1 CAD應(yīng)用簡述
CAD技術(shù)作為電子信息技術(shù)的組成部分,是提高產(chǎn)品和工程設(shè)計技術(shù)水平、降低消耗、縮短開發(fā)與建設(shè)周期,大幅度提高勞動生產(chǎn)率非常重要的手段,其能提高自主開發(fā)能力和管理水平,提高參與國際合作和競爭的能力。
20世紀(jì)80年代,CAD技術(shù)成為了我國制造業(yè)信息化的切入點和突破口。為了更加迅速地提高我國的CAD技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用水平,早在“八五”期間,國家就發(fā)出了“甩掉圖板”的號召,啟動了CAD應(yīng)用工程;“九五”期間,CAD技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到工程設(shè)計、機械制造等行業(yè),“CAD應(yīng)用工程技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用示范”項目創(chuàng)造了巨大的社會經(jīng)濟效益。“十五”和“十一五”期間,我國實施的制造業(yè)信息化工程和CAD應(yīng)用工程,不論從技術(shù)研發(fā)、市場培育方面,還是應(yīng)用成果方面都取得了可喜的成果,極大地提升了產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計能力、提高了設(shè)計效率,基本上甩掉了圖板,使繪圖、出圖工作更加科學(xué)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化,并與國際接軌,走向了一個新的時期。
目前,以三維CAD/CAE/CAM為核心的計算機輔助設(shè)計,工程分析,輔助制造技術(shù),已成為新產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)手段,其功能已能覆蓋產(chǎn)品的整個生命周期。工業(yè)發(fā)達(dá)國家制造業(yè)的CAX技術(shù)應(yīng)用,已走過了三維數(shù)字樣機開發(fā)的階段,并向數(shù)字化車間和數(shù)字化工廠發(fā)展。
中國制造業(yè)CAX技術(shù)的應(yīng)用,已迅速向三維設(shè)計技術(shù)發(fā)展。國內(nèi)有代表性的制造企業(yè),如航空航天、汽車、摩托車、機械、儀器儀表、家電等,已投入巨資,引進先進的三維CAX技術(shù)來改造原來的二維輔助設(shè)計系統(tǒng)。在新產(chǎn)品開發(fā)中廣泛采用三維實體建模技術(shù),建立零部件的三維數(shù)字化模型,并逐步向全數(shù)字化虛擬樣機CAD方向發(fā)展。CAE技術(shù)的應(yīng)用也已經(jīng)從最初關(guān)鍵零部件的強度、剛度、模態(tài)分析,向現(xiàn)在整機的有限元分析發(fā)展,并結(jié)合許多領(lǐng)域的專業(yè)知識,形成了專業(yè)化的CAE分析評估系統(tǒng)。CAM技術(shù)的應(yīng)用從簡單零件向復(fù)雜曲面零件、大型復(fù)雜模具三維曲面的NC加工、加工過程仿真發(fā)展。另外,面向制造過程的仿真技術(shù)、激光快速造型技術(shù)也在產(chǎn)品開發(fā)中應(yīng)用,仿真技術(shù)用于檢測工藝設(shè)計質(zhì)量,而在新產(chǎn)品開發(fā)中往往需對一些關(guān)鍵零件進行結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、裝配等方面的直觀評價,這就需要利用激光快速成型技術(shù),將零件的三維CAD模型快速加工成實物樣件,以驗證產(chǎn)品設(shè)計的正確性。
2 三維CAD的作用和特點
現(xiàn)有的以二維形式表達(dá)的工程圖是工程技術(shù)人員反映其設(shè)計思想的語言,工程圖中還包含著一些行業(yè)約定的形式和簡化的方式。它通過選擇最合理的投影面、剖切位置和剖切方式來表達(dá)零件的幾何和加工信息,因而具有簡單、完整和準(zhǔn)確等特點。這種以投影原理為基礎(chǔ)的工程圖能夠表達(dá)的零件的復(fù)雜性幾乎是無限的。
由于市場競爭的激烈和CAD應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展,對CAD系統(tǒng)的功能要求也越來越高。設(shè)計人員不再滿足于借助CAD系統(tǒng)來達(dá)到“甩圖板”的結(jié)果,而是希望利用CAD系統(tǒng)能從本質(zhì)上大大減輕繁瑣的工作,使他們能進一步集中精力做一些更富有創(chuàng)造性的高層次思維活動。由于三維CAD系統(tǒng)具有可視化程度高,形象直觀,參數(shù)化功能強大,設(shè)計效率高,以及能為企業(yè)數(shù)字化的各類應(yīng)用環(huán)節(jié)提供完整的設(shè)計、工藝和制造信息等優(yōu)勢,目前正在逐步取代傳統(tǒng)的純二維CAD系統(tǒng)。
