淺論CAD/CAM軟件在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王曉翠

【摘 ?要】CAD/CAM軟件可謂是全能產(chǎn)品，它們整合了工程圖出圖、零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開(kāi)發(fā)、數(shù)控加工、鈑金設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)模擬、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理等

【關(guān)鍵詞】設(shè)計(jì);軟件;應(yīng)用

我們知道成功的設(shè)計(jì)師應(yīng)具備以下幾點(diǎn)：1.強(qiáng)烈敏銳的感受能力，2.發(fā)明創(chuàng)造的能力，3.對(duì)作品的美學(xué)鑒定能力，4.對(duì)設(shè)計(jì)構(gòu)想的表達(dá)能力，5.具備全面的專(zhuān)業(yè)技能 。對(duì)于自己的設(shè)計(jì)理念，構(gòu)想怎樣在別人面前展示出來(lái)呢？以前就是手工畫(huà)出相應(yīng)圖紙結(jié)合說(shuō)明書(shū)給人家講解，在現(xiàn)代社會(huì)就要通過(guò)運(yùn)用相關(guān)的軟件畫(huà)出相應(yīng)的二維圖紙和三維圖形來(lái)展示出來(lái)。那就要求設(shè)計(jì)師要熟悉一兩款二維平面圖形的軟件如Autocad等和三維軟件如PRO/E、UG等，下面就CAD/CAM軟件在設(shè)計(jì)中的輔助作用加以闡述。

一、三維設(shè)計(jì)軟件

CAD/CAM軟件可謂是全能產(chǎn)品，它們整合了工程圖出圖、零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開(kāi)發(fā)、數(shù)控加工、鈑金設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)模擬、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理等。 所以，市面上凡是招產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的基本上都會(huì)要求會(huì)幾款輔助設(shè)計(jì)軟件如：Pro/E、AutoCAD、或UG或SOLIDWORK或MASTERCAM等，對(duì)于設(shè)計(jì)師而言，如果不能使用相應(yīng)的軟件來(lái)輔助自己設(shè)計(jì)而要拿到含金量高的“飯碗”就有點(diǎn)困難了。

在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所用軟件的功能各有千秋，現(xiàn)綜合自己在工廠所用和在學(xué)校所接觸到的實(shí)際，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)中所用的CAD/CAM軟件特點(diǎn)及功能介紹如下：

（一）CAD系統(tǒng)軟件

CAD系統(tǒng)軟件包括CAD設(shè)計(jì)軟件、CAE分析軟件、CAM數(shù)控加工軟件等。

目前，在我國(guó)市場(chǎng)上銷(xiāo)售的各類(lèi)CAD軟件中，最有代表性的CAD系統(tǒng)是美國(guó)Autodesk公司開(kāi)發(fā)的具有三維功能的通用二維CAD繪圖軟件——AutoCAD，是當(dāng)前最普及的二維CAD平臺(tái)軟件之一：

1.具有完善的圖形繪制功能：能以多種方式創(chuàng)建直線(xiàn)、圓等基本圖形對(duì)象;2.有強(qiáng)大的圖形編輯功能：可以移動(dòng)、復(fù)制、修剪、縮放對(duì)象等;3.標(biāo)注尺寸：可以創(chuàng)建多種類(lèi)型尺寸，標(biāo)注外觀可以自行設(shè)定;4.可以進(jìn)行多種圖形格式的轉(zhuǎn)換，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力;5.支持多種操作平臺(tái);6.具有通用性、易用性，適用于各類(lèi)用戶(hù)。

（二）Pro/E

具有以下功能和特點(diǎn)：

1.Pro/E概念與工業(yè)設(shè)計(jì);2.Pro/E詳細(xì)設(shè)計(jì)。Pro/E詳細(xì)設(shè)計(jì)可提供通用參數(shù)化實(shí)體建模功能，包括零件幾何建模、焊接設(shè)計(jì)、工程圖紙生成`-等;3.Pro/E仿真分析。Pro/E仿真分析包括對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與熱效分析、機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析和行為建模等;4.Pro/E制造。Pro/E制造功能可提供面向模具行業(yè)的NC編程等CAM功能，包括注塑專(zhuān)家、計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)等;5.Pro/E線(xiàn)路/管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（三）UG

