)計、制造各個環(huán)節(jié)的信息處理和輔助決策的技術(shù)，它克服了傳統(tǒng)手工設(shè)計和信息處理的許多缺陷，充分利用計算機的信息處理與存儲管理能力，結(jié)合人的經(jīng)驗、知識及創(chuàng)造性，形成一個人機交互、名盡所長、緊密配合的系統(tǒng)。它主要研究對象的描述、系統(tǒng)的分析、方案的優(yōu)化、計算分析、工藝設(shè)計、仿真模擬、nc編程以及圖形處理等理論和工程方法。輸入的是設(shè)計要求，輸出的是制造加工信息，如圖14所示cad/cam的工作過程包括以下幾個方面：（1）通過市場需求調(diào)查以及用戶對產(chǎn)品性能的要求，向cad系統(tǒng)輸入設(shè)計要求，利用幾何建模功能構(gòu)造出產(chǎn)品的幾何模型，計算機特此模型轉(zhuǎn)換為內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息存儲在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。（2）調(diào)

9、用系統(tǒng)程序庫中的各種應(yīng)用程序?qū)Ξa(chǎn)品模型進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計計算及結(jié)構(gòu)、方案優(yōu)化分析，確定產(chǎn)品總體設(shè)計方案及零部件的結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)，同時調(diào)用系統(tǒng)中的圖形庫，將設(shè)計的初步結(jié)果以圖形的方式輸出在顯示器上。（3）根據(jù)屏幕顯示的結(jié)果，對設(shè)計的初步結(jié)果作出判斷，如果不滿意，可以通過入機交互的方式進(jìn)行修改，直至滿意為止，修改后的數(shù)據(jù)仍存儲在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。（4）系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中提取產(chǎn)品的設(shè)計制造信息，在分析其幾何形狀特點及有關(guān)技術(shù)要求后，對產(chǎn)品進(jìn)行工藝規(guī)程設(shè)計，設(shè)計的結(jié)果存入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，同時在屏幕上顯示輸出。（5）用戶可以對工藝規(guī)程設(shè)計的結(jié)果進(jìn)行分析、判斷，并允許以人機交互的方式進(jìn)行修改。最終的結(jié)果可以是生產(chǎn)中需要

10、的工藝卡片或以數(shù)據(jù)接口文件的形式存人數(shù)據(jù)庫，以供后續(xù)模塊讀取。（6）利用外部設(shè)備輸出工藝卡片，作為車間生產(chǎn)加上的指導(dǎo)性文件，或由計算機輔助制造系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中讀取工藝規(guī)程文件，生成nc加工指令，在有關(guān)設(shè)備上加工制造。（7）cadcam系統(tǒng)在生成了產(chǎn)品加工的工藝規(guī)程之后，對其進(jìn)行仿真、模擬，驗證其是否合理、可行，還可以進(jìn)行刀具、夾具、工件之間的干涉、碰掩檢驗。（8）將所生成的工藝文件和數(shù)控加工程序輸人生產(chǎn)計劃系統(tǒng)，進(jìn)行生產(chǎn)平衡后制訂相應(yīng)的作業(yè)計劃（包括物料采購計劃、制造資源添置計劃、生產(chǎn)加工計劃、產(chǎn)品裝配計劃、質(zhì)量檢測計劃等）。（9）將生成的作業(yè)計劃輸入運行控制系統(tǒng)，完成產(chǎn)品加工生產(chǎn)任務(wù)在付諸實施

11、的過程中，進(jìn)行質(zhì)量檢測控制、進(jìn)度控制、成本控制等，最后按要求生產(chǎn)出相應(yīng)的產(chǎn)品。由上述過程可以看出，從初始設(shè)計要求、產(chǎn)品設(shè)計的中間結(jié)果到最終的產(chǎn)品生產(chǎn)，都是信息不斷產(chǎn)生、修改、交換、存取的過程。系統(tǒng)應(yīng)能保證用戶隨時觀察、修改各個階段的數(shù)據(jù)，實施編輯處理，直到獲得最佳結(jié)果。因此，cad/cam系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備支持上工作過程的基本功能。12 cadcam技術(shù)的發(fā)展回顧1.2.1 cad技術(shù)的發(fā)展cad技術(shù)大致經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：1形成期 1950年美國麻省理工學(xué)院采用陰極射線管（crt）研制成功圖形顯示終端，實現(xiàn)了圖形的動態(tài)顯示，從此結(jié)束了計算機只能處理字符數(shù)據(jù)的歷史。1950年美國麻省理工學(xué)院（mit

12、）研制出類似于示波器的圖形設(shè)備“旋風(fēng)i號”（whirlwind i），用它可以顯示簡單圖形。1958年，美國calcomp公司研制出滾筒式繪圖儀；gerber公司研制出平板繪圖儀。整個50年代，人們大多采用電子管計算機，用機器語言編程。計算機主要用于科學(xué)計算，為之配置的圖形設(shè)備僅具有輸出功能，cad技術(shù)處于被動式的圖形處理階段。2發(fā)展期 20世紀(jì)50年代后期出現(xiàn)了光筆，從而開始了交互式繪圖。20世紀(jì)60年代初，開發(fā)了屏幕菜單點擊、功能鍵操作、光筆定位、圖形動態(tài)修改等交互繪圖技術(shù)。1962年美國學(xué)者ivan suthcrland開發(fā)出第一個交互式圖形系統(tǒng)skechpad。此后，相繼出現(xiàn)了一大批c

