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文檔簡(jiǎn)介
1、機(jī)械 CAD技術(shù)的現(xiàn)在與未來(lái)摘要 :本文主要講述CAD技術(shù)中關(guān)于機(jī)械方面在現(xiàn)在社會(huì)中的應(yīng)用, 以及給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)的積極作用?,F(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和存在的問(wèn)題。首先從CAD技術(shù)的積極意義, CAD的支撐軟件講起;其次講述機(jī)械 CAD的定義以及生活中的應(yīng)用; 然后講述 CAD技術(shù)在我國(guó)制造業(yè)中的表現(xiàn)和我國(guó)制造業(yè)當(dāng)前應(yīng)用CAD技術(shù)的情況;機(jī)械CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì);制約CAD深層次開(kāi)發(fā)應(yīng)用的存在因素以及因素分析;最后總結(jié)機(jī)械CAD技術(shù)的發(fā)展和對(duì)其技術(shù)的期待。正文:CAD 技術(shù)是隨信息技術(shù)的發(fā)展而形成的一門(mén)新技術(shù), 它的應(yīng)用和發(fā)展引起了社會(huì)和生產(chǎn)的巨大變革, 因此 CAD技術(shù)被視為 20
2、 世紀(jì)最杰出的工程成就之一。目前CAD技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空、航天、船舶、紡織、輕工及建筑等各個(gè)領(lǐng)域,它的應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)發(fā)展水平及工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。CAD支撐軟件:圖形處理軟件(CGI、GKS、OpenGL等)、工程分析與計(jì)算軟件、模擬仿真軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(PDM等)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程軟件、文檔制作軟件;CAD應(yīng)用軟件: CATIA、Pro/ENGINEERAutoCAD、UG等。機(jī)械 CAD是一種用計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)人員對(duì)機(jī)械產(chǎn)品或工程進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法與技術(shù),包括設(shè)計(jì)、繪圖、工程分析與文檔制作等設(shè)計(jì)活動(dòng)?,F(xiàn)在應(yīng)用的幾個(gè)機(jī)械CAD的實(shí)例:“勘探設(shè)計(jì)一體化
3、”、“鐵路線路平縱斷面整體優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)”、“層流葉柵設(shè)計(jì)軟件” 、“帶式輸送機(jī) CAD設(shè)計(jì)軟件”、“涵洞 CAD系統(tǒng)”、“電站鍋爐產(chǎn)品 CAD系統(tǒng)”等。而機(jī)械 CAD技術(shù)在現(xiàn)實(shí)社會(huì)中占有至關(guān)重要的地位,CAD技術(shù)在我國(guó)制造業(yè)中的表現(xiàn)有以下幾點(diǎn):(1)CAD 技術(shù)得到了應(yīng)用和普及,并取得了顯著的增值效益。(2)提高了企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。(3) 以應(yīng)用和市場(chǎng)為導(dǎo)向,推動(dòng)了國(guó)產(chǎn) CAD軟件產(chǎn)業(yè)化。(4) 建立了 CAD人才培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò),提高了企業(yè)應(yīng)用 CAD技術(shù)的素質(zhì)。(5) 組建咨詢服務(wù)體系,促進(jìn)了 CAD咨詢服務(wù)業(yè)的形成和發(fā)展。(6) 制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),加快了 CAD應(yīng)用工程
4、向廣度和深度發(fā)展的步伐。先后發(fā)布了 CAD通用技術(shù)規(guī)范、CAD文件管理、CAD電子文件應(yīng)用光盤(pán)存儲(chǔ)歸檔與檔案管理要求等規(guī)范和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)制造業(yè)當(dāng)前應(yīng)用 CAD技術(shù)的情況,大致可分為以下四種不同的應(yīng)用層次:(1) 基于計(jì)算機(jī)繪圖、產(chǎn)品三維幾何造型的應(yīng)用層次。這個(gè)層次基本上屬于“甩圖板 " 層次,其特點(diǎn)是:提高了繪圖效率,部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用了參數(shù)化、系列化、模塊化的方法,縮短了開(kāi)發(fā)周期;采用了裝配仿真等手段, 從一定程度上提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。(2) 基于計(jì)算機(jī)輔助工程分析 (CAE)進(jìn)行產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)的應(yīng)用層次。特點(diǎn) : 利用有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)及其他工程分析工具使形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程分析