三維CAD系統(tǒng)的作用和特點:第一,產(chǎn)品的三維模型是系統(tǒng)的核心,它所表達(dá)的幾何體信息越來越完整和準(zhǔn)確,能解決“設(shè)計”的范圍越廣。第二,具有更高級的造型工具,能夠構(gòu)造各種復(fù)雜的產(chǎn)品形狀,支持產(chǎn)品的裝配設(shè)計.實現(xiàn)“自頂向底”和“自底向頂”等設(shè)計方法。第三,三維造型系統(tǒng)能方便地與CAE系統(tǒng)集成,支持結(jié)構(gòu)分析的前后處理和設(shè)計仿真等復(fù)雜設(shè)計過程,方便地與工藝和輔助制造系統(tǒng)集成,能提供數(shù)控加工所需的信息。由此可見,三維CAD系統(tǒng)具有強大的優(yōu)越性,隨著計算機軟硬件系統(tǒng)的發(fā)展,性能價格比的不斷提高,這種優(yōu)越性會越來越明顯。但三維CAD系統(tǒng)并不能簡單地取代二維CAD系統(tǒng),兩者可以互相配合、相得益彰。
3 三維CAD應(yīng)用方案
1)完善和宣傳應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。目前,企業(yè)的設(shè)計、工藝活動是基于二維工程圖為主體的技術(shù)信息標(biāo)準(zhǔn)體系,在某些具體的體系中已無法滿足三維CAD環(huán)境下的產(chǎn)品技術(shù)信息的標(biāo)準(zhǔn)化要求,因此,完善和推廣三維CAD應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的需求日益迫切。國家和行業(yè)應(yīng)盡快頒發(fā)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),制造業(yè)企業(yè)應(yīng)細(xì)化和宣傳貫徹三維CAD應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
2)普及三維CAD應(yīng)用。三維CAD應(yīng)用是提升產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計能力的重要手段,與二維CAD相比有很多優(yōu)點,是“甩圖紙”工程的基礎(chǔ)。但目前大多數(shù)企業(yè)仍然以二維CAD為主進行產(chǎn)品設(shè)計,應(yīng)用的深度也不夠。為此,應(yīng)建立和完善三維CAD規(guī)范和模板,確保遵守共同的規(guī)范.利用相同的模板,保證設(shè)計模型的共用;建立和完善三維標(biāo)準(zhǔn)庫以及共用模型;推廣和普及三維CAD應(yīng)用。
3)深入搞好“三化”工作。企業(yè)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化工作是搞好CAD應(yīng)用的基礎(chǔ)。因為一項完整的設(shè)計工作不僅僅是繪圖,還需要查閱大量的文獻、資料、手冊,并且進行各種計算。如果CAD系統(tǒng)僅僅解決手工繪圖一項問題,其他問題仍由手工完成,那么提高工作的效率和精度就沒有什么意義。因此必須逐步解決設(shè)計手冊、計算公式和方法、標(biāo)準(zhǔn)、典型結(jié)構(gòu),通用件、外購件的電子化工作,即所有的設(shè)計資料進入計算機。
4)針對性地開發(fā)智能CAD系統(tǒng)。不同的產(chǎn)品、不同的行業(yè)有著不同的特點,產(chǎn)品設(shè)計過程是一個復(fù)雜的過程。實際工程設(shè)計過程并不是一個必須從低層幾何造型開始的設(shè)計過程。設(shè)計者在設(shè)計過程的初期就應(yīng)該對“設(shè)計”有概念性的認(rèn)識,并一直指導(dǎo)著整個設(shè)計過程。設(shè)計專家關(guān)心的具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)有其特定的含義,這些參數(shù)是專業(yè)領(lǐng)域長期發(fā)展的結(jié)果,往往不是幾何特性能表達(dá)清楚的。許多工程設(shè)計問題無法用完整的數(shù)學(xué)公式為它建模,設(shè)計過程不是純邏輯推理過程,在實際工作中設(shè)計知識和經(jīng)驗起著關(guān)鍵作用。因此,需要開發(fā)專業(yè)的三維CAD應(yīng)用系統(tǒng),深化三維CAD應(yīng)用,提高產(chǎn)品開發(fā)的智能化。
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