智能CAD技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

郭繼泉

（山東省淄博市工業(yè)學(xué)校，山東 淄博 255400）

0 引言

我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展給機(jī)械制造企業(yè)帶來(lái)了重要發(fā)展機(jī)遇，但與此同時(shí)也給機(jī)械制造企業(yè)設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)質(zhì)量的快速提升帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)模式下的機(jī)械制圖方法很難滿足當(dāng)今社會(huì)數(shù)字化、自動(dòng)化以及智能化機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)建設(shè)需求，因此，機(jī)械設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷加大智能CAD技術(shù)在機(jī)械零件設(shè)計(jì)以及機(jī)械制造中的應(yīng)用，為機(jī)械制圖效率的快速提升奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。與此同時(shí)，由于機(jī)械制圖和機(jī)械設(shè)計(jì)中手工繪圖方法所具備的不容忽視的巨大優(yōu)勢(shì)，機(jī)械制圖與智能CAD技術(shù)的融合也將是未來(lái)機(jī)械制造與設(shè)計(jì)中的重要方向。在此背景下，本文探究智能CAD技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用也就具備重要理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 智能CAD與機(jī)械制圖的關(guān)系

智能CAD和機(jī)械制圖的關(guān)系主要體現(xiàn)在機(jī)械制圖為智能CAD技術(shù)提供基礎(chǔ)理論支撐，智能CAD技術(shù)則作為機(jī)械制圖中的重要系統(tǒng)運(yùn)行軟件處理機(jī)械制圖和工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程中的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，保證機(jī)械制圖符合機(jī)械制造基本目標(biāo)。設(shè)計(jì)人員在利用智能CAD技術(shù)進(jìn)行機(jī)械制圖時(shí)，往往需掌握一定程度的手工繪圖知識(shí)，其手工繪圖技術(shù)水平將直接影響智能CAD技術(shù)認(rèn)知水平和實(shí)踐操作能力。另一方面，智能CAD技術(shù)能夠大幅度提升機(jī)械制圖工作效率，改變傳統(tǒng)模式下手工制圖方式工作量較大、工作時(shí)間較長(zhǎng)、繪圖強(qiáng)度較高以及人為繪圖存在的較大誤差等諸多問(wèn)題。通過(guò)機(jī)械制圖的基礎(chǔ)理論支撐，利用智能CAD軟件或系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械繪圖，能夠大幅度提高工作效率而降低工作量和工作強(qiáng)度，更可借助智能CAD技術(shù)強(qiáng)大的編輯儲(chǔ)存功能提高機(jī)械制圖的準(zhǔn)確性，避免圖形參數(shù)信息丟失而影響機(jī)械制圖效果。

2 智能CAD技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)

2.1 智能CAD技術(shù)

智能CAD技術(shù)是通過(guò)模擬某一領(lǐng)域?qū)＜以O(shè)計(jì)過(guò)程，利用單一領(lǐng)域的符號(hào)圖形等推理技術(shù)，解決某一領(lǐng)域特定問(wèn)題的重要技術(shù)，也是近年來(lái)迅速發(fā)展的全新技術(shù)之一。智能CAD系統(tǒng)主要包括基礎(chǔ)層、支撐層和應(yīng)用層三大層次，通過(guò)三方面功能的相互配合實(shí)現(xiàn)分析功能、運(yùn)算功能、圖形處理功能和數(shù)據(jù)交換與管理功能等，為某一領(lǐng)域特定問(wèn)題的解決提供參考。

2.2 智能CAD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.2.1 縮短機(jī)械設(shè)計(jì)周期

智能CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用，不僅能夠很好地改善機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中復(fù)雜的三維立體造型問(wèn)題，更能夠通過(guò)簡(jiǎn)單模型的組合和集合實(shí)體運(yùn)算功能，構(gòu)建更加靈活、更加便捷的復(fù)雜性三維模型，實(shí)體自動(dòng)生成工業(yè)生產(chǎn)制造中的相關(guān)線和截交線，不斷降低工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作的整體工作量，縮短工業(yè)設(shè)計(jì)與制造中產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率和生產(chǎn)效率。另一方面，智能CAD技術(shù)軟件應(yīng)用在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和機(jī)械制造方面，能夠通過(guò)零散部件的重新設(shè)計(jì)和升級(jí)優(yōu)化，在聯(lián)系以往工業(yè)設(shè)計(jì)多部件設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，大幅度提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率。此外，智能CAD技術(shù)還能通過(guò)類同變形設(shè)計(jì)能力，快速進(jìn)行模型構(gòu)建，生成全新機(jī)械制造產(chǎn)品，便于縮短機(jī)械設(shè)計(jì)周期。

