CAD在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用與前景

摘 要 隨著社會(huì)現(xiàn)代化的發(fā)展，CAD技術(shù)越來越多的在機(jī)械制造領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。CAD在現(xiàn)代制造領(lǐng)域中朝著智能化，協(xié)同化的方向發(fā)展。本文論述了CAD在現(xiàn)在機(jī)械制造領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，以及未來CAD在機(jī)械制造領(lǐng)域發(fā)展的前景。

關(guān)鍵詞 CAD 機(jī)械制造 應(yīng)用 前景

一、CAD在機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域中的發(fā)展現(xiàn)狀

CAD 就是用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行各種工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)， 它改變了過去人們?cè)诶L圖板上用手工的繪圖工具和方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的狀況。當(dāng)然我們不能簡單地把計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與繪圖等同起來。廣義地說， CAD 蘊(yùn)涵著更豐富的內(nèi)容， 往往包括CAD 、CAM 、CAE ， 就是用計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的軟件來進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和工程分析， 我們往往把計(jì)算機(jī)在這些方面的綜合應(yīng)用概括地稱為CAD 技術(shù)。在國際CAD 市場上， 主要的軟件產(chǎn)品被分為高端、中端和低端CAD 系統(tǒng)。高端CAD 系統(tǒng)提供復(fù)雜的產(chǎn)品全生命周期解決方案， 包括制造企業(yè)所用的三維CAD（ 含有復(fù)雜曲面功能） 、CAM，PDM， CAE 和數(shù)字化制造等模塊； 中端產(chǎn)品則主要集中在三維CAD（ 包含一般的曲面設(shè)計(jì)功能） 和小型的PDM 系統(tǒng)， 也包含了一些互聯(lián)網(wǎng)支持； 低端產(chǎn)品主要是二維CAD 系統(tǒng)。主要的高端CAD包括法國的CATIA， 美國的U G ；中端CAD的主要產(chǎn)品有SolidWorks，以及Autodesk 公司的MDT 和Inventor；PTC 公司的Pro/ Engineer 則是介于高端和中端之間的CAD 系統(tǒng)。而低端CAD主要產(chǎn)品我們常用的AutoCAD。

CAD/CAM 技術(shù)源于工業(yè)發(fā)達(dá)國家的航空工業(yè)。CAD/CAM 技術(shù)伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異地發(fā)展而迅速發(fā)展起來。目前CAD/CAM 技術(shù)日趨成熟， 已廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、造船、機(jī)械、輕工、紡織、電子、電器、建筑和工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域， 成為工業(yè)發(fā)達(dá)國家制造業(yè)保持競爭優(yōu)勢(shì)、開拓市場的重要手段， 有力地促進(jìn)了全世界高新技術(shù)的發(fā)展和新產(chǎn)品的迅速更新?lián)Q代。有人預(yù)言， 在90 年代， 世界范圍內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)一場計(jì)算機(jī)軟件工業(yè)革命， 它對(duì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生的影響可與18 世紀(jì)工業(yè)革命相比擬。30 年來， 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的CAD 技術(shù)不斷創(chuàng)新， 系統(tǒng)不斷完善， 逐步發(fā)展形成一個(gè)從研究開發(fā)、生產(chǎn)制造、推廣應(yīng)用到銷售服務(wù)的完整的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)， 相應(yīng)產(chǎn)生了一批高技術(shù)產(chǎn)業(yè)公司， 從事于CAD 硬件平臺(tái)的制造、軟件的開發(fā)、市場銷售、服務(wù)與咨詢等方面的工作。這些公司盡管勝敗、沉浮、兼并、合作隨時(shí)可見， 并面臨著很大的風(fēng)險(xiǎn)， 但從全局看， 他們的發(fā)展推動(dòng)了CAD 技術(shù)的發(fā)展， 形成了CAD 商品、市場和產(chǎn)業(yè)， 從而推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)的發(fā)展?，F(xiàn)在， 發(fā)達(dá)國家的CAD 商品以其領(lǐng)先一步的優(yōu)勢(shì)， 爭奪著發(fā)展中國家的CAD 市場， 以獲取高產(chǎn)出的最大利潤。

