分析CAD/CAM技术及应用对我国机械制造业的影响

小黄豆

当今的机械制造业已不是传统意义上的机械加工，而是集机械、电子、光学、信息、材料、生物、能源、管理等学科最新成就为一体的新技术综合体。世界各国经济的竞争，也主要体现在制造技术的竞争，先进制造技术已成为当代国际间科技竞争的重点。新形势下，我国机械制造业面临着巨大的挑战和机遇。机械制造中综合应用的CAD/CAM技术，曾为机械制造业提供了强有力的技术支持，它的应用现状及发展趋势必将对我国的机械制造业产生深远的影响。
& I/ ]0 e( H7 }( w* c　　1 我国机械制造业的现状
  X; v1 o, d9 ^/ r: d　　中国现已成为世界制造业大国：制造业增加值已居世界第4位(名次为美、日、德、中)；80多种产品的产量居世界第一；国家税收总额的36%、财政收人的近50%、外汇收人的75%、工业新增就业岗位的90%是由制造业创造的；制造业吸纳了近一半的城市就业人员和农村剩余劳动力；制造业对中国的意义不仅仅是国家经济高速增长的发动机，也是推动国民经济和社会信息化的基础产业，更是科技创新的重要载体和劳动就业的主要部门，也是国家安全的基本保证。但是制造业大国不等于制造业强国，因为虽然总规模达美国的20%，但劳动生产率仅为其4%，也仅仅是全球制造强国的5%；中国还没有一家制造企业进人世界50强；大部分产品都属高消耗、低附加值的产品，处产业链的低端；大多数制造企业缺乏核心技术；所需高技术含量产品的80%以上尚依赖进口；重大装备制造业中的70%数控机床被国外产品占领，制造业大国的中国是世界第一大机床消费国。作为“装备工业中的装备工业”——机床业；其发展水平与一个国家的制造业、工业发展水平密切相关，中国正由制造大国向制造强国迈进，对机床尤其是数控机床的需求量仍将保持着高速增长，在传统制造加工领域的技术更新成为企业提升竞争能力的关键，因此数控加工成为制造业中非常重要的环节，我国的数控技术应用领域也就必须造就数十万的操作人员、编程人员和维修人员。
　　2 我国机械制造业发展的趋势及对CAD/CAM技术的要求
　　我国如何尽快地由制造业大国成为制造业强国呢?我们不得不去思考。机械制造业的发展方向应是什么?为机械制造业提供强力技术支持并起着关键作用的CAD/CAM技术开发应该遵循什么样原则?
　　21世纪初的机械制造业，总的发展趋势为：柔性化、灵捷化、智能化、信息化(网络化)同。信息产业将成为社会的主导产业，机械制造业也将由信息主导，并采用先进生产模式、先进制造技术、先进组织管理方式的全新机械制造业。其中：柔性化是使工艺装备与工艺路线能适于生产各种产品的需要，能适于迅速更换工艺、更换产品的需要。灵捷化是使生产推向市场的准备时间缩为最短，使机械制造厂的机制能灵活转向。智能化是柔性自动化的重要组成部分，也是柔性自动化的新发展和延伸，智能化促进柔性化，它使生产系统具有更完善的判断与适应能力。信息化是使机械制造业不再是由物质和能量借助于信息的力量生产出价值，而是由信息借助于物质和能量的力量生产出价值。因此，信息产业和智力产业将成为社会的主导产业。再者，制造技术也向着超精密加工、微型机械制造、超高速切削等方向发展。超精密加工技术、微型机械加工、微细电火花加工EDM、等离子加工、激光加工、离子束加工、电子束加工、超高速加工等技术的实现，为生产效率的快速提高奠定了良好的基础。同时，制造技术也在不断地对高科技进行综合利用，需将工程数学、激光学、微电子技术、计算机技术、控制论、生物学、材料科学、管理科学、信息科学、以及人文科学等知识综合利用。这些学科改变着机械制造业的面貌，而机械制造技术的发展反过来为这些学科提供了新的工具，有力地促进着这些学科的进一步发展。
