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1、CAD概念 主要主要内内容容1CAD技术的发展技术的发展2CAD的应用状况的应用状况3应用应用CAD的效益的效益4CAD技术的新发展技术的新发展5CAD技术oCAD计算机辅助设计（Computer Aided Design）是指工程技术人员以计算机为辅助工具来完成产品设计过程中的各项工作，如草图绘制、零件设汁、装配设计、工装设计、工程分析等；o从两个不同的方面进行对CAD概念进行理解：o就目前CAD技术可实现的功能而言，它是由在设计人员进行产品概念设计的基础上从事产品的几何造型分析，完成产品几何模型的建立，然后抽取模型中的有关数据进行工程分析和计算，例如有限元分析、仿真模拟等，根据计算结果决定
2、是否对设计结果进行修改，修改满意后编辑全部设计文档，输出工程图。oCAD技术也是一项建模技术，它是将产品的物理模型转化为产品的数据模型，并把建立的数据模型存储在计算机内供后续的计算机辅助技术所共享，驱动产品生命周期的全过程。CAD技术的发展技术的发展（CAD技术经历了四个发展阶段）技术经历了四个发展阶段）： o1形成期形成期 1950年美国麻省理工学院采用阴极射线管（CRT）研制成功图形显示终端，实现了图形的动态显示，从此结束了计算机只能处理字符数据的历史。1950年美国麻省理工学院（MIT）研制出类似于示波器的图形设备“旋风I号”（Whirlwind I），用它可以显示简单图形。整个50年代
3、，人们大多采用电子管计算机，用机器语言编程。计算机主要用于科学计算，为之配置的图形设备仅具有输出功能，CAD技术处于被动式的图形处理阶段。o2发展期发展期 20世纪50年代后期出现了光笔，从而开始了交互式绘图。20世纪60年代初，开发了屏幕菜单点击、功能键操作、光笔定位、图形动态修改等交互绘图技术。1962年美国学者Ivan Suthcrland开发出第一个交互式图形系统Skechpad。此后，相继出现了一大批CAD商品软件。60年代未，美国安装的CAD工作站已达200多台，可供几百人使用。但当时由于显示器价格昂贵，CAD系统很难推广应用，到20世纪60年代未期，显示技术产生了突破，显乐器成本
4、大幅下降，CAD系统的性能价格比大大提高，CAD用户以每年30的速度增加。形成CAD产业。20世纪70年代的CAD技术还是以二维绘图和三维线框图形系统为主。o3成熟期成熟期 1973年诞生了第一个实体造型（Solid Modeling）试验系统，并于1978年推出了第一代实体造型软件，此后的二十年中实体造型技术成为CAD技术发展的主流，并走向成熟，出现了一批以三维实体造型为核心的CAD软件系统。实体造型技术的发展和应用大大拓宽了CAD技术的应用领域，出现了面向中小企业的CADCAM商品化系统。o4集成期集成期 在这个时期，图形系统和CAD工作站的销售量与日俱增。CAD技术从大中企业向小企业扩展
5、，从发达国家向发展中国家扩展，从用于产品设计发展到用于工程设计和工艺设计。CAD技术和系统的开放性取决于其所用计算机和系统软件的开放性。在这个时期由于微机加Windows 9598NT操作系统与工作站加Unix操作系统在以太网的环境下构成了CAD系统的主流工作平台，因此，现在的CAD技术和系统都具有良好的开放性。同时，CAD、CAM各自对设计和生产所产生的巨大推动作用已被认同，加之设计和制造自动化的需求，出现了集成化CAD/CAM系统 CAD/CAM的应用状况的应用状况o近二十年中，CAD/CAM是发展最迅速的技术和产业之一，也是应用领域最广泛的实用技术之，它推动了制造领域的革命。1990年，
6、美国国家工程科学院对人类25年（1964一1989）的工程成就进行评比的结果中，CAD/CAM技术开发和应用在十大成就中居第六位：同时，这一新技术及其应用水平也己成为衡量一个国家工业生产技术水平和现代化程度的重要标志。目前，工业发达国家已有80以上的企业使用CAD/CAM技术；国内也的70的大中型企业使用了CAD/CAM技术，随着计算机硬件和软件的不断发展，CAD/CAM系统的性能价格比不断提高，使得CAD/CAM技术的应用领域也不断扩大；1990年全世界CAD/CAM的销售额已经超过100亿美元并逐年增加，明显高于其它产业的增长率。o航空航天、造船、机床制造、汽车都是国内外应用CAD/CAM
