CAD軟件在機(jī)械創(chuàng)新過程中的應(yīng)用

文/孫啟祥

1 CAD機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容闡述

關(guān)于CAD概念設(shè)計(jì)的基本思想是從已有的設(shè)計(jì)實(shí)例和設(shè)計(jì)知識(shí)中組合成一種具有功能要求的設(shè)計(jì)方案，其方法必須是以功能為前提的，然后通過類比的一種方法獲得結(jié)果，其中需要使用的資源是設(shè)計(jì)實(shí)例或者是設(shè)計(jì)知識(shí)，將結(jié)構(gòu)和行為進(jìn)行定性描述，設(shè)計(jì)者需要對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行更改和決策。其中的設(shè)計(jì)過程是：根據(jù)功能設(shè)計(jì)結(jié)果和設(shè)計(jì)要求，建立一種分功能的邏輯結(jié)構(gòu)；通過尋找各種方法建立產(chǎn)品分功能的一種原理方案；對各個(gè)分功能的原理重新組合，得到一個(gè)完整的設(shè)計(jì)方案。

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要經(jīng)歷以下幾個(gè)過程：

（1）首先要充分了解用戶的需求，掌握用戶信息，作為設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求；

（2）對用戶需求分析，設(shè)計(jì)一套完善的解決方案；

（3）將產(chǎn)品的主功能分解成一些子功能，根據(jù)各子功能之間的關(guān)系，形成一種產(chǎn)品理論方案；

（4）根據(jù)已設(shè)計(jì)好的方案對產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的有效化使用。

2 CAD設(shè)計(jì)方法在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要性

在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，CAD技術(shù)方法的使用是十分重要的，需要人與計(jì)算機(jī)的緊密配合，將多學(xué)科方法進(jìn)行綜合，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)是增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭力的根本途徑，是面向用戶和面向市場的一種設(shè)計(jì)產(chǎn)品，只有通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)才能夠設(shè)計(jì)出具有市場競爭力的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜而且耗時(shí)的工作，需要有很強(qiáng)的設(shè)計(jì)理念，需要設(shè)計(jì)人員開闊自己的思維能力，提高設(shè)計(jì)的效率，不斷尋求一種科學(xué)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。科學(xué)的設(shè)計(jì)方法能夠設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品，也能夠滿足人們的意愿，CAD技術(shù)作為一種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中有著重要的作用。

3 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目標(biāo)

CAD技術(shù)在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的使用也是一種新的設(shè)計(jì)方法，CAD技術(shù)在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中可以實(shí)現(xiàn)一種創(chuàng)造性的思維，創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的CAD方法使用是對設(shè)計(jì)方法進(jìn)行模擬。CAD支持下的創(chuàng)新設(shè)計(jì)主要包括以下幾方面：

圖1：機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)模型

圖2：計(jì)算機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)程序圖

（1）CAD產(chǎn)品的應(yīng)用主要是面向產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程，CAD系統(tǒng)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中能夠獲取產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的全部歷史數(shù)據(jù)，在對新的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，能夠從原始的信息中獲得設(shè)計(jì)靈感，對于產(chǎn)品中的一部分零件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和制造，能夠使少部分的零件符合產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)。對于產(chǎn)品中的一些零散的零件，可以將這些零散的零件轉(zhuǎn)化為典型的零件模型，能夠有效的縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期，節(jié)約成本。

（2）CAD技術(shù)能夠進(jìn)行虛擬化的一種技術(shù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員在虛擬的一種環(huán)境中創(chuàng)造出產(chǎn)品的模型，能夠利用虛擬環(huán)境中的工具進(jìn)行對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的調(diào)整，通過改變產(chǎn)品的外形來調(diào)整產(chǎn)品，能夠在虛擬的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的問題和缺陷，能夠盡早的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品研制過程中的設(shè)計(jì)缺陷，更好的保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

（3）CAD技術(shù)的應(yīng)用可以有效的滿足設(shè)計(jì)中不同模塊之間的分工設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中通過將不同的設(shè)計(jì)分成不同的模塊，安排不同的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行分工設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將這些分散的模塊進(jìn)行組裝，并且建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型實(shí)行一種動(dòng)態(tài)化的管理。

4 CAD方法對于功能設(shè)計(jì)的支持

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的功能設(shè)計(jì)主要是進(jìn)行功能分解的過程，對于機(jī)械的功能進(jìn)行分解，可以更加準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)到機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的每一個(gè)模塊，對于機(jī)械產(chǎn)品有了更加深刻的了解和認(rèn)識(shí)，CAD方法在產(chǎn)品的功能設(shè)計(jì)中，需要將抽象化的思考與具體化進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。例如，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，功能對象一般包括電壓、水、電能等的一些客觀物質(zhì)。

對于硬幣包卷機(jī)功能的設(shè)計(jì)中，將CAD的設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到其中，進(jìn)行設(shè)計(jì)的步驟主要是：

