CAD與機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)系

CAD與機(jī)械設(shè)計(jì)班級(jí)：機(jī)械學(xué)號(hào)：A07110126姓名：岳元鳳一、CAD的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)CAD技術(shù)是隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展起來(lái)的，它具有工程及產(chǎn)品的分析計(jì)算、幾何建模、仿真與試驗(yàn)、繪制圖形、工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理和生成設(shè)計(jì)文件等功能。進(jìn)二十年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)硬件性能的不斷提高，CAD技術(shù)有了大規(guī)模的發(fā)展，目前CAD計(jì)算已經(jīng)應(yīng)用于許多行業(yè)，如機(jī)械、汽車(chē)、飛機(jī)、船舶、電子、輕工、建筑、化工、紡織及服裝等。CAD技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的比例最大，機(jī)械CAD在整個(gè)工程CAD中占有比較重要的位置。當(dāng)前工業(yè)企業(yè)正面臨著市場(chǎng)全球化、制造國(guó)際化和品種需求多樣化的新挑戰(zhàn)，各企業(yè)間圍繞著時(shí)間、質(zhì)量和成本的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。由此出現(xiàn)了一系列先進(jìn)制造技術(shù)、系統(tǒng)和新的生產(chǎn)管理方法。如并行工程、及時(shí)生產(chǎn)、精良生產(chǎn)、敏捷制造和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，所有這些先進(jìn)制造技術(shù)和系統(tǒng)都與CAD系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用密切相關(guān)。目前CAD系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面：1、CAD系統(tǒng)應(yīng)用面向產(chǎn)品的全過(guò)程：在產(chǎn)品的全過(guò)程中，要求產(chǎn)品的信息能在產(chǎn)品生命周期的不同環(huán)節(jié)方便地轉(zhuǎn)換，有助于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員在設(shè)計(jì)階段能全方位地考慮產(chǎn)品的成本、質(zhì)量、進(jìn)度及用戶(hù)需求。2、CAD系統(tǒng)應(yīng)滿足并行設(shè)計(jì)的要求：并行工程的關(guān)鍵是用并行設(shè)計(jì)方法代替串行設(shè)計(jì)方法。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以容易地被分解為不同的模塊，分別由不同設(shè)計(jì)人員分工進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組裝和集成。在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，使開(kāi)發(fā)組成員易于實(shí)現(xiàn)半結(jié)構(gòu)化通信，同時(shí)不同的設(shè)計(jì)層具有不同的管理使用權(quán)限。對(duì)產(chǎn)品建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型后進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。3、CAD系統(tǒng)應(yīng)滿足靈活的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：設(shè)計(jì)人員可在虛擬現(xiàn)實(shí)中創(chuàng)造新的產(chǎn)品模型，并檢查設(shè)計(jì)效果，可以及早看到新產(chǎn)品的外形，以使從多方面觀察和評(píng)審所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品；可以運(yùn)用虛擬工具任意改變產(chǎn)品的外形而無(wú)需耗費(fèi)材料及占用加工設(shè)備，這種方法可盡早地發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)品研制過(guò)程的最初階段出現(xiàn)的設(shè)計(jì)缺陷如結(jié)構(gòu)空間的干涉等問(wèn)題，以保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。CAD系統(tǒng)要具有很好的可移植性和自組織性；在CAD系統(tǒng)中，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要隨時(shí)加入運(yùn)行文件和模塊，還可重新裝配各個(gè)模塊中的子模塊，或者按照自己的要求修改系統(tǒng)中的不足之處，而這種修改不會(huì)影響這個(gè)CAD系統(tǒng)。4、CAD系統(tǒng)要具有很好的集成性：CAD與CAPP、CAM的集成已成為工程領(lǐng)域中急需解決的問(wèn)題。一般可以通過(guò)3、零件設(shè)計(jì)和修改非常方便

運(yùn)用不同的裝配關(guān)系可以把各個(gè)機(jī)械零件裝配起來(lái)。在裝配過(guò)程中，資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關(guān)系，若裝配不正確或發(fā)生干涉，查找器即予以顯示，同時(shí)可對(duì)零件的裝配進(jìn)行靜干涉的檢查，如果發(fā)現(xiàn)干涉就可及時(shí)對(duì)零件等進(jìn)行修改，以保證設(shè)計(jì)的正確性。另外，零件還可以隱藏，在隱藏了外部零件后，可清楚地看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。在整個(gè)機(jī)器或某個(gè)部件裝配模型完成后還能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)演示，對(duì)于有一定運(yùn)動(dòng)行程要求的，可檢驗(yàn)行程是否達(dá)到要求，對(duì)于在靜態(tài)下不發(fā)生干涉而在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)碰撞的也可檢驗(yàn)出來(lái)，從而及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，保證設(shè)計(jì)的正確性，避免了機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題需要修改甚至報(bào)廢。同時(shí)還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，能清楚地看到機(jī)器運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程。直接在計(jì)算機(jī)上對(duì)設(shè)計(jì)出的零件進(jìn)行虛擬加工和裝配試驗(yàn)，檢查零件加工工藝性和裝配質(zhì)量(有否干涉、松動(dòng)等)，從而減少昂貴的產(chǎn)品試驗(yàn)?zāi)Ｐ唾M(fèi)用。4、在裝配環(huán)境中裝配零件方便直觀

