计算机辅助几何建模论文
1国内流行CAD/CAM软件的特点及应用。
1.1国外软件
1.1.1 Unigraphics
UG源于美国麦道(MD)公司的产品，于1991年6月并入美国通用汽车公司EDS分公司。UG是其独立子公司UnigraphicsSolutions开发的集CAD/CAM/CAE于一体的机械工程辅助系统，适用于航空、航天、汽车、通用机械、模具等领域的设计、分析和制造工程。UG将卓越的参数化和变型技术与传统的实体、线框和曲面功能相结合，还提供了GRIP、UFUNG和ITK等二次开发工具，允许用户扩展UG的功能。
1.1.2 AutoCAD
AutoCAD是美国Autodesk公司开发的绘图软件，具有交互式的强大二维功能，如二维绘图、编辑、绘制剖面线和图案、尺寸标注和二次开发，以及一些三维功能。AutoCAD软件是目前世界上应用最广泛的CAD软件，约占整个CAD/CAE/CAM软件市场的37%，在中国2D制图CAD软件市场中占有绝对优势。
1.1.3 MDT(机械桌面)
MDT是Autodesk公司基于参数化特征实体造型和曲面造型的CAD/CAM软件。MDT以3D设计为基础，集设计、分析、制造、文档管理于一体，为用户提供从设计到制造的一体化解决方案。据说已经安装了2万多套，在国内销售了近千套。
1.1.4 SolidWorks
SolidWorks是基于Windows平台的全参数化特征建模软件，由美国SolidWorks公司于1995 11年6月开发。SolidWorks是一个被全球用户广泛使用且充满技术创新的软件系统，已经成为三维机械设计软件的标准。可以轻松实现复杂三维零件的实体建模、复杂装配和工程图的生成。图形界面友好，易于用户学习和使用。SolidWorks软件由盛鑫国际有限公司于1996年8月正式引入中国，在机械行业得到了广泛的应用。目前其用户已经扩大到30多万台。
1.1.5专业/工程师
Pro/Engineer是美国参数技术公司(简称PTC)的产品，1988问世。Pro/E具有先进的参数化设计、基于特征设计的实体建模和设计思想易于移植的特点。该软件用户界面友好，符合工程技术人员的机械设计思想。Pro/Engineer的整个系统基于统一完整的数据库和完整多样的模型。因为它有20多个模块供用户选择，所以它可以集成整个设计和制作过程。近年来，Pro/E已成为三维机械设计领域最具吸引力的软件，在中国模具厂得到了广泛的应用。
1.2国产软件
1.2.1 PICAD
PICAD系统及系列软件是由中国科学院凯斯软件集团和北京凯斯博宏应用工程公司共同开发的具有自主知识产权的CAD软件。该软件具有智能化、参数化和开放性，能够自动捕捉和动态导航特征点和坐标。系统提供局部图形参数化、参数化像素组装和可扩展的参数符号库；在交互环境中提供开放的二次开发工具，用户可以随意添加功能或开发专业应用软件。PICAD是国内最早商业化的CAD支撑平台和市场占有率最大的交互式工程制图系统。自1991国内第1个商业化的2D CAD系统问世以来，PICAD的用户遍布各行业和各省市，装机量已超过数万台。
1.2.2高华CAD
高华CAD软件包括机械设计与绘图系统GHMDS、计算机辅助绘图支持系统GHDrafting、工艺规划系统GHCAPP、产品数据管理系统GHPDMS、三维几何造型系统GHGEMS和自动数控编程系统GHCAM。其中，GHMDS是基于参数化设计的CAD/CAE/CAM集成系统，具有全导航、图形绘制、列表处理、全约束参数化设计、参数化像素装配、尺寸标注、标准件库、图像编辑等功能模块。
1.2.3 CAXA
CAXA电子图板是一款高效、便捷、智能的通用中文设计绘图软件，可以帮助设计师设计零件图、装配图、工艺图、平面包装等。适用于所有需要二维绘图的场合，让设计师可以专心设计思路，彻底摆脱绘图板，满足相关行业的设计需求。
CAXA-ME是一套数控编程和三维加工软件，具有强大的建模功能，可以快速建立各种复杂的三维模型。为数控加工行业提供了从建模、设计到加工代码生成、加工仿真、代码验证的一体化解决方案。CAXA注塑模具设计(CAXA-IMD)是一套中文专业的注塑模具CAD软件，提供注塑模具的标准模架和零件库，以及塑料、模具材料、注塑机等设计参数的数据库，可随时查询和检索。并能自动换算型腔尺寸，对模具进行各种计算。使用该软件，设计人员可以轻松设计模具，而无需翻阅设计手册。
1.2.4 GS-CAD98
GS-CAD98是浙江大田电子信息工程有限公司开发的基于特征的参数化建模系统软件，是基于中文Windows95/NT平台的具有完全自主知识产权的三维CAD系统。该软件是在国家七五重点研究和863/CIMS主题目标产品开发成果的基础上，借鉴SolidWorks的用户界面风格和主要功能开发的。包括实体、草图、参数化特征建模和高级曲面建模技术，采用自适应参数关联技术，保证从设计到制造各个环节的一致性。
