CAD基础知识

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CAD基础知识
专业名词解
CAD (Computer Aided Design，简称CAD)计算机辅助设计
CAE (Computer Aided Engineering,简称CAE) 计算机辅助工程分析
CAPP Computer Aided Process Planning,简称CAPP).计算机辅助工艺规程设计
CAM (Computer Aided Manufacture)计算机辅助制造
PDM Product Data Management以产品为中心，通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中所有与产品相关的信息和过程集成起来进行管理的技术。

ERP (Enterprise resource plan)企业资源计划
CIMS 计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System,简称CIMS)是现代信息技术条件下的新一代制造系统。

它以计算机来辅助制造系统的集成，以充分的、及时的信息交流或信息共享将企业的设计、工艺、生产车间以及供销和管理部门集成一个有机的整体，使它们相互协调地运作，以确保企业的整体效益，提高企业的竞争能力和生存能力。

快速成型是个由三维转换成二维(软件离散化)，再由二维到三维(材料堆积)的工作过程。

三维造型 CAD的三维造型有三种层次的建立方法，即线框、曲面和实体，也就是分别对应于用一维的线，二维的面和三维的体来构造形体。

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三维CAD的重要性
中国即将加入WTO，制造业企业不得不参与国际市场竞争。

传统的产品开发方式已不再适应企业对产品的时间、质量、成本的要求。

因为传统手工绘图设计模式，很难用二维图纸
去描绘三维空间机构运动和进行产品装配干涉检查等工作，因此其工作流程是按顺序进行的。

很多时候是等模具做出来了，对产品进行试装配时才发现干涉或设计不合理等现象。

在设计早期不能全面考虑下游过程的要求，从而使产品设计存在很多缺陷，造成设计修改工作量大，开发周期长，成本高。

至于二维CAD系统，它可以帮助设计人员把图纸画得规范、漂亮，提高绘图效率的同时也便于图纸以后的修改及管理，在“甩掉图板”的初级阶段功不可抹。

但二维CAD系统与传统的手工绘图一样，对减少产品设计错误、设计更改和返工现象并无重大影响，对企业最需要的设计质量并没有多大的提高。

当今的三维CAD系统，用它可方便地设计出所见即所得的三维实体产品模型。

有了三维实体模型，可以进行装配和干涉检查; 可以对重要零部件进行有限元分析与优化设计（CAE）；可以进行工艺规程生成（CAPP）；可以进行数控加工（CAM）；可以进行快速成型，在做模具之前就可以拿到实物零件进行装配及测试；可以启动三维、二维关联功能，由三维直接自动生成二维工程图纸；可以进行产品数据共享与集成等等。

这是二维绘图无法比拟的。

要提高制造业水平，必需要有先进的设计工具。

随着计算机硬件性能的不断提高，入门级NT工作站才1万元左右，加上三维软件造型功能的不断完善，CAD已完成从二维绘图转向三维设计,产生了质的飞跃，到了三维CAD的实用阶段。

用三维CAD/CAM系统进行产品开发，从根本上改变了过去手工绘图，凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式。

设计构思的表达由二维图纸演变成能在计算机模拟显示零件三维实体模型的虚拟产品（虚拟样机），这是一种新的设计和生产技术管理体制，是提高企业竞争能力主要手段之一。

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如何建设CAD系统
一.实施前的总体规划
总体规划就相当于指南针。

有了总体规划才少走弯路，减少投资风险。

因CAD/CAM系统的投资是巨大的，少则需几万人民币，多则过百万人民币。

如果没有根据企业的实际需求出发，只追求CAD/CAM是高科技，具有高效、高产出，盲目投资，其风险是存在的。

如何将风险减至最低，又能达到我们预定的目标，就应制定总体规划。

针对CAD/CAM软件、硬件发展迅速，应采用分步走、不停步的策略,并在发展中不断地修正总体方案。

（一）明确第一阶段目标
面对琳琅满目的软件，不能只听推销商讲：它有什么功能，能为做些什么；而要问自己：我们要它做些什么。

找出供求点，确定第一阶段的目标和制定实施方案。

（二）未来的预见
制造业企业最终还是要实施CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP/OA/电子商务等信息集成一体化。

