CAD简介及其在化工机械方面的应用.doc

CAD简介及其在化工机械方面的应用CAD概述1.CAD即计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design) 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作 。简称cad。 在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。cad 能够减轻设计人员的计算画图等重复性劳动，专注于设计本身，缩短设计周期和提高设计质量。 2.发展概况20世纪50年代在美国诞生第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的被动式的计算机辅助设计技术。60年代初期出现了cad 的曲面片技术，中期推出商品化的计算机绘图设备。70年代，完整的cad 系统开始形成，后期出现了能产生逼真图形的光栅扫描显示器 ， 推出了手动游标、图形输入板等多种形式的图形输入设备，促进了cad技术的发展。80 年代，随着强有力的超大规模集成电路制成的微处理器和存储器件的出现，工程工作站问世 ，cad技术在中小型企业逐步普及。80 年代中期以来，cad 技术向标准化、集成化、智能化方向发展。一些标准的图形接口软件和图形功能相继推出，为cad 技术的推广、软件的移植和数据共享起了重要的促进作用；系统构造由过去的单一功能变成综合功能，出现了计算机辅助设计与辅助制造联成一体的计算机集成制造系统；固化技术、网络技术、多处理机和并行处理技术在cad中的应用，极大地提高了cad系统的性能；人工智能和专家系统技术引入cad，出现了智能cad技术，使cad 系统的问题求解能力大为增强，设计过程更趋自动化。现在，cad 已在电子和电气、科学研究、机械设计 、软件开发、机器人、服装业、出版业、工厂自动化、土木建筑、地质、计算机艺术等各个领域得到广泛应用。 3.系统组成通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础，主要设备有：计算机主机，图形显示终端，图形输入板，绘图仪，扫描仪，打印机，磁带机，以及各类软件。 cad软件 除计算机本身的软件如操作系统、编译程序外，cad主要使用交互式图形显示软件、cad应用软件和数据管理软件3类软件。 交互式图形显示软件用于图形显示的开窗、剪辑、观看，图形的变换、修改，以及相应的人机交互。cad 应用软件提供几何造型、特征计算、绘图等功能 ， 以完成面向各专业领域的各种专门设计。构造应用软件的四个要素是：算法 、数据结构、用户界面和数据管理。数据管理软件用于存储 、检索和处理大量数据，包括文字和图形信息。为此，需要建立工程数据库系统。它同一般的数据库系统相比有如下特点：数据类型更加多样，设计过程中实体关系复杂，库中数值和数据结构经常发生变动，设计者的操作主要是一种实时性的交互处理。 4.基本技术 主要包括交互技术、图形变换技术、曲面造型和实体造型技术等。 在计算机辅助设计中，交互技术是必不可少的。交互式cad系统， 指用户在使用计算机系统进行设计时，人和机器可以及时地交换信息。采用交互式系统，人们可以边构思 、边打样、边修改，随时可从图形终端屏幕上看到每一步操作的显示结果，非常直观。 图形变换的主要功能是把用户坐标系和图形输出设备的坐标系联系起来；对图形作平移、旋转、缩放、透视变换 ；通过矩阵运算来实现图形变换。 计算机设计自动化 计算机自身的cad，旨在实现计算机自身设计和研制过程的自动化或半自动化。研究内容包括功能设计自动化和组装设计自动化，涉及计算机硬件描述语言、系统级模拟、自动逻辑综合、逻辑模拟、微程序设计自动化、自动逻辑划分、自动布局布线，以及相应的交互图形系统和工程数据库系统。集成电路 cad有时也列入计算机设计自动化的范围。