5、技術(shù)相結(jié)合,有效地提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。(3) 基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 (PDM)的 CAD應(yīng)用層次。特點(diǎn) : 基本實(shí)現(xiàn)了部門(mén)級(jí)的文檔管理、 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理與工作流程管理,但與企業(yè)資源規(guī)劃 (ERP)系統(tǒng)的集成與信息共享尚不完善,理想的產(chǎn)品配置還難以達(dá)到。(4) 基于企業(yè)信息化平臺(tái)的 CAD應(yīng)用層次。特點(diǎn) : 實(shí)現(xiàn)了 CADCAECA PP等的 CA x 集成,還實(shí)現(xiàn)了CA x PDMERP的集成,達(dá)到了全企業(yè),甚至企業(yè)間的信息交換和共享。這一層次是 CAD技術(shù)的深化應(yīng)用,是現(xiàn)階段開(kāi)展制造業(yè)信息化工作的主要內(nèi)容。機(jī)械 CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) :1集成化集成是指信息集成 . CAD 信息處于產(chǎn)品生命周期中
6、信息鏈的源頭。為了提高系統(tǒng)的集成水平, CAD技術(shù)必須在以下幾個(gè)方面提高水平:(1) 數(shù)字化產(chǎn)品建模。(2) 產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換。(3) 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。(4) 繼續(xù)改進(jìn)與開(kāi)發(fā)各種 CAx(CAD,CAE,CAPP ) 以及 DFx(DFA,DFM,DFT ) 并使它們有機(jī)地集成起來(lái)2網(wǎng)絡(luò)化(1) 能夠提供基于因特網(wǎng)的完善的協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境。該環(huán)境具有電子會(huì)議、協(xié)同編輯、共享電子白板、圖形和文字的瀏覽與批注、異構(gòu)CAD和 PDM軟件的數(shù)據(jù)集成等功能,使用戶能夠進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。(2) 提供網(wǎng)上多種 CAD應(yīng)用服務(wù),例如設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)劃、 設(shè)計(jì)沖突檢測(cè)與消解、網(wǎng)上虛擬裝配等工具。3智能化人工智能技術(shù), 特別是專(zhuān)家系
7、統(tǒng)技術(shù), 與傳統(tǒng) CAD技術(shù)結(jié)合起來(lái),形成智能化 CAD系統(tǒng)是機(jī)械 CAD發(fā)展的必然趨勢(shì)。(1) 發(fā)展新的設(shè)計(jì)理論與方法。 例如并行設(shè)計(jì)的理論、 大規(guī)模定制設(shè)計(jì)的理論、概念設(shè)計(jì)的理論、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理論等。(2) 繼續(xù)深入研究機(jī)械設(shè)計(jì)型專(zhuān)家系統(tǒng)的一些基本理論與技術(shù)問(wèn)題。例如設(shè)計(jì)知識(shí)模型的表示與建模、 知識(shí)利用中的各種搜索與推理方法、知識(shí)獲取、工具系統(tǒng)的技術(shù)等。4標(biāo)準(zhǔn)化(1) 面向圖形設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn) CGI,面向用戶的圖形標(biāo)準(zhǔn) GKS和 PHIGS,面向不同 CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn) IGES和 STEP,此外還有窗口標(biāo)準(zhǔn)等。(2)STEP(Standard for the exchange of pr
8、oduct model data)既是標(biāo)準(zhǔn),又是方法學(xué),由此構(gòu)成了STEP技術(shù),它深刻地影響著產(chǎn)品建模、數(shù)據(jù)管理及接口技術(shù)等。但現(xiàn)實(shí)中 CAD技術(shù)的發(fā)展存在這樣或那樣的障礙, 首先制約 CAD深層次開(kāi)發(fā)應(yīng)用的因素有以下幾個(gè)方面:(1)設(shè)計(jì)思想目的:根據(jù)設(shè)計(jì)要求構(gòu)思的初始設(shè)計(jì),是設(shè)計(jì)創(chuàng)新的關(guān)鍵資源 : 領(lǐng)域設(shè)計(jì)原理和知識(shí)、同類(lèi)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足:以幾何模型為主的通用CAD系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一階段的設(shè)計(jì)原因 : 產(chǎn)品要用設(shè)計(jì)參數(shù)表達(dá); 設(shè)計(jì)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)也不能用幾何模型表達(dá);通用 CAD系統(tǒng)可以提供同類(lèi)設(shè)計(jì)的圖紙, 但不能提供設(shè)計(jì)參數(shù)表達(dá)的“設(shè)計(jì)”。(2)分析計(jì)算目的:根據(jù)設(shè)計(jì)要求和初始化結(jié)果,確定產(chǎn)品的