从长远的角度看，企业一开始就要制定一个有利于CAD/CAM集成，甚至包括设计、制造、
管理和更大范围集成的总体规划。

要对信息化建设有一个宏观的认识。

要知道那些软件先上，那些软件后上，那些可同时上。

如制造业企业不上三维CAD，就先上PDM。

这对制造业企业来讲是本末倒置。

因三维CAD 是制造业企业CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM的信息源头。

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二.软件选择
软件选择的成败往往关系到该项目投资的成败。

应根据本企业实际需求，做好功能需求分析。

CAD软件通常应考虑的问题:
1.软件功能应能满足用户的需求。

即实用性。

2.软件本身各方面功能。

主要从智能化、标准化、集成化去评价。

3.软件应登记注册。

4.运行稳定可靠。

5.与其它系统的文件转换接口。

6.软件的开放性，尤其指二次开发。

7.人机界面易学易用。

8.往后的升级能力。

9.公司背景及售后的技术支持能力。

10.价格因素。

其中选择二维CAD还要着重考虑如下几方面:
1.基本的二维图形绘制和编辑功能。

2.各种符合中国标准的图面设置和标注工具。

如视图、尺寸、公差标注、形位公差、粗糙度、剖面线等。

3.标准件库，且符合国标。

4.动态导航。

5.标题栏、明细表绘制填写工具等。

6.汉字输入系统。

7.是否有一定的用户群。

其中三维CAD还要着重考虑如下几方面:
1.成熟的曲面的造型能力。

2.成熟的实体造型能力。

3.成熟的特征造型技术。

4.三维图转二维图的能力，是否全关联。

5.是否有CAE、CAPP、CAM、MRP及PDM模块，如果没有是否提供这些大型软件的双向数据传递接口。

6.数据管理如何。

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二维软件介绍
二维软件最有代表性的要数美国的Autodesk公司的AutoCAD软件了，它约占全球CAD 用户的60％装机量，具有极多的用户群。

不过AutoCAD是一种通用软件，一般要经过二次开发才好用。

目前国内的很多二维软件都是在AutoCAD平台上开发出来的。

如高华(同
方)CAD、THCAD、科健CAD、XTMCAD等。

近来也有不少具有自主版权的国产二维软件，如PICAD、开目CAD、正直CAD、BCAD、CAXA等。

目前国内二维软件已进入成熟阶段，而且国内软件的几何画法、尺寸标注、写汉字、图库标准等更适合国情。

每套价格约为4000-9000元人民币，价格只是国外的三分之一，相对外国软件更具竞争力。

但选择国内软件需留意的是运行是否稳定，是否与其它流行的大型软件有双向数据传递接口，往后的升级能力如何。

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三维软件介绍
目前国际最为流行的机械工程CAD/CAE/CAM软件十多种，各有所长，现时在中国市场上比较有竞争力,功能齐全的高档机械CAD/CAM软件有:美国SDRC公司的I-DEAS软件、美国EDS公司的UG软件、PTC公司的Pro/Engineer软件;中档机械CAD/CAM软件有SolidWorks、SolidEdge、MDT、国产的金银花等三维软件。

加工软件有以色列的Cimatron等软件。

从宣传资料或应用体会对I-DEAS、UG和Pro/Engineer作一简单介绍。

1.SDRC的I-DEAS Master软件
美国SDRC公司，1967成立，致力于CAD/CAE/CAM软件的研究和开发。

2000年，推出
I-DEAS Master Series 8最新版本，有中文版本。

I-DEAS软件以CAD/CAE/CAM一体化著称，分析方面较好，加工方面较弱。

因此在96年，SDRC公司收购了世界一流的加工软件CAMAX，并集成到I-DEAS界面中，使加工方面得以加强。

I-DEAS提供多种著名软件的接口，其中有用于线性和非线性有限元分析的MARC/Mentat II软件接口；专用于三维设计造型的Alias Designer软件接口等。

