模拟仿真技术的应用-广州铁路职业技术学院数字化学习中心.PPT

　　随着电子技术、信息技术和计算机技术的发展，推动了制造技术向更深层次的发展，自20世纪50年代以来，NC、CNC、DNC、FMC、CAD、CAM、CAPP等新的制造技术相继出现。作为对这些技术综合应用的结果，自20世纪70年代起，FMC彻底改变了制造技术的内涵，更进一步发展了CIMS技术，使制造自动化技术进入了新的发展阶段。市场的变化迫使制造自动化技术向更加实用和柔性化的方向发展，以适应小批量、高效率、低成本的制造，从而满足产品不同生命周期动态变化的需要。 　　　　在机械制造领域中，全球化经济的形成对产品的质量、产品更新换代的速度以及产品的生产周期都提出了越来越高的要求。这也要求必须采用先进的设计制造技术才能符合时代的需求。计算机技术和机械设计制造技术相互结合、渗透，就产生了计算机辅助设计与辅助制造(Computer Aided Design and Manufacturing)技术，简称CAD/CAM。 3.1.1 CAD技术　　1．概述　　计算机辅助设计(CAD)是近几十年来形成的一门新兴学科。现在，CAD技术已应用于各个行业，大至航空航天、造船、汽车、工程建筑、机械、电气，小至纺织印染业的花色设计、服装裁剪等。而在机械设计工作应用CAD之前，是由设计人员根据设计对象的要求，参考各种资料、计算公式，考虑采用的加工方法及生产设备条件，类比相似或同类产品的设计及自己的设计经验，由人来构思，拟订产品的初步方案， 进行多次反复的计算分析、综合比较，选定在经济性、工艺性及可靠性等方面较为合理、完善的方案，根据这个初步设计绘制设计图纸并编制有关文件资料。这种传统的由人完成的机电产品设计，一般难以做到最终设计即优化设计，设计周期长。现在，只有使自己的新产品研制周期短、质量高、价格低，企业才能在国际国内市场的激烈竞争中生存和发展。计算机辅助设计便是根据这种需要而诞生的。　　究竟什么是CAD？CAD技术可以从两个角度给予定义。　　(1) ?CAD是一个过程。“工程技术人员以计算机为工具，运用各自的专业知识，完成产品设计的创造、分析和修改，以达到预期的设计目标。” 　　(2) ?CAD是一项产品建模技术。“CAD技术把产品的物理模型转化为产品的数据模型，并将之存储在计算机内供后续的计算机辅助技术所共享，驱动产品生命周期的全过程。”　　图3-1所示为CAD技术整个过程的流程图。 　　 图3-1 CAD技术过程流程 　　CAD的功能一般可归纳为四类：几何建模、工程分析、动态模拟、自动绘图。一个完整的CAD系统，由科学计算、图形系统和工程数据库等组成。科学计算包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、产品的常规设计和优化设计等。图形系统包括几何造型、自动绘图(二维工程图、三维实体图)和动态仿真等。工程数据库对设计过程中需要使用和产生的数据、图形、文档等进行存储和管理。　　要很好地应用CAD技术，除了要掌握一定的计算机知识外，还必须具备相应的丰富的工程背景。 这些背景知识是长期工作经验的积累，大多数人不具备这样的经验，同时这样的经验很难长久地保留下去。于是，有人就考虑如何使这些经验得到更广泛的传播和应用，专家系统是一个比较好的解决办法。CAD的开发人员研究将人工智能和专家系统加入CAD中，以大大提高设计的自动化水平，降低对设计人员背景知识的要求。 　　2．CAD系统的组成　　典型的CAD系统的构成如图3-2所示。当然，对于不同类型产品的不同要求，所需的CAD系统硬件也会有所不同。 　　 图3-2 CAD系统的组成 　　目前的CAD根据所用计算机的规格性能，大致分为以下四个层次。　　(1) 基于大中型计算机的CAD系统。所需投资费用较昂贵，只有大的公司、企业才承担得起。例如，在大型汽车制造公司，可采用这种系统进行车身外形、车体及底盘结构、模具等的设计。它可以模拟车辆在各种条件下的状态，分析车辆的安全性及其它性能。通过在屏幕显示，设计人员可对车身或模具任意部位的设计进行修改，直至满意，然后输出设计图纸及全套技术文件。 　　(2) 成套系统。它是基于中小型计算机的CAD系统，由CAD供应商根据企业要求提供全部硬件及软件，企业人员只要经过培训即可投入使用。　　(3) 基于工作站的CAD系统。它具有较强的图形及网络功能。　　(4) 基于微机的CAD系统。微机价格低廉，配以图形显示终端、绘图机、打印机及图形输入板(数字化仪)等，就能构成一个基本的CAD工作站。它可以满足初步的计算机辅助设计要求。 目前微机的价格低，而性能接近早期的工作站。所以，目前发展以微机为基础的CAD，使众多的中小型企业能开展针对本企业产品的CAD，有很大的意义。　　微机也有其固有的弱点，如内存有限，大型程序的运行有一定的困难，数据运算、处理的功能不够强，