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学院：机电工程学院专业：机械设计及其自动化班级:14060101学号：2011040601032姓名：吴丝文CAD/CAE/CAM/CAPP集成技术发展与应用引言随着计算机的迅速发展，产品设计和生产的方法都在发生着显著的变化。以前一直只能靠手工完成的许多作业，逐渐通过计算机实现了高效化和高精度化。由计算机技术与数值计算技术、机械设计、制造技术相互结合与渗透，产生了计算机辅助设计、计算机辅助工程、计算机工艺过程辅助设计与计算机辅助制造多方面集成这样一门综合性的应用技术，简称CAD/CAE/CAM/CAPP集成技术。所谓的CAD/CAE/CAM/CAPP集成技术就是由CAD、CAE、CAPP、CAM集成组成的一个可以完成设计到加工制造整个过程的系统，是CIMS的核心技术之一，主要支持和实现CIMS产品的设计、分析、工艺规划、数控加工及质量检验等工程活动的自动化处理。CAD、CAE、CAPP、CAM的集成，要求产品设计与制造紧密结合，其目的是保证产品设计、工艺分析、加工模拟，直至产品制造过程中的数据具有一致性，能够直接在计算机间传递，从而克服由图纸、语言、编码造成的信息传递的局限性，减少信息传递误差和编辑出错的可能性。一．CAD/DAE/CAPP/CAM集成技术的概念与目的CAD、CAEE、CAPP和CAM在产品设计自动化、产品性能分析自动化、工艺过程设计自动化和产品制造自动化方面起到了非常重要的作用。但它们是相对独立的系统，数据模型彼此不相容，因此各系统之间的信息无法进行自动传递和交换。例如，CAD系统建立好几何模型后，不能直接在CAE系统中转换为有限元模型进行结构分析，而是需要人工把几何信息输入到CAE系统中。又如，数控编程人员往往要对由CAD产生的大量数据重新进行处理，再输入NC程序系统。这些分离的系统不仅效率和可靠性低，更为严重的是在产品设计过程中不能及早考虑制造过程的问题，造成设计与制造的脱节，使产品的开发周期加长。制造业自动化的发展和市场竞争的需要，必然要求将CAD、CAE、CAPP和CAM有机地结合起来，从而在激烈的市场竞争中，给企业带来生存与竞争力。CAD/CAE/CAPP/CAM系统的集成分为信息集成、过程集成和功能集成。目前的CAD/CAE/CAPP/CAM系统大多是指信息的集成，即把CAD、CAE、CAPP、CAM软件有机地结合在一起，用统一的执行程序来控制和组织各功能软件信息提取、转换和共享，从而达到系统内信息的畅通和系统协调运行的目的，使产品涉及到制造的整个过程中建立了信息的集成，即实现信息的共享信息的自动转换。其中集成内容包括硬件集成和软件集成。硬件集成是指利用局域网将不同型号的微机、工作站连接起来，发挥各自的特长，从而使运行在不同型号计算机上的各子系统在硬件上集成起来。可以根据不同需要采用客户机/服务器体系结构。并根据客户要求在客户机上配备、安装各种需要的子系统，实现用户利用CAD/CAE/CAPP/CAM进行工作。软件集成是指应用程序的集成和信息的集成。对应用软件程序来说，通过对系统运行进行统一组织和控制的执行控制程序，以及用于进行信息交换的接口和网络程序使各模块有机地连接起来，同时对各子系统进行规范管理，还可根据需要，通过菜单的使用，增加系统的灵活性、可扩展性与可维护性、对信息来说，通过数据模型和共享数据树的建立、数据统一管理、通过数据接口等来实现CAD、CAE、CAPP、CAM数据的集成、管理与控制。CAD/CAE/CAPP/CAM系统集成化的目的是提供一种能覆盖以某类产品为主的，更高效能的设计、制造整体系统。使三个系统之间能实现数据自动化传递和转换，以发挥出单相应用软件所达不到的整体效益，使应用成果能作综合性的优化处理，得出经济上最合理、技术上最先进的最优化方案和设计。如图1所示，图1.CAD/CAE/CAPP/CAM集成图在CAD/CAE系统里，用户构造产品的几何模型，并转换为有限元分析模型进行工程分析，检查运动轨迹（运动仿真)，最后绘制工程图。然后再DAPP部分在产品模型的基础上进行工艺过程设计。最后由CAM部分编制机床的数控的程序和制造与装配的工艺计划。使生产过一条龙进行，更好的把握产品的整个生产过程，保证产品的设计，确定生产的加工，提高产品的生产质量。CAD、CAE、CAPP、CAM应用软件以工程数据库为核心，以图形系统和网络软件为支撑，用现代化计算机接口的方法，把这些CAD、CAE、CAPP、CAM应用软件连接为一个有机的整体；是指互相支持，互相调用，信息共同占有，数据共同享用。二．CAD/CAE/CAPP/CAM集成技术的发展概况CAD/CAE/CAPP/CAM集成，是实现企业CIMS的一个重要方面，但是从CAD、DAE、DAPP、CAM发展的历史上看，他们首先是各自独立发展，然后又逐渐彼此靠拢，并试图结合起来。20世纪80年代以后，由于产生发展的需要，CAD/CAE/CAPP/CAM集成技术的研究已成为一个十分突出的问题。能否实现CAD、CAPP、CAPP、CAM系统之间有效的、可靠的集成，涉及的因素很多，诸如CAD/CAE/CAPP/CAM各模块之间的数据能否共享、数据通讯、交换是否顺畅、所表达的信息是否完备等，这些问题，归纳起来主要有统一的产品定义和产品数据交换两个方面。国外在CAD/CAE/CAPP/CAM集成方面做了大量的工作，涌现出许多机车固化的软件系统，如美国SDRC公司的I-DEAS、法国国家科学研究中心的Euclid、美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer以及CADAM、CATIA、ICEM等。美国SDRC公司于1993年3月正式公布了一个集成化CAD/CAE/CAPP/CAM系统的最新版本MasterSeries，它以实体造型系统为核心，集设计、仿真、加工、测试、数据库为一体，可以实现比较完美的集成。