I-DEAS软件现广泛应用于汽车，家电产品及工业制造业的复杂机械产品设计、分析、测试、加工方面。

I-DEAS软件的曲面造型完全基于NURBS几何定义的，它提供了一组丰富的曲线曲面生成工具，用以放样、扫掠、缝合曲面，能对曲面形状进行灵活控制。

在建立在三维实体模型时，采用了草图设计的概念，软件的人机界面能尽可能地模拟设计人员所用习惯采用的概念化思维过程，比较易学易用。

I-DEAS Master Series软件将所有模块有机地集成一体，辅以组数据管理器(TDM)等功能，为设计人员提供了并行设计工程的环境，设计人员之间可便利地进行数据交换，实现资源共享。

为了实现强强联手的发展战略,2001年EDS并购了SDRC,预计2004年SDRC的I-DEAS
和EDS的UG推出第一个合并版本。

集两大软件的长处，最终用户受益不少。

2.EDS公司的UG软件
UG软件，起源于美国麦道飞机公司，UG于1991年并入美国EDS公司。

2000年，推出UG V16最新版本软件。

它集成了美国航空航天、汽车工业的经验，成为机械集成化
CAD/CAE/CAM主流软件之一。

主要应用在航空航天、汽车、通用机械、模具、家电等领域。

采用基于约束的特征建模和传统的几何建模为一体的复合建模技术。

在曲面造型、数控加工方面是强项，但在分析方面较为薄弱。

但UG提供了分析软件NASTRAN、ANSYS、PATRAN接口，机构动力学软件IDAMS接口，注塑模分析软件MOLDFLOW接口等。

Unigraphics提供给公司一个从设计、分析到制造的完全的数字的产品模型。

3.PTC公司的Pro/Engineer软件
美国PTC公司，成立于1985年，九十年代初已成为全球CAD/CAM市场增长最快的公司。

该系统是一个全参数化、基于特征和全相关的崭新系统。

它把所有的功能模块在统一的数据库下联系起来，使其在同一数据库结构下工作提供了所有工程项目之间的全关联。

特别在参数设计技术上独领风骚，但在分析、制造方面并不是强项。

Pro/Engineer自带的特征库就含有如下特征：生成复杂拱形表面；三维扫描外形；复杂的非平行或旋转混合；混合/扫描；管道等。

该软件的曲面处理适合于通用的机械设计中较常见的曲面造型问题。

从软件的三维造型特点来看，I-DEAS和UG两种软件属于复合建模，适于复杂的曲面设计；Pro/Engineer软件采用全参数化造型技术，比较适于零件相对简单，部件结构比较复杂的产品设计。

这三种软件的在分析、加工方面也差别较大的。

除了三种软件外还有很多选择。

具体到底选那种软件，要根据企业的需要，多参观几家
用户，看它们的实际使用情况，相信会有帮助的，但不一定要跟风。

总之，每个软件都有它的长处，否则就没有百家争荣的局面了。

只要所选的软件的长处是本企业最需要的，其三维CAD（设计）模块能提供各专业应用软件接口，为以后的CAE（工程分析）/CAPP（工艺规划）/CAM（制造）/MRP（制造资源管理）/PDM（数据管理）的应用铺好路就行。

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三.硬件选择
计算机硬件平台是CAD/CAM的技术基础，选准未来的主流产品是选型的基础工作。

硬件的选择与硬件性能、所用的操作系统、应用软件是密不可分的。

硬件选配原则
以前，三维CAD/CAM软件一般运行于UNIX操作系统上，硬件是工作站。

随着微机性能的不断提高，现高端配置的微机性能已接近低档工作站的性能，微机已有很好的运算和图形处理能力，能胜任二维绘图工作，甚至一般的三维CAD/CAM工作。

以后，Windows NT操作系统将成为运行三维CAD/CAM软件的主流平台，其硬件是微机。

在UNIX工作站上运行三维CAD/CAE/CAM软件快且稳定，现时Windows NT微机在这方面还有待努力。

因此在高端
CAD/CAE/CAM应用及动画制作方面，微机还未能动摇工作站的地位。

因工作站价格昂贵，在硬件购置上应根据实际需要，分工合作。

UNIX工作站和NT微机按一定比例组成CAD/CAE/CAM应用网络。

工作站主要的品牌有SUN、SGI、IBM、HP等。

如SGI的Octane2系列，HP visualize c系列等，其运算能力和图像处理能都很不错。

一分钱一分货，其价格也挺高的大约30至50万人民币一台。

现着重谈谈微机的配置及选购。

在微机选购上，当资金充裕的可选用专业图形工作站（其实也属微机），如国外的COMPAQ AP/SP系列、HP XU/Visualize系列、国产的联想补天工作站系列等。

