淺談CAD在機(jī)械設(shè)計中應(yīng)用及其發(fā)展

韓博 許帆

摘要：機(jī)械制造業(yè)是我國的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，目前機(jī)械制造業(yè)在設(shè)計方面多采用CAD技術(shù)，并且隨著這技術(shù)的不斷成熟，在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用日趨廣泛。本文主要對CAD技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用情況進(jìn)行闡述，指出機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)中CAD技術(shù)所發(fā)揮的重要作用，并且對這項技術(shù)的優(yōu)勢與缺陷進(jìn)行分析，最后則對CAD技術(shù)未來的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：CAD技術(shù);機(jī)械設(shè)計;發(fā)展

CAD技術(shù)是依托于計算機(jī)所形成一個項目設(shè)計軟件，主要能夠完成機(jī)械零件的繪圖，是計算機(jī)輔助設(shè)計必不可少的技術(shù)之一。計算機(jī)技術(shù)正在不斷成熟，在傳統(tǒng)二維技術(shù)的基礎(chǔ)上真在逐步向三維技術(shù)拓展，在圖形設(shè)計領(lǐng)域創(chuàng)造出一些列標(biāo)準(zhǔn)，并積極向外拓展。CAD技術(shù)的發(fā)展時間并不長，屬于新興的技術(shù)，對CAD技術(shù)進(jìn)行更為深入的研究，不僅有利于圖形軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在器械制造領(lǐng)域也能夠?qū)⑵渥饔酶蟮陌l(fā)揮出來。

1.CAD系統(tǒng)工作流程及在機(jī)械設(shè)計中的主要應(yīng)用

CAD技術(shù)是基于計算機(jī)軟件所形成一種圖形解決方案，在計算機(jī)軟件和硬件高速發(fā)展的情況下，CAD技術(shù)已經(jīng)成為部分領(lǐng)域中進(jìn)行科研、設(shè)計、制造所不可或缺的圖形處理工具。將CAD技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域中，具體涉及以下幾個方面的內(nèi)容：

1.1二維圖形繪制

CAD技術(shù)能夠輕松解決各種圖形繪制問題，是機(jī)械制造領(lǐng)域最為常見的繪圖工具，替代傳統(tǒng)手工繪圖，極大的提升繪圖的工作效率。

1.2圖形與符號庫

依托于CAD技術(shù)，能夠?qū)?fù)雜的圖形進(jìn)行分解，將這些圖形轉(zhuǎn)變成為比較簡單圖形存入到軟件庫中，以便隨時調(diào)用。還可以將其應(yīng)用到另一個圖形中，使設(shè)計與繪圖的工作效率大幅提升。

1.3參數(shù)化設(shè)計

CAD技術(shù)中涵蓋各個領(lǐng)域，對各個領(lǐng)域中所執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了劃定，確定其相關(guān)的參數(shù)，并且能夠根據(jù)設(shè)計需求來構(gòu)建圖形程序庫，在執(zhí)行相應(yīng)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，可以自動生成相應(yīng)的基礎(chǔ)圖形。

1.4三維造型

機(jī)械部件設(shè)計的過程中，采用三維造型能夠使機(jī)械零件更為逼真，并且能夠確保零件的精度，同時還能夠進(jìn)行著色，并模擬裝配與運動的過程，還能夠分析出零件在運動環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性。

1.5工程分析

通常在工程分析中應(yīng)用CAD技術(shù)的有限元分析、運動學(xué)分析、動力學(xué)分析、優(yōu)化設(shè)計等。能夠?qū)φ麄€工程中部分流程進(jìn)行比較細(xì)化的分析，如字注塑模設(shè)計時，存在冷卻分析、塑流分析、變形分析等。

1.6報表與文檔的生成

在機(jī)械零部件設(shè)計中，應(yīng)用CAD技術(shù)能夠?qū)λ婕凹庸さ牧慵M(jìn)行說明文檔的編撰，同時導(dǎo)出相關(guān)的數(shù)據(jù)，同時也有可能會需要其他軟件的支持，比如數(shù)據(jù)庫軟件、文檔制作軟件等。

