现代模具设计技术的现状及发展趋势
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时间：2017-12-18
CAM全称是Computer Aided Manufacturing，即计算机辅助制造，设计人员通过人机交互操作的方式进行产品设计构思和论证，产品总体设计，技术设计，零部件设计，有关零件的强度、刚度、热、电、磁的分析计算和零件加工信息的输出，以及技术文档和有关技术报告的编制。而工艺设计人员则可以根据CAD过程提供的信息和CAM系统的功能，进行零部件加工工艺路线的控制和加工状况的预显，以及生成控制零件加工过程的信息。模具设计属于机械设计的范畴，早期的模具设计主要是利用手工绘图，这使得制造出来的模具在装配、精度等方面均有较大的问题。随着计算机的发展，模具的设计方法已经由传统的手工绘图设计逐步向计算机辅助设计（CAD）方向发展，给模具设计带来了深刻的变革。同时，在设计过程中，使用计算机辅助制造（CAM）进行模拟和优化也逐渐成为模具设计的主流。
一、现代模具设计的内容与方法
模具设计的内容包括：制品工艺分析与设计、模具成型零件设计、模具整体结构设计和模具二维加工图纸设计。模具设计的方法主要跟模具的 CAD 设计技术挂钩，如采用标准化设计、模块化设计、参数化设计和智能化设计等。模具设计软件主要有计算机辅助设计（CAD）软件和计算机辅助制造（CAM）软件。模具设计中常用的二维CAD软件有：Auto CAD、PICAD、中望CAD、CAXA CAD和三维软件附带的二维CAD等。正确的模具设计，是CAD设计与CAM模拟仿真交替进行，即先进行初步的CAD设计，然后进行CAM优化设计，不断重复上述过程，直至确定最优的设计方案。
二、国内外模具CAD/CAM技术发展现状
（一）国外发展现状
国外模具CAD/CAM技术的研究始于20世纪60年代末，当时美国、日本、德国、加拿大等发达国家开始对冲模CAD进行研究。进入70年代，出现了面向中小企业的CAD/CAM的商品软件，如日本机械工程实验室成功研制的冲裁级进模CAD系统，美国DIECOMP公司成功地研制出计算机辅助设计级进模的PDDC系统。但这仅限于二维图形的简单冲裁级进模，其主要功能是条料排样、凹模布置、工艺计算和NC编程等。80年代，弯曲级进模CAD/CAM系统开始出现，美国、日本等工业发达国家的模具生产绝大多数采用了CAD/CAM技术。进入90年代后，国外CAD/CAM技术向着更高的阶梯迈进。在80年代的基础上，从软件结构，产品数据管理，面向目标的开发技术，产品建模和智能设计，质量检测等方面都有所突破，为实现并行工程提供了更完善的环境。
（二）国内发展现状
国内模具CAD/CAM技术发展现状我国的计算机技术起步较晚，模具CAD/CAM的开发始于20世纪70年代末。80年代中、后期，我国的冲模CAD研制工作进入了全面发展阶段，不少企业、科研院所、大专院校都开发了面向中国制造的CAD软件，强调软件产品的专业化和本地化，如天津大学的TD系统和一汽、二汽企业用的模具CAD/CAM系统。从20世纪90年代开始，华中科技大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。近年来，国内一些软件公司也竞相加入了模具CAD/CAM系统的开发行列。由于我国的CAD/CAM技术起步晚，并且限于资金、生产制造能力等方面的制约，跟国外相比还有很大的差距，例如，CAD/CAM的集成程度不高，仍然停留在NC编程和绘图的应用上；CAD/CAM的软硬件都依靠进口，自主版权的软件很少；缺少技术和设备力量等。
三、模具设计技术的发展趋势
模具设计的发展趋势应该如下：
第一，多集成趋势。现代模具设计应该打破传统的单一发展模式，应该把技术使用、人力资源和管理技术的引用都囊括在内，往多集成趋势发展。多集成概念还表现在学科综合方面，模具设计不仅仅要用到最基础的机械科学与模具设计理论，而且还会用到热学、电磁学、光学以及控制理论等学科。
第二，智能化趋势。从产品设计到模具设计，再到中间的模具制造，最后到产品的成型，每个环节都将走向智能化。另外，模具设计者以及实际操作者，也将会在科学理论的指导下，实现人与工具系统的有机密切配合。
