試論三維CAD技術(shù)及在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

馮 巖

（西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院,710014）

計(jì)算機(jī)的普及以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，帶動(dòng)了三維CAD技術(shù)的廣泛適用，其在建筑、醫(yī)療、機(jī)械設(shè)計(jì)等方面都發(fā)揮著不可替代的作用，其中在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)作用尤為顯著。如何將CAD技術(shù)正確的應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)上，且其在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展前景如何，都值得我們更進(jìn)一步的研究討論。

1 三維CAD技術(shù)的特點(diǎn)

要了解其特點(diǎn)，必須弄清楚什么是三維CAD技術(shù)。CAD即Computer-Aided Design的縮寫，是指計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)，是一種在電腦繪圖設(shè)計(jì)中經(jīng)常要用到的技術(shù)軟件。而三維CAD技術(shù)就是通過(guò)立體的、全方位、多方面的角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)或者是電腦繪圖起重要輔助作用的先進(jìn)技術(shù)，其主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)方案更直觀立體

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)，僅僅是通過(guò)構(gòu)思以后，將自己的想法設(shè)計(jì)在紙上，設(shè)計(jì)圖案只具有平面性質(zhì)而缺乏立體感。三維CAD技術(shù)改變了過(guò)去設(shè)計(jì)方案的平面化狀態(tài)，在計(jì)算機(jī)中能夠直觀立體的展現(xiàn)人們的設(shè)計(jì)方案，將縮小后的技術(shù)方案通過(guò)運(yùn)用高科技展現(xiàn)在人們的面前，以便于人們更仔細(xì)的看清設(shè)計(jì)方案中的閃光點(diǎn)和不足之處，提高設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)效率。同時(shí)還有助于設(shè)計(jì)方案的修正更改的方便性，傳統(tǒng)的修改需要耗費(fèi)太多的腦力和財(cái)力，而運(yùn)用三維CAD技術(shù)以后，通過(guò)在立體的模型上進(jìn)行修補(bǔ)，可以更直觀的感受到修改方案是否有效，使設(shè)計(jì)方案更貼合實(shí)際。

1.2 縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了工作效率

運(yùn)用計(jì)算機(jī)和三維CAD技術(shù)，方案的設(shè)計(jì)主要是在電腦上完成，既避免了以前人工畫圖的辛苦，又切實(shí)的縮短了時(shí)間，提高了工作的效率。人們借助三維CAD技術(shù)，通過(guò)其中的布爾運(yùn)算等功能，自動(dòng)的形成方案設(shè)計(jì)中的圖案，并自行組合，大大節(jié)約了設(shè)計(jì)師的時(shí)間，縮短了設(shè)計(jì)的周期，為以后的工作節(jié)約出寶貴的時(shí)間。據(jù)一項(xiàng)調(diào)查顯示，運(yùn)用三維CAD技術(shù)的機(jī)械設(shè)計(jì)公司，其設(shè)計(jì)所用的時(shí)間比沒(méi)有運(yùn)用三維CAD技術(shù)的公司少一半，同樣的其工作效率高出3-5倍，這足以看出三維CAD技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。

1.3 保障數(shù)據(jù)安全

三維CAD技術(shù)，改變了過(guò)去在圖紙上進(jìn)行作業(yè)的方式，將設(shè)計(jì)所需的一系列材料等保存在網(wǎng)上，避免了圖紙的易丟失和不方便的劣勢(shì)，保證了資料的安全，同時(shí)將保存在計(jì)算機(jī)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，防止病毒或者是外人的惡意侵害，在最大程度上保證數(shù)據(jù)的安全。例如Engineer軟件能夠把方案設(shè)計(jì)中的全部數(shù)據(jù)保存下來(lái)并進(jìn)行分析，保障了數(shù)據(jù)的安全。此外三維CAD技術(shù)還能夠加強(qiáng)數(shù)據(jù)之間的交流和流通，通過(guò)將材料或者數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的輕盈性，當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳播的時(shí)候，只需要在電腦前輕點(diǎn)鼠標(biāo)，就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)在省份之間或者是全世界范圍內(nèi)的流動(dòng)，加強(qiáng)設(shè)計(jì)公司之間的交流和溝通，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的傳播和更新。

