引言

    早在20世紀(jì)90年代Boing777客機(jī)項目的研發(fā)，就由238個多功能團(tuán)隊利用CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行同時集中式協(xié)同研發(fā)，在研發(fā)周期縮短50%的前提下成功地完成了該項目的研發(fā)，開創(chuàng)了無圖紙、研發(fā)的先河。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及及信息知識工程等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，集成化、智能化、協(xié)同化成為CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的新特點，特別是基于網(wǎng)絡(luò)制造的動態(tài)聯(lián)盟、綠色制造、生物制造、智能CAD技術(shù)、概念設(shè)計、動態(tài)聯(lián)盟、全數(shù)子化設(shè)計、可視化制造等技術(shù)，更是三維CAD/CAM技術(shù)的衍生。

一 現(xiàn)代三維CAD/CAM軟件的介紹

    目前在國際上主要的CAD/CAM軟件被分為高檔、中檔和相對獨立的軟件。

    (一)高檔CAD軟件

    主要有：CATIA，I-DEAS，UG，Pro/E，等，提供復(fù)雜的產(chǎn)品全生命周期解決方案，優(yōu)越的參數(shù)化設(shè)計，變量設(shè)計及造型特征技術(shù)與傳統(tǒng)的實體和曲面造型功能結(jié)合在一起，加工方式完備，實用性強(qiáng)、包括三維CAD設(shè)計、CAM、CAE、CAPP等功能，可對數(shù)控過程進(jìn)行自動控制和優(yōu)化。
   
    (二)中檔CAD軟件

    主要有Solidworks，Solidedge，MasterCAM，Cimatron等，有靈活的用戶界面、優(yōu)良的三維造型、工程繪圖、數(shù)字加工全面、各種通用專用數(shù)據(jù)接口及集成化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫。

    (三)相對獨立的CAD軟件

    主要有AutoCAD、Surfcam等，有圖形設(shè)計功能、交互工藝參數(shù)輸入模塊、三維動態(tài)仿真及互聯(lián)網(wǎng)功能。

    國產(chǎn)CAD軟件有北航海爾CAXA、InteCAD、開目CAD、中望CAD、廣州紅地“金銀花”等。

二 現(xiàn)代CAD／CAM技術(shù)軟件的特點

    三維CAD軟件大多具有易操作性，具有基于特征的參數(shù)驅(qū)動造型功能。運用其拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等工具，可以高效地建立各種復(fù)雜的三維實體，且所造形體形象逼真、色彩豐富，通過三維CAD軟件，三維實體大多可自動生成二維的工程制圖。其尺寸具有相關(guān)聯(lián)性，如修改一部分尺寸，則和其相關(guān)聯(lián)的尺寸可自動修改。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展及CAM(Computer Aided Manufacturing)的出現(xiàn)，基于Internet、Intrant及企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)體系的實現(xiàn)成為可能，出現(xiàn)了基于三維CAD軟件的三維CAD／CAM軟件，它不僅能實現(xiàn)三維設(shè)計還能進(jìn)行有限元分析、三維仿真加工，并能通過后置處理生成NC代碼，NC代碼可直接通過網(wǎng)絡(luò)輸入到數(shù)控機(jī)床，由數(shù)控機(jī)床根據(jù)NC代碼所傳遞的信息加工生成零件實體，從而實現(xiàn)了機(jī)械加工過程的自動化。現(xiàn)代三維CAD／CAM軟件大都具CAE(Computer Aided)功能，有些還具有CAPP功能。它具有良好的可操作性，使用者可以使用任意一臺裝有瀏覽器的主機(jī)都可以使用系統(tǒng)功能，更適合未來分布式管理環(huán)境，在基于Internet網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下，為充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用，最大限度地將圖紙資料共享，進(jìn)行有效的網(wǎng)絡(luò)決策交流，需要提供一個基于網(wǎng)絡(luò)的多用戶共享的可視化虛擬交流空間，在這個虛擬的空間中，分布在異地的設(shè)計團(tuán)隊成員可以聚集在一起，可以創(chuàng)建、共享和管理產(chǎn)品設(shè)計中的各種設(shè)計信息，可以進(jìn)行各種設(shè)計方案與構(gòu)思的協(xié)商討論，不僅可以進(jìn)行文字信息的交流，還能針對CAD的設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的共享。

