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浅谈CAD技术的应用及发展趋势

2019/5/25    来源:互联网    作者:佚名      
关键字:CAD技术  发展趋势  
CAD技术作为成熟的普及技术已在企业中广泛应用,本文主要介绍浅谈CAD技术的应用及发展趋势。

    CAD是计算机辅助设计,它是COMPUTERAIDEDDESIGN的缩写,也就是使用计算机和信息技术来辅助工程师和设计师进行产品或工程的设计。CAD技术是一项综合性的、正在迅速发展和应用的高新技术,已经成为企业提高创新能力。提高产品开发能力。增强企业竞争力的一项关键技术。

    CAD的组成系统。CAD是一个综合的、集成了各种技术在内的系统,它将信息技术与应用领域技术紧密集成在一起。它所涉及的信息技术有:计算技术,包括计算机硬件和软件;图形学,包括图形学算法及其实现、图形软件、图形设备;数据管理,工程数据库管理系统、能处理文本、标准、规范等各种工程数据:数值分析,包括有限元分析、模拟、仿真等技术;智能技术,包括知识工程、专家系统、人工智能化接口等:人机界面。如图形用户界面、多媒体等:网络通信,包括局域网、因特网、内联网等。CAD的硬件是由计算机或工作站、大容量存储器、图形设备及其他外转设备、通信与网络设备。CAD的软件系统是由系统软件、数据管理软件、计算分析软件、文字处理软件、图形软件、专业应用软件、网络通信软件等组成的。

一、CAD技术的应用

    (一)CAD技术在制造业中的应用

    CAD技术已经广泛应用于制造业的各个领域。其中,以机床、汽车、飞机、船舶、航天器等应用最为广泛。一个产品的设计过程要经过概念设计、详细设计、结构分析和优化、仿真模拟等几个阶段。概念设计主要解决产品的造型外观,在满足功能的前提条件下,使产品外观精致美观。在现代化设计过程中还需要考虑的因素很多,如要考虑机械产品对环境影响,考虑产品的整体结构、材料及实现主要功能的机构;详细设计是要确定产品的结构,各个零部件的结构设计,所以又称为部件设计,包括各零件的尺寸、形状和结构;结构分析主要包括有限元分析,将对各部件及产品整体的结构进行力学性能、热学性能的分析:仿真模拟则主要是产品进行装配模拟,运动机构模拟,进行干涉、碰撞分析等等。CAD技术可以说贯穿于整个设计过程。从产品方案的选择到整机的可生产性、可维持性、可循环利用性和环境的融化等进行全面设计。当前先进的CAD应用系统已经将设计、绘图、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一个系统内。

    (二)CAD技术在工程设计中的应用

    早在二十世纪五十年代,CAD技术就应用于工程结构分析计算。但真正用在建筑、结构等领域则是在二十世纪七十年代。到了二十世纪八十年代和九十年代已经形成了建筑、结构、水、电、暖设备等一系列工程设计软件。比较流行的有ABD、HOUSE等。CAD在工程领域中的应用有以下几个方面。建筑:方案设计、三维造型、建筑渲染图即概念设计、平面布景、建筑构造设计、小区规划、日照分析、室内装潢、包括室内分隔、家具、环境装修等;结构:有限元分析、结构平面设计、框和排架结构计算和分析、高层结构分析、地基的基础设计,钢结构设计与加工;设备:水、电、暖各种设备及管道设计;市政管线:自来水、污水排放、煤气、电力、暖气、通信等:市政建筑:城市规划、城市交通、道路高架、轻轨、地铁;交通工程:公路、桥梁、铁路、航空、机场、港口、码头;水利工程:大坝、水渠、河海工程。房地产开发及物业管理、工程概预算、施工过程控制与管理、风景、旅游景点设计与布置、智能大厦设计等。目前在工程CAD软件中集建筑、结构、水、电、暖设备于一体的集成化CAD软件正在开发之中。此外,科学计算可视化以及虚拟现实技术正应用于建筑抗震、抗风、抗灾的分析以及虚拟建筑、室内漫游等现代化设计方法中。

    (三)CAD技术在其他领域的应用

    CAD技术除了在制造业和工程设计领域中的应用外,在轻工、纺织、家电、服装、制鞋、医疗和医药乃至文化娱乐和体育方面都会用到CAD技术。轻工中,轻工机械的设计、化妆、洗涤用品、盛器、三维造型、模具设计及包装平面设计。各种小商品的造型设计;纺织行业中印花提花设计、服装CAD及排料、裁剪:制鞋业中造型以及配合人体足部骨骼肌腱的人体工学设计:医药中的分子键结构分析、医疗器械以及辅助医疗手术、家电产品的造型和模具技术,在文化娱乐上已大量利用计算机造型仿真的原始动物和外星人,并将动物画和实际背景以及演员的表演天衣无缝地合在一起,在电影制作技术上大放异彩,拍制出一部部激动人心的巨片。