13、ad商品軟件。如1964年美國ibm公司推出了商品化的計算機繪圖設(shè)備，美國通用汽車公司的多路分時圖形控制臺，可實現(xiàn)各階段的汽車設(shè)計。60年代未，美國安裝的cad工作站已達(dá)200多臺，可供幾百人使用。但當(dāng)時由于顯示器價格昂貴，cad系統(tǒng)很難推廣應(yīng)用，到20世紀(jì)60年代未期，顯示技術(shù)產(chǎn)生了突破，顯樂器成本大幅下降，cad系統(tǒng)的性能價格比大大提高，cad用戶以每年30的速度增加。形成cad產(chǎn)業(yè)。20世紀(jì)70年代的cad技術(shù)還是以二維繪圖和三維線框圖形系統(tǒng)為主。 3成熟期 1973年誕生了第一個實體造型（solid modeling）試驗系統(tǒng)，并于1978年推出了第一代實體造型軟件，此后的二十年中實體

14、造型技術(shù)成為cad技術(shù)發(fā)展的主流，并走向成熟，出現(xiàn)了一批以三維實體造型為核心的cad軟件系統(tǒng)。實體造型技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用大大拓寬了cad技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的cadcam商品化系統(tǒng)。70年代末，美國cad工作站安裝數(shù)量超過12000臺，使用者超過25000人。4集成期 在這個時期，圖形系統(tǒng)和cadcam工作站的銷售量與日懼增。1981年美國實際安裝cad系統(tǒng)5000套，1983年超過12000套，1988年發(fā)展到63000套。cad/am技術(shù)從大中企業(yè)向小企業(yè)擴展，從發(fā)達(dá)國家向發(fā)展中國家擴展，從用于產(chǎn)品設(shè)計發(fā)展到用于工程設(shè)計和工藝設(shè)計。同時，cad技術(shù)和系統(tǒng)的開放性取決于其所用計算

15、機和系統(tǒng)軟件的開放性。在這個時期由于微機加windows 9598nt操作系統(tǒng)與工作站加unix操作系統(tǒng)在以太網(wǎng)的環(huán)境下構(gòu)成了cad系統(tǒng)的主流工作平臺，因此，現(xiàn)在的cad技術(shù)和系統(tǒng)都具有良好的開放性。同時，cad、cam各自對設(shè)計和生產(chǎn)所產(chǎn)生的巨大推動作用已被認(rèn)同，加之設(shè)計和制造自動化的需求，出現(xiàn)了集成化的cad/cm系統(tǒng)。1.2.2 cam技術(shù)的發(fā)展美國自1946年研制出世界上第一臺電子計算機以后，就不斷地將計算機技術(shù)引入機械制造領(lǐng)域。1952年首次研制成功數(shù)控（numerical control，nc）機床，該機床只需通過改變數(shù)控程序即可完成不同零件的加工，奠定了cam的硬件基礎(chǔ)。為解決加

16、工編程問題，1955年研制成功在通用計算機上運行的自動編程工具（apt）語言，實現(xiàn)了nc程序編制的自動化。為了進(jìn)一步提高nc機床的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量，于1958年研制成功自動換刀鏜銑加工中心（machining center，mc），能在一次裝夾中完成多工序的集中加工。隨即于1962年，在機床數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上研制成功第一臺工業(yè)機器人，實現(xiàn)了物流搬運的柔性自動化。1962年出現(xiàn)了用一臺通用計算機集中控制多臺數(shù)控機床的直接數(shù)控（direct nc，dnc），從而降低了機床數(shù)控裝置的制造成本，提高了工作的可靠性。數(shù)控機床與計算機輔助數(shù)控程序編制的出現(xiàn)，成為cam硬、軟件的開端。它將高效率與高柔性融合

17、于一體、實現(xiàn)了單機的柔性自動化，為現(xiàn)代制造技術(shù)柔性制造技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。1967年，英國莫林公司首先建造了一條由計算機集中控制的自動化制造系統(tǒng)，稱之為“莫林24”（意即24小時連續(xù)加工）。它包括6臺加工中心和1條由計算機控制的自動輸送線并用計算機編制nc程序、作業(yè)計劃和統(tǒng)計報表。緊接著美國辛辛那堤公司研制了一條與莫林24類似的系統(tǒng)，于20世紀(jì)70年代初期定名為柔性制造系統(tǒng)（flexible manufacturing system,fms）。隨著apt語言編程方法的廣泛應(yīng)用，編程方法的改進(jìn)和加工程序的檢驗與評價成為cam中的關(guān)鍵問題，20世紀(jì)70年代后期，由于幾何造型技術(shù)、圖形顯示技術(shù)和數(shù)控編程

18、后置處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了交互式圖形編程系統(tǒng)，標(biāo)志著cam技術(shù)發(fā)展到了成熟階段，隨后，出現(xiàn)了加工過程仿真和加工程序檢驗系統(tǒng)，也為cad/cam集成莫定了基礎(chǔ)。計算機輔助制造正向智能化、最佳化、集成化等方面發(fā)展和延伸，例如工藝設(shè)計方面的專家系統(tǒng)、智能化質(zhì)量控制系統(tǒng)、優(yōu)化作業(yè)排序與動態(tài)調(diào)度正處于發(fā)展之中。1.2.3 capp技術(shù)的發(fā)展最早出現(xiàn)的capp系統(tǒng)是挪威工業(yè)公司于1969年開發(fā)的autopros系統(tǒng)。早期的capp系統(tǒng)一般以成組技術(shù)為基礎(chǔ)，把零件分類歸并成族，制訂出各零件族相應(yīng)的典型工藝過程，然后按有關(guān)零件的具體工藝信息生成加工該零件的工藝規(guī)程，英國曼徹斯特大學(xué)于1980年開發(fā)的au

