[工学]机械CAD及其应用 第一章 CAD技术概论

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1、机械CAD及其应用创新，协同，集成三维CAD与网络化设计制造技术的应用与发展第一章第一章 CADCAD技术概论技术概论第一节第一节 综综 述述我们生活在三维的 空间中，我们的眼睛和 身体感知到的这个世界 都是三维立体的，并且 具有丰富的色彩、光泽 、表面、材质等等外观 质感，以及巧妙而错综 复杂的内部结构和时空 动态的运动关系；我们 对这世界的任何发现和 创造的原始冲动都是三 维的。回到3D世界但是在人类漫长的 历史中，为了在沙土、 羊皮、纸张的平面上表 达和传递对这个世界的 认识和创造，人们发明 了投影方法，并基于纸 张平面形成了丰富而完 整的抽象二维视图体系 ；二维视图在近现代人 类改造世

2、界的科学与生 产实践中发挥了巨大的 无可替代的作用。回到3D世界进入新的世纪以来，随着计算机网 络信息技术的迅猛发展，现代计算机3D 技术终于使人们对现实世界的描述重新 回到了原始的直观三维境界，并且已经 随着计算机应用的普及在迅速成为今天 的现实。在当今世界，无论在虚拟的网络上 还是在现实的生活中，从大到飞机、轮 船、汽车、电站、大厦、楼宇，小到生 活中的每一个小小的工业产品，到处都 能见到电脑制作的三维模型，通过计算 机3D技术实现对现实世界的模拟和仿真 。回到3D世界从三维到二维，是从具体到抽象的“形而上”而成“道”的过 程；从二维到三维，是从抽象到具体的“形而下”而成“器”的过 程。对

3、于经过严格二维投影视图理论与画法几何训练而被成功“洗 脑”的我们来说，三维却已被“遗忘”而变得那样陌生和遥远。回到三维就是回归真实、 回归直观、回归形象、回归简 洁。回到3D世界艺术效果：是现代计算机3D技术应用的重要方向，象3D MAX、MAYA等三 维系统，在影视三维动画制作、建筑效果设计、工业产品外观设计等方 面已被广泛应用。三维CAD：是3D技术在现代工业的应用。象CATIA、UG、PTC、SolidWorks 、CAXA等三维CAD软件系统，基于生产制造应用目的，强调三维模型 的精确描述，包括其精确的尺寸、坐标、公差、技术要求以及零件间精 确的结构装配关系和结构功能属性等等的精确表达

4、。虚拟现实：是3D技术大规模系统应用的方向，强调对三维场景的宏观描述和 系统动态关系，在三维模型细节的精确和逼真方面则采取尽可能简化处 理。回到3D世界二维工程图是工程师的语言，是随着近代工业的发展历经上百年形 成的一套完善、标准化的工程语言和工具. 没有“工程图”，就没有飞 机、没有汽车、没有楼房、没有桥梁，没有现代工业。二维工程图还能走多远？“工程图”所面临的“危机”， 并不仅仅是简单的从“木质图板” 到“电子图板”的形式上的变化， 而是计算机三维仿真对工程图三视 投影理念与方法的彻底革命！是数 字化、网络化零距离沟通与团队协 同工作对个人独立工作方式的根本 改变。但是，在工业界日趋加速的

5、三维数字化、网络协同化的发展方向上， “工程图”今后的路究竟还能走多远？在今后一个比较长的 时间里，“工程图”必将 依然发挥其重要的不可替 代的作用；但是其应用方 式必将适应三维技术和应 用的发展，发生重大的变 化。三维数字化创新设计 CAD工具非常需要一个能 够与它有机配合、协同工 作的“绘图”伴侣，二维 工程图必将在三维CAD的 应用中得到新的发展并成 为重要的补充。二维工程图还能走多远？三维CAD能做什么？三维CAD能做什么？三维CAD能做什么？三维CAD能做什么？三维CAD能做什么？三维CAD能做什么？三维CAD能做什么？三维CAD能做什么？三维CAD能做什么？三维CAD能做什么？19