第三，网络化趋势。模具设计常用的软件都是需要通过网络上的一些软件技术或者硬件技术实现的。自动化、网络化趋势越来越明显，跨国合作设计模具的成功例子己经是屡见不鲜了，而且这种趋势越来越明显。
第四，不断更新趋势。模具设计人员应该用发展的眼光看待同行业的竞争情况，瞄准时代发展的最前沿，不断更新，保持在同行业的竞争力，稳稳立足于机械制造业，生产革命化的重要措施之一就是采用CAD/CAE/CAM技术，这也是模具设计技术发展的一个显著特点。
第五，模具软件功能集成化。模具软件功能集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型或同一数据库，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。
第六，模具设计、分析及制造三维化。传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成型过程模拟及信息的管理与共享。
第七，产品数据管理（PDM）。PDM是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术。通过实施PDM，可以提高生产效率，有利于对产品的全生命周期进行管理，加强对于文档，图纸，数据的高效利用，使工作流程规范化。
第八，产品生命周期管理（PLM）。PLM是指从人们对产品的需求开始，到产品淘汰报废的全部生命历程。PLM是一种先进的企业信息化思想，它让人们思考在激烈的市场竞争中，如何用最有效的方式和手段来为企业增加收入和降低成本。
四、结语
综上所述，本文主要论述了当前国内外CAD/CAM技术发展的现状，并对其未来发展趋势进行了探讨。在具体实践中，应加强对现代模具设计技术的研究，使其更加集成化、智能化、網络化和三维化，从而推动我国模具制造业实现跨越式发展。
参考文献
[1]蔡耀安. 模具设计与制造技术的发展探析[J/OL]. 现代工业经济和信息化，2017，7（07）：74-75. （2017-05-24）[2017-08-07].
[2]李景峰. 浅谈模具设计和加工技术的发展方向[J]. 黑龙江科技信息，2016，（12）：52. [2017-08-07].
[3]唐北平. CAM技术在现代塑料模具设计制造中的应用[J]. 塑料工业，2015，43（11）：4-7. [2017-08-07].
一、现代模具设计的内容与方法
模具设计的内容包括：制品工艺分析与设计、模具成型零件设计、模具整体结构设计和模具二维加工图纸设计。模具设计的方法主要跟模具的 CAD 设计技术挂钩，如采用标准化设计、模块化设计、参数化设计和智能化设计等。模具设计软件主要有计算机辅助设计（CAD）软件和计算机辅助制造（CAM）软件。模具设计中常用的二维CAD软件有：Auto CAD、PICAD、中望CAD、CAXA CAD和三维软件附带的二维CAD等。正确的模具设计，是CAD设计与CAM模拟仿真交替进行，即先进行初步的CAD设计，然后进行CAM优化设计，不断重复上述过程，直至确定最优的设计方案。
二、国内外模具CAD/CAM技术发展现状
（一）国外发展现状
国外模具CAD/CAM技术的研究始于20世纪60年代末，当时美国、日本、德国、加拿大等发达国家开始对冲模CAD进行研究。进入70年代，出现了面向中小企业的CAD/CAM的商品软件，如日本机械工程实验室成功研制的冲裁级进模CAD系统，美国DIECOMP公司成功地研制出计算机辅助设计级进模的PDDC系统。但这仅限于二维图形的简单冲裁级进模，其主要功能是条料排样、凹模布置、工艺计算和NC编程等。80年代，弯曲级进模CAD/CAM系统开始出现，美国、日本等工业发达国家的模具生产绝大多数采用了CAD/CAM技术。进入90年代后，国外CAD/CAM技术向着更高的阶梯迈进。在80年代的基础上，从软件结构，产品数据管理，面向目标的开发技术，产品建模和智能设计，质量检测等方面都有所突破，为实现并行工程提供了更完善的环境。
（二）国内发展现状
