CAD/CAM在虚拟制造中的应用

1 引言

    进入2l世纪以来，计算机技术、网络技术和信息技术的高速发展，使世界经济全球化、一体化的格局逐渐形成。作为基础产业的制造业也发生了一系列重大变化，出现了一些新的生产模式和组织方式，产生了精益生产、敏捷制造、智能制造、虚拟制造等新概念。随着市场的国际化，在全球激烈竞争中，要求产品的制造过程具有高速度和低成本。市场需求朝着小批量、特性化方向发展，产品的更新换代越来越快。传统的企业模式越来越丧失竞争力，各种形式的合作开发、生产和销售方式应运而生。因此，异地设计、异地编程、异地加工越来越被众多企业采用。虚拟制造技术也应运而生。虚拟制造技术是应用计算机技术、网络技术，对产品的设计、加工、装配等工序统一建模，形成虚拟的生产过程从而产生了虚拟的产品，虚拟的企业。

    虚拟制造技术使应用厂家在不同的城市甚至在不同的国家，通过INTERNET/INTRANET进行设计、加工，共享同一产品模型，从而大大提高效率，降低成本。

2 虚拟制造中的建模基础

    虚拟制造技术实际上是一种软技术。其中产品建模、数据共享和过程仿真是虚拟制造技术中的基础，CAD/CAM软件是实现产品设计、建模和数据交换的重要工具。因此，以虚拟制造技术为目标的CAD/CAM软件应有如下特点。

2.1 支持跨平台

    由于产品设计、造型工作由多个厂家协同完成，而多个厂家由于不同的国家标准使用习惯、企业模式等原因，采用的软件功能千差万别，有工作站版的、有微机版的。而竞争需要联合，要求各企业之间能替换和共享数据。数据交换的国际标准是STEP及行业标准如：VDA、SAT、DXF等。因此，需要软件支持国际标准和其他行业标准，能接收来自任何系统的CAD/CAM数据。

2.2 后置处理通用

    一个虚拟企业，可能包括多个生产厂家，但各生产厂家的机床型号不同，控制器类型差异很大。因此要求CAD/CAM软件能对各种机床产生后置处理代码，才能满足虚拟制造业的要求。

2.3 支持以特征参数技术为基础的实体建模

    产品建模是虚拟制造技术的基础，CAD/CAM软件从框线、曲面、实体造型发展到现今的特征参数化实体造型。特征参数化实体建模可以携带产品制造过程中的任何信息，可以帮助企业追溯产品制造的过程。

2.4 支持产品的模拟仿真

    虚拟制造依靠仿真技术来模拟产品的分析、加工、装配过程，从而使整个产品在计算机中制造出来。而后，对仿真结果进行测试分析，以确定是否可以真正生产。

2.5 适合国情

    我国的制造业，中小企业数量 多，但资金实力普遍不足，从业人员培训较少。企业需要有效利用各种资源，从小而全的模式向虚拟企业模式发展，从内向型到外向型转变。但是，在中国发展虚拟企业必须符合国情，因此作为工具的CAD/CAM软件也必须符合国情。这些软件有三大特点：

    (1) 功能强大、价格合理。由于中小型企业资金不足。加上国际国内等诸多原因，使各个企业步履为艰。企业要走出困境，必须采用新技术。因此，软件价格必须合理甚至低价格扶植困难企业。

    (2) 全汉化界面、采用国际和符合中国工程师的习惯。软件是工程师的工具。是企业的帮手。另一方面，只有采用国际标准，企业的生产管理才能顺利展开。

    (3) 良好的售后服务。售后服务是企业充分发挥软件功能的关键。

    北航海尔软件公司自主版权的CAD/CAM软件即CAXA系列软件，支持虚拟制造技术从建模到过程仿真的每一个技术关键点，其重点如下。

    (1) CAXA制造工程师软件采用参数化特征实体造型技术，是国际上 先进的几何建模技术。

    (2) CAXA软件拥有多个接收和输出实体模型和曲面模型的数据接口，如STEP、ICES、SAT、X-T、DXF、DWG、STL等国际数据交换标准和行业标准，可以接收任何CAD系统的模型数据。

    (3) CAXA制造工程师采用通用后置处理技术，可以驱动任何数控机床和加工中心。

    (4) CAXA制造工程师刀具轨迹生成模块，可以智能优化地产生刀具轨迹。

    (5) CAXA造工程师的仿真模块，可以模拟产生加工全过程。实时取得测量数据，为产品生产的可行性论证和避免加工提供强大的工具。

    (6) CAXA系列软件采用国际标准，工程术语完全符合中国工程师的习惯，全汉化交互界面使软件的学习和使用非常方便。

3 CAXA软件支持模具厂实现企业生产组织方式

    烟台IK模具公司是国内较早引进CAD/CAM软件的模具生产企业，是中国的典型中小型企业。模具厂 先引进的CAD/CAM软件是美国的CALMA和CADDS5。在市场经济发展和改革中，经过几年摸索，他们发现要全面掌握并在企业中用好CALMA和CADDS5存在困难。后来，模具厂采用北航海尔公司开发的CAD/CAM系列软件CAXA，取得了很好的效果。CAXA软件帮助烟台IK公司实现了从内向型向外向型的转变，企业的整体索质及适应能力有很大提高。IK工作过程如下：

    所有数据来源都是通过国际互联网，用IGES、DXF等传入，这些数据，由各种各样的CAD系统产生，包括PRO/ENGI-NEER、CATIA、CADDS5、UG、SOLIDWORKS等。IK用CAXA的IDES、DXF等数据接口接收CAD数据，然后分类：

    (1) 三维图形，用CAXA制造工程师进行模具专业方面的优化处理，直接生成刀具轨迹，然后利用CAXA的通用后置处理器产生G代码，经仿真后在本厂加工或用网络将G代码传给加工单位。

    (2) 二维图形，先用CAXA电子图版进行模具结构设计，然后用CAXA制造工程师造型， 后产生G代码和加工程序单，同时用CAXA电子图版出工程图。

    (3) 大量的测量数据。用CAXA的反向工程功能生成产品图，然后加工。

4 CAD/CAM软件在制造业中的应用展望

    21世纪是知识经济、信息经济的时代，信息技术将成为知识经济中 重要的资源和竞争要素。国际社会将逐步走向强强联合。这给中国制造业带来了新的机会和挑战。各企业只有采用先进的生产方式和先进的生产工具，才会在新一轮竞争中赢得胜利。在不久的将来，以CAD/CAM为核心技术基础的工业软件，将全面支持虚拟制造、虚拟企业、虚拟研发中心和虚拟市场。并且支持自动化的、智能化的生产和管理，完成产品的成品制造。我们相信，2l世纪的制造业将迎来新的革命。