模具CADCAECAM_的现状及发展趋势

“先进制造技术”课程论文

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任课教师： 黄中华






2011年上学期
1 模具CAD/CAE/CAM 的现状及发展趋势
摘要：本文论述了我国模具行业的概况及其近年来所取得的成绩，对国内外模具
CAD/CAE/CAM 技术的发展历程和现状作了简单概述，最后总结出模具
CAD/CAE/CAM 的专业化、标准化、集成化、智能化、虚拟化、网络化的发展
趋势。
关键词：模具；CAD；CAE；CAM State and Trend of CAD/CAE/CAM for Die & Mould Abstract:
Abstract:Abstract:
Abstract: In this paper, the general situation and current achievements of the
industry of mould were discussed,
the development process and actuality of CAD/CAE/CAM applied in the manufacture
of mould at home and aboard
were summarized, and at the end, the development trend of it was put forwards, which
involved specialization,
standardization, integration, intelligent, virtualization, networking.
Key words:
Key words: Key words:
Key words: Mould；CAD；CAE；CAM
前言
模具是工业生产中的基础工艺装备，也是发展和实现少无切削技术不可缺少的工
具。在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯行业中，有60％-80％的零
部件都需要模具加工，
轻工制品的生产中应用模具更多，因此模具行业有“百业之母”的美誉。
模具生产的工艺水平及科技含量的高低，直接影响到工业产品的发展，它在很大
程度上决定着产品的质量、企业的效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制
造业的国际竞争力，
因此模具生产的工艺水平及科技含量的高低已经成为衡量一个国家工艺水平和
产品制造水平的重要标志。随着模具CAD/CAE/CAM 技术的广泛使用，模具生
产的工艺水平和科技含量将有质的飞跃。
21.
国内模具CAD/CAE/CAM技术的发展历程与现状
我国模具CAD/CAM 技术开始于20 世纪70 年代末，与国外相比尚有一段距离，
但目前也趋于成熟，并在模具生产企业得到广泛应用。特别是20 世纪80 年代后
期，我国进入了CAD/CAM 技术迅猛发展的时期，各大院校和科研单位不仅自
主研发适合国情、专业化极强的CAD/CAM 实用系统，也引进国外先进
CAD/CAM，同时在国外的CAD/CAM 系统之上进行二次开发。如吉林大学依托
一汽对汽车覆盖件CAD/CAM 系统的研究已经取得显著成效，华中科技大学模
具技术国家重点实验室在AutoCAD 软件平台上开发出基于特征的级进模
CAD/CAM 系统HMJC，上海交通大学为瑞士法因托（Finetool）精冲公司开发
成功精密冲裁

级进模CAD/CAM系统，西安交通大学开发出多工位弯曲级进模
CAD 系统等，这些CAD/CAM系统的研发促进了国内模具行业快速发展。
经过这十几年的发展，我国模具CAD/CAM 软件的开发水平也逐渐接近国外先
进水平。
在政府的大力支持下先后出现了一批先进的模具CAD/CAM 示范企业，高校和
企业也培养了一大批模具CAD/CAM 软件开发及应用人才。但总的来说，我国
目前模具CAD/CAM 软件不管是从产品开发水平还是从商品化、市场化程度都
与发达国家有不小的差距。
随着有限元技术的快速发展，早在上世纪80 年代，国内就有一批科研单位和高
校投入有限元技术的研究、开发和应用中。在此背景下，国内相继取得了可喜的
成绩，如：大连理工大学的JIFEX，郑州机械研究所的紫瑞，北京农机学院的有
限元分析系统。在模具CAE 方面：
如湖南大学的冲压CAE 系统，华中科技大学冲压成型快速分析软件FASTAMP，
清华的铸造CAE 分析软件FTStar，华北工学院的铸造分析软件CASTsoft 等，但
是与CAD/CAM 系统的集成度相对较弱。 2.
模具CAD/CAE/CAM技术的发展趋势
21 世纪市场要求高质量、低成本的产品，并且要求对各种不同的市场需求作出
快速的反应。模具制造技术的发展趋于专业化、标准化、集成化、智能化、虚拟
化、网络化，这将使模具行业发生巨大变革。
32.1
模具CAD/CAE/CAM技术的专业化程度显著提高
任何一种模具软件不可能包罗万象，完全能适应不同的模具产品、不同生产企业
的需求。
这就要求有针对性的开发专用模具CAD/CAE/CAM 系统软件，或者根据模具生
产企业自身的特点对软件系统进行二次开发。这样才有可能一切从实际出发，最
大的发挥出软件的潜能，充分利用好企业自身的设备，制造出高质量的模具产品。
随着模具工业的快速发展，各大主要软件开发商和有独立科研实力的企业已经开
始有针对性地开发专用模具CAD/CAM 实用软件系统，并取得了巨大的经济效
益。如：专用的进级模系统NX-PDW，专用的塑料注射模系统MoldWizard，专
用的锻压模系统AutoMolder，此外还有法国Misslelsoftware 公司的注射模专用
软件TopMold 和级进模专用软件TopProgress、日本UNISYS 株式会社的塑料
模设计和制造系统CADCEUS 等。这些专用模具软件的产生，大大的提高了模
具设计人员的工作效率，让模具设计人员从繁琐的劳动中解放出来，进行创造性
的设计活动。
2.2 模具CAD/CAE/CAM技术的标准化势在必行
标准化模具 CAD/CAM 系统可建立标准零件数据库、非标准零件数据库和模具
参数数据库。标准零件库中的零件在模具CAD 设计中可以随时

