CAD在重型機械中的應(yīng)用策略探討

楊鑫燦

【摘 要】隨著社會的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進步，計算機輔助設(shè)計（Computer-Aided Design，CAD）技術(shù)也逐步發(fā)展起來。它在我國很多行業(yè)都有普遍的使用，CAD技術(shù)在重型機械產(chǎn)品中運用，不僅提高了產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量，設(shè)計人員還可以更加方便快捷的進行繪畫設(shè)計，縮短了設(shè)計時間，提高了工作效率。本文即詳細(xì)闡述了CAD技術(shù)在重型機械設(shè)計中存在的問題及應(yīng)用策略。

【關(guān)鍵詞】CAD；重型機械；設(shè)計；參數(shù)化設(shè)計；集成化

一、CAD技術(shù)簡介

CAD技術(shù)是隨著計算機的發(fā)展而發(fā)展起來的一種現(xiàn)代設(shè)計方法。CAD在早期是英文Computer Aided Drafting （計算機輔助繪圖）的縮寫，隨著計算機軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，人們逐步認(rèn)識到單純使用計算機繪圖還不能稱之為計算機輔助設(shè)計；真正的設(shè)計是整個產(chǎn)品的設(shè)計，它包括產(chǎn)品的構(gòu)思、功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析、加工制造等。于是CAD成為Computer Aided Design的縮寫，CAD也不再僅僅是輔助繪圖工具，而是產(chǎn)品的輔助設(shè)計。

隨著Internet/Intranet的發(fā)展和并行、高性能計算及事務(wù)處理的普及，異地、協(xié)同、虛擬設(shè)計及實時仿真得到了廣泛應(yīng)用，CAD技術(shù)成為了企業(yè)提高創(chuàng)新設(shè)計能力的主要手段。CAD的應(yīng)用將直接影響到企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)周期的縮短和成本的降低，進而給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。

二、CAD技術(shù)應(yīng)用于重型機械中存在的問題

（一）部分用戶仍將CAD技術(shù)作為繪圖、描圖的工具

這些用戶仍停留在傳統(tǒng)型CAD應(yīng)用系統(tǒng)上，CAD系統(tǒng)僅僅被作為繪圖工具，缺乏設(shè)計方法學(xué)的指導(dǎo)。對一些重大非標(biāo)準(zhǔn)起重機產(chǎn)品設(shè)計是在設(shè)計人員的頭腦中完成，再利用計算機實現(xiàn)幾何信息的處理，把CAD技術(shù)僅作為一種繪圖、描圖的工具。對于起重機CAD的二次開發(fā)，如起重機方案設(shè)計和起重機械零部件輔助工藝規(guī)程設(shè)計還未完善。起重機方案圖設(shè)計，只是把預(yù)先設(shè)計的外形尺寸及主要參數(shù)輸入到計算機內(nèi)，顯示并打印出所需起重機的總圖，計算機不能對主要受力點的應(yīng)力進行分析，不能進行設(shè)計計算和標(biāo)準(zhǔn)部件的選擇。

（二）產(chǎn)品和零部件的標(biāo)準(zhǔn)化不足

由于標(biāo)準(zhǔn)化工作做得不好，越來越多的零件流入生產(chǎn)流程，造成零件數(shù)量的無限制增長。一些起重機廠家，對成系列、成批量的通用起重機產(chǎn)品（如5～50t雙梁橋式起重機），為了降低成本，簡化生產(chǎn)管理，通用化設(shè)計也只能做到對車輪組、滑輪組、卷筒組和聯(lián)軸器的通用化設(shè)計，對于運行機構(gòu)、小車架，仍只能按不同起重量設(shè)計，橋架端梁則按不同起重量，不同小車軌距設(shè)計，對橋式起重機的設(shè)計不能使整機與機構(gòu)、機構(gòu)與部件、部件與零件之間的參數(shù)匹配。

（三）對數(shù)據(jù)和文檔缺乏完善的編碼和有效的分類系統(tǒng)

企業(yè)沒有按統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對CAD數(shù)據(jù)進行有效的分類和編碼，缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理手段和管理環(huán)境。當(dāng)企業(yè)的CAD數(shù)據(jù)越來越多時，成千上萬的文檔和零部件數(shù)據(jù)處于無序狀態(tài)，導(dǎo)致產(chǎn)品版本無法管理，設(shè)計人員難以分清新舊版本，零部件查詢困難，資源利用率低，重復(fù)勞動多，設(shè)計師之間相對封閉，信息傳輸慢。

（四）缺乏完善的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和過程管理系統(tǒng)

由于缺乏完善的數(shù)據(jù)管理和過程管理工具，企業(yè)的大量數(shù)據(jù)和設(shè)計過程得不到有效的控制和管理，使得設(shè)計任務(wù)間的等待時間長，各部門之間的信息傳遞速度緩慢，數(shù)據(jù)一致性差，安全性差。

