011208171-李霞-开题报告

上海工程技术大学毕业设计开题报告学院机械工程学院专业机械工程及自动化（现代装备）班级学号011208171学生李霞指导教师雷菊阳题目基于产品设计、加工制造及产品管理应用程序平台开发研究1 综述1.1 课题研究意义及背景早期一些工业应用的CAD系统基本上是以对象的几何模型作为建模基础，而CAPP/CAM系统中所需的信息是包含加工信息、制造信息、售后服务等的高层特征，包含这些高层特征的零件信息是集成系统下游对上游系统的基本要求。

目前，许多商品化CAD软件如Solidwork、Pro/Engineer、UG等软件纷纷推出基于特征的造型方法。

随着市场竞争的日益加剧和客户需求的多样化、个性化，使得企业在成本、质量、交货期和客户满意度方面面临着越来越大的压力，迫使企业不得不采用大批量定制（MC，Masscustomization）等先进的设计、制造和管理技术。

大批量定制技术的实施需要PDM系统的支持以管理企业目前存在着的大量产品设计和工艺资源，同时管理设计和生产过程中产生的各种信息，通过产品配置和产品族管理来缩短订单产品的通过时间。

为了使机械制造业能够对市场进行灵活而快速的响应，尽可能重用原有的设计资源并缩短订单通过时间，本创新项目在实施自主开发的PDM系统的过程中，针对企业CAX系统及PDM系统的应用现状，从资源重用、信息集成的角度，研究并开发支持设计重用的产品快速组合设计系统，同时以SolidWorks为三维设计平台开发支持快速组合设计的参数化设计系统，进行CAM的G代码的重建，完成变尺寸产品设计、加工。

参数化设计，也称为尺寸驱动，是通过改动图形的某一部分货某及部分的尺寸，或者修改已经定义好的参数，自动完成图形中相关部分的改动，从而实现对图形的驱动。

通常参数化设计是指零件或部件的形状比较定型，用一组参数约束该几何图形的一组结构尺寸序列，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应，当赋予不同的参数序列值时，就可驱动达到新的目标几何图形，其设计结果是包含设计信息的模型。

参数化为产品模型的可变性、课重用性、并行设计等提供了手段，使用户可以利用以前的模型方便的重建模型，并可以在遵循原设计意图的情况下方便的改动模型，生成一系列的产品，大大的提高了生产效率。

一个好的参数化的方法，至少应该满足一下要求：能够检查出约束条件的不一致，即检测是否有过约束的现象；算法可靠，即当给定一组约束和拓扑描述后能够求出存在的一个解，而且当用户需要时，可以给定所有可行性的解；交互操作，即求解速度快，使得用户的每一步设计操作度能得到及时适当的回应；在构造物体过程中允许修改约束，而且修改的效果应该与原先的约束设定次序无关；能容许广泛的约束类型并且容易为某些特殊应用加入新的约束类型；能通用于二维和三维；应能处理常规数据库中的图样，必要时允许人工干预。

参数化概念的引入代表了设计思想上的一次变革，即从避免改动设计到鼓励使用参数化修改设计，使产品设计、加工制造及产品管理的过程变得更加便捷高效。

1.2 产品设计、加工制造及产品管理应用平台的发展产品设计、加工制造及产品管理应用程序平台开发研究是基于三维设计之上的，是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础。

它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更加立体化，更形象化得一种新兴设计方法。

首先研究其发展历史,在此先从三维软件出现的背景出发，然后分析三维设计软件出现的原因，举例介绍现今主流三维设计软件，并研究二维软件必被三维软件取代的原因，接着述说各三维软件的各自优势，对应其应用前景及当今实际进行评价。

70年代，正值飞机和汽车工业的蓬勃发展时期，飞机及汽车制造中遇到了大量的自由曲面问题，采用多截面视图、特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面，由于三视图方法表达的不完整性，经常发生设计完成后，制作出来的样品与设计者所想象的有很大差异甚至完全不同的情况，设计者对自己设计的曲面形状能否满足要求也无法保证，所以还经常按比例制作油泥模型，作为设计评审或方案比较的依据，既慢且繁的制作过程大大拖延产了产品的研发时间，要求更新设计手段的呼声越来越高。

在复杂的投影线生成、尺寸漏标、机构运动关系分析、设计的更新与工程管理等的缺陷。

所以，二维机械CAD没有做到真正的计算机辅助设计。

随着计算机性能的提高，信息处理的智能化，机械设计手段正从二维CAD向三维CAD过渡，有相当一部分企业已完成了从二维CAD 向三维CAD转换，并取得了巨大的经济效益。

相对于二维系统而言，三维系统才是真正的计算机辅助设计。

进入21世纪，随着计算机硬件技术的发展，三维机械设计软件有了很大的进展，给机械设计领域带来了革命性的变化．使得设计工作突破了以往从二维平面视图开始的格局，从三维实体造型开始，整个产品设计过程从草图，实体，装配，虚拟样机，到最后自动生成二维工程图。

它主要的特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动修改设计．三维设计的真正意义还在于其进一步的专业化应用，比如三维CAD技术创建的是参数化的模型，可以提供进行有限元分析的原始基本数据，进而实现产品的优化设计．再比如还可以用仿真替代试制，将三维参数化模型直接转化成虚拟样机来检验设计结构的合理性，对装配体进行干涉检查、动态间隙检测，以判断在装配过程中零件之间有无干涉，通过移动或旋转零部件来动态检查零部件之间的间隙，避免实物安装时产生干涉而无法安装。