调用，并采用
GT（Group Technology，成组技术）生产。非标准零件库中存放的零件，虽然与
设计所需结构不尽相同，但利用系统自身的建模技术可以方便地进行修改，从而
加快设计过程，使典型模具结构库在参数化设计的基础上实现。数据的传递、转
化成为企业之间、企业与客户之间、软件之间、软件与设备之间进行信息传递的
最大障碍。在模具CAD/CAE/CAM 软件系统中也存在这样的问题，为保障数据
在传递、转化的过程中不丢失，建立数据转换的标准显得非常重要，这样可以模
具CAD/CAE/ CAM软件系统内部的信息交流成为整体，从而真正意义上实现了
模具制造信息传递的畅通。
2.3 模具CAD/CAE/CAM技术的集成化是必然趋势
国内模具制造企业虽然也采用了CAD/CAM/CAE 技术，但模具的设计尚未形成
成熟的理论指导和设计体系，各类设计工具更多的表现为单一学科的软件化，其
相互集成也是以软件接口实现的数据集成。模具CAD/CAE/CAM 技术与GT、
4CE
（Concurrent Engineering）、CAE、CAPP（Computer Aided Process Planning）、
PDM（Product Data Management）等技术密切相连，组成一个有机的整体，建立
一个统一的全局模具产品数据模型，在模具开发、模具设计中，提供全部的信息，
使信息共享、交换处理和反馈，它综合了计算机技术，系统集成技术，
并行技术和管理技术，最终将发展成为 CIMS（Computer Integrated Manufacture
System，计算机集成制造系统）。
2.4 智能技术将使模具CAD/CAE/CAM技术如虎添翼
模具CAD/CAE/CAM技术中的智能化是指由模具CAD/CAE/CAM软件系统和人
类专家共同组成的人机一体化系统，它能再模具生产过程中进行分析、推理、判
断、构思和决策等智能活动，有效地实现了人与模具设计系统的有机融合及人的
智能的充分发挥。近年来，人工智能在模具 CAD/CAE/CAM 系统中的应用主要
集中在知识工程的引入和模具设计专家系统开发上。
目前，在模具的设计和制造过程中，在很多环节上仍然依靠模具设计人员的经验。
如模具设计方案的选择、工艺流程和参数的选择、模具结构的优化等，模具
CAD/CAE/CAM 设计系统只是完成一些简单建模和数值计算，缺乏灵活性和可
靠性。这就要求模具设计系统必须利用KBE（Knowledge-Based Engineering）技
术进行深入的改造，从分发挥、利用知识库和专家系统设计出高质量的模具。在
模具行业已有成功案例，如华中科技大学模具技术国家重点实验室在国产注射成
型模拟软件HSCAE6.10 中成功地引入了人工智能技术。
2.5 虚拟技术将在模具CAD/CAE/CAM得到应用
虚拟制造（VM）是一种新的制造技术，

它以仿真技术、信息技术、虚拟现实技
术为支撑，对产品设计、工艺规划、加工制造等生产过程进行统一建模。虚拟制
造技术应用于模具生产实际是模具CAD/CAE/CAM 技术的集成和延伸，因此，
模具工业今后推广应用虚拟制造技术，必须首先对当前应用于模具生产的各种先
进设计与制造技术和方法进行全面、深入的消化吸收和推广应用。虚拟制造技术
在国外模具工业中也有成功的应用。如美国的Foundry Service（FSC）公司采用
虚拟制造技术对整个工艺生产过程进行仿真，并根据仿真结果更改设备参数
后，成功地完成了生产系统的改造工程，节约了大量的资金。AUTODIE 公司采
用虚拟制造技术后，在8～10 个月内完成一种车型的设计与制造，一年内可以
5接受
5 种车型的模具定货。
2.6 网络化是模具CAD/CAE/CAM技术应用的重要手段
网络化敏捷制造与模具CAD/CAE/CAM 技术的结合是当今模具制造业中的主流
方向之一。随着信息技术、网络技术的发展，网络化制造的研究已经达到了前所
未有的高度。网络化模具制造指的是：面对模具市场机遇，针对模具市场需要，
利用以因特网为标志的信息高
速公路，灵活而迅速地组织社会模具制造资源，快速地组合成一种超越空间概念
的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体网络联盟模具制造企业，以便快速
推出高质量、低成本的模具产品。此类的研究已经相当多，如东莞地区模具行业
敏捷化趋势的分析与研究。由此可知模具网络化制造研究的重点的是如何有效的
实现不同模具企业之间的资源共享，多种高新技术的集成，因此能集成多方面的
资源，具有多种功能的网络化模具制造平台将成为网络化模具制造的技术支持工
具，将使模具企业快速的应对市场的变换。 结论 随着市场的国际化，竞争将愈演愈烈，短周期、高质量、长寿命的模具是模具行
业和用户的追求，这必将使模具CAD/CAE/CAM 技术全面深入地应用于模具行
业中，同时与并行工程、精益生产、敏捷制造等多种生产模式的结合日益密切，
最终使模具行业发生重大变革。 参考文献 [1]
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