19、tocap系統(tǒng)等均屬此類系統(tǒng)。這類系統(tǒng)針對性強,只適用于特定的工廠,可移植性差，因而局限性大、適應(yīng)能力差。但派生式capp系統(tǒng)的開發(fā)周期短、費用低、投資少和易于取得實際效益，是中小企業(yè)常用的方式。為了克服派生式capp系統(tǒng)的缺點，許多學(xué)者進(jìn)行了創(chuàng)成式capp系統(tǒng)的研究工作。創(chuàng)成式capp系統(tǒng)中不存儲典型工藝過程，它采用一定的邏輯算法，對輸入的幾何要素等信息進(jìn)行處理并確定加工要素，從而自動生成工藝規(guī)程。例如美國普渡大學(xué)在1977年開發(fā)的appas系統(tǒng)、美國普渡大學(xué)和賓州大學(xué)在1983年聯(lián)合開發(fā)的tipps系統(tǒng)、德國阿亨大學(xué)在1980年開發(fā)的autap系統(tǒng)等。由于工藝過程涉及的因素太多，完全自動創(chuàng)

20、成工藝規(guī)程的通用系統(tǒng)仍停留在研究階段。從20世紀(jì)80年代中期起，創(chuàng)成式capp系統(tǒng)的研究轉(zhuǎn)向具有人工智能的專家系統(tǒng)方面，專家系統(tǒng)已成為capp的重要發(fā)展趨勢。專家系統(tǒng)可模仿工藝專家的邏輯思維方式，利用專家的知識對非確定性的工藝過程設(shè)計做出邏輯決策。目前各國學(xué)者均在致力于使capp專家系統(tǒng)達(dá)到實用化和工具化。我國從20世紀(jì)70年代末期才開始研究capp。同濟大學(xué)在1982年開發(fā)出國內(nèi)第一個capp系統(tǒng)，即tojicap系統(tǒng)。至今國內(nèi)已開發(fā)出上百個capp系統(tǒng)，其中有派生式、創(chuàng)成式，也有的是在人工智能技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的專家系統(tǒng)。目前，capp主要應(yīng)用在零件的機械加工方面，但已逐漸向其它工藝領(lǐng)域擴展，

21、如熱處理、鍛造、沖壓和裝配等，應(yīng)用前景是廣闊的。1.2.4 cadcam的集成技術(shù)cad/cam系統(tǒng)在其形成和發(fā)展過程中，針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域、用戶需求和技術(shù)環(huán)境，表現(xiàn)出不同的發(fā)展水平和構(gòu)造模式。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件組織結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)標(biāo)淮方面存在很大差異，cad和cam兩項技術(shù)雖然差不多是同時誕生的，但在相當(dāng)長的時間里卻是按照各自軌跡獨立地發(fā)展起來的。由于cad、capp、cam在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)等方面的差異各系統(tǒng)之間很難自動完成數(shù)據(jù)交換，往往由cad生成的設(shè)計信息需要手工轉(zhuǎn)錄到capp、cam系統(tǒng)中，嚴(yán)重阻礙了cad、capp、cam效益的發(fā)揮。于是，20世紀(jì)70年代后期、80年代初提出了cad/c

22、am集成的概念，有力地推動了cad、cam技術(shù)向著一體化和集成化的方向發(fā)展。20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了一大批工程化的cad/cam商品化軟件系統(tǒng)，其中較著名的有cadam、cadia、ug、ideas、proengineer、acis等，它們應(yīng)用于機械、航空航天、造船等領(lǐng)域。進(jìn)人20世紀(jì)90年代以來，cad/cam系統(tǒng)的集成度不斷增加，特征造型技術(shù)的成熟應(yīng)用，為從根本上解決由cad/cam的數(shù)據(jù)流無縫傳遞奠定了基礎(chǔ)，使cad/cam達(dá)到了真正意義上的集成，使得cad/cam系統(tǒng)能夠發(fā)揮出最高的效益。13 cadcam技術(shù)的應(yīng)用1.3.1 cad/cam的應(yīng)用狀況近二十年中，cad/cam是發(fā)展最

23、迅速的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)之一，也是應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛的實用技術(shù)之，它推動了制造領(lǐng)域的革命。1990年，美國國家工程科學(xué)院對人類25年（1964一1989）的工程成就進(jìn)行評比的結(jié)果中，cad/cam技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用在十大成就中居第六位：同時，這一新技術(shù)及其應(yīng)用水平也己成為衡量一個國家工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國家已有80以上的企業(yè)使用cad/cam技術(shù)；國內(nèi)也的70的大中型企業(yè)使用了cad/cam技術(shù)，隨著計算機硬件和軟件的不斷發(fā)展，cad/cam系統(tǒng)的性能價格比不斷提高，使得cad/cam技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴大；1990年全世界cad/cam的銷售額已經(jīng)超過100億美元并逐年增

24、加，明顯高于其它產(chǎn)業(yè)的增長率。據(jù)統(tǒng)計，到20世紀(jì)90年代切，cad/cam技術(shù)的應(yīng)用已進(jìn)入近百個工業(yè)領(lǐng)域。各種資料表明：公認(rèn)應(yīng)用比較成熟的是機械、電子、建筑等領(lǐng)域。表1.1出了1991一1995年全球cad/cam軟件銷售額。cad/cam軟件銷售額逐年增長，銷售額年增長率也逐年提高（表12）并且最近幾年有超過10的勢頭。這說明radram系統(tǒng)的社會需求量大，應(yīng)用前景十分廣闊。航空航天、造船、機床制造、汽車都是國內(nèi)外應(yīng)用cad/cam技術(shù)較早的工業(yè)部門。首光是用于飛機、船體、機床、汽車零部件的外形設(shè)計；然后進(jìn)行一系列的分析計算，如結(jié)構(gòu)分析、優(yōu)化設(shè)計、仿真模擬；最后根據(jù)cad的幾何數(shù)據(jù)與加工要求

