CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的社會(huì)實(shí)踐應(yīng)用，CAD技術(shù)以其簡(jiǎn)單、快捷高效、便于存儲(chǔ)和攜帶等優(yōu)點(diǎn)在工程設(shè)計(jì)中取得了良好的使用效果。文章首先對(duì)CAD軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)單了解，然后分析了CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的一些優(yōu)勢(shì)，最后就CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了探究。

關(guān)鍵詞：CAD技術(shù)；工程設(shè)計(jì)；AutoCAD軟件；工程制圖；繪圖設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP317 文章編號(hào)：1009-2374（2015）04-0052-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0308

CAD（Computer Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，是美國(guó)麻省理工大學(xué)提出的交互式圖形學(xué)的研究計(jì)劃。最初，CAD的應(yīng)用只是出現(xiàn)在汽車制造、航空航天等大型公司。隨著電子設(shè)備和軟件系統(tǒng)的快速發(fā)展，CAD也得到了廣泛應(yīng)用。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，CAD技術(shù)不斷改進(jìn)和完善，也進(jìn)行了許多的創(chuàng)新，從最初的二維繪圖設(shè)計(jì)到現(xiàn)在的3D立體繪圖設(shè)計(jì)?，F(xiàn)今，CAD已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單地用于設(shè)計(jì)繪圖方面，它已經(jīng)進(jìn)入到了設(shè)計(jì)者專業(yè)知識(shí)中更“智能”的部分。

1 AutoCAD概述

在工程制圖中使用CAD后，不但能提高繪圖效率，而且可以創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著CAD軟件的廣泛應(yīng)用，掌握CAD軟件的基本操作和繪圖技巧是每個(gè)設(shè)計(jì)者的必修課。AutoCAD是工程制圖人員普遍使用的繪圖軟件，下面就結(jié)合AutoCAD軟件，對(duì)CAD軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

圖1 AutoCAD軟件界面的布局 圖2 零件的分層設(shè)計(jì)與最終的3D效果

AutoCAD軟件的操作界面分為菜單欄、繪圖工具欄和狀態(tài)欄等模塊，如圖1所示。AutoCAD的功能包括：對(duì)二維和三維圖形進(jìn)行繪制、修改，標(biāo)志機(jī)械零件的詳細(xì)尺寸；可以方便地在圖形的任何位置、任何方向書寫文字；可以通過(guò)AutoLISP語(yǔ)言和ObjectARX環(huán)境，編程實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)的計(jì)算分析和自動(dòng)繪圖；它還擁有大量的繪圖工具，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)自己的需要來(lái)添加新的繪圖動(dòng)作；它也可以通過(guò)各種標(biāo)準(zhǔn)的圖形和圖像格式文件與其他軟件交換圖形數(shù)據(jù)信息；此外，還可以與外部數(shù)據(jù)庫(kù)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)外部數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。如今，CAD技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)可以通過(guò)AutoCAD軟件繪圖和3D打印機(jī)的結(jié)合，輕松實(shí)現(xiàn)器械零件打印的3D效果，如圖2所示。

2 CAD在工程設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)分析

設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度降低，繪制的圖形精確干凈。傳統(tǒng)的手工繪圖，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常需要使用不同的畫筆、三角板、曲線尺等工具不斷的交替更換，并且一不小心就會(huì)出錯(cuò)，這時(shí)修改的話不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，很有可能會(huì)使得圖形變得臟亂不堪。但是使用CAD繪圖就不會(huì)出現(xiàn)這些問(wèn)題，你只需要手中一個(gè)鼠標(biāo)即可。

可以提高二維繪圖工作的效率。CAD軟件對(duì)為用戶提供了各種各樣的模版，設(shè)計(jì)者可以在繪圖過(guò)程中直接調(diào)用。在用CAD進(jìn)行復(fù)雜圖形設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員只需要調(diào)用以往使用的信息，對(duì)其中的個(gè)別零件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和繪制，這就使得工程設(shè)計(jì)的效率得到了大大提升。

