安向東,蘇 雅
(中原工學(xué)院,河南 鄭州 450007)
工業(yè)設(shè)計(jì)與CAX集成方法
安向東,蘇 雅
(中原工學(xué)院,河南 鄭州 450007)
主要是針對當(dāng)今工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)日益走向社會的每個(gè)角落,改善人們生活質(zhì)量的同時(shí),藝術(shù)設(shè)計(jì)與工業(yè)制造產(chǎn)生了瓶頸。好的工業(yè)設(shè)計(jì)難以實(shí)施,形不成實(shí)際的產(chǎn)品。論文將藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域與機(jī)械制造技術(shù)整合,將優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)由藝術(shù)層面轉(zhuǎn)換為可以制造的產(chǎn)品,完成設(shè)計(jì)到制造的集成,減少產(chǎn)品從概念到市場的周期,提高質(zhì)量,降低成本,實(shí)現(xiàn)綠色化制造。課題結(jié)合工業(yè)設(shè)計(jì)與機(jī)械設(shè)計(jì)理論與技術(shù),將從一個(gè)產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì),到制造成產(chǎn)品的過程,采用CAX(CAD/CAM/CAE/CAT)技術(shù)有機(jī)地進(jìn)行集成,使產(chǎn)品設(shè)計(jì)最優(yōu)、最快、最合理、最便捷地成為實(shí)際的產(chǎn)品,提高市場競爭力,實(shí)現(xiàn)全過程的綠色與環(huán)保。
工業(yè)設(shè)計(jì);CAX;集成;并行工程
工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)(Industrial Design)指以工學(xué)、美學(xué)為基礎(chǔ)對工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)。工業(yè)設(shè)計(jì)包括造型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)等。傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)的核心是產(chǎn)品設(shè)計(jì)。伴隨著歷史的發(fā)展,設(shè)計(jì)內(nèi)涵的發(fā)展也趨于更加廣泛和深入。現(xiàn)在,人類社會的發(fā)展已進(jìn)入了現(xiàn)代工業(yè)社會,設(shè)計(jì)所帶來的物質(zhì)成就及其對人類生存狀態(tài)和生活方式的影響是過去任何時(shí)代所無法比擬的,現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的概念也由此應(yīng)運(yùn)而生。
同樣國內(nèi)CAD/CAM技術(shù)也突飛猛進(jìn),國產(chǎn)化的CAD/CAM軟件日趨成熟,達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化要求。國內(nèi)的模具制造業(yè)引進(jìn)了國外的和自主研發(fā)生產(chǎn)的線切割機(jī)、電火花加工、數(shù)控機(jī)床、加工中心、PVD表面硬化技術(shù)、激光加工等,我國的模具生成已經(jīng)趨向自主化生成。
本項(xiàng)目將過去產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)到機(jī)械設(shè)計(jì)、制造過程整合,將藝術(shù)領(lǐng)域和制造領(lǐng)域有機(jī)地結(jié)合在一起,更好、更快、更可靠地將產(chǎn)品的概念轉(zhuǎn)化為實(shí)際的產(chǎn)品。使產(chǎn)品更快地走向市場,占領(lǐng)市場,并實(shí)現(xiàn)環(huán)保、綠色設(shè)計(jì)。
實(shí)現(xiàn)CAID(計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì))與CAD無縫集成,實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)CE,將產(chǎn)品開發(fā)的各階段,規(guī)劃、概念開發(fā)、系統(tǒng)級設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、測試和提煉、生產(chǎn)啟動(dòng)進(jìn)行并行、協(xié)同。從一開始就考慮產(chǎn)品的生命周期中的所有元素,將下游環(huán)節(jié)的可行性、技術(shù)、生成條件等作為設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的約束條件,使各個(gè)環(huán)節(jié)并行、集成。
1.1 集成過程
(1)過程重構(gòu)是由傳統(tǒng)的串行產(chǎn)品開發(fā)模式轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿械?、集成的設(shè)計(jì)模式,使下游過程中的需要及時(shí)地反饋到相應(yīng)過程中。
(2)數(shù)字化產(chǎn)品定義,數(shù)字化產(chǎn)品模型定義與管理,CAD/CAM/CAE集成。
(3)產(chǎn)品開發(fā)隊(duì)伍重構(gòu),將傳統(tǒng)的一功能為主線的產(chǎn)品設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐援a(chǎn)品為主線,最值多功能的產(chǎn)品開發(fā)隊(duì)伍。
(4)協(xié)調(diào)工作環(huán)境,利用多媒體、網(wǎng)絡(luò),組織工作環(huán)境,實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)。
1.2 過程的實(shí)施
工業(yè)產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)開始到制造成型,經(jīng)歷了復(fù)雜的流程,需要從事不同專業(yè)和工種的設(shè)計(jì)與技術(shù)人員協(xié)同作業(yè),本項(xiàng)目解決各個(gè)工序的集成問題,詳見圖1。
圖1 系統(tǒng)流程
2.1 外觀設(shè)計(jì)階段,一般包含幾種方式
(1)手工繪制草圖,采用 Coreldraw、Photoshop等軟件進(jìn)行效果處理。
(2)三維建模,采用 3Dsmax、Rhino、Softimage等軟件進(jìn)行三維建模、渲染處理。
(3)手工制作模型,采用三維掃描形成點(diǎn)云,擬合成三維模型,詳見圖2。
圖2 車體點(diǎn)云模型
2.2 機(jī)械CAD階段,包含兩種模式
(1)重新建模,根據(jù)外觀設(shè)計(jì)師的二維圖紙,在 UG、Pro/E、Solidworks等軟件建立模型。
(2)模式轉(zhuǎn)換,將藝術(shù)類模型轉(zhuǎn)為機(jī)械類模型,并進(jìn)行修補(bǔ)等工作,采用IGES標(biāo)準(zhǔn)。
2.3 CAE階段
(1)采用ANSYS對機(jī)械三維幾何模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)、塑流分析,修改結(jié)構(gòu)。
(2)模具設(shè)計(jì)與制造。由三維模型生成NC代碼,進(jìn)行模具制造。
(3)樣件生產(chǎn)。對樣件進(jìn)行CAT檢驗(yàn),對不合理的設(shè)計(jì)提出修改意見。