6、86200019461966早期研究阶段初步推广阶段全面应用阶段三维CAD的应用发展 应用领域：航空航天等极少数高精尖科研领域 应用对象：极少数复杂关键零部件 应用内容：基于二维工程图的3D造型 应用方式：Computer Aided 3D drawing，研究 硬件环境：大型机、小型机、工作站 软件形态：程序系统（非标准） 应 用 者：极少数研究开发人员(开发人员同时也是应用人员) 三维CAD的应用发展早期研究阶段 应用领域：从科研向汽车/船舶/轻工模具等工业领域推广 应用对象：面向制造/CAM与分析/CAE的复杂零件/模具 应用内容：基于二维工程图的零件3D造型 应用方式：CAD及CAD/

7、CAM/CAE应用集成，局部应用 硬件环境：工作站 、 PC 软件形态：初步成为产品 应 用 者：更广泛的CAD应用人员(应用人员不再是开发人员) 三维CAD的应用发展初步推广阶段 应用领域：向几乎所有设计制造领域极剧推广 应用对象：所有产品全部零部件的全数字化样机 应用内容：从三维开始的真正三维从三维开始的真正三维CAD/CAD/计算机辅助设计 应用方式：CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/PLM解决方案，全面应用 硬件环境：工作站、PC、网络环境 软件形态：成为产品与标准构件 应 用 者：所有参与产品活动的人员，CAD成为大众工具(应用人员不再是CAD应用工程师) 三维CAD的应用发

8、展全面应用阶段零部件三维建模装配过程的操作性，装配 后期修改的灵活性验证零部件装配及标准 件库的调用机构的干涉检查及运动模拟三维图向工程图的转化， 技术图纸的打印输出零部件报表的生成，及图纸管理零部件的渲染、工作过程动画演示，在产品说明书编制上的运用工艺设计与汇总虚拟装配工艺演示CAECAM现代三维CAD的应用设计构思零件设计装配爆炸动画协同设计工艺三视图加工总装三视图渲染效果图l 符合国标的工程图绘制l 工程设计：装配、二三维联动、工程图l 面向分析/制造的设计和造型 l 概念设计、工业设计现代三维CAD的应用l 面向装备、工程机械、家电等行业的设计现代三维CAD的应用 创新：产品创新 协同

9、：协同管理 集成：集成应用现代三维CAD的应用CAD/CAMCAD/CAM 数据源数据源CAD/CAMCAD/CAM 数据源数据源现代三维CAD的应用全球化推动经济结构与产业格局加速调整与转移 全球资源配置 全球比较优势 垂直化国际分工 产业的转移 布局与结构调整全球化、信息化与工业化全球化、信息化与工业化信息化加速了全球采购与全球生产模式的形成 信息沟通与共享 信息化生产组织与管理 虚拟产品开发 网络远程制造 动态虚拟企业 随需应变的电子商务全球化、信息化与工业化全球化、信息化与工业化全球化推动产业价值链发生深刻变迁全球化、信息化与工业化全球化、信息化与工业化全球化、信息化与工业化全球化、信

10、息化与工业化市场全球化和跨国公司推动全球经济一体化科技进步 财富积累 需求创新 资源变迁 自由贸易 开放金融全球范围资源市场与 消费市场的优化配置 市场全球化： 信息化带动工业化：制造企业是国民经济的支柱：1990年55%，2000年60%今天制造业面临的挑战 市场竞争的压力要求企业不断进行产品创新 产品从设计到交付用户的周期越来越短 产品生命周期越来越短 形成全球化的分工，网络化的企业型式 企业设计团队、供应商、用户之间需要更好的沟通与协作企企业业信信息化息化概概念念企业先进管理思想计算机网络技术应用软件技术数据库技术设计工艺制造经营管理CADCADCAPPCAPPCAECAECAMCAMP

11、DMPDMMRPIIMRPIIERPERP internetinternetcomputercomputer制造业信息化工程全球化、信息化与工业化全球化、信息化与工业化管理数字化管理数字化设计数字化设计数字化生产过程数字化生产过程数字化制造装备数字化制造装备数字化企业数字化企业数字化产品数字化产品数字化客客 户户 Custom供供 应应 Supply资资 源源 ResourceSCMSCMCRMCRMPLMPLMERPERP产 品 Product办办 公公 Office OAOA全球化、信息化与工业化全球化、信息化与工业化以信息化带动工业化，走新型工业化道路客户开发制造维护随需应变随需应变创新

