淺析CAD由二維向三維的轉變

2013-05-16 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

徐濤孔斌魏小平陳義厚來源:萬方數(shù)據(jù)
關鍵字:二維CAD 三維CAD 轉變
CAD由二維向三維的轉變可以充分利用CAD的設計與分析功能;通過3D-CAPP系統(tǒng)采用STEP數(shù)據(jù)交換標準能有效的解決三維CAD數(shù)據(jù)信息到CAM制造系統(tǒng)之間的順利過渡;基于三維CAD的裝配過程能夠大大提高裝配工藝的質量和實用性。

1 引言

   CAD是工程技術人員以計算機為工具,對產品和工程進行設計、繪圖、造型、分析和編寫技術文檔等設計活動的總稱,即計算機輔助設計(ComputerAided Design,簡稱CAD)。在機械制造行業(yè)中采用CAD技術進行產品設計不但可以使設計人員"甩掉圖板",更新傳統(tǒng)的設計思想、提高設計水平、實現(xiàn)設計自動化、降低產品的設計成本、增強企業(yè)的競爭能力;還可以使企業(yè)由原來的串行式作業(yè)轉變?yōu)椴⑿凶鳂I(yè),建立一種全新的設計和生產技術管理體制,縮短產品的開發(fā)周期,提高勞動生產效率。根據(jù)模型的不同,cAD系統(tǒng)一般分為二維CAD和三維CAD系統(tǒng)。在CAD發(fā)展的初期階段,主要都是二維CAD系統(tǒng),所繪制零件圖都是二維零件圖,表達的是"點、線、圓、弧、文本"等幾何元素的集合,由于二維零件圖幾乎沒有立體感,零件的形狀完全靠閱圖者想象出來,工程技術人員要花費大量的時問去繪制一張二維圖紙,通過各種視圖來表達零件的相關特征。圖紙繪制出來后,各種復雜的線條給讀圖人員造成了麻煩,非專業(yè)人員很難讀懂;由于其文件之間不具關聯(lián)性,對圖紙迸行修改時必須修改每一張涉及的圖紙,這樣很容易造成遺漏,也不能進行實體分析,無法用二維圖紙去描繪三維空間機構運動和進行產品裝配干涉檢查等工作,僅是在平面上的一種表達方式。隨著cAD技術的發(fā)展,三維CAD系統(tǒng)已從早期的實體造型,發(fā)展到特征造型和基于約束的造型。三維CAD系統(tǒng)中可以很清楚的看到所設計零部件的實體效果,具有主模關聯(lián)性,只要一處修改,所有涉及的領域便會自動修改;可以對整體設計或部件進行有限元分析、應力應變分析、質量屬性分析、空間運動分析、裝配干涉分析、NC控制可加工性分析、機構仿真等一系列的需求。

工程技術人員用三維CAD軟件完成部件和零件的模型設計后可以直接將模型傳送到CAD軟件中進行有限元網(wǎng)格劃分并進行分析計算,如果分析的結果不滿足設計要求則重新進行設計和分析,直到滿意為止,從而極大地提高了設計水平和效率。

由以上的分析三維cAD有其二維CAD無法比擬的性能必將成為國內外企業(yè)進行產品設計的主流設計工具。

   2二維CAD向三維CAD轉變過程中的問題

   2.1 優(yōu)先對重要的二維圖紙進行三維化

目前我國機械制造行業(yè)正處于一個從二維CAD向三維CAD轉變的過程,很多企業(yè)還是兩者混合使用。二維工程圖作為工程界的交流語言在長期使用的過程中已經形成了使使用者共同認可和接受的標準,并且在各行各業(yè)中積累的大量極具價值的技術資料都是二維電子文檔,或者是二維的藍圖,這些目前還正在工業(yè)領域極其廣泛和深入地應用著,還在很好地發(fā)揮著重要的作用。

雖然機械制造企業(yè)的二維電子圖紙存檔量巨大,但這些圖紙往往可以分成有限的幾類。從單機設備上歸類,不超過一百種;從機組形式上劃分,不超過十類,既使是不同的單設備,其零部件相互之間也存在很多相似性,甚至可互相借用。這樣提供給我們一個思路,首先由設計骨干牽頭,然后對歸檔圖紙歸類分析,盡可能將設計中典型設備,典型結構,典型零部件抽取出來,對它們進研究、建模、參數(shù)化、變量處理,并最終建立工程圖。目前有很多三維CAD軟件如:UG NX、CATIA、PR0/E、SolidWorks、SolidEdge、Inventor等都可以完成二維圖形向三維模型的轉換。

   2.2建立三維設計國家標準及企業(yè)標準

如果國家或者行業(yè)標準化的規(guī)定依然是二維設計標準,而三維設計設有統(tǒng)一的要求和標準可以依據(jù),二維CAD很難向三維cAD設計轉變。我國國家質量技術監(jiān)督局1998年8月28日發(fā)布的GB/T 14665-1998《機械工程cAD制圖規(guī)則》和2000年lO月17日發(fā)布了CB/T18229-2000《CAD工程制圖規(guī)則》規(guī)定依然是二維設計標準。標準的重要性勿庸置疑,盡快制訂3D CAD國家技術標準及企業(yè)標準,正確把握CAD技術的發(fā)展趨勢,對國產三維CAD的開發(fā)具有很大的意義,也在一定程度上影響著三維CAD普及的步伐。三維CAD的價格薺不便宜,對于大量的國內小型企業(yè)來講,要普及三維CAD,它們無法承擔起這么高的費用支出,只有開發(fā)出更好、更廉價的國產CAD才是最好的出路。