还可以根据对零件的加工方法要求、加工定位基准的选定及其他一些必须的工艺要求，利用系统的自动编程和后处理功能，实现NC自动化编程，传递给各种加工中心直接加工零件．目前三维CAD技术在我国机械行业正处在导入期，已经有越来越多的企业加入到三维设计软件的应用中．比如据SolidWorks公司大中国区一级代理商一北京亿达四方信息技术有限公司报道：中国一重集团的大连加氢反应器公司应用SolidWorks软件，将大型热连轧机及配套管道建立完整的三维模型，通过软件检测出所有的碰撞点，统计出完整的管件表和准确的尺寸，在工厂内完成管件预制，确保了现场一次安装成功。

Tuthill悬架技术(北京)有限公司通过采用SolidWorks三维cAD软件及COSMOS分析软件，成功减少产品设计时间达30％。

SolidWorks成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁和CV公司的高级副总裁发起，希望每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统1995年推出第一套三维机械设计软件，世界上第一个基于Windows开发的三维CAD软件，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，公司在两年内成为CAD/CAM产业中获利最高的公司，公司每年都有数十乃至数百项的技术创新。

1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名，从1999年起连续四年，美国最权威的CAD专业杂志授予“最佳编辑奖”，以表彰它的创新、活力和简明出色技术和市场表现，不仅成为行业的一颗耀眼明星，也成为华尔街青睐的对象。

1997年达索公司以3.亿美元的高额市值将其全资并购。

公司原有投资商和股东以1300万美元的风险投资获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界记录。

SolidWork是世界上第一款基于Windows的优秀三维设计软件。

其特征造型和参数化功能非常强大，但是不带有符合我国标准的常用件库，在机械产品设计过程中还存在着很多不便。

因此为了满足生产的需求，使其能够更有效地发挥作用，避免涉及人员的重复性劳动，简化设计过程，提高设计的效率，必须对其进行专业化的二次开发，建立适合的标准零件库。

1.3 机械设计三维软件的优点三维设计形象、直观：设计人员在设计零件时原始设想是三维实体，甚至是带有相当复杂的运动关系的三维实体。

由于以前的绘图手段有限，人们很难在图纸上将设想的零件表达成立体图形，不得不遵循共同的标准用正投影法形成的二维视图来表达自己的三维设想。

现在随着CAD软件的不断发展，现在能够在软件的支持下，直接由思维中的三维模型开始设计，其最直接的好处就是三维设计形象、直观，设计结构的合理性让人一目了然，且能非常直观方便的进行干涉检查，甚至可以作运动干涉分析。

在设计阶段即可实现模拟装配、模拟运转，使设计更加符合实际过程。

1.3.1 可实现参数化、变量化设计参数化及变量化设计是三维设计的基本思想。

传统的CAD绘图软件都是用固定的尺寸值定义几何元素，要进行图面修改只有删除原有的线条后重画，而新产品的设计不可避免地要进行多次的修改，进行零件形状和尺寸的综合协调、优化，而且大多数设计工作都是在原有设计基础上的改进。

在现有的二维的绘图软件中，虽然有的也具有一定的参数化设计功能，但实现不了基于装配环境的参数化设计。

三维设计中的参数化和变量化设计模块，使得零件的设计可以随着某些结构尺寸的修改而自动修改，在装配设计中可以用参数化和变量化技术来建立装配体中各个零部件之间的特征形状和尺寸之间的关系，使得当其中某个零部件的形状和尺寸发生变化时，其他相关零部件的结构与尺寸也随之改变。

这可以减少大量的重复劳动，减轻设计工作量。

使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，大大提高设计速度，并减少信息的存储量。

1.3.2 可以实现CDA/CAM集成狭义的CAM指应用CAM技术进行数控程序的生成、数控代码经通讯接口传输到数控机床，进行数控加工。

传统做法是在CAD中完成设计任务，由绘图机输出图纸，再由人工根据图纸进行数控加工编程。

由此在CAD和CAM中存在2套同样零件数据，易导致管理上的混乱；且在CAM 中二次定义产品数据易产生误差和失误。

利用三维设计可实现CDA/CAM 集成，使CAM直接取CAD信息进行加工，即产品从设计到制造全过程的信息集成和信息流自动化，保证加工的产品与设计精确的吻合。

1.3.3 可对重要零件进行有限元分析与优化设计对于形状、受力复杂的重要零件，在运用传统的设计方法进行设计时，由于设计计算数据不能做到与实际的工作状态高度接近，为保证零件工作的可靠性，往往要加大安全系数，使设计出的零件粗大笨重。

目前常用的三维设计软件都设有与有限元分析软件的接口，因此重要的零件经参数化三维造型设计后即输入到有限元分析软件当中，自动生成有限元网格并进行应力变形分析、热及热应力耦合分析、振动分析和形状优化，同时可对不同的工况进行对比分析。

如果分析的结果不符合设计要求则重新进行造型和计算，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率，并且做到优化设计，降低材料的消耗和成本，增加产品和工程的可靠性。

使设计水平发生质的飞跃。

1.3 现在所存在的问题本次课题是柔性实验室纵深拓展课题现有的实验室柔性制造系统。

基于固定尺寸自动化加工系统，CAM的G代码通过离线编译而固化。

在这种方式下，系统只能加工单一尺寸形状的零件，无法改变而缺乏应有的“柔性”。