在現代機械製造業中,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,在很大程度上依賴於模具製造技術,特別是在汽車、輕工、電子和航天等行業中尤顯重要。模具製造能力的強弱和模具製造水平的高低,已經成為衡量一個國家機械製造技術水平的重要標誌之一,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,軟體、硬體水平的進一步完善,為模具工業提供了強有力的技術支援,為企業的產品設計、製造和生產水平的發展帶來了質的飛躍,已經成為現代企業資訊化、整合化、網路化的最優選擇。 1 目前國內流行的CAD/CAM軟體特點及其應用情況 1.1國外軟體 1.1.1 Unigraphics(UG) UG起源於美國麥道(MD)公司的產品,1991年11月併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於一體的機械工程輔助系統,適用於航空、航天、汽車、通用機械以及模具等的設計、分析及製造工程。UG是將優越的引數化和變數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,允許使用者擴充套件UG的功能。 1.1.2 AutoCAD AutoCAD是美國Autodesk公司開發的一個具有互動式和強大二維功能的繪圖軟體,如二維繪圖、編輯、剖面線和圖案繪製、尺寸標註以及二次開發等功能,同時有部分三維功能。AutoCAD軟體是目前世界上應用最廣的CAD軟體,佔整個CAD/CAE/CAM軟體市場的37%左右,在中國二維繪圖CAD軟體市場佔有絕對優勢。 1.1.3 MDT(MechanicalDesktop) MDT是Autodesk公司在基於引數化特徵實體造型和曲面造型的CAD/CAM軟體,它以三維設計為基礎,集設計、分析、製造以及文件管理等多種功能為一體,為使用者提供了從設計到製造一體化的解決方案。據稱目前已經裝機2萬餘套,國內已銷售近千套。 1.1.4 SolidWorks SolidWorks是由美國SolidWorks公司於1995年11月研製開發的基於Windows平臺的全引數化特徵造型的軟體,SolidWorks是世界各地使用者廣泛使用,富有技術創新的軟體系統,已經成為三維機械設計軟體的標準。它可以十分方便地實現複雜的三維零件實體造型、複雜裝配和生成工程圖。圖形介面友好,使用者易學易用。SolidWorks軟體於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,目前使用者已經擴大到三十多萬個單位。 1.1.5 Pro/Engineer Pro/Engineer是美國引數技術公司(ParametricTechnologyCorporation簡稱PTC)的產品,於1988年問世。Pro/E具有先進的引數化設計、基於特徵設計的實體造型和便於移植設計思想的特點,該軟體使用者介面友好,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資料庫以及完整而多樣的模型上,由於它有二十多個模組供使用者選擇,故能將整個設計和生產過程整合在一起。在最近幾年Pro/E已成為三維機械設計領域裡最富有魅力的軟體,在中國模具工廠得到了非常廣泛的應用。 1.2 國內軟體 1.2.1 PICAD PICAD系統及系列軟體是中科院凱思軟體集團及北京凱思博宏應用工程公司開發的具有自主智慧財產權的CAD軟體。該軟體具有智慧化、引數化和較強的開放性,對特徵點和特徵座標可自動捕捉及動態導航;系統提供區域性圖形引數化、引數化圖素拼裝及可擴充的引數圖符庫;提供互動環境下的開放的二次開發工具,使用者可以任意增加功能或開發專業應用軟體。PICAD是國內商品化最早、市場佔有率最大的CAD支撐平臺及互動式工程繪圖系統,自從1991年推出中國第1個商品化的二維CAD系統以來,PICAD的使用者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軟體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、產品資料管理系統GHPDMS、三維幾何造型系統GHGEMS及自動數控程式設計系統GHCAM。其中GHMDS是基於引數化設計的CAD/CAE/CAM整合系統,具有全程導航、圖形繪製、明細表的處理、全約束引數化設計、引數化圖素拼裝、尺寸標註、標準件庫、影象編輯等功能模組。 1.2.3 CAXA CAXA電子圖板是一套高效、方便、智慧化的通用中文設計繪圖軟體,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是一套數控程式設計和三維加工軟體,具有強大的造型功能,可快速建立各種複雜的三維模型,它為數控加工行業提供了從造型、設計到加工程式碼生成、加工模擬、程式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軟體,該軟體提供注塑模標準模架和零件庫,以及塑膠、模具材料和注射機等設計引數資料庫,可隨時查詢、檢索;並能自動換算型腔尺寸,對模具進行各種計算。