Computergestütztes Design und computergestützte Fertigung (CAD/CAM) ist ein umfassendes und technisch komplexes Fachgebiet der Systemtechnik, das verschiedene Bereiche wie Informatik und Ingenieurwesen, Computermathematik, geometrische Modellierung, Computergrafik, Datenstrukturen und Datenbanken, Simulation, numerische Steuerung, Robotik und künstliche Intelligenz sowie Spezialwissen in Bezug auf Produktdesign und Fertigung umfasst.
Es handelt sich um eine neue Technologie, die es Produktdesignern und Mitarbeitern der Prozesstechnik ermöglicht, Produkte mit Hilfe von Computersystemen zu entwerfen und zu fertigen, wobei die Entwurfs- und Fertigungsverfahren des Produkts befolgt werden.
Es handelt sich um eine organische Kombination aus traditionellen Techniken und Computertechnologien. Gegenwärtig wird die CAD/CAM-Technologie nicht nur in der Luft- und Raumfahrt, in der Elektronik und in der mechanischen Fertigung eingesetzt, sondern breitet sich allmählich auch auf Bereiche wie Bekleidung, Dekoration, Möbel und Schuhmacherei aus.
Betrachtet man den Produktherstellungsprozess, so umfasst er in der Regel das Zeichnen oder die 3D-Modellierung und die Prozessplanung, bevor mit der Bearbeitung begonnen wird. Daher kann CAD/CAM weiter in CAD/CAPP/CAM unterteilt werden, wobei die computergestützte Prozessplanung (CAPP) als Brücke zwischen CAD und CAM dient.
Computergestütztes Design bezieht sich auf ein System, das aus Menschen und Computern besteht und in dem Ingenieure Computer als Hilfsmittel einsetzen, um Produktdesign-Ideen und -Validierung, Gesamtproduktdesign, technisches Design und Komponentendesign durchzuführen.
Sie umfasst die Analyse und Berechnung von Bauteilfestigkeit, Steifigkeit, Wärme, Elektrizität, Magnetismus und die Ausgabe von Informationen zur Bauteilherstellung (technische Zeichnungen oder numerisch gesteuerte Bearbeitungsinformationen usw.) sowie die Erstellung von technischen Dokumenten und zugehörigen technischen Berichten. Ziel ist es, die Qualität des Produktdesigns zu verbessern, die Produktentwicklungszyklen zu verkürzen und die Produktkosten zu senken.
Zu den Hauptmerkmalen eines CAD-Systems gehören u. a. Skizzenentwurf, Komponentendesign, Baugruppendesign, komplexes Oberflächendesign, technisches Zeichnen, technische Analyse, Realismus und Rendering sowie Datenaustauschschnittstellen.
Bei der computergestützten Prozessplanung handelt es sich um ein System, das aus Menschen und Computern besteht und in dem auf der Grundlage von Informationen aus der Produktentwurfsphase interaktiv oder automatisch die Produktbearbeitungsmethoden und der Prozessablauf festgelegt werden.
In einer integrierten CAD/CAM-Umgebung können Prozessentwickler in der Regel den Bearbeitungsprozess von Bauteilen steuern und die Bearbeitungsbedingungen auf der Grundlage der vom CAD-Prozess bereitgestellten Informationen und der Möglichkeiten des CAM-Systems simulieren und so Informationen zur Steuerung des Bauteilbearbeitungsprozesses erzeugen.
Zu den grundlegenden Funktionen von CAPP gehören vor allem der Entwurf von Rohlingen, die Auswahl von Bearbeitungsmethoden, das Prozessrouting, der Entwurf von Arbeitsgängen und -schritten sowie der Entwurf von Werkzeugen und Spannvorrichtungen.
In der mechanischen Fertigungsindustrie bezieht sich der Begriff computergestützte Fertigung auf den Einsatz von Computern zur automatischen Durchführung von Fertigungsprozessen für diskrete Produkte, einschließlich der Bearbeitung, Montage, Prüfung und Verpackung durch verschiedene numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen und Anlagen. CAM kann weit oder eng definiert werden.
Im weitesten Sinne bezieht sich CAM auf den Einsatz von Computern zur Unterstützung von Aktivitäten, die von der Produktionsvorbereitung bis zur Produktherstellung reichen, einschließlich Prozessdesign, Vorrichtungsdesign, automatischer CNC-Programmierung, Produktionsauftragsplanung, Produktionskontrolle und Qualitätskontrolle. Im engeren Sinne bezieht sich CAM in der Regel auf die CNC-Programmierung, die die Planung von Werkzeugwegen, die Erstellung von Fräserpositionsdateien, die Simulation von Werkzeugbahnen und die Erstellung von CNC-Codes umfasst.
Die Architektur von CAD/CAM-Systemen lässt sich in drei Schichten unterteilen: die Basisschicht, die Unterstützungsschicht und die Anwendungsschicht. Die Basisebene besteht aus Computern, Peripheriegeräten und Systemsoftware, zu der verschiedene Unterstützungssoftware, Werkzeuge für die Systementwicklung und die Wartung gehören.
Die Unterstützungsschicht umfasst CAD/CAM-Unterstützungssoftware, Produktdatenmanagement, Grafikanzeige usw. Mit der weit verbreiteten Nutzung des Internets/Intranets wird die verteilte kollaborative Konstruktion und Fertigung in der CAD/CAM-Umgebung zu einem wichtigen Bestandteil der Unterstützungsschicht. Die Anwendungsschicht besteht aus verschiedenen CAD/CAM-Anwendungssystemen, die entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen der Anwendungsbereiche entwickelt wurden.
