面向先进制造的CAID系统功能需求的研究套圈

面向先进制造的CAID系统功能需求的研究

面向先进制造的CAID系统功能需求的研究 2011： 1 前言信息技术的迅猛发展，全球市场竞争的加剧，已经促进制造业必须迎接挑战，革新生产制造模式，运用先进制造技术手段，研发与制造快速响应市场的有竞争能力的产品。必然，随着市场的发展与竟争，科技的应用与进步，制造业发展的技术需求成为了推动现代科技进步的主要动力。由此.先进制造技术的研究与应用已成为了世界各国的科技竞争焦点。例如，美国实际国内生产总值增长的近30%来自制造业，使制造业成为对美国经济增长贡献最大的部门，同时，美国全部研究与发展投资的近60%来自制造业。从现代制造系统的范畴角度看，概念设计与创新设计过程必然得到制造业的重视，随产品制造与产品开发内涵的加深与外延的拓展，从面向全生命周期的产品概念看，产品的工业设计是先进制造技术研究与应用的前提与组成。因此，工业设计领域的技术手段的研究逐渐受到了国内外制造业专家与学者的关注。特别是近几年来，随着计算机软硬件技术的日新月异，计算机图形学、计算机辅助设计、多媒体、虚拟现实等技术的发展，以及CAD/CAM技术、CIMS技术、协同设计技术等集成系统的研究与应用的逐步深人，现代工业设计理论与方法的研究有了长足的发展，计算机辅助工业设计技术已成为先进制造与自动化技术领域的研究热点。怎样建立面向先进制造技术发展的计算机辅助工业设计软件系统，使其成为有效的满足先进制造需求的概念设计与创新设计工具，成为了当前关注的间题。2 CAM软件系统的现状与展望计算机辅助工业设计，即在计算机及其相应的计算机辅助工业设计系统的支持下，进行工业设计领域的各类创造性活动。它以计算机技术为支撑，它是一门综合性的交叉性学科，涉及到诸多学科领域，如CAD技术、人工智能技术、多媒体技术、虚拟现实技术、优化技术、模糊技术、人机工程学等信息技术领域。CAID是CAD的一个分支，它侧重于设计理念的表达和创生，它较直接地表达产品开发中的创新环节和概念设计。从当前全球制造业产品竞争的现状看.应用信息技术支持下的CAM技术，是提高产品市场占有与满足客户需求的重要技术应用解决之一，CAID在企业良好的应用是提高企业与其产品形象重要支待，使产品设计做到人性化与科技的完美融合。目前 国内许多企业的产品造塑设计仍采用传统的手工方法，CAID仅停留在用电脑代替手工制图、利用计算机渲染三维效果图的水平阶段，未能与现代先进制造技术、信息技术、网络技术相结合，因而不翁查应现代产品快速开发及市场发展的要求。近年来，随着信息技术的迅速发展，国外 CAID技术的研究与应用较为广泛，在发达国家更为普及，针对不同的行业和不同的应用特征，开发了大量的支持 CIAD的应用软件和基于CAD软件的应用模。这些软件中有针对性较强的和有集成性强的，基本代表了前CAID技术的最新成果，在传统的设计功能基础上，具有基于知识工程与人机工程设计的模块，同时集成了诸多设计功能支持人机工程。从总体上看，当前的CUD研究与应用的发展，可归纳为如下几个特点:2.1 自由曲面设计、草图设计功能增强.可以较自由地表达设计思想设计的创意表达是自由的，CAID软件实现各种曲面的达是软件能力的重要指标，当前由曲面设计的研究是CAID的重要内容，采用曲面特征设计是自由曲面设计的一个重要发展。为满足产品设计师的手绘而发展起来的计算机草图设计造型技术，有效地模拟设计手绘，这无疑给设计师更加自由的手段去表达设计思想。2.2 3D图形交互技术的表达能力增强，能够使虚拟设计更方便地进行计算机图形技术的发展，计算机软硬件能力的提高，大大地推动了3D图形交互技术的发展与应用，当前3D 造型已成为一般微机系统就可进行的工作，工业设计师的表达更加直接，建立的模型更具有良好的视觉效果与环境场景感受，更易于美学思维的表达。2.3 虚拟化能力增强，能够更好地模拟多种设计因素当前CAID的技术的研究融合了当今先进的虚拟技术，使设计工作的全过程能够在计算机上表达，设计对象与设计者之间的感受更加虚拟化，使设计的整个环境更加拟实，就使设计者在计算机前就能够更加迎合产品应用对象的需求。当前，许多研究者工作于虚拟环境研究，将多种设计因素在计算机里模拟，不仅表达视觉、听觉，而且研究与应用味觉、触觉等，借助新技术，将设计考虑的因素拓宽，更利于人性化设计的表达。2.4 设计的智能化有所发展.人机界面技术有所突破智能化的特征是CAID系统使设计表达的知识更加系统，用较为充分的科学化的美学感受形成知识库，然后指导创造性的设计，使 CAID系统下的设计工作处在一个人机一休化的钾能集成设计系统环境。 "简单、自然、友好、一致"原则的人机界面，成为所有优秀的系统设计和成功的软件产品的主要特征，基于知识系统的智能设计，使设计师从烦琐的人机交互工作约束中解放出来，使他们更注重思考创意的表达。