25、令成數(shù)控加工紙帶。航天部門不僅cad/cam的實施與推廣應(yīng)用做得好，而且在計算機管理力面也有較高水平；造船行業(yè)利用cad/cam系統(tǒng)提高了船體鋼板下料的精度。每艘萬噸級的船舶僅此一項就書約鋼材約150200 t機床行業(yè)應(yīng)用cad/cam系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計，實現(xiàn)了對用戶特殊要求的快速響應(yīng)制造，縮短了設(shè)計制造周期，提高了整機質(zhì)量；電子工業(yè)應(yīng)用cad/cam技術(shù)進(jìn)行印刷電路板生產(chǎn)，并實現(xiàn)了不采用cad/cam根本無法實現(xiàn)的集成電路生產(chǎn)；在土木建筑領(lǐng)域，cad技術(shù)，可節(jié)省方案設(shè)計時問約90、投標(biāo)時間30、重復(fù)繪制作業(yè)費90；除此之外，cad技術(shù)還可用于輕紡服裝行業(yè)的花紋圖案與色彩設(shè)計、款式設(shè)計、排料放

26、樣及衣料裁剪；人文地質(zhì)領(lǐng)域的地理圖、地形圖、礦藏勘探圖、氣象圖、人口分布密度圖以及有關(guān)的等值線、等位面圖的繪制；電影電視中動畫片及特技鏡頭的制作等許多力面。商品化以cad/cam軟件系統(tǒng)代表了cad/cam技術(shù)應(yīng)用的水平，目前市場上流行的cad/cam系統(tǒng)可大致分為兩類，類是通用集成化系統(tǒng)，如cadam、ugii、proengineeri-deascv等；另一類是單功能系統(tǒng)，如gds、gnc、ploysurf、gems等。我國在cad/cam技術(shù)方面的研究始于20世紀(jì)70年代中期，主要的研究單位是高等學(xué)校、當(dāng)時的研究內(nèi)容主要圍繞二維圖形軟件進(jìn)行開發(fā)，并在航空和造船工業(yè)首先獲得應(yīng)用，20世紀(jì)80

27、年代初，開始成套引進(jìn)國外cad/cam系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)并應(yīng)用在少數(shù)大型企業(yè)和設(shè)計院所，取得了一定的成果。經(jīng)過“六五”起步、“七五”攻關(guān)、“八五”推廣，我國的cad/cam應(yīng)用到20世紀(jì)90年代進(jìn)入全面推廣階段，在科技部的統(tǒng)一部署下、原機械部開展cad應(yīng)用1550工程，培育了50家應(yīng)用示范企業(yè)，帶動了近500家cad重點應(yīng)用企業(yè)，與此同時，科技部、國防科工委也重點扶持了一批民用、國防企業(yè)推廣應(yīng)用cad/cam技術(shù)，如西安和成都飛機制造工業(yè)公司都建立廠飛機cad/cam系統(tǒng)；北京第一機床廠是國內(nèi)推廣應(yīng)用cad/cam技術(shù)成效顯著的企業(yè)，1994年通過了國家科委組織的byjc-cims應(yīng)

28、用工程項目的驗收，并于1995年獲得美國制造工程種師協(xié)會（asme）頒發(fā)的“工業(yè)領(lǐng)先獎”。至20世紀(jì)90午代后期，我國cad/cam技術(shù)的應(yīng)用企業(yè)覆蓋了重型機械、礦山機械、工程機械、電工電器、機床、航空航天、兵器、儀器儀表、建筑、服裝等行業(yè)，覆蓋面和普及率達(dá)到近70，并形成了全國范圍內(nèi)的教育培訓(xùn)體系。在大力推廣應(yīng)用cad/cam技術(shù)的同時，在各級政府和企業(yè)資助下，開發(fā)了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件系統(tǒng)，如清華大學(xué)高華cad、華中科技大學(xué)開發(fā)的開目cad、北京航空航大大學(xué)開發(fā)的華正cadcam系統(tǒng)等，這使我國的cad/cam技術(shù)研究及應(yīng)用水平有了一個較大的提高。我國科學(xué)技術(shù)部在cad應(yīng)用工程200

29、0年規(guī)劃綱要中指出：“到2000年，在國民經(jīng)濟主要部門的科研、設(shè)計單位和企業(yè)中全面普及推廣cad技術(shù)，實現(xiàn)甩掉圖板（指傳統(tǒng)設(shè)計中的描圖板），提高智能勞動效率推廣我國cad市場，扶持發(fā)展以cad為突破口的我國自主創(chuàng)新的軟件產(chǎn)業(yè)，建它起我國的cad產(chǎn)業(yè)”。重點在機械制造業(yè)的大中型骨干企業(yè)和科研單位中普及應(yīng)用cad技術(shù)；同時，在全國各類企事業(yè)單價中大規(guī)模應(yīng)用cad技術(shù)。到2000年，機械制造業(yè)應(yīng)用cad技術(shù)的普及率和覆蓋率均達(dá)70以上，cad應(yīng)用水平達(dá)到國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家80年代未、90年代初的水平。工程設(shè)計行業(yè)cad普及率和覆蓋率均達(dá)到100，實現(xiàn)勘察設(shè)計手段從傳統(tǒng)的手工方式向現(xiàn)代化方式轉(zhuǎn)變。cad