2.2.2 便捷性的零件設(shè)計(jì)和修正

CAD技術(shù)的應(yīng)用，能夠更快捷地對(duì)機(jī)械產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)信息和參數(shù)信息進(jìn)行修改。智能CAD技術(shù)，能夠在工業(yè)產(chǎn)品已裝配條件下重新設(shè)計(jì)新的機(jī)械零部件，利用新零部件替代原有裝配零部件方式，替換原有零部件的位置信息和形狀信息，實(shí)現(xiàn)新部件與整個(gè)工業(yè)產(chǎn)品三維模型的數(shù)據(jù)匹配，以此實(shí)現(xiàn)全新三維工業(yè)產(chǎn)品零件的設(shè)計(jì)和更新迭代，使新構(gòu)建的產(chǎn)品零部件適用范圍得到大幅度拓寬，也使舊零部件與新零部件間的契合度得到較高提升。通過(guò)該方式設(shè)計(jì)的工業(yè)產(chǎn)品零部件，能規(guī)避機(jī)械產(chǎn)品全新獨(dú)立性設(shè)計(jì)可能面臨的巨大誤差，避免新部件設(shè)計(jì)后與原部件不相匹配的裝配問(wèn)題。

例如，在工業(yè)設(shè)計(jì)裝配環(huán)境下，零部件設(shè)計(jì)可通過(guò)實(shí)地?cái)?shù)據(jù)考察，更高效地獲取該工業(yè)產(chǎn)品周邊零部件具體信息，基于該信息設(shè)計(jì)全新零部件，更好地契合周邊零部件參數(shù)要求，完成全新零部件的裝配設(shè)計(jì)與裝配過(guò)程。此外，智能CAD技術(shù)還可通過(guò)零部件參數(shù)修正發(fā)揮輔助作用，使零部件通過(guò)資源查找后得到原有零部件的設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)程序，設(shè)計(jì)師通過(guò)設(shè)計(jì)命令快速了解工業(yè)產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)內(nèi)容，通過(guò)修改某一設(shè)計(jì)步驟或設(shè)計(jì)程序參數(shù)得到全新零部件，大幅度提升工業(yè)產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)和修正的便捷性。

2.3 加強(qiáng)機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量及質(zhì)量水平

智能CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，更體現(xiàn)于不斷加強(qiáng)機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量水平方面?，F(xiàn)今社會(huì)數(shù)字化和信息化的高效融合，能通過(guò)智能CAD技術(shù)和CIMS組織生產(chǎn)模式得到工業(yè)制造產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的快速提升，智能CAD技術(shù)采取有限元受力分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，進(jìn)一步提高工業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的整體質(zhì)量。此外，采用智能CAD技術(shù)，企業(yè)還可利用其完善的數(shù)控加工系統(tǒng)，結(jié)合CAD、CAM、CAPP等技術(shù)方法進(jìn)行機(jī)械零部件的加工，快速得到全新零部件，保證工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量與生產(chǎn)質(zhì)量。最后，智能CAD技術(shù)能夠通過(guò)提高工業(yè)產(chǎn)品形狀大小等幾何參數(shù)信息描述的準(zhǔn)確性和便捷度，賦予設(shè)計(jì)或改良工業(yè)零部件對(duì)象更詳細(xì)的參數(shù)信息，實(shí)現(xiàn)待設(shè)計(jì)或待改良對(duì)象幾何形狀甚至參數(shù)等的準(zhǔn)確描述，全面凸顯設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)意圖。

2.4 可促進(jìn)機(jī)械人員有效發(fā)揮自身能力

智能CAD技術(shù)的應(yīng)用，能夠快速促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)人員自身能動(dòng)性的充分發(fā)揮。在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，設(shè)計(jì)師可針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行思考，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)模式、設(shè)計(jì)參數(shù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品性能甚至產(chǎn)品適用范圍等諸多內(nèi)容的基礎(chǔ)上，按照全新工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)主題形成較完整的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式，在腦海中體現(xiàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的整體框架和結(jié)構(gòu)后，根據(jù)該結(jié)構(gòu)構(gòu)思探討設(shè)計(jì)意圖是否能在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中得到充分實(shí)現(xiàn)。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師往往需深入分析已有設(shè)計(jì)構(gòu)思和設(shè)計(jì)模型，確認(rèn)設(shè)計(jì)模型的可行性和現(xiàn)實(shí)可操作性，因此，諸多機(jī)械設(shè)計(jì)師往往在最初始設(shè)計(jì)階段將更多精力投放于工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可行性和實(shí)踐操作性中，忽視了初始設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。利用智能CAD技術(shù)，能夠有效轉(zhuǎn)變工業(yè)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)觀念和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)注點(diǎn)，將設(shè)計(jì)師目光吸引到設(shè)計(jì)構(gòu)思和設(shè)計(jì)優(yōu)化方面，避免設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)模型表達(dá)和設(shè)計(jì)模型實(shí)現(xiàn)方面付出過(guò)多精力，使設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)理念得到充分保障，為設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)提供支撐。

