機械產(chǎn)品數(shù)字化設計及關鍵技術研究

沈海龍　錢應平

【摘 要】隨著科學技術的不斷發(fā)展，以計算機為支撐的信息技術在現(xiàn)代社會的應用越來越廣泛，并且發(fā)揮了重要的作用。機械產(chǎn)品設計是現(xiàn)代制造企業(yè)中一項重要的內(nèi)容，在機械產(chǎn)品設計過程中運用計算機技術，實現(xiàn)了機械產(chǎn)品設計的數(shù)字化發(fā)展，提高了機械產(chǎn)品設計的科學性，同時可以滿足不同用戶的個性需求，實現(xiàn)了機械產(chǎn)品的多樣化、小批量生產(chǎn)。本文著重針對機械產(chǎn)品數(shù)字化設計以及關鍵技術進行簡單的分析。

【關鍵詞】機械產(chǎn)品；產(chǎn)品設計；數(shù)字化設計；關鍵技術

為了適應現(xiàn)代社會和經(jīng)濟快速發(fā)展的新趨勢，機械產(chǎn)品的設計也逐漸完成了數(shù)字化設計的轉(zhuǎn)型，越來越多先進的計算機技術運用到機械產(chǎn)品設計中，促進了我國機械設計與制造技術的發(fā)展與完善。數(shù)字化設計是實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬化設計的基礎和前提，使得傳統(tǒng)的制造與加工轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代化的設計與生產(chǎn)，從而實現(xiàn)機械制造企業(yè)資源的優(yōu)化配置，有利于增強企業(yè)的綜合競爭力。

一、機械產(chǎn)品數(shù)字化設計的涵義

機械產(chǎn)品數(shù)字化設計主要是運用計算機輔助設計、CAD數(shù)字化仿真技術，對產(chǎn)品開發(fā)的全過程給予足夠的技術支持，從而促進機械產(chǎn)品設計信息的更新以及設計技術的完善。數(shù)字化設計涵蓋了機械產(chǎn)品模塊建立、設計優(yōu)化以及數(shù)據(jù)管理的全過程，運用CAD、CAM等集成技術實現(xiàn)對機械產(chǎn)品設計與加工的數(shù)字化描述，再運用數(shù)字化技術對產(chǎn)品的加工過程進行控制，從而促進機械數(shù)字化制造技術的快速發(fā)展。

二、機械產(chǎn)品數(shù)字化關鍵技術

（一）二維CAD技術

CAD技術是伴隨著計算機的發(fā)展進入到設計領域中，人們運用CAD技術代替了傳統(tǒng)的手工繪圖，具有更高的準確度和清晰度。但是，二維CAD技術僅僅是改變了產(chǎn)品設計的繪圖方式，并沒有完全融入到機械產(chǎn)品設計中，隨著軟件系統(tǒng)的功能不斷完善，才逐漸發(fā)展成為完整的計算機輔助系統(tǒng)。

（二）三維CAD技術與曲面造型技術

三維CAD技術可以形成完整的框式系統(tǒng)，可以滿足表達產(chǎn)品設計基本信息的需求，隨著計算機技術的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了以表面模型為特點的計算機建模方式，進而形成了具有造型曲面系統(tǒng)的三維CAD技術，實現(xiàn)了產(chǎn)品信息的完整表述，這不僅是CAD技術的一次重要變革，也使得機械產(chǎn)品設計的曲面表達方式獲得更大的平臺。

（三）實體造型技術

表面模型技術可以對產(chǎn)品的表面信息進行完整描述，但是卻無法表達出產(chǎn)品質(zhì)量、重心等其他要素特征，這對于機械產(chǎn)品設計帶來了很大困擾。在CAD技術不斷完善的背景下，產(chǎn)生了實體造型技術，可以為CAD設計的產(chǎn)品信息表達提供更完整的屬性，有利于提高機械產(chǎn)品設計的科學性和準確性。同時，實體造型技術在諸多機械零件設計和加工中也被廣泛應用，推動了機械制造領域的快速發(fā)展。

（四）參數(shù)化技術

參數(shù)化造型技術是上世紀80年代中期進入到機械設計領域中，其具有數(shù)據(jù)先關、尺寸約束和驅(qū)動修改等特征，將其引入到CAD設計系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)對零件的尺寸驅(qū)動修改，而且使用的范圍較為廣泛，在大部分通用零件的設計中都可以應用。

（五）變量化技術

變量化技術是建立在參數(shù)化造型技術的基礎上，對其進行的局部修補而形成的負荷建模技術，可以將不同的曲面模型和實體模型進行疊加，完成尺寸、數(shù)據(jù)的約束，可以滿足復雜機械產(chǎn)品和零部件的設計需求。

三、機械產(chǎn)品數(shù)字化設計技術發(fā)展趨勢

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，機械產(chǎn)品的數(shù)字化設計也向著更加精密化、虛擬化和智能化的方向發(fā)展，同時在機械數(shù)字化設計的信息管理體系方面也在不斷的更新，從而為機械產(chǎn)品數(shù)字化設計技術的發(fā)展奠定堅實的基礎。當前機械產(chǎn)品數(shù)字化設計的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）單項技術的發(fā)展正在不斷完善，以曲面建模技術、曲面與實體集成技術等單項技術為核心的CAD/CAM等數(shù)字化技術正處在不斷發(fā)展和更新的過程中，與機械產(chǎn)品設計需求的契合度也越來越高，這將有利于提高機械產(chǎn)品數(shù)字化設計的效率，提高機械產(chǎn)品制造企業(yè)的加工效率。

（二）以PSM和CAD/CAPP技術為支撐的集成技術，將成為未來機械產(chǎn)品數(shù)字化設計的主導技術，其應用范圍主要集中在接口、封裝等技術方面。

（三）機械產(chǎn)品數(shù)字化設計與虛擬技術的結(jié)合，可以形成一個虛擬的制造環(huán)境和虛擬產(chǎn)品，有利于縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品設計的成功率。

（四）機械產(chǎn)品數(shù)字化設計與網(wǎng)路技術的協(xié)同應用，可以極大的拓寬數(shù)字化設計的應用領域，提高數(shù)字化設計的應用效率。通過互聯(lián)網(wǎng)技術的融入，國內(nèi)的機械產(chǎn)品制造企業(yè)與國際機械產(chǎn)業(yè)的交流將日益頻繁，進而實現(xiàn)異地設計、異地生產(chǎn)，有利于機械制造企業(yè)節(jié)約成本，增強國際競爭力。

四、結(jié)束語

綜上所述，機械產(chǎn)品的數(shù)字化設計應成為了機械加工領域發(fā)展的必然趨勢，越來越多的數(shù)字化技術被應用到機械產(chǎn)品的設計和生產(chǎn)活動中，實現(xiàn)了機械產(chǎn)品設計的科學化和人性化，有利于增強企業(yè)的綜合競爭力，進而促進我國機械制造業(yè)健康、持續(xù)的發(fā)展。

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