2.5 诸多高技术得到关注当前，虚拟现实、智能神经网络、遗传算法等新兴技术以及并行设计、协同设计、网络化设计等设计方法是国内外研究的热点。将这些技术引入CAID领域，并结合传统的优化设计、模糊技术、智能技术等技术，来进行CAID软件系统的研究也逐渐受到学者的关注。3 先进制造业对CAID的功能需求制造技术是将原材料有效地转变成产品的技术的总称。是制造业赖以生存和发展的技术基础。发展先进制造技术已经成为国家目标，成为提高国家工业素质的最基本要素。先进制造技术是制造业不断地吸收机械、电子、信息、能源及现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设备、制造、检测、管理和售后服务的制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁和灵活生产，并取得理想技术经济效果的制造技术总称。从本质上看，可以说: "信息技术 +传统制造技术的发展 +现代管理技术 =先进制造技术"。在这一技术背景下，先进制造技术对CAID所提出的功能需求有如下几个方面:3.1 CAID设计过程的虚拟性当前，以视觉虚拟为特征的虚拟技术得到了应用，要使设计真正地面向产品开发过程，还得使工作过程虚拟表达的信息精确化，虚拟的感觉领域更加地拓宽.针对用户个性化的需求，要使虚拟技术应用到产品开发全周期中，不仅是面向人的部分感知，更应是全方位的，不仅是针对设计师创造性设计过程，而且应该到达产品用户，虚拟的不仅是形象表达，更应包含设计工作的数据精确化过程，数据的精确与有效不仅是为了表达感知，更是设计过程表达的知识化基础。3.2 CAID设计数据的集成性先进制造的特征之一就是技术的集成性，如数据间的可交互性，作为面向集成制造的C冉ID设计就应符合这样的体系要求，设计的数据之间必须有良好的接口，可以准确地传递与转换，没有较好交互性的数据流在整个产品开发过程中，那再好据能否进人集成系统中进行 CAE 分析，能否进人快速成型系统，能否加入CAID扭系统生成数控加工代码等，这些问题的解决需求反映 了先进制造技术对相关数字数据化信息手的要求。同时，CAID在整个集成产品开发系统中，针对不同的行业和不同的产品制造过程，必须选择建立先进、经济而适用的配置，在先进性、集成性、经济性等方面找平衡点。3.3 CAID信息处理的并行性和敏捷化、网络化敏捷制造是先进制造的战略解决，CAID的信息处理必须满足这一战略背景，并行工程技术和网络化制造技术的应用是敏捷制造的两个主要支撑技术，当前几个较为先进的软件系统都建立了这样的工作机制，可以进行的并行产品开发，大大提高信息处理的能力，减少了传统造型设计中大量的重复性工作，将造型设计这个小系统合理嵌人从产品开发到生产销售这个大系统中，在设计开发时可及时地交换信息，充分考虑设计、工艺、制造及市场等方面的情况，使各种问题尽早暴露，并共同加以解决。3.4 CAID与绿色制造发展战略的融合绿色制造是 "综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品从设计、制造、运愉、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的负影响最小，资源效率最高"。绿色制造是现代制造业的可持续发展模式。绿色生产过程包括绿色设计、绿色生产设备、绿色生产工艺、绿色物料、绿色生产环境。绿色商品应具有的特点是:节省能源、节省物料、保护环境、便于回收利用、符合人机工程。这样现代设计过程必然就要同绿色制造的发展模式相结合，在CAID中应用相关开发技术，建立环境分析能，如噪音、电磁辐射的分析、气候模拟、环境影响评估等，当然现在这样CAID的系统功能设计模块少有，但这是必然的功能需求方向。3.5 CAID设计的可制造性与设计管理的规范性可制造性与设计管理的规范性是建立在现代生产技术之上，CAID必须适应于先进制造环境和信息化制造过程，数据表达的规范是现代制造管理的要求，同时也是可制造性的必然，CAID设计中考虑到的可制造约束条件，将必然得到制造工艺实现上的制造可能和方便，同时可获得较大经济回报。4 结论从以上的分析看，伴随信息技术的发展，以及先进制造技术的广泛研究与应用，CAID技术的发展必须紧跟这样的先进制造技术的发展背景，建立自身的研究开发与应用对策，开展相应功能需求下的技术开发，从而满足集成、虚拟、宜人的应用目标，使之更好地为先进制造业提供系统集成支持，依据先进制造技术的发展，CAID技术必将适应信息化、集成化的要求。(end)

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