運(yùn)用不同的裝配關(guān)系可以把各個(gè)機(jī)械零件裝配起來(lái)。在裝配過(guò)程中，資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關(guān)系，若裝配不正確或發(fā)生干涉，查找器即予以顯示，同時(shí)可對(duì)零件的裝配進(jìn)行靜干涉的檢查，如果發(fā)現(xiàn)干涉就可及時(shí)對(duì)零件等進(jìn)行修改，以保證設(shè)計(jì)的正確性。另外，零件還可以隱藏，在隱藏了外部零件后，可清楚地看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。在整個(gè)機(jī)器或某個(gè)部件裝配模型完成后還能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)演示，對(duì)于有一定運(yùn)動(dòng)行程要求的，可檢驗(yàn)行程是否達(dá)到要求，對(duì)于在靜態(tài)下不發(fā)生干涉而在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)碰撞的也可檢驗(yàn)出來(lái)，從而及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，保證設(shè)計(jì)的正確性，避免了機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題需要修改甚至報(bào)廢。同時(shí)還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，能清楚地看到機(jī)器運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程。直接在計(jì)算機(jī)上對(duì)設(shè)計(jì)出的零件進(jìn)行虛擬加工和裝配試驗(yàn)，檢查零件加工工藝性和裝配質(zhì)量(有否干涉、松動(dòng)等)，從而減少昂貴的產(chǎn)品試驗(yàn)?zāi)Ｐ唾M(fèi)用。5、提高機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量

由于機(jī)械產(chǎn)品與信息技術(shù)相融合，同時(shí)采用了CAD設(shè)計(jì)方法和CIMS組織生產(chǎn)，使機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)有了新發(fā)展。三維CAD技術(shù)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，如優(yōu)化、有限元受力分析等，保證了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)，大型企業(yè)數(shù)控加工手段較完善，再采用CAD/CAPP/CAM進(jìn)行機(jī)械零件加工，一致性很好，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。三維機(jī)械設(shè)計(jì)不僅可以方便地描述對(duì)象的形狀、大小和位置等幾何特征，而且還可以賦予設(shè)計(jì)對(duì)象以顏色、紋理、體積、重心、慣性矩等多種信息，達(dá)到對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象幾何形狀確切的數(shù)學(xué)描述和工作狀態(tài)的物理模擬，從而更充分、準(zhǔn)確、全面、真實(shí)地表達(dá)設(shè)計(jì)者的意圖。四、CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的不足

把CAD技術(shù)作為取代圖板的繪圖工具，并未實(shí)現(xiàn)真正的設(shè)計(jì)。目前有些單位用CAD三維軟件做出的三維模型僅為效果圖，并沒(méi)有用在整體空間設(shè)計(jì)和受力分析，還停留在平面設(shè)計(jì)上，只是把用手工出圖轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)出圖的現(xiàn)狀。當(dāng)然計(jì)算機(jī)出圖有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如美觀、規(guī)范、修改容易、存檔方便等。但是如果只停留在這個(gè)階段，就失去CAD的作用，因?yàn)镃AD是輔助設(shè)計(jì)，不是輔助繪圖。精通CAD技術(shù)的設(shè)計(jì)人員不足。三維CAD技術(shù)是一個(gè)復(fù)雜多變的系統(tǒng)，并不是每個(gè)設(shè)計(jì)人員都能掌握得很好，大部分人員沒(méi)有受過(guò)專(zhuān)門(mén)的訓(xùn)練，對(duì)它的功能了解不夠，他們完成的設(shè)計(jì)很可能不夠完善。

五、CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，網(wǎng)絡(luò)通訊的普及化、信息處理的智能化，CAD三維技術(shù)正向規(guī)范化、智能化、集成化的方向發(fā)展。

1、規(guī)范化。

規(guī)范化(標(biāo)準(zhǔn)化)的趨勢(shì)體現(xiàn)在幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)模型的規(guī)范化(標(biāo)準(zhǔn)化)、數(shù)據(jù)交換格式的標(biāo)準(zhǔn)化和CAD資源的規(guī)范化等。數(shù)據(jù)模型應(yīng)采用STEP標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著STEP標(biāo)準(zhǔn)體系的逐步完善，它對(duì)于幾何數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)模型的思想將作為新一代CAD系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)指南?？恳郧暗囊恍?biāo)準(zhǔn)接口已經(jīng)無(wú)法完全滿足CAD數(shù)據(jù)交換的要求。目前，參數(shù)化特征模型的傳輸還是一個(gè)世界難題，在STEP標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，相信這一點(diǎn)能有所突破。

2、智能化。

特征造型和參數(shù)設(shè)計(jì)的采用即是智能化方面的進(jìn)步。軟件不僅僅是提供一些繪制的工具由人們?nèi)ナ褂茫膊辉賹⒄季€面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一起，而忽略其內(nèi)在聯(lián)系。特征和參數(shù)的引入使得軟件似乎成為人類(lèi)(用戶(hù))一個(gè)更聰明的助手。CAD軟件應(yīng)該更大限度地將工程數(shù)據(jù)概念集成到數(shù)據(jù)模型中，例如目前，CAD軟件的特征模型主要是解決零件幾何造型的問(wèn)題，而對(duì)于后續(xù)分析、CAPP和加工的需要還考慮得不夠。

3、集成化。

集成化是當(dāng)今CAD技術(shù)發(fā)展的又一大趨勢(shì)。CAD技術(shù)不是孤立的。首先，它集成了計(jì)算機(jī)軟硬件、數(shù)據(jù)庫(kù)、外圍設(shè)備、圖形學(xué)、網(wǎng)絡(luò)及各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)。同時(shí)，它又不斷和CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)、CAPP(計(jì)算機(jī)輔助工藝流程規(guī)劃)、MIS（管理信息系統(tǒng))、PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)以及MRP(制造資源管理)等系統(tǒng)相集成。由于Internet的發(fā)展，使得這些設(shè)想得以實(shí)現(xiàn)。如何構(gòu)造在Internet體系上的CAD/CAM集成化系統(tǒng)將會(huì)是人們