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

楊 壯，孫華坤

（1.華勘局第四地質(zhì)大隊(duì)，河北 秦皇島 066000；2.秦皇島出入境檢驗(yàn)檢疫局煤炭檢測技術(shù)中心，河北 秦皇島 066000）

科學(xué)信息技術(shù)的使用推動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)和設(shè)計(jì)技術(shù)均在機(jī)械工程中起到重要作用，CAD技術(shù)是一項(xiàng)新型技術(shù)，被廣泛使用在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中。應(yīng)用CAD技術(shù)一方面能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)械工程設(shè)計(jì)的不足，一方面能夠?yàn)楣こ處砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)利潤[1]。

1 CAD技術(shù)的概述和特征

1.1 闡述CAD技術(shù)

CAD技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的縮寫，它在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中，自身優(yōu)勢主要表現(xiàn)在準(zhǔn)確的計(jì)算力和繪制處理力。機(jī)械設(shè)計(jì)歷史悠久，但發(fā)展慢，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)主要以近似計(jì)算和靜態(tài)分析為內(nèi)容，使用人工經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)間長，結(jié)果卻不如預(yù)期效果，無法在競爭市場中占據(jù)一席之地[2]。CAD技術(shù)是當(dāng)代新型設(shè)計(jì)方法，幫助設(shè)計(jì)人員打破束縛，創(chuàng)造新的設(shè)計(jì)平臺(tái)，解放人們的思維，減少設(shè)計(jì)人員的工作量。工作人員的創(chuàng)造理念通過CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)過程可通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。CAD技術(shù)功能的健全能夠延伸機(jī)械工程設(shè)計(jì)范圍。

1.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)特征

第一，智能化特征。機(jī)械工程設(shè)計(jì)內(nèi)容有分析、分解、綜合等流程，需要使用創(chuàng)造性思維進(jìn)行智能活動(dòng)；第二，經(jīng)濟(jì)性特征[3]?？蛻襞c市場需要滿足機(jī)械產(chǎn)品所增加的經(jīng)濟(jì)性要求；第三，并行性特征。在設(shè)計(jì)的后續(xù)工作中，應(yīng)考慮實(shí)現(xiàn)DFM，方可減小消耗庫存，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)性特征；第四，集成化特征。應(yīng)樹立機(jī)械一體化、電力一體化特征，在設(shè)計(jì)中綜合評價(jià)分析數(shù)據(jù)并使用科技成果；第五，準(zhǔn)確性性特征。它是機(jī)械產(chǎn)品復(fù)雜化的發(fā)展趨勢，現(xiàn)在技術(shù)使用能夠更加突出準(zhǔn)確性特征；第六，動(dòng)態(tài)性特征。設(shè)計(jì)組織和對象需要具有動(dòng)態(tài)性。

1.3 機(jī)械設(shè)計(jì)特征

在設(shè)計(jì)技術(shù)內(nèi)容中，包含了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子學(xué)分析技術(shù)，這需要將傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)性設(shè)計(jì)。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)只用中，需要收集有關(guān)信息，準(zhǔn)確計(jì)算選擇合適方案，為實(shí)現(xiàn)此方案，需要機(jī)械工程在設(shè)計(jì)中有效融合CAD技術(shù)、智能技術(shù)等[4]。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)一方面有著傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，一方面有著新的研發(fā)科技成果。隨著市場競爭現(xiàn)象嚴(yán)重，用戶要求不斷提高，機(jī)械工程設(shè)計(jì)要提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)費(fèi)用，縮減產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間，方可符合現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)需求。在此過程，改造各類技術(shù)對機(jī)械設(shè)計(jì)有著重要意義。

2 在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中使用CAD技術(shù)

CAD技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)的主要方式，它主要表現(xiàn)在計(jì)算機(jī)輔助繪圖、建模和優(yōu)化結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。