   2.3改變設計思想

1799年。法國的G.蒙日發(fā)表《畫法幾何》一書為畫法幾何奠定了理論基礎,它提出用多面正投影圖來表達空間形體,是基于投影法。目前國內高校工科專業(yè)開設的《畫法幾何與工程制圖》就是在《畫法幾何》的基礎上形成的理論,只能反映兩個方向的形狀,設計出的產品只能表達在二維圖紙上,因此大家的設計思維、設計習慣都是二維的,并且形成了根深蒂固的思想。二維CAD要想向三維CAD成功轉型,改變傳統(tǒng)的二維設計思維是成功轉型的關鍵,在大學階段開展三維CAD技術學習,對在職工程技術人員加強技術培訓,鼓勵在職工程技術人員學習三維CAD技術,培養(yǎng)設計人員的三維設計思維,提高技術人員的素質及企業(yè)的整體技術水平,以適應現(xiàn)代三維設計的發(fā)展。

淺析CAD由二維向三維的轉變autocad技術圖片1

   3從三維CAD設計到CAM制造之間的過渡

中國的機械制造企業(yè)已經形成了產品設計使用CAD系統(tǒng),制造使用CA M系統(tǒng),而CAPP(Computer Aided Proces8 Planning,計算機輔助工藝設計)系統(tǒng)是連接設計的橋梁。但目前人們研究和開發(fā)出的許多CAPP系統(tǒng)大多數(shù)都是基于二維CAD平臺的,如武漢開目信息技術有限責任公司開發(fā)的開目CAPP。然而,CAM系統(tǒng)本身是基于三維模型的,于是便產生了信息傳遞的孤島。傳統(tǒng)的以圖紙傳遞信息的方式和檢驗標準制約了信息技術的有效利用,導致CAD,cAM系統(tǒng)在企業(yè)中獨自為戰(zhàn),各據(jù)一方脫離了信息化中最主要的信息共享原則,必然產生孤島。從圖

(1)中看到信息傳遞鏈條的的關鍵在3D數(shù)據(jù)的傳遞,而不應該是圖樣信息的傳遞日。

因此解決孤島技術這一問題的關鍵就在于如何實現(xiàn)工藝設計的3D化,必須由傳統(tǒng)的基于二維CAD集成的CAPP系統(tǒng)向基于三維CAD集成化發(fā)展,即大力開展基于三維CAD的CAPP系統(tǒng)的應用及研究開發(fā)。目前我國在這方面取得的成果有:基于三維CAD的加工工藝設計系統(tǒng)提供基于三維CAD的加工工藝設計工具,可以基于3D模型定義加工工藝特征,自動獲取加工特征信息,可以基于特征加工知識進行輔助工藝決策,可以建立3D工藝裝配庫,可以生成3D工序簡圖,實現(xiàn)可視化的裝夾規(guī)劃等。基于三維CAD的CAPP系統(tǒng)增加了產品的可讀性和一致性,減少了理解圖紙的時間,進一步提高了工藝設計方式、工藝資源及制造數(shù)據(jù)管理模式等的合理性與科學性,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳遞的及時性。

在信息傳遞的過程中各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)兼容性也是造成孤島技術的重要問題。通過建立一個系統(tǒng)的信息結構對CAD模型進行CAD模型數(shù)據(jù)交換已經成為共識嗍。目前主要采用的數(shù)據(jù)交換標準有:Autodesk公司自己制定的DxF;美國海、陸、空三軍制定的IGES;國際標準化組織(IS0)制定的STEP。STEP(Standard for Exchanze of Product Model Dala,產品模型數(shù)據(jù)交換標準)是近年來應用最廣泛的用于不同CAD,CAM系統(tǒng)之間信息交換的一種數(shù)據(jù)交換國際標準標準。STEP采用應用層(信息結構)、邏輯層(數(shù)據(jù)結構)和物理層(數(shù)據(jù)格式)三級模式,定義ExPREss語言進行描述,以中性文件作為交換媒介。它包含了幾何信息、制造信息、材料、組裝分解順序、檢驗測試等必要的信息定義和數(shù)據(jù)交換的外部描述。應用STEP可以使CAD,CAPP,CAM之間的數(shù)據(jù)傳遞有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準,解決其信息集成問題。

   4總結

隨著計算機技術的迅速發(fā)展,計算機的性能有了很大的提高,這為三維機械設計軟件的廣泛應用創(chuàng)造了條件。在零件三維實體模型基礎上,使用CAM(Computer Aided Manufactuing,計算機輔助制造)實現(xiàn)無圖紙高效加工,已成為現(xiàn)實。由于CAM系統(tǒng)本身是基于三維模型的,因此從三維實體模型到CAM,比二維圖紙到CAM更高效。極大地提高了設計效率加快了制造業(yè)的作業(yè)生產控制過程,對我國由"制造大國"向"制造強國"轉變的發(fā)展有著至關重要的推進作用。

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