    (四)CAD技术在计算机绘图技术中的应用

    计算机图形处理技术足CAD的最要组成部分。机械、建筑等工程设计的任务最终要绘出零件图或施工图。绘图任务必须由图形软件来完成。近期不少研究机构在AUTOCAD基础上进行了二次开发。结合国内机械和工程设计领域的应用,以我国国家标准为依据,增加了国标零部件库、设计规范、工程制图标准。相继推出了INTECAD和XTMCAD等机械CAD软件以及ABP、HOUSE等建筑和结构CAD软件,并已形成了相当的规模。一个图形软件应包括基本图素的生成,如点、线、曲线、多边形、圆、圆柱体、球、曲面等;图形编辑功能,如图块的生成、图形平移、旋转、放大、缩小、修改、增删等;符号及标注功能,如各种常用符号、文字巾心线、剖面线;尺寸如半径、直径、直线距离、倒角等标注:文件管理功能,包括文件的产生、存储、删除、建库等。对于三维图形还必须有消隐、着色、阴影以及更高级的反走样、真实感图形、表面纹理生成等功能。

二、发展趋势

    在上世纪末,美国曾将CAD,CAM技术评为当时最具影响的十大科技成就之一。目前CAD技术的发展趋势主要围绕在标准化、开放式、集成化、智能化四方面。CAD技术具有广阔的应用前景。

    (一)标准化除了CAD支撑软件逐步实现IS0标准和工业标准外,面向应用的标准构件(零部件库)、标准化方法也已成为CAD系统中的必备内容,且向着合理化工程设计的应用方向发展。传统形式的手画工程图已经有了成熟的国际标准,相互都能理解。而存储在磁盘、光盘上的形形色色的CAD二进制数字记录,要想实现标准化就复杂、困难得多。由于STEP标准涉及的面非常宽,众口难调,标准的制定过程十分缓慢,存在问题很多。CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台之上,为了支持异构跨平台的环境,就要求它应是一个开放的系统,这里主要是靠标准化技术来解决这个问题。

    目前标准有两大类:一是公用标准,主要来自国家或国际标准制定单位;另一是市场标准,或行业标准,属私有性质。前者注重标准的开放性和所采用技术的先进性,而后者以市场为导向,注重考虑有效性和经济利益。后者容易导致垄断和无谓的标准战。因此提出应对传统的标准化工作进行革新。有专家建议标准革新的目标是公用标准应变成工业标准,也就是说革新后仍应以公用标准为基础,不过要从工业标准中吸收其注重经济利益和效率的优点。

    (二)开放性CAD系统目前广泛建立在开放式操作系统窗口95/98/NT和UNIX平台上,在Java LINUX平台上也有CAD产品,此外CAD系统都为最终用户提供二次开发环境,甚至这类环境可开发其内核源码,使用户可定制自已的CAD系统。

    (三)集成化CAD技术的集成化体现在三个层次上:其一是广义CAD功能CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP经过多种集成形式成为企业一体化解决方案,推动企业信息化进程。其二,是将CAD技术能采用的算法,甚至功能模块或系统,做成专用芯片,以提高CAD系统的效率;其三是CAD基于网络计算环境实现异地、异构系统在企业间的集成。

    国际CAD商品系统开发的另一个趋势是在全球范围内优选最成功的功能构件,进行集成。至今最成熟的几何造型平台有两家:Parasolid和ACIS;几何约束求解构件有一家,它的主要产品是2D和3D DCM。

    (四)智能化设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域,智能CAD是CAD发展的必然方向。从人类认识和思维的模型来看,现有的人工智能技术对模拟人类的思维活动(包括形象思维、抽象思维和创造性思维等多种形式)往往是束手无策的。因此,智能CAD不仅仅是简单地将现有的智能技术与CAD技术相结合,更要深入研究人类设计的思维模型,并用信息技术来表达和模拟它。这样不仅会产生高效的CAD系统,而且必将为人工智能领域提供新的理论和方法。CAD的这个发展趋势,将对信息科学的发展产生深刻的影响。

三、结语

    技术的发展永无止境,没有哪一种技术是常青树,CAD技术也一直处于不断地发展与探索之中,并不断地扩展它的应用范围。正是这种此消彼长的互动与交替,造就了今天CAD产业的兴旺与繁荣,也使得越来越多的人认识到CAD是一种巨大的生产力,促进了工业的高速发展。

责任编辑:程玥
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