 三 基于互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)代CAD/CAM制造技術(shù)的發(fā)展

    (一)集成化

    是以統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫模型及工程數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在CAD/CAM系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)信息傳遞、響應(yīng)、分析及反饋，尋求全局最佳決策，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，集成包括信息集成、過程集成、工作機(jī)制集成、資源集成、技術(shù)集成、智能集成等。
     
    (二)智能化

    隨著知識工程技術(shù)的發(fā)展和深入，CAD技術(shù)在運用知識化、信息化的基礎(chǔ)上，建立基于知識的設(shè)計倉庫，它能及時準(zhǔn)確地向設(shè)計師提供產(chǎn)品開發(fā)所需的知識與幫助，智能地支持設(shè)計人員的設(shè)計，提供主動型、智能型的推理服務(wù)，利用web機(jī)制，可以實現(xiàn)信息共享與交換，解決了產(chǎn)品設(shè)計中對知識的需求問題。

    (三)協(xié)同化

    通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建立及維持產(chǎn)品過程及源數(shù)據(jù)的統(tǒng)一模型，組織分散在各地的產(chǎn)品設(shè)計人員同時進(jìn)行對產(chǎn)品各零部件的分工設(shè)計和制造，對產(chǎn)品開發(fā)過程實行動態(tài)管理，協(xié)同制作。

    (四)網(wǎng)絡(luò)化虛擬現(xiàn)實技術(shù)
   
    設(shè)計人員可在虛擬世界中創(chuàng)造新產(chǎn)品，通過Internet網(wǎng)絡(luò)將所設(shè)計的產(chǎn)品與用戶及時進(jìn)行交流，以所設(shè)計的產(chǎn)品最大限度地滿足客戶的要求。可以通過不同的虛擬工具來扭曲、擠壓和拉伸物體，可以虛擬地切削或擠壓材料，無需耗費材料或占用寶貴的加工設(shè)備，及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計中的結(jié)構(gòu)空間布局的干涉和運動機(jī)械的碰撞等問題。通過虛擬裝配，在設(shè)計階段模擬零部件的裝配過程檢查所用零部件是否正確和合適。

    (五)可視化

    網(wǎng)絡(luò)化CAD/CAM系統(tǒng)是構(gòu)筑在Internet，Intranet之上并采用典型的TCP/IP等通信協(xié)議實現(xiàn)相互通信和信息或資源的傳輸和集成。具有一定權(quán)限的設(shè)計人員、工藝人員采用基于電子白板在線交流、以及集成音視頻等機(jī)制的協(xié)同工作模式進(jìn)行產(chǎn)品的在線設(shè)計和制造。

四 當(dāng)前模具專業(yè)課程教學(xué)改革的幾點思考

    傳統(tǒng)的設(shè)計是設(shè)計者先將頭腦中構(gòu)思的三維物體通過制圖的手段表達(dá)在二維的圖紙上，看圖者再根據(jù)二維圖紙的表達(dá)方式，再在頭腦中想象出設(shè)計者所表達(dá)的三維設(shè)計產(chǎn)品，這種由三維物體到二維圖紙的畫圖過程和二維圖樣到三維物體的看圖過程，是將模具專業(yè)課程的重點放制圖基礎(chǔ)上，是設(shè)計者間接的、不直觀的對設(shè)計思想的表達(dá)，傳統(tǒng)的模具專業(yè)課程教學(xué)是以制圖基礎(chǔ)和“模具專業(yè)課程”國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定作為基礎(chǔ)，研究如何設(shè)計和制造模具，課程由沖壓模具和注塑模具設(shè)計兩部分組成。隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，三維CAD/CAM軟件已能為使用者提供了強(qiáng)大的設(shè)計、分析計算、繪圖、制造、運動仿真等功能，原來的模具專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容急待調(diào)整，這樣才能使高等學(xué)校所學(xué)課程應(yīng)和工程實際應(yīng)用緊密相聯(lián)系，應(yīng)適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展，滿足企業(yè)人才競爭的需要。為此，筆者結(jié)合模具專業(yè)課程教學(xué)實踐談點自己的看法。

