1 CAD應(yīng)用簡(jiǎn)述

    CAD技術(shù)作為電子信息技術(shù)的組成部分，是提高產(chǎn)品和工程設(shè)計(jì)技術(shù)水平、降低消耗、縮短開(kāi)發(fā)與建設(shè)周期，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率非常重要的手段，其能提高自主開(kāi)發(fā)能力和管理水平，提高參與國(guó)際合作和競(jìng)爭(zhēng)的能力。

    20世紀(jì)80年代，CAD技術(shù)成為了我國(guó)制造業(yè)信息化的切入點(diǎn)和突破口。為了更加迅速地提高我國(guó)的CAD技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用水平，早在“八五”期間，國(guó)家就發(fā)出了“甩掉圖板”的號(hào)召，啟動(dòng)了CAD應(yīng)用工程；“九五”期間，CAD技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)、機(jī)械制造等行業(yè)，“CAD應(yīng)用工程技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用示范”項(xiàng)目創(chuàng)造了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。“十五”和“十一五”期間，我國(guó)實(shí)施的制造業(yè)信息化工程和CAD應(yīng)用工程，不論從技術(shù)研發(fā)、市場(chǎng)培育方面，還是應(yīng)用成果方面都取得了可喜的成果，極大地提升了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)能力、提高了設(shè)計(jì)效率，基本上甩掉了圖板，使繪圖、出圖工作更加科學(xué)化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，并與國(guó)際接軌，走向了一個(gè)新的時(shí)期。

    目前，以三維CAD/CAE/CAM為核心的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，工程分析，輔助制造技術(shù)，已成為新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)手段，其功能已能覆蓋產(chǎn)品的整個(gè)生命周期。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家制造業(yè)的CAX技術(shù)應(yīng)用，已走過(guò)了三維數(shù)字樣機(jī)開(kāi)發(fā)的階段，并向數(shù)字化車間和數(shù)字化工廠發(fā)展。

    中國(guó)制造業(yè)CAX技術(shù)的應(yīng)用，已迅速向三維設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展。國(guó)內(nèi)有代表性的制造企業(yè)，如航空航天、汽車、摩托車、機(jī)械、儀器儀表、家電等，已投入巨資，引進(jìn)先進(jìn)的三維CAX技術(shù)來(lái)改造原來(lái)的二維輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中廣泛采用三維實(shí)體建模技術(shù)，建立零部件的三維數(shù)字化模型，并逐步向全數(shù)字化虛擬樣機(jī)CAD方向發(fā)展。CAE技術(shù)的應(yīng)用也已經(jīng)從最初關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度、剛度、模態(tài)分析，向現(xiàn)在整機(jī)的有限元分析發(fā)展，并結(jié)合許多領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，形成了專業(yè)化的CAE分析評(píng)估系統(tǒng)。CAM技術(shù)的應(yīng)用從簡(jiǎn)單零件向復(fù)雜曲面零件、大型復(fù)雜模具三維曲面的NC加工、加工過(guò)程仿真發(fā)展。另外，面向制造過(guò)程的仿真技術(shù)、激光快速造型技術(shù)也在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中應(yīng)用，仿真技術(shù)用于檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量，而在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中往往需對(duì)一些關(guān)鍵零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、裝配等方面的直觀評(píng)價(jià)，這就需要利用激光快速成型技術(shù)，將零件的三維CAD模型快速加工成實(shí)物樣件，以驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的正確性。

2 三維CAD的作用和特點(diǎn)

    現(xiàn)有的以二維形式表達(dá)的工程圖是工程技術(shù)人員反映其設(shè)計(jì)思想的語(yǔ)言，工程圖中還包含著一些行業(yè)約定的形式和簡(jiǎn)化的方式。它通過(guò)選擇最合理的投影面、剖切位置和剖切方式來(lái)表達(dá)零件的幾何和加工信息，因而具有簡(jiǎn)單、完整和準(zhǔn)確等特點(diǎn)。這種以投影原理為基礎(chǔ)的工程圖能夠表達(dá)的零件的復(fù)雜性幾乎是無(wú)限的。

    由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈和CAD應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)CAD系統(tǒng)的功能要求也越來(lái)越高。設(shè)計(jì)人員不再滿足于借助CAD系統(tǒng)來(lái)達(dá)到“甩圖板”的結(jié)果，而是希望利用CAD系統(tǒng)能從本質(zhì)上大大減輕繁瑣的工作，使他們能進(jìn)一步集中精力做一些更富有創(chuàng)造性的高層次思維活動(dòng)。由于三維CAD系統(tǒng)具有可視化程度高，形象直觀，參數(shù)化功能強(qiáng)大，設(shè)計(jì)效率高，以及能為企業(yè)數(shù)字化的各類應(yīng)用環(huán)節(jié)提供完整的設(shè)計(jì)、工藝和制造信息等優(yōu)勢(shì)，目前正在逐步取代傳統(tǒng)的純二維CAD系統(tǒng)。