1.2.5金银花系统(忍冬属)
金银花系统是广州帝鸿科技有限公司开发的基于STEP标准的CAD/CAM系统。该系统是国家科委“九五”863/CIMS课题的最新研究成果。这是一个基于STEP标准的CAD/CAM系统。该软件主要用于机械产品的设计和制造。它可以实现设计/制造的集成化和自动化。软件采用面向对象技术，采用先进的实体建模、参数化特征建模、二维和三维集成、SDAI标准数据访问接口技术；具备机械产品设计、工艺规划设计和数控加工程序自动生成的功能；同时，它还具有多种标准数据接口，如STEP和DXF。支持产品数据管理。目前金银花系统的系列产品有:机械设计平台MDA、数控编程系统NCP、产品数据管理PDS、工艺设计工具MPP。机械设计平台MDA1.7版本已经上市，MDA99版本也已发布，目标是向国外三维CAD软件发出强有力的挑战。
1.2.6穆凯CAD
穆凯CAD是华中科技大学机械工程学院开发的具有自主知识产权的CAD和图纸管理软件，面向实际工程应用。穆凯CAD在设计思想上遵循画法几何原理，直接模仿工程技术人员手工绘图时的思维模式和绘图方法，支持全约束、过约束和欠约束驱动的尺寸分析和驱动模块，满足用户的各种需求。支持AUTOCAD的块和层功能，保证与AUTOCAD完全兼容；它具有强大而灵活的零件标注和零件列表设计功能，灵活的定制尺寸样式、零件标注样式、在线和智能导航工具更加得心应手。
2当前CAD/CAM软件的二次开发
如上所述，许多商业CAD/CAM系统已经广泛应用于模具行业。但是，因为这些CAD/CAM系统是作为通用机械设计和制造软件设计的，所以它们不是专门为模具设计的。为了提高模具设计的效率和精度，需要对它们进行二次开发。在微机平台上开发CAD/CAM软件方面，国内的起点和国外差不多，都是使用VisualC++或OpenGL等工具进行软件开发。在此基础上，国内许多高校、软件公司和企业开发了具有自身特色、符合中国用户习惯的先进CAD/CAM软件或模块，部分成果已经推广使用[7]。比如华中科技大学在1997引进了HSC2.0注塑模具CAD/CAE/CAM集成系统。该系统基于AutoCAD软件包，包括模具结构设计子系统、结构和工艺参数计算与校核子系统、塑料流动与冷却子系统。合肥工业大学基于AutoCAD和MDT的三维参数化注塑模具系统IPMCADV4.0。此外，很多科研单位和企业也开发了很多针对具体应用的插件和模块，如武汉汽车工业大学基于SolidWorks、3DPARTLIB等开发了3D标准件库。
模具CAD/CAM软件开发应遵循的3个原则
1)用户友好型软件是为应用而开发的，所以用户能否轻松掌握就成为评价软件的基本标准。一个友好的用户界面应该包括:易于使用，熟悉的界面，灵活的提示和帮助信息，良好的交互性和良好的错误处理。
2)遵循软件工程的方法。软件工程是指导计算机软件开发和维护的工程科学。即采用工程学的概念、原理、技术和方法来开发和维护软件。软件工程采用生命周期法对软件的开发和维护进行时间分解，将软件生命周期依次划分为若干阶段，分阶段进行开发。
3)参数化CAD对于系列化、通用化、标准化程度高的产品，产品设计中采用的数学模型和产品结构是固定的。区别只是结构尺寸上的区别，这是由于相同数量、相同类型的已知条件在不同规格的产品设计中取值不同造成的。对于这类产品，可以用相应的变量代替已知的条件和其他随产品规格变化的基本参数，然后根据这些已知的条件和基本参数，由计算机自动查询图形数据库，或者由相应的软件计算出绘图所需的全部数据，由专用的绘图生成软件自动设计屏幕上的图形。这种方法称为参数化CAD。
4)集团CAD虽然很多企业的产品结构不一样，但是都差不多。根据产品结构和可制造性的相似性，利用成组技术将零件划分成有限数量的零件库，并根据同一零件族中所有零件的结构特征编制相应的CAD通用软件，用于该族中所有零件的设计。这就是所谓的“群CAD”。
5)智能CAD工程设计中有些工作是非计算性的，需要推理判断，包括设计过程内容的过程决策和具体设计的技术决策。因此，设计效率和质量取决于设计师的实践经验、创造性思维和责任感。利用专家系统可以指导设计师下一步怎么做，存在的问题，提出解决问题的方案并推荐解决方案，或者模拟人的智慧，根据问题提出合理的解决方案。利用专家系统可以提高设计质量和效率。智能CAD是专家系统与CAD技术相结合的系统。
4模具CAD/CAM技术发展趋势