二、CAD在機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用

1、縮短制造周期

在產(chǎn)品造型技術(shù)方面， 特征造型技術(shù)和參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)在三維CAD 系統(tǒng)中、特別是在中端CAD系統(tǒng)中得到了普遍應(yīng)用。在很多的實(shí)體建模功能的CAD軟件中，存在一些基本體系。如在AutoCAD的三維實(shí)體造型模塊中，針對(duì)一些簡單的零部件，可以對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，把它拆分為若干個(gè)基本體，再進(jìn)行三維實(shí)體造型，之后對(duì)其進(jìn)行交、并、差等布爾運(yùn)算，以此來得到實(shí)體模型。一些復(fù)雜的零件在改造的過程中，其基本體是很難拆分開的，導(dǎo)致最后拆分的基本體較多，最后很難成型。所以，僅有基本體系還無法滿足機(jī)械三維實(shí)體造型的要求。為此，可在二維幾何元素構(gòu)造中先定義零件的截面輪廓，然后在三維實(shí)體造型中通過拉伸或旋轉(zhuǎn)得到新的“基本體”，進(jìn)而通過交、并、差等得到所需零件的三維實(shí)體造型。

過去產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)常由同一地域的設(shè)計(jì)小組在企業(yè)內(nèi)部完成，近年來， 這些工作更多地由分布在不同地理和區(qū)域的設(shè)計(jì)小組完成， 這是一種高層次的、公司之間的、具有協(xié)作性的產(chǎn)品開發(fā)方式 即使在一個(gè)公司內(nèi)部， 產(chǎn)品開發(fā)也可能是通過不同類型的軟件和硬件環(huán)境實(shí)施的因此CAD在機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用提高了工作效率，縮短了周期。

2、提高機(jī)械制造零件的質(zhì)量、保證制造成本

現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品與信息技術(shù)是有很密切的關(guān)系的，同時(shí)采用了CAD設(shè)計(jì)方法和CIMS組織生產(chǎn)，現(xiàn)代機(jī)械生產(chǎn)有了新的發(fā)展，三維CAD技術(shù)利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，如優(yōu)化、有限元受力分析等，提升了機(jī)械設(shè)計(jì)的水平?，F(xiàn)代大型工廠的數(shù)控技術(shù)比較成熟，再采用CAD/CAPP/CAM進(jìn)行機(jī)械零件加工，保障了產(chǎn)品的一致性，質(zhì)量也較好。

三、CAD在機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域中的前景

CAD技術(shù)一直處于不斷發(fā)展與探索之中。應(yīng)用CAD技術(shù)起到了提高企業(yè)設(shè)計(jì)效率、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、減輕技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短設(shè)計(jì)周期、加強(qiáng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化等作用。并行設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、敏捷設(shè)計(jì)、全生命周期設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)方法代表了現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式的發(fā)展方向。隨著人工智能、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)、信息等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，CAD技術(shù)必然朝著集成化、智能化、協(xié)同化的方向發(fā)展。

CAD 公司通過使他們的系統(tǒng)能夠顯示更大的裝配件來解決這些問題。許多CAD 系統(tǒng)允許只加載輕量級(jí)的裝配體模型以用于顯示， 不必將所有的數(shù)據(jù)都拖進(jìn)來。一些CAD 軟件允許工程師們采用子裝配件的壓縮表示， 以避免內(nèi)部的細(xì)節(jié)。當(dāng)前所做的努力中遺漏了一樣， 這就是軟件的體系結(jié)構(gòu)。CAD 系統(tǒng)應(yīng)允許由一個(gè)中央服務(wù)器來控制大型的模型， 在這樣的系統(tǒng)中， 設(shè)計(jì)者可以一邊查看在其他機(jī)器上的模型內(nèi)容， 一邊工作。這樣的系統(tǒng)必須采用復(fù)雜的數(shù)據(jù)管理， 系統(tǒng)將模型數(shù)據(jù)發(fā)送給每一個(gè)需要的用戶， 同時(shí)跟蹤幾十個(gè)（ 甚至上百個(gè)） 遠(yuǎn)程工作站上的設(shè)計(jì)更改。以后， 虛擬模型應(yīng)用將不再以一個(gè)獨(dú)立的產(chǎn)品出現(xiàn)， 這些特殊應(yīng)用功能將被包含在主流的CAD 系統(tǒng)中。我們有理由相信未來CAD在機(jī)械制造領(lǐng)域中扮演著越來越重要的角色，CAD的發(fā)展也會(huì)促使機(jī)械制造領(lǐng)域的革新。

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（作者單位：長江大學(xué)文理學(xué)院機(jī)電與信息工程系）