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椋炶墖鍥剧墖: [討論帖] 工業軟件起源大揭密

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在現代機械制造業中,模具工業已成為國民經濟中的基礎工業,許多新產品的開發和生產,在很大程度上依賴于模具制造技術,特別是在汽車、輕工、電子和航天等行業中尤顯重要。模具制造能力的強弱和模具制造水平的高低,已經成為衡量一個國家機械制造技術水平的重要標志之一,直接影響著國民經濟中許多部門的發展。模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分別發展的基礎上發展起來的,它是計算機技術在模具生產中綜合應用的一個新的飛躍。CAD/CAM技術的迅猛發展,軟件、硬件水平的進一步完善,為模具工業提供了強有力的技術支持,為企業的產品設計、制造和生產水平的發展帶來了質的飛躍,已經成為現代企業信息化、集成化、網絡化的最優選擇。

1目前國內流行的CAD/CAM軟件特點及其應用情況

1.1國外軟件

1.1.1 Unigraphics(ug)

UG起源于美國麥道(MD)公司的產品,1991年11月并入美國通用汽車公司EDS分部。UG由其獨立子公司UnigraphicsSolutions開發,是一個集CAD/CAM/CAE于一體的機械工程輔助系統,適用于航空、航天、汽車、通用機械以及模具等的設計、分析及制造工程。UG是將優越的參數化和變量化技術與傳統的實體、線框和表面功能結合在一起,還提供了二次開發工具GRIP、UFUNG、ITK,允許用戶擴展UG的功能。

1.1.2 AutoCAD

AutoCAD是美國Autodesk公司開發的一個具有交互式和強大二維功能的繪圖軟件,如二維繪圖、編輯、剖面線和圖案繪制、尺寸標注以及二次開發等功能,同時有部分三維功能。AutoCAD軟件是目前世界上應用最廣的CAD軟件,占整個CAD/CAE/CAM軟件市場的37%左右,在中國二維繪圖CAD軟件市場占有絕對優勢。

1.1.3 MDT(MechanicalDesktop)

MDT是Autodesk公司在基于參數化特征實體造型和曲面造型的CAD/CAM軟件,它以三維設計為基礎,集設計、分析、制造以及文檔管理等多種功能為一體,為用戶提供了從設計到制造一體化的解決方案。據稱目前已經裝機2萬余套,國內已銷售近千套。

1.1.4 SolidWorks

SolidWorks是由美國SolidWorks公司于1995年11月研制開發的基于Windows平臺的全參數化特征造型的軟件,SolidWorks是世界各地用戶廣泛使用,富有技術創新的軟件系統,已經成為三維機械設計軟件的標準。它可以十分方便地實現復雜的三維零件實體造型、復雜裝配和生成工程圖。圖形界面友好,用戶易學易用。SolidWorks軟件于1996年8月由生信國際有限公司正式引入中國以來,在機械行業獲得普遍應用,目前用戶已經擴大到三十多萬個單位。

1.1.5 Pro/Engineer

Pro/Engineer是美國參數技術公司(ParametricTechnologyCorporation簡稱PTC)的產品,于1988年問世。Pro/E具有先進的參數化設計、基于特征設計的實體造型和便于移植設計思想的特點,該軟件用戶界面友好,符合工程技術人員的機械設計思想。Pro/Engineer整個系統建立在統一的完備的數據庫以及完整而多樣的模型上,由于它有二十多個??楣┯沒а≡?故能將整個設計和生產過程集成在一起。在最近幾年Pro/E已成為三維機械設計領域里最富有魅力的軟件,在中國模具工廠得到了非常廣泛的應用。

1.2國內軟件

1.2.1 PICAD

PICAD系統及系列軟件是中科院凱思軟件集團及北京凱思博宏應用工程公司開發的具有自主知識產權的CAD軟件。該軟件具有智能化、參數化和較強的開放性,對特征點和特征坐標可自動捕捉及動態導航;系統提供局部圖形參數化、參數化圖素拼裝及可擴充的參數圖符庫;提供交互環境下的開放的二次開發工具,用戶可以任意增加功能或開發專業應用軟件。PICAD是國內商品化最早、市場占有率最大的CAD支撐平臺及交互式工程繪圖系統,自從1991年推出中國第1個商品化的二維CAD系統以來,PICAD的用戶已經遍及各行業及各省市,至今裝機量已超過數萬套。