UG NX的主要產(chǎn)品模塊與功能特點(diǎn)如下：

1.產(chǎn)品規(guī)劃。產(chǎn)品規(guī)劃提供了基于知識(shí)與需求的產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計(jì)工具與體制;2.外觀造型與工業(yè)設(shè)計(jì)。集外觀造型與工業(yè)設(shè)計(jì)于一體，支持產(chǎn)品創(chuàng)新工程。包括自由曲面建模、渲染等;3.產(chǎn)品設(shè)計(jì)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大的零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、工程圖生成等產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能;4.仿真分析與優(yōu)化。 通過(guò)數(shù)字化虛擬樣機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品及其開(kāi)發(fā)過(guò)程的數(shù)字化仿真、分析驗(yàn)證與優(yōu)化等;5.工裝設(shè)計(jì)。工裝設(shè)計(jì)功能可提供強(qiáng)大的夾具和模具等工裝設(shè)計(jì)等;6.數(shù)控加工。數(shù)控加工功能可提供強(qiáng)大的2-5軸銑削加工NC編程、刀路與加工過(guò)程仿真、刀具庫(kù)管理等;7.協(xié)同管理平臺(tái)。包括工作流程管理、變更管理以及產(chǎn)品配置管理等。

三維設(shè)計(jì)軟件除了以上幾款軟件以外不同地區(qū)采用軟件略有不同，以上三款是最常用的，還有solidwork等，我就不在這里一一介紹了。

二、軟件功能

（一）機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)

在零件設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，設(shè)計(jì)者將設(shè)計(jì)思想以三維模型的形式表達(dá)。過(guò)去普遍采用二維工程圖，一次只能畫(huà)一個(gè)視角，非常繁瑣。CAD/CAM

思或已有的二維圖紙，就很方便地造出其三維模型，利用其二三維模型，可以進(jìn)行各種分析，在分析的基礎(chǔ)上，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)或用于后處理。如 CAXA創(chuàng)新設(shè)計(jì)不需要預(yù)先構(gòu)思好設(shè)計(jì)的結(jié)果，只要有原始的創(chuàng)新概念，便可從三維開(kāi)始，通過(guò)三維的智能圖素和豐富開(kāi)放的三維智能構(gòu)件，像搭積木和雕塑一樣，一步步把構(gòu)思表達(dá)出來(lái)，并通過(guò)直觀的可視化拖放操作或精確化的設(shè)定方法進(jìn)行動(dòng)態(tài)修改，以達(dá)到滿(mǎn)意逼真的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)工程設(shè)計(jì)結(jié)果。

（二）零部件設(shè)計(jì)檢查

采用三維軟件設(shè)計(jì)時(shí)，所有結(jié)構(gòu)部件很方便用該軟件進(jìn)行干涉檢查，更正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤或修改設(shè)計(jì)不足，尤其對(duì)于一些有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件，還可以對(duì)其運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行動(dòng)態(tài)干涉仿真，以確定設(shè)計(jì)的合理性。

（三）復(fù)雜工裝設(shè)計(jì)

在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造，經(jīng)常需要設(shè)計(jì)一些復(fù)雜曲面成型工裝，如果用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì) ，在結(jié)構(gòu)上需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算 ，同時(shí)需要復(fù)雜的二維圖紙表達(dá)。但是用三維設(shè)計(jì)，根據(jù)必要的幾何尺寸，很方便地就可以做出三維結(jié)構(gòu)，在不斷調(diào)整各種尺寸和相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，最后自輸出二維工程圖進(jìn)行工裝制造。如游戲手柄：

（四）產(chǎn)品技術(shù)交流

1.產(chǎn)品銷(xiāo)售中的技術(shù)交流。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，產(chǎn)品銷(xiāo)售過(guò)程中，產(chǎn)品介紹是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)。采用三維技術(shù)做出的產(chǎn)品模型，非常直觀，再配以三維仿真，宣傳效果大大提高。如轎車(chē)產(chǎn)品仿真模型;2.生產(chǎn)過(guò)程中的技術(shù)交流。在生產(chǎn)過(guò)程中，相關(guān)人員要經(jīng)常對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)交流。過(guò)去依靠二維工程圖，對(duì)于一些復(fù)雜產(chǎn)品，往往要進(jìn)行反復(fù)交流才能解決問(wèn)題。利用三維技術(shù)進(jìn)行交流，雙方很快達(dá)成共識(shí)。現(xiàn)在很多技術(shù)方案都是采用三維實(shí)體設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行技術(shù)交流工作。