7、技术较早的工业部门。首光是用于飞机、船体、机床、汽车零部件的外形设计；然后进行一系列的分析计算，如结构分析、优化设计、仿真模拟；最后根据CAD的几何数据与加工要求令成数控加工纸带。航天部门不仅CAD/CAM的实施与推广应用做得好，而且在计算机管理力面也有较高水平；造船行业利用CAD/CAM系统提高了船体钢板下料的精度。每艘万吨级的船舶仅此一项就书约钢材约150200 t机床行业应用CAD/CAM系统进行模块化设计，实现了对用户特殊要求的快速响应制造，缩短了设计制造周期，提高了整机质量；电子工业应用CAD/CAM技术进行印刷电路板生产，并实现了不采用CAD/CAM根本无法实现的集成电路生产；在土
8、木建筑领域，CAD技术，可节省方案设计时问约90、投标时间30、重复绘制作业费90；除此之外，CAD技术还可用于轻纺服装行业的花纹图案与色彩设计、款式设计、排料放样及衣料裁剪；人文地质领域的地理图、地形图、矿藏勘探图、气象图、人口分布密度图以及有关的等值线、等位面图的绘制；电影电视中动画片及特技镜头的制作等许多力面。 o我国在CAD/CAM技术方面的研究始于20世纪70年代中期，主要的研究单位是高等学校、当时的研究内容主要围绕二维图形软件进行开发，并在航空和造船工业首先获得应用，20世纪80年代初，开始成套引进国外CAD/CAM系统，在此基础上进行二次开发并应用在少数大型企业和设计院所，取得了
9、一定的成果。o经过“六五”起步、“七五”攻关、“八五”推广，我国的CAD/CAM应用到20世纪90年代进入全面推广阶段，在科技部的统一部署下、原机械部开展CAD应用1550工程，培育了50家应用示范企业，带动了近500家CAD重点应用企业，与此同时，科技部、国防科工委也重点扶持了一批民用、国防企业推广应用CAD/CAM技术，如西安和成都飞机制造工业公司都建立厂飞机CAD/CAM系统；北京第一机床厂是国内推广应用CAD/CAM技术成效显著的企业，1994年通过了国家科委组织的BYJC-CIMS应用工程项目的验收，并于1995年获得美国制造工程种师协会（ASME）颁发的“工业领先奖”。至20世纪9
10、0午代后期，我国CAD/CAM技术的应用企业覆盖了重型机械、矿山机械、工程机械、电工电器、机床、航空航天、兵器、仪器仪表、建筑、服装等行业，覆盖面和普及率达到近70，并形成了全国范围内的教育培训体系。o在大力推广应用CAD/CAM技术的同时，在各级政府和企业资助下，开发了一批具有自主知识产权的软件系统，如清华大学高华CAD、华中科技大学开发的开目CAD 、北京航空航大大学开发的华正CADCAM系统等，这使我国的CAD/CAM技术研究及应用水平有了一个较大的提高。o我国科学技术部在CAD应用工程2000年规划纲要中指出：“到2000年，在国民经济主要部门的科研、设计单位和企业中全面普及推广CAD
11、技术，实现甩掉图板（指传统设计中的描图板），提高智能劳动效率推广我国CAD市场，扶持发展以CAD为突破口的我国自主创新的软件产业，建它起我国的CAD产业”。重点在机械制造业的大中型骨干企业和科研单位中普及应用CAD技术；同时，在全国各类企事业单价中大规模应用CAD技术。 应用应用CADCAM的效益的效益o如前所述，CAD/CAM不仅本身作为一项高新技术产业，产生厂巨大的经济效益而且CAD/CAM的应用，从多个方面为企业带来了巨大的经济效益和社会效益。o应用CAD/CAM技术进行产品的开发，能使设计、生产、维修工作快速而高效率地进行。例如，过去生产一个大规模集成电路芯片要花两年的时间而采用CAD
12、/CAM技术只要两用即可完成。美国道格拉斯公司开发F15战斗机，用CAD/CAM技术设计、试制，生产第一架飞机即解决了发动机气道和机舱密封等关键问题；美国采用CAD/CAM技术开发、生产波音747，要比英国的三叉戟飞机少用两年时间；美国GM公司在汽车开发中应用CAD/CAM技术，使得新型汽车的设计周期由5年缩短为3年。而且，新产品的可信度由20提高到60。1995年，制造业出现了一个划时代的创举波音777未经生产样机就获得了订货。CAD/CAM技术（数字化预装配）是实现这一创举、确保飞机设计和生产一次成功的关键技术之一。o我国杭州汽轮机动力集闭公司推广应用CAD/CAM技术使得现有的90产品设
