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1、CAI与其他CAX之间的关系随着计算机的普及，软件已变得不可或缺。最早的软件只是人们为了减轻自身日常工作中那些经常重复、又冗长乏味的计算而按执行顺序编写的几条数学公式。后来为了在不同情况下得出不同结果，又加上了一些转移条件。就软件的工作方式而言，即使是软件发展到如此繁荣的今天，其计算的本质依然没变即数学公式和转移条件。此两者都依赖于对各行业基础理论模型的研究和计算机技术的成熟度。换一个角度来说，软件是对客观世界中问题空间与解空间的具体描述，是客观事物的一种反映，是知识的提炼和“固化”，是人脑的加强与延伸。此点是软件的开发者和使用者能够达成共识的思想基础。CAI是CAX的新成员，它的出现不仅使C
2、AX家族更加完善而且作为设计的源头，直接影响其它成员的效率和成就。要弄清CAI与CAX家族的关系，还要先从全面了解CAX入手。CAX是对工业化软件的泛称。CAX按其英文字义翻译为计算机辅助技术，是计算机辅助工程类软件的总称，但其所涵盖的范围十分广泛，且边界难以界定。广义上讲目前的CAX涉及专业有机械、建筑、电子、电力、化工、生物、流体、空气动力、纺织、服装、教育，甚至还应包括多媒体制作以及工业设计、美容美发等。但因其历史发展的根源，CAX更多地被界定为工程辅助软件。又因为机械行业的工程辅助软件发展最成熟、最体系，CAX有时又被狭义地特指为泛机械制造类工程软件的总和。通常包括CAD|CAE|CA
3、PP|CAM|CAT|PDM|PLM。其中以4C(CAD|CAE|CAPP|CAM)为核心成员。随着计算机技术的迅猛发展，计算机辅助技术(CAX)在现代制造业中起着越来越重要的作用。在现代制造企业中， CAD、 CAPP、 CAM、 CAE等技术已经被普遍采用，并逐渐占据主导地位。计算机集成制造系统(CIMS) 被认为是机械制造工业的一种有效生产模式， 而CAD/CAPP/CAM的集成是实施ClMS的最重要环节之一。总之，CAX技术在新兴起的虚拟制造技术中起着举足轻重的作用。按照上述狭义定义，CAX应该是面向产品全生命周期各个环节的产品知识技术支持平台和共享协同平台。产品生命周期的概念是美国哈
4、佛大学教授雷蒙德弗农(Raymond Vernon)1966年在其产品周期中的国际投资与国际贸易一文中首次提出的。产品生命周期(product life cycle)，简称PLC，是产品的市场寿命，即一种新产品从开始进入市场到被市场淘汰的整个过程。费农认为：产品生命是指市上的的营销生命，产品和人的生命一样，要经历形成、成长、成熟、衰退这样的周期。就产品而言，也就是要经历一个开发、引进、成长、成熟、衰退的阶段。典型的产品生命周期一般可以分成四个阶段，即介绍期(或引入期)、成长期、成熟期和衰退期。那么，按照上面狭义CAX的界定，其家族成员CAD|CAE|CAPP|CAM|CAT|PDM|PLM基本
5、上可以胜任技术层面上对产品研发和改进的各种需求。下面逐一简介一下。CADComputer Aided Design即计算机辅助设计。它利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。在工程和产品设计中，通过计算机帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的参数计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能快速地检索和调用；设计通常从草图开始设计，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，可以快速作出图并形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放
6、大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD能够减轻设计人员的计算画图等重复性劳动，专注于设计本身，缩短设计周期和提高设计质量。80年代中期以来，CAD技术向标准化、集成化、智能化方向发展。一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为CAD技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用；系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在CAD中的应用，极大地提高了CAD系统的性能；人工智能和专家系统技术引入CAD，出现了智能CAD技术，使CAD系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化。
7、现在，CAD已在电子和电气、科学研究、机械设计 、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。目前主流的CAD软件有：UG，Proe，Solidwork，CATIA,AutoCAD等。CAEComputer Aided Engineering计算机辅助工程。用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。CAE从60年代初在工程上开始应用到今天，已经历了30多年的发展历史，其理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程，现已
8、成为工程和产品结构分析中(如航空、航天、机械、土木结构等领域)必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4C系统(CAD/CAE/CAPP/CAM)的重要环节。CAE系统的核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。其基本
9、过程是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量(应力、位移、压力和温度等)问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。此时得到的基本方程是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组。求解后得到近似的数值解，其近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。根据经验，CAE各阶段所用的时间为：40%45%用于模型的建立和数据输入，50%55%用于分析结果的判读和评定，而真正的分析计算时间只占5%左右。针对这种情况，采用CAD技术来建立CAE的几何模型和物理模型，
