CAD技术应用及发展趋势探究蒋永彪.doc

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1、CAD技术应用及发展趋势探究蒋永彪摘要：本文论述了计算机辅助设计（CAD）技术在先进制造技术中的主要应用，CAD技术对现代制造技术发展产生了重大影响，分析了CAD技术在参数化设计、基于特征设计、计算机辅助概念设计和计算机支持的协同设计的主要研究热点，以及标准化、开放性、集成化、智能化的发展趋势。关键词：CAD技术先进制造技术研究热点发展趋势0引言先进工程设计技术是先进制造技术的重要组成部分。产品生产首先从工程设计开始。工程设计包括需求分析、产品规划、方案设计、详细设计、工艺设计等内容。工程设计的结果直

2、接影响产品的功能、性能、质量、制造成本与交货期。随着计算机技术的发展，工程设计技术的范围不断拓宽，工程设计的手段不断改进，并提出了许多新的设计思想和设计方法。计算机辅助设计（CAD）技术在现代制造技术中所扮演的角色越来越重要，已逐步成为影响制造业发展的重要因素。1CAD技术的研究热点目前，关于CAD技术的研究十分活跃，研究领域极为广泛，以下仅列举其中几个热点方面。1.1参数化设计参数化设计方法是将CAD模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的

3、零件模型。实现参数化设计的团建是建立参数化模型。参数化模型表示了零件图形的集合约束和工程约束。几何约束包括结构约束和尺寸约束。结构约束是指几何元素之间的拓扑关系约束，如平行、垂直、相切、对称等；尺寸约束是通过尺寸标注表示的约束，如距离尺寸、角度尺寸、半径尺寸等。工程约束是指尺寸之间的约束关系，通过定义尺寸变量及它们之间在数值上和逻辑上的关系来表示。在参数化设计系统中，设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。要满足这些设计要求，不仅需要考虑尺寸或工程参数的初值，而且要在每次改变这些设计参数时来维护

4、这些基本关系，即将参数分为两类：其一为各种尺寸值,称为可变参数；其二为几何元素间的各种连续几何信息，称为不变参数。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数。因此，参数化模型中建立的各种约束关系，正是体现了设计人员的设计意图。参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都有较大的应用价值。目前，参数化设计中的参数化建模方法主要有变量几何法和基于结构生成历程的方法，前者主要用于平面模型的建立，而后者更适合于三维实体或曲面模型。

5、1.2基于特征设计如前所述，特征设计是用“特征”来取代纯几何元素构建物体模型。特征是构建零件的最基本的要素，它能以较高的抽象级别和不需要解释的方式来标示物体模型。它既表示了零件的几何信息，又反映了零件与制造有关的信息。例如，对孔的设计，实体造型系统常采用圆柱体与某个实体进行逻辑运算来实现，计算机仅仅知道哪些部分没有材料而已，并不能“认识”哪是一个孔。对于特征造型系统，孔是一个特征，具有直径、长度、公差、表面粗糙度、位置等属性，并包含了基准、装配等信息。每一个特征基本上对应一组加工制造方法。特征的“语义

6、”使设计人员对同一特征有相同的理解。因此，基于特征的设计更适合于CAD/CAM的集成和CIMS中的建模需要。1.3计算机辅助概念设计概念设计是设计过程中最重要的阶段，概念设计的好坏对产品设计质量起着决定性的作用。但由于概念设计的复杂性，及其所涉及的种种设计知识的不确定性，给计算机辅助概念设计带来很大的难度，制约了其发展。概念设计的过程主要是评价和决策的过程，他涉及产品功能、动作和结构等因素，对产品的价格、性能、可靠性、安全性等均有着重要的影响。目前，计算机辅助概念设计的方法可分为两大类，即自动生成设计

7、方案和交互生成设计方案。1.3.1自动生成设计方案目前主要采用人工智能技术。为了使计算机有效地支持概念设计活动，需要解决两大难题，即建模问题和推理问题。前者是对产品的功能、动作和机构及其之间的关系进行描述；后者实质上就是生成和选择合适的方案。建模的核心问题是模型的表示法。目前已提出各种表示法，如语言、图形、对象、知识模型和图像法等。语言表示法属于一种形式描述方法，他能保证计算机有效地进行推理，称为面向机器的表示法。而图像表示法是一种高度可视化的表示法，它可以提供一种辅助设计人员进行创新的建模环境，称它

8、为面向人的表示法。其它表示法则界于这两者之间。各种表示法往往只支持描述概念设计的某一方面，目前还缺少一种能描述概念设计各种因素的统一模型，这正是下一步的研究目标。推理问题的重点是在转换过程，即把用户需求映射到实现所给需求集合的一些实际的结构上。难点在于产生和选择合适的映射方法。同样也有很多推理方法支持概念设计活动，如神经网络、基于实例的推理法、基于知识的推理技术、优化、价值工程和定性推理等。但目前也只能设计一些特定领域的例子，离全面应用还有很大差距。1.