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装备制造业企业信息化中三维CAD应用

CAD技术应用简述
 

    CAD技术作为电子信息技术的组成部分,是提高产品和工程设计技术水平、降低消耗、缩短开发与建设周期,大幅度提高劳动生产率非常重要的手段,其能提高自主开发能力和管理水平,提高参与国际合作和竞争的能力。
    20世纪80年代,CAD技术成为了我国装备制造业信息化的切入点和突破口。为了更加迅速地提高我国的CAD技术开发与应用水平,早在“八五”期间,国家就发出了“甩掉图板”的号召,启动了CAD应用工程;“九五”期间,CAD技术已经应用到工程设计、机械制造等行业,“CAD应用工程技术开发与应用示范”项目创造了巨大的社会经济效益。“十五”和“十一五”期间,我国实施的装备制造业信息化工程和CAD应用工程,不论从技术研发、市场培育方面,还是应用成果方面都取得了可喜的成果,极大地提升了产品的开发和设计能力、提高了设计效率,基本上甩掉了图板,使绘图、出图工作更加科学化、规范化、标准化,并与国际接轨,走向了一个新的时期。
    目前,以三维CAD/CAE/CAM为核心的计算机辅助设计,工程分析,辅助制造技术,已成为新产品开发技术手段,其功能已能覆盖产品的整个生命周期。工业发达国家装备制造业的CAX技术应用,已走过了三维数字样机开发的阶段,并向数字化车间和数字化工厂发展。
    中国装备制造业CAX技术的应用,已迅速向三维设计技术发展。国内有代表性的制造企业,如航空航天、汽车、摩托车、机械、仪器仪表、家电等,已投入巨资,引进先进的三维CAX技术来改造原来的二维辅助设计系统。在新产品开发中广泛采用三维实体建模技术,建立零部件的三维数字化模型,并逐步向全数字化虚拟样机CAD方向发展。CAE技术的应用也已经从最初关键零部件的强度、刚度、模态分析,向现在整机的有限元分析发展,并结合许多领域的专业知识,形成了专业化的CAE分析评估系统。CAM技术的应用从简单零件向复杂曲面零件、大型复杂模具三维曲面的NC加工、加工过程仿真发展。另外,面向制造过程的仿真技术、激光快速造型技术也在产品开发中应用,仿真技术用于检测工艺设计质量,而在新产品开发中往往需对一些关键零件进行结构、质量、装配等方面的直观评价,这就需要利用激光快速成型技术,将零件的三维CAD模型快速加工成实物样件,以验证产品设计的正确性。

2 三维CAD的作用和特点

    现有的以二维形式表达的工程图是工程技术人员反映其设计思想的语言,工程图中还包含着一些行业约定的形式和简化的方式。它通过选择最合理的投影面、剖切位置和剖切方式来表达零件的几何和加工信息,因而具有简单、完整和准确等特点。这种以投影原理为基础的工程图能够表达的零件的复杂性几乎是无限的。
    由于市场竞争的激烈和CAD应用技术的不断发展,对CAD系统的功能要求也越来越高。设计人员不再满足于借助CAD系统来达到“甩图板”的结果,而是希望利用CAD系统能从本质上大大减轻繁琐的工作,使他们能进一步集中精力做一些更富有创造性的高层次思维活动。由于三维CAD系统具有可视化程度高,形象直观,参数化功能强大,设计效率高,以及能为企业数字化的各类应用环节提供完整的设计、工艺和制造信息等优势,目前正在逐步取代传统的纯二维CAD系统。
三维CAD系统的作用和特点:
■  产品的三维模型是系统的核心,它所表达的几何体信息越来越完整和准确,能解决“设计”的范围越广。
■  具有更高级的造型工具,能够构造各种复杂的产品形状,支持产品的装配设计.实现“自顶向底”和“自底向顶”等设计方法。
■  三维造型系统能方便地与CAE系统集成,支持结构分析的前后处理和设计仿真等复杂设计过程,方便地与工艺和辅助制造系统集成,能提供数控加工所需的信息。由此可见,三维CAD系统具有强大的优越性,随着计算机软硬件系统的发展,性能价格比的不断提高,这种优越性会越来越明显。但三维CAD系统并不能简单地取代二维CAD系统,两者可以互相配合、相得益彰。

3 三维CAD应用方案

    1)完善和宣传应用标准和规范。目前,企业的设计、工艺活动是基于二维工程图为主体的技术信息标准体系,在某些具体的体系中已无法满足三维CAD环境下的产品技术信息的标准化要求,因此,完善和推广三维CAD应用标准和规范的需求日益迫切。国家和行业应尽快颁发国家标准和行业标准,装备制造业企业应细化和宣传贯彻三维CAD应用标准和规范。
    2)普及三维CAD应用。三维CAD应用是提升产品开发和设计能力的重要手段,与二维CAD相比有很多优点,是“甩图纸”工程的基础。但目前大多数企业仍然以二维CAD为主进行产品设计,应用的深度也不够。为此,应建立和完善三维CAD规范和模板,确保遵守共同的规范.利用相同的模板,保证设计模型的共用;建立和完善三维标准库以及共用模型;推广和普及三维CAD应用。
    3)深入搞好“三化”工作。企业产品的标准化、系列化、通用化工作是搞好CAD应用的基础。因为一项完整的设计工作不仅仅是绘图,还需要查阅大量的文献、资料、手册,并且进行各种计算。如果CAD系统仅仅解决手工绘图一项问题,其他问题仍由手工完成,那么提高工作的效率和精度就没有什么意义。因此必须逐步解决设计手册、计算公式和方法、标准、典型结构,通用件、外购件的电子化工作,即所有的设计资料进入计算机。
    4)针对性地开发智能CAD系统。不同的产品、不同的行业有着不同的特点,产品设计过程是一个复杂的过程。实际工程设计过程并不是一个必须从低层几何造型开始的设计过程。设计者在设计过程的初期就应该对“设计”有概念性的认识,并一直指导着整个设计过程。设计专家关心的具体的结构设计参数有其特定的含义,这些参数是专业领域长期发展的结果,往往不是几何特性能表达清楚的。许多工程设计问题无法用完整的数学公式为它建模,设计过程不是纯逻辑推理过程,在实际工作中设计知识和经验起着关键作用。因此,需要开发专业的三维CAD应用系统,深化三维CAD应用,提高产品开发的智能化。


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