1、CAD 与 CAM 发展史世界上最早的 CAD 系统是由美国麻省理工学院于 1962 年推出 “SKETCHPAD”计算机图示设计系统, 1965 年由 Niller 发展成为第一个用于民用工程的 ICES 综合设计系统, 同年, 美国洛克希德公司组成专门小组, 花费了 100 人年的工作量 , 于 1972 年完成了一个用于飞机设计的交互式图象处理系统, 名为 CADAM, 它能绘制工程图, 并能进行分析计算, 并产生数控加工纸带, 这可能是世界上最早 CAD/CAM 系统了, 近十年来, CAD/CAM 的发展比较迅速, 出现了不少著名的专门从事 CAD/CAM 技术开发的软件公司以及研究
2、所, 如 IBM 的CADAM 公司, CV 公司, INTERGAPH 公司, ACLMA 公司, 同时 , 随着数字化仪表等计算机外围设备技术的发展, CAD 的计算机硬软件系统 , 亦由原来单一的封闭型系统, 逐步走向硬件与软件相对独立的开放型系统。七十年代到八十年代, LSI 和 ULSI 大规模和超大规模集成电路技术不断提高 , 在数平方毫米的硅片上可以容纳数十万计的元件, 于是容量大, 速度高, 体积小, 价格低廉的计算机、自动绘图仪、图形显示装置不断推陈出新, 为各工业部门兴起 CAD/CAM 热创造了条件。美国政府不断增加拨款, 以支持这项技术的发展。美国国家科学基金会的生产中
3、心甚至说“ CAD/CAM 技术是自电子技术发明以来, 与其它技术相比 , 具有更大的潜力, 能更高地提高生产率的技术。 ”八十年代, CAD/CAM 在一些技术先进的国家中已得到广泛应用。美国、西欧、日本在飞机、汽车、船舶、机电产品、机械零部件、纺织图案中都使用了 CAD。据日本 CAD 普及实况调查(1981 年 6 月), 实际运用的公司占 38%, 正在筹备的约占 78%。从各行业来看, “ 实际应用” 的百分比 , 运输机械、综合工程分别达到 50%以上, 接下去是精密机械占 40%, 电机电器占 43%, 设备工程占 38%, 普通机械占 30%, 金属产品占 12%根据 1980
4、 年的数字, 美国有 1500 个 CAD 站, 西欧有 150 个 CAD 站, 英国 SIA 计算机服务公司是国际计算机服务公司（CISI）的子公司 , 在英国伦敦、伯明翰等十大城市设立分站, 拥有 450 个远、近程终端和 1000 个以上的用户, 年销售额超过 700 万英镑。该系统与法国、美国的计算中心联网, 利用卫星传送, 美国的 100 多个城市亦能分享该公司的资源和服务。苏联至 1980 年, 已建立了十三个自动设计系统, 其中四个是设计机械产品的, 九个是设计仪表和电子产品的, 总共包括 75 个自动化设计方面的程序。这些系统配合 5000 多个 ACY , 在苏联国民经济中
5、占有显著地位。在世界经济萧条的 1980 年, 美国的 CAD 工业仍然增长了 88%。据美国市场调查公司1982 年 8 月公布的结果, 1981 年美国 CADAM 人机会话式系统销售额已达 21 亿 7 千万美元。英国虽是较小的国际市场, 每年的 CAD 发展亦约达 100%。美国商业杂志宣称, 由于使用了CADAM, 每年的收入增加 10%, 美国大多数公司已有二至五年应用 CADAM 的经验。CADAM已渗透到 25%的工业部门。八十年代初, 每年都有 CAD 方面的学术会议召开 , 交流 CAD 技术的发展、应用和 CAD站建设方面的动态。较有影响的有 ACM 的 SIG/GRAP
6、HIC 会议、IEEE Computer Graphic 会议、CAD82 会议等。当时, 在典型的 CADAM 系统中, 终端显示屏显示出一个“ 菜单” , 各种零件象菜谱一样列在那里, 任凭设计者选择、调用、组合和判断, 即所谓的 “ 菜谱技术” 。设计师、绘图员、工程师共享数据库的信息, 获得产品的零件图、装配图和透视图选择金属切削机床, 刀具材料、种类、尺寸、进刀量以及使刀具在不切削时抬起的一个间隙。此外,屏幕还显示出几何模型, 用户直接确定零件的加工过程, CADAM 系统中的软件就自动生成加工零件的NC 指令。一些具体的工程问题“ 可以用一定的数字模型来表达, 但是如何评价和接受它