1.2.2高華CAD

高華CAD軟件包括機械設計及繪圖系統GHMDS、計算機輔助繪圖支撐系統GHDrafting、工藝設計系統GHCAPP、產品數據管理系統GHPDMS、三維幾何造型系統GHGEMS及自動數控編程系統GHCAM。其中GHMDS是基于參數化設計的CAD/CAE/CAM集成系統,具有全程導航、圖形繪制、明細表的處理、全約束參數化設計、參數化圖素拼裝、尺寸標注、標準件庫、圖像編輯等功能???。

1.2.3 CAXA

CAXA電子圖板是一套高效、方便、智能化的通用中文設計繪圖軟件,可幫助設計人員進行零件圖、裝配圖、工藝圖表、平面包裝的設計,適合所有需要二維繪圖的場合,使設計人員可以把精力集中在設計構思上,徹底甩掉圖板,滿足相關行業的設計要求。

CAXA-ME是一套數控編程和三維加工軟件,具有強大的造型功能,可快速建立各種復雜的三維模型,它為數控加工行業提供了從造型、設計到加工代碼生成、加工仿真、代碼校驗等一體化的解決方案。其中的CAXA注塑模設計(CAXA-IMD)是一套中文注塑模專業CAD軟件,該軟件提供注塑模標準模架和零件庫,以及塑料、模具材料和注射機等設計參數數據庫,可隨時查詢、檢索;并能自動換算型腔尺寸,對模具進行各種計算。使用該軟件,設計人員不必翻找設計手冊即可輕松設計模具。

1.2.4 GS-CAD98

GS-CAD98是浙江大天電子信息工程有限公司開發的基于特征的參數化造型系統的軟件。它是一個具有完全自主知識產權的基于中文Windows95/NT平臺的三維CAD系統,該軟件是在國家“七五”重大攻關及863/CIMS主題目標產品開發成果的基礎上,參照SolidWorks的用戶界面風格及主要功能開發完成的。它包括實體、草圖、參數化特征造型及高級曲面造型技術以及采用自適應參數關聯技術來保證從設計到制造過程中各個環節的一致性。

1.2.5金銀花系統(Lonicera)

金銀花系統是由廣州紅地技術有限公司開發的基于STEP標準的CAD/CAM系統。該系統是國家科委863/CIMS主題在“九五”期間科技攻關的最新研究成果。它是基于STEP標準的CAD/CAM系統,該軟件主要應用于機械產品設計和制造中,它可以實現設計/制造一體化和自動化。該軟件采用面向對象的技術,使用先進的實體建模、參數化特征造型、二維和三維一體化、SDAI標準數據存取接口的技術;具備機械產品設計、工藝規劃設計和數控加工程序自動生成等功能;同時還具有多種標準數據接口,如STEP、DXF等;支持產品數據管理(PDM)。目前金銀花系統的系列產品包括:機械設計平臺MDA、數控編程系統NCP、產品數據管理PDS、工藝設計工具MPP?;瞪杓破教∕DA1.7版已投放市場,MDA99版也已發布,目標是向國外三維CAD軟件發出強有力的挑戰。

1.2.6開目CAD

開目CAD是華中理工大學機械學院開發的具有自主知識產權的CAD和圖紙管理軟件,它面向工程實際應用??緾AD在設計思想上遵循畫法幾何的原理,直接模仿工程技術人員手工繪圖時的思維模式和繪圖方法,支持全約束、過約束、欠約束驅動的尺寸分析與驅動???滿足用戶各類需求;支持AUTOCAD具有的塊、層功能,保證了與AUTOCAD的完全兼容;擁有強大、靈活的零件標注與明細欄設計功能,靈活的自定義尺寸樣式、零件標注樣式、上線、智能導航工具更使用得心應手。

2目前CAD/CAM軟件二次開發情況

如上所述,許多商品化的CAD/CAM系統在模具行業中得到了廣泛應用,但由于這些CAD/CAM系統都是作為通用機械設計與制造軟件來設計的,沒有特別針對模具,為了提高模具設計的效率與正確率,需要對其進行二次開發。在微機平臺上開發CAD/CAM軟件方面我國與國外起點差不多,都是使用VisualC++或OpenGL等工具進行軟件開發,國內許多高校、軟件公司和企業在此基礎上開發出了先進的、有自己特色的、符合中國用戶習慣的CAD/CAM軟件或???其中有一些成果已經得到了推廣和使用[7]。如華中科技大學1997年推出了HSC2.0注射模CAD/CAE/CAM集成系統,該系統以AutoCAD軟件包為圖形支撐平臺,包括模具結構設計子系統,結構及工藝參數計算校核子系統,塑料流動、冷卻等子系統。合肥工業大學基于AutoCAD與MDT的三維參數化注射模系統IPMCADV4.0。另外,眾多的科研單位和企業也針對具體應用開發了眾多的插件和???如武漢汽車工業大學開發了基于SolidWorks的三維標準件庫3DPARTLIB等。

