CAD／CAM技术的发展历程

CAD／CAM技术是随着计算机技术的发展而发展起来的，虽然这项技术的发展时间不长，但它的发展速度很快。目前它已经成为新一代生产技术的核心，被公认为提高制造业生产率和产品竞争力的关键。CAD／CAM系统在其形成和发展过程中，针对不同的应用领域、用户需求和技术环境，表现出不同的发展水平和构造模式。CAD和CAM两项技术虽然几乎是同时诞生的，但在相当长的时间里却是按照各自轨迹独立地发展来的。CAD技术的发展
    CAD技术的发展大体经历了四个阶段：
1．形成阶段
    1950年美国麻省理工学院采用阴极射线管(CRT)研制成功图形显示终端，实现了图形的屏幕显示，从此结束了计算机只能处理字符数据的历史，并在此基础上，孕育出一门新兴学科——计算机图形学。
2．发展阶段
    20世纪50年代后期出现了光笔，从此开始了交互式绘图的历史。
    20世纪60年代初，屏幕菜单指点、功能键操作、光笔定位、图形动态修改等交互绘图技术相继出现。1962年美国人Ivan Sutherland开发出第一个交互式图形系统——Sketchpad。此后，相继出现了一大批商品化CAD软件系统。但是由于显示器价格昂贵，CAD系统很难推广。直到60年代末期，显示技术有了突破，显示器价格大幅度下降，CAD系统的性能价格比大大提高，CAD用户开始以每年30％的速度逐年递增。
    在显示技术发展的同时，计算机图形学也得到了很大发展，整个70年代，以二维绘图和三维线框图形为主的CAD系统形成主流。
3．成熟阶段
    第一个实体造型(Solid Modeling)试验系统诞生于1973年，第一代实体造型软件于1978年推向市场，80、90年代实体造型技术成为CAD技术发展的主流，并走向成熟，出现了一批以三维实体造型为核心的CAD软件系统。实体造型技术的发展和应用大大拓宽了CAD技术的应用领域。
4．集成阶段
    CAD、CAM各自对设计过程和制造过程所产生的巨大推动作用已被认同，加之设计和制造自动化的需求，集成化CAD／CAM系统的出现是自然而然的事。到了20世纪90年代，几乎所有的CAD／CAM系统都通过自行开发或购买配套模块的方式实现了系统集成。
CAM技术的发展
    如前所述，除了CAPM、PAC等与管理层相关的内容外，CAM技术的发展主要是在数控编程和计算机辅助工艺过程规划两个方面。其中的数控编程主要是发展自动编程技术。这种编程技术是由编程人员将加工部位和加工参数以一种限定格式的语言(自动编程语言)写成所谓源程序，然后由专门的软件转换成数控程序。1955年美国麻省理工学院(MIT)伺服机构实验室公布了APT(Automatically Programmed Tools)系统。在该系统基础上，后来又发展成APTⅢ、APT-IV。60年代初，西欧开始引入数控技术。在自动编程方面，除了引进美国的系统外，还发展了自己的自动编程系统。如英国国家工程研究所（NEL）的ZCL，西德的EXAPT。此外，日本、苏联、中国也都发展了自己的自动编程系统。如日本的FAPT、HAPT，苏联的CПC、CAПC，中国的ZBC一1、ZCX一3、CAM一251等。
    经过几十年的发展，以APT语言为代表的数控加工编程方法已经非常成熟，甚至当今最好的CAD／CAM系统也还带有APT源程序输出功能，将CAD数据传递给APT系统进行处理，并产生机床数控指令。
    随着计算机技术、CAD技术的发展，数控编程开始向交互式图形编程过渡。借助CAD图形，以人-机交互的方式将有关工艺路线及参数输入编程系统，再由系统生成数控加工信息。与批处理式的语言编程相比，此种编程方式是很大进步。目前绝大多数商品化CAD／CAM系统中，数控编程都采用此方式，如UGII、EUCLID、Intergraph、CV、I-DEAS等。
    70年代后，人们开发出面向图形的数控编程系统GNC，它作为面向产品制造的应用系统，得到了迅速的发展和推广。它将几何造型、图形显示、数控编程和后置处理等功能模块有机地结合一起，有效地解决了编程数据的来源问题，有利地推动了CAD、CAM技术向着一体化和集成化的方向发展。
CAD／CAM技术的发展
    进入70年代，CAD、CAM开始走向共同发展的道路。由于CAD与CAM所采用的数据结构不同，在CAD／CAM技术发展初期，主要工作是开发数据接口，沟通CAD和CAM之间的信息流。不同的CAD、CAM系统都有自己的数据格式规定，都要开发相应的接口，不利于CAD／CAM系统的发展。在这种背景下，美国波音公司和GE公司于1980年制定了数据交换规范IGES(1nitial Graphics Exchange Specifications)。这一规范后来被认可为美国ANSI标准。IGES规定了统一的中性文件格式，不同的CAD、CAM系统可通过此中性文件进行数据交换，形成一个完整的CAD／CAM系统。将不同的系统通过适当的媒介集成到一起，这就给CAD／CAM集成化提供了一种很好的想法，许多商品化CAD／CAM或CAD／CAM／CAE系统都是在这种思想指导下开发的。从本质上讲这是系统的集成，即将不同的系统集成到一起。
    随着CAD／CAM研究的深入和实际生产对CAD／CAM要求的不断提高，人们又提出用统一的产品数据模型同时支持CAD和CAM的信息表达，在系统设计之初，就将CAD／CAM视为一个整体，实现真正意义的集成化CAD／CAM，使CAD／CAM进入了一个崭新的阶段。统一产品模型的建立，一方面为实现系统的高度集成提供了有效的手段，另一方面，也为CAD／CAM系统中实现并行设计提供了可能。目前，各大商品化软件纷纷向此方向靠拢。例如SDRC公司的I-DEAS Master serial版，在Master Model的统一支持下，实现了集成化CAD／CAM，并在此基础上实现并行工程。
    80年代，出现了一大批工程化的CAD／CAM商品化软件系统，其中较著名的有CADAM，CATIA，UG-Ⅱ，I-DEAS，Pro／ENGINEER，ACIS等，并应用到机械、航空航天、汽车、造船等领域。
    进入90年代以来，CAD／CAM系统的集成度不断增加，特征造型技术的成熟应用，为从根本上解决由CAD到CAM的数据流无缝传递奠定了基础，使CAD／CAM达到了真正意义上的集成，从而发挥出最高的效益。