浅谈三维数字化设计制造技术应用与趋势
机械设计与制造中的数字化技术应用

机械设计与制造中的数字化技术应用在当今科技飞速发展的时代,数字化技术正以前所未有的速度和深度改变着机械设计与制造领域。
从设计理念的创新到制造工艺的优化,数字化技术的应用为机械行业带来了巨大的变革和机遇。
数字化技术在机械设计中的应用,首先体现在计算机辅助设计(CAD)软件的广泛使用上。
CAD 软件让设计师能够摆脱传统的手绘图纸,通过计算机进行精确的二维和三维建模。
设计师可以更加直观地看到产品的形状、结构和尺寸,快速进行修改和优化。
这不仅大大提高了设计效率,还减少了设计错误,提高了设计质量。
三维建模技术更是为机械设计带来了质的飞跃。
通过建立三维模型,设计师可以模拟产品在实际工作中的运动状态和受力情况,进行虚拟装配和干涉检查。
例如,在设计汽车发动机时,可以提前发现各个零部件之间的装配问题,避免在实际生产中出现返工和浪费。
有限元分析(FEA)也是数字化技术在机械设计中的重要应用。
它可以对设计的零部件或结构进行力学性能分析,预测其在不同载荷条件下的变形、应力和应变分布。
设计师根据分析结果对设计进行优化,在保证产品性能的前提下,减轻重量、降低成本。
比如,在航空航天领域,对飞机机翼的结构进行有限元分析,可以在确保强度和刚度的同时,最大限度地减轻机翼重量,提高燃油效率。
数字化技术还在机械制造中发挥着关键作用。
计算机辅助制造(CAM)软件与数控机床的结合,实现了自动化加工。
CAM 软件根据设计好的模型生成加工程序,数控机床按照程序精确地加工出零件。
这不仅提高了加工精度和效率,还能加工出复杂形状的零件,满足了机械产品日益多样化和高精度的需求。
在制造过程中,数字化技术还实现了生产流程的智能化管理。
制造执行系统(MES)可以实时监控生产线上的设备运行状态、生产进度和质量数据。
管理人员通过这些数据及时调整生产计划,优化资源配置,提高生产效率,降低生产成本。
另外,增材制造(3D 打印)技术作为数字化制造的新兴领域,正逐渐改变着机械制造的方式。
机械设计与制造中的数字化技术应用

机械设计与制造中的数字化技术应用随着科技的不断进步和发展,数字化技术在各个领域中的应用越来越广泛,机械设计与制造领域也不例外。
数字化技术的应用为机械工程师们带来了许多便利和创新的机会,使得机械设计与制造的效率和质量得到了极大的提升。
一、数字化设计技术的应用数字化设计技术是机械设计领域中最为重要的一项技术。
通过数字化设计软件,机械工程师可以在计算机上进行各种复杂的设计和模拟,从而大大提高了设计的准确性和效率。
例如,在设计一个机械零件时,机械工程师可以使用CAD(计算机辅助设计)软件进行三维模型的建立和分析,通过模拟运动、应力和热传导等情况,可以更好地评估设计的可行性和优化设计方案。
数字化设计技术还可以实现机械系统的虚拟设计和仿真。
机械工程师可以使用虚拟样机软件对整个机械系统进行模拟,包括机械零件的装配、运动轨迹的分析、性能参数的评估等。
这样可以在实际制造之前,通过虚拟仿真来检验设计的合理性,避免了实际制造中的错误和损失。
二、数字化制造技术的应用数字化制造技术是指利用计算机控制系统和数控设备进行制造过程的一种技术。
数字化制造技术的应用使得机械制造过程更加精确、高效和可控。
例如,在数控机床上,机械工程师可以通过编程控制机床的加工路径和速度,实现对零件的精密加工。
这不仅提高了加工的精度和质量,还大大缩短了加工周期。
数字化制造技术还可以实现柔性制造。
通过数字化制造系统,机械工程师可以根据不同的产品需求,灵活地调整生产线的工艺流程和设备配置,实现多品种、小批量生产。
这种柔性制造方式大大提高了生产效率和产品质量,同时也降低了生产成本和能源消耗。
三、数字化技术在机械设计与制造中的挑战与前景虽然数字化技术在机械设计与制造领域中的应用带来了许多好处,但也面临着一些挑战。
首先,数字化技术的应用需要机械工程师具备一定的计算机技术和软件操作能力,这对传统机械工程师的技能要求提出了新的挑战。
