機(jī)械CAD技術(shù)的現(xiàn)在與未來(lái)

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。 現(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

3、設(shè)計(jì)一體化”、 “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。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

4、應(yīng)用工程向廣度和深度發(fā)展的步 伐。先后發(fā)布了CAD®用技術(shù)規(guī)范、CAD文件管理、CAD電子 文件應(yīng)用光盤存儲(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 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

5、狀結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)與工程分析技術(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 CAD7CAE/CA PP等的CA x集成，還實(shí)現(xiàn)了 CA x / PD/ERP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

6、命周期中信息鏈的源頭。 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。繼續(xù)改進(jìn)與開發(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)CA併口 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)，特別是專家系統(tǒng)技術(shù)，與傳

7、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)GK舔口 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 product model

8、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)品的力學(xué)特性 資源：通用有限元方法

9、、專業(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)行專門的分析前后處理。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：同類設(shè)計(jì)、工程師的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足：同類設(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 可以在同類圖紙上修改， 但系統(tǒng)不能提供那一個(gè)同類設(shè)計(jì)是 “最佳的” 或“

10、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堋?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深層次開發(fā)應(yīng)用的因素分析：（1）專業(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)專業(yè)之間存在思維 差距，造成CAD系統(tǒng)的輔助概念與專業(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，但專業(yè)設(shè)計(jì)者關(guān)心的是由設(shè)計(jì) 參數(shù)表

11、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)品專業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)原理和知識(shí)、 同類設(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/CA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