实例分析CADCAECAM技术在汽车制造业中的应用

　　引言

　　CAD/CAE/CAM技术已广泛应用于汽车、航空航天、机械、电子和建筑等诸多领域，特别是在汽车行业，CAD/CAE/CAM技术的应用更为普及。在发达国家，CAD/CAE/CAM技术的应用已有30多年的历史。通用汽车公司利用此技术每28天出一款新车型，波音777飞机从设计到加工的全过程无需一张图纸。我国在汽车行业中的骨干企业及一些企业的部分车间已较为普遍地引进了CAD/ CAE/ CAM技术用于实际产品的开发，如零部件、覆盖件的设计，整车性能的分析、自动生成数控加工程序等。

　　1 CAD/CAE/CAM系统的软硬件组成与流程

　　(1)系统工作站 可以运行于UNIX和NT两种平台之上，如目前流行的工作站硬件平台SGI,HP,SUN,DEC,IBM等;

　　(2)工作站和数控机床之间的传输系统 可建立以太网或客户/服务器网络，实现了工作站和微机终端、数控机床、三坐标测量仪的联网使用;

　　(3)数控加工设备 企业应根据自身的产品复杂程度、加工难度、资金状况等因素购买合适的加工设备;

　　(4)测量及检测设备 包括三坐标测量仪在内的各种测量设备是获取设计数据的重要来源，对一些具有复杂表面形状的产品而言，利用三坐标测量仪取得表面若干点的空间位置，然后利用CAD/ CAM系统的曲面功能可以方便地生成零件实体模型以进行后续工作，利用三坐标测量仪在对实车测量的基础上，再适当修改，则可形成新的汽车造型;

　　(5)系统软件 CAD/ CAE/ CAM软件系统有UG,EUCLID,CATIA,STRIM一100 ,IDEAS,CI MATRON ,CV等，企业应根据自身情况选用不同软件的不同模块以满足自身需求。

　　2 实施CAD/ CAE/ CAM项目的全过程

　　以下以某汽车厂为例，论述CAD/ CAE/ CAM项目从需求分析、方案设计及方案实施的全过程。

　　2.1项目需求分析

　　根据对企业的技术要求和现状分析，确定出企业的基本需求为:

　　·轻型卡车零部件的三维实体结构设计，参数化特征化结构设计;

　　·各类整车产品(包括前桥、车架、传动系、动力总成等)的装配设计(能完成包括自顶向下及自底向上两种工作模式)、干涉检查、自动生成装配明细表;

　　·产品的二维工程图绘制(符合国家尺寸标准、公差与配合、汉字标注等);

　　·产品的机构运动分析、动力学分析;

　　·产品的有限元分析、结构强度分析、运动仿真模拟分析、系统动态分析和动态干涉检查;

　　·软件网络浮动，并支持汉字用户界面;

　　·提供国家标准汉字字库等。

　　2.2 针对企业的集成化解决方案

　　(1)总体方案设计的指导思想经过与企业技术人员、专家及领导的讨论，认为整个系统的设计和长期规划应遵循以下几大原则:

　　·集成系统方案具有先进性，考虑全面，在全国的汽车行业具有代表性;

　　·集成系统方案具有实用性、可扩展性，系统建设完毕后，短期可以见效，长期可以逐步发展、升级;

　　·集成系统应便于将来并入CI MS规划，易于与PDM.MRPII等集成;

　　·对于新兴的欠成熟技术须反复讨论、慎重处理，以免影响整个系统的实施。

　　(2)软件模块的选配

　　·入口通道主要功能为:视图管理、质量特性、打印机及绘图机驱动、网络支持、数据库管理、工程电子表格，设计优化迭代;

　　·二维绘图主要功能为:与实体相关的二维工程图生成，自动剖视图生成，自动视图布置及尺寸标注，参数化草图功能，工程图以实体造型为基础，避免了视图的尺寸错误。可生成汽车各零部件和装配的二维工程图，自动生成装配图的零件明细表;

