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先进制造技术基础论文学生姓名：学号专业：学校：2013年11月19日CAx技术制造业是现代国民经济和综合国力的重要支柱，其生产总值一般占一个国家国内生产总值的20%-55%。在一个国家企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。世界上各个国家经济的竞争，实际上是先进制造技术的竞争，其竞争能力上最终体现在所生产的产品的市场占有率。随着经济技术的高速发展以及顾客的需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，因而各国政府都非常重视对先进制造技术的研究。CAx技术包括CAD(ComputerAidedDesign,计算机辅助设计)、CAM(ComputerAidedManufacturing,计算机辅助制造)、CAPP(ComputerAidedProcessPlanning,计算机辅助工艺规划)、CAE(ComputerAidedEngineering,计算机辅助工程分析)等计算机辅助技术；其中CAD技术是实现CAM、CAPP、CAE、等技术的先决条件，而CAD技术的核心和基础是三维造型技术。一、CAD技术计算机辅助设计(ComputerAidedDesign)，计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量。[1]计算机辅助设计(CAD)技术是近几十年来迅速发展起来的一门新兴的综合计算机应用技术,它的应用和发展已经成为衡量一个企业现代化工业水平的重要标志。特别是在当今市场竞争日趋激烈的条件下，要想赢得竞争，企业必须以最快的上市速度、最好的质量、最低的成本、最优的服务、最利于环境的产品满足用户的不同需求。在各种先进的制造模式中，CAD技术得到了广泛的应用。无论是并行设计、协同设计、虚拟设计，还是环保设计都离不开现代CAD技术的应用。应用现代CAD技术能使设计工作实现网络化、集成化和智能化，以求达到产品设计周期短、成本低和高质量的目标。CAD（计算机辅助绘图/设计）被定义为使用计算机来制作和编辑图形。二十世纪八十年代之前，大多数图形（包括地图、平面布置图和工程设计）都是利用纸和墨水或昂贵的分时CAD系统绘制的。1982年，Autodesk推出了AutoCAD软件，将CAD引入PC并永久改变了设计领域。在第一批CAD应用程序中，有许多用于制造业、建筑业和地图绘制领域，而且许多地籍图都是利用基于PC的CAD解决方案制作的。CAD软件最初基于文件，而图形经常以图层方式进行组织。图元从借以创建它们的图层提取它们的属性（颜色、线型和要素类型），这是一种简单、高效的数据组织方式，但是要求认真控制质量以确保一致性。CAD还具有设计真实世界对象的强大工具。这些工具使用户能够创建精确的几何对象，移动和编辑这些对象，而不会失去精度。由于CAD来自一个以厘米或英寸小数位计算工程公差的世界，因此十分注重在不丢失精度的情况下管理数据。[2]对于土木工程师和勘测人员来说，精确性和准确性同样十分重要，他们迅速采用CAD以加快设计项目的数据输入和计算。诸如COGO（坐标几何图形）之类的工具与CAD实现了集成，为勘测人员和土木工程师提供了一种精确输入方法。CAD成为工程小组设计供水和下水道项目及电信设施的主要工具，以及勘测人员设计地形平面图和细化部分布局的主要工具。二、CAM技术CAM(ComputerAidedManufacturing,计算机辅助制造)狭义：计算机辅助编制数控机床加工指令，包括刀具路径规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真、NC代码的生成以及与数控装置的接口等。