30、應(yīng)用水平達(dá)到國際90年代中期先進(jìn)水平。廣義cad的應(yīng)用一般從繪制二維工程圖開始，逐步深入到圖紙文檔電子化管理、三維造型、裝演渲染、有限元分析與優(yōu)化設(shè)計、工藝設(shè)計、數(shù)控加工、仿真模擬、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、制造資源管理、企業(yè)資源管理、異地協(xié)同虛擬設(shè)計制造等內(nèi)容。 1.3.2應(yīng)用cadcam的效益如前所述，cad/cam不僅本身作為一項高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)生廠巨大的經(jīng)濟效益（如表1.1），而且cad/cam的應(yīng)用，從多個方面為企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。應(yīng)用cad/cam技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)，能使設(shè)計、生產(chǎn)、維修工作快速而高效率地進(jìn)行。例如，過去生產(chǎn)一個大規(guī)模集成電路芯片要花兩年的時間而采用cad/ca

31、m技術(shù)只要兩用即可完成。美國道格拉斯公司開發(fā)f15戰(zhàn)斗機，用cad/cam技術(shù)設(shè)計、試制，生產(chǎn)第一架飛機即解決了發(fā)動機氣道和機艙密封等關(guān)鍵問題；美國采用cad/cam技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)波音747，要比英國的三叉戟飛機少用兩年時間；美國gm公司在汽車開發(fā)中應(yīng)用cad/cam技術(shù)，使得新型汽車的設(shè)計周期由5年縮短為3年。而且，新產(chǎn)品的可信度由20提高到60。1995年，制造業(yè)出現(xiàn)了一個劃時代的創(chuàng)舉波音777未經(jīng)生產(chǎn)樣機就獲得了訂貨。cad/cam技術(shù)（數(shù)字化預(yù)裝配）是實現(xiàn)這一創(chuàng)舉、確保飛機設(shè)計和生產(chǎn)一次成功的關(guān)鍵技術(shù)之一。我國杭州汽輪機動力集閉公司推廣應(yīng)用cad/cam技術(shù)使得現(xiàn)有的90產(chǎn)品設(shè)計圖樣實

32、現(xiàn)了cad，每項產(chǎn)品設(shè)計財間從個月縮短為個月關(guān)鍵零部件實現(xiàn)了數(shù)控加工，中小零件的工藝沒計采用了capp技術(shù)，再如沈陽鼓風(fēng)機廠將cad/cam技術(shù)用于透平壓縮機生產(chǎn)，報價周期從原來的6周縮短到2周；技術(shù)準(zhǔn)備用期從原來的12個月縮短到6個月；設(shè)計周期從原來的6個月縮短到3個月；該產(chǎn)品的三元葉片壓型模的設(shè)計與創(chuàng)造周期由原來的個月，縮短到10天左右；供貨周期從原來的18個月縮短到個月；整機運行效率提高了。沈陽變壓器廠用cad技術(shù)輸出三峽工程項目三維彩色產(chǎn)品設(shè)計圖和計算機分析的數(shù)據(jù)，從而贏得7三峽工程的招標(biāo)項目；滬東造船廠應(yīng)用cad技術(shù)后，生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備周期縮短13以上，造船的設(shè)計開發(fā)能力提高一倍使其從粗

33、放的造船模式向精密造船模式轉(zhuǎn)化；西北電力設(shè)計院用cad系統(tǒng)建渭河電廠主廠房三維模型，對該廠原設(shè)計方案自動校驗，共查出6處隱藏在圖紙中的錯誤，當(dāng)即進(jìn)行了修改，避免了重大損失；寰球化工工程公司應(yīng)用cad技術(shù)在盤納乙烯裝置工程中，進(jìn)行碰撞檢查后，使95以上錯誤得以糾正，在總長20多萬米的管道設(shè)計中，施工結(jié)束后剩余鋼管不到10米，鋼結(jié)構(gòu)壓縮機廠房10萬個釘孔中，不對中的孔不到10個，這是人工設(shè)計。絕對辦不到的。在我國類似的實例不勝枚舉。美國科學(xué)研究院的工程技術(shù)委員會曾對cadcam集成技術(shù)所能得到的效益進(jìn)行了測算（表1.3）。 綜上所述，cad技術(shù)與cam技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)設(shè)計、制造一體化，具有明顯的

34、優(yōu)越性,主要體現(xiàn)在；（1）有利于發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造性，將他們從大量繁瑣的重復(fù)勞動中解放出來。（2）減少了設(shè)計、計算、制圖、制表所需的時間縮短了設(shè)計周期。（3）由于采用了計算機輔助分析技術(shù)，可以從多方案中進(jìn)行分析、比較，選出最佳方案，有利于實現(xiàn)設(shè)計方案的優(yōu)化。（4）有利于實現(xiàn)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化。（5）減少了零件在車間的流通時間和在機床上裝卸、調(diào)整、測量、等待切削的時間，提高了加工效率。（6）先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備既有較高的生產(chǎn)過程自動化水平，又能在較大范圍內(nèi)適應(yīng)加工對象的變化，有利于企業(yè)提高應(yīng)變能力和市場競爭力。（7）提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)計、生產(chǎn)效率。（8）cadcam的一體化，使產(chǎn)品的設(shè)計、

