計算機(jī)輔助設(shè)計在生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

【摘要】隨著科技的進(jìn)步，計算機(jī)技術(shù)得以飛速的發(fā)展和應(yīng)用，計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）在生產(chǎn)中被廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了計算機(jī)輔助設(shè)計在生產(chǎn)中的應(yīng)用以及未來的應(yīng)用趨勢等。

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)輔助設(shè)計；生產(chǎn)；應(yīng)用分析

計算機(jī)的廣泛應(yīng)用改變了人們的生活，提高了人們生活的質(zhì)量。計算機(jī)輔助設(shè)計被廣泛應(yīng)用到生產(chǎn)中，為生產(chǎn)設(shè)計提供了便利，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)的開發(fā)周期，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

一、計算機(jī)輔助設(shè)計發(fā)展歷程及概況

計算機(jī)輔助設(shè)計簡稱CAD，是利用計算及計算機(jī)圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計工作。在產(chǎn)品設(shè)計過程中，計算機(jī)幫助設(shè)計人員進(jìn)行計算、制圖以及存儲信息等工作。在設(shè)計過程中，計算機(jī)要對大量不同的方案進(jìn)行計算、比較和分析，從而決定出最佳方案，計算機(jī)還要存儲各種設(shè)計信息，包含數(shù)字、文字和圖形，并且能夠快速的檢索出來。設(shè)計人員一般使用草圖開始進(jìn)行設(shè)計，計算機(jī)可以完成將草圖變成工作圖的繁重工作，利用計算機(jī)可以完成圖形的編輯、放大縮小、平移旋轉(zhuǎn)等圖形數(shù)據(jù)加工的工作。

在20世紀(jì)50年代，美國最先研發(fā)出了第一臺計算機(jī)繪圖系統(tǒng)，出現(xiàn)了有簡單繪圖輸出功能的計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)。50年代末期，出現(xiàn)了CAD曲面片技術(shù)，在20世紀(jì)60年代中期，商品化的計算機(jī)繪圖設(shè)備被推出。在20世紀(jì)70年代開始形成了完整的CAD系統(tǒng)，后來出現(xiàn)了光柵掃描顯示器，可以產(chǎn)生逼真的圖形，推動了圖形輸入設(shè)備的進(jìn)步，促進(jìn)了CAD技術(shù)的快速發(fā)展。在20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了大規(guī)模集成電路制成的存儲器件和微處理器，導(dǎo)致工程工作站的誕生，中小型企業(yè)逐漸普及CAD技術(shù)。在1985年以后，CAD技術(shù)的發(fā)展方向是標(biāo)準(zhǔn)化、智能化和集成化。部分標(biāo)準(zhǔn)的圖形接口軟件和功能促進(jìn)了CAD技術(shù)軟件的移植以及數(shù)據(jù)共享，系統(tǒng)構(gòu)造也由綜合功能取代了單一功能，誕生了計算機(jī)輔助設(shè)計結(jié)合計算機(jī)輔助制造成一體的計算機(jī)集成制造系統(tǒng)。CAD技術(shù)中應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、固化技術(shù)、多處理機(jī)以及并行處理技術(shù)，有效的提高了CAD系統(tǒng)的性能。CAD系統(tǒng)不斷引入人工智能與專家系統(tǒng)，發(fā)展成智能的CAD技術(shù)，增強(qiáng)了CAD系統(tǒng)的求解能力，向著自動化設(shè)計過程發(fā)展。目前，CAD已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、建筑設(shè)計、軟件開發(fā)、計算機(jī)藝術(shù)、土木建筑等多個領(lǐng)域。

計算機(jī)輔助設(shè)計的基礎(chǔ)技術(shù)主要包含交互技術(shù)、圖形變換技術(shù)、曲面和實體造型等技術(shù)。交互技術(shù)是計算機(jī)輔助設(shè)計中的主要技術(shù)，交互式的CAD系統(tǒng)主要是指使用計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計時，能夠?qū)⑷撕蜋C(jī)器的信息及時的交換。使用交互式系統(tǒng)，可以隨時直觀的看到圖形終端屏幕上的操作結(jié)果，然后進(jìn)行構(gòu)思、打樣與修改；圖形變化的功能是將用戶的坐標(biāo)系與圖形輸出設(shè)備坐標(biāo)系聯(lián)系起來，對圖形做平移縮放，旋轉(zhuǎn)透視變換，通過矩陣運(yùn)算實現(xiàn)圖形的變換；實體造型技術(shù)是計算機(jī)視覺、動畫以及虛擬顯示領(lǐng)域中建立3D實習(xí)模型關(guān)鍵的技術(shù)。這種技術(shù)將描述幾何模型的形狀與屬性信息共同存儲在計算機(jī)內(nèi)，然后由計算機(jī)生成可視的具有真實感的三維圖形。

二、計算機(jī)輔助設(shè)計在生產(chǎn)中的作用

計算機(jī)輔助設(shè)計在生產(chǎn)中有著重要的作用，可以在很多方面幫助設(shè)計人員，能夠有效的促進(jìn)生產(chǎn)的效率。

（一）計算機(jī)輔助設(shè)計可以提高生產(chǎn)質(zhì)量 計算機(jī)輔助設(shè)計可以縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，真正的做到了產(chǎn)品的輔助設(shè)計。二維CAD技術(shù)可以提高設(shè)計人員繪圖的效率，并且能夠畫的漂亮規(guī)范，也方便于圖紙的管理和修改。但是這種技術(shù)與手工繪圖一樣，無法減少產(chǎn)品設(shè)計時的錯誤，不能夠有效的提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。而用三維CAD技術(shù)，可以將所有的三維模型零件放置在一張圖紙上，直接獲取三維實體產(chǎn)品模型。這樣可以方便的模擬裝配三維模型，對重要部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計?？梢苑治龀鏊胁考脑O(shè)計缺陷，不再需要設(shè)計人員費盡心思的尋找缺陷位置，因此，設(shè)計人員只要思考產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)合理程度以及功能方面的因素就可以了，這樣能夠有效的提高產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量。

