浅谈计算机辅助创新设计

浅谈计算机辅助创新设计
作者：孙依黎李云峰
来源：《科技创新导报》2011年第33期
摘要:随着计算机技术的不断提高、应用的不断拓展,计算机图形学、计算机虚拟技术的深入发展,在机械创新设计方面,出现了一系列新技术,提高了产品设计和制造过程的效率,大幅降低了产品的成本,带来了机械行业的飞速发展。

本文浅谈几种以计算机技术为支撑的机械创新设计模式、创新设计领域中前沿设计方法及理论,最终提出一些意见和自己的看法。

关键词:创新设计协同设计虚拟设计智能设计
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)11-0153-01]
计算机辅助设计就是在计算机技术的支持下,在设计领域完成的创造性、突破性活动,是当今科技高速发展、信息产业不断优化的时代产物。

在设计思路、描述手段、制造方法等方面都有着根本性的变化。

1 计算机辅助创新设计常见的方法
计算机科学技术的飞速发展,直接对社会产生了不小的影响。

计算机辅助设计(CAD)技术兴起于上个世纪50年代的工业发达国家,主要是飞机与汽车制造业等大型工业。

60年代初的迅速发展基础是在把计算机屏幕上绘图变为可能之后。

最初设计人员只是借助此来摆脱低效率低精度,繁琐的传统手工制图,因此CAD的发展前期,仅仅是Computer Aided Drawing也就是图版。

随着计算机技术的提高,CAD技术在工业工程上的应用功能不断扩展,目前, CAD技术已经发展到计算机为整个产品的辅助设计,即包括产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造等;集成的、智能化的CAD系统也即将成为当今CAD工程的发展主流;所以CAD已经不再仅仅是计算机辅助绘图,而已演变成为计算机辅助设计Computer Aided Design。

同时,现代的CAD与CAE、CAM、CAPP、CNC、CIMS等技术结合起来,促使一些新的设计技术和手段出现并在一定程度上得到了应用,主要表现在基于CAD软件的创新设计、虚拟设计、协同设计、智能设计等等。

这些技术的应用和推广起到了提高设计效率、优化设计方案、减轻技术人员工作强度、缩短设计周期、提高设计的标准化等作用,使工业产品的更新换代周期大幅度缩短,同时降低生产成本,推动机械行业快速发展[1]。

2 基于CAD软件的创新设计
在软件更新如此迅猛的时期,CAD软件在应用方面可分为两个基本方面:一方面是二维设计,另一类是以三维建模为基础的大型CAD/CAM软件。

二维计算机辅助设计如THCAD、PCCA 等以美国Autodesk公司AutoCAD为基础开发的辅助设计软件等。

三维建模的CAD软件比较常用的有CATIA,Solidworks,UG,Pro/E等。

以上软件不仅有着很强的绘图功能,还可以进行实体建模,绘制各种产品的零部件,同时对零部件进行装配、动态演示、模拟仿真和工程分析,这些功能大大提高了机械产品的设计制造效率还减少了传统设计制造过程中资源的浪费。

相对于传统产品计划和大批大量生产来说,它就具有更强的灵活自主性,缩短了生产准备周期,减少了资源闲置浪费。

[2]
3 协同设计技术
协同设计或计算机支持的协同设计CSCD的概念源于CSCW,即计算机支持的协同工作。

它具有分布性、共享和通信、开放性、异步性、自动化支持、工作协同性、信息共享性和异质性等特点。

目前协同设计的主要研究内容有以下几点:(1)协同设计求解模型。

(2)协同设计体系结构及系统。

(3)在网络通信基础上,如何实现整个群组的协同工作。

找到协同设计冲突消解方法。

随着计算机技术的进步和Internet的发展,协同设计实现网络资源共享,减少同一设计的异地资源浪费,节省人力物力资源辗转和运输成本的优越性就能充分体现出来。

4 虚拟设计技术
虚拟设计也是计算机技术高速发展的必然产物。

它涉及多方面的学科研成果与专业技术,通过以虚拟现实技术为基础,以机械产品为对象,把设计人员从传统的感器与多维的信息环境进行交互,同时利用这项技术也可以大大地减少实物模型和样同的制造。

虚拟设计是一种新的设计概念和技术。

是将产品从概念设计到投入使用的全过程在计算机上构造的虚拟环境中虚拟地实现,其目标不仅是对产品的物质形态和制造过程进行模拟和可视化,而是对产品的性能,行为和功能以及在产品实现的各个阶段中实施方案进行预测、评价和优化。

与传统的模拟技术完全不同,是将模拟环境、视景系统和仿真系统合三为一,并利用传感装置,把操作者与计算机生成的三维虚拟环境连结在一起。

通过传感器装置与虚拟环境交互作用,可获得视觉、听觉、触觉等多种感知,并按照意愿去改变的虚拟环境。

在应用方面虚拟设计不仅可以实现对产品的设计,还能够进行虚拟装配设计、虚拟人机工程设计等。

在21世纪,人类将进入虚拟现实的崭新时代。

5 智能设计技术
随着科技的进步和生产的需求,自然地会提出人类智力活动能不能由计算机来实现的问题。

CAD技术逐渐发展到ICAD (智能CAD)阶段。

ICAD系统中的智能设计和基于知识库系统的工程是出现在产品处理发展过程中的新趋势。

CAD技术的思想是使用计算机来辅助人类完成设计活动。

传统的CAD系统能帮助工程技术人员完成的都是后两类设计工作,但却缺少智力
创造的成分,ICAD技术的研究重点就是建立能够帮助辅助设计人员完成设计工作中包括智力创造在内的各种设计活动的ICAD系统或环境,从而进一步增强CAD系统对设计工作的支持强度,提高设计的自动化程度。

ICAD是一种多个智能体与多种CAD功能模块有机集成的支持产品设计的复杂设计系统。

但要注意的是它也并不是真正的能做到完全的“自主设计”,在设计的过程中,ICAD仍然强调计算机在设计工作中的“辅助地位”,设计者仍然需要参与设计活动,并且仍然是设计活动的主宰者。

基于CAD软件的创新设计,协同设计,虚拟设计,智能设计等都将成为常见的机电系统创新设计方法,这些方法和技术必定能在推动未来社会生产进步中发挥越来越重要的作用。

6 结语
随着计算机技术的飞速发展,先进设计制造技术手段突飞猛进,必定在社会生产中扮演着重要角色,新的计算机辅助创新设计方法越来越多的实现和应用必将成为发展趋势。

不光光是在机械行业的大力推广,因为目前我国工业化、信息化起步较晚,必须加强自主研发和创新能力,另外还要借鉴国外的先进研究成果,尽快加速先进设计模式在我们国家大中小型产业中的发展,还要努力实现多方向、广覆盖、重应用。

相信随着计算机辅助创新设计在我国的发展和应用,能给我们指引更长远的目标。

参考文献
[1] 童秉枢,李学志,吴志军,张新凤.机械CAD技术基础.北京:清华大学出版社,1996.
[2] 张新昌.CAD技术[J].科学大众,2003,(5):99～101.。