2.CAD在機(jī)械設(shè)計中的優(yōu)缺點

CAD技術(shù)在機(jī)械繪圖中優(yōu)勢具體表現(xiàn)在：首先，設(shè)計流程符合人的思維過程;其次，大幅降低機(jī)械設(shè)計的時間與周期;第三，更易于對零部件進(jìn)行設(shè)計以及修正;第四，在裝配環(huán)境中，對零部件能夠進(jìn)行全方位的檢查，使零部件能夠以立體化的形式呈現(xiàn)出來;第五，使機(jī)械產(chǎn)品的科技含量有所提升。

CAD技術(shù)在具有優(yōu)勢的同時也存在一定的缺陷。一方面，CAD技術(shù)只是將手工繪圖用軟件來進(jìn)行替代，設(shè)計者的設(shè)計思想有時會受到軟件的制約。從設(shè)計層面來講，CAD技術(shù)僅僅是一種輔助設(shè)計。另一方面，專業(yè)技術(shù)人員相對匱乏。三維CAD技術(shù)所涵蓋的內(nèi)容比較豐富，人們在學(xué)習(xí)和掌握的過程中無法面面俱到。

3.CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1集成化

CAD技術(shù)在制造業(yè)中進(jìn)行應(yīng)用與工程管理之間的關(guān)系非常密切，集成化是未來發(fā)展的必然趨勢，其中包括基于特征三維造型CAD/CAE/CAPP/CAM的集成在CAD技術(shù)中是較為前沿的。特別是其與快速原型制造的集成，能夠形成一個閉環(huán)，在內(nèi)部實現(xiàn)對產(chǎn)品的開發(fā)，并且能夠?qū)⑵鋺?yīng)用在工程（CE）環(huán)境中。此外，在集成化方面有更為高級的集成方法，其中包括計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS），CAD技術(shù)則是其中最為核心的技術(shù)。

3.2智能化

專家系統(tǒng)（ES）、人工智能（AI）以及基于知識的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的發(fā)展使CAD技術(shù)得到了更為廣泛的應(yīng)用。CAD技術(shù)的智能化系統(tǒng)中存在大量的知識和經(jīng)驗，在知識庫中對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，以邏輯推理的方式來滿足人們在設(shè)計中的各種需求。在知識庫中有人們長期在各領(lǐng)域中應(yīng)用CAD技術(shù)的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，相較于各領(lǐng)域的專家而言，一套完善的CAD專家系統(tǒng)甚至能達(dá)到并超過這些專家的能力水平。

3.3網(wǎng)絡(luò)化與協(xié)同化

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使信息交互更加頻繁，CAD技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用也是未來的發(fā)展趨勢，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)CAD技術(shù)的協(xié)同工作，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)計，進(jìn)而將不同地域的設(shè)計能夠融合在前一起，極大的提高了工作的效率。同時，由多臺計算機(jī)工程的聯(lián)網(wǎng)CAD工作站發(fā)展也比較迅速，運用網(wǎng)絡(luò)來將多個工作站相連，在同時進(jìn)行設(shè)計的情況下還能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械設(shè)計的整合，這種分布式CAD工作站也是未來發(fā)展的一個重要方向。CAD技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為靈活多變，在功能方面也更為強(qiáng)大，并且成本更低。在每個工作站中，都可以獨立應(yīng)用CAD技術(shù)，相互之間能夠?qū)崿F(xiàn)快速的資源和信息共享，僅為更為有效的完成協(xié)同工作，同時負(fù)責(zé)人還能夠?qū)ο嚓P(guān)設(shè)計的情況進(jìn)行跟蹤與審查。CAD技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化與協(xié)同化，勢必會提高設(shè)計人員的工作效率，這也使企業(yè)效益能夠得到提升。

3.4綠色化

環(huán)境問題是一個比較熱點的國際性問題，這也使綠色化擁有其存在的價值。綠色設(shè)計技術(shù)是運用各種技術(shù)手段來降低廢品率，并且在產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)與生產(chǎn)銷售中不會對環(huán)境施加壓力，盡量將污染降到最低。此外，綠色化還包括資源的優(yōu)化配置，使資源的利用率最大化。

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