引言
模具CAD/CAE/CAM是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)，是一項(xiàng)高科技、高效益的系統(tǒng)工程。它以計(jì)算機(jī)軟件的形式，為企業(yè)提供一種有效的輔助工具，使工程技術(shù)人員借助于計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品性能、模具結(jié)構(gòu)、成形工藝、數(shù)控加工及生產(chǎn)管理進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。模具CAD/CAE/CAM技術(shù)能顯著縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期、降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量已成為模具界的共識(shí)。
與任何新生事物一樣，模具CAD/CAE/CAM在近二十年中經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從試點(diǎn)到普及的過(guò)程。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，模具 CAD/CAE/CAM技術(shù)發(fā)展速度更快、應(yīng)用范圍更廣，為了使廣大模具工作者能進(jìn)一步加深對(duì)該技術(shù)的認(rèn)識(shí)，更好發(fā)揮模具CAD/CAE/CAM的作用，本文針對(duì)模具中應(yīng)用最廣泛、最具有代表性的鑄造模、鍛模、級(jí)進(jìn)模、汽車(chē)覆蓋件模和塑料注射模CAD/CAE/CAM的發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)作概括性的介紹和分析。
鑄造模CAD/CAE/CAM的發(fā)展概況
鑄造成形過(guò)程模擬的探索性工作始于求解鑄件的溫度場(chǎng)分布。 1962年丹麥的Fursund用有限差分法首次對(duì)二維形狀的鑄件進(jìn)行了凝固過(guò)程的傳熱計(jì)算，1965年美國(guó)通用汽車(chē)公司Henzel等對(duì)汽輪機(jī)鑄件成功進(jìn)行了溫度場(chǎng)模擬，從此鑄件在模具型腔內(nèi)的傳熱過(guò)程數(shù)值分析技術(shù)在全世界范圍內(nèi)迅速開(kāi)展。從上世紀(jì)70年代到80年代，美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、日本、丹麥等相繼在鑄件凝固模擬研究和應(yīng)用上取得了顯著成果，并陸續(xù)推出一批商品化模擬軟件。進(jìn)入90年代后，我國(guó)的高等院校，如清華大學(xué)和華中科技大學(xué)在該領(lǐng)域也取得了矚目的成就。
單純的傳熱過(guò)程模擬并不能準(zhǔn)確計(jì)算出鑄件的溫度變化和預(yù)測(cè)鑄造中可能產(chǎn)生的缺陷，充模過(guò)程對(duì)鑄件初始溫度場(chǎng)分布的影響以及凝固過(guò)程中液態(tài)金屬的流動(dòng)對(duì)鑄件缺陷形成的影響都是不可忽視的。鑄件充模過(guò)程的模擬技術(shù)始于上世紀(jì)80年代，它以計(jì)算流體力學(xué)的理論和方法為基礎(chǔ)，經(jīng)歷十余載，從二維簡(jiǎn)單形狀開(kāi)始，逐步深化和擴(kuò)展，現(xiàn)已成功實(shí)現(xiàn)了三維復(fù)雜形狀鑄件的充模過(guò)程模擬，并能將流動(dòng)和傳熱過(guò)程相耦合。目前國(guó)外已有一批商品化的三維鑄造過(guò)程模擬軟件，如日本的SOLIDIA、英國(guó)的SOLSTAR、法國(guó)的SIMULOR、瑞典的NOVACAST、德國(guó)的MAGMA和美國(guó)的 AFSOLID、PROCAST等。國(guó)內(nèi)也有清華大學(xué)的鑄造之星、華中科技大學(xué)的華鑄CAE等。這些鑄造模CAE軟件已覆蓋鑄鋼、鑄鐵、鑄鋁和鑄銅等各類(lèi)鑄件，大到數(shù)百?lài)�，小至幾千克，無(wú)論是在消除縮孔和縮松，還是在優(yōu)化澆冒口設(shè)計(jì)，改進(jìn)浮渣夾渣等方面都發(fā)揮了顯著的作用。
伴隨著 CAE技術(shù)在鑄造領(lǐng)域的成功應(yīng)用，鑄造工藝及模具結(jié)構(gòu)CAD的研究和應(yīng)用也在不斷深入，國(guó)外已陸續(xù)推出了一些應(yīng)用軟件，如美國(guó)鑄造協(xié)會(huì)的AFS- SOFTWARE，可用于鑄鋼和鑄鐵件的澆冒口設(shè)計(jì)，英國(guó)FOSECO公司的FEEDERCALK軟件，可以計(jì)算鑄鋼件的澆冒口尺寸和選擇保溫冒口套的類(lèi)型。我國(guó)華中科技大學(xué)和清華大學(xué)在鑄造工藝及模具結(jié)構(gòu)CAD方面也做了許多工作，如清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的THFSCAD軟件，主要由圖形掃描及矢量化和鑄造工藝 CAD兩部分組成。前一部分對(duì)掃描輸入的圖形進(jìn)行消藍(lán)去污和矢量化，后一部分用來(lái)建立參數(shù)化圖形、計(jì)算鑄件的加工余量、繪制工藝卡等。THFSCAD是在二維圖形學(xué)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的，采用了AUTOCAD軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。隨著CAD技術(shù)的快速進(jìn)步，三維CAD系統(tǒng)在鑄造生產(chǎn)領(lǐng)域會(huì)逐步取代二維CAD系統(tǒng)而成為主流設(shè)計(jì)系統(tǒng)。