国内模具CAD/CAM技术发展现状我国的计算机技术起步较晚，模具CAD/CAM的开发始于20世纪70年代末。80年代中、后期，我国的冲模CAD研制工作进入了全面发展阶段，不少企业、科研院所、大专院校都开发了面向中国制造的CAD软件，强调软件产品的专业化和本地化，如天津大学的TD系统和一汽、二汽企业用的模具CAD/CAM系统。从20世纪90年代开始，华中科技大学、西安交通大学和北京机电研究院等相继开展了级进模CAD/CAM系统的研究和开发。近年来，国内一些软件公司也竞相加入了模具CAD/CAM系统的开发行列。由于我国的CAD/CAM技术起步晚，并且限于资金、生产制造能力等方面的制约，跟国外相比还有很大的差距，例如，CAD/CAM的集成程度不高，仍然停留在NC编程和绘图的应用上；CAD/CAM的软硬件都依靠进口，自主版权的软件很少；缺少技术和设备力量等。
三、模具设计技术的发展趋势
模具设计的发展趋势应该如下：
第一，多集成趋势。现代模具设计应该打破传统的单一发展模式，应该把技术使用、人力资源和管理技术的引用都囊括在内，往多集成趋势发展。多集成概念还表现在学科综合方面，模具设计不仅仅要用到最基础的机械科学与模具设计理论，而且还会用到热学、电磁学、光学以及控制理论等学科。
第二，智能化趋势。从产品设计到模具设计，再到中间的模具制造，最后到产品的成型，每个环节都将走向智能化。另外，模具设计者以及实际操作者，也将会在科学理论的指导下，实现人与工具系统的有机密切配合。
第三，网络化趋势。模具设计常用的软件都是需要通过网络上的一些软件技术或者硬件技术实现的。自动化、网络化趋势越来越明显，跨国合作设计模具的成功例子己经是屡见不鲜了，而且这种趋势越来越明显。
第四，不断更新趋势。模具设计人员应该用发展的眼光看待同行业的竞争情况，瞄准时代发展的最前沿，不断更新，保持在同行业的竞争力，稳稳立足于机械制造业，生产革命化的重要措施之一就是采用CAD/CAE/CAM技术，这也是模具设计技术发展的一个显著特点。
第五，模具软件功能集成化。模具软件功能集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型或同一数据库，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。
第六，模具设计、分析及制造三维化。传统的二维模具结构设计已越来越不适应现代化生产和集成化技术要求。模具设计、分析、制造的三维化、无纸化要求新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成型过程模拟及信息的管理与共享。
第七，产品数据管理（PDM）。PDM是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术。通过实施PDM，可以提高生产效率，有利于对产品的全生命周期进行管理，加强对于文档，图纸，数据的高效利用，使工作流程规范化。
第八，产品生命周期管理（PLM）。PLM是指从人们对产品的需求开始，到产品淘汰报废的全部生命历程。PLM是一种先进的企业信息化思想，它让人们思考在激烈的市场竞争中，如何用最有效的方式和手段来为企业增加收入和降低成本。
四、结语
综上所述，本文主要论述了当前国内外CAD/CAM技术发展的现状，并对其未来发展趋势进行了探讨。在具体实践中，应加强对现代模具设计技术的研究，使其更加集成化、智能化、網络化和三维化，从而推动我国模具制造业实现跨越式发展。
参考文献
[1]蔡耀安. 模具设计与制造技术的发展探析[J/OL]. 现代工业经济和信息化，2017，7（07）：74-75. （2017-05-24）[2017-08-07].
[2]李景峰. 浅谈模具设计和加工技术的发展方向[J]. 黑龙江科技信息，2016，（12）：52. [2017-08-07].
[3]唐北平. CAM技术在现代塑料模具设计制造中的应用[J]. 塑料工业，2015，43（11）：4-7. [2017-08-07].
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