機械CAD技術的現(xiàn)在與未來

1、機械CAD技術的現(xiàn)在與未來摘要:本文主要講述CAD技術中關于機械方面在現(xiàn)在社會中的應用，以 及給人們生產(chǎn)生活帶來的積極作用。 現(xiàn)在的發(fā)展狀況以及未來的發(fā)展 趨勢和存在的問題。首先從 CAD技術的積極意義，CAD的支撐軟件講 起；其次講述機械CAD的定義以及生活中的應用；然后講述CAD技術 在我國制造業(yè)中的表現(xiàn)和我國制造業(yè)當前應用 CAD技術的情況；機械 CAD技術的發(fā)展趨勢；制約CAD深層次開發(fā)應用的存在因素以及因素 分析；最后總結機械CAD技術的發(fā)展和對其技術的期待。正文：CAD 技術是隨信息技術的發(fā)展而形成的一門新技術 , 它的應用和 發(fā)展引起了社會和生產(chǎn)的巨大變革，因此CAD術被視為20

2、世紀最杰 出的工程成就之一。目前CAD技術廣泛應用于機械、電子、航空、航 天、船舶、紡織、輕工及建筑等各個領域，它的應用水平已成為衡量 一個國家技術發(fā)展水平及工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志。CAD支撐軟件：圖形處理軟件（CGI、GKS OpenGL等）、工程分 析與計算軟件、模擬仿真軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（ PDM等）、計算機 網(wǎng)絡工程軟件、文檔制作軟件；CAD應用軟件：CATIA Pro/ENGINEERAutoCAD UG等。機械CAD是一種用計算機硬、軟件系統(tǒng)輔助設計人員對機械產(chǎn)品 或工程進行設計的方法與技術，包括設計、繪圖、工程分析與文檔制 作等設計活動。現(xiàn)在應用的幾個機械CAD的實例：“勘探

3、設計一體化”、 “鐵路線路平縱斷面整體優(yōu)化設計系統(tǒng)” 、“層流葉柵設計軟件” 、“帶 式輸送機CAD設計軟件” “涵洞CAD系統(tǒng)” “電站鍋爐產(chǎn)品CAD系統(tǒng)” 等。而機械CAD技術在現(xiàn)實社會中占有至關重要的地位，CAD技術在 我國制造業(yè)中的表現(xiàn)有以下幾點：(1) CAD 技術得到了應用和普及，并取得了顯著的增值效益。 (2) 提高了企業(yè)的技術創(chuàng)新能力、產(chǎn)品開發(fā)能力和市場競爭能力。(3)以應用和市場為導向，推動了國產(chǎn) CAD軟件產(chǎn)業(yè)化。建立了 CAD人才培訓網(wǎng)絡，提高了企業(yè)應用 CAD技術的素質。(5) 組建咨詢服務體系，促進了 CAD咨詢服務業(yè)的形成和發(fā)展。(6) 制定技術標準，加快了 CAD

4、應用工程向廣度和深度發(fā)展的步 伐。先后發(fā)布了CAD®用技術規(guī)范、CAD文件管理、CAD電子 文件應用光盤存儲歸檔與檔案管理要求等規(guī)范和國家標準。我國制造業(yè)當前應用CAD技術的情況，大致可分為以下四種不同的應 用層次：(1) 基于計算機繪圖、產(chǎn)品三維幾何造型的應用層次。 這個層次基本上屬于“甩圖板 "層次，其特點是： 提高了繪圖效 率，部分產(chǎn)品設計采用了參數(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)品的設計質 量。(2) 基于計算機輔助工程分析(CAE)進行產(chǎn)品性能設計的應用層特點: 利用有限元分析、優(yōu)化設計及其他工程分析工具使形

5、狀結 構設計與工程分析技術相結合，有效地提高了產(chǎn)品的設計質量。(3) 基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM的CAD應用層次。特點: 基本實現(xiàn)了部門級的文檔管理、 產(chǎn)品結構管理與工作流程 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)品配置還難以達到。(4) 基于企業(yè)信息化平臺的CAD應用層次。特點：實現(xiàn)了 CAD7CAE/CA PP等的CA x集成，還實現(xiàn)了 CA x / PD/ERP的集成，達到了全企業(yè)，甚至企業(yè)間的信息交換和共享。 這一層次是CAD技術的深化應用，是現(xiàn)階段開展制造業(yè)信息化工作的 主要內(nèi)容。機械CAD技術的發(fā)展趨勢：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技術必須在以下幾個方面提高水平：(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)改進與開發(fā)各種 CAx(CAD CAE CAPP-)以及DFx(DFA DFM DFT)并使它們有機地集成起來2網(wǎng)絡化(1) 能夠提供基于因特網(wǎng)的完善的協(xié)同設計環(huán)境。 該環(huán)境具有電子會議、協(xié)同編輯、共享電子白板、圖形和文字的瀏覽與批注、異構CA併口 PDM軟件的數(shù)據(jù)集成等功能，使用戶能夠進行協(xié)同設計。(2) 提供網(wǎng)上多種CAD應用服務，例如設計任務規(guī)劃、設計沖突檢測與消解、網(wǎng)上虛擬裝配等工具。3智能化人工智能技術，特別是專家系統(tǒng)技術，與傳

