CAD_CAE_CAM的发展概述_张晔

（3）三维 CAD 系统。将与实际物体形状特性相近的图形数据
木、建筑等领域中也应用 CAD 来进行二维图形的绘制。这些二维 代替三维形状，进行三维设计，便于直观地观察产品结构。
绘图的 CAD 系统为第一代 CAD 技术。
（4）CAE 系统。对三维 CAD 系统得到的数据进行仿真和分
1973 年，布达佩斯国际会议首次公布了一种能与实物一模一 析，包括有限元分析功能、动特性分析功能、结构分析功能等。
FASTRAN 等 10 余种知名 CAE 软件。
3.3 网络化
1.4 CAD／CAE／CAM 的集成
随着计算机网络技术的不断完善，CAD／CAE／CAM 系统的网
CAD 和 CAM 最初是独立发展的，用 CAD 进行设计，将设计 络化已成为不可阻挡的发展趋势。网络化可以充分发挥系统的总
产品形状数据存入计算机后，再由 CAM 对同一个形状的数据进 体优势，使一个项目在多台计算机上协作完成。借助现有的网络，
样的图形存入计算机中的设计系统— ——立体模化器，成功实现了
（5）CAM 系统。CAM 系统有 3 大功能：1）将加工技术的经验
三维 CAD，这就是第二代 CAD 系统，主要是进行二维交互式绘图 知识存入计算机，再对其进行调用、修改来进行工序设计；2）可以
和三维几何绘图。第二代 CAD 系统在几何造型方面采用了三维线 框模型、曲面模型和实体模型，在实体造型上采用实体几何构造法 （CSG 法）和边界表示法（B-rep 法）。
Zonghe Yanjiu◆综合研究
CAD／CAE／CAM 的发展概述
张 晔 张群英 孙康岭
（泰山职业技术学院，山东 泰安 271000） 摘 要：介绍了 CAD／CAE／CAM 发展的历程及其集成的过程，分析了 CAD／CAE／CAM 的软硬件构成，研究了 CAD／CAE／CAM 的发展趋 势。 关键词：CAD；CAE；CAM；发展；趋势
20 世纪 50 年代后期，麻省理工学院在开发 APT 的同时，探索 了如何把计算机用于设计过程。其开发的计算机图形对话系统叫 SKET-CHPAP，可以通过光笔在显示器屏幕上给出一些简单的命 令来绘出直线、圆、弧线等几何图形。会话式计算机图形处理，是实 现 CAD 概念的第一步。CAD 首先成功地应用在电子工业领域中，
［６］ 李美芳．ＣＡＥ 技术及其发展趋势［Ｊ］．制造业信息化，２００５（４）：８２～
（1）自动绘图系统。自动绘图系统是根据工业制图的原理，利
1 CAD／CAE／CAM 的发展历程
1.1 CAM 的发展历程 从时间上看，CAD／CAE／CAM 的发展是随着计算机软硬件技
术的发展而发展的，CAD／CAE／CAM 的发展历程要从 CAM 的历 史说起。1952 年，美国麻省理工学院研制成功了世界上第一台 NC 机床来取代以往的手工作业。此机床由于控制程序纸带由人工完
3 结论与展望
修补坑槽虽然按公路养护技术规范所规定的“圆洞方补”的原
［参考文献］ ［１］ 西田正孝．应力集中［Ｍ］．李安定，郭廷玮，等译．北京：机械工业出
版社，１９８６ ［２］ 徐芝纶．弹性力学简明教程［Ｍ］．第 ３ 版．北京：人民交通出版社，
２００９ ［３］ 浙江省公路管理局交通运输部．ＪＴＧＨ１０—２００９ 公路养护技术规
另外，CAD／CAE／CAM 还有一些其他的附属设备。
工业，２００５（７）：９～１２
2.2 CAD／CAE／CAM 的软件组成
［５］ 陈晖，周细应，李名尧．模具 ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ 技术的应用及其发展趋
势［Ｊ］．铸造技术，２０１０，３１（１１）：１ ４５４～１ ４５６
CAD／CAE／CAM 主要包括以下软件系统：
2 CAD／CAE／CAM 的系统构成
4 结语
企业必须总结 CAD／CAM／CAE 开发与应用的经验，进行充 分的调研，制订合理的计划，提出总体规划，注重二次开发、人才培 训和系统管理，进一步推动我国模具 CAD／CAE／CAM 技术的应
要实现 CAD／CAE／CAM 的有机集成，必须具备由计算机、输 用和发展。
系统发展，以全面支持异地的、数字化的、采用不同设计哲理与方 免地要多次修改，进行零件尺寸和形状的综合优化协调，而且大多
法的产品设计工作。
数新产品设计都是在原有的设计基础上进行改进。参数化设计
1.3 CAE 的发展历史
（Parametrie）即尺寸驱动（Dimension-Driven）不仅使 CAD 系统具有
入输出设备组成的硬件和使 CAD／CAE／CAM 发挥功能作用的软
件。
［参考文献］
2.1 CAD／CAE／CAM 的硬件组成
［１］ 雷亚勇，张韫韬，刘鑫．ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ 的协同发展研究［Ｊ］．机械工
CAD／CAE／CAM 的核心是计算机，这个计算机可以是专用计
程与自动化，２００８（４）：１９１～１９３
