引言

    早在20世紀(jì)90年代Boing777客機(jī)項(xiàng)目的研發(fā)，就由238個(gè)多功能團(tuán)隊(duì)利用CAD/CAM技術(shù)進(jìn)行同時(shí)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(xiàng)目的研發(fā)，開(kāi)創(chuàng)了無(wú)圖紙、研發(fā)的先河。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及及信息知識(shí)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(diǎn)，特別是基于網(wǎng)絡(luò)制造的動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、綠色制造、生物制造、智能CAD技術(shù)、概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、全數(shù)子化設(shè)計(jì)、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(guó)際上主要的CAD/CAM軟件被分為高檔、中檔和相對(duì)獨(dú)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(jì)，變量設(shè)計(jì)及造型特征技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體和曲面造型功能結(jié)合在一起，加工方式完備，實(shí)用性強(qiáng)、包括三維CAD設(shè)計(jì)、CAM、CAE、CAPP等功能，可對(duì)數(shù)控過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)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(kù)。

    (三)相對(duì)獨(dú)立的CAD軟件

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

    國(guó)產(chǎn)CAD軟件有北航海爾CAXA、InteCAD、開(kāi)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(diǎn)

    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(dòng)造型功能。運(yùn)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(shí)體，且所造形體形象逼真、色彩豐富，通過(guò)三維CAD軟件，三維實(shí)體大多可自動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)還能進(jìn)行有限元分析、三維仿真加工，并能通過(guò)后置處理生成NC代碼，NC代碼可直接通過(guò)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(shí)體，從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)械加工過(guò)程的自動(dòng)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(tái)裝有瀏覽器的主機(jī)都可以使用系統(tǒng)功能，更適合未來(lái)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(gè)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(gè)虛擬的空間中，分布在異地的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)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(jì)中的各種設(shè)計(jì)信息，可以進(jìn)行各種設(shè)計(jì)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(duì)CAD的設(shè)計(jì)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(kù)模型及工程數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在CAD/CAM系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)信息傳遞、響應(yīng)、分析及反饋，尋求全局最佳決策，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，集成包括信息集成、過(guò)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(shí)工程技術(shù)的發(fā)展和深入，CAD技術(shù)在運(yùn)用知識(shí)化、信息化的基礎(chǔ)上，建立基于知識(shí)的設(shè)計(jì)倉(cāng)庫(kù)，它能及時(shí)準(zhǔn)確地向設(shè)計(jì)師提供產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所需的知識(shí)與幫助，智能地支持設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)，提供主動(dòng)型、智能型的推理服務(wù)，利用web機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)信息共享與交換，解決了產(chǎn)品設(shè)計(jì)中對(duì)知識(shí)的需求問(wèn)題。

    (三)協(xié)同化

    通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建立及維持產(chǎn)品過(guò)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(jì)人員同時(shí)進(jìn)行對(duì)產(chǎn)品各零部件的分工設(shè)計(jì)和制造，對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，協(xié)同制作。

    (四)網(wǎng)絡(luò)化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
   
    設(shè)計(jì)人員可在虛擬世界中創(chuàng)造新產(chǎn)品，通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)將所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品與用戶及時(shí)進(jìn)行交流，以所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品最大限度地滿足客戶的要求。可以通過(guò)不同的虛擬工具來(lái)扭曲、擠壓和拉伸物體，可以虛擬地切削或擠壓材料，無(wú)需耗費(fèi)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(jì)中的結(jié)構(gòu)空間布局的干涉和運(yùn)動(dòng)機(jī)械的碰撞等問(wèn)題。通過(guò)虛擬裝配，在設(shè)計(jì)階段模擬零部件的裝配過(guò)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(shí)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(jì)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(jì)和制造。

四 當(dāng)前模具專業(yè)課程教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考

    傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)者先將頭腦中構(gòu)思的三維物體通過(guò)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(jì)者所表達(dá)的三維設(shè)計(jì)產(chǎn)品，這種由三維物體到二維圖紙的畫(huà)圖過(guò)程和二維圖樣到三維物體的看圖過(guò)程，是將模具專業(yè)課程的重點(diǎn)放制圖基礎(chǔ)上，是設(shè)計(jì)者間接的、不直觀的對(duì)設(shè)計(jì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定作為基礎(chǔ)，研究如何設(shè)計(jì)和制造模具，課程由沖壓模具和注塑模具設(shè)計(jì)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(jì)、分析計(jì)算、繪圖、制造、運(yùn)動(dòng)仿真等功能，原來(lái)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(shí)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(jìng)爭(zhēng)的需要。為此，筆者結(jié)合模具專業(yè)課程教學(xué)實(shí)踐談點(diǎn)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(shí)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(guó)家科技部倡導(dǎo)制造業(yè)信息化以來(lái)，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(lái)交流了，用二維圖樣去解決三維空間問(wèn)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(jì)的理念
   
    利用CAD/CAM軟件設(shè)計(jì)實(shí)物造型，通過(guò)局域網(wǎng)分組組建三維零件庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，并進(jìn)行虛擬預(yù)裝配，讓學(xué)生在體驗(yàn)協(xié)同設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、異地設(shè)計(jì)等先進(jìn)設(shè)計(jì)思想的過(guò)程中逐步理解現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，樹(shù)立整體協(xié)同設(shè)計(jì)意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(gè)領(lǐng)域，還涉及到機(jī)械設(shè)計(jì)、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(jì)意識(shí)的培養(yǎng)，在進(jìn)行模具專業(yè)課程學(xué)習(xí)的過(guò)程中，應(yīng)從機(jī)械設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開(kāi)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(jì)等內(nèi)容，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)和制造模具的全局觀念。即構(gòu)思一個(gè)零件時(shí)，將其分解為多個(gè)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(jiǎn)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(shí)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(chǎng)合，將模具零件的結(jié)構(gòu)和工程實(shí)際加工結(jié)合起來(lái)，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(jì)意識(shí)。學(xué)生也可根據(jù)模具專業(yè)課程實(shí)踐活動(dòng)積累的知識(shí)，大膽構(gòu)思、想象并繪制出新實(shí)物。因?yàn)橛糜?jì)算機(jī)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)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(jì)成果，這無(wú)疑將大大激發(fā)學(xué)生對(duì)模具專業(yè)課程的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)。這不僅加深了他們對(duì)模具實(shí)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(jì)的思維方式，加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
   
結(jié)束語(yǔ)

    由于新知識(shí)的增加，教學(xué)學(xué)時(shí)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(jì)、模具創(chuàng)意設(shè)計(jì)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(shí)點(diǎn)的情況下，盡可能多地把時(shí)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(jì)要求，思考、構(gòu)思，在計(jì)算機(jī)面前理解消化所學(xué)知識(shí)，從而學(xué)生可一改被動(dòng)接受知識(shí)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。