2 三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 設(shè)計(jì)方案建模過(guò)程中的應(yīng)用

三維CAD技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是保證設(shè)計(jì)方案的直觀立體，因此其在設(shè)計(jì)方案建模過(guò)程中應(yīng)用十分廣泛。三維CAD技術(shù)中的建模方式主要包括框架方式、表面方式和立體方式三種，針對(duì)方案中的一些簡(jiǎn)單圖形，例如圓形、橢圓形或者是圓柱形等，三維CAD技術(shù)中都會(huì)自帶。而對(duì)于那些復(fù)雜多樣化的結(jié)構(gòu)，該技術(shù)能夠通過(guò)布爾運(yùn)算，將系統(tǒng)中自帶的圖形圖案進(jìn)行排列組合，按照人們的要求，通過(guò)一系列的運(yùn)算，最后建筑起設(shè)計(jì)者心目中的圖案，保證設(shè)計(jì)方案建模過(guò)程順利快捷的完成。比如要想完成央視大樓的設(shè)計(jì)圖案，在電腦上通過(guò)三維CAD技術(shù)，并借助其他的設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)一系列的運(yùn)算得到一個(gè)簡(jiǎn)單的模型圖案，為以后設(shè)計(jì)方案的形成奠定基礎(chǔ)。

2.2 設(shè)計(jì)方案形成過(guò)程中的應(yīng)用

在設(shè)計(jì)方案的基本零部件完成之后，最重要的工作就是將這些零部件進(jìn)行加工重組，經(jīng)過(guò)排列組合，促進(jìn)設(shè)計(jì)方案的完成。利用三維CAD技術(shù)的編輯功能，將原本相互獨(dú)立沒(méi)有什么聯(lián)系的部件按照設(shè)計(jì)者原本的設(shè)計(jì)，進(jìn)行排列組合，并且對(duì)于那些復(fù)雜的零部件，通過(guò)在先進(jìn)的三維CAD技術(shù)中的旋轉(zhuǎn)等方式得到新的、更適合排列組合的新部件，進(jìn)而更容易的實(shí)現(xiàn)三維方案的成功進(jìn)行，保障設(shè)計(jì)方案按質(zhì)按量的完成。在形成過(guò)程中還要注重CAD/CAM軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用，該系統(tǒng)主要通過(guò)平面設(shè)計(jì)、曲面造型、立體構(gòu)筑、數(shù)據(jù)分析等措施，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同一的應(yīng)用和管理，保證設(shè)計(jì)方案的順利形成和實(shí)施。

2.3 機(jī)械CAE軟件的應(yīng)用

機(jī)械CAE軟件的主要功能就是優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)方案中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，最終形成合理性的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)該方案進(jìn)行評(píng)價(jià)評(píng)估，保證方案設(shè)計(jì)的合理化。三維CAD技術(shù)在CAE軟件中的應(yīng)用，主要表現(xiàn)在建筑好一定的模型之后，再由CAE軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)分析等步驟，能夠保證方案設(shè)計(jì)的順利實(shí)現(xiàn)。

2.4 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，三維CAD技術(shù)仍然能夠適用。比如在聯(lián)合收割機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們以軸流釘齒脫粒分離裝置為設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn) 根據(jù)Motion works系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并結(jié)合數(shù)控加工模塊Cam works進(jìn)行三維系統(tǒng)的設(shè)計(jì)加工，通過(guò)CAD或者API等技術(shù)將該系統(tǒng)劃分為幾個(gè)部分，通過(guò)各部分的完成最終實(shí)現(xiàn)總的實(shí)際方案的的自動(dòng)生成。而相分離的個(gè)部分之間主要是通過(guò)數(shù)據(jù)的傳輸來(lái)保持聯(lián)系，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

3 三維CAD技術(shù)在現(xiàn)存社會(huì)的不足之處及其發(fā)展趨勢(shì)

