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计算机辅助设计(CAD)是一个涵盖范围很广的概念。
概括来说,CAD的设计对象最初包括两大类,一类是机械、电子、汽车、航天、轻工和纺织产品等;
另一类是工程设计产品等,如工程建筑。
如今,CAD技术的应用范围已经延伸到诸如艺术等各行各业,如电影、动画、广告、娱乐和多媒体仿真(如:
模拟霜冻植被受损的过程)等都属于CAD范畴。
CAD在机械制造行业的应用最早,也最为广泛。
采用CAD技术进行产品设计不但可以使设计人员甩掉图板,更新传统的设计思想,实现设计自动化,降低产品的成本,提高企业及其产品在市场上的竞争能力;
还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业,建立一种全新的设计和生产技术管理体制,缩短产品的开发周期,提高劳动生产率。
如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计,而且投入大量的人力、物力及资金进行CAD/CAM软件的开发,以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。
CAD在建筑方面的应用——计算机辅助建筑设计(CAAD),它为建筑设计带来了一场真正的革命。
随着CAD软件从最初的二维通用绘图软件发展到如今的三维建筑模型软件,CAD技术已开始被广泛采用,这不但可以提高设计质量,缩短工程周期,还可以节约2%~5%的建设投资,而近几年来,每年仅在我国的基本建设投资就有几千亿元之多,如果全国近万个大小工程设计单位都采用CAD技术,则可以大大提高基本建设的投资效益。
CAD技术还被用于轻纺及服装行业中。
以前,我国纺织品及服装的花样设计、图案的协调、色彩的变化、图案的分色、描稿及配色等均由人工完成,速度慢,效率低,而现在国际市场上对纺织品及服装的要求是批量小、花色多、质量高、交货要迅速,这使得我国纺织产品在国际市场上的竞争力不强。
采用CAD技术以后,大大加快了我国纺织及服装企业走向国际市场的步伐。
如今,CAD技术已进入到人们的日常生活中,在电影、动画、广告和娱乐等领域大显身手。
电影拍摄中利用CAD技术已有十余年的历史,美国好莱坞电影公司主要利用CAD技术构造布景,可以利用虚拟现实的手法设计出人工不可能做出的布景。
这不仅能节省大量的人力、物力,降低电影的拍摄成本,而且还可以给观众造成一种新奇、古怪和难以想象的环境,获得极大的票房收入。
1.3计算机辅助设计的现状与发展
计算机辅助设计(CAD)技术产生于20世纪60年代,到现在只是短短的40多年,但它的技术发展之快、应用之广、影响之大,令人瞩目,特别是进入20世纪90年代后,随着计算机软硬件技术取得了突飞猛进的发展,以及互联网的广泛应用,这都极大地促进了CAD技术的发展。
CAD技术应用展现出广阔的应用前景,从早期的几个特殊行业的应用,到现在几乎遍及所有领域。
随着CAD技术的发展和人们需求的不断提高,人工智能等各类技术逐渐融入到CAD系统中,形成了基于各种知识的CAD系统(或智能CAD系统)。
知识的应用使CAD系统的“设计”功能和设计自动化水平大大提高,对产品设计全过程的支持程度大大加强,促进了产品和工程的创新开发。
世界发达国家已把计算机辅助设计技术作为增强企业生产竞争力和促进发展的重要手段。
我国在“八五”期间就实施了“国家CAD应用工程”计划,近10年来,我国加大了计算机辅助设计技术的研究、应用和推广,越来越多的设计单位和企业采用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。
目前,我国从国外引进的CAD软件有几十种,国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足于国内,开发出了自己的CAD软件,并投放市场,使CAD技术应用呈现出一片欣欣向荣的景象。
计算机辅助设计将朝着标准化、智能化、集成化、网络化、三维化及多媒体虚拟化等方向发展,甩掉图板,实现全自动无纸化设计、生产和制造,是计算机辅助设计发展的最终目标。
1.4计算机辅助设计的常用软件介绍
计算机辅助设计深入到各行各业,所使用的软件很多,在这里着重介绍应用较广泛的几个常用软件。
1.AutoCAD
AutoCAD是美国Autodesk公司开发研究的一种通用计算机辅助设计软件包。
