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设计过程和3D CAD(三维设计的应用和可能性)

  • 2020.03.27 21:34:53
  • 米思米
  • 3027

 ① 设计过程是什么?

设计过程和3D CAD(三维设计的应用和可能性)

   图1 列奥纳多·达·芬奇设计的轴承

   所谓设计,被定义为为了将所需功能具体化而进行讨论,其结果为了制造工业产品或建筑物、信息系统等而制作规格(设计文件)和设计图、设计书等的工作。

   远古的设计中,可以列举的事例有15世纪列奥纳多·达·芬奇的轴承结构图(图1),这个时代的设计考虑了初步的力学和使用材料的特性程度,设计的是具体功能结构。

   此后,随着工程学领域的发展,采用实证实验性方法来设计工业产品,但从计算机普及的时代开始,工业产品的设计过程发生很大变化。 1)


 ②  设计过程和CAD

设计过程和3D CAD(三维设计的应用和可能性) 

   图2 手绘制图的照片


   在CAD开发出来之前,设计图都是制图员手绘的图纸(图2)。这个时代的图纸修正工作非常费工夫,所以有经验的设计技术员有能力在开始绘制图纸时想象完成图纸,并决定整体配置,从而将制图的修正工作控制到最小限度。

设计过程和3D CAD(三维设计的应用和可能性) 

   图3 2D-CAD効果例

 

   但是,到了1980年代,随着CAD(2D)在社会上普及,设计技术人员不再因为设计失误的修复工作繁杂而苦恼不已,制图工作的效率得到大大提高。这也可以比喻为手写文章变成文字处理软件文章,提高了效率(图3)。但是,这一变化并没有为增强  设计员的能力做出很大贡献。

 

   从1990年代后半期开始,随着半导体技术的高度发展,工业产品在产品和生产两方面发生了大变革,随后进入全球竞争时代。为了应对产业界的这种全球规模的环境大变革,“2D-CAD提高了设计工作的效率”不再是可以确保竞争优势的设计支援工具,“有效利用3D-CAD的开发设计过程”成为有决定性优势的设计支援工具。


   即该阶段的设计过程变化成与上一代设计过程根本不同的、伴随有知识工作的开发设计过程,戏剧性变化成除了设计质量之外,还在时间、距离、一贯性、灵活性等竞争优势方面产生竞争的情况。具体来说,使用三维结构的产品结构数据,

   ① 结构强度

   ② 热传递特性

   ③ 成型过程解析(树脂流动性等)

   ④ 装配作业性评估

   等等,在实施了多方面的模拟解析(例:图4)之后,即可支援最佳的生产夹具和工具类的设计。再者,3D-CAD的威力在于可以精密地设计2D-CAD无法设计的、有曲线的立体结构(例如,汽车车身等)的外形设计(坐标定义),其结果,经过3D-CAE(模拟)决定了结构化的话,3D-CAM的切削加工中就能够有效利用数字数据,从而对三维测量仪器测量该加工品的外形数据与设计数据进行比较评估(3D-CAT)。因此,成为综合工程支援工具,包括从机上的最佳设计的工程工作到加工、测量。(图5)

设计过程和3D CAD(三维设计的应用和可能性) 

   图4 3D-CAE的事例 2)

 

设计过程和3D CAD(三维设计的应用和可能性) 

   图5 3D-CAD系统的综合工程支援工具効果

   在第2次中,对3D-CAD系统的进一步发展现状进行了解说。

   注):本专栏用CAD=设计支援工具、CAD系统=包括有效利用CAD及其数据的CAM、CAE等在内的支援工具作为分区。


   参考文献

   1. Wikipedia:设计

   2. Dassault SystèmesHP、模拟

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