广义的CAM：指利用计算机辅助完成从生产到产品制造整个过程的活动，其中包括直接制造过程和间接制造过程。主要包括工艺过程设计、工装设计、NC自动编程生产作业计划、生产控制、质量控制等凡涉及零件的加工与检验、产品装配与检验的环节都属于广义CAM的范畴三、CAPP技术CAPP(ComputerAidedProcessPlanning,计算机辅助工艺规划)是根据产品设计结果进行产品的的加工方法的设计和制造过程设计。CAPP加工系统的功能、包括毛坯设计方法选择、工序设计。工艺路线制定和工时的方法选择定额计算等。工序设计包括加工设备和工装的选用、加工余量的分配、切削用量选择以及机床刀具的选择必要的工序图的生成等内容。其中工艺设计是产品制造过程中技术准备工作的一项重要内容，是产品设计与实际生产的纽带，是一个经验性很强切随制造环境的变化而多变的决策过程，随着现代技术的发展传统的设计方法已经远远不能满足自动化和集成化的要求。CAPP接受来自产品的集合拓扑信息、材料信息及精度、粗糙度等工艺信息，向CAD反馈产品的结构工艺性评价信息，CAPP向CAM提供零件加工所需的设备、工装、切削参数装夹参数以及刀具轨迹文件，同时接受CAM反馈的工艺修改意见。四、CAx技术在虚拟制造技术中的应用虚拟现实（VR）技术目标是建立一个与客观世界相似、逼真的虚拟环境（VE）。科学计算可视化（VISC）是将科学计算过程中产生的数据与计算结果转换为图形或图像并进行交互处理的理论和技术。可视化技术和多媒体技术是实现虚拟环境的基础，利用可视化技术实现的三维真实感场景是虚拟环境的最基本体现。（1）虚拟产品加工流程。设计产品的三维表达需要CAD技术的支持，在产品的设计阶段就应该考虑产品零件的可造性，对于大型复杂零件的制造可先在计算机上进行虚拟加工，进而获得合理的加工流程，为合理的设计提供工艺保障。实际上数控仿真就是在计算机上执行数控程序，并将工具图形、刀具轨迹在计算机显示器（CRT）上显示出来。（2）虚拟产品样机。机械产品从概念设计到成品面市过程，需要经历“设计→样机制造→测试评价→修改→产品”这一耗时的反复循环。如何加速新产品的开发周期，并在新产品投产之前有一个有效的手段来检验新产品的效能和适用性，避免投产后的失败，这是工程技术人员追求的目标。通过CAD技术表现样机的直观形象和功能动画。五、CAD技术在CIMS集成系统中的应用早期的CAD系统是致力于提高绘图的工作效率，数控机床的出现，发展成了计算机辅助制造CAM，进而促进了CAD技术的发展。在CIMS系统中，要求产品的信息实现CAD、CAPP和CAM的集成，实现产品设计到制造各环节中资源共享和信息传递，提高设计效率。CAD技术在CIMS系统中的应用有如下特点：（1）CAD建模技术的应用。特征建模技术是CIMS的关键技术之一。它是在CAD/CAPP/CAM范围内建立相对统一的、基于特征的产品定义模型，包括了从产品设计到制造各阶段所需要的产品定义信息，通过产品的几何形状信息和工程信息的描述，体现设计意图，并将产品的设计意图反映到各个后续环节。特征建模技术是CAD/CAPP/CAM集成的重要前提。（2）数据交换技术的应用。对于以单元自动化为目标的CAD/CAPP/CAM应用系统，各子系统数据的逻辑和物理结构差异很大，这给各子系统间的数据传递带来了一定的困难。因此，需要设计专用的数据格式文件交换产品信息。为了提高产品数据格式的标准化程度，可通过标准数据格式文件交换产品信息，这需要在各个子系统中设计前/后置数据处理程序，实现系统数据格式与标准格式的转换，常用IGES图形数据交换格式作为各子系统数据转换的标准格式。也可以通过统一的产品模型交换设计信息，使各子系统间直接进行信息交换，采用STEP标准以通用的数据格式描述一个产品在生产周期内完整的产品模型。这样做可以大大提高系统的集成性。（3）产品数据管理（PDM）技术的应用。