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摘要:隨著我國(guó)信息技術(shù)的高速發(fā)展,三維cad技術(shù)也得到快速發(fā)展,并在實(shí)踐中不斷拓展應(yīng)用領(lǐng)域。本文簡(jiǎn)述了三維CAD技術(shù)的概念,闡述了三維CAD技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其管理中的應(yīng)用,簡(jiǎn)要敘述了三維CAD技術(shù)的未來(lái)趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞:CAD;三維;設(shè)計(jì);應(yīng)用
1CAD進(jìn)階概述
1.1CAD技術(shù)概述
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用的迅速發(fā)展,特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),使計(jì)算機(jī)輔助工程(ComputerAidedEngineering,CAE)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(ComputerAidedDesign,CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(ComputerAidedManufacturing,CAM)與計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃或設(shè)計(jì)(computeraidedprocessplanning,CAPP)等新技術(shù)得以迅猛發(fā)展。CAD、CAM已經(jīng)在電子、造船、航空、航天、機(jī)械、建筑、汽車(chē)等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,成為最具有生產(chǎn)潛力的工具,也取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。CAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是利用計(jì)算機(jī)的快速數(shù)值計(jì)算和強(qiáng)大的圖文處理能力,輔助工程技術(shù)人員進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程繪圖和數(shù)據(jù)管理的一門(mén)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù),是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用中的一門(mén)重要技術(shù),應(yīng)用廣泛,影響深遠(yuǎn)。1.2CAD技術(shù)應(yīng)用CAD技術(shù)涵蓋范圍廣泛。其設(shè)計(jì)對(duì)象最初包括兩大類(lèi):一類(lèi)是機(jī)械、電子、汽車(chē)、航天、農(nóng)業(yè)、輕工和紡織產(chǎn)品等;另一類(lèi)是工程設(shè)計(jì)產(chǎn)品等,如工程建筑。隨著CAD技術(shù)的不斷發(fā)展,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬,如今已延伸到藝術(shù)領(lǐng)域,如電影、動(dòng)畫(huà)、廣告、娛樂(lè)和多媒體仿真等,均成為CAD的應(yīng)用范疇。CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程)和CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)是與CAD技術(shù)密切相關(guān)的兩個(gè)概念。CAE(ComputerAidedEngineering)就是使用計(jì)算機(jī)輔助分析軟件,對(duì)原CAD模型進(jìn)行仿真成品分析,通過(guò)反饋的數(shù)據(jù),對(duì)原設(shè)計(jì)或模型進(jìn)行反復(fù)修正,以達(dá)到最佳效果。CAM(ComputerAidedManufacturing)就是把計(jì)算機(jī)應(yīng)用到生產(chǎn)制造過(guò)程中,以代替人進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備與操作的控制,如計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床、加工中心等都是計(jì)算機(jī)輔助制造的例子。CAM不僅能提高產(chǎn)品加工精度、產(chǎn)品質(zhì)量,還能逐步實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化,對(duì)降低人力成本、縮短生產(chǎn)周期具有積極作用。把CAD、CAE、CAM等技術(shù)結(jié)合起來(lái),使得一件產(chǎn)品在由概念、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到成品形成的整個(gè)過(guò)程中,極大地節(jié)省了時(shí)間和投資成本,而且保證了產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)今世界各大航空、航天及汽車(chē)等制造業(yè)巨頭不但廣泛采用CAD/CAE/CAM技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),而且投入大量的人力、物力及資金進(jìn)行CAD/CAE/CAM軟件的開(kāi)發(fā),以保持自己技術(shù)上的領(lǐng)先地位和國(guó)際市場(chǎng)上的優(yōu)勢(shì)。綜上所述,CAD技術(shù)是集計(jì)算、設(shè)計(jì)繪圖、工程信息管理、網(wǎng)絡(luò)通訊等計(jì)算機(jī)及其他領(lǐng)域知識(shí)于一體的高新技術(shù),是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。其顯著特點(diǎn)是:提高設(shè)計(jì)的自動(dòng)化程度和質(zhì)量,縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本費(fèi)用,促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化,提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率,提高技術(shù)創(chuàng)新能力。CAD技術(shù)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、工程設(shè)計(jì)、機(jī)器制造、科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和快速發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響?,F(xiàn)在,它已成為工廠、企業(yè)和科研部門(mén)提高技術(shù)創(chuàng)新能力,加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度,促進(jìn)自身快速發(fā)展的一項(xiàng)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。