更加符合設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)過(guò)程。CAD技術(shù)能夠保障遵從人類的設(shè)計(jì)思維，隨時(shí)隨地地更改設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)師可以走一步看一步的夢(mèng)想得到了實(shí)現(xiàn)。一般的機(jī)械設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)總是先構(gòu)思后表達(dá)，由于腦海中構(gòu)思出的產(chǎn)品形狀是三維的，因而直接建立反映產(chǎn)品真實(shí)幾何形狀的三維實(shí)體模型自然是理想的表達(dá)方式。CAD技術(shù)的應(yīng)用可使機(jī)械設(shè)計(jì)師更加專注于產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身，而不是產(chǎn)品的圖形表示，符合機(jī)械設(shè)計(jì)師的創(chuàng)新意識(shí)，有利于設(shè)計(jì)的連續(xù)進(jìn)行。由于CAD三維設(shè)計(jì)得到的三維立體圖具有直觀、易于理解等特點(diǎn)，不僅能促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)師的思維深入，而且也便于與他人進(jìn)行交流。

3 CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

CAD利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。它被廣泛地應(yīng)用在工程設(shè)計(jì)CAD項(xiàng)目的管理、初步設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、繪制工程、統(tǒng)計(jì)優(yōu)化等方面。下文就CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

3.1 實(shí)現(xiàn)了實(shí)體建模

在CAD技術(shù)出現(xiàn)以前，設(shè)計(jì)人員只能憑借自身的想象來(lái)構(gòu)思設(shè)計(jì)方案，隨著CAD技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使得實(shí)體設(shè)計(jì)這一想法得到了實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)中的圖形就猶如活生生的實(shí)物一般出現(xiàn)在人們眼前，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的零件可以在計(jì)算機(jī)中動(dòng)態(tài)地轉(zhuǎn)動(dòng)，可以進(jìn)行虛擬的切割、打磨和焊接。設(shè)計(jì)者在與他人交流時(shí)一些復(fù)雜的圖形難以用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)清楚，這時(shí)運(yùn)用CAD技術(shù)繪制的圖形就可以使交流更加方便易懂。實(shí)體建模的實(shí)現(xiàn)，對(duì)設(shè)計(jì)者繪畫技能的要求不再那么苛刻，CAD軟件為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)自有標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)和零部件數(shù)據(jù)資源庫(kù)，還有特征體庫(kù)、緊固件庫(kù)等，還提供了構(gòu)造自由曲面的工具和方法，因此只要對(duì)模型進(jìn)行調(diào)用、編輯、修改、施加約束或復(fù)合操作，就可構(gòu)造出需要的工件。

3.2 智能CAD技術(shù)的應(yīng)用

隨著CAD技術(shù)的發(fā)展和人們需求的不斷提高，人工智能等各類技術(shù)逐漸融入到CAD系統(tǒng)中，形成了各種智能CAD系統(tǒng)。知識(shí)的應(yīng)用使CAD系統(tǒng)的“設(shè)計(jì)”功能和設(shè)計(jì)自動(dòng)化水平大大提高，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過(guò)程的支持程度大大加強(qiáng)，促進(jìn)了產(chǎn)品和工程的創(chuàng)新開(kāi)發(fā)。智能CAD在運(yùn)用知識(shí)化、信息化的基礎(chǔ)上，建立基于知識(shí)的設(shè)計(jì)倉(cāng)庫(kù)，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)方面提供一些專業(yè)的知識(shí)與幫助，同時(shí)可以根據(jù)設(shè)計(jì)人員的意圖和要求智能地設(shè)計(jì)圖形、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)的核心是創(chuàng)新設(shè)計(jì)，人們正試圖把創(chuàng)新技術(shù)和人工智能技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用到CAD技術(shù)中，用智能設(shè)計(jì)、智能制造系統(tǒng)去創(chuàng)造性指導(dǎo)解決新產(chǎn)品。

3.3 三維CAD技術(shù)的應(yīng)用

傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中一般將產(chǎn)品和工程設(shè)計(jì)圖紙看成是“點(diǎn)、線、圓、弧、文本……”等幾何元素的集合，系統(tǒng)內(nèi)表達(dá)的任何設(shè)計(jì)都變成了幾何圖形，這樣的設(shè)計(jì)往往缺乏立體效果。同時(shí)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，僅僅是依靠已有的資料進(jìn)行借鑒和改造，設(shè)計(jì)常規(guī)，易給人一種呆板的感覺(jué)。而三維CAD技術(shù)的應(yīng)用，就可以使方案在設(shè)計(jì)階段充分利用專家系統(tǒng)及現(xiàn)代科技新理論，可以在軟件中建立各種機(jī)構(gòu)，進(jìn)行構(gòu)型對(duì)比和設(shè)計(jì)創(chuàng)新。同時(shí)三維CAD技術(shù)在計(jì)算機(jī)中將產(chǎn)品的實(shí)際形狀表示成為三維的模型，模型中包括了產(chǎn)品幾何結(jié)構(gòu)的有關(guān)點(diǎn)、線、面、體的各種信息，使模型從線框模型、表面模型到實(shí)體模型發(fā)展，從而使設(shè)計(jì)所表達(dá)的幾何體信息越來(lái)越完整和準(zhǔn)確，幫助設(shè)計(jì)者解決更加廣闊的設(shè)計(jì)范圍。

