【正文】 機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用 二 、 課題應(yīng)達(dá)到的要求： 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中改型設(shè)計(jì)多，只能改變現(xiàn)有產(chǎn)品中某些尺寸，或只能消 化某些產(chǎn)品，仿照生產(chǎn)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新構(gòu)思，使得產(chǎn)品從根本上沒(méi)有質(zhì)的飛躍。 因而三維 CAD技術(shù)才是真正意義上的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。 Mechanical design 0． 引言 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，帶來(lái)第三次技術(shù)革命浪潮，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）技術(shù)則是計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用中最為活躍的一支。 1． 1 現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)所處嚴(yán)峻環(huán)境 現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)面臨著極其嚴(yán)酷的外部環(huán)境的挑戰(zhàn)。 1． 4 現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中存在的主要問(wèn)題 由于多品種生產(chǎn)的現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中占有優(yōu)勢(shì)比重，因此多品種生產(chǎn)的現(xiàn)狀可以看作機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀的一面鏡子。 軟件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì)技術(shù)的核心 , 它決定了系統(tǒng)所具有的功能。這種系統(tǒng)能夠模擬某一領(lǐng)域內(nèi)專(zhuān)家設(shè)計(jì)的過(guò)程，采用單一知識(shí)領(lǐng)域的符號(hào)推理技術(shù)，解決單一領(lǐng)域內(nèi)的特定問(wèn)題。 以下是對(duì)二維 CAD系統(tǒng)和三維 CAD系統(tǒng)的分析比較： (1)三維 CAD系統(tǒng)的核心是 產(chǎn)品 的三維模型。 裝配零件更加直觀(guān) 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 ,若裝配不正確即予以顯示 ,另外 ,零件還可以隱藏 ,在隱藏了外部零件的時(shí)候 ,可清楚地看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。 5． CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 零件與裝配圖的實(shí)體生成 零件的實(shí)體建模。 實(shí)體裝配圖的生成。 CAD技術(shù)在解決造型問(wèn)題后 ,才能由 CAE解決設(shè)計(jì)的合理性、強(qiáng)度、剛度、壽命、 材料 、結(jié)構(gòu)合理性、運(yùn)動(dòng)特性、干涉、碰撞問(wèn)題和動(dòng)態(tài)特性等。并具有推理功能 ,使設(shè)計(jì)新手也能做出好的設(shè)計(jì)來(lái) ,現(xiàn)代設(shè)計(jì)的核心是創(chuàng)新設(shè)計(jì) ,人們正試圖把創(chuàng)新技法和人工智能技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用到 CAD技術(shù)中 ,用智能設(shè)計(jì)、智能制造系統(tǒng)去創(chuàng)造性 指導(dǎo) 解決新產(chǎn)品、新工程和新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造 ,這樣才能使我們的產(chǎn)品、工程和系統(tǒng)有創(chuàng)造性。它是各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，是工程設(shè)計(jì)中的重要依據(jù)。 CAD技術(shù)不是孤立的。因此應(yīng)用著必須要提高自己的繪圖速度，當(dāng)然前提是要熟悉 AutoCAD 2021中基本操作命令和快捷圖標(biāo)的使用，并通過(guò)大量繪圖來(lái)練習(xí)基本操作命令。現(xiàn)在已有一些標(biāo)準(zhǔn)，如解決異構(gòu)系統(tǒng)平臺(tái)的 XML和XML3D，以及解決三維圖形、圖像在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸共享的 VRML標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái)，已經(jīng)為我們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)的構(gòu)架下，建立協(xié)同設(shè)計(jì)和協(xié)同 工作的環(huán)境打下了基礎(chǔ)。 智能化的結(jié)果也使得計(jì)算機(jī)更有人情味。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。智能 CAD/CAM是發(fā)展的必然方向。這些模塊應(yīng)以工程數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ) ,進(jìn)行統(tǒng)一 管理 ,而實(shí)體造型是工程數(shù)據(jù)的主要來(lái)源之一。所以 ,僅有基本體系還不能完全滿(mǎn)足機(jī)器零件三維實(shí)體造型的要求。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、產(chǎn)品的虛 擬設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)方針和優(yōu)化設(shè)計(jì)等 ,保證了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。 可見(jiàn)，三維 CAD系統(tǒng)有其自身巨大的優(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 4． 三維 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn) 通過(guò)實(shí)際應(yīng)用三維 CAD系統(tǒng)軟件 ,筆者體會(huì)到三維 CAD系統(tǒng)軟件比二維 CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中具有更大的優(yōu)勢(shì) ,具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn) : 零件設(shè)計(jì)更加方便 使用三維 CAD系統(tǒng) ,可以裝配 環(huán)境 中設(shè)計(jì)新零件 ,也可以利用相鄰零件的位置及形狀來(lái)設(shè)計(jì)新零件 ,既方便又快捷 ,避免了單獨(dú)設(shè)計(jì)零件導(dǎo)致裝配的失敗。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，人類(lèi)近二百年來(lái)的實(shí)踐充分證明了工程圖表征零件的合理性。 21世紀(jì)， ICAD技術(shù)將具備新的特征和發(fā)展方向，以提高新時(shí)代制造業(yè)對(duì) 市場(chǎng) 變化和小批量、多品種要求的迅速響應(yīng)能力。 