(4)投入實(shí)際生產(chǎn)。
(1)并行設(shè)計(jì),將CAID與CAD/CAE/CAM由傳統(tǒng)的串行模式轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿心J?,將手工繪制、模型制作,藝術(shù)類CAD和工程CAD、CAE、CAM整合,實(shí)現(xiàn)藝術(shù)類設(shè)計(jì)人員與工程類設(shè)計(jì)人員協(xié)調(diào)。
(2)無縫集成,將3Dsmax、Rhino、Softimage等軟件與UG、Pro-e、Solidworks等軟件實(shí)現(xiàn)無縫轉(zhuǎn)換,減少產(chǎn)品模型的不協(xié)調(diào)性。
(3)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量,縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。各個(gè)工種設(shè)計(jì)人員可實(shí)現(xiàn)異地、同步、協(xié)同設(shè)計(jì),將產(chǎn)品的調(diào)研、策劃、藝術(shù)階段、工程階段、市場階段有機(jī)地整個(gè)為一體。
在當(dāng)今設(shè)計(jì)理念和制造業(yè)技術(shù)飛速發(fā)展的形勢下,集成式和并行式是工業(yè)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢,使設(shè)計(jì)與制造高度統(tǒng)一。使產(chǎn)品能快速、高效、高質(zhì)量、低成本地設(shè)計(jì)出來并可靠地進(jìn)行生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)綠色化制造。
(1)虛擬化:實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)計(jì)、裝配,進(jìn)行仿真分析。
(2)交叉化:把CAID與CAD、CAE、CAM交叉化,建立標(biāo)準(zhǔn)模型接口。
(3)網(wǎng)絡(luò)化:建立基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程在線協(xié)同設(shè)計(jì)成為將來的發(fā)展方向。
(4)智能化:通過數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)和人工網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模型、數(shù)據(jù)處理和知識處理統(tǒng)一,制定出合理的工藝流程。
(5)標(biāo)準(zhǔn)化:形成從DXF、IGES格式向STEP格式標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換。
要為新產(chǎn)品開發(fā)提供數(shù)字設(shè)計(jì)平臺,實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保理念。應(yīng)發(fā)展工業(yè)設(shè)計(jì)并能很好地實(shí)施,緊密地與機(jī)械制造相結(jié)合。實(shí)現(xiàn)工業(yè)設(shè)計(jì)與CADCAECAMCAT等工業(yè)技術(shù)有機(jī)地相結(jié)合,做到高度的集成,向并行設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)發(fā)展。實(shí)現(xiàn)數(shù)字產(chǎn)品的參數(shù)化、變量化設(shè)計(jì)和虛擬仿真,達(dá)到集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色化模式。從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,縮短設(shè)計(jì)周期,降低設(shè)計(jì)成本。
在中國進(jìn)入制造業(yè)大國的過程中,產(chǎn)品的質(zhì)量、外觀、人性化越來越提出了更高的要求。實(shí)現(xiàn)CAID與CAX(CADCAECAMCAT)集成能為我國的工業(yè)發(fā)展帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,更加高效、高質(zhì)地提升我國制造業(yè)產(chǎn)品的競爭能力,使我國的制造業(yè)由中低端向中高端邁進(jìn)。
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The Integrated Method of Industry Design and CAX
AN Xiang-Dong,SU Ya
(Zhongyuan Insitutate of Technology,Zhengzhou Henan 450007,China)
industry design;CAX;integrated;concurrent engineering
TH166
:Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2014.03.012
1002-6673(2014)03-031-03
2014-03-09
安向東(1965-),男,河南鄭州人,教授,碩士導(dǎo)師。從事機(jī)械CAD/CAM的教學(xué)和研究;蘇雅(1977-),女,河南鄭州人,講師。從事工業(yè)設(shè)計(jì)方面的教學(xué)。
Abstrast:The research content of this subject,mainly point at the design of industrial products increasingly into every corner of society,improve people life quality at the same time.Art design and manufacturing industries produced bottleneck.Good industrial design difficult to implement,not the actual product.This topic will be the design art and machinery manufacturing technology integration,will be excellent product design from the art level conversion to manufacturing products,to complete the design manufacturing integration,reduce the product from concept to market cycle,improve quality,reduce cost,realize green manufacturing.Subject of industrial design and mechanical design theory and technology,to a product design,manufacturing products to the process,using CAX(CAD/CAM/CAE/CAT)technology are organically integrated,make product design optimization,the fastest,most reasonable,the most quickly into actual products,enhance market competition ability,realize the whole process of green and environmental protection.