其次,数字化技术的应用需要大量的数据支持,机械工程师需要具备数据分析和处理的能力,以便从海量的数据中提取有用的信息。
数字化设计与制造技术研究

数字化设计与制造技术研究随着信息技术的高速发展,数字化设计与制造已经成为工业制造领域中的一项重要技术。
数字化设计与制造技术,是利用计算机和数字技术,将工业制造过程中的物理、化学、数学等科学方法结合起来,以达到高效、高质量、低成本、高精度的生产目标。
数字化设计与制造技术主要包括三个方面:数字化制造、数字化设计和数字化建模。
一、数字化制造数字化制造就是将设计完成的二维图形或三维模型文件通过计算机控制的数控设备进行机械加工、焊接、切割、折弯等生产制造工艺的一种新型制造技术。
其主要特点是对加工参数、加工路径和各种制造工艺进行数值化计算和处理。
数字化制造的优点是可以大大提高制造效率、降低生产成本、提高生产质量、精度和准确度。
数字化制造技术可以应用在航空航天、汽车制造、工业机器人、模具制造和精密制造等领域。
二、数字化设计数字化设计是利用计算机技术,将手工图纸转化成计算机二维或三维模型,以达到设计效率高、成本低、效果好的目的的一种工业设计方法。
数字化设计可以有效解决手工绘图过程中的精度问题、效率问题和高成本问题。
数字化设计主要应用于各种产品的开发设计、模具设计、工艺设计、建筑设计、城市规划和环境规划等领域。
三、数字化建模数字化建模是由数字图像处理技术、计算机图形学技术、计算机辅助设计技术和虚拟现实技术相结合的一种模拟生产工艺流程的技术。
数字化建模可以对任意形状的物体进行模拟设计和测试,从而达到提高产品开发的效率、降低产品制作成本和提高产品质量的目的。
数字化建模的应用范围非常广泛,可用于汽车、船舶、飞机、机器人等机械制造行业,也可用于建筑、城市规划等领域。
数字化设计与制造技术的研究重点是数字化化生产制造过程和数字化设计过程中的各个关键技术。
其中数字化设计的研究主要是针对三维数模的形成和建模方式、界面设计、参数化和自动化设计等内容。
而数字化制造的研究则涉及到数控加工技术和仿真制造技术。
未来数字化设计与制造技术的发展趋势,应该向着实现开放化、可扩展、可配置化和智能化的方向发展。
浅谈数字化技术在船舶生产制造中的应用与优势

浅谈数字化技术在船舶生产制造中的应用与优势
摘要:数字化技术在船舶生产制造中的应用包括CAD、CAE、CAM、数据采集与分析等内容。以上这些技术能够实现船舶设计的三维建模和虚拟仿真、优化船体结构设计和材料选择、自动化船舶制造等等,可以提高生产效率、质量和可靠性。
关键词:数字化技术,船舶生产制造,CAD,CAE,CAM 1数字化技术概述 1.1 数字化技术的定义与特点 数字化技术是指将物理实体或现象转化为数字化表示形式,通过使用计算机和相关软件进行处理、存储、传输和分析的技术。其主要特点包括数据的可量化、可存储、可传输和可处理性,以及非常高的精确性和可靠性。数字化技术可以将实体世界的信息数字化,通过数字化表示和处理,可以实现对信息的高效管理、分析和应用,从而提高生产效率、降低成本并提供更好的决策支持。
1.2 数字化技术在船舶生产制造中的应用现状 目前,船舶生产制造领域广泛应用数字化技术,其应用涵盖多个不同的方面。在船舶设计领域,CAD软件被广泛使用,可以实现船舶的三维建模、虚拟设计和模拟分析,加速产品开发和改进设计质量。在船舶工艺中,CAE技术能够模拟和分析船舶的结构强度、流体力学、疲劳寿命等,优化工艺流程和材料选择,提高船舶制造的质量。在船舶制造中,CAM技术实现了自动化加工,例如使用数控设备进行船体零部件的铣削、切割和钻孔。此外,数字化技术还能够应用于生产过程监测和控制系统,通过传感器和数据采集系统实时监测生产状态、优化生产效率和质量控制。数字化技术的应用,已经显著提高了船舶生产制造的效率、质量和可靠性,并为船舶行业的发展带来了巨大的推动力。
