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摘要

【内容摘要】计算机技术的飞速发展，给传统的制造业带来了巨大的变革，CAD/CAM技术是一项利用计算机系统来帮助人们完成产品的设计和制造的新技术，他是计算机技术在零件生产中综合应用的新飞跃，CAD包括建立几何模型、工程分析、产品分析、动态模拟、自动绘图等；CAM包括数字化控制、工艺过程设计、机器人、柔性制造系统（FMS）、工厂管理等，CAD/CAM技术是制造的主要组成部分，文中简述了CAD/CAM的发展与应用现状。CAD/CAM（计算机辅助设计及制造)技术产生于本世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来。1989年美国国家工程科学家将CAD/CAM技术评为当代（1964-1989）十项最杰出的工程技术成就之一。三十几年来CAD技术和系统有了飞速的发展，CAD/CAM的应用迅速普及。在工业发达国家，CAD/CAM技术的应用已迅速从军事工业向民用工业发展，由大型企业向中小型企业推广，由高技术领域的应用向日用家电、轻工产品的设计和制造中普及。而且正在发达国家流向发展中国家。对经济也起到了一定的推动作用。本文通过阐述CAD/CAM给国家带来的巨大发展和意义，同时随着社会的进一步发展出现了大量相关的问题，最后表达了本人对于CAD学习的无比热爱和继续求知的热情，它带来的无尽空间和神秘感让我不断进取！

【关键词】飞速发展 自动绘图 数字化控制 自动化技术

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一、 CAD/CAM的基本概念

CAD/CAM技术是制造工程技术与计算机技术紧密结合、相互渗透而发展起来的一项综合性应用技术，具有知识密集、学科交叉、综合性强、应用范围广等特点。CAD/CAM技术是先进制造技术的重要组成部分，它的发展和应用使传统的产品设计、制造内容和工作方式都发生了根本性的变化。CAD/CAM技术已经成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。

1.1 、CAD技术诞生于二十世纪60年代 （CAD-Computer Aided Design)指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在设计中通常需要计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优秀方案，各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始计算，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速做出图形，使设计人员及时对设计做出判断和修改的；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。

CAD技术起源于美国，它经历了一个由二维设计技术向三维设计技术发展的过程。CAD不仅是设计手段，而且是一种新的设计方法和思维。显然，CAD技术的内涵会随着计算机技术的发展而不断扩展。

就目前情况而言，CAD是指工程技术人员以计算机为工具，运用自身的知识和经验，对产品或工程进行方案构思、总体设计、工程分析、图形编辑和技术文档整理等设计活动的总称，是一门多学科综合应用的新技术。CAD是一种新的设计方法，它采用计算机系统辅助设计人员完成设计的全过程，将计算机的海量数据存储和高速数据处理能力与人的创造性思维和综合分析能力有机会结合起来，充分发挥各自所长，使设计人员摆脱繁重的计算和绘图工作，从而达到最佳设计效果。CAD对加速工程和产品的开发、缩短设计制造周期、提高质量、降低成本、增强企业创新能力发挥着重要作用。

一般认为，CAD系统应具有几何建模、工程分析、模拟仿真、工程绘图等主要功能。一个完整的CAD系统应有人机交互接口、科学计算、图形系统和工程数据库等组成。人机交互接口是设计、开发、应用和维护CAD系统的界面，科学计算是CAD系统的主体，主要有有限元分析、可靠性分析、动态分析、产品的常规设计和优化设计等。

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工程数据库是对设计过程中使用和产生的数据、图形、图像及文档等进行存储和管理。就CAD技术目前可实现的功能而言，CAD作业过程是在由设计人员进行产品概念设计的基础上从建模分析，完成产品几何模型的建立，然后抽取模型中的有关数据进行工程分析、计算和修改，最后编辑全部设计文档，输出工程图。

1.2 CAM技术

计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing,简称CAM）到目前为止尚无统一的定义。一般而言，CAM是指计算机在制造领域有关应用的统称，有广义CAM和狭义CAM之分。所谓广义CAM，是指利用计算机辅助完成从生产准备工作到产品制造过程中的直接和间接的各种活动，加工、装配、检验、输送、储存的生产活动。而狭义CAM通常指数控程序的编制，包括刀具路线的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及后置处理和NC代码生成等。

CAM中核心的技术是数控加工技术。数控加工主要分程序编制和加工过程两个步骤。程序编制是根据图纸或CAD信息，按照数控机床控制系统的要求，确定加工指令，完成零件数控程序编制；加工过程是将数控程序传输给数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床，使刀具和工件严格按执行程序的规定相对运动，加工出符合要求的零件。作为应用性、实践性极强的专业技术，CAM直接面向数控生产实际。生产实际的需求是所有技术发展与创新的原动力，CAM在实际应用中已经取得了明显的经济效益，并且在提高企业市场竞争能力方面发挥着重要作用。

1.3CAD的分类及用处

CAD是一个包括范围很广的概念，概括来说CAD的设计对象有两大类，一类是机械、电子、电气、轻工和纺织产品；另一类是工程设计产品、即工程建筑，国外简称AEC（Architecture、Engineering、Construction）。而如今，CAD技术的应用范围已经延伸到艺术、电影、动画、广告和娱乐等领域，产生了巨大的经济及社会效益，有着广泛的应用前景。