總之，CAD技術(shù)能夠被很好地應(yīng)用于工程施工中，大大降低了施工量，有效地提升了施工效率，在新的發(fā)展時(shí)期，必將會(huì)被更為有效的應(yīng)用，為工程施工提供有益的支持。

4 CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題

在未來(lái)發(fā)展中，CAD技術(shù)的應(yīng)用會(huì)變得更為有效，為了更好地促進(jìn)軟件的應(yīng)用，在使用過(guò)程中應(yīng)該對(duì)以下問(wèn)題給予足夠的重視。

4.1 投資與管理的問(wèn)題

CAD技術(shù)是施工企業(yè)發(fā)展過(guò)程中必須依靠的軟件，需要盡快加以普及和應(yīng)用。在此過(guò)程中要考慮對(duì)其的投入力度，要保證其能夠有效開(kāi)展下去。與此同時(shí)，要極力避免盲目投資，減少設(shè)備閑置情況的出現(xiàn)。這樣才能更好地應(yīng)用CAD技術(shù)，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。CAD技術(shù)高水平應(yīng)用是將硬件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、各種CAD軟件包、電子圖庫(kù)、質(zhì)量保證體系、經(jīng)營(yíng)管理、財(cái)務(wù)、培訓(xùn)等集成為一個(gè)整體系統(tǒng)，要充分保證上述環(huán)節(jié)的有效運(yùn)行，從而發(fā)揮出系統(tǒng)的效益。

4.2 CAD應(yīng)用軟件的相關(guān)問(wèn)題

在應(yīng)用CAD軟件時(shí)，由于市場(chǎng)上軟件種類較多，這就要求在選擇時(shí)需要進(jìn)行充分考慮：第一，要保證軟件功能能夠滿足設(shè)計(jì)需要，這是最為基礎(chǔ)的要求。第二，要保證軟件的各種接口的有效性，包括文件轉(zhuǎn)換接口、外接接口等，同時(shí)要保證這些接口具有非常好的通用性。第三，要保證軟件的可開(kāi)發(fā)性，為后期工作提供更為有效的支持，同時(shí)人機(jī)界面要較好，方便操作。只有這樣，CAD軟件的應(yīng)用和推廣才會(huì)更加有效。

另外，隨著CAD技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助管理變得更為重要。在新的發(fā)展形勢(shì)下，更加智能化，具有管理效力的軟件變得更為有效，能夠提供給設(shè)計(jì)單位以設(shè)計(jì)系統(tǒng)和反應(yīng)敏感的決策系統(tǒng)。這樣就能夠方便單位更加有效地進(jìn)行管理，也更加便于操作和掌控。在這種情況下，CAD技術(shù)在應(yīng)用和推廣過(guò)程中必將會(huì)出現(xiàn)一次革新，需要對(duì)自身的工作環(huán)境進(jìn)行更新和完善，相信在不久的將來(lái)，CAD技術(shù)將會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用效果會(huì)更為優(yōu)秀，可以為單位設(shè)計(jì)工作提供更為高效、便利、智能化的支持。

5 結(jié)語(yǔ)

CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是非常廣泛的，它給工程設(shè)計(jì)人員的工作帶來(lái)了巨大的便利。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，科學(xué)技術(shù)是不斷發(fā)展的，每一個(gè)工程設(shè)計(jì)者都應(yīng)該運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)，在各自的崗位發(fā)揮自己最佳的水平，為客戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)和優(yōu)良的設(shè)計(jì)。

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作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)未宏?yáng)（1973-），女，遼寧遼陽(yáng)人，遼寧建筑職業(yè)學(xué)院副教授，材料工程碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造方向的研究與教學(xué)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）