35、制造過程形成在經(jīng)濟上、技術(shù)上給企業(yè)帶來綜合效益。14 cadcam技術(shù)的新發(fā)展1.4.1制造業(yè)面臨的市場形勢當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，世界經(jīng)濟格局變化已大，市場競爭日益激烈。產(chǎn)品需求向個性化、多樣化方向發(fā)展，傳統(tǒng)的制造模式不能適應(yīng)瞬息萬變的市場需求。世界性的激烈競爭使得市場變化得太快，以至企業(yè)的自我調(diào)整變化的速度跟不上市場變化速度，這是影響企業(yè)生成和發(fā)展的世界性問題。在這種情況下，多品種、變批量的制造模式正逐漸取代傳統(tǒng)的制造模式。新的制造模式和競爭策略要求企業(yè)追求更完善的t、q、c、s，即上市時間（time to market）短、質(zhì)量（quality）高、成本（cost）低及售后服務(wù)（se

36、rvice）完善，這給產(chǎn)品設(shè)計與制造帶來了很大的壓力。人類已經(jīng)步入知識經(jīng)濟和信息化的時代，隨著世界自由貿(mào)易體制的不斷完善，全球統(tǒng)一大市場的形成以及全球信息高速公路網(wǎng)絡(luò)和交通運輸體系的建立，制造業(yè)將得以借助全球互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、計算機通汛和多媒體技術(shù)實現(xiàn)全球或異地制造資源（知識、人才潰金、軟件、設(shè)備等）的共享與互補。制造業(yè)、制造產(chǎn)品和制造技術(shù)走向國際化，制造自動化系統(tǒng)也進(jìn)一步向網(wǎng)絡(luò)化、全球化方向發(fā)展。基于因特網(wǎng)的全球制造將在不久的將來變成現(xiàn)實，敏捷制造企業(yè)和虛擬公司將應(yīng)運而生，真正的虛擬制造系統(tǒng)和敏捷制造系統(tǒng)也將在21世紀(jì)面世。進(jìn)人20世紀(jì)90年代以來，世界經(jīng)濟表現(xiàn)為競爭全球化、貿(mào)易自由化、需求多樣化產(chǎn)

37、品生產(chǎn)朝多品種變批量方向發(fā)展，從而對制造企業(yè)快速響應(yīng)市場和一次制造成功的要求日益迫切，快速設(shè)計、快速可重組制造、敏捷制造等技術(shù)也因此得到快速發(fā)展。在制造自動化系統(tǒng)內(nèi)部，計算機集成技術(shù)、智能技術(shù)、柔性自動化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)等相互交織在一起。在cims中，加工、檢測、物流與裝配過程之間，產(chǎn)品設(shè)計、材料應(yīng)用、加工制造、組織督理之間界限逐漸模糊，趨于一體化；cadcam一體化技術(shù)的發(fā)展，使設(shè)計與制造連接為體，以開發(fā)少圖紙、無圖紙快速制造技術(shù)。綜上所述，未來制造業(yè)正呈現(xiàn)出如下特點：1）產(chǎn)品開發(fā)周期縮短、上市時間更快。這是本世紀(jì)市場環(huán)境和用戶消費觀所要求的，也是贏得競爭的關(guān)鍵所在。這一點從美國制造業(yè)競爭

38、策略的變化可以看出。美國制造業(yè)的策略從20世紀(jì)60年代的“規(guī)模效益第一”，經(jīng)過70年代和80年代的“價格競爭第一”和“質(zhì)量競爭第一”，發(fā)展到90年代的“市場速度第一”，時間因素板提到首要位置。企業(yè)若要提高市場占有率，在t（時間）、q（質(zhì)量）、c（成本）、s（服務(wù)）、e（環(huán)境）目標(biāo)下，加強時間競爭能力、質(zhì)量競爭能力、價格競爭能力、創(chuàng)新競爭能力。其中最重要的能力是創(chuàng)新能力，企業(yè)的創(chuàng)新不僅指產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)工藝上的創(chuàng)新，還要包括制造觀念的更新，組織和經(jīng)營的重構(gòu)、資源、技術(shù)和過程的重組。2）制造系統(tǒng)柔性化。面對市場需求的多樣化、個性化，企業(yè)不僅要具備技術(shù)上的柔性，還要具備管理和人員組織上的柔性。未來制造

39、業(yè)必須通過快速重組來捕捉不可預(yù)見的機會。3）整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)的質(zhì)量保證。產(chǎn)品質(zhì)量的完整概念是顧客的滿意度，包括可用、實用、耐用、好用、宜人。4）企業(yè)的組織形式將是跨地區(qū)、跨國家的虛擬公司或動態(tài)聯(lián)盟。internet為虛擬公司或動態(tài)聯(lián)盟的實現(xiàn)提供了信息技術(shù)的基礎(chǔ)。5）生產(chǎn)過程更加精良。產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、銷售、維護(hù)過程更加簡化，生產(chǎn)工序更加簡單，從而降低成本，提高勞動生產(chǎn)率，縮短上市時間。6）人員素質(zhì)要求更高。未來制造業(yè)要求全體職員具有更高的技術(shù)、管理和協(xié)作素質(zhì)，每個人都應(yīng)常握多種技術(shù)，勝任多種工作，對企業(yè)狀況和市場環(huán)境了解，員工之間有高度的信任和協(xié)作精神，充分發(fā)揮企業(yè)的群體優(yōu)勢。7）智能化程度更