2数字化船舶设计与工艺创新 2.1 CAD在船舶设计中的应用 CAD(计算机辅助设计)是一种重要的数字化技术,其被广泛应用于船舶设计领域。通过CAD软件,设计师能够实现船舶的三维建模、图形设计和虚拟仿真,快速创建和修改船舶设计,减少设计时间和成本。CAD还支持参数化设计和模块化设计,使得设计过程更加灵活,提高设计的准确性和效率。此外,借助于CAD软件,还可以进行结构强度和稳定性分析,评估设计的可靠性,并辅助进行船舶安全性能评估。
专业论证 数字化设计与制造技术

专业论证数字化设计与制造技术数字化设计与制造技术是指利用计算机和数字化技术,通过数字化设计和制造软件将产品设计和制造过程实现数字化、网络化、智能化的一种技术体系。
它通过将传统的设计和制造过程数字化,实现了产品设计、制造和生产过程的高效、精确和灵活性的提升。
数字化设计与制造技术已经成为现代制造业发展的重要支撑,对促进工业转型升级、提升产品质量和效率具有重要意义。
数字化设计是指利用计算机辅助设计(CAD)软件对产品进行设计和模拟的过程。
传统的产品设计需要手绘草图和手工模型,这种方式不仅耗时耗力,而且容易出现误差。
而数字化设计技术可以通过三维建模、虚拟仿真等功能,快速准确地完成产品设计和验证。
通过数字化设计,设计师可以更直观地观察产品的外观和内部结构,进行功能模拟和优化,提高了设计效率和产品质量。
数字化制造是指利用计算机数控机床(CNC)等设备将数字化设计数据转化为现实产品的过程。
传统的手工加工方式需要熟练的操作工人和大量的人力资源,而数字化制造技术可以通过数控机床自动控制加工过程,实现产品的高精度和高效率。
数字化制造技术还可以通过智能化的生产线和自动化装配设备,实现生产过程的自动化和柔性化,提高了生产效率和产品质量。
数字化设计与制造技术的应用范围广泛,涉及到各个行业和领域。
在汽车制造业中,数字化设计与制造技术可以实现车身设计和制造的一体化,提高了产品的安全性和舒适性;在航空航天领域,数字化设计与制造技术可以实现飞机零部件的快速制造和装配,提高了飞机的性能和可靠性;在医疗器械行业,数字化设计与制造技术可以实现医疗器械的个性化定制和精准加工,提高了医疗服务的质量和效率。
数字化设计与制造技术的发展离不开计算机和信息技术的进步。
随着计算机硬件性能的提升和软件功能的不断完善,数字化设计与制造技术已经实现了从二维到三维、从静态到动态的跨越式发展。
同时,数字化设计与制造技术的应用也面临着一些挑战和问题。
例如,数字化设计与制造技术需要设计师和工人具备一定的计算机操作和技术能力,这对传统的设计和制造人员提出了新的要求。
数字化设计与制造技术

数字化设计与制造技术关键词:农业机械;数字化技术;制造技术;应用在信息时代背景下,传统农业逐渐向数字农业发展,数字农业主要指将工业技术和数字信息技术进行有机结合,使农业各对象可视化表达的目标得以实现,能够为农业机械制造过程提供可靠的依据和支持,对提高农业生产水平有较大的积极作用。
下文首先对数字化设计与制造技术进行概述,其次对两者在农业机械上的应用进行阐述,以期为农业机械制造企业提供一定参考。
1数字化设计与制造技术简述数字化设计与制造技术主要指使用计算机硬件、软件和网络环境对相关产品的设计,分析,装配以及制造等过程进行全面模拟,能够为实际生产过程提供可靠的依据。
在农业机械设计及生产中应用数字化设计与制造技术具有如下优势:农业机械产品开发能力有所提升;产品研制周期明显缩短;农业机械开发成本有所降低;能够最大程度的实现初期设计目标,可以提高农业机械制造企业的市场竞争力,同时可以为其带来更多的经济效益。
2农业机械数字化设计与制造技术应用分析2.1智能CAD技术应用分析第一,智能CAD技术在农机产品设计中的应用分析。
工作符号推理是农业机械设计过程中的重要内容,传统CAD技术在符号推理方面存在一定的缺失,智能CAD技术能够对其存在的缺失进行弥补,在使用智能CAD技术后农业机械设计过程中信息利用率有所提升、重复设计情况明显减少且产品研发时间明显缩短,能够在短时间内完成农机产品的设计工作,进而可以为农业机械制造企业带来更多的经济效益。
第二,参数设计在农机产品设计中的应用分析。