Das Produktdesign als kreative Tätigkeit hat sich mit der Entwicklung der Naturwissenschaften, der technischen Wissenschaften, der Umweltwissenschaften und der Geisteswissenschaften zu einer umfassenden Technologie entwickelt.
Das Konzept der CIMS ist durch die Einführung von System- und Informationsperspektiven in die Fertigung entstanden. In den über 40 Jahren der Entwicklung der CAD/CAM-Technologie sind die einzelnen Technologien (wie CAD, CAPP, CAM, PDM, ERP usw.) ausgereift und spielen in ihren jeweiligen Bereichen eine immer wichtigere Rolle.
Diese unabhängigen Teilsysteme können jedoch nicht automatisch Informationen übertragen und austauschen, was zu sich wiederholenden Arbeiten in den verschiedenen Teilsystemen führt. So muss beispielsweise ein Modell der Produktmerkmale in CAPP erstellt werden, und das Produktmodell muss im CAM-System erneut erstellt werden, während das reguläre CAD-Modell hauptsächlich für die Zeichnungserstellung und die Produktsimulation verwendet wird.
Integration bezieht sich in der Regel auf die nahtlose Integration von Systemen und Modulen durch die Ermöglichung von Informationsübertragung, Reaktion, Analyse und Feedback auf der Grundlage eines einheitlichen Produktdatenmodells und einer technischen Datenbank.
Intelligente Fertigungssysteme integrieren künstliche Intelligenz in jeden Aspekt des Fertigungsprozesses und ersetzen oder erweitern die Tätigkeiten, die normalerweise von Experten ausgeführt werden. In einem intelligenten Fertigungssystem verfügt das System über einen Teil der "Intelligenz" menschlicher Experten.
So kann das System beispielsweise automatisch seinen Betriebszustand überwachen und seine Parameter an die äußere Umgebung anpassen, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Die Erforschung und Anwendung intelligenter Fertigungssysteme hängt weitgehend von der Entwicklung der Technologie der künstlichen Intelligenz ab.
Die Netzwerktechnologie umfasst die Implementierung von Hard- und Software, verschiedenen Kommunikationsprotokollen und Protokollen für die Fertigungsautomatisierung, Kommunikationsschnittstellen und Strategien zur Steuerung des Systembetriebs. Sie bildet die Grundlage für die Automatisierung verschiedener Fertigungssysteme.
Insbesondere seit den 1990er Jahren, mit der Entwicklung des Internets/Intranets, wurde eine Plattform für die Forschung und Anwendung von Fern- und Gemeinschaftsdesign geschaffen, und die CAD/CAM-Technologie hat sich in Richtung Vernetzung entwickelt. Die aktuelle Forschung in diesem Bereich konzentriert sich hauptsächlich auf die folgenden Aspekte:
1) Einrichtung von Plattformen für die kollaborative Fernentwicklung in Internet/Intranet-Umgebungen.
2) Prinzipien und Implementierungstechnologien der parallelen kollaborativen Arbeit (einschließlich kollaborativer Problemlösung, kooperativer Betriebsmechanismen und Managementkontrolle).
3) Fragen der Produktmodellierung in einer kollaborativen Arbeitsumgebung.
4) Netzwerkbasiertes Management der Produktionsressourcen in Unternehmen.
Durch den Einsatz von Virtual-Reality-, Multimedia- und Computersimulationstechnologien werden geometrische Simulationen, physikalische Simulationen, Simulationen von Fertigungsprozessen und Simulationen von Arbeitsprozessen im Produktdesign und im Fertigungsprozess realisiert.
Verschiedene Medien werden verwendet, um verschiedene Informationen zu speichern, auszudrücken und zu verarbeiten, wobei Text, Sprache, Bilder und Animationen integriert werden, um ein Gefühl von Realität und Immersion zu vermitteln. Typische Anwendungen sind die virtuelle Fertigung und die virtuelle Realität. Sie spiegelt sich insbesondere in den folgenden Aspekten wider:
1) Digitale und grafische dynamische Anzeige von Ergebnisdaten wissenschaftlicher Berechnungen.
2) Geometrische Simulation und Simulation des Montageprozesses von Produkten und deren Teilen.
3) Physikalische und mechanische Simulation der Produktleistung.
4) Simulation des Arbeitsprozesses des Produkts, um ein Gefühl des Eintauchens und der Kontrollierbarkeit zu vermitteln.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Grad der Automatisierung im Fertigungsprozess einer der wichtigsten Indikatoren für den Fortschritt der Fertigungstechnologie ist und eines der aktivsten Glieder der modernen Fertigungstechnologie im 21. Jahrhundert. Die Entwicklung der Fertigungsautomatisierung wird den sich schnell ändernden Marktanforderungen mit ihren flexiblen, integrierten, agilen, intelligenten und globalen Eigenschaften gerecht werden.
Die Entwicklung der Fertigungsautomatisierung in unserem Land basiert auf den nationalen Gegebenheiten, zielt auf das weltweit fortgeschrittene Niveau ab und verbessert die Wettbewerbsfähigkeit.
Es setzt eine moderate Automatisierungstechnologie ein, die Mensch und Maschine kombiniert, Geräte mit hohem Automatisierungsgrad (z. B. CNC-Werkzeugmaschinen, Industrieroboter) und Geräte mit niedrigerem Automatisierungsgrad effektiv organisiert und ein Fertigungsautomatisierungssystem realisiert, in dessen Mittelpunkt Menschen und Computer als wichtige Werkzeuge stehen und das flexibel, intelligent, integriert, reaktionsschnell und schnell rekonfigurierbar ist.
Es liegt auf der Hand, dass die Technologie der Fertigungsautomatisierung ein wichtiger Technologiebereich ist, den unser Land mit Nachdruck entwickeln muss.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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