12、、协同、集成创新、协同、集成市场竞争更加突现用户中心 需求细分 产品创新 应用个性化 为用户创造价值 企业外部环境和应用模式的变化单元应用信息孤岛网络应用协同制胜工艺业务的主要内容及信息流向产品设计 CAD/PDM任务状 态监控工艺设计机加工艺 铸造工艺 锻造工艺 冲压工艺 铆焊工艺 热表工艺 装配工艺电装工艺工艺 审查工艺 分工材料 定额工艺 路线工艺BOM 维护工作流程管理 任务分解/分配工程变 更管理数据版 本管理工艺 会签工时 定额综合工艺工艺数据 统计、汇总工艺业务管理ERP 生产管理PBOM工艺路线产品结构 工程图工艺业务自身效率和质量的提高， 企业工艺数据源开发/设计工艺/工装审

13、核/质保采购/库存制造/更改检验/维护用户服务产品审核、生产发布 修改/更改、质量保证标准件、外购件采购， 供应商管理、库存控制、审核制造执行与更改、产品组装，成本控制 零部件数控加工代码，CAX 集成产品检验，技术与经验纪录维护， 设备、工装维护安装使用说明 备件更换、更改纪录制 造 业 企 业 信 息 化 系 统 产 品 创 新 / 协 同 管 理技术沟通，产品规格定义 商务洽谈，确认订单，客户管理产品/订单产品生产工艺流程设计，工模具设计，制造资源管理 知识重用、标准化，CAX 集成、PDM集成产品计划，项目管理，产品开发与设计 知识重用、标准化，CAX 集成、PDM集成创新、协同、集成

14、创新、协同、集成创新、协同、集成创新、协同、集成现代产品开发生产准备产品设计产品规划产品试验PDM产品规划产品设计产品试验生产准备项目管理生产准备产品设计产品规划产品试验PDM虚拟产品模型过程流过程序列过程链Internet/Intranet/Extranet关于“制造业信息化”的几个问 题一、信息化不是目标是手段，根本目的是提高企业生产力与核心竞争力2.信息化是企业提高生产力、实现跨越式发展的必由之路 3.信息化是企业提高核心竞争力的必然选择4.投入/产出效率是企业评价信息化的客观标准1.信息全球化和全球信息化改变了现代产业模式和市场环境二、信息化的核心是人的信息化、工具的信息化与组织流程的

15、信息化1.没有人的信息化，信息化无从谈起2.工具的信息化是信息化的基础3.组织流程的信息化是信息化价值的最终体现关于“制造业信息化”的几个问 题三、信息化只有与企业的应用实际相结合才能真正产生价值1.人与工具不匹配 2.工具与工具不匹配 3.人、工具与组织不匹配 4.信息化有了一定基础 5.信息化全面进入了崭新的历史阶段 关于“制造业信息化”的几个问 题四、企业是信息化的主体，服务商与企业的良性互动是信息化成败的关键1.深刻了解和理解企业的应用需求与应用实际是信息 化的基础 2.为企业量身定制适用的技术、工具与解决方案是信息 化的重心 3.持续发展和本地化应用服务是信息化的关键 关于“制造业信

16、息化”的几个问 题五、服务商只有联盟合作、开放协同才能为企业提供真正的“解决方案”1.国际服务商与国内服务商联盟合作，能够有效利用亲和 力、适用性与本地化优势 2.国内服务商必须“国际化”，才能服务面向国际化市场 的中国制造企业 3.国内供应商只有联盟合作，才有发展的空间和提供“解 决方案”的能力 4.服务商只有联盟合作、开放协同才能开拓并培育更大的 制造业信息化应用市场 关于“制造业信息化”的几个问 题现代产品开发的基本任务 任 务务 工 作 内 容 概念设计设计 根据市场场需求，机械设计设计 工程师师与美学工程师师一道勾画出未来 产产品的大致外形，规规划产产品的功能空间间布局。这这个阶阶段需 要造型快速、模型修改方便的设计设计 工具 。结结构设计设计 确定详细详细 的产产品结结构并设设定精确的尺