3.1 不足之處

首先就是軟件的設(shè)計(jì)不合實(shí)際。部分軟件的開(kāi)發(fā)只注重對(duì)于功能的無(wú)限擴(kuò)大，忽視了做基本的追求，導(dǎo)致人們不能正常的應(yīng)用該軟件，而且學(xué)習(xí)難度較大，對(duì)于人們的專業(yè)要求較高，花費(fèi)了大量的開(kāi)發(fā)資金卻不能得到很好地回報(bào)，造成不必要的浪費(fèi)，造成相關(guān)企業(yè)投資的熱情消退。第二就是我國(guó)現(xiàn)階段中能夠熟練的應(yīng)用三維CAD技術(shù)的人員較少，由于三維CAD技術(shù)本身就很復(fù)雜困難，學(xué)生一般認(rèn)為太難容易放棄學(xué)習(xí)，同樣，教育機(jī)構(gòu)對(duì)于人才的培養(yǎng)或者是培訓(xùn)關(guān)注力度不夠，造成人才的嚴(yán)重缺失，因此三維CAD技術(shù)實(shí)施起來(lái)也就變得異常艱難。

3.2 發(fā)展趨勢(shì)

3.2.1 智能化

盡管目前我國(guó)的三維CAD技術(shù)已經(jīng)有了些許的智能化功效，但是隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，三維CAD技術(shù)勢(shì)必會(huì)更加的智能。人們運(yùn)用CAD技術(shù)主要是通過(guò)操縱計(jì)算機(jī)進(jìn)行，將人們?cè)趯?shí)踐過(guò)程中的種種經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)編寫入程序當(dāng)中，建立起強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)，使計(jì)算機(jī)具備一定的辨認(rèn)能力和判斷力，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的智能化。例如，某國(guó)科學(xué)家經(jīng)過(guò)模擬推算出在以后的機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)中，三維CAD技術(shù)將逐漸的成為主流技術(shù)，其在方案雛形階段、方案設(shè)計(jì)過(guò)程以及最后的驗(yàn)收階段的智能化是其他軟件所無(wú)法比擬的。

3.2.2 規(guī)范化

規(guī)范化主要是指以后三維軟件的設(shè)計(jì)更加的切合實(shí)際，三維CAD技術(shù)不再只追求功能的強(qiáng)大性，同時(shí)還要注重與現(xiàn)實(shí)的聯(lián)系，保障CAD技術(shù)行業(yè)的規(guī)范化。同時(shí)，在適用過(guò)程中還要注重對(duì)STEP體系的使用，通過(guò)CAD技術(shù)和STEP體系相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化模型傳輸問(wèn)題的盡早解決。

3.2.3 虛擬網(wǎng)絡(luò)化

三維CAD技術(shù)的蓬勃發(fā)展就是依靠計(jì)算機(jī)等網(wǎng)絡(luò)工具的興起和更新，相信隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，CAD技術(shù)也會(huì)逐漸的由單機(jī)狀態(tài)向網(wǎng)絡(luò)化的方向轉(zhuǎn)變。而三維CAD技術(shù)在虛擬空間中的作用十分顯著，它通過(guò)在虛擬空間中建構(gòu)機(jī)械模型，更加直觀立體的讓人們了解設(shè)計(jì)中存在的弊端，通過(guò)提供各種參數(shù)，為人們的設(shè)計(jì)樹立起一定的標(biāo)準(zhǔn)。未來(lái)三維CAD技術(shù)的虛擬網(wǎng)絡(luò)化作用仍能發(fā)揮重要的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

三維CAD技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用十分廣泛，尤其表現(xiàn)在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)。它的直觀性安全性的特點(diǎn)使其具有較大的優(yōu)勢(shì)，在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)中，其應(yīng)用十分廣泛。不僅能夠體現(xiàn)在設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)或者形成過(guò)程中，在農(nóng)業(yè)或者是其他方面的機(jī)械設(shè)計(jì)中仍能發(fā)揮重要的作用。盡管其仍存在著一些不足之處，但是其發(fā)展前景明了，相信隨著科技的進(jìn)步以及我們的不斷改善，三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中能夠發(fā)揮更重要的作用。

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