鍛模CAD/CAE/CAM的發(fā)展概況
自上世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和公司對(duì)鍛模CAD/CAE/CAM技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，在鍛造工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和金屬流動(dòng)模擬等方面均取得了顯著的成績(jī)。
軸對(duì)稱(chēng)鍛件約占鍛件總數(shù)的30%左右，加上軸對(duì)稱(chēng)鍛件幾何形狀簡(jiǎn)單，易于描述和定義，所以開(kāi)發(fā)鍛模CAD/ CAM系統(tǒng)時(shí)國(guó)內(nèi)外大多數(shù)機(jī)構(gòu)和人都是從軸對(duì)稱(chēng)鍛模入手。軸對(duì)稱(chēng)鍛模CAD/ CAM系統(tǒng)的主要組成部分包括鍛件設(shè)計(jì)、模鍛工藝設(shè)計(jì)、鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和NC編程。鍛件設(shè)計(jì)指的是設(shè)計(jì)冷鍛件圖和熱鍛件圖，包括選擇分模面、補(bǔ)充機(jī)加工余量、添加圓角和拔模斜度等。模鍛工藝設(shè)計(jì)決定是否采用預(yù)成形工序、怎樣采用預(yù)成形工序以及如何選擇鍛壓設(shè)備的噸位。
另一類(lèi)廣泛應(yīng)用的鍛件是長(zhǎng)軸類(lèi)鍛件，其成形工序設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)比軸對(duì)稱(chēng)鍛模復(fù)雜，因此開(kāi)發(fā)長(zhǎng)軸類(lèi)鍛模的CAD/CAM系統(tǒng)的難度更大、通用性也低，目前在許多通用商品化CAD/CAM軟件上二次開(kāi)發(fā)的長(zhǎng)軸類(lèi)鍛模的CAD/CAM系統(tǒng)僅限于特定產(chǎn)品和特定場(chǎng)合的應(yīng)用，鍛模CAD/ CAM系統(tǒng)的發(fā)展方向是成組技術(shù)和模具標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的進(jìn)一步貫徹執(zhí)行以及CAE技術(shù)和人工智能技術(shù)的深入應(yīng)用。
在CAE 技術(shù)方面，有限元法一直是分析和研究金屬鍛造成形的主要數(shù)值分析方法，多年來(lái)已取得不少階段性的成果。1973年Lee和Kobayashi以矩陣分析法導(dǎo)出了剛塑性有限元的Lagrange算法，成功分析了鍛造成形過(guò)程。1974年Zienkiewicz提出了剛粘塑性有限元的罰函數(shù)法，分析了軋制、擠壓和拉拔等成形工藝。1982年Mori和Osakada提出了剛塑性有限元中的材料可壓縮法并用于軋制和擠壓中。上世紀(jì)80年代初，Oh和Altan用大型剛塑性有限元分析軟件ALPID對(duì)各類(lèi)塑性變形問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。90年代以后，國(guó)外一些商品化的專(zhuān)業(yè)有限元分析軟件，如法國(guó)的FORGE2、美國(guó)的DEFORM、ABAQUS、MSC/AutoForge等，都已成功地應(yīng)用于鍛造領(lǐng)域。這些軟件不僅可以預(yù)測(cè)鍛件成形的全過(guò)程，而且可以定量地給出與變形有關(guān)的各種物理量，如位移、速度、應(yīng)力、應(yīng)變和載荷等，為獲得最優(yōu)的模具設(shè)計(jì)、最合理的工藝方案和最少的試模時(shí)間提供了技術(shù)保證。
級(jí)進(jìn)模CAD/CAE/CAM的發(fā)展概況
國(guó)外級(jí)進(jìn)模CAD/CAE/CAM的研究始于上世紀(jì)60年代末，70年代便有初步應(yīng)用，但僅限于二維圖形的簡(jiǎn)單沖裁級(jí)進(jìn)模，其主要功能如條料排樣、凹模布置、工藝計(jì)算和NC編程等。彎曲級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)出現(xiàn)在80年代，如日本日立公司和富士通公司的彎曲級(jí)進(jìn)模系統(tǒng)等。為了能夠適應(yīng)復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)，富士通系統(tǒng)采用了自動(dòng)設(shè)計(jì)和交互設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法，在該系統(tǒng)中除毛坯展開(kāi)、彎曲回彈計(jì)算和工步排序?yàn)樽詣?dòng)處理外，其余均需要設(shè)計(jì)人員的參與。
