机械CAD技术概论

机械CAD基础第八章第八章CADCAD相关技术相关技术§8-1参数化设计与变量化设计§8-2CAE技术§8-3产品数据管理课程内容课程内容机械CAD基础§8-1参数化设计与变量化设计一、问题的提出一、问题的提出在三维实体造型过程中,向设计师提供一种快捷、方便的方法，使得设计师通过修改已有三维几何模型，得到满足设计要求的新的几何模型。零件的三维几何模型是零件信息模型的基础，在产品开发过程中，三维几何模型面临的修改也越来越频繁。二、两个基本概念二、两个基本概念在参数化造型系统中，几何造型操作和对应的约束关系添加是关联在一起的，约束关系添加与求解的顺序与几何造型操作的顺序紧密相关。即求解是过程式的(procedural)。参数化造型系统记录了用户在造型过程中的每一步操作，设计的修改可以通过修改造型过程的某一参数得到。适用于已完全特性化的设计问题（即无需在设计方案上作重大改变），如具有明确层次依赖关系的装配体设计、系列标准件库的创建等。(1)参数化设计§8-1参数化与变量化机械CAD基础在变量化设计系统中几何模型以陈述式约束关系相关联，约束关系本身没有方向性，约束的处理顺序与几何造型的顺序相互独立。陈述式系统在对约束模型进行求解前，反映设计意图的约束已经添加进约束模型中；相对过程式系统而言，陈述式系统式具有更大的灵活性，更直接地表达了设计意图(2)变量化设计三、一个二维图形例子三、一个二维图形例子p1p2Line1DrawPointp1DrawPointp2ConstructLine1throughp1andp2DrawPointP1、P2andLine1randomlyAddconstraintPtOnLine(p1,Line1)AddconstraintPtOnLine(p2,Line1)参数化变量化§8-1参数化与变量化机械CAD基础四、参数化与变量化的区别四、参数化与变量化的区别z参数化技术采用顺序求解策略。后面元素的求解依赖于生成它的元素，求解过程不能逆向进行，即求解是过程式的；z变量化技术中，约束的指定是陈述式的，约束关系定义的先后与求解顺序没有关系。相对参数化技术而言，变量化技术更为灵活和自由。五、参数化与变量化的现状五、参数化与变量化的现状z二维图形已广泛应用变量化技术；z三维形体的变量化技术尚不成熟。目前主要通过参数化特征造型实现三维几何形体的修改。三维变量化技术的难点与二维约束求解技术相比，三维空间的约束满足问题面临约束模型规模庞大，约束方程组非线性程度高等诸多技术难题。三维问题的复杂性导致约束求解技术在三维空间的应用远不如在二维空间的应用成熟。§8-1参数化与变量化机械CAD基础+++12342134z几何元素被形状特征屏蔽，设计人员无法直接操作三维几何元素，而只能通过“特征”来间接操作三维几何元素；z与造型过程紧密相关，设计人员必须考虑造型过程对设计结果的影响。六、参数化特征造型技术六、参数化特征造型技术(1)参数化特征造型的不足造型历史(2)待解决的问题如何通过三维尺寸合几何约束直接驱动三维几何形体？§8-1参数化与变量化机械CAD基础§8-2计算机辅助工程分析(CAE)技术一、有限元分析基本方法一、有限元分析基本方法研究分析对象结构对象形成计算模型选择计算分析程序上机试算修改模型修改方案正式试算，结果分析计算模型合理？结构设计方案？设计方案输出计算结果输出优化设计有限元计算及后处理有限元前处理(建模)§8-2CAE技术机械CAD基础二、有限元分析流程二、有限元分析流程•载荷、约束•材料参数化实体造型基于实体的物理模型物理属性编辑器几何元素编辑器力学属性编辑器载荷、约束自动等效力学模型有限元模型网格生成器动力学问题有限元计算静力学问题有限元结果可视化计算参数及控制信息编辑•力学问题描述与简化•单元组、子结构、单元选择•支承连接方式模拟•对称/反对称简化•小特征删除/抑制•基于点线面的载荷/约束•计算方法/计算精度选择•输入/输出控制•手工编辑/半自动•自动划分：三角形/四面体…•模型•物理量(位移/应力/矢量)全局/局部显示•面上/体内/截面/动态CAD系统FEA系统§8-2CAE技术机械CAD基础三、有限元分析实例三、有限元分析实例CAD模型有限元分析结果在CAD技术支持下，可以快速构建复杂的零件几何形状，实现力学性能分析。以CAD提供的实体造型功能为基础进行有限元前处理建模，已是有限元分析技术的主流。