機械CAD的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

侯永亮　王力杰　李淑利　呂建軍　趙潔

摘 要：隨著科學技術(shù)的不斷更新與快速發(fā)展，在機械設(shè)計領(lǐng)域廣泛地應用各類新的計算技術(shù)、新工藝以及設(shè)計方法等，使得機械設(shè)計過程得以豐富和完善。此外，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)在工程設(shè)計與機械制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應用，并對制造技術(shù)的快速發(fā)展起到了一定的促進作用。機械CAD技術(shù)的應用，不但使得傳統(tǒng)的設(shè)計方法得到了改善，也提高了設(shè)計的效率和質(zhì)量，對于促進經(jīng)濟效益的提升具有積極的推動作用。

關(guān)鍵詞：機械CAD，應用現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢

引言

經(jīng)濟的快速發(fā)展使得行業(yè)競爭越來越激烈，在機械制造產(chǎn)品中的科技含量也越來越高，把CAD技術(shù)應用到機械設(shè)計中，可以有效提高產(chǎn)品設(shè)計的效率，促進機械產(chǎn)品綜合競爭力的提升，同時有利于促進CAD設(shè)計的標準化建設(shè)，進而提升機械制造企業(yè)的設(shè)計水平。CAD技術(shù)作為現(xiàn)在應用最為廣泛的的三維立體設(shè)計軟件，通過與計算機技術(shù)的有效結(jié)合，加之其本身具有系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)，廣泛應用在在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域中。

1.機械CAD的主要功能與特點

設(shè)計人員在CAD系統(tǒng)的輔助下，通過人—機對話操作方式能進行生產(chǎn)設(shè)計構(gòu)思和論證，完成生產(chǎn)中技術(shù)設(shè)計、總體設(shè)計、零部件設(shè)計及有關(guān)零部件的剛度、強度、液壓、電熱、氣動等技術(shù)的分析計算。因此，一個完整的CAD軟件應包括參數(shù)化設(shè)計，計算機制圖，有限元分析，參數(shù)優(yōu)化，流體力學、結(jié)構(gòu)力學以及動力學分析，報表、圖書及技術(shù)文檔資料的編寫，圖形文檔管理等?？偠灾暾臋C械CAD系統(tǒng)應具有如下個功能。

1.1設(shè)計分析與計算功能

完成生產(chǎn)的設(shè)計方案后，為確保其性能和質(zhì)量，還需要作進一步的動態(tài)模擬、性能分析、系統(tǒng)驗證、辨認與優(yōu)化，常見的分析計算工作包括靈敏度分析、強度與剛度計算、有限元分析、機構(gòu)運動仿真及參數(shù)優(yōu)化等。

1.2編輯繪圖功能

這通常是機械CAD系統(tǒng)所提供的一套命令集，以繪制和修改各種二維和三維機械圖。例如：裝配軸測圖或剖面圖、機械零件三視圖、汽車飛機船舶外觀曲面圖以及液壓管路布置圖等。為了提高工作效率，減少重復性勞動，還應包括各種開放式的參數(shù)化與標準件圖庫設(shè)計功能。

1.3處理功能

機械CAD系統(tǒng)不僅可以產(chǎn)生成套技術(shù)圖紙，還可以提供全部有關(guān)的技術(shù)文檔。如總體與零部件明細表、材料清單、使用說明書等，并可以完成CAM（計算機輔助制造）系統(tǒng)的信息傳輸與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能。

2.機械CAD的應用現(xiàn)狀

2.1機械CAD技術(shù)在建模中的應用

面向?qū)ο蟮臋C械CAD技術(shù)在機械產(chǎn)品的建模（如二維建模以及三維建模）過程中應用廣泛。在建模過程中，將對象視作一個概念，針對某一具體問題，分析與歸類該對象，從而促進面向?qū)ο笙到y(tǒng)的關(guān)系圖的建立。相較于面向過程的CAD技術(shù)而言，面向?qū)ο蟮腃AD技術(shù)在機械產(chǎn)品建模應用實踐中，主要通過對行為以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行抽象實現(xiàn)對系統(tǒng)的動態(tài)屬性以及靜態(tài)屬性的描述，從而在這一應用過程中，實現(xiàn)對象語言及其層級結(jié)構(gòu)的描述，最終完成機械CAD設(shè)計。在運用C語言等程序設(shè)計語言，實現(xiàn)各設(shè)計步驟的機器語言化，并進行相關(guān)程序的編寫，促進機械CAD系統(tǒng)最終得以完成設(shè)計。