农业机械设计过程具有型号、种类较多以及受季节影响较大的特点,为了更好的保证设计和合理性及效率在实际设计过程中可以对视力推理模块化参数设计及变量设计进行合理应用,并且在使用后能够对智能CAD技术使用中存在的问题进行最大程度的规避,为设计方案的合理性提供更多的保障。
第三,装配模型在农机产品设计中的应用分析。
装配模型其属于支持概念设计和变型设计中的一种,其主要指构建相应零部件的几何模型,在构建完成后结合装配信息对设计意图,产品原理以及功能等进行诠释,能够让工作人员尽快领悟设计意图,进而能够尽快展开生产。
数字化制造技术在创意设计领域中的应用
数字化制造技术在创意设计领域中的应用随着数字化制造技术的不断进步和发展,它已经逐渐融入了各种行业和领域。
其中,它对创意设计行业的影响尤为显著。
在以往,创意设计行业主要是以手工制作为主,而现在,数字化制造技术已经成为了创意设计行业的主要工具。
数字化制造技术指的是利用计算机辅助设计软件和三维打印机等设备制造物品的过程。
通过数字化制造技术,设计师可以将手绘的草图数字化,进行模型设计和制造。
数字化制造技术与传统手工制作相比,有许多显著的优势。
首先,数字化制造技术可以大大提高创意设计的效率。
利用计算机辅助设计软件,设计师可以快速地将手绘草图转化为模型,并且可以对模型进行快速的编辑和修改。
通过三维打印机等设备,设计师可以在短时间内制造出真实的物品,大大提高了制造效率。
其次,数字化制造技术可以降低成本。
传统手工制作需要大量的人力和物力投入,而数字化制造技术只需要少量的设备和技术支持,就可以完成设计制造的工作。
这大大降低了制造成本,提高了设计师的竞争力。
再次,数字化制造技术可以提高产品的创意性和艺术性。
利用计算机辅助设计软件,设计师可以将所想所画快速地转化为模型,创造出更加具有创意和艺术性的产品。
此外,数字化制造技术还可以将不同的设计元素进行组合,以创造出更加丰富多彩的产品。
数字化制造技术在创意设计行业的应用是多方面的。
首先,数字化制造技术可以应用于家居设计。
通过数字化制造技术,设计师可以将客户的需求转化为真实的家居产品,提供更加便捷的家装服务,提升家居设计的效率和质量。
其次,数字化制造技术可以应用于服装设计。
服装设计需要大量的手工制作过程,而数字化制造技术可以将其转化为数字化设计和制造,大大提高了服装设计的效率和质量。
同时,数字化制造技术还可以支持个性化定制,让客户可以根据自己的需求定制自己的服装。
再次,数字化制造技术可以应用于艺术设计。
利用数字化制造技术,艺术家可以将他们的想象力转化为真实的艺术品,充分发挥他们的创意潜力。
数字化设计和制造技术(精选5篇)
数字化设计和制造技术(精选5篇)数字化设计和制造技术范文第1篇关键词:新形势;工艺装备;数字化制造;技术分析数字化制造技术的推出,是新形势下科学技术的进展对传统制造业的革命,同时,数字化制造技术的发达程度也是衡量国家和地区科技实力和综合国力的紧要标准之一,它的进展与人们的生活质量和水平有紧密的联系[1]。
新形势下衡量一个国家的科技进展水平,不再仅仅以其拥有的发觉创造专利为标准,更多的是以它的制造业和制作技术能够为世界供给多少有利于人类进展的产品为标准,在科学技术迅猛前进的今日,工装财产与数字化制造技术的结合供给了越来越多造福于人类的产品。
1工装数字化制造技术进呈现状与趋势1.1国内外工装数字化制造技术的进呈现状随着计算机技术的进展和普及,计算机在越来越多领域的运用得到了前所未有的重视,在制造业也不例外。
制造业在信息技术与自身的制作技术相结合的环境下日益迈向了数字化的历程,工装数字化制造技术已经成为提高企业产品竞争力的紧要技术手段,近三十年以来,数字化制造技术在加快进展的步调,很多发达国家的工装财产实现了数字化设计和无图纸生产。
同时,数字化制造技术也在纵深方向,在机器人化机床、多功能机床等整机方面和高速电主轴、直线电机等单元技术方面均有较为突破的进展。