3模具CAD/CAM軟件開發應遵循的原則

1)用戶界面友好軟件開發的目的是為了應用,所以用戶是否可以較為容易地掌握成為評價軟件的基本標準。一個友好的用戶界面應包括:使用方便,界面熟悉,有靈活的提示幫助信息,良好的交互方式,良好的出錯處理。

2)遵循軟件工程方法軟件工程是指導計算機軟件開發和維護的工程科學。即采用工程的概念原理、技術和方法來開發和維護軟件。軟件工程采用生命周期法從時間上對軟件的開發和維護進行分解,把軟件生存周期依次劃分為幾個階段,分階段進行開發。

3)參數化CAD對于系列化、通用化和標準化程度高的產品,產品設計所采用的數學模型及產品結構都是固定的。不同的僅是結構尺寸的差異,這是由于相同數目及類型的已知條件在不同規格的產品設計中取不同值而造成的。對于這類產品,可以將已知條件及其他的隨著產品規格而變化的基本參數用相應的變量代替,然后根據這些已知條件和基本參數,由計算機自動查詢圖形數據庫,或由相應的軟件計算出繪圖所需的全部數據,由專門的繪圖生成軟件在屏幕上自動地設計出圖形來,這種方法稱為參數化CAD。

4)成組CAD許多企業的產品結構盡管不一樣,但比較相似,可以根據產品結構和工藝性的相似性,利用成組技術將零件劃分成有限數目的零件庫,根據同一零件族中各零件的結構特點編制相應的CAD通用軟件,用于該族所有零件的設計,這就是“成組CAD”。

5)智能化CAD工程設計中有一部分工作是非計算性的,需要推理和判斷,其中包括設計過程內容的過程決策和具體設計的技術決策。因此,設計效率和質量在較大程度上取決于設計師的實踐經驗、創造性思維和工作的責任心。采用專家系統可以指導設計師下一步該做什么,當前存在問題,建議問題的解決途徑和推薦解決方案,或者模擬人的智慧,根據出現的問題提出合理的解決方案。采用專家系統可以提高設計質量和效率。智能化CAD就是將專家系統與CAD技術融為一體而建立起來的系統。

4模具CAD/CAM技術發展趨勢

21世紀模具制造行業的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網絡化,追求的目標是提高產品質量及生產效率,縮短設計周期及制造周期,降低生產成本,最大限度地提高模具制造業的應變能力,滿足用戶需求。具體表現出以下幾個特征。

1)標準化 CAD/CAM系統可建立標準零件數據庫,非標準零件數據庫和模具參數數據庫。標準零件庫中的零件在CAD設計中可以隨時調用,并采用GT(成組技術)生產。非標準零件庫中存放的零件,雖然與設計所需結構不盡相同,但利用系統自身的建模技術可以方便地進行修改,從而加快設計過程,典型模具結構庫是在參數化設計的基礎上實現的,按用戶要求對相似模具結構進行修改,即可生成所需要的結構。

2)集成化技術現代模具設計制造系統不僅應強調信息的集成,更應該強調技術、人和管理的集成。在開發模具制造系統時強調“多集成”的概念,即信息集成、智能集成、串并行工作機制集成及人員集成,這更適合未來制造系統的需求。

3)智能化技術應用人工智能技術實現產品生命周期(包括產品設計、制造、使用)各個環節的智能化,實現生產過程(包括組織、管理、計劃、調度、控制等)各個環節的智能化,以及模具設備的智能化,也要實現人與系統的融合及人在其中智能的充分發揮。

4)網絡技術的應用網絡技術包括硬件與軟件的集成實現,各種通訊協議及制造自動化協議,信息通訊接口,系統操作控制策略等,是實現各種制造系統自動化的基礎。目前早已出現了通過Internet實現跨國界模具設計的成功例子。

