淺析CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

吳宗明

摘要：隨著我國的科技發(fā)展越來越快，各種信息技術(shù)發(fā)展越來越成熟，計(jì)算機(jī)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用也變得越來越廣泛。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用不僅發(fā)展了機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)還提高了我國機(jī)械制造業(yè)的競爭力。本文簡單介紹了計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)及其系統(tǒng)的組成，主要闡述了計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢，以期為機(jī)械設(shè)計(jì)人員提供幫助。

關(guān)鍵詞：CAD；機(jī)械設(shè)計(jì)；應(yīng)用

隨著信息化時(shí)代的到來，越來越多的人開始接觸新媒體，開始接觸計(jì)算機(jī)。人們利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行各種設(shè)計(jì)和各種計(jì)算，將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)用于機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，把計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)信息化優(yōu)勢充分的展現(xiàn)出來。這種新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)可以快速分析不同的方案從而有助于設(shè)計(jì)人員選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，還具有各種設(shè)計(jì)信息資料的高效檢索能力，這樣不僅可以提高設(shè)計(jì)人員的工作效率還能夠保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在改變?nèi)藗兩畹耐瑫r(shí)，也在不斷的改變著機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)。

1 CAD技術(shù)及其系統(tǒng)的組成

CAD技術(shù)也稱為計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，其系統(tǒng)的核心組成部分就是軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)。所謂的軟件系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)輔助軟件和有關(guān)的計(jì)算機(jī)輔助模型構(gòu)成，而硬件系統(tǒng)主要是由各種重要設(shè)備構(gòu)成，如圖形的輸入設(shè)備、圖形的輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)等。

CAD系統(tǒng)的發(fā)展離不開它的硬件和軟件系統(tǒng)，目前計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)非常厲害，但是軟件和硬件是相互依存的，只有不斷提高計(jì)算機(jī)輔助軟件和計(jì)算機(jī)輔助模型才能真正的提高CAD技術(shù)水平。計(jì)算機(jī)輔助軟件可以分為三類，第一類是交互式圖形顯示軟件，第二類是CAD應(yīng)用軟件，第三類是CAD數(shù)據(jù)管理軟件。而計(jì)算機(jī)輔助模型主要是標(biāo)準(zhǔn)件庫，它的目的是提高設(shè)計(jì)的效率。在實(shí)際的機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，需要繪制的內(nèi)容不同，因而多種CAD系統(tǒng)都在同時(shí)運(yùn)行，在這種情況下就要對系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，這就需要統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源庫。

CAD技術(shù)是由很多具有功能的模塊組成，例如就我們熟悉的AutoCAD，它包括的功能有①平面繪圖：AutoCAD可以用于繪制基本圖形。②繪圖輔助工具：可以通過正交、捕捉追蹤等輔助工具幫助用戶更快更好的繪圖。③編輯圖形：將創(chuàng)建好的圖形通過編輯功能進(jìn)行縮放、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)以及修剪等達(dá)到美化圖形的目的。④標(biāo)注尺寸：對圖形進(jìn)行標(biāo)注可以讓人們對圖形的認(rèn)識加深，標(biāo)注尺寸可自行設(shè)定。⑤書寫文字：能夠在創(chuàng)建對象的任何地方書寫文字。⑥圖層管理功能：可以給圖形對象設(shè)定一個(gè)圖層。⑦三維繪圖：繪制三維立體圖，對創(chuàng)建實(shí)體進(jìn)行編輯。⑧網(wǎng)絡(luò)功能：可以將繪制的圖形上傳到網(wǎng)絡(luò)，便于大家共享。⑨數(shù)據(jù)交換：提供多種圖形圖像數(shù)據(jù)交換格式。

2 CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 CAD技術(shù)的優(yōu)勢

CAD技術(shù)具有很多優(yōu)勢，它不僅與人的思維相適應(yīng)，還有助于效率的提高、便于設(shè)計(jì)成果的修改。這些優(yōu)勢都使得CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越廣泛。

（1）與人的思維相適應(yīng)

機(jī)械設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)都要先構(gòu)思，再進(jìn)行繪制圖形。設(shè)計(jì)產(chǎn)品都是立體的，人在思考時(shí)腦海中想的圖形也是三維的，因此通過使用CAD技術(shù)模擬真實(shí)的幾何形狀，讓設(shè)計(jì)師的思維更好的表達(dá)出來，激發(fā)設(shè)計(jì)師創(chuàng)作靈感，使設(shè)計(jì)師能夠設(shè)計(jì)出更多更好的作品。CAD這種與人思維相適應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)使得設(shè)計(jì)產(chǎn)品更具有創(chuàng)新性。