我国数字化制造技术的基础技术和数控技术都有很大的进展,基础技术的研发和应用使我国的制造业设计自动化水平产生了质的飞越,对数控技术的进一步研发促进了我国数字化制造技术的成熟。
1.2工装数字化制造技术的进展趋势第三次科技革命催生了计算机的创造,凭借着自身的强大优势,计算机自诞生不就之后便被运用于掌控机床加工。
实现了由传统的依靠人工向依靠自动化掌控机床的变更,为数字化制造技术的进展供给了牢靠的条件[2]。
无论是几十年以前还是科技进展更加成熟的今日,数控机床的拥有量以及年产量不可置疑的成为一个国家制造本领的紧要标志。
数字化制造技术是基于精密化、网络化、智能化的先进制造技术的基础和核心,随着计算机技术的不绝成熟和网络技术的不绝普及,工装数字化制造技术也将在更广阔的领域发挥造福于人类的重点作用。
数字化设计与制造技术
数字化设计与制造技术是近年来发展迅速的一种技术,它将计算机、互联网、人工智能等现代科技与制造业深度结合,实现了制造业从实物化向数字化的转型升级,为制造业的高速发展打下了坚实的基础。
本文将从数字化设计的概念、数字化制造的原理以及数字化设计与制造在工业领域中的应用等方面进行探讨。
首先,数字化设计是指采用计算机和相关软件技术对产品进行图形化建模、虚拟仿真、数字化测试和优化设计等一系列工作的过程。
它的核心在于使用计算机先对产品进行虚拟设计,其次进行模拟测试,再进行实际制造,实现产品的快速开发与迭代升级。
数字化设计优势在于减少了传统设计过程中的试错和重复工作,提高了设计效率和产品质量,同时也降低了制造成本。
数字化设计的发展在全球制造业中得到越来越广泛的应用。
其次,数字化制造是通过数字化技术将设计数据转换为制造指令,然后通过计算机控制的方式实现物理产品的制造。
数字化制造技术包括3D打印、CNC加工、激光切割等,主要是将数字化设计阶段生成的数据直接转换为制造工艺的指令,实现制造流程的快速高效和准确可靠。
数字化制造优势在于制造周期短、成本低、质量高、灵活性强、适应性广泛,为制造业的机械化、数字化、集成化的快速发展奠定了基础。
在工业领域的应用日趋广泛,其中最为显著的变革之一是数字化制造在制造业中的应用。
通过数字化制造可以将传统的制造工艺转化为数字模型和程序指令,减少笨重的物理模型制作和相关制造工具维护成本,从而提高制造的效率和精度,降低制造成本。
数字化制造在高端制造业中已经得到成功应用,包括航空、航天、国防、汽车、医疗等领域。
例如,在航空领域,数字化设计和制造技术可以帮助设计师、工业设计师和工程师实现合作和数据共享,并改进设计流程,从而更加高效地优化飞机整体设计和制造。
数字化设计和制造技术的快速发展和应用需要建立稳定的生态系统和优良的产业生态,包括高效的数字化设计工作站、标准化的设计数据和指令传输协议、定制化的数字化制造设备等。
《数字化设计与制造技术》课程论文
数字化制造技术的发展现状与发展趋势学院:机械工程学院班级:姓名:学号:指导教师:日期:2014年1月摘要从20世纪50年代数控机床的出现开始,经过了单元制造技术、集成制造技术和网络化制造技术的发展过程,数字化制造技术得到了迅猛的发展。
本文在大量阅读相关文献的基础上,对数字化技术进行了介绍,综述了国内外数字化制造技术的研究现状,论述了数字化制造技术是先进制造技术的核心,对数字化制造技术的几个核心技术进行了较为详细的介绍,并分析数字化制造技术的发展现状、展望其未来发展趋势,最后概括总结了数字化制造经历的深刻变化与发展。
关键词:数字化数字化制造发展现状发展趋势数字化技术指的是运用0和1两位数字编码,通过电子计算机、光缆、通信卫星等设备,来表达、传输和处理所有信息的技术。
数字化技术一般包括数字编码、数字压缩、数字传输、数字调制与解调等技术。
当今世界已经进入了数字化时代,数字化技术在生产、生活、经济、社会、科技、文化、教育和国防等各个领域不断扩大应用并取得显著成效。
数字化技术与各种专业技术相融合形成了各种数字化专业技术,如数字化制造技术、数字化设计技术、数字化测量技术、数字化视听技术等。