3 智能CAD技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用

3.1 在機(jī)械繪圖中的運(yùn)用

智能CAD技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用可體現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)繪圖中，機(jī)械設(shè)計(jì)繪圖是機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的關(guān)鍵內(nèi)容，繪圖的準(zhǔn)確性及參數(shù)標(biāo)注的準(zhǔn)確性直接決定著機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計(jì)水平，是整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造產(chǎn)業(yè)的重中之重。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)在機(jī)械繪圖時(shí)，往往需機(jī)械設(shè)計(jì)工程師大量的手繪和精巧構(gòu)思，實(shí)際工作量大且效率低，很容易導(dǎo)致人為誤差出現(xiàn)而影響機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的整體進(jìn)度。智能CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)繪圖中的應(yīng)用，能通過(guò)智能CAD軟件中的任意編輯、修改和檢查功能，使設(shè)計(jì)師通過(guò)該軟件提升機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖精確性。同時(shí)，機(jī)械設(shè)計(jì)師還可利用該軟件對(duì)產(chǎn)品對(duì)象尺寸、厚度甚至其他參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整與修改，不斷優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖，也可利用CAD軟件進(jìn)行文字編輯和備注等工作，輔助機(jī)械設(shè)計(jì)繪圖過(guò)程，不斷提升其繪圖質(zhì)量和繪圖效率。

3.2 對(duì)符號(hào)及圖形的使用

智能CAD技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用，也體現(xiàn)在機(jī)械產(chǎn)品符號(hào)使用和圖形使用方面。眾所周知，在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，往往以某些特定符號(hào)或特定圖形代表工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的某零部件或某零部件的部分特性，起到簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)圖和設(shè)計(jì)內(nèi)容的作用。利用智能CAD技術(shù)輔助機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的符號(hào)或圖形運(yùn)用，利用表格編制圖形、符號(hào)與對(duì)應(yīng)機(jī)械零部件或?qū)?yīng)零部件參數(shù)間的聯(lián)系建立數(shù)據(jù)庫(kù)，便于工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖使用者快速了解設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)意圖，充分掌握該工業(yè)產(chǎn)品圖形和符號(hào)特征，避免不同設(shè)計(jì)人員在同一工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中由于符號(hào)或圖形闡述不準(zhǔn)確而造成的誤差。

3.3 在機(jī)械設(shè)計(jì)建模中的運(yùn)用

智能CAD技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用，更進(jìn)一步體現(xiàn)于機(jī)械設(shè)計(jì)和建模中。三維建模是機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化制造和智能化生產(chǎn)的關(guān)鍵一步，更是機(jī)械設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)質(zhì)量體現(xiàn)的重要內(nèi)容，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化和升級(jí)改良有著重大意義。利用智能CAD技術(shù)，可借助軟件的三維建模功能，不斷提高機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率和制造效率。同時(shí)，三維建模技術(shù)中實(shí)體模型、線框模型、剖面圖、平面圖甚至立面圖等的應(yīng)用，能通過(guò)轉(zhuǎn)化傳統(tǒng)的單純二維模型為三維模型方式，快速得到工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)全方位參數(shù)信息，為設(shè)計(jì)優(yōu)化和產(chǎn)品改良提供支撐。此外，智能CAD技術(shù)軟件中包含圓柱體、圓錐體、立方體、曲面體等諸多標(biāo)準(zhǔn)建模體系，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造時(shí)，可將該類模型體系進(jìn)行分解和組裝，完成部分工業(yè)產(chǎn)品的三維建模任務(wù)，大幅度簡(jiǎn)化傳統(tǒng)建模程序以提升工業(yè)設(shè)計(jì)和制造水平。

例如，在汽車設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，為避免汽車覆蓋模具質(zhì)量誤差而造成的汽車實(shí)體模型誤差，導(dǎo)致汽車覆蓋模具返工而浪費(fèi)大量時(shí)間、人力、物力成本，設(shè)計(jì)師可采用智能CAD技術(shù)對(duì)汽車覆蓋模具設(shè)計(jì)制造進(jìn)行三維建模，通過(guò)對(duì)比設(shè)計(jì)圖和實(shí)際三維模型，不斷完善汽車設(shè)計(jì)制造過(guò)程中覆蓋模具信息參數(shù)，避免模具返工而造成的成本浪費(fèi)，提高汽車生產(chǎn)制造效率。

4 結(jié)論

總而言之，在工業(yè)生產(chǎn)與機(jī)械制造中，利用智能CAD技術(shù)，不僅對(duì)提升工業(yè)生產(chǎn)和制造效率有著重要意義，更能夠大幅度簡(jiǎn)化整個(gè)工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)制造過(guò)程，實(shí)現(xiàn)工業(yè)社會(huì)發(fā)展中機(jī)械制造技術(shù)和制造水平的提升，為機(jī)械數(shù)字化、智能化和自動(dòng)化，甚至機(jī)械零件制造標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化等打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，使我國(guó)機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得到大幅度提升。