为了提高数据传输效率和系统的集成化程度，保证各子系统间设计数据的一致性、可靠性和数据共享。可采用产品数据管理系统（PDM）统一管理与生产有关的全部信息。CAD/CAPP/CAM之间不需要传递信息。各子系统从PDM系统中提取和存放各自需要的信息，从而真正实现CAD/CAPP/CAM的集成。通过PDM实现产品设计、分析、制造、工艺规划和质量管理等方面的信息集成，确保CAD/CAPP/CAM设计出最新、最好、性能最优的产品。六、CAD的优缺点从80年代开始在我国少数院所使用，但由于当时，硬件性能、价格的限制，CAD软件自身的缺陷，人们还无法完全摆脱手绘制图。到90年代末由于软硬件性能的提高、完善，以及CAD技术的突出优点，使得CAD迅速在全国普及，大大推动了中国设计业的发展。但随着人们对CAD技术的熟悉，它的一些缺点也暴露无遗。(1)CAD技术的优点[3]一、劳动强度降低，工作人员手里拿着几只不同粗细的墨笔，丁字尺、三角板、曲线板等工具不停的在手里更换，而且一旦画错，修改非常费事，甚至从头来过，图面修修补补显的脏乱。用CAD绘图则可以一只鼠标做你想做的任何事情。它有统一的线型库、字体库，图面整洁统一。CAD软件所提供的UNDO功能让你不必担心画错，它可以使你返回到你画错之前的那一步。CAD软件绘图真正做到方便、整洁、清洁、轻松。二、设计工作的高效及设计成果的重复利用CAD之所以高效，因其最伟大的功能之一：“COPY”。一些相近、相似的工程设计，图纸只要简单修改一下就行了，或者直接套用，而你只需按几下键盘、鼠标。CAD软件可以将建筑施工图直接转成设备底图，使水暖、电气的设计师不会在描绘设备底图上浪费时间。而且现在流行的CAD软件大多提供丰富的分类图库、通用详图，设计师需要时可以直接调入。重复工作越多，这种优势越明显。结构计算的高效，一个普通的框架结构，以往手工计算需要一个星期左右时间，用CAD快的一天就可以完成。（2）CAD技术缺点[4]CAD浪费资源CAD是一项科技含量很高的技术，通常一名设计师要用半年到一年的时间才能熟练掌握CAD软件及电脑知识。可是在科技飞速发展的今天你学习的步伐永远追不上电脑、外设、CAD软件的更新、升级步伐。设计师不得不花费大量时间应付这些变化。CAD的复杂、难懂使得设计师望而却步，一些院所专门设立、配备电脑操作维修人员，甚至设立一个专门的CAD工作部，因为一个优秀的设计师不一定是CAD高手，反之亦然。CAD对人力、时间的浪费可见一斑。其次，CAD对物质财力的浪费更甚。一个院所要想实现微机制图其硬件设备如：电脑、工作站、绘图仪、复印机、扫描仪、数字化仪、数码相机、可录光驱、UPS等的投资不菲，而它们的折旧率、升级费用也很高。它的软件投资也居高不下，当然前提是使用正版软件。CAD设备的调试、维修、管理的花费亦不可小视。CAD技术的不可靠性CAD技术使得设计师不得不面对计算机病毒，CAD软件本身的BUG，设备的更新升级，电脑资料的保存等一些不可靠因素。由于上述一个或几个原因设计师就得停止工作，去解决与设计无关的问题，或者由于设计师的误操作和对CAD知识掌握不够，可能辛苦几天甚至几年的设计成果被误删、覆盖付之东流。国内某结构软件早期版本的程序错误让人汗津，岁为造成重大损失并且在后续版本得到修正，但谁又能保证现行的软件不存在问题呢。CAD技术极为方便的复制、套用使得电脑文件的版权问题也日益尖锐。综上所述，CAD技术给设计师带来了极大的方便，但也带来了许多负面效应。无论如何我们都应承认CAD给我们的好处，无法回避它的副作用。要正视它的局限性，善用它的长处。并且要有节制的使用CAD，一切都要以设计为本，不要片面追求设计技术，通过对CAD技术的不断完善发展让它更好的为我们服务。七、结束语CAx技术在不断地为人类服务并且发展着，人们也从中受益匪浅。相信随着时代的发展以及三维效果的不断进步，CAD这样的电