机械CAD技术发展与应用分析

2022-09-21 16:31:55 来源:写作指导

机械CAD技术发展与应用分析

摘要:机械CAD(ComputerAidedDesign)技术可提高设计人员的工作效率,降低企业的研发成本,有利于高端制造业的蓬勃发展。通过梳理机械CAD技术的发展历程,有助于提高设计人员对机械CAD技术的理解及应用。

关键词:机械CAD技术;机械设计;智能CAD

0引言

我国早在2015年就提出“中国制造2025”这一宏伟计划,使工业发展进程加快。机械CAD技术在机械工业发展中的作用越来越大,几乎涵盖了整个机械产品的设计过程,主要用于图像的设计和处理,以及信息和数据的储存、分析、计算等[1]。机械CAD技术作为机械领域的常用设计技术得到了快速的发展。

1机械CAD技术简介

机械CAD技术即计算机辅助设计技术,机械设计人员在计算机上对想要设计的对象进行图形建模、信息处理、数据分析等操作,并形成设计方案[2]。机械CAD技术将人与计算机的特点结合起来,将设计人员的逻辑思维和创新性想法通过计算机的高速运算,直观地将运算结果和模型呈现在设计人员面前,供设计人员进行设计参考和编辑修改。目前,机械CAD技术广泛应用在机械工业的整个过程中,机械设计中利用CAD设计软件,对机械产品进行绘图、建模、实体渲染以及数控仿真等[3]。现代化的制造业已经离不开CAD技术,它在产品设计和智能制造方面发挥着至关重要的作用。

2机械CAD技术的发展史

20世纪50年代,美国麻省理工学院在旋风计算机上采用阴极射线管(CRT)做成图形终端[4]。是CAD技术准备、酝酿、诞生的阶段。20世纪60年代,美国麻省理工学院(MIT)做了CAD的开拓研究工作,发表了有关CAD的论文,CAD术语出现,交互式绘图,CAD技术产业逐渐形成[5]。此时CAD技术到了初级应用阶段。20世纪70年代,CATIA软件诞生于达索航空内部的软件开发项目CADAM1、CADAM2,改变了以往只能借助油泥模型来近似表达曲面的工作方式,使人们可以用计算机进行曲线、曲面的处理操作[6]。这成为了CAD技术的第一次革命。1979年,悉尼大学J.S.Gero教授组织了第一个智能CAD国际性学术会议,编辑并出版了一本论文集[7],是人工智能和CAD研究的正式结合。1979年美国的SDRC公司推出了世界上第一个基于实体造型技术的大型CAD、CAM软件———I-DEAS。实体造型技术能够精确表达零件的全部属性,在理论上有助于统一CAD、CAE、CAM的模型表达,成为了CAD技术的第二次技术革命。20世纪80年代,CV公司内部提出了参数化实体造型方法,它的主要特点是基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改,这是CAD技术的第三次技术革命。IFIP接连召开了关于“智能CAD”的专题学术会议,交流和总结智能CAD技术的进展情况[8-9],明确了智能CAD研究的范畴、方向、方法和重点。1983年我国召开了全国第一次CAD工作会议[10],为我国CAD的发展起到了推动作用。20世纪90年代,SDRC公司的开发人员以参数化技术为蓝本,提出了一种比参数化技术更为先进的实体造型技术———变量化技术,这是CAD技术的第四次技术革命。1991年我国科委起草了《关于大力协同开展我国“计算机辅助设计(CAD)应用工程”的报告》[11],形成了我国CAD产业的起步阶段。2019年召开的“国产CAD发展技术研讨会”,标志着我国CAD产业趋向成熟。

3机械CAD技术的优势

3.1降低设计成本。与传统的机械设计相比,机械CAD技术可极大地降低企业产品的设计成本[12]。使用机械CAD技术在计算机上可以对机械设计的全过程进行模拟规划,从设计图纸到产品生产,期间可以采用相同的设计标准,提高研究人员的设计效率,降低了企业的产品设计成本。

3.2优化产品设计。使用机械CAD技术进行产品设计,可以有效贯彻绿色设计的理念,确保产品在整个生命周期内对环境和资源的影响最小化,在设计中要考虑到产品的可拆卸性、可回收性等,这些特性将会融入到设计的各环节[13]。此外还可以利用机械CAD技术对产品进行动态模拟,确保设计的产品在理论上可以实现,同时方便观测设计的效果,及时对产品设计进行优化[14]。

3.3促使设计智能化。利用机械CAD技术,设计人员可以在设计的过程中,便捷地利用绘图工具和存储功能设计数据,还能及时引入特征参数。同时在设计中,还需要各种信息的标准化和规范化集成、机械结构的可变量设计等方面功能,避免了人工完成耗费大量资源的弊端,使用机械CAD技术的智能化处理,设计人员只需要在推荐的几种参数下选择合适的即可,使设计更偏向智能化。

4机械CAD技术在常见领域的应用

4.1石油机械领域的应用。1988年,张晓东就提出了发展石油机械CAD技术的几点设想,根据石油机械的特殊性,重点研发一些专用软件,实现专用零件(如钻机底座、卡盘、吊环等)的CAD设计[15]。石油机械CAD技术使设计偏向虚拟化和网络化,可以对石油机械设备进行静态和动态分析,有效提高机械设计和生产过程中的效率[16]。

4.2农业机械领域的应用。农业机械CAD技术利用机械CAD技术为平台,以农业机械零件库、动力机械库以及农业机械设计建模为支撑,建设高效通用的农业机械CAD平台[14]。目前,农业机械CAD技术正在逐渐偏向智能化发展,在人机交互方面取得了一定的突破,可以记录设计人员的常用操作,为设计人员减轻工作量。

4.3矿山机械领域的应用。机械CAD技术可以提升矿山机械设计的便捷性和矿山机械产品的质量。使矿山机械在装配的过程中,各个零部件之间的配合关系可以通过模型在设计人员眼前直观再现,若发生装配错误便会及时发出示警,提高了设计了的精确性[17]。

5总结

机械CAD技术从开始研发到现在大规模的商用,解放了设计人员的双手,提升了设计人员的工作效率。随着科技进步,对制造业产业升级的要求越来越高,机械CAD技术也会随之不断得到提升。本文通过梳理机械CAD技术的发展历程,有助于设计人员提高对机械CAD技术的理解及应用。

作者:任思杰 郭术义 杨赛 张鹏博 单位:华北水利水电大学