5.CAD系统的功能(1)设计组件重用(Reuse of design components) (2)简易的设计修改和版本控制功能(Ease of design modification and versioning) (3)设计的标准组件的自动产生(Automatic generation of standard components of the design) (4)设计是否满足要求和实际规则的检验(Validation/verification of designs against specifications and design rules) (5)无需建立物理原型的设计模拟(Simulation of designs without building a physical prototype) (6)装配件(一堆零件或者其它装配件)的自动设计 (7)工程文档的输出，例如制造图纸，材料明细表(Bill of Materials) (8)设计到生产设备的直接输出 (9)到快速原型或快速制造工业原型的机器的直接输出 6.用途工程制图：建筑工程、装饰设计、环境艺术设计、水电工程、土木施工等等。工业制图：精密零件、模具、设备等。服装加工：服装制版。电子工业：印刷电路板设计。广泛应用于土木建筑、装饰装潢、城市规划、园林设计、电子电路、机械设计、服装鞋帽、航空航天、轻工化工等诸多领域。分类，在不同的行业中。Autodesk开发了行业专用的版本和插件，在机械设计与制造行业中发行了AutoCAD Mechanical版本。在电子电路设计行业中发行了AutoCAD Electrical 版本。在勘测、土方工程与道路设计发行了 Autodesk Civil 3D版本。 而学校里教学、培训中所用的一般都是AutoCAD Simplified 版本。一般没有特殊要求的服装、机械、电子、建筑行业的公司都是用的AutoCAD Simplified 版本。CAD在化工机械上的应用CAD发展过程就是从计算机辅助绘图到计算机辅助设计，从二维绘图到三维制造，进而到三维集成的设计过程。在当代，广义的CAD则是指CADCAECAM的高度集成，其中CAD侧重于产品的设计与开发，CAE（Computer Aided Engineer）侧重于产品的优化与分析，CAM（Computer Aided Manufacture）侧重于产品的加工与制造。CAD技术作为一项高科技设计手段，它的推广应用是企业提高产品技术水平、加速更新换代、增强企业市场竞争能力的重要手段。该系统以当前流行的AutoCAD 2002为开发平台,采用面向对象的开发工具对其进行二次开发,开发出用于化工塔设备设计的专用CAD软件,具有设计计算、参数化绘图、三维造型及动态模拟等功能模块;三维造型及动态模拟方面：能够实现常用零件的参数化三维造型,实现设备的三维展示;本系统已在石家庄精工化工设备有限公司应用,效果良好,取得了良好的经济效益,有较大的应用价值和广泛的推广前景,该系统居国内领先水平。 产品制造正向着高质量、高效率和低成本方向发展，产品轻小化，功能多样化，零件复杂化使得人们不断的寻求更方便，更完善的设计途径、加工方法与工艺，尽可能的优化零件的各技术参数与结构特征。CADCAMCAE系统的开发与应用为现代制造与加工领域带来了新的技术革新。化工设备在生产过程中承受多种外力的作用，因此其零部件要能够确保生产的安全，满足各种工况的要求，具有好的设计结构以及长的使用寿命。CADCAMCAE技术能够对化工设备中各零部件进行合理的结构设计与分析，进行动态仿真以及性能评定等，确保化工设备具有良好的可靠性与经济性。1 CADCAM在化工设备中的应用 产品设计是CADCAM系统的重要功能，产品设计的好坏决定了产品的实用价值与否。化工机械与设备的安全性要求很高，因此其零部件的设计环节十分重要。目前市场上高级CADCAM软件都具有强大的产品设计功能，能够满足各种复杂零部件的设计要求。UG作为集CADCAMCAE于一体的大型高级软件在世界制造领域得到了广泛的应用，倍受企业界与科研院校的青睐。以高级软件UG对化工设备中的通用零部件椭圆形封头进行三维设计为例，简单介绍CADCAM软件在化工设备中的应用。 封头作为化工设备中的通用零部件，其相关类型已有系列化标准。椭圆形封头作为封头中的一种，其应用广泛，并且我国有关部门制定了以内外径作为公称直径的椭圆形封头标准系列。