應(yīng)用三維幾何造型技術(shù)的級(jí)進(jìn)模系統(tǒng)始于80年代末，如美國(guó)Auto-trol公司的Die-Design系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用三維幾何模型來(lái)描述鈑金零件，并將三維圖形技術(shù)應(yīng)用于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，顯示出三維圖形軟件在模具設(shè)計(jì)中的重要作用。
進(jìn)入90年代，國(guó)際著名商品化三維CAD/CAM系統(tǒng)，如美國(guó)的Pro/E、UG-II、 CADD5、Solidworks、MDT等均陸續(xù)在模具界得到應(yīng)用。美國(guó)PTC公司基于Pro/E系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了鈑金零件造型模塊Pro/Sheet Metal。UG Solution公司在UG-II的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了同類(lèi)型的模塊UG/Sheet Metal。以上兩個(gè)系統(tǒng)都缺乏面向級(jí)進(jìn)成形工藝及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專(zhuān)用模塊，但這方面的工作進(jìn)展很快，有的已經(jīng)初見(jiàn)成效。
如美國(guó)Computer Design公司開(kāi)發(fā)的級(jí)進(jìn)模軟件Striker Systems是銷(xiāo)售量較大的商業(yè)化CAD/CAM系統(tǒng)，包括鈑金零件造型（SS-DESIGN）、毛坯展開(kāi)（SS-UNFOLD）、毛坯排樣（SS-STRIP DESIGN），模具設(shè)計(jì)（SS- DIE DESIGN）和數(shù)控加工（SS-WIRE、SS-PROFILE）等模塊。該系統(tǒng)支持鈑金零件的特徵造型，雖已具有某些自動(dòng)化設(shè)計(jì)的功能，但其設(shè)計(jì)過(guò)程仍以交互操作為主，目前只適用于彎曲沖裁級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)。
本世紀(jì)之初，美國(guó)UGS公司與我國(guó)華中科技大學(xué)合作在UG-II （現(xiàn)為NX）軟件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出基于三維幾何模型的級(jí)進(jìn)模CAD/CAM軟件NX-PDW。該軟件包括工程初始化、工藝預(yù)定義、毛坯展開(kāi)、毛坯排樣、廢料設(shè)計(jì)、條料排樣、壓力計(jì)算和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等模塊。具有特徵識(shí)別與重構(gòu)、全三維結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)等顯著特色，已在2003年作為商品化產(chǎn)品投入巿場(chǎng)。我國(guó)從上世紀(jì)90 年代開(kāi)始，華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)和北京機(jī)電研究院等相繼開(kāi)展了級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)。如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在AutoCAD軟件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)出基于特徵的級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)HMJC，包括鈑金零件特徵造型、基于特徵的沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)件及典型結(jié)構(gòu)建庫(kù)工具和線(xiàn)切割自動(dòng)編程五個(gè)模塊。上海交通大學(xué)為瑞士法因托（Finetool）精沖公司開(kāi)發(fā)成功精密沖裁級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)。西安交通大學(xué)開(kāi)發(fā)出多工位彎曲級(jí)進(jìn)模CAD系統(tǒng)等。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些軟件公司也競(jìng)相加入了級(jí)進(jìn)模CAD/CAM系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)行列，如深圳雅明軟件制作室開(kāi)發(fā)的級(jí)進(jìn)模系統(tǒng)CmCAD、富士康公司開(kāi)發(fā)的用于單沖模與復(fù)合模的CAD系統(tǒng)Fox-cad等。
汽車(chē)覆蓋件模CAD/CAE/CAM的發(fā)展概況
