CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的發(fā)展與應(yīng)用

孫成海

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，機(jī)械工程設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法已經(jīng)逐漸被CAD技術(shù)取代，CAD技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展使機(jī)械工程設(shè)計(jì)有了重大發(fā)展和突破。因?yàn)樵跈C(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中CAD的深入發(fā)展，CAD技術(shù)也理所當(dāng)然的成為機(jī)械科研人員必須掌握的專業(yè)素質(zhì)和技能。所以，很好地了解并掌握CAD技術(shù)有利于推進(jìn)機(jī)械工程設(shè)計(jì)工作進(jìn)程。文章就CAD技術(shù)在機(jī)械工程中的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行了深入研究分析，愿今后的機(jī)械工程設(shè)計(jì)中CAD技術(shù)應(yīng)用得更深更廣，甚至進(jìn)一步推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：CAD技術(shù)；機(jī)械工程設(shè)計(jì)；發(fā)展；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）23-0054-01

1 CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的發(fā)展

CAD技術(shù)在不斷更新與進(jìn)步的計(jì)算機(jī)技術(shù)的推動(dòng)下逐漸豐富內(nèi)容、擴(kuò)展并增強(qiáng)各項(xiàng)功能。在廣泛的機(jī)械工程領(lǐng)域，CAD軟件有數(shù)量可觀的用戶群體。由于用戶們的要求和CAD技術(shù)本身發(fā)展的需要，CAD技術(shù)必須朝著標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、集成化、虛擬化發(fā)展以順應(yīng)時(shí)代要求。

1.1 CAD技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化

AutoCAD、Pro/Engineer、UG、Catia、inventor、solidworks等CAD應(yīng)用軟件吸引了大量的客戶。但是這些軟件的數(shù)據(jù)模型大多是和其他同類型軟件不兼容的，大大的阻礙了行業(yè)內(nèi)部的技術(shù)交流。因此，CAD技術(shù)的數(shù)據(jù)模型和交換資源所用格式的標(biāo)準(zhǔn)化之路刻不容緩，這也是機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展前提。當(dāng)然，現(xiàn)在CAD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化程度還有待加深，但經(jīng)過行業(yè)人員的不懈努力，設(shè)計(jì)員利用不同軟件進(jìn)行交流指日可待。

1.2 CAD技術(shù)的智能化

好比編程方法的進(jìn)步，CAD技術(shù)的智能化無疑促進(jìn)了機(jī)械工程設(shè)計(jì)的進(jìn)步，將機(jī)械工程設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中解脫出來。為發(fā)散設(shè)計(jì)人員的思維，在產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)中采用參數(shù)設(shè)計(jì)和特征造型的方式，不必過多的拘泥于其內(nèi)在聯(lián)系。甚至在一些3DCAD軟件中，用戶能夠直觀的觀察自己的設(shè)計(jì)成品，這樣更有利于發(fā)展用戶的創(chuàng)造性思維，同時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身作品的不足。

1.3 CAD技術(shù)的集成化

由于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方式和數(shù)控加工技術(shù)的飛躍性發(fā)展，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已跟不上信息化時(shí)代不斷前進(jìn)的步伐。市場需求迫切要求CAD技術(shù)與工藝分析設(shè)計(jì)、工程分析和產(chǎn)品制造之間有一個(gè)良好的技術(shù)接口，這就是常說的CAD/CAM/CAPP/CAE四者集成。這些集成功能少數(shù)的CAD設(shè)計(jì)軟件已具備。設(shè)計(jì)人員能夠直接導(dǎo)入運(yùn)用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)的模型分析結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，并且結(jié)合數(shù)控機(jī)床進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，然后制造生產(chǎn)。CAD技術(shù)的集成化充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的快速準(zhǔn)確運(yùn)算功能，拋棄以往繁瑣的分析運(yùn)算過程，縮短設(shè)計(jì)周期，提高工作效率。

1.4 CAD技術(shù)的虛擬化

CAD技術(shù)已運(yùn)用到新型技術(shù)，如虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，并且以后會(huì)應(yīng)用得更加廣泛深入。簡單概括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)就是建筑設(shè)計(jì)人員在虛擬環(huán)境下創(chuàng)造新產(chǎn)品，并且通過模擬操作來檢驗(yàn)產(chǎn)品的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、舒適度等。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)使得不再要對(duì)產(chǎn)品原型進(jìn)行監(jiān)測評(píng)估而是對(duì)虛擬模型測試并優(yōu)化。在機(jī)械工程施工之前，通過虛擬現(xiàn)實(shí)發(fā)現(xiàn)并解決一系列問題，避免不必要的浪費(fèi)，降低工程建設(shè)成本。正因?yàn)檫@種種優(yōu)點(diǎn)，虛擬化成為CAD技術(shù)的發(fā)展新方向。