§8-2CAE技术机械CAD基础§8-3产品数据管理一、产品开发过程一、产品开发过程生产经营部门和生产经营部门和ERPERP客户合同客户合同产品标准产品标准产品说明书产品说明书车间工艺车间工艺配置和维护配置和维护需求分析需求分析//市场调研市场调研零件清单零件清单BOMBOM管理管理产品定义产品定义要求和要求和功能描述功能描述设计方案设计方案设计设计BOMBOM制造制造BOMBOM零部件详细设计零部件详细设计市场市场//需求分析需求分析虚拟装配设计虚拟装配设计NC&CAMNC&CAM加工数据加工数据车间制造车间制造实体装配实体装配工程图纸工程图纸设计设计制造制造信息共享层次信息共享层次低低高高产品描述的完整性产品描述的完整性供应商管理供应商管理计划安排计划安排成本核算成本核算库存控制库存控制销售配置销售配置时间调度时间调度工装准备工装准备装配顺序装配顺序概念设计概念设计§8-3产品数据管理机械CAD基础它管理：z所有与产品相关的数据：如图纸、工艺、三维模型、分析/仿真结果、NC程序、产品结构、BOM、物料等。z所有与产品相关的过程：产品开发项目的执行过程、文档的审批流程、工程变更过程等。二、PDM的定义二、PDM的定义产品数据管理(ProductDataManegement,PDM)是一种技术，也是一个软件系统三、PDM的发展过程三、PDM的发展过程z配合CAD工具的PDM系统这些产品的目标主要是解决大量电子数据的存储和管理问题。z专业PDM产品产生少数优秀的PDM产品可以真正实现企业级的信息集成和过程集成。zPDM的标准化阶段1997年，OMG组织公布其PDMEnabler标准草案，使得不同PDM可以互操作。z产品全生命周期管理：基于网络的分布式计算技术、Web和Java技术等应用。§8-3产品数据管理机械CAD基础四、一个典型的产品四、一个典型的产品减速器箱体下箱体上箱体一级齿轮轴二级齿轮轴螺栓齿轮传动轴轴承花键标准件（外购）外协件自制件装配图、装配工艺、性能参数零件图零件图零件图、强度和寿命校核零件图、工艺、强度和寿命校核设计、协作商供应商设计、工艺、制造采购、原材料供应商客户、企业、供应商、协作开发商§8-3产品数据管理机械CAD基础五、PDM系统的层次五、PDM系统的层次集成集成MRPII/ERMRPII/ERPP管理管理过程管理过程管理产品结构和配置管理产品结构和配置管理数据管理数据管理应用程序六、PDM系统的功能六、PDM系统的功能(1)系统管理(2)文档管理(3)产品结构及配置管理(4)零部件编码及分类管理(5)过程管理(6)应用系统集成§8-3产品数据管理机械CAD基础基本功能－系统管理确保所有与产品相关的人员都能够操纵他需要的产品数据，也只能够操纵他需要的产品数据，保证系统的安全性和数据的保密性。(1)用户管理(2)角色管理(3)机构管理(4)权限管理(5)日志管理(6)数据备份与恢复§8-3产品数据管理机械CAD基础文档管理管理所有与产品相关的文档及其相互联系。(1)电子数据仓：电子文件的物理存储。(2)文档的查询与检索。(3)文档版本管理。(4)应用工具集成：包括浏览、圈阅和编辑§8-3产品数据管理机械CAD基础产品结构管理管理零部件之间及零部件与文档的关联。(1)产品结构管理：产品、零部件、文档(2)BOM表管理：BOM多视图，设计BOM、工艺BOM和制造BOM等。§8-3产品数据管理机械CAD基础过程管理管理所有与产品相关的过程，提供协同、并行的产品开发环境(1)文档工作流管理：管理文档的审批流程，通过自动化文档的流转来提高效率(2)项目管理：管理项目的创建、执行和提交，并提供项目监控和管理工具。(3)工程变更管理：变更申请、变更审批、变更执行和变更发布等步骤。§8-3产品数据管理机械CAD基础应用工具集成集成所有与产品开发相关的各种软件系统和协同工具，包括(1)CAX系统，如CAD、CAPP、CAM等(2)协同工具：如Email、电子白版等(3)生产管理系统：如MRPII、ERP等(4)项目管理工具七、PDM为开发人员带来的变化七、PDM为开发人员带来的变化z快速而准确地查找到需要的产品数据，减少重复设计；z方便的协同工具，如电子邮件、浏览与圈阅等，增进交流与合作；z与应用工具紧密集成，提高产品数据处理的方便性和处理效率；zPDM提供的数据定期备份机制和版本管理有效保证了产品数据的安全性。八、PDM实施八、PDM实施PDM实施的原则zPDM是一个管理系统，需要针对企业的特点进行实施。z组织由企业领导负责的PDM实施小组，认真学习和调研，并认真分析企业实际需求。z更新观念，发扬协作精神，不要局限于部门利益。z典型引路，分步实施。§8-3产品数据管理机械CAD基础阶段划分阶段1阶段2阶段3阶段4过程重构电子仓库典型的PDM技术实施扩展的PDM技术实施可重用零件库工作流程电子协作项目管理企业产品配置MRP/ERP集成配置管理时间竞争力§8-3产品数据管理z阶段1：过程重构简化产品开发流程扁平化产品开发层次结构z阶段2：电子文档建库建立分布式电子仓库确立需管理的产品数据源z阶段3：过程与工作流管理创建数据处理流程；创建以角色为中心的任务流z阶段4：配置管理BOM多视图管理：设计BOM、工艺BOM、制造BOM等，与ERP集成