5)多學科多功能綜合產品設計技術未來產品的開發設計不僅用到機械科學的理論與知識,而且還用到電磁學、光學、控制理論等知識。產品的開發要進行多目標全性能的優化設計,以追求模具產品動靜態特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。

6)逆向工程技術的應用在許多情況下,一些產品并非來自設計概念,而是起源于另外一些產品或實物,要在只有產品原型或實物模型,而沒有產品圖樣的條件下進行模具的設計和制造以便制造出產品。此時需要通過實物的測量,然后利用測量數據進行實物的CAD幾何模型的重新構造,這種過程就是逆向工程RE(ReverseEngineering)。逆向工程能夠縮短從設計到制造的周期,是幫助設計者實現并行工程等現代設計概念的一種強有力的工具,目前在工程上正得到越來越廣泛的應用。

7)快速成形技術快速成形制造技術RPM(RapidPrototyping&Manufacturing)是基于層制造原理,迅速制造出產品原型,而與零件的幾何復雜程度絲毫無關,尤其在具有復雜曲面形狀的產品制造中更能顯示其優越性。它不僅能夠迅速制造出原型供設計評估、裝配校驗、功能試驗,而且還可以通過形狀復制快速經濟地制造出產品模具(如制造電極用于EDM加工、作為模芯消失鑄造出模具等),從而避免了傳統模具制造的費時、高成本的NC加工,因而RPM技術在模具制造中日益發揮著重要的作用。

5 CAD/CAM技術存在的主要不足

我國模具CAD/CAM技術的應用依然存在著許多不足,如:

1)不少的企業對CAD的認識還僅僅停留在繪圖階段,從而使CAD產生的效益尚未得到充分發揮。

2)CAD/CAM軟件應用人員參差不齊,不能讓CAD軟件得到的高效率應用。

3)在引進模具CAD/CAM技術時存在著盲目性傾向。

4)引進的模具CAD/CAM系統的二次開發跟不上,致使引進軟件的效率不能完全發揮。

5)國內模具CAD/CAM技術水平還處于高技術集成和向產業化、商品化過渡的時期,自主開發的模具CAD/CAM系統商品化程度不夠高,功能和穩定方面與國外先進軟件還有很大差距。

6結語

經過這幾十年的發展,我國模具CAD/CAM有了長足的發展,模具CAD/CAM技術已經被廣泛應用于我國企業。我國研制模具CAD/CAM軟件的開發水平也逐漸接近國外先進水平。在政府的大力支持下先后出現了一批先進的模具CAD/CAM示范企業,高校和企業也培養了一大批模具CAD/CAM軟件開發及應用人才。但總的來說,我國目前模具CAD/CAM軟件不管是從產品開發水平還是從商品化、市場化程度都與發達國家有不小的差距。模具CAD/CAM技術水平還處于向高技術集成和向產業化商品化過渡的時期,研制的軟件在可靠性和穩定性方面與國外工業發達國家的軟件尚有一些差距,還沒有針對性的軟件,使用一般都是通用性軟件。但是我們不但要看清我們的劣勢,也要看到我們的優勢。與國外軟件相比我們的優勢是:了解本國市場,便于提供技術支持,相對價格便宜等。另外,我們有政府的大力支持,各大高校也為CAD軟件的開發培養了大批的人才。在這些前提下,我國模具CAD/CAM產業不僅要緊跟時代潮流,跟蹤國際最新動態,遵守各種國際規范,形成自己獨特的優勢,更要立足國內,結合國情,面向國內經濟建設的需要,開發出有自己特色,符合中國人習慣的CAD/CAM軟件。

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發表于 2017-8-9 18:34:49 | 只看該作者
UG不是西門子的嗎
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發表于 2017-8-9 18:55:10 | 只看該作者
好老的內容,solidworks已是達索公司旗下產品,ug和solidedge西門子公司的產品,中望CAD也沒提到。
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發表于 2017-8-9 19:15:16 | 只看該作者
怎么沒有Catia ?
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軟件呢要配合使用,強大功能3滴用ug,二滴標數用cad,標準庫用inventor
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發表于 2017-9-27 04:54:59 | 只看該作者
感謝我的機械網給我們提供的平臺,謝謝樓主的資料,大家一起學習。
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發表于 2018-12-22 12:40:31 | 只看該作者
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發表于 2020-1-25 05:34:47 | 只看該作者
很棒,繼續加油
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