（二）計算機(jī)輔助設(shè)計可以節(jié)約生產(chǎn)成本 三維CAD的應(yīng)用可以有效的降低成本，減少產(chǎn)品的裝模次數(shù)。在一些加工行業(yè)，產(chǎn)品的規(guī)格種類繁多，加工精度要求非常高，制作的周期又非常長，一般都是利用二維CAD技術(shù)繪制出草圖，然后試裝，不合理在進(jìn)行修改，循環(huán)試驗，直到達(dá)到要求，這樣既浪費了時間也浪費了成本。三維CAD技術(shù)可以直接克服傳統(tǒng)繪圖中存在的缺點，直觀的將零件組合裝配起來，甚至可以在產(chǎn)品投入制作之前通過模擬就可以發(fā)現(xiàn)有缺陷的部位，然后進(jìn)行修改，這樣就能夠減少修模的次數(shù)，提高設(shè)計的準(zhǔn)確性，縮短了產(chǎn)品制造周期，有效的節(jié)約了成本。

（三）計算機(jī)輔助設(shè)計能夠提高靈活性 三維CAD技術(shù)能夠快速的轉(zhuǎn)換產(chǎn)品型號的設(shè)計。一些產(chǎn)品型號、系列比較多，所以會有不同的尺寸與結(jié)構(gòu)。利用三維CAD可以快速完成型號轉(zhuǎn)換設(shè)計，因為在計算機(jī)中已經(jīng)存在了數(shù)字樣機(jī)，根據(jù)近似的產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，進(jìn)行增加、刪減或者修改零部件與結(jié)構(gòu)，就可以準(zhǔn)確的完成產(chǎn)品轉(zhuǎn)型設(shè)計。

（四）利用計算機(jī)輔助設(shè)計有極大的便利性 三維CAD能夠有效的提升產(chǎn)品的宣傳效果。三維CAD設(shè)計軟件有動畫輸出和高級渲染的功能，可以將設(shè)計出的產(chǎn)品輸出成真實感極強(qiáng)的效果圖，可以將部件間的運(yùn)動以動畫的形式表達(dá)出來，模擬產(chǎn)品的實際工作狀態(tài)。經(jīng)過動畫與效果圖，客戶就可以在產(chǎn)品制作出來以前看到產(chǎn)品，增加了產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)和功能的理解，提升了客戶的滿意度，為企業(yè)樹立良好的形象奠定了堅實的基礎(chǔ)。

三、計算機(jī)輔助設(shè)計在生產(chǎn)中的應(yīng)用發(fā)展趨勢

計算機(jī)輔助軟件為設(shè)計人員在設(shè)計上提供了方便的同時，也在持續(xù)的完善自身，未來發(fā)展趨勢會從下面幾點開始。

（一）圖形交換技術(shù) 設(shè)計師需要不斷的開拓思路，集中精力創(chuàng)造研究，那么智能化的工作界面能夠直接的幫助設(shè)計師進(jìn)行設(shè)計。CAD軟件是設(shè)計產(chǎn)品的工具，一定要能夠操作簡單，功能有用，逐漸走向自動化。因此，語言識別、草圖識別以及特征手勢建模等創(chuàng)新的技術(shù)要不斷的研究革新和完善。

（二）CAD技術(shù)智能化發(fā)展 設(shè)計是人類創(chuàng)造性活動，具有高度的智能化，所以計算機(jī)輔助設(shè)計智能化是未來的主要發(fā)展趨勢。智能化設(shè)計需要依靠信息化、知識化，建立設(shè)計倉庫，為設(shè)計師及時的提供設(shè)計中所需要的知識，支持設(shè)計師的產(chǎn)品設(shè)計，同時還能夠獲得設(shè)計師的意圖，回答設(shè)計師問題，自動的檢測出設(shè)計中的錯誤，然后提出合理的建議和方案。在CAD技術(shù)中，要不斷的結(jié)合創(chuàng)新技法與人工智能技術(shù)，然后進(jìn)行新工程、新系統(tǒng)的設(shè)計，這樣就可以創(chuàng)造出新的產(chǎn)品、系統(tǒng)和工程。

（三）虛擬現(xiàn)實技術(shù) 在CAD技術(shù)中已經(jīng)開始應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)，設(shè)計師可以在虛擬中就創(chuàng)造出新的產(chǎn)品，并且檢查設(shè)計的效果，對模擬的對象進(jìn)行操作，查驗產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的缺陷，然后修改，并且可以看到產(chǎn)品的外形，多角度的檢測新產(chǎn)品。這種技術(shù)可以模擬出樣品的真實形態(tài)，在產(chǎn)品生產(chǎn)以前就對產(chǎn)品進(jìn)行有效的檢測，不斷修正，這樣可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低成本。

結(jié)語

近些年來，計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)得到了巨大的發(fā)展，發(fā)生了質(zhì)的變化，并且應(yīng)用到的領(lǐng)域也越來越多，解決了企業(yè)中在產(chǎn)品設(shè)計方面的很多問題，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了成本，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

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