  e' f" X0 O' f: R# e3 ]" Q, V- q　　CAD/CAM技术是一项利用计算机帮助人们完成产品的设计(Design)与制造(Made)的新技术，它是计算机技术在零件生产中综合应用的新飞跃。CAD包括建立几何模型、工程分析、产品分析、动态模拟、自动绘图等；CAM包括数字化控制、工艺过程设计、机器人、柔性制造系统(FMS)、工厂管理等。CAD/CAM技术是制造自动化技术的主要组成部分，它的迅猛发展，软件、硬件水平的进一步完善，为机械工业提供了强有力的技术支持，为企业的产品设计、制造、生产水平的发展带来了质的飞跃，已经成为现代企业信息化、集成化、网络化的最优选择。CAD/CAM技术也是一种集成技术系统，由系统软件、管理软件、支撑软件、应用软件组成，其中的应用软件是用户为解决某些应用问题而编制的程序，一般由用户与研究机构在系统软件与支撑软件的基础上联合开撑，因此它应遵循以下原则：(1)用户界面友好。软件是为了应用，用户是否较为容易地掌握成为评价软件的基本标准。友好的用户界面包括：使用方便，界面熟悉，有灵活的提示帮助信息，良好的交互方式，良好的出错处理。(2)遵循软件工程方法。软件工程是指导计算机软件开发和维护的工程科学；即采用工程的概念原理、技术、方法来开发和维护软件。软件工程采用生命周期法，从时间上对软件的开发和维护进行分解，把软件生存周期依次划分为几个阶段，分阶段进行开发。(3)参数化CAD。对于系列化、通用化、标准化程度高的产品，设计所用的数学模型及产品结构都是固定的；通常仅是结构尺寸的差异。对于这类产品，可将已知条件及其随着产品规格而变化的基本参数采用相应的变量代替，然后由计算机自动查询图形数据库，或由相应的软件计算出绘图所需的全部数据，再由专门的绘图生成软件在屏幕上自动地设计出图形来，称为参数化CAD。(4)成组CAD及智能化CAD。某些产品，结构虽不一样，但较相似，可以根据产品结构和工艺性的相似性，利用成组技术将零件划分成有限数目的零件库，根据同一零件族中各零件的结构特点，编制相应的CAD通用软件，用于该族零件的设计，称为“成组CAD”。智能化CAD就是将专家系统与CAD技术融为一体而建立起来的系统。
" F* Q" N$ i+ I, s8 A. v  Y2 P　　3 目前CAD/CAM软件的特点及其应用
　　3.1 国外流行的软件
　　(1) Unigraphic(ug)：UG是源于美国麦道(MD)公司的产品，是由美国通用汽车公司EDS分部的独立子公司UnigraphicSolutions开发的，集CAD/CAM/CAE于一体的 机械工程辅助系统，适用于航空、航天、汽车、通用机械及模具等的设计、分析及制造工程。UG是将优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框、表面功能结合在一起，还提供了二次开发工具GIRP、UFUNG、ITK，允许用户扩展UG的功能。(2)AutoCAD：它是美国Autodesk公司开发的具有交互式和强大二维功能的绘图软件(如二维绘图、编辑、剖面线和图案绘制、尺寸标注以及二次开发等功能)，并有部分三维功能。AutoCAD软件是目前世界上应用最广的CAD软件，占整个CAD/CAE/CAM软件市场的37%左右(在中国二维绘图CAD软件市场占有绝对优势)。(3)Pro/Engineer：它是美国参数技术公司（PTC）1988年的产品，具有先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型和便于移植设计思想的特点，用户界面友好，符合工程技术人员的机械设计思想，能将整个设计和生产过程集成在一起。最近几年Pro/E已成为三维机械设计领域里最富有魅力的软件，在中国模具工厂得到了非常广泛的应用。(4)由美国Autodesk公司基于参数化特征实体造型和曲面造型而开发的MDT软件。由美国SolidWorks公司基于Windows，平台的全参数化特征造型开发的Soildworks软件。
　　3.2 国内流行的软件