    (一)模具專業(yè)課程應(yīng)加強(qiáng)三維CAD軟件教學(xué)，增加三維實體的教學(xué)內(nèi)容

    隨著制造技術(shù)迅猛的發(fā)展，特別是在國家科技部倡導(dǎo)制造業(yè)信息化以來，大部分制造企業(yè)都已引入三維CAD/CAM軟件，二維圖形在機(jī)械加工生產(chǎn)中的地位已經(jīng)大大下降，模具制造業(yè)已經(jīng)不需要圖紙來交流了，用二維圖樣去解決三維空間問題的作用已經(jīng)不是必要途徑了，即使需要二維圖形，也不需要再用手工繪制了，可直接從三維CAD軟件中直接繪制。為此，三維CAD軟件教學(xué)，是模具專業(yè)課程學(xué)習(xí)的必備前期基礎(chǔ)課程。

    (二)培養(yǎng)現(xiàn)代設(shè)計的理念
   
    利用CAD/CAM軟件設(shè)計實物造型，通過局域網(wǎng)分組組建三維零件庫、標(biāo)準(zhǔn)件庫，并進(jìn)行虛擬預(yù)裝配，讓學(xué)生在體驗協(xié)同設(shè)計、并行設(shè)計、異地設(shè)計等先進(jìn)設(shè)計思想的過程中逐步理解現(xiàn)代工程設(shè)計的特點，樹立整體協(xié)同設(shè)計意識，培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)代設(shè)計理念。

    (三)從整體出發(fā)，優(yōu)化專業(yè)課教學(xué)

    CAD/CAM軟件不僅涉及到模具專業(yè)課程一個領(lǐng)域，還涉及到機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造、傳熱學(xué)及金屬材料學(xué)等諸多學(xué)科，三維幾何造型有助于設(shè)計意識的培養(yǎng)，在進(jìn)行模具專業(yè)課程學(xué)習(xí)的過程中，應(yīng)從機(jī)械設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā)的全局統(tǒng)籌考慮，重在講解原理，要增加造型分析、特征分析、參數(shù)化設(shè)計等內(nèi)容，重點培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計和制造模具的全局觀念。即構(gòu)思一個零件時，將其分解為多個特征，搞清各特征之間的聯(lián)系及其功用，最后在Pro/E中建立零件的三維模型。在不改變簡單立體的形狀，只改變相互位置和組合方式下，重新構(gòu)形出不同實體，并觀察二維投影的變化，進(jìn)而考慮某種功能再進(jìn)行造型，讓同學(xué)們討論其用途和使用場合，將模具零件的結(jié)構(gòu)和工程實際加工結(jié)合起來，拓寬他們的思路，豐富他們的視野，培養(yǎng)他們的現(xiàn)代模具設(shè)計意識。學(xué)生也可根據(jù)模具專業(yè)課程實踐活動積累的知識，大膽構(gòu)思、想象并繪制出新實物。因為用計算機(jī)進(jìn)行工程設(shè)計省去了大量的手工繪圖工作，學(xué)生可馬上著到自己的設(shè)計成果，這無疑將大大激發(fā)學(xué)生對模具專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識。這不僅加深了他們對模具實物結(jié)構(gòu)的了解，提高了構(gòu)圖能力，關(guān)鍵掌握了現(xiàn)代化工具進(jìn)行工程設(shè)計的思維方式，加強(qiáng)了對學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
   
結(jié)束語

    由于新知識的增加，教學(xué)學(xué)時的大大縮短，當(dāng)前課程體系的設(shè)置和教學(xué)方法已經(jīng)難以完成上述任務(wù)，必須重組教學(xué)內(nèi)容，改革現(xiàn)有教學(xué)方法。教學(xué)中要以模具構(gòu)形設(shè)計、模具創(chuàng)意設(shè)計為核心，培養(yǎng)空間一平面一空間的三維構(gòu)形。在學(xué)生掌握模具基本知識點的情況下，盡可能多地把時間留給學(xué)生，比如，由讓學(xué)生自己去根據(jù)教師提出的基本模具設(shè)計要求，思考、構(gòu)思，在計算機(jī)面前理解消化所學(xué)知識，從而學(xué)生可一改被動接受知識的局面，成為求知的主人。另外，根據(jù)現(xiàn)代CAD/CAM軟件發(fā)展的新形式，要盡快編制出新的、和目前模具專業(yè)課程配套教材，提高模具專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量。