2.2運用機械CAD技術(shù)封裝性，改變數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

因為面向?qū)ο髴昧藬?shù)據(jù)抽象技術(shù)，從而阻止一個程序?qū)σ粋€對象的訪問，因此這就是說，能夠改變數(shù)據(jù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而不改變數(shù)據(jù)的程序。這就是依靠了面向?qū)ο蟮臋C械CAD技術(shù)的封裝性來實現(xiàn)的。它需要保證數(shù)據(jù)域代碼的高度一致，將對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和對該數(shù)據(jù)的操作捆綁起來，形成一體，并將對象實施起來的具體細節(jié)隱藏起來，操作人員看到的只是該對象的一些特性。對于訪問對象，有且只有靠公共界面中的操作函數(shù)來實現(xiàn)，這樣就能夠在不關(guān)心內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下來使用數(shù)據(jù)程序。

此外，我國現(xiàn)在CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的應用現(xiàn)狀中另一個值得注意的問題就是三位CAD技術(shù)的興起。危機平臺上的三維造型軟件中越來越多的應用CAD技術(shù)。三維造型能夠克服二維作圖低層次的缺陷，雖然現(xiàn)在二維的CAD軟件仍占據(jù)較大的市場份額，但是三維的CAD軟件的發(fā)展速度令人關(guān)注。

3.機械CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)在CAD的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)得以解決，CAD技術(shù)已相當成熟，實際上計算機技術(shù)在機械制造領(lǐng)域包含CAD和CAM兩個主要方面，隨著生產(chǎn)周期不斷縮短及對成本等各方面的考慮，設(shè)計與制造愈來愈密不可分，它們作為聯(lián)系設(shè)計與制造兩個方面已經(jīng)逐步實現(xiàn)集成化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、通用化。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)在CAD技術(shù)中有著初步的嘗試，虛擬現(xiàn)實使得設(shè)計師可以在一個虛擬的現(xiàn)實中進行機械設(shè)計，能夠方便檢測設(shè)計對象的方便程度、舒適度等。虛擬技術(shù)一旦實現(xiàn)，便使得機械設(shè)計的產(chǎn)品在投入生產(chǎn)之前便發(fā)現(xiàn)其可能存在的問題，便于對問題進行解決，極大地節(jié)約了成本，所以虛擬工廠、虛擬制造、動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟將成為CAD技術(shù)在電子商務時代繼續(xù)發(fā)展的一個重要方向。這種改進能夠使得用虛擬過程模擬對于產(chǎn)品進行加工、測試等過程，并從而對產(chǎn)品的外形，性能等進行一些了的評價、評估。

CAD技術(shù)不斷深化的必然結(jié)果是智能CAD技術(shù)。智能CAD技術(shù)表現(xiàn)在知識的運用上，使得CAD系統(tǒng)能夠及時準確的智能的反映出設(shè)計師所需要的信息，并能正確理解設(shè)計師的意圖，實現(xiàn)自動排查，過濾錯誤等信息。

結(jié)束語

綜上所述，機械CAD技術(shù)在機械工程中應用廣泛，它可以使設(shè)計人員在三維立體模型的基礎(chǔ)上，全面體現(xiàn)設(shè)計思想，運用相應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，對于提升設(shè)計質(zhì)量與效果具有重要作用?？傊珻AD在機械設(shè)計領(lǐng)域中的應用，可以促進機械產(chǎn)品設(shè)計水平的全面提升，并且發(fā)展前景非常廣闊，在促進我國機械設(shè)計持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著重要的作用。

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