（五）提高產(chǎn)品的可視化程度、縮短生產(chǎn)周期

當(dāng)手工模型與效果圖之間不可避免地產(chǎn)生一定差距 （包括形態(tài)和表面質(zhì)感），根據(jù)模型而到的生產(chǎn)尺寸相對(duì)于模型本身也同樣會(huì)產(chǎn)誤差 ，這兩種誤差并必然使最終得到的產(chǎn)品模型和效果圖之間極可能產(chǎn)生較大的差距，這種差距往往是與設(shè)計(jì)師的愿望背道而馳。但如果采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) （CAIM），專(zhuān)業(yè)工業(yè)設(shè)計(jì)軟件 Proe結(jié)合 3Dsmax配合快速成機(jī) ，至少可以得到以下幾個(gè)方面的改善 ：1.設(shè)計(jì)產(chǎn)品效果圖時(shí)即可同時(shí)做質(zhì)感和結(jié)構(gòu)工藝等設(shè)計(jì) ，甚至能同時(shí)得到生產(chǎn)圖，這為產(chǎn)品的并行化設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和條件。2.使設(shè)計(jì)中十分困難的表面質(zhì)感設(shè)計(jì)變得容易，在電腦中能方便地模擬調(diào)制出各種材料和質(zhì)感 ;3.對(duì)于一些小型的產(chǎn)品，可以省去傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中手工制作模型的程序直接采用快速成型;4.前述的兩種誤差將得到完美的解決，因而能最終得到的產(chǎn)品與前期設(shè)計(jì)的電腦中的數(shù)字模型及有快速成型機(jī)得到的模型幾乎保持了完全的一致。從而縮短產(chǎn)品確認(rèn)周期，從而方便客戶(hù)快速確認(rèn)而投產(chǎn)。

在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)中，因?yàn)橛辛巳S設(shè)計(jì)軟件，我們不僅可以快速地 “畫(huà)”出效果圖，還能逼真地模擬出產(chǎn)品的實(shí)際效果 （包括表面質(zhì)感和光影等 ）和準(zhǔn)確的透視，從不同的角度展示產(chǎn)品的各個(gè)方向和結(jié)構(gòu)部件的效果，因而有時(shí)可以省掉做手工模型這一低效率的環(huán)節(jié)，大大縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期。在實(shí)行市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的今天，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率的提高所起的作用往往是決定性的，與企業(yè)的前途生死攸關(guān)。 在計(jì)算機(jī)面前設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的圖板 、尺、規(guī)、筆 、紙、顏料等工具均被削弱了原有的地位和價(jià)值，計(jì)算機(jī)操作平臺(tái)為我們提供了無(wú)限廣闊的空間。這種方式被稱(chēng)為“無(wú)紙化設(shè)計(jì)”，它大大降低了我們的勞動(dòng)強(qiáng)度，也提高了設(shè)計(jì)的效率。同時(shí)，這些軟件之間可以通過(guò)某些方式互相聯(lián)系，也就是存在著一些相互聯(lián)接的接口，這便于在設(shè)計(jì)時(shí)取長(zhǎng)補(bǔ)短。這樣，我們幾乎沒(méi)有不能完成的任務(wù)，當(dāng)然包括很多手工根本無(wú)法完成的任務(wù)。

我們不得不承認(rèn)，對(duì)設(shè)計(jì)而言，電腦主要充當(dāng)著輔助工具的角色。記住，它是一個(gè)工具，一個(gè)與以往設(shè)計(jì)師們做設(shè)計(jì)時(shí)所使用的筆、尺等有著相同性質(zhì)的工具，只不過(guò)相比較而言它具有一定的優(yōu)勢(shì)，甚至是大大的優(yōu)勢(shì)，只是我們從事設(shè)計(jì)的手段，它本身并不是設(shè)計(jì)作品質(zhì)量的根本保證。作為設(shè)計(jì)師，最重要的莫過(guò)于作品本身的的質(zhì)量和內(nèi)涵的理解和把握，這要取決于設(shè)計(jì)師各方面的素質(zhì)，如科技文化素質(zhì)、思維水平和理論修養(yǎng)等等，而不是掌握設(shè)計(jì)軟件水平的高低，只有把電腦設(shè)計(jì)和手工繪制有機(jī)地結(jié)合在一起，才能達(dá)到完美的效果。

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