其价约2.5-8万人民币。

如想购买性能价格比高的可选兼容机。

其价约1-3万人民币。

但购买兼容机的最大隐患就是质量及稳定性，还要注意配置后整机的性能。

因此各配件应选用信誉高的生产商产品，并而且一定要考虑CPU、主板、内存、硬盘、显示卡等接口是否相配。

目前入门级NT工作站才1万元左右，点击这里弹出典型配置。

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四.网络组建
企业要普及CAD技术，一般都不是单机运行，而是多台机协同工作。

计算机间可通过网络来传递信息。

CAD使用的工作站一般有NT工作站（也可叫PC工作站)和UNIX工作站，工作站之间附以传输介质、连接器、网卡、集线器、交换机等配件,通过以太网、TCP/IP或其它协议就可将各部门有机地连接起来，进行网上运行。

小规模以太局域网的规划
网络建设可根据电脑规模而定。

如果只有10多台电脑集中在几十米范围内的小公司，可按上图绿色部分去建设。

(注：H1-H3可以是集线器，也可以是交换机;S1指交换机)
要该网络带宽达到百兆,必须确保在每台PC机上都配置有与快速以太网兼容的网卡；集线器或交换机支持100 Mbps或10/100 Mbps自适应；连接线要是5类或者超5类双绞线，并且打线要规范;使用非屏蔽双绞线时，水平布线或垂直布线的最远距离要小于100米。

如果有几十台电脑连网,自己不太内行的，最好还是请有专业技术的网络公司帮忙规划和施工布线。

传输介质选用原则
从经验做法来看，铜缆是办公环境首选的介质，因为它的购买成本、安装成本和维护成本都最低。

而在出现距离问题时，应考虑采用光纤；对不断移动的设备,在出现接入问题时，则应考虑采用无线设备。

RJ-45插头的打线标准与制作
操作流程
1.先抽出一小段线，然後先把外皮剥除一段(约15-20mm)
2.将双绞线反向缠绕开
2.根据接线标准排线：注意这里是非常重要
3.铰齐线头(无外皮长留12-14mm)
4.插入插头
5.用打线钳夹紧
6.使用测试仪测试
接线标准
目前安装的大多数网络布线是非屏蔽双绞线，其遵循的标准一般有两个：
一是北美的标准EIA／TIA 568A，二是国际标准即ISO/IEC 11801。

T568A/T568B
八根线要根据标准插入到插头中。

工程中使用比较多的是T568B打线方法。

T568B压线顺序，从左到右为：白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕，棕
注意事项
1. T568A/T568B 二者没有本质的区别，只是颜色上的区别
2. 本质的问题是要保证：
1,2 线对是一个绕对
3,6 线对是一个绕对
4,5 线对是一个绕对
7,8 线对是一个绕对
3.工作站<->集线器（交换机）所用双绞线接法，工程中使用比较多的是T568B打线方法。

不要在电缆一端用T568A，另一端用T568B。

4.工作站<->工作站所用双绞线接法,采用一端用T568A，另一端用T568B的跨接线特殊接线方法。

有时集线器（交换机）<->集线器（交换机）也会用采用。

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五.输出设备
图纸的最常用输出设备就是绘图仪。

笔式绘图仪已淘汰，激光打印机输出幅面一般在
A3以下，如要输出A0幅面的图纸应首选喷墨绘图仪。

A0大幅面的喷墨绘图仪，HP公司的产品不错。

如输出A0图幅,可选单色600dpi的HP DJ430或彩色1200dpi的HP DJ800等；如输出图幅在A2以下，可选佳能BJC-5500喷墨绘图仪，物美价廉；如输出图幅在A3以下，可选激光打印机，它的特点是购机贵，打印费用较喷墨低，打印质量好，适合于大量打印。

六. 实施后要跟进的几个问题
1. 重视人员培训，制定激励措施
2. 体制改革
改革现有的体制去适应新的生产模式，提高生产率。

3. 领导重视
因这牵涉到体制改革和资金的运用等问题。