Autodesk公司在1992年推出了AutoCAD的第一个版本V1.0,随后相继开发出多个版本,其中典型版本有R14、AutoCAD2000、AutoCAD2002、AutoCAD2005等,目前最新的是AutoCAD2009版。
AutoCAD的功能越来越强大和完善,是当今世界上最为流行的计算机辅助设计软件之一。
2.Photoshop
Photoshop是Adobe公司推出的一款功能十分强大、使用范围广泛的平面图像处理软件。
目前,Photoshop是众多平面设计师进行平面设计,图形图像处理的首选软件。
3.CorelDraw
CorelDraw是Corel公司出品的世界一流的平面矢量绘图软件,被专业设计人员广泛使用,它的集成环境(称为工作区)为平面设计提供了先进的手段和最方便的工具。
在CorelDraw系列的软件包中,包含了CorelDraw、CorelPaintPhoto两大软件和一系列的附属工具软件,可以完成一幅作品从设计、构图、草稿、绘制到渲染的全部过程。
CorelDraw是系列软件包中的核心软件,可以在其集成环境中集中完成平面矢量绘图。
4.Pro/Engineer
Pro/Engineer系统是美国参数技术公司(PTC)的产品,它刚一面世(1988年),就以其先进的参数化设计、基于特征设计的实体造型而深受用户的欢迎。
Pro/Engineer整个系统建立在统一的数据库上,具有完整而统一的模型,能将整个设计与生产过程集成在一起,它一共有20多个模块供用户选择。
基于以上原因,Pro/Engineer在最近几年已成为三维机械设计领域里最富魅力的系统。
5.SolidWorks
SolidWorks是由美国SolidWorks公司于1995年11月研制开发,最有代表性的三维CAD绘图软件,多用于外型设计。
SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统,与Office兼容,具有较强的参数化特征造型功能。
6.CAXA电子图版
CAXA电子图板是由北京海尔软件有限公司于1996年研制开发的二维微机系统。
CAXA电子图板以交互方式,对几何模型进行实时的构造、编辑和修改,并能保存各类拓朴信息。
目前已在工程和产品设计绘图中得到广泛的应用,成为全国制图员计算机绘图技能考试的指定软件。
7.PICAD
PICAD系统及系列软件是中科院凯思软件集团及北京凯思博宏应用工程公司开发的具有自主版权的CAD软件。
该软件具有智能化、参数化和较强的开放性,对特征点和特征坐标可自动捕捉及动态导航。
PICAD是国内商品化最早、市场占有率最大的CAD支撑平台及交互式工程绘图系统。
8.高华CAD
高华CAD由清华大学和广东科龙(容声)集团联合创建,系列产品包括计算机辅助绘图支撑系统GHDRAFTING、机械设计及绘图系统GHMDS、工艺设计系统GHCAPP、三维几何造型系统GHGEMS、产品数据管理系统GHPDMS及自动数控编程系统GHCAM。
高华CAD也是基于参数化设计的CAD/CAE/CAM集成系统,是全国CAD应用工程的主推产品之一,其中GHGEMS
5.0曾获第二届全国自主版权CAD支撑软件评测第一名。
9.清华XTMCAD
清华XTMCAD是清华大学机械CAD中心和北京清华艾克斯特CIMS技术公司共同开发的基于Windows
95和AutoCADR12及R13二次开发的CAD软件。
它具有动态导航、参数化设计及图库建立与管理功能,还具有常用零件优化设计、工艺模块及工程图纸管理等模块。
作为Autodesk注册认可的软件增值开发商,可直接得到Autodesk公司的技术支持,其优势体现在对CIMS工程支持数据的交换与共享上。
10.开目CAD
开目CAD是华中科技大学机械学院开发的具有自主版权的基于微机平台的CAD和图纸管理软件,它面向工程实际,模拟人的设计绘图思路,操作简便,机械绘图效率比AutoCAD高得多。
开目CAD支持多种几何约束种类及多视图同时驱动,具有局部参数化的功能,能够处理设计中的过约束和欠约束的情况。
开目CAD实现了CAD、CAPP、CAM的集成,适合我国设计人员的习惯,是全国CAD应用工程主推产品之一。
1.5小结
本章主要介绍了计算机辅助设计的概念、范畴以及计算机辅助设计的现状与发展,同时还介绍了目前常用的计算机辅助设计软件。
通过本章的学习,可以快速、全面地了解计算机辅助设计的相关知识,明确计算机辅助设计的作用和重要性,为后续学习AutoCAD2007打下基础。
1.6上机练习与习题
1.什么是计算机辅助设计?