    三維CAD系統(tǒng)的作用和特點(diǎn)：第一，產(chǎn)品的三維模型是系統(tǒng)的核心，它所表達(dá)的幾何體信息越來(lái)越完整和準(zhǔn)確，能解決“設(shè)計(jì)”的范圍越廣。第二，具有更高級(jí)的造型工具，能夠構(gòu)造各種復(fù)雜的產(chǎn)品形狀，支持產(chǎn)品的裝配設(shè)計(jì)．實(shí)現(xiàn)“自頂向底”和“自底向頂”等設(shè)計(jì)方法。第三，三維造型系統(tǒng)能方便地與CAE系統(tǒng)集成，支持結(jié)構(gòu)分析的前后處理和設(shè)計(jì)仿真等復(fù)雜設(shè)計(jì)過(guò)程，方便地與工藝和輔助制造系統(tǒng)集成，能提供數(shù)控加工所需的信息。由此可見(jiàn)，三維CAD系統(tǒng)具有強(qiáng)大的優(yōu)越性，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)的發(fā)展，性能價(jià)格比的不斷提高，這種優(yōu)越性會(huì)越來(lái)越明顯。但三維CAD系統(tǒng)并不能簡(jiǎn)單地取代二維CAD系統(tǒng)，兩者可以互相配合、相得益彰。

3 三維CAD應(yīng)用方案

    1)完善和宣傳應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。目前，企業(yè)的設(shè)計(jì)、工藝活動(dòng)是基于二維工程圖為主體的技術(shù)信息標(biāo)準(zhǔn)體系，在某些具體的體系中已無(wú)法滿足三維CAD環(huán)境下的產(chǎn)品技術(shù)信息的標(biāo)準(zhǔn)化要求，因此，完善和推廣三維CAD應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的需求日益迫切。國(guó)家和行業(yè)應(yīng)盡快頒發(fā)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制造業(yè)企業(yè)應(yīng)細(xì)化和宣傳貫徹三維CAD應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

    2)普及三維CAD應(yīng)用。三維CAD應(yīng)用是提升產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)能力的重要手段，與二維CAD相比有很多優(yōu)點(diǎn)，是“甩圖紙”工程的基礎(chǔ)。但目前大多數(shù)企業(yè)仍然以二維CAD為主進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，應(yīng)用的深度也不夠。為此，應(yīng)建立和完善三維CAD規(guī)范和模板，確保遵守共同的規(guī)范．利用相同的模板，保證設(shè)計(jì)模型的共用；建立和完善三維標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)以及共用模型；推廣和普及三維CAD應(yīng)用。

    3)深入搞好“三化”工作。企業(yè)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化工作是搞好CAD應(yīng)用的基礎(chǔ)。因?yàn)橐豁?xiàng)完整的設(shè)計(jì)工作不僅僅是繪圖，還需要查閱大量的文獻(xiàn)、資料、手冊(cè)，并且進(jìn)行各種計(jì)算。如果CAD系統(tǒng)僅僅解決手工繪圖一項(xiàng)問(wèn)題，其他問(wèn)題仍由手工完成，那么提高工作的效率和精度就沒(méi)有什么意義。因此必須逐步解決設(shè)計(jì)手冊(cè)、計(jì)算公式和方法、標(biāo)準(zhǔn)、典型結(jié)構(gòu)，通用件、外購(gòu)件的電子化工作，即所有的設(shè)計(jì)資料進(jìn)入計(jì)算機(jī)。

    4)針對(duì)性地開(kāi)發(fā)智能CAD系統(tǒng)。不同的產(chǎn)品、不同的行業(yè)有著不同的特點(diǎn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。實(shí)際工程設(shè)計(jì)過(guò)程并不是一個(gè)必須從低層幾何造型開(kāi)始的設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程的初期就應(yīng)該對(duì)“設(shè)計(jì)”有概念性的認(rèn)識(shí)，并一直指導(dǎo)著整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。設(shè)計(jì)專家關(guān)心的具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)有其特定的含義，這些參數(shù)是專業(yè)領(lǐng)域長(zhǎng)期發(fā)展的結(jié)果，往往不是幾何特性能表達(dá)清楚的。許多工程設(shè)計(jì)問(wèn)題無(wú)法用完整的數(shù)學(xué)公式為它建模，設(shè)計(jì)過(guò)程不是純邏輯推理過(guò)程，在實(shí)際工作中設(shè)計(jì)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)起著關(guān)鍵作用。因此，需要開(kāi)發(fā)專業(yè)的三維CAD應(yīng)用系統(tǒng)，深化三維CAD應(yīng)用，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的智能化。

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