使用該軟體,設計人員不必翻找設計手冊即可輕鬆設計模具。 1.2.4 GS-CAD98 GS-CAD98是浙江大天電子資訊工程有限公司開發的基於特徵的引數化造型系統的軟體。它是一個具有完全自主智慧財產權的基於中文Windows95/NT平臺的三維CAD系統,該軟體是在國家“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的使用者介面風格及主要功能開發完成的。它包括實體、草圖、引數化特徵造型及高階曲面造型技術以及採用自適應引數關聯技術來保證從設計到製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於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。它是基於STEP標準的CAD/CAM系統,該軟體主要應用於機械產品設計和製造中,它可以實現設計/製造一體化和自動化。該軟體採用面嚮物件的技術,使用先進的實體建模、引數化特徵造型、二維和三維一體化、SDAI標準資料存取介面的技術;具備機械產品設計、工藝規劃設計和數控加工程式自動生成等功能;同時還具有多種標準資料介面,如STEP、DXF等;支援產品資料管理(PDM)。目前金銀花系統的系列產品包括:機械設計平臺MDA、數控程式設計系統NCP、產品資料管理PDS、工藝設計工具MPP。機械設計平臺MDA1.7版已投放市場,MDA99版也已釋出,目標是向國外三維CAD軟體發出強有力的挑戰。 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智慧財產權的CAD和圖紙管理軟體,它面向工程實際應用。開目CAD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,支援全約束、過約束、欠約束驅動的尺寸分析與驅動模組,滿足使用者各類需求;支援AUTOCAD具有的塊、層功能,保證了與AUTOCAD的完全相容;擁有強大、靈活的零件標註與明細欄設計功能,靈活的自定義尺寸樣式、零件標註樣式、上線、智慧導航工具更使用得心應手。 2 目前CAD/CAM軟體二次開發情況 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,但由於這些CAD/CAM系統都是作為通用機械設計與製造軟體來設計的,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軟體方面中國與國外起點差不多,都是使用VisualC++或OpenGL等工具進行軟體開發,國內許多高校、軟體公司和企業在此基礎上開發出了先進的、有自己特色的、符合中國使用者習慣的CAD/CAM軟體或模組,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整合系統,該系統以AutoCAD軟體包為圖形支撐平臺,包括模具結構設計子系統,結構及工藝引數計算校核子系統,塑膠流動、冷卻等子系統。合肥工業大學基於AutoCAD與MDT的三維引數化注射模系統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外掛和模組,如武漢汽車工業大學開發了基於SolidWorks的三維標準件庫3DPARTLIB等。 3 模具CAD/CAM軟體開發應遵循的原則 1)使用者介面友好 軟體開發的目的是為了應用,所以使用者是否可以較為容易地掌握成為評價軟體的基本標準。一個友好的使用者介面應包括:使用方便,介面熟悉,有靈活的提示幫助資訊,良好的互動方式,良好的出錯處理。 2)遵循軟體工程方法 軟體工程是指導計算機軟體開發和維護的工程科學。即採用工程的概念原理、技術和方法來開發和維護軟體。軟體工程採用生命週期法從時間上對軟體的開發和維護進行分解,把軟體生存週期依次劃分為幾個階段,分階段進行開發。 3)引數化CAD 對於系列化、通用化和標準化程度高的產品,產品設計所採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,這是由於相同數目及型別的已知條件在不同規格的產品設計中取不同值而造成的。對於這類產品,可以將已知條件及其他的隨著產品規格而變化的基本引數用相應的變數代替,然後根據這些已知條件和基本引數,由計算機自動查詢圖形資料庫,或由相應的軟體計算出繪圖所需的全部資料,由專門的繪圖生成軟體在螢幕上自動地設計出圖形來,這種方法稱為引數化CAD。 4)成組CAD 許多企業的產品結構儘管不一樣,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通用軟體,用於該族所有零件的設計,這就是“成組CAD”。 