（2）有助于效率的提高

利用CAD軟件可以將復(fù)雜的幾何造型呈現(xiàn)出來，同時(shí)利用布爾運(yùn)算軟件可以提高計(jì)算效率，大大降低計(jì)算的時(shí)間，圖形設(shè)計(jì)中截交線和相貫線的自動(dòng)形成大大降低了設(shè)計(jì)師的工作量，為設(shè)計(jì)師提供了更多的時(shí)間。更重要的一點(diǎn)是在產(chǎn)品的升級過程中可以借助原有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，在原來的數(shù)據(jù)上進(jìn)行修改后就又可以得到一個(gè)新的產(chǎn)品，這有助于效率的提高。

（3）便于設(shè)計(jì)成果的修改

CAD軟件應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)中避免了以前的所有設(shè)計(jì)成果全部修改的弊端，可以將設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)儲存起來，便于后面的修改，大大減少了勞動(dòng)力，使設(shè)計(jì)人員有更多的精力去創(chuàng)新。

2.2 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

CAD技術(shù)目前主要是應(yīng)用在二維繪圖、三維實(shí)體造型方面以及性能分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，以下是具體介紹：

（1）二維繪圖以及三維實(shí)體造型方面的應(yīng)用

最開始CAD技術(shù)產(chǎn)生時(shí)由于硬件的不足使得它只能夠繪制一些基本的二維圖形，這種平面圖形與人的思維存在差異，限制了設(shè)計(jì)師思維的表達(dá)。隨著時(shí)代的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展越來越好，硬件技術(shù)得到了大幅度的提高，軟件系統(tǒng)也在不斷的優(yōu)化，使得三維實(shí)體造型能夠發(fā)展起來。有了三維技術(shù)人們的想象力更好了，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更有新意。

（2）性能分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

CAD技術(shù)不只是一種繪圖工具，更是一種優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)需要對產(chǎn)品的性能進(jìn)行分析，然后再將其結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最后將產(chǎn)品的性能和產(chǎn)品的外形設(shè)計(jì)結(jié)合，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)分析零部件，優(yōu)化零部件，這樣才能得到好的產(chǎn)品。

3 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用的發(fā)展趨勢

對于CAD技術(shù)來說，它未來的發(fā)展方向應(yīng)該向著智能化、集成化、虛擬化發(fā)展，這樣才能不斷促進(jìn)我國機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展，才能走在科學(xué)技術(shù)的前端。

3.1智能化

CAD系統(tǒng)需要變得更加智能化。智能化的CAD系統(tǒng)具有專家的頭腦，還有大量的經(jīng)驗(yàn)，能夠?qū)?fù)雜的問題進(jìn)行深入剖析，能夠運(yùn)用自己的知識庫進(jìn)行推理。人工智能技術(shù)可以加速CAD系統(tǒng)智能化，可以發(fā)展機(jī)械設(shè)計(jì)。

3.2集成化

機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中需要多種技術(shù)的相互配合，不僅只有CAD技術(shù)，還需要CAM技術(shù)。兩者相結(jié)合就可以做到CAD設(shè)計(jì)的結(jié)果用于數(shù)控仿真，再生成數(shù)控加工程序，最后就可以在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行實(shí)體加工。相信在未來會(huì)有更多這樣的集成模式出現(xiàn)，未來的CAD技術(shù)應(yīng)該是集成化的。

3.3虛擬化

虛擬技術(shù)是一種新技術(shù)，設(shè)計(jì)師在虛擬世界進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，對虛擬產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)、舒適度等方面的檢查。這種利用虛擬產(chǎn)品代替真實(shí)產(chǎn)品，可以在虛擬模型中將真實(shí)產(chǎn)品存在的問題解決，大大降低了測試的費(fèi)用。

4結(jié)語

CAD技術(shù)應(yīng)用于我國的機(jī)械設(shè)計(jì)必將推動(dòng)我國機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，但是我國的CAD技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比還是有一些差距，因此我國要加強(qiáng)CAD技術(shù)的研發(fā)，要不斷向著智能化、集成化、虛擬化方向發(fā)展，為我國機(jī)械設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

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