绘图软件cad-工业软件CAD、CAE、CAM介绍

最近读到一篇介绍工业软件CAD、CAE、CAM的文章，在此记录分享。

自从20世纪80年代工业软件出现以来，设计师终于不再需要手工完成图纸设计，而是在计算机上完成，大大提高了设计效率。

那么工业软件到底是什么？

大多数读者可能从事应用软件开发，对工业软件这个行业了解不多。

事实上，工业软件按照功能可以分为三类：

CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助工程）、CAM（计算机辅助制造）、

这三款软件是当今工业行业不可或缺的软件，对于航空、造船、汽车等产品的研发来说都是不可或缺的。 目前企业常用的这三类软件基本被美国、法国、德国垄断。 尤其是在CAE领域，美国更是占据主导地位。

1) CAD（计算机辅助设计）软件

人类历史上第一个CAD软件的雏形可以追溯到20世纪50年代。 美苏争霸时期，美军为了拦截苏联远程轰炸机，由国防部牵头与IBM、麻省理工学院联合合作。 开发SAGE系统。 SAGE系统完全用汇编语言完成。 它的功能之一就是能够在电脑上绘图。 数十亿美元或更多）。 但当时的CAD软件只有美军使用，后来才逐渐商业化。

简而言之，CAD软件就是让设计者在计算机上进行绘图的软件。 可以说CAD软件的出现彻底解放了设计师手中的绘图工具。 过去，手工绘制的图纸可以在计算机上完成。 ，大大减轻了设计人员的工作量，也大大加快了产品开发的效率。

CAD软件出现后，以前只能手工绘制的图纸可以在计算机上完成，大大提高了工作效率。 这是美国AutoDesk公司的一款二维CAD软件产品——AutoCAD

2）CAE（计算机辅助工程）软件

如果你要问世界上哪家公司拥有的代码最多，你可能会回答微软、IBM或者谷歌吉祥物，但事实上这些都不是。 仅就代码数量而言，全球最大的软件公司是美国军火商巨头——罗克西德马丁公司，没错，就是美国军火公司，还有美国的F22战斗机、F35战斗机等。都来自这家公司。 说到这里，你可能会感到疑惑。 武器制造商真的生产软件吗？ 是的，而且他们制作的大部分软件仅供自己使用，不用于出售，包括 CAE 软件。

CAE软件是工业软件中最难开发的一类软件（稍后我们会告诉你原因），但它也是最重要的软件。 CAE自问世以来，与CAD软件一样，主要服务于军队，后来逐渐商业化表情包设计，被民用企业所使用。 那么CAE到底是什么？

CAE的整个过程称为计算机辅助工程（Computer Aided Engineering），就是通过软件方法对设计的产品进行模拟分析，以验证设计的产品是否满足规定的要求（其原理将在后面解释）。 闭上眼睛想一想，设计师在电脑上设计出产品后，只要导入这个软件，就可以知道产品设计哪里有不合理的地方，然后更改设计图，是不是就像这样魔法？ ？ 这节省了后期测试的成本。 而且，在某些领域，必须使用CAE软件进行仿真分析，比如航空航天领域，关系到每一位乘客的人身安全，必须经过软件的验证。

CAE软件的出现极大地缩短了产品的开发周期。 过去必须通过实验验证的产品，现在可以在计算机上完成。

目前，全球商业CAE软件行业市场份额最大的是美国的ANSYS。 ANSYS自诞生以来一直专注于有限元仿真技术。 截至目前，已形成完整的仿真产品线。 那么它用在哪里呢？ 让我以汽车为例。 您认为车辆工程师在3D总装图完成后可以直接生成零件图进行加工吗？ 不，这还不够，后面还有两个重要的环节，其中最重要的就是对你设计的产品进行可行性分析。

