CAD/CAM技術(shù)在虛擬制造中的應(yīng)用

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1 引言

進(jìn)入2l世紀(jì)以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，使世界經(jīng)濟(jì)全球化、一體化的格局逐漸形成。作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的制造業(yè)也發(fā)生了一系列重大變化，出現(xiàn)了一些新的生產(chǎn)模式和組織方式，產(chǎn)生了精益生產(chǎn)、敏捷制造、智能制造、虛擬制造等新概念。隨著市場的國際化，在全球激烈競爭中，要求產(chǎn)品的制造過程具有高速度和低成本。市場需求朝著小批量、特性化方向發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快。傳統(tǒng)的企業(yè)模式越來越喪失競爭力，各種形式的合作開發(fā)、生產(chǎn)和銷售方式應(yīng)運(yùn)而生。因此，異地設(shè)計(jì)、異地編程、異地加工越來越被眾多企業(yè)采用。虛擬制造技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。虛擬制造技術(shù)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、裝配等工序統(tǒng)一建模，形成虛擬的生產(chǎn)過程從而產(chǎn)生了虛擬的產(chǎn)品，虛擬的企業(yè)。

虛擬制造技術(shù)使應(yīng)用廠家在不同的城市甚至在不同的國家，通過INTERNET/INTRANET進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工，共享同一產(chǎn)品模型，從而大大提高效率，降低成本。

2 虛擬制造中的建?；A(chǔ)

虛擬制造技術(shù)實(shí)際上是一種軟技術(shù)。其中產(chǎn)品建模、數(shù)據(jù)共享和過程仿真是虛擬制造技術(shù)中的基礎(chǔ)，CAD/CAM軟件是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建模和數(shù)據(jù)交換的重要工具。因此，以虛擬制造技術(shù)為目標(biāo)的CAD/CAM軟件應(yīng)有如下特點(diǎn)。

2.1 支持跨平臺(tái)

由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、造型工作由多個(gè)廠家協(xié)同完成，而多個(gè)廠家由于不同的國家標(biāo)準(zhǔn)使用習(xí)慣、企業(yè)模式等原因，采用的軟件功能千差萬別，有工作站版的、有微機(jī)版的。而競爭需要聯(lián)合，要求各企業(yè)之間能替換和共享數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)交換的國際標(biāo)準(zhǔn)是STEP及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如：VDA、SAT、DXF等。因此，需要軟件支持國際標(biāo)準(zhǔn)和其他行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能接收來自任何系統(tǒng)的CAD/CAM數(shù)據(jù)。

2.2 后置處理通用

一個(gè)虛擬企業(yè)，可能包括多個(gè)生產(chǎn)廠家，但各生產(chǎn)廠家的機(jī)床型號不同，控制器類型差異很大。因此要求CAD/CAM軟件能對各種機(jī)床產(chǎn)生后置處理代碼，才能滿足虛擬制造業(yè)的要求。

2.3 支持以特征參數(shù)技術(shù)為基礎(chǔ)的實(shí)體建模

產(chǎn)品建模是虛擬制造技術(shù)的基礎(chǔ)，CAD/CAM軟件從框線、曲面、實(shí)體造型發(fā)展到現(xiàn)今的特征參數(shù)化實(shí)體造型。特征參數(shù)化實(shí)體建模可以攜帶產(chǎn)品制造過程中的任何信息，可以幫助企業(yè)追溯產(chǎn)品制造的過程。

2.4 支持產(chǎn)品的模擬仿真

虛擬制造依靠仿真技術(shù)來模擬產(chǎn)品的分析、加工、裝配過程，從而使整個(gè)產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)中制造出來。而后，對仿真結(jié)果進(jìn)行測試分析，以確定是否可以真正生產(chǎn)。

2.5 適合國情

我國的制造業(yè)，中小企業(yè)數(shù)量最多，但資金實(shí)力普遍不足，從業(yè)人員培訓(xùn)較少。企業(yè)需要有效利用各種資源，從小而全的模式向虛擬企業(yè)模式發(fā)展，從內(nèi)向型到外向型轉(zhuǎn)變。但是，在中國發(fā)展虛擬企業(yè)必須符合國情，因此作為工具的CAD/CAM軟件也必須符合國情。這些軟件有三大特點(diǎn)：

(1) 功能強(qiáng)大、價(jià)格合理。由于中小型企業(yè)資金不足。加上國際國內(nèi)等諸多原因，使各個(gè)企業(yè)步履為艱。企業(yè)要走出困境，必須采用新技術(shù)。因此，軟件價(jià)格必須合理甚至低價(jià)格扶植困難企業(yè)。