40、高。廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)、各種設(shè)備的智能化程度大大提高。8）綠色制造。因為環(huán)境問題是人類社會所面臨的共同問題是關(guān)系到人類生存的大問題、也是社會能否持續(xù)發(fā)展的重要問題，因此引起了人們的廣泛關(guān)注。 9）分布、并行、集成并存。分布性更強、分布范圍更廣，是全國、全球范圍的分布；并行化程度更高，許多作業(yè)可以跨地區(qū)、跨部門、分布式并行實施；集成化程度更高，不僅包括信息、技術(shù)的集成，而且包括管理、人和環(huán)境的集成。 為了適應(yīng)未來制造業(yè)的發(fā)展，對cadcam及其相關(guān)技術(shù)提出了新的需求； 1）集成化 在過去制造系統(tǒng)中僅強調(diào)信息的集成，這是不夠的?，F(xiàn)在更強調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。在開發(fā)制造系統(tǒng)時強調(diào)“多集成”的概念

41、，即信息集成、智能集成、串并行工作機制集成、資源集成、過程集成、技術(shù)集成及人員集成。2）智能化 應(yīng)用人工智能技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期（包括產(chǎn)品設(shè)計、制造、發(fā)貨、支持用戶到產(chǎn)品報廢回收等）各個環(huán)節(jié)的智能化，實現(xiàn)生產(chǎn)過程包括組織、管理、計劃、調(diào)度、控制等）各個環(huán)節(jié)的智能化，也要實現(xiàn)人與制造系統(tǒng)的融合及人的智能的充分發(fā)揮。3）網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的實現(xiàn)。各種通訊協(xié)議及制造自動化協(xié)議、信息通信接口、系統(tǒng)操作控制策略等，是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)。4）分布式并行處理技術(shù) 分布式并行處理技術(shù)實現(xiàn)制造系統(tǒng)中各種問題的協(xié)同求解、獲得系統(tǒng)的全局最優(yōu)解，實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)決策。5）多學(xué)科、多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)

42、技術(shù) 機電產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計不僅涉及到機械科學(xué)的理論與知識（力學(xué)、材料、工藝等），而且還涉及到電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等。不僅要考慮技術(shù)因素，還必須考慮到經(jīng)濟、心理、環(huán)境、衛(wèi)生及社會等方面因素。機電產(chǎn)品的開發(fā)要進(jìn)行多目標(biāo)全性能的優(yōu)化設(shè)計，以追求機電產(chǎn)品動靜態(tài)特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。6）虛擬現(xiàn)實技術(shù) 利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)及計算機仿真技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造過程中的幾何仿真、物理仿真、制造過程仿真及使用過程仿真采用多種介質(zhì)來存儲、表達(dá)、處理多種信息，融文字、語音、圖像、動畫于一體，給人一種真實感及身臨其境感。7）人一機一環(huán)境系統(tǒng)技術(shù) 將人、機器和環(huán)境作為一

43、個系統(tǒng)來研究，發(fā)揮系統(tǒng)的最佳效益：研究的重點是：人機環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)及集成技術(shù)、人在系統(tǒng)中的作用及發(fā)揮、人機柔性交互技術(shù)、人機智能接口技術(shù)、清潔制造等。 1.4.2 cadcam新的發(fā)展方向盡管對于傳統(tǒng)意義的設(shè)計制造而言，cadcam技術(shù)的發(fā)展己比較成熟，但對于如上所述的強大的社會需求和相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展與推動而言。cadcam技術(shù)仍然具有很大的發(fā)展空間、cadcam是一項仍處于高速發(fā)展的技術(shù)。cadcam的新發(fā)展主要圍繞cadcam的縱深發(fā)展、概念的拓展和工作環(huán)境改善三個主要方面展開。cadcam的縱深發(fā)展主要表現(xiàn)在功能的完善和水平的提高上，如支持topdown的cadcam技術(shù)、支持dfx的c

44、adcam技術(shù)。智能cadcam技術(shù)等；cadcam概念的拓展主要表現(xiàn)在cadcam向產(chǎn)品設(shè)計制造過種的各個環(huán)節(jié)的延伸、覆蓋面的不斷擴大，如計算機集成制造、cadcam與mpr、erp的集成等：工作環(huán)境的改進(jìn)與完善主要表現(xiàn)在并行工程、虛擬制造技術(shù)、支持異地設(shè)計制造的cadcam技術(shù)等。具體的發(fā)展內(nèi)容和方向是多種多樣的，下面僅從幾個方面對cadcam的新發(fā)展作簡要介紹。1支持topdown的cadcam技術(shù)眾所周知，產(chǎn)品的設(shè)計過程實際上是從概念設(shè)計階段入手，逐階段確定并求解設(shè)計參數(shù)直到詳細(xì)設(shè)計階段完全確定零件的設(shè)計參數(shù)，即自頂向下（topdown）的設(shè)計。然而目前的絕大多數(shù)cadcam系統(tǒng)則相反

45、、它要求先完成產(chǎn)品零件的詳細(xì)設(shè)計后，才能得到產(chǎn)品的部件及整機的裝配圖和整體性能分析，即只支持自底向上（bottom-up）設(shè)計。支持topdown的cadcam技術(shù)，首先應(yīng)進(jìn)行功能分解，即通過設(shè)計計算將總功能分解成一系列的第一級子功能，確定每個子功能參數(shù)；其次進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，即根據(jù)總的功能及各個子功能要求，設(shè)計出總體結(jié)構(gòu)（裝配）及確定各個子部件（子裝配體）之間的位置關(guān)系、連接關(guān)系、配合關(guān)系、位置關(guān)系、連接關(guān)系、配合關(guān)系及其它參數(shù)（如子功能參數(shù)）通過幾何約束或功能參數(shù)約束等求解確定。對各個子部件（子裝配體）功能進(jìn)行功能分析，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配性、工藝性等分析之后，返回修改不滿意之處，直到得到全局綜合指