3 V/ T) k) y3 a; \9 _0 j! v# A　　(1)PICAD：PICAD系统及系列软件是中科院凯思软件集团及北京凯思博宏应用工程公司开发的具有自主知识产权的CAD软件。该软件具有智能化、参数化和较强的开放性，对特征点和特征坐标可自动捕捉及动态导航；系统提供交互环境下的开放的二次开发工具，用户可以增加功能或开发专业应用软件。(2)CAXA：CAXA电子图板是高效、方便、智能化的通用中文设计绘图 软件，辅助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计，适合二维绘图的场合，可使设计人员甩掉图板，满足相关行业的设计要求。CAXA-ME是一套数控编程和三维加工软件，具有强大的造型功能，可以快速建立复杂的三维模型，它为数控加工行业提供了从造型、设计到加工代码生成、加工仿真、代码校验等一体化的解决方案。其中的注塑模设计(CAXAIMD)是一套中文注塑模专业CAD软件，可使设计人员不必翻找设计手册即可轻松设计模具。(3)此外还有金银花系统(Lonicera)、高华CAD、GS-CAD98、开目CAD等软件，其中的金银花系统的目标是向国外三维CAD软件发出强有力的挑战。总起来说，以上各种软件各有优点和不足之处。
　　4 CAD/CAM技术的主要不足及未来趋势
　　经过近几十年的发展，我国CAD/CAM技术有了长足发展，已被广泛用于我国企业；我国CAD/CAM软件的开发水平也逐渐接近国外先进水平。但是整体来说，我国目前CAD/CAM软件不管是从产品开发水平还是从商品化、市场化程度都与发达国家尚有不小差距。例如：不少企业对CAD的认识还仅停留在绘图阶段，从而使CAD产生的效益尚未充分发挥；CAD/CAM软件应用人员参差不齐，CAD软件不能得到高效率应用；缺少既适合教学又满足企业需求的软件及教学平台。CAD/CAM技术水平还处于向高技术集成和向产业化商品化过渡的时期，还没有针对性的软件，一般都是使用通用性软件。虽在微机平台上开发CAD/CAM软件方面我国与国外起点差不多，但对引进的CAD/CAM系统的二次开发却跟不上，致使引进软件的效率不能完全发挥。针对21世纪机械制造行业的基本特征，CAD/CAM技术的发展趋势也呈现出以下几个特征：标准化、集成化技术、智能化技术、网络技术的应用、多学科多功能综合产品设计技术等。当然，我们也要看到我们的优势，那就是：了解本国市场，便于提供技术支持，相对价格便宜等。国际和国内的理论和实践给我们提供了很好的方法和理念，拓展了我们更多的发展空间。在这些前提下，我国CAD/CAM产业只要紧跟时代潮流，跟踪国际最新动态，遵守国际规范，形成自己独特的优势，并且立足国内、结合国情、面向国内经济建设的需要，一定能够开发出有特色的符合中国人习惯的CAD/CAM软件，为我国制造业的发展插上腾飞的翅膀。
6 ~, X. K) H* p4 f# Y5 j　　5 结束语
- l' N# e4 T) g- J* E　　现在和将来，中国的制造业必须积极地承接世界制造业的转移，坚持对外开放，融人世界经济全球化的过程中，力争更快地跨进制造强国的行列；为了承接世界制造业的转移，在保护知识产权的同时努力加强研发力量，努力提高创新能力，使中国制造业从中低端产品加工厂转变为世界制造业中心之一。因为国家综合实力的提高，主要依靠科学技术水平的提高，科学技术的进步主要靠创新，创新的载体是人才；所以制造业的深刻变化需要高技能人才实现，制造业高技能人才的培养需要全新的零距离培养模式，面对中国制造业的蓬勃发展，培养高素质的工程师和职业技能人才成为国家的关注点。那么依托强有力的CAD/CAM技术的支持，以工程项目带动科技进步，培养从设计、制造工艺到操作、管理的各类各级优秀人才，一定能使中国的制造业在21世纪之初——中国全面建设小康社会，实现工业化的过程中，再上一个新台阶，真正的成为世界制造业强国!