21世纪模具制造业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品质量和生产效率，缩短设计周期和制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具制造业的适应性，满足用户的需求。具体表现为以下几个特点。
1)标准化CAD/CAM系统可以建立标准件库、非标准件库和模具参数库。标准件库中的零件可以在CAD设计中随时调用，由GT(成组技术)生产。虽然存储在非标准零件库中的零件与设计所需的结构并不相同，但利用系统自身的建模技术可以很容易地对其进行修改，从而加快设计过程。典型模具结构库是在参数化设计的基础上实现的，可以根据用户的要求修改相似的模具结构，生成所需的结构。
2)集成技术现代模具设计制造系统不仅要强调信息的集成，更要强调技术、人和管理的集成。开发模具制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并联工作机构集成和人员集成，更适合未来制造系统的需求。
3)智能技术人工智能技术的应用实现了产品生命周期(包括产品设计、制造和使用)各环节的智能化，生产过程(包括组织、管理、计划、调度和控制)各环节的智能化和模具设备的智能化，也实现了人与系统的融合以及人的智能在其中的充分发挥。
4)网络技术应用网络技术，包括硬件和软件的集成，各种通信协议和制造自动化协议，信息通信接口，系统运行控制策略等。，是实现各种制造系统自动化的基础。目前已经有了通过互联网进行跨界模具设计的成功例子。
5)多学科、多功能的一体化产品设计技术未来产品的开发和设计不仅运用了机械科学的理论和知识，还运用了电磁学、光学、控制理论等知识。在产品开发中应进行多目标、全性能的优化设计，以追求模具产品的动静态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本和制造周期的最佳组合。
6)逆向工程技术的应用在很多情况下，有些产品并不是来自于设计理念，而是来自于其他产品或物件。为了制造产品，需要在只有产品原型或者没有产品图纸的实物模型的情况下设计制造模具。这时候就需要对实物进行测量，然后利用测量的数据重建实物的CAD几何模型。这个过程叫做RE(逆向工程(RE)。逆向工程可以缩短从设计到制造的周期，是帮助设计师实现并行工程等现代设计理念的有力工具。目前，它正在工程中得到广泛应用。
7)快速原型技术快速原型制造技术RPM(RapidPrototyping & amp & amp；Manufacturing)是基于分层制造的原理，不考虑零件的几何复杂程度，快速生产出产品原型，特别是在复杂曲面的产品制造中。不仅可以快速制造出用于设计评估、装配验证和功能测试的样机，还可以通过形状复制快速、经济地制造出产品模具(如制造电火花加工用电极、铸造模具作为模芯等。)，从而避免了传统模具制造耗时、高成本的数控加工，因此RPM技术在模具制造中发挥着越来越重要的作用。
5 CAD/CAM技术的主要缺点
我国模具CAD/CAM技术的应用还存在许多不足，如:
1)很多企业对CAD的认识仅仅停留在绘图阶段，以至于CAD产生的效益没有得到充分发挥。
2)2)CAD/CAM软件的应用人员参差不齐，无法做出CAD软件的高效应用。
3)引进模具CAD/CAM技术存在盲目性倾向。
4)进口模具CAD/CAM系统二次开发跟不上，导致进口软件效率低下。
5)国内模具CAD/CAM技术水平仍处于高新技术集成和向产业化、商品化过渡时期，自主开发的模具CAD/CAM系统商品化程度不够高，其功能和稳定性与国外先进软件仍有较大差距。
6结论
经过几十年的发展，我国的模具CAD/CAM取得了长足的进步，模具CAD/CAM技术在我国企业中得到了广泛的应用。我国模具CAD/CAM软件的发展水平正逐渐接近国外先进水平。在政府的大力支持下，涌现出一批先进的模具CAD/CAM示范企业，高校和企业也培养了大批模具CAD/CAM软件开发和应用人才。但总的来说，我国目前的模具CAD/CAM软件在产品开发水平、商业化和市场化程度上与发达国家有较大差距。模具CAD/CAM的技术水平仍处于从高技术集成向产业化、商品化的过渡期。开发的软件在可靠性和稳定性方面仍落后于发达国家。现在还没有针对性的软件，一般都是通用软件。但我们既要看清自己的劣势，也要看到自己的优势。相比国外软件，我们的优势是:了解国内市场，方便提供技术支持，相对便宜等等。另外，我们有政府的大力支持，各大高校也为CAD软件的开发培养了大量的人才。在这些前提条件下，中国的模具CAD/CAM行业不仅要紧跟时代潮流，紧跟国际最新动态，遵守各种国际规范，形成自己的独特优势，而且要立足国内条件，面向国内经济建设的需要，开发出自己的特色，符合国人习惯的CAD/CAM软件。