10、完成分析数据的输入，通常称此过程为CAE的前处理。同样，CAE的结果也需要用CAD技术生成形象的图形输出，如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图，表示应力、温度、压力分布的彩色明暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图。我们称这一过程为CAE的后处理。针对不同的应用，也可用CAE仿真模拟零件、部件、装置(整机)乃至生产线、工厂的运动和运行状态。目前来说，CAE软件的发展可以说是已经相当的成熟，各种针对性非常强的CAE软件也琳琅满目，有：LS- DYNA,ADINA,Dynaform,Moldflow,Pam- stamp,ABAQUS,HyperWo
11、rks, ProCast ,Deform ,autoform,ANSYS.等等。CAPPComputer-aided process planning计算机辅助工艺过程设计。CAPP是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。借助于CAPP系统，可以解决手工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。CAPP是将产品设计信息转换为各种加工制造、管理信息的关键环节，是企业信息化建设中联系设计和生产的纽带，同时也为企业的管理部门提供相关的数据，是企业信息交换的中间环节。它的作用是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订
12、，把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。它是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。国内率先提出了CAPP工具化的思想：CAPP是将工艺人员从许多工艺设计工作中解脱出来的一种工具；自动化不是CAPP唯一的目标；实现CAPP系统的以人为本的宜人化的操作、高效的工艺编制手段、工艺信息自动统计汇总、与CAD/ERP/PDM系统的信息集成、具有良好的开放性与集成性是工具化 CAPP系统研究和推广应用的主要目标。由于计算机集成制造系统(CIMS-computer integrated manufact
13、uring system)的出现，计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计 (CAD-computer aided design)相接，下与计算机辅助制造（CAM-computer aided manufacturing）相连，是连接设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集成。由此可见CAPP在实现生产自动化中的重要地位。CAMComputer Aided Manufacturing计算机辅助制造。CAM 的核心是计算机数值控制(简称数控)，是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统，是利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过
14、程。CAM系统一般具有数据转换和过程自动化两方面的功能。CAM所涉及的范围，包括计算机数控，计算机辅助过程设计。CAM是通过计算机分级结构控制和管理制造过程的多方面工作，它的目标是开发一个集成的信息网络来监测一个广阔的相互关联的制造作业范围，并根据一个总体的管理策略控制每项作业。它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。从自动化的角度看，数控机床加工是一个工序自动化的加工过程，加工中心是实现零件部分或全部机械加工过程自动化，计算机直接控制和柔性制造系统是完成一族零件或不同族零件的自动化加工过程，而计算机辅助制造是计算机进入制造过程这样一个总的概
15、念。到目前为止，计算机辅助制造（CAM，Computer Aided Manufacturing）有狭义和广义的两个概念。CAM的狭义概念指的是从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动，它包括CAPP、NC编程、 工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的制订等。这是最初CAM系统的狭义概念。到今天，CAM的狭义概念甚至更进一步缩小为NC编程的同义词。 CAPP已被作为一个专门的子系统，而工时定额的计算、生产计划的制订、资源需求计划的制订则划分给MRP/ERP系统来完成。CAM的广义概念包括的内容则多得多，除了上述CAM狭义定义所包含的所有内容外，广义上它还包括制造活动中与物流有关的所有
16、过程（加工、装配、检验、存贮、输送）的监视、控制和管理。目前主流的数控编程软件有：UG CAM,Mastercam,Cimatron，PowermillCATComputer Aided Testing计算机辅助检测，关于这个概念的提出，很多人对此还比较陌生，但这是未来的一种趋势，借助于计算机来提高测量的精度的和工作效率。它是可加快流程速度而且可进行深入分析并确保可重复性的自动检验软件，建立了CAD和CAM之间所缺乏的重要联系纽带，从而实现了完全数字化的制造环境。允许在 CAD 模型与实际构造部件之间进行快速、明了的图形比较。可用于首件检验、线上检验或车间检验、趋势分析、2D 和 3D 几何测量以及自动报告等。其优点有：l 显著节约时间和资金 - 可以在数小时（而不是原来的数周）内完成检验和校准，因而可极大地缩短产品开发周期。l 改进了流程控制 - 可以在内部进行质量控制，而不必受限于第三方。l 提高了效率 - Geomagic Qualify 是一种为设计人