1.5 CAD技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化

隨著近年來電子商務(wù)和Internet技術(shù)的快速發(fā)展，CAD技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化變得尤為重要。

①采用互聯(lián)網(wǎng)的CAD產(chǎn)品傳輸二維圖紙時(shí)更加高效簡捷，能夠很好的達(dá)到企業(yè)的要求。

②可以隨時(shí)隨地通過互聯(lián)網(wǎng)友好交流企業(yè)的動(dòng)態(tài)三維模型。這樣的網(wǎng)絡(luò)協(xié)作模式可以節(jié)約企業(yè)成本，提升產(chǎn)品研發(fā)速度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

2 CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

機(jī)械工程中應(yīng)用CAD技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有許多，如：更加符合設(shè)計(jì)人員的思維，切合設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)意識(shí)、零件裝備直觀方便的呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員眼中、機(jī)械工程設(shè)計(jì)周期大大縮短、機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量有所提高等。所以說，CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是必要的。

CAD技術(shù)的應(yīng)用主要表現(xiàn)為：計(jì)算機(jī)輔助建模、計(jì)算機(jī)輔助繪圖、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工程分析。

2.1 計(jì)算機(jī)輔助建模

CAD技術(shù)的重要設(shè)計(jì)內(nèi)容是計(jì)算機(jī)輔助建模，同時(shí)，機(jī)械工程設(shè)計(jì)的核心設(shè)計(jì)部分也是計(jì)算機(jī)輔助建模。通過使用三維CAD軟件創(chuàng)建模型，便會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)人員所想設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的立體模型，更神奇的是為達(dá)到逼真效果，模型的尺寸與實(shí)物無異，只是在電腦上以一定的比例呈現(xiàn)出來。采用參數(shù)設(shè)計(jì)和特征造型的手段，設(shè)計(jì)人員能夠得到在虛擬的計(jì)算機(jī)環(huán)境下的產(chǎn)品模型直觀設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)期設(shè)計(jì)人員只能憑借自身的想象構(gòu)建出想要的產(chǎn)品模型，但是由于沒有事先精確預(yù)估缺乏實(shí)際可行性，不可避免的會(huì)出現(xiàn)一些差錯(cuò)，造成設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量低下以及資源的浪費(fèi)。

三維CAD軟件的建模功能很好的解決了這一問題，設(shè)計(jì)人員只要把已建立的模型裝配在一起就能很快的發(fā)現(xiàn)其不合理之處并進(jìn)行改正。這樣既能夠提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，還能保證工程實(shí)際可行性。

2.2 計(jì)算機(jī)輔助繪圖

計(jì)算機(jī)工程設(shè)計(jì)中繪圖至關(guān)重要，CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的最基本的功能、最早的應(yīng)用就是計(jì)算機(jī)輔助繪圖。傳統(tǒng)的繪圖制作需要設(shè)計(jì)人員手工完成，不僅降低工作效率，繪圖效果質(zhì)量差、不美觀、不準(zhǔn)確，甚至由于長時(shí)間的工作導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員的疲勞。而使用CAD軟件制圖不僅可充分利用繪圖工具、命令以及圖形庫畫出高質(zhì)量的清晰工程圖，而且可以打印出來保存，一目了然。CAD繪圖大大地提高了機(jī)械工程繪圖的質(zhì)量和效率。

2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工程分析

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)必須對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和力學(xué)性能分析，然而動(dòng)力性能分析和有限元分析的等現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)方式發(fā)展，推動(dòng)CAD技術(shù)在結(jié)構(gòu)優(yōu)化和工程分析功能上擴(kuò)展。當(dāng)前許多CAD軟件已經(jīng)推出與ANSYS等有限元分析軟件的接口。用戶將產(chǎn)品模型（由CAD技術(shù)建立的）直接導(dǎo)入有限元分析軟件，在已定的負(fù)載下對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行工程分析，根據(jù)工程分析優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。在復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)中這樣的分析方法有許多優(yōu)勢。

3 結(jié) 語

CAD技術(shù)的發(fā)展給機(jī)械工程設(shè)計(jì)注入了新鮮的活力和血液，成功掀起機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域新高潮，設(shè)計(jì)創(chuàng)意的爆發(fā)和設(shè)計(jì)周期的減短，加上設(shè)計(jì)質(zhì)量的加強(qiáng)使得機(jī)械工業(yè)進(jìn)入發(fā)展新紀(jì)元。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，CAD技術(shù)得到完善優(yōu)化，很顯然其在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛更加深入。

當(dāng)前，我國的CAD技術(shù)相較于以前有很大的進(jìn)步，但是和國外先進(jìn)技術(shù)相比還有很大差距。這就需要我國加大對(duì)CAD技術(shù)的開發(fā)與研究力度，加固我國機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)，促使我國機(jī)械工業(yè)行業(yè)挺進(jìn)先進(jìn)行列。

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