（1）根據(jù)提前規(guī)定的相關(guān)設(shè)計(jì)要求自動(dòng)生成硬幣包卷機(jī)的主功能；

（2）將這個(gè)主功能進(jìn)行分解，其中主要包括硬幣的輸送和硬幣的存放等；

（3）在完成功能的辨識(shí)之后，需要對功能進(jìn)行完整性的檢查，對模型中的功能進(jìn)行檢測。

5 CAD設(shè)計(jì)方法在機(jī)械創(chuàng)新中的應(yīng)用

CAD設(shè)計(jì)方法在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要是建立一種設(shè)計(jì)模型，形成基本的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法，對設(shè)計(jì)模型進(jìn)行系統(tǒng)化的研究，形成一個(gè)系統(tǒng)的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)框架。CAD支持下的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)對于進(jìn)行實(shí)踐和研究都是十分重要的。

（1）首先會(huì)使用到集成化技術(shù)，在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，采用CAD設(shè)計(jì)要使用到設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程，通過對信息的集成，將不同單元之前的信息整合起來，依靠軟件信息開發(fā)平臺(tái)對信息進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)化。其中的信息集成是不能夠滿足機(jī)械的功能設(shè)計(jì)，需要向技術(shù)和管理方面進(jìn)行集成，才能夠更好的適應(yīng)制造系統(tǒng)發(fā)展的需求。如圖1機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型。

這種機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模型重要由企業(yè)制造—先進(jìn)技術(shù)使用—信息技術(shù)與先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要滿足客戶的個(gè)性化需求。例如，大規(guī)模的定制主要是有產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊化和制造專門化和管理的網(wǎng)絡(luò)化組成的，其中的模塊化生產(chǎn)主要是將產(chǎn)品的各個(gè)零部件進(jìn)行模塊化的生產(chǎn)，在機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)中，其中有大部分的零件在結(jié)構(gòu)和功能方面都是相似的。

（2）重視軟件的開發(fā)和創(chuàng)新，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，其中使用的二維設(shè)計(jì)軟件是CAD軟件，對于一些大型的企業(yè)應(yīng)該要不斷進(jìn)行創(chuàng)新，采用三維設(shè)計(jì)軟件，其中的中小企業(yè)應(yīng)該使用針對企業(yè)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目的專用的CAD軟件，比如鍋爐CAD軟件，在軟件的使用中，應(yīng)該使用國產(chǎn)的軟件進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，對國產(chǎn)軟件進(jìn)行不斷更新和完善。

（3）注重產(chǎn)品數(shù)據(jù)資源的整合，在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，需要建立一種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)環(huán)境，在企業(yè)中，一般主要是通過查詢的方式進(jìn)行對零部件的檢索，一般檢索出內(nèi)容包括零件類型、材料類型和來源類型這些條件，從中查找出符合條件的零件類型，然后就會(huì)得到有關(guān)零件的數(shù)據(jù)分析，例如，零件的有關(guān)說明、設(shè)計(jì)時(shí)間以及設(shè)計(jì)作者等。其中功能結(jié)構(gòu)的描述方式關(guān)系到機(jī)構(gòu)的組合完成，如圖2計(jì)算機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)程序圖。

（4）注重對設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)工作，人們在接觸到一個(gè)新的設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，往往不能對產(chǎn)品設(shè)計(jì)有新的認(rèn)識(shí)，這就需要應(yīng)用到檢索功能，通過對內(nèi)容的查詢和檢索，可以對產(chǎn)品有一個(gè)新的認(rèn)識(shí)。其中良好的設(shè)計(jì)環(huán)境可以激發(fā)設(shè)計(jì)者的想象力，產(chǎn)品的創(chuàng)新也是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工程它也具有一些不確定的因素。

（5）參數(shù)設(shè)計(jì)方法，在CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，要想有效實(shí)現(xiàn)一種集成化而且具有智能性的CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要基于約束參數(shù)設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法主要是利用幾何約束來表達(dá)產(chǎn)品幾何模型的設(shè)計(jì)，可以通過定義參數(shù)，對設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行控制，其中主要的設(shè)計(jì)方法有造型操作的構(gòu)造、規(guī)則推理方法等，可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)模型的修改和完善。

6 結(jié)語

綜上所述，在機(jī)械創(chuàng)造設(shè)計(jì)過程中，CAD是一種使用廣泛的設(shè)計(jì)工具，在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中，CAD技術(shù)能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)提供很大的便利，這種設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用能夠有效的提升產(chǎn)品的競爭力。其中設(shè)計(jì)過程中有關(guān)于功能、結(jié)構(gòu)以及概念的設(shè)計(jì)，都需要使用到CAD設(shè)計(jì)方法，可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)械產(chǎn)品的模擬化設(shè)計(jì)，可以在軟件的設(shè)計(jì)中投入更多的資源，不斷進(jìn)行創(chuàng)新。