國(guó)際上最早開(kāi)展汽車(chē)覆蓋件模CAD/CAM系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)的是各個(gè)大汽車(chē)制造公司。早在1965年日本豐田汽車(chē)公司已將數(shù)控技術(shù)用于汽車(chē)覆蓋件的模具加工，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效果。上世紀(jì)80年代豐田汽車(chē)公司所采用的汽車(chē)覆蓋件CAD/CAM系統(tǒng)包括了NTDFB和CADETT兩個(gè)設(shè)計(jì)軟件及加工凸、凹模的 TINCA軟件，可完成車(chē)身外形設(shè)計(jì)、車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、沖模CAD、主模型與沖模加工和夾具加工等任務(wù)。據(jù)報(bào)道，該系統(tǒng)投入使用后可使豐田公司的汽車(chē)覆蓋件成形模設(shè)計(jì)與制造時(shí)間減少50%，本世紀(jì)之初豐田汽車(chē)公司又采用了美國(guó)PDC公司基于Pro/E軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)的面向拉延模設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)化軟件 Pro/Dieface。
美國(guó)通用汽車(chē)公司依托美國(guó)UGS公司在UG-II軟件平臺(tái)上也開(kāi)發(fā)了用于汽車(chē)覆蓋件模具設(shè)計(jì)的專(zhuān)用模塊，如鈑金件設(shè)計(jì)、車(chē)身設(shè)計(jì)、復(fù)蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)（包括沖壓方向選擇、工藝余量補(bǔ)充、壓邊面形狀設(shè)計(jì)和修邊線(xiàn)確定）和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，目前該系統(tǒng)正處于試運(yùn)行階段。與此同時(shí)，美國(guó)福特汽車(chē)公司、英國(guó)PSF公司、日本獲原鐵工所、富士鐵工所等國(guó)外生產(chǎn)汽車(chē)覆蓋件模具的公司也開(kāi)發(fā)了各自公司專(zhuān)用的汽車(chē)覆蓋件模 CAD/CAM系統(tǒng)。目前這些系統(tǒng)尚不對(duì)外出售。
國(guó)內(nèi)如湖南大學(xué)、吉林大學(xué)和華中科技大學(xué)等單位近幾年來(lái)對(duì)汽車(chē)覆蓋件模CAD/CAE/CAM技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的研究，取得了許多可喜的成果。
如湖南大學(xué)以先進(jìn)沖壓CAE技術(shù)為突破口，開(kāi)發(fā)出一套包括沖壓工藝設(shè)計(jì)和汽車(chē)覆蓋件模具設(shè)計(jì)和制造的系列化軟件。其沖壓仿真CAE自動(dòng)建模系統(tǒng)CADEM- I能夠利用模具表面數(shù)控軌跡數(shù)據(jù)作為網(wǎng)格生成的幾何數(shù)據(jù)源，使建模效率成倍的提高，對(duì)于汽車(chē)覆蓋件成形，在同樣精度下可使仿真模型網(wǎng)格單元減少近20% ~40%。沖壓仿真CAE系統(tǒng)CADEM-II采用先進(jìn)的理論和算法，在保證沖壓件大變形計(jì)算精度的前提下顯著地提高了分析速度。沖壓工藝分析與設(shè)計(jì)系統(tǒng) CADEM-III采用殼體失穩(wěn)理論預(yù)測(cè)覆蓋件成形中的起皺趨勢(shì)，采用基于仿真的毛坯反算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜零件的毛坯形狀和尺寸的迭代反求。
又如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室最新推出的汽車(chē)覆蓋件沖壓成形快速分析軟件FASTAMP，基于改進(jìn)的有限元逆算法和板殼單元，綜合考慮了摩擦、壓邊力和拉深筋等工藝條件，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料選擇和工藝設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系起來(lái)，能夠快速模擬汽車(chē)覆蓋件成形后的起皺、破裂和成形不足等缺陷，優(yōu)化壓邊力、拉深筋和摩擦等工藝參數(shù)、校核壓料面和工藝補(bǔ)充面的合理性、提供最優(yōu)的毛坯形狀，從而可以為汽車(chē)覆蓋件工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)提供全面的解決方案。
塑料注射模CAD/CAE/CAM的發(fā)展概況
塑料注射模CAD/CAM是伴隨著通用機(jī)械CAD/CAM技術(shù)發(fā)展而不斷深化的。從上世紀(jì)60年代基于線(xiàn)框模型的CAD系統(tǒng)開(kāi)始, 到70年代以曲面造型為核心的CAD/CAM系統(tǒng)，80年代實(shí)體造型技術(shù)的成功應(yīng)用，90年代基于特徵的參數(shù)化實(shí)體/曲面造型技術(shù)的完善，為塑料注射模采用 CAD/CAE/CAM技術(shù)提供了可靠的保證。目前在國(guó)內(nèi)外巿場(chǎng)已涌現(xiàn)出一批成功應(yīng)用于塑料注射模的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。