46、標(biāo)最優(yōu)。然后分別對每個部件進(jìn)行功能分解和結(jié)構(gòu)設(shè)計，直到分解至零件。圖15是面向裝配、制造的概念設(shè)計、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的集成理論框架。2支持dfx的cadcam技術(shù)dfx代表了當(dāng)代的一種產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)，它能有效地運用于產(chǎn)品升發(fā)，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高、成本的下降和縮短設(shè)計周期。 dfx具體包含有面向裝配的設(shè)計、面向制造的設(shè)計、面向服務(wù)的設(shè)計、面向可靠性的設(shè)計和面向檢測的設(shè)計。面向裝配的設(shè)計（dfa），目的是在設(shè)計時通過對零部件的控制來降低裝配時的復(fù)雜性。也就是通過消除或合并零部件的方式，使制造商達(dá)到減少裝配時間和裝配成本的目的。對每一個零部件都考慮是否有必要單獨設(shè)計或是與其余零部件融合在一起以減少裝配數(shù)，

47、以此指導(dǎo)產(chǎn)生了產(chǎn)品設(shè)計的系統(tǒng)化簡化。面向制造的設(shè)計（dfm），是注重制造過程中每一零部件的成本估算，成本受制造的繁簡、工藝要求、工序多少影響。需要設(shè)計師在加工過程和裝配成本以及零部件優(yōu)化設(shè)計中做出平衡決策。同時，也要求設(shè)計師在資源庫中編制出合適的工裝、機床及材料的使用分配方案。另外，要在一定的約束下考慮，如精度要求、能源限制等。面向服務(wù)的設(shè)計（dfs）、為產(chǎn)品高效的維護(hù)和維修而提供的一種產(chǎn)品設(shè)計方法，它為具體的每一款服務(wù)建立了一套操作順序，區(qū)分出維護(hù)時哪一部分軍部件是需廢棄或是可替代，是根據(jù)具體維護(hù)方式的難易而定，并且需要考慮維護(hù)、維修操作中的拆卸順序的規(guī)范、時間消耗以及拆卸后的再裝配順序和時

48、間消耗。3智能cadcam技術(shù)機械設(shè)計是一項創(chuàng)造性活動，在這一活動過程中、很多工作是非數(shù)據(jù)、非算法的。所以，隨著cadcam技術(shù)的發(fā)展，除了集成化之外，將人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)應(yīng)用于系統(tǒng)中，形成智能的cadcam系統(tǒng)，使其具有人類專家的經(jīng)驗和知識，具有學(xué)習(xí)、推理、聯(lián)想和判斷功能及智能化的視覺、聽覺、語言能力，從而解決那些以前必須由人類專家才能解決的概念設(shè)計問題。這是一個具有巨大潛在意義的發(fā)展方向，它可以在更高的創(chuàng)造性思維活動層次上給予設(shè)計人員有效的輔助?；谟嬎銠C智能技術(shù)的產(chǎn)品敏捷開發(fā)技術(shù)就是智能制造思想與cadcam技術(shù)密切結(jié)合的必然結(jié)果。智能化產(chǎn)品敏捷開發(fā)技術(shù)包括方案優(yōu)化智能子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)

49、化智能子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)分析智能子系統(tǒng)、產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計智能子系統(tǒng)、cam智能子系統(tǒng)和智能化產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理模塊，分別對應(yīng)智能cad、cae、capp、cam技術(shù)，如圖l. 6所示。4并行工程并行工程（concurrent engineering）是隨著cadcam、cims技術(shù)發(fā)展提出的一種新哲理、新的系統(tǒng)工程方法。這種方法的思路，就是并行地、集成地開展產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)及加工、制造。它要求產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計階段就考慮產(chǎn)品整個生命周期的所有要求，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度、用戶要求等，以便最大限度地提高產(chǎn)品開發(fā)效率及一次成功率。并行工程的關(guān)鍵是用并行設(shè)計方法代替串行設(shè)計方法，圖1.7為兩種方法示意圖。在順序法中信息流

50、向是單向的，在并行法中，信息流向是雙向的。隨著市場競爭的日益激烈，并行工程必將引起越來越多的重視。但其實施也決非一朝一夕的事情，目前應(yīng)為并行工程的實現(xiàn)創(chuàng)造條件和環(huán)境。其中，與cad/cam技術(shù)發(fā)展密切相關(guān)的有如下幾項要求：研究特征建模技術(shù)，發(fā)展新的設(shè)計理論和方法；開展制造仿真軟件及虛擬制造技術(shù)的研究，提供支持并行工程運行的工具和條件；探索新的工藝過程設(shè)計方法，適應(yīng)可制造件設(shè)計（dfm）的要求；借助網(wǎng)絡(luò)及統(tǒng)一dbms技術(shù)，建立并行工程中數(shù)據(jù)共享的環(huán)境；提供多學(xué)科開發(fā)小組的協(xié)同工作環(huán)境，充分發(fā)揮人在并行工程中的作用。以上要求將極大地促進(jìn)cad/cam技術(shù)的變革和發(fā)展。5虛擬制造技術(shù)虛擬現(xiàn)實（viitual reality,vr）技術(shù)可以使人們“沉浸”在計算機創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中，并以自然的交互方式與虛擬環(huán)境交換信息。虛擬現(xiàn)實具有以