3）CAM（计算机辅助制造）软件

等前车设计完成，各方面安全测试完成后，剩下的就进行加工生产。 那么汽车的零部件是如何生产的呢？ 这就需要工业母机——机床来完成它。

对于含有复杂曲面的零件的加工，必须通过CAM软件完成CNC程序，并在加工前进行模拟

在数控机床（CNC）诞生之前，汽车的每个零件都必须由师傅在普通机床上手工完成。 但随着汽车零部件的逐渐精细化，有些零部件根本无法在普通机床上加工。 除了汽车行业外绘图软件cad，在航空航天、精密电子等领域尤其如此。 这时，数控机床诞生了。

数控机床加工零件之前有一道重要工序，那就是需要在计算机上实现模拟加工模拟，准确无误后才能在机床上生产。 答案是不。 要知道，一套完整的数控加工程序需要工程师人工干预才能完成编写。 CAM软件只能生成部分代码，只要是程序，就会存在bug。 CAM软件模拟将根据您的程序准确计算。 弄清楚整个零件的加工过程并生成机床的刀具路径，不仅可以检查加工过程中是否存在撞刀危险，还可以检查程序是否存在过切或底切。

CAM软件模拟完成并确认无误后，即可上机加工。 CNC加工程序由CAM软件生成

这是利用Mastercam软件进行加工模拟的过程，可以看到完整的走刀和加工过程，避免加工过程中碰刀等危险。

这是苹果Mac pro金属外壳的加工工序之一。 它是在数控机床上完成的。 自动加工程序也必须由CAM软件来完成。 为了保证自己产品的手感，苹果所有的外壳都是由一整块金属制成。 通过去除材料进行机械加工的成本极高。 相反，其他厂家大多会采用模具冲压或金属拉丝工艺来完成，虽然成本低，但手感不太好。

从iPhone 11开始，苹果又回归了后玻璃面板的经典设计。 对了，我想向大家提一下，苹果的后玻璃面板是通过在 CNC 上铣削一整块厚度为 8mm 至 3mm 的玻璃，并在上面钻孔来完成的。 ，世界上只有苹果敢做这样的事。 更变态的是绘图软件cad，为了加工这块玻璃，苹果还为富士康购买了一千多台数控机床！ 这样的成本，不说机床，单是加工玻璃所带来的刀具损耗成本就超出了其他手机厂商的想象。

当然，加工过程中离不开CAM软件。

2.我们不能自己开发工业软件吗？

答：有可能，但是十年二十年不可能完成

1.工业软件开发确实很困难，因为它是一门交叉学科。

如果只是开发一个类似微信、抖音的APP，或者开发一个类似金蝶财务管理的企业级软件，顶多就是一个网络编程和数据库交互的应用程序，不需要程序员。 掌握其他知识，但工业级软件不是这样的。 它不仅需要掌握最基本的编程技能，更重要的是多学科的交叉融合。

说到工业软件的开发，你可能会认为这是计算机科学的问题，但实际上它并不是真正的计算机科学的问题。 工业软件以数学为基础，贯穿物理、化学、力学、材料科学等领域的交叉学科。

我们先拿CAD这样的软件来说，因为该软件是专业绘制工程图的工程师使用的。 因此，要求开发工业软件的程序员必须了解工程图学的知识，比如基本的投影知识。 将知识融入代码并通过计算机显示在屏幕上需要计算机图形学方面的知识； 以CAE软件为例，需要该软件能够计算设计零件的疲劳极限和寿命，这需要材料力学的知识。 如果分析所设计的飞机的气流（飞机设计中必不可少的环节），这就会涉及到流体力学的知识。 当然，软件还必须计算流体力学的各种参数，这是需要求解大量的偏微分方程，这也涉及到数学知识。 。 。

简而言之，工业软件的本质就是将力学、数学等各学科的公式以算法的形式写入代码中。 如果学术界没有具体的公式，开发者就需要自己推导公式。 有时我想，开发工业软件的人一定是天才。

这是开发工业软件所涉及的学科，它比应用级软件困难得多。

参考：