13、计图样实现了CAD，每项产品设计财间从个月缩短为个月。沈阳变压器厂用CAD技术输出三峡工程项目三维彩色产品设计图和计算机分析的数据，从而赢得7三峡工程的招标项目；沪东造船厂应用CAD技术后，生产技术准备周期缩短13以上，造船的设计开发能力提高一倍使其从粗放的造船模式向精密造船模式转化；寰球化工工程公司应用CAD技术在盘纳乙烯装置工程中，进行碰撞检查后，使95以上错误得以纠正，在总长20多万米的管道设计中，施工结束后剩余钢管不到10米，钢结构压缩机厂房10万个钉孔中，不对中的孔不到10个，这是人工设计,绝对办不到的。 美国科学研究院的工程技术委员会曾对CADCAM集成技术所能得到的效益进行了测算
14、 CADCAM技术的新发展技术的新发展o制造业面临的市场形势制造业面临的市场形势o当今世界，科学技术突飞猛进，世界经济格局变化已大，市场竞争日益激烈。产品需求向个性化、多样化方向发展，传统的制造模式不能适应瞬息万变的市场需求。世界性的激烈竞争使得市场变化得太快，以至企业的自我调整变化的速度跟不上市场变化速度，这是影响企业生成和发展的世界性问题。在这种情况下，多品种、变批量的制造模式正逐渐取代传统的制造模式。新的制造模式和竞争策略要求企业追求更完善的T、Q、C、S，即上市时间（Time to Market）短、质量（Quality）高、成本（Cost）低及售后服务（Service）完善，这给产品
15、设计与制造带来了很大的压力。 o人类已经步入知识经济和信息化的时代，随着世界自由贸易体制的不断完善，全球统一大市场的形成以及全球信息高速公路网络和交通运输体系的建立，制造业将得以借助全球互联网络、计算机通汛和多媒体技术实现全球或异地制造资源（知识、人才溃金、软件、设备等）的共享与互补。制造业、制造产品和制造技术走向国际化，制造自动化系统也进一步向网络化、全球化方向发展。基于因特网的全球制造将在不久的将来变成现实，敏捷制造企业和虚拟公司将应运而生，真正的虚拟制造系统和敏捷制造系统也在21世纪面世。 n为了适应未来制造业的发展，对CADCAM及其相关技术提出了新的需求：n1）集成化 更强调技术、人
16、和管理的集成。在开发制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成、资源集成、过程集成、技术集成及人员集成。n2）智能化 应用人工智能技术实现产品生命周期（包括产品设计、制造、发货、支持用户到产品报废回收等）各个环节的智能化，实现生产过程包括组织、管理、计划、调度、控制等）各个环节的智能化，也要实现人与制造系统的融合及人的智能的充分发挥。n3）网络化 网络技术包括硬件与软件的实现。各种通讯协议及制造自动化协议、信息通信接口、系统操作控制策略等是实现各种制造系统自动化的基础。n4）分布式并行处理技术 分布式并行处理技术实现制造系统中各种问题的协同求解、获得系统的全局最优
17、解，实现系统的最优决策。n5）多学科、多功能综合产品开发技术 机电产品的开发设计不仅涉及到机械科学的理论与知识（力学、材料、工艺等），而且还涉及到电磁学、光学、控制理论等。不仅要考虑技术因素，还必须考虑到经济、心理、环境、卫生及社会等方面因素。机电产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求机电产品动静态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。n6）虚拟现实技术 利用虚拟现实技术多媒体技术及计算机仿真技术，实现产品设计制造过程中的几何仿真、物理仿真、制造过程仿真及使用过程仿真 n7）人一机一环境系统技术 将人、机器和环境作为一个系统来研究，发挥系统的最佳效益：研究的重点是：人机环境的体系结构及集成技术、人在系统中的作用及发挥、人机柔性交互技术、人机智能接口技术、清洁制造等。