三、CAD在重型機械中的應(yīng)用策略

（一）CAD在重型機械設(shè)計中的應(yīng)用方向

1、在重型機械設(shè)計中進行二維繪圖

這是CAD技術(shù)在重型機械設(shè)計中最為常見的一種應(yīng)用方式，具有廣闊的使用前景，改變了傳統(tǒng)的主要以手工方式的繪圖設(shè)計。

2、進行參數(shù)化設(shè)計

一般狀況下，同一個系列或者類型的機械零部件，具有結(jié)構(gòu)相似性。因此，可以根據(jù)零部件之間的相似結(jié)構(gòu)組件一個圖形的程序庫，對圖像調(diào)出之后，根據(jù)要求調(diào)整尺寸的大小，能夠得到一個新的設(shè)計圖形。

3、分解圖形，建立相關(guān)的符號庫

利用CAD技術(shù)可以對復(fù)雜的圖形分解，把分解之后得到的簡單圖形或符號，根據(jù)一定的順序放在資料庫中。在工作中，只要調(diào)取相關(guān)圖形和符號資料，進行相應(yīng)的編輯及調(diào)整后，即可應(yīng)用在新的設(shè)計中。這一功能可以保存大量設(shè)計資料，提高工作質(zhì)量和效率。

4、進行工程分析

一般情況下，采用得比較多的分析方法包括有限元分析法、優(yōu)化設(shè)計分析法以及動力學(xué)分析法等，除了這些常用的分析方法之外，某些比較專業(yè)、特殊的設(shè)計就會采用專屬的工程分析方法，比如，對注塑模進行設(shè)計時，要運用流塑、冷卻以及變形等各種各樣的分析方法。還有在三維造型中的使用，利用三維技術(shù)進行實體造型，然后，再利用著色、消隱等多樣化的處理手段，可以清晰的看到該物體生產(chǎn)出來的原型。

另外，通過計算機模擬產(chǎn)品安裝或者使用，可以更好的發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有可能存在的問題，便于提前優(yōu)化設(shè)計。很多的設(shè)計屬性中，都需要對文檔進行說明，對輸出報表進行分析，有的設(shè)計參數(shù)還需要多種形式，比如直方圖、餅圖、曲線圖等，這些工作可以借助制作文檔和數(shù)據(jù)庫的軟件來實施。

（二）加強CAD在重型機械應(yīng)用前景的研究

1、集成化

CAD進一步集成化的主要基于CAD/CAE/CAPP/CAM的集成，其發(fā)展方向是構(gòu)成一個閉環(huán)快速產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，能夠快速對產(chǎn)品設(shè)計進行評價和修改，以實現(xiàn)市場大規(guī)?？蛻艋a(chǎn)，提高企業(yè)的競爭力。更高程度的集成，CAD將與其他的先進分析、制造、規(guī)劃、管理技術(shù)一起成為計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的重要組成部分，并且將成為CIMS的核心與基礎(chǔ)。

2、智能化

設(shè)計工作需要大量的設(shè)計知識和專家經(jīng)驗。未來CAD技術(shù)發(fā)展的新途徑是引入人工智能（AI）、專家系統(tǒng)（ES）等知識系統(tǒng)。所謂智能CAD系統(tǒng)或CAD專家系統(tǒng)，是一個具有大量知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)。它運用知識庫中的設(shè)計知識，解決專家級的復(fù)雜問題。由于知識庫集中了很多人類專家的經(jīng)驗，因此，一個成功的CAD專家系統(tǒng)可以達到甚至超過領(lǐng)域設(shè)計專家的水平。

3、網(wǎng)絡(luò)化

形成計算機聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同CAD，達到遠(yuǎn)程協(xié)同設(shè)計的目的。分布式的CAD系統(tǒng)有兩種：一是多臺微型機CAD工作站聯(lián)網(wǎng)；二是多臺微型機CAD工作站和工程工作站聯(lián)網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)靈活、功能強大、成本較低的優(yōu)點，很適合企業(yè)單位的需要。有利于企業(yè)中參加工作的各個成員相互配合、協(xié)同工作，共享設(shè)計資源和設(shè)計成果，也有利于企業(yè)負(fù)責(zé)人對設(shè)計工作進行審核。CAD網(wǎng)絡(luò)的建立無疑將大大提高企業(yè)經(jīng)濟效益。

4、綠色化

綠色環(huán)保是當(dāng)前社會發(fā)展的主題。無論是哪個行業(yè)，在進行產(chǎn)品設(shè)計的時候，都要考慮其投入使用之后產(chǎn)生的影響。因此，機械設(shè)計的過程中，要注重優(yōu)化方案，減少廢棄物的產(chǎn)生，降低一次性產(chǎn)品的投入，提高資源使用效率，促進社會的可持續(xù)發(fā)展。

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