2.现实生活中,你了解或者接触过的哪些应用属于计算机辅助设计范畴?
3.你用过哪一种计算机辅助设计软件?
4.你期待具备怎样的计算机辅助设计能力?
模具CAD/CAM软件的应用与开发现状
模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上发展起来的,它是计算机技术在模具生产中综合应用的一个新的飞跃。
模具CAD/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术,是一项高科技、高效益的系统工种。
它以计算机软件的形式,为用户提供一种有效的辅助工具,使工种技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。
模具CAD/CAE在技术的迅猛发展,软件,硬件水平的进一步完善,为模具工业提供了强有力的技术支持,为企业的产品设计,制造和生产水平的发展带来了质的飞跃,已经成为现代企业信息化,集成化、网络化的最优选择。
一、模具CAD/CAM发展概况
模具CAD/CAM的发展状况符合通用CAD/CAM软件的发展进程。
目前通用CAD/CAM软件的发展现状如下:
CAD技术经历了二维平面图形设计,交互式图形设计、三维线框模型设计、三维实体造型设计、自由曲面造型设计、参数化设计、特征造型设计等发展过程。
近年来又出现了许多先进技术,如变量化技术、虚拟产品建模技术等。
随着互联网的普及,智能化(intelligent)、协同化(collaborative)、集成化(integrated)成为技术新的发展特点,使CAD技术得以更广泛的应用,发展成为支持协同设计、异地设计和信息共享的网络CAD。
二、模具CAD/CAM的特点
一个稳定的、可以满足实际生产设计需要的模具CAD/CAM系统应该具备下列特点:
(l)模具CAD/CAM系统必须具备描述物体几何形状的能力。
模具设计中因为模具的工作部分(如拉深模、锻模和注射模的型腔)是根据产品零件的形状设计的。
所以无论设计什么类型的模具,开始阶段必须提供产品零件的几何形状。
否则,就无法输人关于产品零件的几何信息,设计程序便无法运行。
另外,为了编制NC加工程序,计算刀具轨迹,也需要建立模具零件的几何模型。
因此,几何造型是模具CAD/CAM中的一个重要问题。
(2)标准化是实现模具CAD的必要条件。
模具设计一般不具有唯一性。
为了便于实现模具CAD,减少数据的存储量,在建立模具CAD系统时首先要解决的问题便是标准化问题,包括设计准则的标准化、模具零件和模具结构的标准化。
有了标准化的模具结构,在设计模具时可以选用典型的模具组合,调用标准模具零件,需要设计的只是少数工作零件。
(3)设计准则的处理是模具CAD中的一个重要问题。
人工设计模具所依据的设计准则大部分是以数表和线图形式给出的。
三、模具CAD/CAM的优势
计算机与设计人员交互作用,有利于发挥人机各自的特长,使模具设计和制造工艺更加合理化。
系统采用的优化设计方法有助于某些工艺参数和模具结构的优化。
(1)CAD/CAM可以节省时间,提高生产率。
设计计算和图样绘制的自动化大大缩短了设计时间。
CAD与CAM的一体化可显著缩短从设计到制造的周期。
(2)CAD/CAM可以较大幅度地降低成本。
计算机的高速运算和自动绘图大大节省了劳动力。
优化设计带来了原材料的节省,例如,冲压件的毛坯优化排样可使材料利用率提高5%―7%。
采用CAM可加工传统方法难以加工的复杂模具型面,可减少模具的加工和调试工时,使制造成本降低。
CAD/CAM的经济效益有些可以估算、有些则难以估算。
由于采用CAD/CAM术,生产准备时间缩短,产品更新换代加快,大大增强了产品的市场竞争能力。
(3)CAE/CAM技术将技术人员从繁冗的计算、绘图和NC编程工作中解放出来,使其可以从事更多的创造性劳动。
(4)随着塑性成形过程计算机模拟技术的提高,模具CAD/CAM/CAE一体化技术可以大大增加模具的可靠性,减少直至不需要试模修模过程,提高模具设计、制造的一次成功率。
四、模具行业采用模具CAD/CAM技术的原因