CAD 系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分。生產(chǎn)技術(shù)和現(xiàn)代制造系統(tǒng)適應(yīng)產(chǎn)品變化和產(chǎn)量變化所具有的一種效率。 要加快我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)水平的提高和發(fā)展、提高制造業(yè)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力 ,企業(yè)信息化建設(shè)是一個(gè)有效而非常重要的手段 ,而 CAD 技術(shù)是制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ) ,更是企業(yè)全面信息化的基礎(chǔ) ,所以采用 CAD 技術(shù)是企業(yè)進(jìn)行全面信息化建設(shè)的第一步。 從而挖掘 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用。所以人們開(kāi)始向三維設(shè)計(jì)方向發(fā)展，三維 CAD技術(shù)也符合人的設(shè)計(jì)思維習(xí)慣， 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程可以完全在三維模型上討論，直觀(guān)形象。而三維 CAD技術(shù)在方案設(shè)計(jì)階段，充分利用專(zhuān)家系統(tǒng)及現(xiàn)代科技新理論，建立多種機(jī)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)型對(duì) 比，立體感強(qiáng)、效果逼真，更能激發(fā)設(shè)計(jì)人 員的新構(gòu)思。 二 、 課題研究的主要內(nèi)容 ： 從制造到創(chuàng)造是任何國(guó)家都要經(jīng)歷的一個(gè)發(fā)展過(guò)程，隨著中國(guó)機(jī)械行業(yè)的不斷壯大，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)者要從中國(guó)制造，而創(chuàng)造就不再是為了解剖或生產(chǎn)某一個(gè)零部而設(shè)計(jì)，而是整體設(shè)計(jì)整個(gè)產(chǎn)品，單純二維技術(shù)是不夠的，三維自然必不可少。它集數(shù)值計(jì)算、仿真模擬、幾何模型處理、圖形學(xué)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等方面的技術(shù)為一體，把抽象的、平面的、分離的設(shè)計(jì)對(duì)象具體化、形象化，它能夠通過(guò)“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)把產(chǎn)品的形狀、材質(zhì)、色彩，甚至加工過(guò)程淋漓盡致地表現(xiàn)出來(lái)，并能把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化和規(guī)范化。這些嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)可歸結(jié)為： (1)科學(xué) 技術(shù)高速發(fā)展； (2)傳統(tǒng)資源漸見(jiàn)枯竭； (3)買(mǎi)方市場(chǎng)日益強(qiáng)化。多品種生產(chǎn)存在的問(wèn)題，實(shí)際上反映了整個(gè)機(jī)械工業(yè)存在的問(wèn)題。 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 CAD 技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用 機(jī)電一體化機(jī)電 075 沈輝 6 2． 2 CAD技術(shù)的發(fā)展 CAD(Computer Aided Design)是 計(jì)算機(jī) 輔助設(shè)計(jì)的英文縮寫(xiě)，是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形處理能力和數(shù)值計(jì)算能力，輔助工程技術(shù)人員進(jìn)行工程或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與分析，達(dá)到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。該系統(tǒng)把人工智能技術(shù)和優(yōu)化、有限元、計(jì)算機(jī)繪圖等技術(shù)結(jié)合起來(lái)，盡可能多地使計(jì)算機(jī)參與方案決策、性能分析等常規(guī)設(shè)計(jì)過(guò)程，借助計(jì)算機(jī)的支持，設(shè)計(jì)效率有了大大地提高。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。整個(gè)機(jī)器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 ,及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改 ,避免了產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)需要修改甚至報(bào)廢。 CAD的三維建模方法有三種 ,即線(xiàn)框模型、表面模型和實(shí)體模型。在零件實(shí)體構(gòu)造完成后 ,利用機(jī)器運(yùn)動(dòng)分析過(guò)程 中的資料 ,在運(yùn)動(dòng)的某一位置 ,按各零件所在的坐標(biāo)進(jìn)行 “ 裝配 ”, 這一過(guò)程可用 CAD軟件的三維編輯功能實(shí)現(xiàn) 。 6． CAD前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì) CAD前沿技術(shù) 圖形交互技術(shù) CAD軟件是產(chǎn)品創(chuàng)新的工具 ,務(wù)求 易學(xué)好用 ,得心應(yīng)手。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在 CAD中已開(kāi)始應(yīng)用 ,設(shè)計(jì)人員在虛擬世界中創(chuàng)造新產(chǎn)品 ,可以從人機(jī)工程學(xué)角度檢查設(shè)計(jì)效果 ,可直接操作模擬對(duì)象 ,檢驗(yàn) 操作是否舒適、方便 ,及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間布局中的干涉和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的碰撞等問(wèn)題 ,及早看到新產(chǎn)品的外形 ,從多方面評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品 .虛擬產(chǎn)品建模就是指建立產(chǎn)品虛擬原理或虛擬樣機(jī)的過(guò)程 .虛擬制造用虛擬原型取代 物理 原型進(jìn)行加工、測(cè)試、仿真和分析 ,以評(píng)價(jià)其性能 ,可制造性、可裝配性、可維護(hù)性和 成本 、外觀(guān)等 ,基于虛擬樣機(jī)的試驗(yàn)仿真分析 ,可以在真實(shí)產(chǎn)品制造之前發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題 ,從而降低產(chǎn)品成本 .虛常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告 CAD 技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用 機(jī)電一體化機(jī)電 075 沈輝 9 擬制造、虛擬工廠(chǎng)、動(dòng)態(tài)企業(yè)聯(lián)盟將成為 CAD技術(shù)在 電子