1 緒論

1.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1.1.1 CAD技術(shù)簡(jiǎn)介

CAD技術(shù)是隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展起來的，它具有工程及產(chǎn)品的分析計(jì)算,、幾何建模,、仿真與試驗(yàn)、繪制圖形,、工程數(shù)據(jù)庫管理和生成設(shè)計(jì)文件等功能,。進(jìn)二十年來，由于計(jì)算機(jī)硬件性能的不斷提高,，CAD技術(shù)有了大規(guī)模的發(fā)展,。目前CAD計(jì)算已經(jīng)應(yīng)用于許多行業(yè)，如機(jī)械,、汽車,、飛機(jī)、船舶,、電子,、輕工、建筑,、化工,、紡織及服裝等,。CAD技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械類產(chǎn)品設(shè)計(jì)的比例最大，機(jī)械CAD在整個(gè)工程CAD中占有比較重要的位置,。

1.1.2 CAD軟件現(xiàn)狀,、主要分類，及各自的主要特色

CAD是工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具,，對(duì)產(chǎn)品和工程進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪圖,、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱,。根據(jù)模型的不同，CAD系統(tǒng)一般可分為二維CAD系統(tǒng)和三維CAD系統(tǒng)：

二維CAD系統(tǒng)一般將產(chǎn)品和工程設(shè)計(jì)圖紙看成是“點(diǎn),、線,、圓、弧,、文本……”等幾何元素的集合,，所依賴的數(shù)學(xué)模型是幾何模型[1]。目前使用最多的是Autodesk 公司的AutoCAD軟件,。

三維CAD系統(tǒng)的核心是產(chǎn)品的三維模型,，這種三維模型包含了更多的實(shí)際結(jié)構(gòu)特征，使用戶在采用三維CAD造型工具進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),，更能反映時(shí)間產(chǎn)品的構(gòu)造或加工制造過程,。目前使用最多的有PTC公司的Pro∕Engineer軟件；EDS公司的UGH軟件,；Solidworks公司的Solidworks軟件,；UG公司的SolidEdge軟件。

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu),，生產(chǎn)方式和組織管理形式不同,，企業(yè)對(duì)CAD軟件的功能又有四方面不同需求：

一、計(jì)算機(jī)二維繪圖功能：“甩掉圖板”把科技人員從繁瑣的手工繪圖中解放出來,，其是CAD應(yīng)用的主要目標(biāo),，也是CAD技術(shù)的最主要功能。

二,、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(CAPP)功能：進(jìn)行工藝設(shè)計(jì),，工藝設(shè)計(jì)任務(wù)管理，材料定額管量等功能,，實(shí)現(xiàn)工藝過程標(biāo)化,，保證獲得高質(zhì)量的工藝規(guī)程，提高企業(yè)工藝編制的效率和標(biāo)準(zhǔn)化,。

三,、三維設(shè)計(jì),，裝配設(shè)計(jì)，曲面設(shè)計(jì),，鈑金設(shè)計(jì),，有限元設(shè)計(jì)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真,，注塑分析,，數(shù)控加工等三維CAD，CAM功能,，可以解決企業(yè)的三維設(shè)計(jì),，虛擬設(shè)計(jì)與裝配，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析,，應(yīng)力應(yīng)變分析,，鈑金件的展開和排樣等困難，使企業(yè)走向真正的CAD設(shè)計(jì),。

四,、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM。復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā),，不僅要考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)結(jié)果,。而且必須考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程的管量與控制．管量產(chǎn)品生命周期的所有數(shù)據(jù)(包括圖紙技術(shù)文檔)以及產(chǎn)品開發(fā)的工藝過程，使CAD,、CAPP,、CAM等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)共享，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作規(guī)范化保持一致性,，保證圖紙,，工藝卡，加工代碼,，技術(shù)資料等的安全性,。

1.1.3 CAD發(fā)展方向

當(dāng)前工業(yè)企業(yè)正面臨著市場(chǎng)全球化、制造國際化和品種需求多樣化的新挑戰(zhàn),，各企業(yè)間圍繞著時(shí)間,、質(zhì)量和成本的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈。由此出現(xiàn)了一系列先進(jìn)制造技術(shù),、系統(tǒng)和新的生產(chǎn)管理方法,。如并行工程、及時(shí)生產(chǎn),、精良生產(chǎn),、敏捷制造和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等，所有這些先進(jìn)制造技術(shù)和系統(tǒng)都與CAD系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用密切相關(guān),。目前CAD系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面[2]：

CAD系統(tǒng)應(yīng)用面向產(chǎn)品的全過程：在產(chǎn)品的全過程中,，要求產(chǎn)品的信息能在產(chǎn)品生命周期的不同環(huán)節(jié)方便地轉(zhuǎn)換．有助于產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計(jì)階段能全方

位地考慮產(chǎn)品的成本,、質(zhì)量、進(jìn)度及甩戶需求,。

CAD系統(tǒng)應(yīng)充分考慮產(chǎn)品的繼承性：在產(chǎn)品的更新?lián)Q代過程中,，要求能方便地獲得產(chǎn)品的全部歷史數(shù)據(jù)．以便充分利用已經(jīng)經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐的產(chǎn)品信息。1)在用CAD系統(tǒng)進(jìn)行新產(chǎn)品成品的開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí),，只需對(duì)其中極少部分零部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和制造．即可得到全新的產(chǎn)品,。2)對(duì)于類似零件，當(dāng)采用特征建模法完成新零件設(shè)計(jì)后,，并當(dāng)類似的零件變型不斷出現(xiàn)時(shí),，應(yīng)自動(dòng)將零件功能特征模型轉(zhuǎn)為典型零件模型。這不僅大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期,，節(jié)約了研制成本,，還提高了產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度,。保證了產(chǎn)品的一次成熟性和一次成功性,。