数字化制造技术是一项融合数字化技术和制造技术、以制造工程科学为理论基础的重大制造技术革新[1],并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下,根据用户的需求,迅速收集资源信息,对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组,实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造,进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。
它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融合、发展与应用的结果,也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。
数字化制造技术的发展现状目前在工业技术先进国家,数字化制造技术已经成为提高企业和产品竞争力的重要手段[5]。
特别是近30年来,数字化制造技术发展日益加快,在发达国家的大型企业中,已开始实现无图纸生产,全面使用CAD/CAM,实现100%数字化设计。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
浅谈三维数字化设计制造技术应用与趋势本文在阐述了三维数字化设计制造技术的发展历程基础上,对基于三维数模的产品定义、基于三维数模的产品建模与仿真、基于MBD的数字化工艺设计、基于仿真的三维工艺验证与优化、基于MBD的数字化检测技术等三维数字化设计制造中的关键技术进行了论述,以及企业未来如何成功实施三维设计制造技术。
一、工程语言演变1、工程师的语言语言、文字和图形是人们进行交流的主要方式。
在工程界,准确表达一个物体的形状的主要工具就是图形,在工程技术中为了正确表示出机器、设备的形状、大小、规格和材料等内容,通常将物体按一定的投影方法和技术规定表达在图纸上,这种根据正投影原理、标准或有关规定,表示工程对象,并有必要的技术说明的图就称图样。
工程图样是人们表达设计的对象,生产者依据图样了解设计要求并组织、制造产品。
这种采用类似工程图样的产品定义方式常被称为工程师的语言。
2、工程语言的历史演进2.1 第一代工程语言工程定义需要明白和无歧义的表达。
中国古代工匠就有采用物理实体模型(如:故宫“样式张”)和二维绘图法表达工程思想的历史。
1795年法国科学家加斯帕尔·蒙日(Gaspard Monge,1746~1818)系统地提出了以投影几何为主线的画法几何,把工程图的表达与绘制高度规范化、唯一化,工程图便成为工程界常用的定义产品的语言—-第一代工程语言。
这种工程设计语言的缺陷是显而易见的,设计师在设计新产品时,首先涌现在脑海里的是三维的实体形象而不是平面视图。
但为了向制造它的人传递产品的信息,必须将这个活生生的实体通过严格的标准和投影关系变成为复杂的、但为工程界所共识的标准工程图。
这当中的浪费不仅是投影图的绘制,还包括了从实体形象向抽象的视图表达方式转换的思维,以及在转换过程中不可避免出现的表达不清和存在歧义.制造工程师、工人在使用这种平面图纸时,又要通过想象恢复它的立体形状,以理解设计意图。
这又是一番思维、脑力和时间的浪费。
平面图纸的再利用能力几乎没有,定义的质量完全依赖设计人员的个人能力。
有时不是创意而是对平面图形的理解程度,制图技术的好坏往往是能否设计、制造出好的产品的关键。
对二维图样的绘制和理解是需要严格的专门训练,要求工程人员有良好的空间想象能力。
直到今日画法几何和工程制图仍然是工科大学最重要的必修课之一。
二百年来,制造业为这种平面图形的转换付出了巨大的代价。
2.2 第二代工程语言20世纪50年代后期,随着计算机软硬件技术的发展,在计算机屏幕上绘图变为可能,CAD技术越来越成为工程表达的标准方式,逐渐成为第二代工程语言.二维CAD将手工二维绘图计算机化,人们借助此项技术来摆脱烦琐、费时、精度低的传统手工绘图,从而甩掉了沿用200多年的图板.60年代初期出现了三维CAD系统,起初是极为简单的,只能表达基本几何信息线框系统,不能有效表达几何数据间的拓扑关系,缺乏形体的表面信息。