　　·特征造型和实体造型主要功能为:提供基于约束的参数化特征建模，与传统的非参数化线框，曲面，实体造型有机地结合在一起，汽车各部件的实体造型，可用于设计汽车的各类结构件;

　　·用户自定义特征主要功能为:可借助用户自定义特征建立参数化标准件库;

　　·模型装配主要功能为:可方便地根据约束配合关系进行装配，并可进行参数化装配定位，装配过程可加进约束条件，对无限个部件组成的装配可进行隐藏线消除、干涉分析、计算干涉的体积，可用于汽车整车、车架以及各部件的装配;

　　·有限元前后处理及分析主要功能为:可完成汽车各零件的强度分析、应力/应变分析、整车的动力学振动模态分析及发动机的线性稳态分析、热力学分析;

　　·机构分析主要功能为:可完成整车的各机构运动部件的分析和仿真，并可完成发动机汽缸内的活塞运动分析和仿真、变速器内各部件的运动分析和仿真。

　　(3)网络设计方案原则

　　本网络方案的设计是基于下列原则:

　　·采用业界最高性能的交换引擎，以线速进行包的转发与交换;

　　·所有上连快速以太网交换端口均具有全双工(Full Duplex)功能;

　　·模块化设计的硬件;

　　·分布式的交换架构;

　　·分布式的网络管理架构;

　　·统一的管理平台;

　　·提供图形用户界面(GUI)，方便管理;

　　·所有交换机端口的RMON支持;

　　·良好的扩展性。

　　根据上述原则可采用如下方案(见图2):一台美国Cisc。公司的Catalyst 1900桌面型以太网交换机，利用此交换机的背板高速总线(可高达320 Mbps)为整个网络的主干，并为各科室用户提供交换式的lOM师、的以太网端口以满足用户的需求。同时，提供100 Mbps的快速以太网接口，以连接网络中心的服务器，为服务器提供充足的连接带宽。这个方案的优点是具有最佳的性能价格比，Catalyst 1900桌面型交换机可提供一个易于管理的网络系统，同时可满足用户访问所需的交换性能。

　　2.3方案实施

　　(1)在确立汽车行业的标准、规范和产品编码的基础上，逐步建立汽车行业的标准(设计标准、工艺标准、计算标准……)及标准件库、通用件、常用件和互换件库，建立汽车常用材料库，建立汽车产品的历史数据库，为行业内的企业进行产品设计开发提供实用、可靠的共性基础库;

　　(2)指导帮助企业建立基于行业内的编码规范(指产品、零件、材料、图档…);

　　(3)通过帮助企业实际产品的开发，使其尽快掌握汽车的零部件、覆盖件、车架、传动系统、发动机的设计、装配技术等;

　　(4)在掌握利用软件进行零部件设计建模的基础上，掌握总体方案设计(自上而下的装配设计)和整车的概念设计;

　　(5)指导帮助企业尽快掌握并行工程技术，其中包括:a)用三坐标测量仿型对象的正确方法和技巧;b)三坐标测得的空间点数据集准确地进入软件环境中的方法;c)这些点数据集在软件环境中处理成曲面形体的重建方法和评估检查方法;d)以此曲面构造设计对象模型(数字模型)的方法。

　　(6)通过一实例使企业掌握产品结构分析的方法，对汽车的主要结构件(车架、发动机、动力系统、传动刹车系统)进行结构强度、刚度、受力的分析，并能对车架、发动机中的运动件进行运动学分析，得到运动特性的数据。

　　3 提高应用水平是关键

　　在设计、实施一个完整的CAD/ CAE/ CAM工程时，应从单纯的软硬件安装调试中超出，

　　将大量的精力用于帮助使用者提高应用水平。在计算机软硬件高度发达的今天，如何提高使用者的实际应用水平，使其真正从中获益，是推广普及高新技术手段的关键。

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