5)智慧化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於設計師的實踐經驗、創造性思維和工作的責任心。採用專家系統可以指導設計師下一步該做什麼,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。採用專家系統可以提高設計質量和效率。智慧化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世紀模具製造行業的基本特徵是高度整合化、智慧化、柔性化和網路化,追求的目標是提高產品質量及生產效率,縮短設計週期及製造週期,降低生產成本,最大限度地提高模具製造業的應變能力,滿足使用者需求。具體表現出以下幾個特徵。 1)標準化 CAD/CAM系統可建立標準零件資料庫,非標準零件資料庫和模具引數資料庫。標準零件庫中的零件在CAD設計中可以隨時呼叫,並採用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引數化設計的基礎上實現的,按使用者要求對相似模具結構進行修改,即可生成所需要的結構。 2)整合化技術 現代模具設計製造系統不僅應強調資訊的整合,更應該強調技術、人和管理的整合。在開發模具製造系統時強調“多整合”的概念,即資訊整合、智慧整合、串並行工作機制整合及人員整合,這更適合未來製造系統的需求。 3)智慧化技術 應用人工智慧技術實現產品生命週期(包括產品設計、製造、使用)各個環節的智慧化,實現生產過程(包括組織、管理、計劃、排程、控制等)各個環節的智慧化,以及模具裝置的智慧化,也要實現人與系統的融合及人在其中智慧的充分發揮。 4)網路技術的應用 網路技術包括硬體與軟體的整合實現,各種通訊協議及製造自動化協議,資訊通訊介面,系統操作控制策略等,是實現各種製造系統自動化的基礎。目前早已出現了透過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效能的最佳化設計,以追求模具產品動靜態特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、製造成本與製造週期的最佳組合。 6)逆向工程技術的應用 在許多情況下,一些產品並非來自設計概念,而是起源於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製造以便製造出產品。此時需要透過實物的測量,然後利用測量資料進行實物的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製造的週期,是幫助設計者實現並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)是基於層製造原理,迅速製造出產品原型,而與零件的幾何複雜程度絲毫無關,尤其在具有複雜曲面形狀的產品製造中更能顯示其優越性。它不僅能夠迅速製造出原型供設計評估、裝配校驗、功能試驗,而且還可以透過形狀複製快速經濟地製造出產品模具(如製造電極用於EDM加工、作為模芯消失鑄造出模具等),從而避免了傳統模具製造的費時、高成本的NC加工,因而RPM技術在模具製造中日益發揮著重要的作用。 5 CAD/CAM技術存在的主要不足 中國模具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軟體應用人員參差不齊,不能讓CAD軟體得到的高效率應用。 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,致使引進軟體的效率不能完全發揮。 5)國內模具CAD/CAM技術水平還處於高技術整合和向產業化、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體還有很大差距。 6 結語 經過這幾十年的發展,中國模具CAD/CAM有了長足的發展,模具CAD/CAM技術已經被廣泛應用於中國企業。中國研製模具CAD/CAM軟體的開發水平也逐漸接近國外先進水平。在政府的大力支援下先後出現了一批先進的模具CAD/CAM示範企業,高校和企業也培養了一大批模具CAD/CAM軟體開發及應用人才。但總的來說,中國目前模具CAD/CAM軟體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技術水平還處於向高技術整合和向產業化商品化過渡的時期,研製的軟體在可靠性和穩定性方面與國外工業發達國家的軟體尚有一些差距,還沒有針對性的軟體,使用一般都是通用性軟體。但是我們不但要看清我們的劣勢,也要看到我們的優勢。與國外軟體相比我們的優勢是:瞭解本國市場,便於提供技術支援,相對價格便宜等。另外,我們有政府的大力支援,各大高校也為CAD軟體的開發培養了大批的人才。在這些前提下,中國模具CAD/CAM產業不僅要緊跟時代潮流,跟蹤國際最新動態,遵守各種國際規範,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,符合華人習慣的CAD/CAM軟體。