7、的解, 工程师的观点和数学家的观点是很不相同的” 。在进行 CAD 设计时, 更多的不是使用数学方法上的优化, 而是从价值表分析得来, 运用工程上的优化。比如轴与轴毅的联接有几十种方案, 可以针对不同的要求, 显示满足要求的方案 , 并将有用的价值列在旁边, 供第三者参考。对某一部件则采用“ 积木式” 设计。例如设计一个滑动轴承, 可以根据任务要求输入联接方式、润滑剂、密封形式、润滑油的质量, 以及转速、径向载荷、轴孔等特性值, 就能输出一组零件的代号表, 以提供订货或通知装配车间去装配。更广泛、更大规模的优化则是以产值、利润、成本为基础, 确定企亚目标函数, 根据企业资源如人员、设备、材料等
8、约束条件, 再加上对市场需求、技术发展、经济发展的近期、中期、远期的预测技术和决策技术, 以便最后从中选优。为了适应 CADAM 技术的发展, 国外十分重视 CADAM 的教育及培训工作。有的国家专门成立了 CADAM 教育及培训委员会, 对大学生 CAD 开设课程, 对在职的工程技术人员进行培训。日本成立了“ 劳动省雇用促进事业团” , 让有资历的学者对 35 一 45 岁的科长、部长进行机械设计自动化技术（即 CAD）方面的教育。西欧各国也都建立了相应的试验性、教学用的 CADAM 车间, 对工科大学生和在职工程师进行教育和培训。据去英国参加会议的同志介绍英国工业部门决定自年起, 用三年的
9、时间进行一次对 CADAM 提高认识的运动, 在全国各地举办一系列的学习班, 包括举办 100 期为期一天的厂长学习班和为期一周的设计和生产科长学习班,八十年代初来美国机械专业新近开设而效果较好的课程就有计算机输助设计 、 计算机绘图 、 高级设计 、 机械动力学 、 机械工程设计的微处理机和系统设计等。到了 20 世纪 90 年代开始全面实行产品开发 CAD/CAM , 达到 100% 的应用率。20 世纪 80 年代后, 其工作站上运行的软件产品主要以 I- DEA S、U GII、Euclid- IS、PRO/Engineer 和 CADDS5 为主, AutoCAD 则抢占了微机 CA
10、D 市场。这些软件集成性相当高, 除 CAD/CAM 功能外,CA E (计算机辅助分析) 、CA PP (计算机辅助工艺规程设计) 和 CAQ (计算机辅助质量控制) 等都集成到系统中。它包括设计、绘图、测试、分析、制造、数据库、变量工程及数据交换八大部分, 界面友好 , 容易掌握, 用户普及, 为优化设计奠定了坚实基础。日本、法国、德国等也相继在航天航空、汽车工业、轻工业方面的设计与加工中广泛使用了 CAD/CAM 技术。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
11、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。目前机械 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,
12、因此, 必须对 CAD/CAM 控制系统的设计方案不断优化。譬如, 寻求最佳参数组合或几种参数的组合对系统中参数优化后, 将对系统动作或性能大大改观, 从而使系统在最佳方案上运行。判断最佳方案的依据是一项或一组评判标准, 有时在作决策时所选方案是制造成本最低, 而有时是保持机器在一最低温度下运行, 因此获得最佳设计的方法就是 CAD/CAM 在优化设计中的恰当应用。又譬如, 加工过程中的数字控制(NC) 是 CAM 中一个深入细致的研究领域 , 在生产制造过程中 NC 已被广泛运用于机器制造、机械加工、火箭发动机长丝缠绕、电器布线、电子装配等很多方面。一般地说, 数控系统是由一被控机床的机械结
13、构加上一个控制系统与数据处理装置所组成。因此, 一个数控系统唯一的误差来源就是机床的响应精度了。若剔除人为影响因素, 可以使制造精度大大提高。数控系统具有精确性、重复性、灵活性和多样性。数字化 CADCAM 技术是计算机、微电子、信息、自动化等技术在产品设计制造领域的渗透、衍生和应用的结果，在国民经济的各个领域中得到了广泛的研究和应用。随着科学技术的发展，数字化 CADCAM 技术的发展主要体现在集成化、全球化、网络化、智能化和绿色化。参考文献:【1 】 武 丽 机械 CAD CAM 技术应用及优化 2003【2 】 孟庆龙 刘明辉 CAD/CAM 发展趋势 PK 与屏 CAD/CAM 任务【3 】 陈定方 聂行健 石国贞 机械 CAD/CAM 的今天和明天 1984 年 2 月【4 】 马金英 数字化 CADCAM 技术的应用及发展趋势展望 2009 年