現(xiàn)在國(guó)外一些著名的商品化三維造型軟件都帶有獨(dú)立的注射模設(shè)計(jì)模塊，如美國(guó)PTC公司的Pro/E、UGS公司的UG-II、SDRC公司的I-DEAS系統(tǒng)。這三個(gè)CAD/CAM系統(tǒng)目前在塑料模具工業(yè)中的應(yīng)用最為廣泛。此外還有美國(guó)CV公司的CADDS系統(tǒng)、法國(guó)MATRA公司的EUCLID系統(tǒng)、法國(guó) DASSAULT公司的CATIA系統(tǒng)、英國(guó)DELCAM公司的DUCT系統(tǒng)、日本造船信息系統(tǒng)株式會(huì)社的Space-E系統(tǒng)和日本UNISYS株式會(huì)社的CADCEUS系統(tǒng)等都各具特色，擁有各自的用戶(hù)群。
塑料注射模CAE技術(shù)的發(fā)展也十分迅速，從上世紀(jì)60年代的一維流動(dòng)和冷卻分析到70年代的二維流動(dòng)和冷卻分析再到90年代的準(zhǔn)三維流動(dòng)和冷卻分析，其應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到保壓分析、纖維分子取向和翹曲預(yù)測(cè)等領(lǐng)域并且成效卓著。
塑料注射成型CAE商品化軟件中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)數(shù)美國(guó)Moldflow公司的模擬軟件MF，該軟件主要包括流動(dòng)模擬（MF/FLOW）、冷卻分析（MF/COOL）、翹曲分析（MF/WARP）、氣輔分析(MF/GAS)和應(yīng)力分析（MF/STRESS）等。該公司于1998年推出準(zhǔn)三維的雙面流軟件（Part Adviser），2002年推出真三維的實(shí)體流軟件模塊，目前該公司在世界上擁有較大的用戶(hù)群。
近十余年來(lái)，我國(guó)對(duì)塑料注射成型CAE技術(shù)也開(kāi)展了系統(tǒng)而深入的研究。華中科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、鄭州大學(xué)和南昌大學(xué)等都相繼取得了可喜的成果。如華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在最近推出的商品化塑料注射成型集成化仿真系統(tǒng)HSCAE6.10，從1989年推出的HSCAE1.0版到如今的6.10版，經(jīng)歷了從二維分析到三維分析，從實(shí)用化到商品化，從局部試點(diǎn)到大面積推廣應(yīng)用的進(jìn)程，已成為塑料制品設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工程師培訓(xùn)的有力工具，HSCAE仿真系統(tǒng)目前已在國(guó)內(nèi)80多家工廠(chǎng)和學(xué)校推廣應(yīng)用。
模具CAD/CAE/CAM的發(fā)展趨勢(shì)
本世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)正處于日新月異的變革之中，通過(guò)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的緊密結(jié)合，人工智能技術(shù)、并行工程、面向裝配、參數(shù)化特徵建模以及關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)等一系列與模具工業(yè)相關(guān)的技術(shù)發(fā)展之快、學(xué)科領(lǐng)域交叉之廣前所未見(jiàn)。今后十年新一代模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)必然是當(dāng)今最好的設(shè)計(jì)理念、最新的成形理論和最高水平的制造方法相結(jié)合的產(chǎn)物，其特點(diǎn)將反映在專(zhuān)業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化四個(gè)方面。
隨著模具工業(yè)的快速發(fā)展，近幾年來(lái)世界各國(guó)的軟件開(kāi)發(fā)商投入了巨大的人力和物力，針對(duì)各類(lèi)模具的特點(diǎn)，將通用的CAD/CAM系統(tǒng)改造為模具行業(yè)專(zhuān)用的系統(tǒng)，取得了較大成效。已投入使用的有美國(guó)UGS公司的級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)系統(tǒng)NX -PDW、塑料注射模設(shè)計(jì)系統(tǒng)Mold Wizard、以色列Cimatron公司的模具設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)Quick、英國(guó)DELCAM公司的塑料模設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)PS-Moldmaker、法國(guó)Misslel software公司的注射模專(zhuān)用軟件Top Mold和級(jí)進(jìn)模專(zhuān)用軟件 Top Progress、日本UNISYS株式會(huì)社的塑料模設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)CADCEUS等。這些軟件的技術(shù)特點(diǎn)是能在統(tǒng)一的系統(tǒng)環(huán)境下，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，完成特定模具的設(shè)計(jì)。NX-PDW初步實(shí)現(xiàn)了模具零件的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián), CADCEUS的特色在于三維設(shè)計(jì)與二維視圖的聯(lián)動(dòng)，PS-Moldmaker 做到了加工信息的自動(dòng)封裝，這些特點(diǎn)使得專(zhuān)業(yè)軟件更加宜人化。