在現代機械製造業中,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,在很大程度上依賴於模具製造技術,特別是在汽車、輕工、電子和航天等行業中尤顯重要。模具製造能力的強弱和模具製造水平的高低,已經成為衡量一個國家機械製造技術水平的重要標誌之一,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,軟體、硬體水平的進一步完善,為模具工業提供了強有力的技術支援,為企業的產品設計、製造和生產水平的發展帶來了質的飛躍,已經成為現代企業資訊化、整合化、網路化的最優選擇。 1 目前國內流行的CAD/CAM軟體特點及其應用情況 1.1國外軟體 1.1.1 Unigraphics(UG) UG起源於美國麥道(MD)公司的產品,1991年11月併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於一體的機械工程輔助系統,適用於航空、航天、汽車、通用機械以及模具等的設計、分析及製造工程。UG是將優越的引數化和變數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,允許使用者擴充套件UG的功能。 1.1.2 AutoCAD AutoCAD是美國Autodesk公司開發的一個具有互動式和強大二維功能的繪圖軟體,如二維繪圖、編輯、剖面線和圖案繪製、尺寸標註以及二次開發等功能,同時有部分三維功能。AutoCAD軟體是目前世界上應用最廣的CAD軟體,佔整個CAD/CAE/CAM軟體市場的37%左右,在中國二維繪圖CAD軟體市場佔有絕對優勢。 1.1.3 MDT(MechanicalDesktop) MDT是Autodesk公司在基於引數化特徵實體造型和曲面造型的CAD/CAM軟體,它以三維設計為基礎,集設計、分析、製造以及文件管理等多種功能為一體,為使用者提供了從設計到製造一體化的解決方案。據稱目前已經裝機2萬餘套,國內已銷售近千套。 1.1.4 SolidWorks SolidWorks是由美國SolidWorks公司於1995年11月研製開發的基於Windows平臺的全引數化特徵造型的軟體,SolidWorks是世界各地使用者廣泛使用,富有技術創新的軟體系統,已經成為三維機械設計軟體的標準。它可以十分方便地實現複雜的三維零件實體造型、複雜裝配和生成工程圖。圖形介面友好,使用者易學易用。SolidWorks軟體於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,目前使用者已經擴大到三十多萬個單位。 1.1.5 Pro/Engineer Pro/Engineer是美國引數技術公司(ParametricTechnologyCorporation簡稱PTC)的產品,於1988年問世。Pro/E具有先進的引數化設計、基於特徵設計的實體造型和便於移植設計思想的特點,該軟體使用者介面友好,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資料庫以及完整而多樣的模型上,由於它有二十多個模組供使用者選擇,故能將整個設計和生產過程整合在一起。在最近幾年Pro/E已成為三維機械設計領域裡最富有魅力的軟體,在中國模具工廠得到了非常廣泛的應用。 1.2 國內軟體 1.2.1 PICAD PICAD系統及系列軟體是中科院凱思軟體集團及北京凱思博宏應用工程公司開發的具有自主智慧財產權的CAD軟體。該軟體具有智慧化、引數化和較強的開放性,對特徵點和特徵座標可自動捕捉及動態導航;系統提供區域性圖形引數化、引數化圖素拼裝及可擴充的引數圖符庫;提供互動環境下的開放的二次開發工具,使用者可以任意增加功能或開發專業應用軟體。PICAD是國內商品化最早、市場佔有率最大的CAD支撐平臺及互動式工程繪圖系統,自從1991年推出中國第1個商品化的二維CAD系統以來,PICAD的使用者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軟體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、產品資料管理系統GHPDMS、三維幾何造型系統GHGEMS及自動數控程式設計系統GHCAM。其中GHMDS是基於引數化設計的CAD/CAE/CAM整合系統,具有全程導航、圖形繪製、明細表的處理、全約束引數化設計、引數化圖素拼裝、尺寸標註、標準件庫、影象編輯等功能模組。 1.2.3 CAXA CAXA電子圖板是一套高效、方便、智慧化的通用中文設計繪圖軟體,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是一套數控程式設計和三維加工軟體,具有強大的造型功能,可快速建立各種複雜的三維模型,它為數控加工行業提供了從造型、設計到加工程式碼生成、加工模擬、程式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軟體,該軟體提供注塑模標準模架和零件庫,以及塑膠、模具材料和注射機等設計引數資料庫,可隨時查詢、檢索;並能自動換算型腔尺寸,對模具進行各種計算。