进入70年代,由于飞机和汽车工业的蓬勃发展,飞机及汽车制造过程中遇到大量自由曲面问题,此时,基于三视图方法的多截面视图、特征纬线近似表达所设计自由曲面产生的不完整性,已经不能满足工程要求,大大拖延了产品研发时间。
由于贝塞尔算法的提出,使得用计算机处理曲线及曲面问题变得可行,从而结束了计算机辅助设计技术单纯模仿工程图纸的三视图模式,首次实现了计算机完整描述产品零件的主要信息,同时也使得CAD技术的开发有了现实的基础。
曲面造型系统为人类带来了第一次CAD技术革命,改变了以往只能借助油泥模型来近似表达曲面的落后的工作方式。
由于曲面造型技术只能表达形体的表面信息,难以准确表达零件的其他特征,如质量、重心、惯性矩等,从而提出了对实体造型技术的需求。
实体造型技术能够精确表达零件的全部属性,在理论上有助于统一CAD/CAE/CAM的模型表达,给设计带来了惊人的方便性。
可以说,实体造型技术的普及应用标志着CAD发展史上的第二次技术革命。
2。
3 第三代工程语言80年代中期,一种比无约束自由造型更新颖、更好的算法———参数化特征造型方法开始出现.它具有基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改的特征。
可以认为,参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次革命.此时众多CAD/CAM/CAE软件开发公司群雄逐鹿。
80年代后期到90年代,CAD向系统集成化方向发展,引起了CAD发展史上的第四次革命。
特别是波音777实现了全数字样机,进一步发展了数字化设计制造技术,此后,波音公司在以波音787为代表的新型客机研制过程中,全面采用了MBD技术,将三维产品制造信息与三维设计信息共同定义到产品的三维模型中,摒弃二维图样,将MBD 模型作为制造的唯一依据。
至此,基于三维模型定义技术的MBD已经成为第三代工程语言.近10余年,以波音、空客和洛克希德?马丁为代表的飞机制造企业在三维数字化设计制造技术应用方面取得了巨大的成功。
波音公司在以波音787为代表的新型客机研制过程中,全面采用了MBD技术,将三维产品制造信息(Product Manufacturing Information,PMI)与三维设计信息共同定义到产品的三维数模型中,摒弃二维图样,直接使用三维标注模型作为制造依据,使工程技术人员从百年来的二维文化(蓝图)中解放出来,实现了产品设计、工艺设计、工装设计、零件加工、部件装配、零部件检测检验的高度集成、协同和融合,建立了三维数字化设计制造一体化集成应用体系,开创了飞机数字化设计制造的崭新模式,确保了波音787客机的研制周期和质量。
图一:CAD演变历史二、国内CAD应用历程九五”期间CAD应用工程的推广,我国二维CAD的普及取得了明显的效益.进入21世纪,三维CAD应用逐步开始普及,大部分制造企业也都已经从最初的二维CAD制图转向了CAD的三维应用.三、当前企业CAD应用现状通过调查发现,目前,制造企业CAD的应用情况可以概括为以下几类:1、单纯地使用二维CAD绘制图形。
这类企业目前已经比较少了,他们所生产的产品一般都非常简单,基本上是三视图连想都不用想就能够直接画出来,比如一些很简单的钣金件生产企业,不需要思考三视图就能直接画出钣金图纸,直接规则折弯,而如果用三维软件建模再转成二维还没有直接使用二维效率高。
这类企业往往规模比较小,基本不进行产品的创新设计,只是在原来的基础上做一些设计变更等简单的工作。
2、二维为主,三维作为建模工具辅助使用.这类企业依旧比较重视二维CAD的应用,他们运用三维CAD基本上不是源于自身产品研发的需求,虽然在应用三维CAD,但是出发点却不太明确。