UG中对于标准件的设计可通过建立部件族或标准件库来调用，类似于椭圆形封头就可以通过建立部件族或标准件库，这样就大大节省了产品的设计与制造周期，有利于提高生产效率。计算机辅助设计技术近年来在国内外的电子、建筑、纺织、通用机械等行业得到了迅速的发展，开发出了大量的实用软件产品，而作为机械行业之一的锅炉行业的CAD技术发展却比较慢。锅炉的设计是一个反复迭代的过程，必须对多个设计方案进行优化比较，才能得出最优的设计方案。计算机辅助设计技术近年来在国内外的电子、建筑、纺织、通用机械等行业得到了迅速的发展，开发出了大量的实用软件产品，而作为机械行业之一的锅炉行业的CAD技术发展却比较慢。锅炉的设计是一个反复迭代的过程，必须对多个设计方案进行优化比较，才能得出最优的设计方案。目前的锅炉设计仍采用传统的手工设计，为了提高产品的设计质量、缩短产品的设计周期，推动锅炉行业CAD技术的发展，浙江大学化工机械研究所和国家九五CAD应用示范点之一的杭州锅炉厂共同合作，开发了杭州锅炉厂CAD应用系统，受到了专家的好评。在化工设计领域，AutoCAD软件的应用独具魅力，许多化学工程和产品设计均采用了该软件系统。具体应用包括： 各种化工计算(物料衡算、热量衡算、设备工艺计算等)； 各种表格处理(如化工工艺专业表格)； 各种化工二维图形处理(总图、工艺流程图、管道仪表流程图、设备布置图、管道布置图、管段图、化工机械零件图、装配图、实验曲线图、化工常用件二维参数化编程等)； 各种化工三维图形处理(化工厂三维厂房图形、化工设备三维外形、化工设备三维管道布置、化工机械零件三维图形、装配图、爆炸图、化工常用件三维参数化编程)； 各种数据、数据库处理(基础数据库如各种物质物性数据、公共数据库等，专业数据库如各个单位不同专业、不同内容的数据库等)； 其他(工艺经济评价、各种工艺优化、零件设计优化等)。随着计算机软硬件系统的不断发展，CAD技术逐步向更深层次发展应用，例如许多CAD系统将逐渐地可以将所设计的工程进行实际三维动态仿真，当然这步还需要经过一段时间的发展。应该说AutoCAD软件系统特别适合在化工产品及设计领域设计工作。工程CAD的重要内容之一是研究将CAD技术如何良好地应用于化3235程设计内容，探索与化工工程及设计专业结合的方法与技巧，发现二者的有机结合点。换热设备广泛应用于石油化工、炼油、动力、轻工、原子能、制药、冶金及其他许多工业部门,在各领域中换热设备的投资占总投资的份额也很大,是一种重要的过程工业设备。CAD技术在世界范围内已进入实际应用领域,换热设备CAD技术是CAD技术在换热设备领域的具体应用,换热设备的计算机辅助设计、制造的研究与开发也是换热设备行业的发展趋势。 热力系统换热设备CAD系统(简称HECAD系统)实现了新型高效纵流壳程换热设备研究开发与工艺设计、机械设计、零部件设计的一体化和集成化。该系统的的推广应用不仅能达到节能降耗、减少设备投资费用、提高设备的设计质量与设计效率,且能缩短产品开发周期,优化换热设备设计、降低成本、使工程技术人员摆脱繁重的重复劳动。 该系统开发以来,在零部件二维图形和总装图的自动化绘制上取得了很大成功,在对新型高效纵流壳程换热器的设计过程中发挥了重要的作用。 三维CAD造型技术也称建模技术，它是CAD技术的核心。建模技术的研究、发展和应用，代表了CAD技术的研究、发展和应用。从20世纪60年代至今，三维建模技术的发展经历了线框建模、曲面建模、实体建模、特征建模、参数化建模、变量化建模，以及当今正在研究的产品集成建模、行为建模等发展过程。三维CAD以三维造型设计为基础，只要形成了三维模型，各种二维视图唾手可得。三维CAD/CAE技术在产品的三维造型、虚拟状配、工程图生成、动态干涉检验、机构运动分析和动态仿真、有限元分析等方面带来了革命性得突破，提高了设计效率和设计质量。三维设计的真正意义不仅仅在于设计模型本身，而是设计出模型的后处理工作。三维CAD/CAE技术主要包括以下内容：三维造型/三维设计、计算机辅助工程分析、机构运动分析/仿真、装配干涉检验、三维转二维、图样档案管理等。利用这种全过程的三维CAD/CAE系统完成设计以后，不仅使设计对象的几何形状和性能满足要求，而且使各方面的指标（强度、刚度、重量和成本等）都达到最