9、力學(xué)特性資源:通用有限元方法、專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域認(rèn)可的分析、驗(yàn)算方法不足:通用 CAE系統(tǒng)能完成結(jié)構(gòu)分析,但不能考慮專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域形成的分析計(jì)算原理、檢驗(yàn)方法,需要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的分析前后處理。原因:有限元,模型是通用的,但產(chǎn)品在長(zhǎng)期的設(shè)計(jì)過(guò)程中已形成了自身的分析計(jì)算原理、控制要點(diǎn)和驗(yàn)算方法。3)構(gòu)造設(shè)計(jì)目的:經(jīng)分析驗(yàn)算后,主要設(shè)計(jì)參數(shù)一定,但很多次要結(jié)構(gòu)的細(xì)部參數(shù)尚未取定,需要完成在這一階段全部的構(gòu)造設(shè)計(jì)。資源:同類(lèi)設(shè)計(jì)、工程師的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足:同類(lèi)設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)在這一階段特別重要,通用 CAD系統(tǒng)只能提供同類(lèi)設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行參考, 不能直接介入構(gòu)造的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)者可以在同類(lèi)圖紙上修改, 但系統(tǒng)不能提供那一個(gè)同類(lèi)設(shè)計(jì)是
10、“最佳的”或“合理的”。原因:通用 CAD系統(tǒng)以幾何圖形描述設(shè)計(jì)圖紙,不能提供圖紙反映的結(jié)構(gòu)及其控制參數(shù)。(4)設(shè)計(jì)圖紙繪制目的:完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙資源:需要豐富的圖紙?zhí)幚砉δ?。不足:二、三維圖形具有豐富的圖形處理功能,但很難建立圖形與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。原因:通用 CAD系統(tǒng)的主體模型是幾何模型。制約 CAD深層次開(kāi)發(fā)應(yīng)用的因素分析:(1)專(zhuān)業(yè)思維差通用 CAD系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)幾何圖形處理, 與產(chǎn)品設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)之間存在思維差距,造成 CAD系統(tǒng)的輔助概念與專(zhuān)業(yè)工程師對(duì)輔助設(shè)計(jì)的要求有很大的不同,造成通用 CAD系統(tǒng)與專(zhuān)業(yè)需求之間的矛盾。(2)系統(tǒng)模型的差距通用 CAD的基本模型為幾何模型, 但專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)者關(guān)心
11、的是由設(shè)計(jì)參數(shù)表達(dá)的產(chǎn)品模型,建立幾何模型和產(chǎn)品模型之間的關(guān)系是困難的。(3)設(shè)計(jì)過(guò)程控制的目標(biāo)是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)在進(jìn)行產(chǎn)品的構(gòu)思、優(yōu)化設(shè)計(jì)、分析驗(yàn)算等過(guò)程中,設(shè)計(jì)者控制的目標(biāo)是產(chǎn)品的參數(shù),這些參數(shù)在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域有特定的含義,通用的CAD系統(tǒng)一般不能識(shí)別這些設(shè)計(jì)參數(shù)。(4)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要應(yīng)用大量的設(shè)計(jì)知識(shí)產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)原理和知識(shí)、同類(lèi)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)等都是設(shè)計(jì)過(guò)程中需要應(yīng)用的知識(shí),這些知識(shí)都是以設(shè)計(jì)參數(shù)的形式表達(dá),并應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 而通用 CAD系統(tǒng)只能以圖紙形式提供同類(lèi)設(shè)計(jì)圖紙,圖紙所隱含的知識(shí)還需要人工進(jìn)行智能識(shí)別。( 5)以幾何模型為主線的 CAD/CAE/CAPP/CAM集成存在不足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程、 工藝設(shè)計(jì)過(guò)程和制造過(guò)程都需要以產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)作為控制對(duì)象通過(guò)幾何模型的控制來(lái)映射對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的控制存在先天不足。雖然機(jī)械 CAD技術(shù)給我們的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來(lái)巨大的便利, 把工業(yè)帶到了一個(gè)空前的高度, 但是在 CAD技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中也遇到重重困難;未來(lái)的機(jī)械 CAD技術(shù)向計(jì)算機(jī)集成制造( CIE)、并行工程( CE)、智能化 CAD系統(tǒng)、虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、 網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)與制造等方向發(fā)展的同時(shí)應(yīng)克服上文提到的障礙。 我相信未來(lái)的機(jī)械 C
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