法国国家科学研究中心的Euclid系统是以CIM为目标，它的造型系统采用了集线框模型、实体模型、表面模型、参数化模型以及体征模型于一体的统一的几何模型，为CAD、CAE、DAPP、CAM提供了完善的建模手段。美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer系统，以统一的数据库为轴线，以实体造型为核心，把从设计到生产的全过程（包括造型、装配、布线、绘图、标准件库、特征库、数控编程、有限元、电器设计、曲面设计、工程管理等）集成在一起。该系统综合考虑了线框模型、表面模型、实体模型、参数化造型及特征造型，它的绘图模型能直接从实体模型上产生双向一致的标准工程图，并具有标注尺寸和工差等能力。除此之外，CAD/CAE/CAPP/CAM集成系统还组建了专门的数据管理。产生了通用型数据、设计型数据、工艺加工型数据、管理信息数据，根据实际生产的需要从系统中任意的提取数据进行快捷便利的过程设计及加工制造。产生了支持复杂工程数据的存储和管理、支持模式的动态修改和扩充、支持工程设计事务处理和恢复、支持多库操作和多版本管理、支持分布环境、用户管理等功能。同时，由于CAD、CAPP、CAM和CAE系统是独立发展起来的，并且各自处理的着重点不同，所以它们的数据模型彼此不相容，产生了一套CIMS的系统。三．CAD/CAE/CAPP/CAM集成系统的应用随着CAD/CAE/CAPP/CAM集成技术的多年发展，目前已经出现了多个优秀、流行的CAD/CAE/CAPP/CAM商品化软件，如I-DEAS软件（以DAD、CAE、CAM一体化著称，曲面造型完全基于NURBS几何定义）、UG软件（美国EDS公司产品，集成了美国航空航天、汽车工业的经验，是机械集成化CAD/CAE/CAM主流软件之一）、Pro/Engineer软件（美国PTC公司产品包括工业设计和机械设计等多方面功能，及其对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等。）、CATIA软件（由法国著名飞机制造公司Dassault开发的CAD/CAE/CAM/PDM集成化应用系统。在曲面造型独具一格。）等。这些软件都分别具有三维建模、工程分析、加工仿真等功能。如今，由于科学技术和计算机技术的不断更新换代世界经济一体化时代的到来，在制造业也提出了很多新技术、新想法、新概念，并不断地引入到新产品的设计与制造领域中，诸如并行工程、快速成型技术、敏捷制造、拟实制造等。其中敏捷制造（AM,AgileManufacturing）又称灵敏制造、灵活制造，是美国里海大学（Lehigh）学者R.N.纳吉尔（RogerN.Nagel）在“21世纪制造企业战略”报告中提出的。它是在柔性制造技术的基础上，通过企业内部的多功能项目组和企业外部的多功能项目组，组建虚拟公司。把全球范围内各种资源，包括人的资源集成在一起，实现技术、管理和人的集成，对千变万化的市场机会做出快速反应的一种新的经营管理模式。快速成型系统又称快速原型制造（RapidPrototyping）、薄层制造（LayerManufacturing）、自由形状粉末造型（FreeFormPowerModeling），是20世纪80年代末出现的一种崭新概念的CAD/CAM技术，它的迅速发张已经转变成当今非常有前景的3D打印技术。所谓的虚拟制造（VisualManufacturing）是将制造过程的计算机模型和仿真用于辅助产品设计和生产全过程的做法。它能包容从车间工艺过程到企业营销业务的全部生产过程中的变量。换而言之，虚拟制造技术要容纳从底层生产线到企业上层所有能看得见的生产过程、工艺计划、调度、装配计划、后勤供应，以及其他相关过程，如财会、采购和管理等。实现可以给企业在面对多变的市场需求下，得到很多好处。将大大缩短新产品的提前期，提高产品质量，改善新产品的可生产性，加快对用户需求的影响等。并行工程（ConcurrentEngineering）又称同步工程或并型设计，是一种提高企业竞争能力，并使其获得巨大效益的哲理。它是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品生命周期（从概念形成到产品报废）中的所有因素，包括质量、成本、进度与用户需求。它以CIMS的信息技术为基础，打破仅从产品功能出发，由少数工程人员设计产品的旧格局，打破企业内部机构之间的界限，建立跨学科的、由涉及产品生命周期各个时期的专家组成的工作小组参与产品开发，形成艺人及合作关系为基础、协同工作、合作开发产品的新格局。使产品开发的早期阶段能及早考虑下游的各种因素，达到缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本的目标。四．总结总而言之，CAD/CAE/CAPP/CAM技术以计算机及周边设备和系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析（FEA）及优化设计、数控加工编程（NCP）、仿真模拟及产品数据管理（PDM）等内容。是一种设计人员借助于计算审进行设计的方法。其特点是将人的创造能力和计算审的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力有审地结合起来。CAD/CAE/CAM技术随着Internet/Intranet网络和并行高性能计算及事务处理的普及，协同虚拟设计及实时仿真技术,把每个技术所携带分支功能发挥到极致，是现代化设计制造都迈向一个全新的阶段，结合更多的科技技术，其功能上将变得越来越多样化、全面化。并且会在今后的生产生活中起到不可估量的作用。五．参考文献1.任仲贵.CAD/CAM原理.北京：清华大学出版社，19892.戴同.CAD/CAPP/CAM基础教程.北京：机械工业出版社，1997