目前，國(guó)外一些軟件開(kāi)發(fā)商已能按實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的功能劃分產(chǎn)品系列，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/CAM的一體化，解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程分工協(xié)作的要求。例如英國(guó)DELCAM公司在原有軟件DUCT5的基礎(chǔ)上，為適應(yīng)最新軟件發(fā)展及工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際推出了CAD/CAM集成化系統(tǒng)Delcam’s Power Solution，該系統(tǒng)覆蓋了幾何建模、逆向工程、工業(yè)設(shè)計(jì)、工程制圖、仿真分析、快速原型、數(shù)據(jù)編程、測(cè)量分析等各個(gè)領(lǐng)域。系統(tǒng)的每個(gè)功能模塊既可獨(dú)立運(yùn)行，又可通過(guò)數(shù)據(jù)接口與其它系統(tǒng)相兼容，并能按使用要求進(jìn)行組合，以便形成專(zhuān)業(yè)化的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)，做到開(kāi)放性、兼容性和專(zhuān)業(yè)化的統(tǒng)一�？梢灶A(yù)計(jì)，模具 CAD/CAE/CAM系統(tǒng)在今后幾年內(nèi)將會(huì)逐步發(fā)展為支持從設(shè)計(jì)、分析、管理到加工全過(guò)程的產(chǎn)品信息管理的集成化系統(tǒng)。
現(xiàn)階段，模具設(shè)計(jì)和制造在很大程度上仍然依靠著模具工作者的經(jīng)驗(yàn)，僅憑計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算功能去完成諸如模具設(shè)計(jì)方案的選擇、工藝參數(shù)與模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、成型缺陷的診斷以及模具成形性能的評(píng)價(jià)是不現(xiàn)實(shí)的。新一代模具CAD/CAE/CAM系統(tǒng)正在利用KBE（基于知識(shí)的工程）技術(shù)進(jìn)行脫胎換骨的改造。如UG-II中所提供的人工智能模塊KF（Knowledge Fusion）。利用KF可將設(shè)計(jì)知識(shí)融入系統(tǒng)之中，以便進(jìn)行圖形識(shí)別與推理。
數(shù)值計(jì)算和人工智能技術(shù)的結(jié)合將是今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)一件十分艱巨而重要的工作。傳統(tǒng)的模擬軟件基本上都是被動(dòng)式計(jì)算工具，分析前需要用戶(hù)事先設(shè)計(jì)成形方案和確定工藝參數(shù)，分析結(jié)果常常難于直接用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)，這在很大程度上影響了模擬軟件的推廣和普及，華中科技大學(xué)模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在國(guó)產(chǎn)注塑成型模擬軟件HSCAE6.10中成功地引入了人工智能技術(shù)。對(duì)于注射時(shí)間、注射溫度等具有連續(xù)取值空間的參數(shù)，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)于分析結(jié)果的解釋和評(píng)價(jià)則采用基于規(guī)則推理的方法來(lái)處理。HSCAE6.10的專(zhuān)家系統(tǒng)規(guī)則庫(kù)以專(zhuān)家知識(shí)為基礎(chǔ)，涵蓋了有關(guān)短射、流動(dòng)平衡、熔體降解、溫差控制、保壓時(shí)間、許可剪切應(yīng)力、剪切速率和鎖模力等方面的領(lǐng)域知識(shí)，在對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行綜合和提煉的基礎(chǔ)上驅(qū)動(dòng)專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行推理，對(duì)成型方案進(jìn)行評(píng)價(jià)并在分析報(bào)告中輸出具體的改進(jìn)建議，其目標(biāo)是將模擬軟件由傳統(tǒng)的“被動(dòng)式”計(jì)算工具提升為新一代的“主動(dòng)式”優(yōu)化系統(tǒng) |
