1 引言

　　隨著CAD技術和計算機硬件技術的不斷發展，一些中小型模具企業已經在管理、設計及制造等方面獨立地使用CAD、CAPP、CAM等單項技術，且取得卜定的成績。但是從總體上說，這種方法沒有取得明顯的效益。主要缺點如下：(1)CAD、CAPP、CAM、CAE等系統是分散孤立的。CAD的后續工序不能直接讀取CAD數據，仍需重新建立數據模型。(2)許多CAD系統是基于二維設計，非三維實體模型的描述，不能進行加工工藝編排、結構分析、運動分析和三維數控加工編程。(3)沒有統一的數據庫，計算機軟硬件資源難于共享。(4)企業計劃、設計、生產、材料、采購、財務、質量和銷售部門，各自運行著互不兼容。

　　2 CAD/CAPP/CAM系統集成的關鍵技術

　　2.1 建立統一的產品模型

　　CAD/CAPP/CAM系統的集成有信息集成、過程集成、功能集成。信息集成是CAD/CAPP/CAM系統集成的基礎，如何完整而合理地描述產品的信息。使得各模塊之間的信息既能夠共享，又有最小的冗余，是首先要解決的問題。針對這一問題，解決的辦法是建立CAD/CAPP/CAM范同內相對統一的產品模型，并以此模型為基礎，運用產品數據交換技術，實現CAD/CAPP/CAM間的數據交換和共享。

　　特征造型是在幾何造型的基礎上發展起來的，特征造型它包含了實體造型的幾何信息和拓撲信息;另一方面還包含了產品在設計制造過程中的其他信息，如材料信息、精度信息、技術信息、刀具信息等。特征造型通常由形狀特征、精度特征、材料特征等組成，如圖1所示。

　　它使產品的設計工作不只是停留在底層的設計工作不只是停留在底層的幾何信息與拓撲信息上，而是建立在起點比較高的功能模型上。特征的引用不僅體現了設計意圖，而且直接對應加工方法，這樣便于進行計算機輔助工藝規程的設計及組織生產。通過特征造型，可以避免計算機內部實體模型數據與外部特征數據不一致和冗余，特征造型是解決CAD/CAPP/CAM集成最有效的途徑之一。

　　2.2 統一數據庫

　　CAD/CAPP/CAM系統集成，主要通過文件來實現數據交換，文件之間要通過數據接口轉換，傳輸效率不高。為了提高數據傳輸效率和系統的集成化程度，保證各系統之間數據的一致性、可靠性和數據共享，建立PDM(產品數據管理)平臺，把工程數據庫和管理數據庫集成在一起。各功能模塊通過PDM平臺實現數據的交換與共享，從而避免了數據文件格式的轉換，保證了數據一致性、安全性和可靠性。

　　PDM平臺數據庫集成分成兩個部分組成：工程數據庫和管理數據庫。

　　工程數據庫結構由CAD數據庫、CAPP數據庫和CAM數據庫組成，如圖2所示。在CAD數據庫中存放了3D數據模型，2D圖紙、知識、標準件、標準模架和資源等信息。通常，在實CAD/CAPP/CAM功能時只只需以CAD數據庫為基礎，同CAPP和CAM數據庫直接交流。

　　管理數據庫中存放了：產品配置管理、文檔管理、過程管理、知識管理與知識集成、項目管理、組織管理、協同環境管理、應用工具集成管理信息。

　　工程數據庫和管理數據庫之間實現數據共享的方法有兩種：一種是開發專用接口在異種數據庫之間傳遞數據;另一種是選用具有標準接口的商用CAD軟件和PDM軟件。

　　3 CAD/CAPP/CAM集成系統結構設計與實現

　　3.1 PDM平臺CAD/CAPP/CAM總體結構設計

　　PDM平臺CAD/CAPP/CAM總體結構，如圖3所示。系統將通過實現PDM與CAD、CAD與CAM、PDM和CAPP之間的互操作級接幾來完成CAD/CAPP/CAM的集成。即CAD/CAM將設計數據存儲到PDM中，CAPP利用其與PDM的無縫集成獲得CAD/CAM的設計數據，CAD/CAM信息在CAPP系統中的位置和相互之間的關系由模型來確定。在工藝設計開始的時候，CAD數據將作為輸入數據將按照模型的要求從PDM中導入到CAPP，CAPP設計過程中需要調用CAD/CAM工具，設計的數據通過各自系統與PDM的接口返回，并且自動成為工藝信息的一部分。

　　CAD/CAM實際上是一個完全集成的局部系統，CAD的工序三維模型可以自動導入CAM之中進行數控工序設計，CAM的數據返回機制也與CAD相似。通過PDM系統協調，由CAD/CAPP/CAM共同完成產品的工藝設計。

　　3.2 PDM平臺CAD/CAPP/CAM集成系統的實現

　　中小型模具企業由于受資金實力、技術水平、規模效應的限制，實現上述方案時不可能一步到位，可分三個階段來實施：第一階段，模具工程設計系統企業可以購買基于微機的CAD/CAM軟件包如美國PTC公司開發的Pro/ENGINEER、美國EDS公司發布的UG Unigraphics等，這些軟件包自帶有統一工程數據庫和仝參數化特征建模技術，模具設計、分析、加工功能齊全，該階段主要完成零件造型、模具CAD/CAM系統、產品結構BOM表、裝配圖、工程圖。其中軟件的數據庫進行適當的開發可成為PDM平臺的工程數據庫。第二階段，開發與相應應用軟件配套的人機交換CAPP系統，建立管理數據庫，完成與工程數據庫的對接。第三階段，在CAD/CAPP/CAM系統集成的基礎上，建立企業局域網，完成PDM平臺。

　　下面以注塑模具研制為例，介紹整個模具CAD/CAPP/CAM集成技術的實現過程。模具設計人員按照產品設計任務書，采用在Pro/E環境下CAD/CAPP/CAM集成系統。首先在Pro/E基本模塊中進行產品三維模型設計;模具型腔結構設計是根據產品的數據模型由Pro/MOLD模塊完成，在型腔結構設計中可運用Pro/CAE模塊進行模擬，分析、驗證;運用Pro/EMX模塊進行模具結構系統設計。最終在統一的PDM平臺上完成模具產品的全三維模型構建和數據管理，這是一個不斷迭代的設計過程，最終的輸出結果是注塑模具的三維裝配模型、整套模具上每一個零件的數據模型及工程圖樣，這些數據包含豐富的內在信息，包括其材料、屬性、裝配關系等。在成型零件加工工藝設計開始的時候，CAD數據將作為輸入數據將按照模型的要求從PDM中導入到CAPP，CAPP設計過程中需要的調用CAD/CAM工具，通過人機對話形成工藝規程輸出。使用Pro/NC模塊將需加工的模具成型零件的工序三維模型自動導入CAM中進行數控工序設計并生成NC程序，經過NC仿真無誤后進行零件加工。

　　4 結論

　　基于特征的產品模型，統一數據平臺是CAD/CAPP/CAM集成的關鍵。借助于大型三維軟件包作為CAD/CAPP/CAM集成的第一步，對缺乏技術力量，可開發能力較差的中小型模具企業來說應具有可操作性。由于CAD/CAPP/CAM集成系統的復雜性，各中小型模具企業可根據自己的具體情況分階段有步驟地分段實施。