传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品迅速更新换代和提高质量的要求。
因此国内外企业纷纷采用模具CAD/CAM技术。
模具行业采用模具CAD/CAM技术的主要理由是:
(1)利用几何造型技术获得的几何模型可供后续的设计分析和数控编程等方面使用。
(2)可以缩短新产品的试制周期,例如在汽车工业中,可缩短模具的设计制造周期。
(3)提高产品质量的需要,如汽车车身表面等形状,需要利用计算机准备数据和完成随后的制造工作。
(4)模具制造厂和用户对CAD/CAM的需要增加。
例如,利用磁盘进行数据传送,用户要求模具制造单位能够交换信息和处理这些数据。
(5)模具加工设备的效率不断提高,需要计算机辅助处理数据,以提高设备利用率。
(6)在企业中建立联系各个部门的信息处理系统。
五、模具CAD/CAM技术在模典行业的应用现状
模具CAD/CAM技术发展很快。
应用范围日益扩大。
在冲模、锻模、挤压模、注射模和压铸模等方面都有比较成功的CAD/CAM系统。
采用CAD/CAM技术是模具技术、生产革新化的措施,是模具技术发展的一个显著特点。
目前我国模具行业应用的模具CAD/CAM软件可以分为两大类:
一是机械行业内通用的的CAD/CAM,如前面介绍的Unigraphics(UG)、SOLIDEDGE、AutoCAD、SolidWorks、Pro/Engneer等。
二是专门针对模具行业开发的模具CAD/CAM系统,如:
上海交大模具CAD国家工程中心开发的冷冲模CAD系统等。
(1)国外模具CAD/CAM技术的应用现状
工业发达国家较大的模具生产厂家在CAD/CAM上进行了较大的投资,正大力开发这一技术。
目前,应用CAD/CAM技术较普遍的为美、日、德等国。
例如,日本丰田汽车公司于1965年将数控用于模具加工。
20世纪80年代初期开始采用覆盖件冲模CAD/CAM系统。
该系统包括设计覆盖件的NTDFB和CADEIT软件和加工凸、凹模的TINCA软件。
利用三坐标测量仪测量粘土模型,并将数据送人计算机。
将所得图形经平滑处理后,再把这些数据用于覆盖件设计、冲模的设计与制造。
该系统有较强的三维图形功能,可在屏幕上反复修改曲面形状,使工件在冲压成形时不致产生工艺缺陷,从而保证了模具和工件的质量。
模具型面的模型保存在数据库中,TINCA软件可利用这些数据,进行模具型面的数控加工。
(2)国内模具CAD/CAM技术的应用现状
经过近几十年的发展,在国内的模具生产中,CAD/CAM技术已经得到广泛的应用。
模具行业已引进相当数量的国外CAD/CAE系统,如:
Unigraphics(UG)、SOLIDEDGE、AutoCAD、SolidWorks、Pro/Engineer等。
并配置了运行速度快、性能高的计算机。
但是对于国内一些大型模具企业,它们的CAD/CAM应用状况多停留在从国外购买先进的CAD/CAM系统和设备,但在其上进行的二次开发较少,资源利用率低;
对于国内一些中小型模具企业,它们的CAD/CAM应用很少,有些仅停留在以计算机代替画板绘图。
所以有必要改善国内模具企业的CAD/CAM应用状况,使它们真正做到快速、准确地对市场做出反应,并使制造的模具产品质量高、成本低,即达到敏捷制造的目的。
六、我国模具CAD/CAM软件自主开发和二次开发情况
我国模具CAD/CAE的开发开始于20世纪70年代末,发展也很迅速。
在微机平台上开发CAD/CAM软件方面我国与国外起点差不多,都是使用VisualC++,OpenGL等工具进行软件开发,国内许多高校、软件公司和企业在此基础上开发出了先进的,有自己特色,符合中国用户习惯的CAD/CAE软件或模块,其中有一些成果已经得到了推广和使用。
国内开发适合模具行业的CAD/CAM软件,主要采用两种途径――在现有CAD/CAM平台上进行二次开发和开发拥有自主版权的CAD/CAM系统。
(1)基于现有模具CAD/CAM平台二次开发成果
华中科技大学1997推出了HSC2.0注射模CAD/CAE/CAM集成系统,HSC2.0系统以AUTOCAD软件包为图形支撑平台,包括模具结构设计子系统,结构及工艺参数计算较核子系统,塑料流动、冷却等子系统等。