CAD在机械制造业的应用最早，也最为广泛，采用CAD技术进行产品不但可以使设计人员‘甩掉图板’，更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力，还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛先采用CAD/CAM技术进行产品

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设计，而且投入大量的人力物力及资金进行CAD/CAM软件的开发，以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。

计算机辅助建筑设计（Computer Aided Architecture Design，简称CAAD）是CAD在建筑方面的应用，它为建筑设计带来了一场真正的革命。随着CAAD软件从初的二维通用绘图软件发展到如今的三维建筑模型软件，CAAD软件技术已开始被广为采用，这不但可以提高设计质量，缩短工程周期，还可以节约2%-5%的建筑投资，而近几年来我国每年的基本建筑投资都有千亿元之多，如果全国大小近万个工程设计单位都采用CAD技术，则可以大大提高基本建筑的投资效益。

CAD技术还被广泛用于轻纺及服装行业中，以前我国纺织品及服装的花样设计、图案的协调、色彩的变化、图案的分色、描稿及配色等均由人工完成，速度慢、效率低，而且目前国际市场上对纺织品及服装的要求是批量小、花色多、质量高、交货要速度，这使得我国放在产品在国际市场上的竞争力不强。采用CAD技术后大大加快了我国纺织及服装企业走向国际市场的步伐。

如今，CAD技术已进入到人们的日常生活中，在电影、动画、广告和娱乐等领域大显身手。电影拍摄中利用CAD技术已有十余年的历史，美国好莱坞电影公司主要利用CAD技术构造布景，可以利用虚拟现实的手法设计出人工不可能做到的布景。这不仅能节省大量的人力、物力，降低电影的拍摄成本，而且还可以给观众造成一种新奇、古怪和难以想象的环境，获得极大的票房收入。比如美国的《星球大战》、《外星人》、《侏罗纪公园》等科幻片以及完全用三维计算机动画制作的影片《玩具总动员》，都取得了极大的成功。轰动全球的大片《泰坦尼克》应用了大量的三维动画制作，用计算机真实地模拟了泰坦尼克航行、沉船的全过程。此外动画和广告制作中也充分利用计算机造型技术，实质上也是一种虚拟显示技术。寻现实技术还被用于各种模拟器及景物的实时漫游、娱乐游戏中。

二、 CAD/CAM系统组成及其软硬件

CAD/CAM系统是由工作人员、硬件和软件三大部分组成的。电子计算机及其外围设备构成CAD/CAM的硬件系统；操作系统和用于软件构成CAD/CAM的软件系统。工作人员在CAD/CAM系统中起主导作用，只有把软件、硬件及工作人员融为一体，才能更有效地发挥CAD/CAM系统的功能，从而完成诸如计算、绘图、模拟、数控编程等

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一系列任务。在选择硬件系统时应特别考虑下述几点：①工作能力②经济性③使用方便性④工作可靠性⑤维修方便性⑥标准化程度及可扩充性⑦工作环境⑧响应时间及处理速度⑨采用的语言⑩磁盘容量等。

根据当前计算机市场的情况，CAD/CAM硬件的配置大致有4种类型：①主机系统（Main Frame System），②成套系统（Turnkey System），③超级微型机CAD工作站（Stand Alone CAD w/s），④个人计算机CAD工作站（PC CAD）。

三 、CAD/CAM系统中计算机的配置

（1）由于CAD/CAM系统要完成相当复杂的任务，刚引入阶段，它只能在大型计算机上完成，大型计算机主机系统，它的主机由3部分组成①一个容量有限的主存贮器和快速的中央处理机②外存贮器③外围设备，如输入、输出、设备等。

显示设备是最终产生图形效果的部件，目前使用较多的仍是阳极射线管CRT（Cathode Ray Tube）显示器，其核心部件即为CRT。

CRT一般是利用电磁场产生高速的，经过聚焦的电子来偏转到屏幕的不同位置，轰击屏幕表面的荧光材料而产生可见图形。目前计算机上普遍使用彩色CRT，最常用的彩色显像管是遮蔽板式CRT。

（2）随机扫描显示器又称为直线画线器或轨迹扫描设备。它有一个独立的存储器来存储图形信息。它的基本工作过程是：从文件存储器中取出画线或显示字符、亮度、线型指令，送至显示器，从而在屏幕上产生图形轨迹。

此设备具有高度的动态性能，较高的分辨率，明显的对比度，以及线条质量好，易于修改等优点，因此在许多图形系统中仍然使用它作为图形输出设备。

（3）光栅扫描显示器是基于电视机的工作原理产生的。电子束在水平偏转线圈产生的水平磁场作用下，沿着水平方向扫描，在垂直偏转线圈产生的垂直磁场作用下，沿着垂直方向扫描。每幅图像可扫描512×512个点（或更多），每个点称为一个像素，每一个像素具有不同的灰度级颜色等属性，可组合显示不同的图形。

可以输出具有真实感的主题图形。它具有较好的动态性能，适于做模拟器，不足之处是在交互操作时响应速度慢输入图形信息较费时。

四、国内CAD市场状况及CAD/CAM主流

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