7、統(tǒng)CAD技術結合起來， 形成智能化CAD系統(tǒng)是機械CAD發(fā)展的必然趨勢。(1) 發(fā)展新的設計理論與方法。 例如并行設計的理論、 大規(guī)模定制設計的理論、概念設計的理論、創(chuàng)新設計的理論等。(2) 繼續(xù)深入研究機械設計型專家系統(tǒng)的一些基本理論與技術問題。例如設計知識模型的表示與建模、 知識利用中的各種搜索與推理 方法、知識獲取、工具系統(tǒng)的技術等。4標準化(1) 面向圖形設備的標準CGI,面向用戶的圖形標準GK舔口 PHIGS 面向不同CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換標準IGES和STEP此外還有窗口標準 等。(2) STEP(Standard for the exchange of product model

8、data)既是標準，又是方法學，由此構成了STEP技術，它深刻地影響著產(chǎn)品建模、數(shù)據(jù)管理及接口技術等。但現(xiàn)實中CAD技術的發(fā)展存在這樣或那樣的障礙，首先制約CAD深層次開發(fā)應用的因素有以下幾個方面：1 )設計思想目的：根據(jù)設計要求構思的初始設計，是設計創(chuàng)新的關鍵資源 : 領域設計原理和知識、同類設計、設計經(jīng)驗不足：以幾何模型為主的通用 CAD系統(tǒng)無法實現(xiàn)這一階段的設計原因: 產(chǎn)品要用設計參數(shù)表達； 設計知識、經(jīng)驗也不能用幾何模 型表達；通用CAD系統(tǒng)可以提供同類設計的圖紙，但不能提供設計參 數(shù)表達的“設計”。（2）分析計算目的：根據(jù)設計要求和初始化結果，確定產(chǎn)品的力學特性 資源：通用有限元方法

9、、專業(yè)領域認可的分析、驗算方法 不足：通用CAE系統(tǒng)能完成結構分析，但不能考慮專業(yè)領域形 成的分析計算原理、檢驗方法，需要進行專門的分析前后處理。原因：有限元，模型是通用的，但產(chǎn)品在長期的設計過程中已 形成了自身的分析計算原理、控制要點和驗算方法。3）構造設計 目的：經(jīng)分析驗算后，主要設計參數(shù)一定，但很多次要結構的 細部參數(shù)尚未取定，需要完成在這一階段全部的構造設計。資源：同類設計、工程師的設計經(jīng)驗不足：同類設計和經(jīng)驗在這一階段特別重要，通用 CAD系統(tǒng)只 能提供同類設計的圖紙進行參考， 不能直接介入構造的設計。 設計者 可以在同類圖紙上修改， 但系統(tǒng)不能提供那一個同類設計是 “最佳的” 或“

10、合理的”。原因：通用CAD系統(tǒng)以幾何圖形描述設計圖紙，不能提供圖紙 反映的結構及其控制參數(shù)。（4）設計圖紙繪制 目的：完成產(chǎn)品的設計圖紙 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 形與結構之間的關系。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)應用的因素分析：（1）專業(yè)思維差通用CAD系統(tǒng)強調(diào)幾何圖形處理，與產(chǎn)品設計專業(yè)之間存在思維 差距，造成CAD系統(tǒng)的輔助概念與專業(yè)工程師對輔助設計的要求有很 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)設計者關心的是由設計 參數(shù)表

11、達的產(chǎn)品模型，建立幾何模型和產(chǎn)品模型之間的關系是困難 的。（3）設計過程控制的目標是產(chǎn)品的設計參數(shù) 在進行產(chǎn)品的構思、優(yōu)化設計、分析驗算等過程中，設計者控制的目標是產(chǎn)品的參數(shù)，這些參數(shù)在專業(yè)領域有特定的含義，通用的 CAD系統(tǒng)一般不能識別這些設計參數(shù)。4）設計過程中需要應用大量的設計知識產(chǎn)品專業(yè)領域的設計原理和知識、 同類設計、 設計者的經(jīng)驗等都 是設計過程中需要應用的知識，這些知識都是以設計參數(shù)的形式表達，并應用于產(chǎn)品設計。而通用CAD系統(tǒng)只能以圖紙形式提供同類設 計圖紙，圖紙所隱含的知識還需要人工進行智能識別。（5）以幾何模型為主線的CAD/CAE/CAPP/CA集成存在不足 產(chǎn)品結構的設計過程、 工藝設計過程和制造過程都需要以產(chǎn)品的 設計參數(shù)作為控制對象通過幾何模型的控制來映射對設計參數(shù)的控 制存在先天不足。雖然機械CAD技術給我們的設計和生產(chǎn)帶來巨大的便利， 把工業(yè) 帶到了一個空前的高度，但是在CAD技術的發(fā)展過程中也遇到重重困 難；未來的機械CAD技術向計算機集成制造（CIE）、并行工程（CE、 智能化CAD系統(tǒng)、虛擬產(chǎn)品開發(fā)、網(wǎng)絡化設計與制造等方向發(fā)展的同 時應克服