成，因而花费时间且容易出错。为解决这些问题，麻省理工学院开 发了 APT（Automatically Programmed Tools）的自动编程系统，根据 加工零件的形状，自动计算刀具轨迹。1957 年和 1961 年又相继推 出了 APT－II 和 APT－III。伊利诺斯工业大学于 1969 年研制成功了 APT－IV。 联 邦 德 国 的 汉 堡 大 学 吸 收 了 APT 技 术 并 开 发 了 EXAPT－I、EXAPT－II 和 EXAPT－III。1969 年，雷诺公司开发成功了 第一个标准设计系统 AUTO-PROS。APT 模式是第一代 CAM 的模 式，基本处理方式是人工或辅助式直接计算数控刀路，编程目标与 对象也都直接是数控刀路。第二代 CAM 能处理曲面，系统结构一 般是 CAD／CAM 混合系统，较好地利用了 CAD 模型，以几何信息 作为最终的结果，自动生成加工刀路，自动化、智能化程度得到了 大幅度提高，具有代表性的是美国的 UG、加拿大的 Cimatron、美国 的 MarsterCAM、法国的 CATIA。由于工序设计中的一些技术处理 问题，CAM 技术是 CAD／CAE／CAM 发展中最缓慢的。 1.2 CAD 的发展概述
行修改，工作的重复浪费了大量的时间。为了避免这些重复浪费， 不同设计人员可以通过网络交流设计数据，同时对产品的设计与
应看到 CAM 与 CAD 相统一的重要性。利用立体模化器确定形 制造进行操作和评价。
状，从解析、仿真到生产准备的一系列工作都能统一地集中完成。 当前正在开发以立体模化器为核心的 CAD／CAM／CAE 的集成系 统，从而进一步提高设计和生产的自动化程度和效率。
法互相交叉、融合。这种系统常常与 CAM 系统之间有内部统一的 数据结构及共同的数据库,做到了二、三维模型修改时的相互关联
3.1 参数化 传统的实体造型技术都是采用无约束自由造型技术，即用固
性以及 CAD／CAM 的信息集成。
定的尺寸数值来定义几何元素，输入的每条线都有其确定位置，如
自 20 世纪 90 年代后期开始，CAD 技术正在向第四代 CAD 果想修改结构形状，只有重新造型。而在新产品设计过程中不可避
1953 年，首次成功应用了计算机进行电力变压器设计的收敛 交互式绘图功能，同时也具有自动绘图的功能。这是 CAD 技术应
运算。1956 年，波音公司开发了具有划时代意义的有限元素方法 用领域内的一个非常重要且有待进一步研究的课题。
用于进行喷气式飞机设计的振动分析。有限元法能用于结构解析、 3.2 智能化
E′／E 较大时，圆孔边上的 A 点应力最大，则应力集中系数为： α′＝ σθA′
q E′／E 与 α 以及 α′的关系如图 3 所示。该图表明，在 E′／E＞1.0 时，即 α＜1.0 的范围内，由于填充物对应力集中的缓和作用，板上 填充物附近的应力较板在远处的应力要低。
则，操作简便，但效果欠佳。因为修补坑槽夯实基层时，一方面，方 形四角不易夯实，造成压实度不足、强度不匀，损坏往往从四角开 始而逐步发生；另一方面，沥青路面在承受行车荷载和低温收缩拉 力的作用下，方形坑槽边缘部位应力集中较大，界面就易发生早期 破损。由对各种形状坑槽的应力集中分析可知，圆形槽、纵向有两 端倒圆的矩形槽的应力集中程度最小，适宜作为坑槽开槽的形状。 之后，本文通过对圆形坑槽修补之前和修补之后的应力分析可知， 圆形坑槽修补方式很大程度上缓和了应力集中的情况。而目前的 铣刨机很难铣出圆形坑槽，所以如果我们研究出立式铣刨机，则能 方便的挖出圆形坑槽，对沥青路面坑槽修补具有重大意义。
算机，也可以是通用计算机。目前广泛应用的输入设备有键盘、数 ［２］ 王恺．产品造型 ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ 集成方法研究［Ｄ］．长安大学，２００９
字化仪、语音输入笔、光笔等。主要的输出设备有复印机、绘图仪、 ［３］ 刘昌祺．ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ 基础［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００１
打印机等。显示器可以作输出设备，与光笔配合又具有输入功能。 ［４］ 李德群，肖祥芷．模具 ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ 的发展概况及趋势［Ｊ］．模具
产品开发包括产品设计、产品实验、产品制造等多个环节。如何 提高产品开发的效率、缩短开发周期是产品研发行业一直追求的目 标。随着计算机的发展，出现了计算机辅助技术 （Computer Aided Technology） 来支持产品开发过程中的活动，如计算机辅助设计 （Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）、计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）。过去靠手工完成的单调作业，现在可用计算机自动完成， 这降低了产品开发过程中各个阶段人员的劳动强度，提高了产品质 量并加快产品开发。特别是随着计算机图形学、知识工程、数据库技 术、计算机网络等技术的发展，CAD、CAE、CAM 由原来的孤立模式 发展到有机融合的集成模式 CAD／CAE／CAM，这使设计过程更加 连贯、设计资源能共享、设计信息流动更加顺畅，对产品开发效率的 提高和产品质量的提升产生了一个新的突破。