机械产品设计中的电气CAD系统

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    本文从当前机械产品设计cad技术的发展趋势开始，分析了我国这方面存在的问题及解决途径，接着有做了机械产品设计中电气设计的系统分析，机械产品设计中电气CAD系统的设计，最后介绍了电气CAD系统设计采用的关键技术。   
    当前机械产品设计CAD技术的发展趋势   
    1.集成化   
    计算机集成制造系统是在新的生产组织原理指导下，所形成的一种新型生产模式，它要求从产品整体角度将CAD/CAPP/CAE/CAM集成起来，建立新的设计、制造、分析及技术管理一体化，而不是将这些独立系统进行简单的连接，CAD模型将最大限度地被后续的分析、加工、工艺和彷真所利用。目前，基于产品数据管理PDM的CAD/CAPP/CAE/CAM一体化集成，已成为协同开发环境和实施计算机集成制造、并行工程、敏捷制造等先进制造技术的关键基础之一。   
    2.网络化   
    企业生产过程是一个包括产品规划、产品设计、工艺准备、零部件生产、标准件/外购件采购、产品组装检验、产品销售及服务等的信息协作过程，并行工程等先进制造技术的发展，要求现代CAD系统实现从单机到网络化的转变。当前，随着互联网的发展，建立动态联盟制造体系已成为全球化制造系统的发展趋势，发展网络化的CAD技术，将支持动态联盟中协同设计所需的环境和设计技术。   
    3.标准化   
    随着CAD系统的集成化和网络化，制定各种CAD产品设计和数据的标准化及完备的图库、数据库结构，充分发挥CAD系统的作用是势在必行。   
    我国这方面存在的问题及解决途径   
    1.停留在零部件绘图的“甩图板”阶段   
    这种以计算机代替图板及绘图仪器的二维辅助绘图，还不能实现真正的辅助产品设计，它对产品的创新设计、提高产品的整机设计质量、缩短产品的设计制造周期等，都无法起到根本性的作用。   
    2.缺乏完善、实用和开放的集成应用环境   
    由于商品化的CAD支撑软件系统，通常只是提供CAD/CAM等技术的基本应用平台，如：几何造型系统、工程图处理系统、物性计算系统、图形输入输出系统，较高档的还提供有限元分析系统、数控加工系统等，并没有提供一个产品设计全过程所需各种信息的辅助设计系统，如各种专业产品设计所需方法、数据、计算公式、产品标准、技术要求、外购件与原材料优选手册，以及本企业产品的典型结构、经验数据、工装情况等。因此，要把商品化的CAD硬、软件的支撑环境变成设计人员得心应手的工具，需要进行二次开发，以建成能较全面支持设计人员应用的软件开发环境。   
    3.解决问题的途径   
    开发适合设计人员操作的和开放的CAD应用软件开发环境，应有良好的CAD应用框架结构、基于特徵的参数化或变量化产品建模、完备的图库、数据库结构，营造开放环境，使设计人员可以根据需要补充开发，建立起该企业的应用软件系统。  
    机械产品设计中电气设计的系统分析   
    市场经济的发展，传统的手工设计方式已难于适应市场竞争的需求，采用CAD技术是必然趋势。从20世纪80年代以来，各种CAD支撑软件开发应用已日渐成熟，但是应用CAD支撑软件进行设计，它仅仅提供了设计绘图的工具，而缺乏设计过程中所需设计规范、设计数据、资料、标准等。由于机械设计应用CAD比较早，故此已出现了在应用CAD支撑软件的基础上通过二次开发形成的机械设计应用软件，如德国西门子公司开发SIGRAPH-DESIGN智能型机械CAD系统，包含了机械设计从概念到结构设计的全过程，为机械产品设计系统化、通用化、标准化以及CAD/CAM一体化提供了统一解决方案。因为机械产品离不开电气部分，所以电气设计也必须有通过二次开发形成的电气设计应用软件。   
    1.电气设计的特点   
    机械产品的电气化已有悠久的历史，从常规电气设计发展到应用现代电子技术、与计算机技术互相结合，目前向机电一体化发展，电气设计的工作量与复杂程度也在不断增加。   
    另外，由于电气元器件在国际、国内标准化程度较高，电气设计方式因而以元器件组合达到系统的功能、性能为主。   
    2.电气设计存在的问题   
    重复劳动量大。因为电气设计方式以组合元器件为主，而电气元器件标准化程度较高，所以设计工作中重复劳动量大；   
    设计周期增长。由于机械产品电气复杂程度不断增加，电气设计的工作量也随之增加，设计周期必然增长；   
    设计自由度大，设计不规范。电气设计中电气元器件标准化程度较高，但电气元器件品种规格非常多，而且更新换代非常快，如何组合元器件以达到系统功能、性能要求没有规范或规范不全，设计自由度将非常大，同时影响产品功能、性能、结构的标准化，以及电气元器件采购、产品成本与交货期。   
    基于传统机械产品设计中电气设计方式、方法无法适应现代市场经济快变、多变的需求，为此必须改变传统机械产品设计中电气设计方式、方法。   
    机械产品设计中电气CAD系统的设计   
    1.电气CAD系统的目标与范围   
    机械产品电气设计包括电路图、接线图、安装图、接线盒和电柜以及按钮站的设计，这五个部分之间不是孤立存在的，而是互相联系，这五个部分既能单独运行又能实现信息共享。为此电气CAD系统的目标与范围是：建立适应完成以上功能要求、保证设计质量又能提高效率、缩短设计周期、减少人工劳动的电气CAD系统，包括电路图、接线图、安装图、接线盒和电柜、按钮站的设计。   
    2.电气CAD系统拟采用的设计方式   
    首先，根据机械产品设计中电气设计的特点及存在的问题，必须采用检索式设计方式，以解决电气设计中设计自由度大、设计不规范问题，使电气元器件选用实现标准化，电气设计功能、性能达到规范化，满足降低产品成本的要求，并能解决电气设计中大量的重复劳动，缩短设计周期以达到缩短交货期的目的，把设计人员从大量的重复劳动中解放出来，去从事创造性的劳动。   
    在传统机械产品电气设计中已积累了大量的资料，可以整理、归纳由元器件组合为一定功能的常用的组件或小部件，这为电气CAD系统建立通用组件或小部件图形库、数据库奠定基础，也为进一步发展模块化设计创造了条件。   
    再者，通过对机械产品电气设计中部分零部件的分析，发现不单其形状较规范和相似，而且尺寸也比较规范，有很多品种和规格，根据这些条件完全可以采用参数化设计方法。   
    为了提高电气设计的水平，在检索式设计的基础上，总结电气设计的经验，使之形成设计规则，并利用检索式设计已建立的各种数据库、图形库，将系统提升为专家系统。