2三維CAD及其應(yīng)用
2.1三維CAD概述
CAD技術(shù)在機(jī)械行業(yè)應(yīng)用最早,也最為廣泛。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員必須具有較強(qiáng)的三維空間想象能力和表達(dá)能力,當(dāng)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí),首先必須構(gòu)想出產(chǎn)品的三維形狀,然后按照投影規(guī)律,用二維工程圖將產(chǎn)品的三維形狀表示出來(lái)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步,計(jì)算機(jī)繪圖開(kāi)始取代圖板繪圖,即最初的計(jì)算機(jī)輔助繪圖CAD(ComputerAidedDrafting),所繪制出來(lái)的圖形為二維圖形。后來(lái),計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)展迅速,帶動(dòng)了CAD技術(shù)逐漸由二維繪圖向三維設(shè)計(jì)過(guò)渡。三維CAD系統(tǒng)采用三維模型進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),CAD的含義由ComputerAidedDrafting變?yōu)镃omputerAidedDesign,即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。這樣,采用CAD技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),不但可以使設(shè)計(jì)人員甩掉圖板,更新傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化,降低產(chǎn)品的成本,提高企業(yè)及其產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力;還可以使企業(yè)由原來(lái)的串行式作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿凶鳂I(yè),建立一種全新的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)管理體制,縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
2.2三維CAD技術(shù)應(yīng)用
(1)可更加方便直觀地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。三維CAD技術(shù)為設(shè)計(jì)開(kāi)啟了新的視角和工作方式,使設(shè)計(jì)工作直觀可視,有利于解決設(shè)計(jì)中尺寸相關(guān)性及干涉等相關(guān)問(wèn)題,提高了設(shè)計(jì)效率,縮短了設(shè)計(jì)周期。
(2)可方便直觀地進(jìn)行產(chǎn)品裝配、維修。在產(chǎn)品裝配過(guò)程中,可直觀地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品干涉或其他裝配問(wèn)題,并有針對(duì)性地進(jìn)行檢查、修改,然后進(jìn)行重新裝配,大大提高了設(shè)計(jì)的正確率,并且在產(chǎn)品修改、維護(hù)中,因?yàn)榭梢郧逦乜吹礁髁慵奈恢眉把b配信息,從而大大提高后續(xù)維保的效率。
(3)三維CAD技術(shù)可以在產(chǎn)品裝配階段或者裝配完成后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,可清晰地顯示出產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析、檢驗(yàn)十分有利。運(yùn)動(dòng)仿真功能還可方便地進(jìn)行產(chǎn)品的后續(xù)維修保養(yǎng),大大提高了產(chǎn)品的維護(hù)效率和保養(yǎng)進(jìn)程。
(4)可方便地對(duì)設(shè)計(jì)不合理的部件進(jìn)行升級(jí)改造。根據(jù)零件設(shè)計(jì)信息,可方便地對(duì)運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題的零部件進(jìn)行分析判斷并進(jìn)行修改設(shè)計(jì)。在產(chǎn)品維護(hù)保養(yǎng)中,也可據(jù)此對(duì)缺失的零部件進(jìn)行重新改制,有利于延續(xù)產(chǎn)品壽命,助力產(chǎn)品的升級(jí)改造。
3結(jié)語(yǔ)
三維CAD技術(shù)大大提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)進(jìn)程。隨著應(yīng)用的不斷擴(kuò)大和需求的越來(lái)越高,引入MBD基于模型的工程定義,使數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造一體化成為可能。產(chǎn)品信息獲取的便利性、模型的再利用能力進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的升級(jí)改造進(jìn)程。近年來(lái),隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及WebGL技術(shù)的普及,云端CAD發(fā)展迅速,在線三維建模成為可能。未來(lái),隨著人工智能、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,CAD技術(shù)必然朝著集成化、智能化、協(xié)同化的方向發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
[1]浦嘉浚.三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].工業(yè)設(shè)計(jì),2017(4):182.
作者:劉穎 單位:中國(guó)民用航空華東空管局山東分局