使用該軟體,設計人員不必翻找設計手冊即可輕鬆設計模具。 1.2.4 GS-CAD98 GS-CAD98是浙江大天電子資訊工程有限公司開發的基於特徵的引數化造型系統的軟體。它是一個具有完全自主智慧財產權的基於中文Windows95/NT平臺的三維CAD系統,該軟體是在國家“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的使用者介面風格及主要功能開發完成的。它包括實體、草圖、引數化特徵造型及高階曲面造型技術以及採用自適應引數關聯技術來保證從設計到製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於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。它是基於STEP標準的CAD/CAM系統,該軟體主要應用於機械產品設計和製造中,它可以實現設計/製造一體化和自動化。該軟體採用面嚮物件的技術,使用先進的實體建模、引數化特徵造型、二維和三維一體化、SDAI標準資料存取介面的技術;具備機械產品設計、工藝規劃設計和數控加工程式自動生成等功能;同時還具有多種標準資料介面,如STEP、DXF等;支援產品資料管理(PDM)。目前金銀花系統的系列產品包括:機械設計平臺MDA、數控程式設計系統NCP、產品資料管理PDS、工藝設計工具MPP。機械設計平臺MDA1.7版已投放市場,MDA99版也已釋出,目標是向國外三維CAD軟體發出強有力的挑戰。 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智慧財產權的CAD和圖紙管理軟體,它面向工程實際應用。開目CAD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,支援全約束、過約束、欠約束驅動的尺寸分析與驅動模組,滿足使用者各類需求;支援AUTOCAD具有的塊、層功能,保證了與AUTOCAD的完全相容;擁有強大、靈活的零件標註與明細欄設計功能,靈活的自定義尺寸樣式、零件標註樣式、上線、智慧導航工具更使用得心應手。 2 目前CAD/CAM軟體二次開發情況 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,但由於這些CAD/CAM系統都是作為通用機械設計與製造軟體來設計的,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軟體方面中國與國外起點差不多,都是使用VisualC++或OpenGL等工具進行軟體開發,國內許多高校、軟體公司和企業在此基礎上開發出了先進的、有自己特色的、符合中國使用者習慣的CAD/CAM軟體或模組,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整合系統,該系統以AutoCAD軟體包為圖形支撐平臺,包括模具結構設計子系統,結構及工藝引數計算校核子系統,塑膠流動、冷卻等子系統。合肥工業大學基於AutoCAD與MDT的三維引數化注射模系統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外掛和模組,如武漢汽車工業大學開發了基於SolidWorks的三維標準件庫3DPARTLIB等。 3 模具CAD/CAM軟體開發應遵循的原則 1)使用者介面友好 軟體開發的目的是為了應用,所以使用者是否可以較為容易地掌握成為評價軟體的基本標準。一個友好的使用者介面應包括:使用方便,介面熟悉,有靈活的提示幫助資訊,良好的互動方式,良好的出錯處理。 2)遵循軟體工程方法 軟體工程是指導計算機軟體開發和維護的工程科學。即採用工程的概念原理、技術和方法來開發和維護軟體。軟體工程採用生命週期法從時間上對軟體的開發和維護進行分解,把軟體生存週期依次劃分為幾個階段,分階段進行開發。 3)引數化CAD 對於系列化、通用化和標準化程度高的產品,產品設計所採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,這是由於相同數目及型別的已知條件在不同規格的產品設計中取不同值而造成的。對於這類產品,可以將已知條件及其他的隨著產品規格而變化的基本引數用相應的變數代替,然後根據這些已知條件和基本引數,由計算機自動查詢圖形資料庫,或由相應的軟體計算出繪圖所需的全部資料,由專門的繪圖生成軟體在螢幕上自動地設計出圖形來,這種方法稱為引數化CAD。 4)成組CAD 許多企業的產品結構儘管不一樣,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通用軟體,用於該族所有零件的設計,這就是“成組CAD”。 