(2) 全漢化界面、采用國際和符合中國工程師的習(xí)慣。軟件是工程師的工具。是企業(yè)的幫手。另一方面，只有采用國際標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)的生產(chǎn)管理才能順利展開。

(3) 良好的售后服務(wù)。售后服務(wù)是企業(yè)充分發(fā)揮軟件功能的關(guān)鍵。

B軟件公司自主版權(quán)的CAD/CAM軟件即CAXA系列軟件，支持虛擬制造技術(shù)從建模到過程仿真的每一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，其重點(diǎn)如下。

(1) CAXA制造工程師軟件采用參數(shù)化特征實(shí)體造型技術(shù)，是國際上最先進(jìn)的幾何建模技術(shù)。

(2) CAXA軟件擁有多個(gè)接收和輸出實(shí)體模型和曲面模型的數(shù)據(jù)接口，如STEP、ICES、SAT、X-T、DXF、DWG、STL等國際數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以接收任何CAD系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)。

(3) CAXA制造工程師采用通用后置處理技術(shù)，可以驅(qū)動(dòng)任何數(shù)控機(jī)床和加工中心。

(4) CAXA制造工程師刀具軌跡生成模塊，可以智能優(yōu)化地產(chǎn)生刀具軌跡。

(5) CAXA造工程師的仿真模塊，可以模擬產(chǎn)生加工全過程。實(shí)時(shí)取得測量數(shù)據(jù)，為產(chǎn)品生產(chǎn)的可行性論證和避免加工提供強(qiáng)大的工具。

(6) CAXA系列軟件采用國際標(biāo)準(zhǔn)，工程術(shù)語完全符合中國工程師的習(xí)慣，全漢化交互界面使軟件的學(xué)習(xí)和使用非常方便。

3 CAXA軟件支持模具廠實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)組織方式

Y模具公司是國內(nèi)較早引進(jìn)CAD/CAM軟件的模具生產(chǎn)企業(yè)，是中國的典型中小型企業(yè)。模具廠最先引進(jìn)的CAD/CAM軟件是美國的CALMA和CADDS5。在市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展和改革中，經(jīng)過幾年摸索，他們發(fā)現(xiàn)要全面掌握并在企業(yè)中用好CALMA和CADDS5存在困難。后來，模具廠采用B公司開發(fā)的CAD/CAM系列軟件CAXA，取得了很好的效果。CAXA軟件幫助Y公司實(shí)現(xiàn)了從內(nèi)向型向外向型的轉(zhuǎn)變，企業(yè)的整體索質(zhì)及適應(yīng)能力有很大提高。IK工作過程如下：

所有數(shù)據(jù)來源都是通過國際互聯(lián)網(wǎng)，用IGES、DXF等傳入，這些數(shù)據(jù)，由各種各樣的CAD系統(tǒng)產(chǎn)生，包括PRO/ENGI-NEER、CATIA、CADDS5、UG、SOLIDWORKS等。IK用CAXA的IDES、DXF等數(shù)據(jù)接口接收CAD數(shù)據(jù)，然后分類：

(1) 三維圖形，用CAXA制造工程師進(jìn)行模具專業(yè)方面的優(yōu)化處理，直接生成刀具軌跡，然后利用CAXA的通用后置處理器產(chǎn)生G代碼，經(jīng)仿真后在本廠加工或用網(wǎng)絡(luò)將G代碼傳給加工單位。

(2) 二維圖形，先用CAXA電子圖版進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后用CAXA制造工程師造型，最后產(chǎn)生G代碼和加工程序單，同時(shí)用CAXA電子圖版出工程圖。

(3) 大量的測量數(shù)據(jù)。用CAXA的反向工程功能生成產(chǎn)品圖，然后加工。

4 CAD/CAM軟件在制造業(yè)中的應(yīng)用展望

21世紀(jì)是知識經(jīng)濟(jì)、信息經(jīng)濟(jì)的時(shí)代，信息技術(shù)將成為知識經(jīng)濟(jì)中最重要的資源和競爭要素。國際社會(huì)將逐步走向強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。這給中國制造業(yè)帶來了新的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。各企業(yè)只有采用先進(jìn)的生產(chǎn)方式和先進(jìn)的生產(chǎn)工具，才會(huì)在新一輪競爭中贏得勝利。在不久的將來，以CAD/CAM為核心技術(shù)基礎(chǔ)的工業(yè)軟件，將全面支持虛擬制造、虛擬企業(yè)、虛擬研發(fā)中心和虛擬市場。并且支持自動(dòng)化的、智能化的生產(chǎn)和管理，完成產(chǎn)品的成品制造。我們相信，2l世紀(jì)的制造業(yè)將迎來新的革命。（萬方數(shù)據(jù)）