一般是看着别的企业都在大肆地推进三维的应用,效果还不错,迫于竞争的压力,也上了三维;或是应上游企业的要求,上游企业规定必须用某种三维软件进行产品设计以符合他们的要求;等等.这类企业的工程师在设计过程中,采用二三维CAD混用的模式,使用三维CAD进行产品功能结构设计,工程图还是在原来的二维CAD中进行,存档文件也是采用二维图档,指导后续的加工生产。
在这些企业中,二维图纸依旧作为信息传输过程中的重要文件,他们认为传统的方式来指导生产已经够了,不太重视三维的推广和深入应用,这样有可能导致上了三维CAD后,设计效率反而降低。
目前,制造业中这种类型的企业占了大多数.3、以三维模型文件为主,二维文件作为辅助工具使用。
这类企业在运用三维CAD 之初,通过软件供应商、第三方咨询公司或者公司专业技术团队的分析,基本上对公司采用三维CAD的出发点、公司所设计产品的开发过程以及产品开发的特点都比较清楚,对所需求三维CAD的功能特点、通过运用三维CAD想要达到的效果会有比较明确的需求,因此在应用上就会有的放矢,一步步推进.包括在三维推广初期对三维产品设计规范的制定,三维模型的建模要求,三维标准件库的建立,等等。
处于这种应用状态的制造企业也占了相当一部分.4、基于MBD的数字化设计制造,即基于模型的数字化定义技术,它将三维制造信息PMI与三维设计信息共同定义到产品三维数字化模型中,使CAD和CAM等实现真正高度集成,使生产制造过程可不再使用二维图纸.这种方式在国外发达航空制造企业已经有成功的应用经验,目前国内航空制造领域的企业也在纷纷地借鉴这种模式。
中航工业成飞公司结合数字化制造技术的发展方向,摒弃了传统的以数字量为主、模拟量为辅的协调工作法,开始采用全数字量传递的协调工作法,并取得了一些阶段性成果.但是,在应用的过程中,他们的三维数模并没有贯穿于整个飞机数字化制造过程中,基于MBD(Model—Based Design)技术的产品定义工作尚处于探索阶段。
在国内,以MBD为核心的数字化工艺设计和产品制造模式尚不成熟,MBD的设计、制造和管理规范还有待完善,三维数字化设计制造一体化集成应用体系尚未贯通.5、全三维应用。
这是三维CAD应用最理想的状态,是制造企业深化三维CAD应用的方向。
通俗来讲,全三维设计就是在建立三维模型时,不仅要包含精确的产品几何模型,还需要包含表示产品尺寸、公差、基准等非几何信息,以满足下游工艺设计和检验设计的要求,替代原二维图样,从而实现取消二维图纸的功能,是MBD技术成熟应用的表现。
全三维应用首先体现在产品设计必须是三维,其次设计过程中的数据一定是独立的、稳定的、可管理的、可重用的,模型中包含的数据信息能在工艺、制造环节有效传递,生产制造包括后续的过程都高度自动化,实现数字样机和物理样机中间各个环节的通路。
但是,就目前来说,很少有企业实现.一方面,实现全三维,企业需要投入的成本太高,再者,要求企业人员具备较高的素质.目前国内企业应用大多数停留在第一和第二阶段.四、未来三维设计制造技术应用趋势-MBD基于模型的定义(Model-Based Definition—MBD)传统的产品定义技术主要以工程图为主,通过专业的绘图反映出产品的几何结构以及制造要求,实现设计和制造信息的共享与传递.基于模型的定义(MBD)以全新的方式定义产品,改变了传统的信息授权模式。
它以三维产品模型为核心,将产品设计信息、制造要求共同定义到该数字化模型中,通过对三维产品制造信息和非几何管理信息的定义,实现更高层次的设计制造一体化。
MBD是一种超越二维工程图实现产品数字化定义的全新方法,使工程人员摆脱了对二维图样的依赖。
MBD是一个管理和技术的体系,并不仅仅是一个带有三维标注的数据模型。
MBD使制造信息和设计信息共同定义到三维数字化模型中,使其成为生产制造过程的唯一依据,实现CAD 和CAM(加工、装配、测量、检验)的高度集成.ASMEY14。
41、BDS600系列等标准是MBD的重要基础,这些标准的制定促进了CAD软件公司参照其开发软件新功能,使MBD的思想得以实现,并很快应用到以波音787为代表的生产实践中。