2.1 計(jì)算機(jī)輔助建模

計(jì)算機(jī)輔助建模是CAD技術(shù)的內(nèi)容之一，同時(shí)它也是當(dāng)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，通過三維CAD軟件建模版塊，工作人員可創(chuàng)建需要的設(shè)計(jì)產(chǎn)品模型和相關(guān)尺寸，但在計(jì)算機(jī)中僅能顯示比例，三維建模是工程設(shè)計(jì)人員通過開發(fā)產(chǎn)品和設(shè)計(jì)的有效保證，使用三維CAD技術(shù)，通過特征和參數(shù)，工作人員可在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境下直觀設(shè)計(jì)產(chǎn)品模型，特別是產(chǎn)品的裝備，讓三維造型的優(yōu)勢更加顯著。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)使其工作人員僅能發(fā)揮自己的想象力創(chuàng)建模型，此種設(shè)計(jì)會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，但此種差錯(cuò)卻無法提前預(yù)知，甚至到產(chǎn)品的裝備時(shí)期，人們才會(huì)發(fā)現(xiàn)原始設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，影響產(chǎn)品質(zhì)量和效率，此種問題會(huì)在CAD中解決。

三維建模功能可以有效解決此種困難。工作人員需要將產(chǎn)品模型裝備在一起，從而直接發(fā)現(xiàn)建模功能或結(jié)構(gòu)的錯(cuò)誤之處，并進(jìn)行改正，一方面提高了設(shè)計(jì)效率方面，確保了可行性。

2.2 計(jì)算機(jī)輔助繪圖

在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)輔助繪圖是CAD技術(shù)最初的應(yīng)用，也是基礎(chǔ)功能。傳統(tǒng)的手工繪圖圖紙受質(zhì)量影響，繪圖工作量大，準(zhǔn)確性無法得到保證，通過CAD軟件的圖庫和繪圖指令，能夠繪畫出高質(zhì)量圖紙，同時(shí)打印出的圖紙清晰易保存。

計(jì)算機(jī)輔助繪圖能夠讓工作人員減少繪圖時(shí)間，減小工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且使用CAD軟件的圖形庫和繪圖指令，能夠提升工程圖繪制率。

2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化和分析產(chǎn)品的力學(xué)性

分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化是CAD設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，但動(dòng)力學(xué)分析是現(xiàn)在設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢，推動(dòng)CAD技術(shù)在結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能上進(jìn)行延伸，當(dāng)下許多軟件已為其提供有限分析軟件的接觸口，用戶能夠使用三維CAD技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品模型，從而導(dǎo)入進(jìn)有限元分析軟件中，對產(chǎn)品模型進(jìn)行工程分析，將分析結(jié)果作為前提，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，此種設(shè)計(jì)優(yōu)化方法在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中，展現(xiàn)出一定優(yōu)勢。

在CAD發(fā)展中，人工智能起到?jīng)Q定性作用，可以指導(dǎo)CAD邁向智能化方向。人工智能和CAD相結(jié)合，是為了提升創(chuàng)造CAD系統(tǒng)的能力，使用推理技術(shù)可以推動(dòng)CAD技術(shù)的快速發(fā)展。

人工智能主要是通過方案和設(shè)計(jì)兩種模式存在，不斷優(yōu)化人工智能方案，從而產(chǎn)生可以處理設(shè)計(jì)條件的方案系統(tǒng)，實(shí)行模糊設(shè)計(jì)和判斷措施。

2.4 信息集成系統(tǒng)

是指決策支持、管理信息、計(jì)算機(jī)集成體系三者間的共數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)完整性、一致性的維護(hù)。隨著不斷擴(kuò)大機(jī)械工程設(shè)計(jì)周期，縮減引入先進(jìn)設(shè)計(jì)規(guī)模，更加需要系統(tǒng)間的信息共享，但因信息共享若是實(shí)現(xiàn)，需要一定元素，故應(yīng)有效管理數(shù)據(jù)庫。

在目前的機(jī)械工程設(shè)計(jì)中，使用多媒體數(shù)據(jù)庫，還存在一些問題，此些問題是機(jī)械工程發(fā)展中應(yīng)需要解決的。多媒體信息包含數(shù)據(jù)量多，工程數(shù)據(jù)庫使用信息管理模式處理，可以降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，故應(yīng)合理解決智能問題，從而讓多媒體信息傳輸和播放保持一致。

3 結(jié)語

綜上所述，CAD技術(shù)的的使用改變機(jī)械工程設(shè)計(jì)的不足，為其注入新的元素，在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中有著重要意義。CAD技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也在不斷優(yōu)化，在設(shè)計(jì)中能夠展現(xiàn)出更多新型的創(chuàng)意，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。