5)智慧化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於設計師的實踐經驗、創造性思維和工作的責任心。採用專家系統可以指導設計師下一步該做什麼,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。採用專家系統可以提高設計質量和效率。智慧化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世紀模具製造行業的基本特徵是高度整合化、智慧化、柔性化和網路化,追求的目標是提高產品質量及生產效率,縮短設計週期及製造週期,降低生產成本,最大限度地提高模具製造業的應變能力,滿足使用者需求。具體表現出以下幾個特徵。 1)標準化 CAD/CAM系統可建立標準零件資料庫,非標準零件資料庫和模具引數資料庫。標準零件庫中的零件在CAD設計中可以隨時呼叫,並採用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引數化設計的基礎上實現的,按使用者要求對相似模具結構進行修改,即可生成所需要的結構。 2)整合化技術 現代模具設計製造系統不僅應強調資訊的整合,更應該強調技術、人和管理的整合。在開發模具製造系統時強調“多整合”的概念,即資訊整合、智慧整合、串並行工作機制整合及人員整合,這更適合未來製造系統的需求。 3)智慧化技術 應用人工智慧技術實現產品生命週期(包括產品設計、製造、使用)各個環節的智慧化,實現生產過程(包括組織、管理、計劃、排程、控制等)各個環節的智慧化,以及模具裝置的智慧化,也要實現人與系統的融合及人在其中智慧的充分發揮。 4)網路技術的應用 網路技術包括硬體與軟體的整合實現,各種通訊協議及製造自動化協議,資訊通訊介面,系統操作控制策略等,是實現各種製造系統自動化的基礎。目前早已出現了透過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效能的最佳化設計,以追求模具產品動靜態特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、製造成本與製造週期的最佳組合。 6)逆向工程技術的應用 在許多情況下,一些產品並非來自設計概念,而是起源於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製造以便製造出產品。此時需要透過實物的測量,然後利用測量資料進行實物的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製造的週期,是幫助設計者實現並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)是基於層製造原理,迅速製造出產品原型,而與零件的幾何複雜程度絲毫無關,尤其在具有複雜曲面形狀的產品製造中更能顯示其優越性。它不僅能夠迅速製造出原型供設計評估、裝配校驗、功能試驗,而且還可以透過形狀複製快速經濟地製造出產品模具(如製造電極用於EDM加工、作為模芯消失鑄造出模具等),從而避免了傳統模具製造的費時、高成本的NC加工,因而RPM技術在模具製造中日益發揮著重要的作用。 5 CAD/CAM技術存在的主要不足 中國模具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軟體應用人員參差不齊,不能讓CAD軟體得到的高效率應用。 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,致使引進軟體的效率不能完全發揮。 5)國內模具CAD/CAM技術水平還處於高技術整合和向產業化、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體還有很大差距。 6 結語 經過這幾十年的發展,中國模具CAD/CAM有了長足的發展,模具CAD/CAM技術已經被廣泛應用於中國企業。中國研製模具CAD/CAM軟體的開發水平也逐漸接近國外先進水平。在政府的大力支援下先後出現了一批先進的模具CAD/CAM示範企業,高校和企業也培養了一大批模具CAD/CAM軟體開發及應用人才。但總的來說,中國目前模具CAD/CAM軟體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技術水平還處於向高技術整合和向產業化商品化過渡的時期,研製的軟體在可靠性和穩定性方面與國外工業發達國家的軟體尚有一些差距,還沒有針對性的軟體,使用一般都是通用性軟體。但是我們不但要看清我們的劣勢,也要看到我們的優勢。與國外軟體相比我們的優勢是:瞭解本國市場,便於提供技術支援,相對價格便宜等。另外,我們有政府的大力支援,各大高校也為CAD軟體的開發培養了大批的人才。在這些前提下,中國模具CAD/CAM產業不僅要緊跟時代潮流,跟蹤國際最新動態,遵守各種國際規範,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,符合華人習慣的CAD/CAM軟體。