CAD/CAM系统集成方式优化方案

1.CAD/CAM基本概念

目前，有些人认为应用计算机完成设计过程中的数值计算、有关分析及计算机绘图就是CAD，利用软件进行自动编程便是CAM，应该说这是对CAD/CAM技术的片面理解和不全面的认识。设计是人类高度智能化的一种活动，往往贯穿了产品的整个生命周期，包含产品的需求规划、概念设计、总体设计、结构设计、产品试制、生产规划、营销设计、报废回收等流程，从而最终实现产品从概念设计到实物、从抽象到具体、从定性到定量，设计中既有大量的数值计算，也有众多的推理决策判断。从设计方法角度看，设计可分为常规设计、革新设计和创新设计三类。目前，一般的CAD系统是以数据库为核心、以交互图形设计为手段，在建立产品几何模型的基础上，利用有限元和优化设计对产品的性能进行分析计算，而对推理和判断却做得不多，因此，在产品开发中，计算机只是作为一种辅助的设计工具，许多推理判断工作仍需由人工完成，所以人们将它称为计算机辅助设计。

由于CAD/CAM技术是一个发展着的概念，不同地区、不同国家的学者从不同的角度出发，对CAD、CAM内涵的理解也不完全相同，因此要给CAD、CAM下一个确切的定义并不容易。一般认为，CAD是指工程技术人员在人和计算机组成的系统中，以计算机为辅助工具，通过计算机和CAD软件对设计产品进行分析、计算、仿真、优化与绘图，在这一过程中，把设计人员的创造性思维、综合判断能力与计算机强大的记忆、数值计算、信息检索等能力相结合，各尽所长，完成产品的设计、分析、绘图等工作，最终达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品生产成本的目的。CAD的功能可以大致归纳为四类，即几何建模、工程分析、动态模拟和自动绘图。为了实现这些功能，一个完整的CAD系统应由科学计算、图形系统和工程数据库等组成。科学计算包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、产品的常规设计和优化设计等；图形系统则包括几何造型、自动绘图、动态仿真等；工程数据库对设计过程中需要使用和产生的数据、图形、文档等进行存储和管理。

值得注意的是，不应该把CAD与计算机辅助绘图、计算机图形学混淆起来。计算机辅助绘图是指使用图形软件和硬件进行绘图及有关标注的一种技术；计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专用设备上显示的原理、方法和技术的科学。计算机辅助绘图主要解决机械制图问题，是CAD的一个组成部分，其内涵比CAD的内涵小得多；计算机图形学是一门独立的学科，但它的有关图形处理的理论与方法是构成CAD技术的重要基础。

CAM是指应用电子计算机来进行产品制造的统称，有狭义CAM和广义CAM之分。狭义CAM是指在制造过程中的某个环节应用到计算机辅助技术（通常是指计算机辅助机械加工），更明确地说是数控加工，它的输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是加工时的刀位文件和数控程序。广义CAM是利用计算机进行零件的工艺规划、数控程序编制、加工过程仿真等。在CAM过程中主要包括两类软件：计算机辅助工艺设计软件（CAPP）和数控编程软件（NCP）。狭义CAM理解为数控加工，即把CAM软件看做是NCP软件。其实，目前大部分商业化的CAM软件都包含有NCP功能。广义的CAM包括CAPP和NCP。更为广义的CAM则是指应用计算机辅助完成从原材料到产品的全部制造过程，包括直接制造过程和间接制造过程，如工艺准备、生产作业计划、物流过程的运行控制、生产控制、质量控制等。

把计算机辅助设计和计算机辅助制造集成在一起，称为CAD/CAM系统；把计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机辅助工程集成在一起，称为CAD/CAE/CAM系统。现在很多CAD系统逐渐添加了CAM和CAE功能，所以工程界习惯上把CAD/CAE/CAM称为CAD系统或CAD/CAM系统。一个产品的设计制造过程往往包括产品任务规划、方案设计、结构设计、产品试制、产品试用、产品生产等阶段，而计算机只是按用户给定的算法完成产品设计制造全过程中某些阶段或某个阶段中的部分工作，如图3-16所示。

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图3-16　产品开发过程及CAD、CAE、CAM的范围

CAD/CAM技术是一种在不断发展着的技术，随着相关技术及应用领域的发展和扩大，CAD/CAM技术的内涵也在不断扩展。

2.CAD/CAM系统组成

CAD/CAM系统由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括计算机和外部设备，软件系统则由系统软件、应用软件和专业软件组成，如图3-17所示。

图3-17　CAD/CAM系统的组成

CAD/CAM系统的功能不仅与组成该系统的硬件功能和软件功能有关，而且与它们的匹配和组织有关。在建立CAD/CAM系统时，首先应根据生产任务的需要，选定最合适的功能软件，然后再根据软件系统选择与之相匹配的硬件系统。