合肥工业大学基于AUTOCAD与MDT的三维参数化注射模系统IPMCADV4.0。
(2)自行开发的拥有自主版权的模其CAD/CAM系统
由北京北航海尔软件有限公司推出的三维电子图板和CAXA―ME制造工程师2000,能进行3D零件设计与NC加工,其特点是基于3D参数化的特征设计,实现了实体、曲面和NC加工的协调与统一。
上海交通大学中模公司开发的金属塑性成型三维有限元仿真系统,其刚(粘)塑性有限元分析器和动态边界处理技术达到了国际先进水平。
吉林金网格模具工程研究中心所开发的冲压模具CAD/CAE/CAM一体化系统。
浙江大天电子信息工程有限公司开发的基于特征的参数化造型系统GS一CAD98。
金银花(Lonicera)系统是由广州红地技术有限公司开发的基于STEP标准的CAD/CAM系统。
开目CAD是华中理工大学机械学院开发的具有自主版权的基于微机平台的CAD和图纸管理软件。
中科院凯思软件集团及北京凯思博宏应用工程公司开发了具有自主版权的PICAD系统及系列软件。
这些软件已经在许多模具行业中的企业得到推广和应用。
七、我国模具CAD/CAM软件应用与开发中存在的主要不足
近几年来,我国CAD/CAM系统的开发和应用取得了一些成绩,国内已初步形成了CAD/CAM商品化软件市场。
在CAD/CAM软件应用与开发存在的不足主要有以下几点:
(l)不少的企业对CAD的认识还仅仅停留在绘图阶段,缺乏设计方法和设计理论的指导,从而使CAD产生的效益尚未得到充分发挥。
(2)CAD/CAM软件应用人员层次不齐,不能让CAD软件得到的高效率应用。
(3)在引进模具CAD/CAM技术时存在着盲目性倾向,许多企业没有充分考虑各种CAD/CAM软件的特点,购买回来的CAD/CAM软件不能完全适用于本企业的产品设计与开发工作。
(4)引进的模具CAD/CAE系统的二次开发跟不上,致使引进软件的效率不能完全发挥。
(5)国内模具CAD/CAM技术水平还处于高技术集成和向产业化、商品化过渡的时期,自主开发的模具CAD/CAM系统商品化程度不够高,功能和稳定方面与国外先进软件还有很大差距。
(6)我国CAD技术开发创新少、仿制多。
没有创新就没有竞争力,只仿制就不能开发出有竞争力的产品。
从我国二维CAD到目前研制的三维CAD都存在这一问题。
(7)我国CAD软件的开发缺乏理论和算法的研究。
CAD技术是一项综合性的高新技术,涉及面广而复杂,技术变化快,竞争激烈。
(8)信息集成技术落后。
信息技术的广泛集成是以产品数据管理(PDM)和过程管理(PM)为基础,实现CAD/CAPP/CAM和ERP的有机集成,在并行工程中PDM也是重要的基础。
因此,这类基础性软件也被国外的系统占领了市场。
而我们的CAD/CAPP/CAM集成技术又是建立在国外基础系统上。
八、结论
在模具CAD/CAM的应用方面,我国模具CAD/CAM的应用有了长足的发展,模具CAD/CAM技术已经被广泛应用于我国企业。
但总的来说,我国目前模具行业使用CAD/CAM技术还存在着许多弊端,模具CAD/CAM技术水平还处于高技术集成和向产业化商品化过渡的时期,自主开发的模具CAD/CAM软件的开发水平、商品化、市场化程度都不如发达国家。
软件在可靠性和稳定性方面与国外工业发达国家的软件尚有一些差距。
CAD——制造业信息化的缩影
编者按:
很多人也许并不知道,CAD技术从诞生到现在,已经发展了近50年。
无论是欧美还是中国,不少企业的信息化,就是从CAD开始起步的;
很多企业的高层管理者,就是从CAD上看到了信息化在企业当中的巨大价值,才决心在企业信息化上投入大量的人力物力。
CAD可以说是制造业信息化发展的一个缩影。
50多年过去,CAD的不断进步,企业也在不停的发展。
CAD的发展历史是什么?
未来都有哪些发展方向,这么多的CAD,企业将如何选择?
e-works将带您走进CAD的世界,对这些问题逐一进行探究。
1回顾篇
1.1从计算机图形学到二维CAD
谈到CAD(ComputerAidedDes
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