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

周華俊 姜嵐 袁尚勇 饒明華

摘要：在新時(shí)代的推動(dòng)下，一個(gè)國(guó)家的機(jī)械工程設(shè)計(jì)越來(lái)越代表其經(jīng)濟(jì)發(fā)展與建設(shè)水平。而隨著科學(xué)水平與高新技術(shù)的提高，傳統(tǒng)的機(jī)械工程設(shè)計(jì)方法已經(jīng)越來(lái)越不能適應(yīng)這個(gè)高速發(fā)展的社會(huì)，以CAD技術(shù)為主的機(jī)械設(shè)計(jì)方法逐漸成為主流。相比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，CAD技術(shù)在效率結(jié)果與成本控制方面都有著巨大的優(yōu)勢(shì)與前景。而本文就以CAD技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的發(fā)展歷程與應(yīng)用方面等角度展開(kāi)了研究與討論。

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

引言

所謂CAD技術(shù)，實(shí)際上是一種計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)，它是計(jì)算機(jī)科學(xué)在現(xiàn)代環(huán)境中高速發(fā)展與應(yīng)用下的產(chǎn)物。它的作用方方面面，尤其是在機(jī)械工程設(shè)計(jì)技術(shù)上，由于它準(zhǔn)確的圖像繪制與處理功能以及快速的信息存儲(chǔ)與記錄功能，使它相對(duì)與傳統(tǒng)機(jī)械工程設(shè)計(jì)方法有著巨大的優(yōu)勢(shì)。作為一種高效的計(jì)算機(jī)技術(shù)，研究其發(fā)展與應(yīng)用有著重要的意義。

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

在CAD技術(shù)未發(fā)展完全的前提下，大部分機(jī)械工程設(shè)計(jì)還是以傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)為主。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的弊端在于它主要是采用計(jì)算與靜態(tài)分析，通過(guò)人工多年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方法在面對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的突變或改動(dòng)下都不能有效的進(jìn)行變化，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)，質(zhì)量低。對(duì)此在這樣的背景下，CAD技術(shù)逐漸緩慢發(fā)展，通過(guò)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與控制來(lái)減少工作人員的工作量，以計(jì)算機(jī)為設(shè)計(jì)手段創(chuàng)建新的工作平臺(tái)，以此獲得了大量的用戶使用。同時(shí)對(duì)于用戶與設(shè)計(jì)要求的不斷嚴(yán)苛與內(nèi)容更新，CAD技術(shù)也漸漸朝著標(biāo)準(zhǔn)化，集成化，智能化逐漸發(fā)展。

（1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化是CAD技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)與必要前提。在CAD技術(shù)剛剛開(kāi)始走向用戶與人群中時(shí)，作為一個(gè)相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法的嶄新技術(shù)，在市場(chǎng)內(nèi)出現(xiàn)了以此為技術(shù)基礎(chǔ)的大量應(yīng)用軟件。雖然他們的技術(shù)基礎(chǔ)相同，都是以CAD技術(shù)作為應(yīng)用基點(diǎn)，但由于不同廠家的制作工藝不同，他們彼此互不兼容。這樣便極大的不易于相同行業(yè)用戶人群的技術(shù)交流，所以發(fā)展CAD技術(shù)的軟件應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化是CAD技術(shù)發(fā)展的必經(jīng)之路。而目前，經(jīng)過(guò)行業(yè)人員的不斷技術(shù)更新與發(fā)展，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)逐漸得到改善，也開(kāi)始逐漸應(yīng)用于用戶與人群中，并廣泛得到良好效應(yīng)。

（2）設(shè)計(jì)集成化

目前，隨著機(jī)械工程設(shè)計(jì)的越來(lái)越趨于國(guó)際化，數(shù)控加工技術(shù)形式作為現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要之一在高速發(fā)展與應(yīng)用著。為了跟上這種大環(huán)境下的技術(shù)更新與改變，CAD技術(shù)的下一個(gè)發(fā)展點(diǎn)則是設(shè)計(jì)集成化。所以傳統(tǒng)的CAD技術(shù)顯然已經(jīng)跟不上國(guó)際化的發(fā)展形勢(shì)。市場(chǎng)迫切需要CAD技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)展化，為了使CAD技術(shù)與各類工藝產(chǎn)品能夠良好的連接，CAD技術(shù)應(yīng)盡快樹(shù)立機(jī)械一體化，電力一體化等各項(xiàng)集成化特征。各類集成化特征的建立不僅適應(yīng)了市場(chǎng)的需求，更憑借其高效的信息計(jì)算與處理功能大大縮短工作時(shí)間，提高工作效率。

（3）設(shè)計(jì)智能化

設(shè)計(jì)智能化作為CAD技術(shù)發(fā)展的新潮流，一直不斷進(jìn)步與成長(zhǎng)著。機(jī)械工程設(shè)計(jì)中包含分析，分解，綜合等各項(xiàng)流程。而設(shè)計(jì)智能化無(wú)異于貫穿了整個(gè)設(shè)計(jì)工作。無(wú)論是在工作人員的設(shè)計(jì)編程過(guò)程中，還是對(duì)任務(wù)的分析整合過(guò)程中都體現(xiàn)了整個(gè)技術(shù)體系的創(chuàng)造型思維。而這種智能化，這種創(chuàng)新化使得CAD技術(shù)能夠直接的與設(shè)計(jì)成品相連接起來(lái)，許多用戶人群跟能直觀的制造與了解自己設(shè)計(jì)的成品，這樣的發(fā)展結(jié)果是令人驚喜的。在未來(lái)的發(fā)展中，這種設(shè)計(jì)智能化也會(huì)更好的體現(xiàn)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中。

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

CAD技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用形式也豐富多樣，不局限單一。主要包括計(jì)算機(jī)輔助繪圖，計(jì)算機(jī)輔助建模，工程分析與優(yōu)化幾個(gè)方面。

（1）計(jì)算機(jī)輔助繪圖

談到CAD技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用就不得不談到計(jì)算機(jī)輔助繪圖，作為在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中最基本的應(yīng)用，CAD輔助繪圖技術(shù)直接取代了傳統(tǒng)的繪圖方式。作為時(shí)代更新的產(chǎn)物，CAD軟件制圖含有大量輔助繪圖的功能，包括圖形編輯，圖形轉(zhuǎn)換，文字，填充等各種實(shí)用性功能。這些繪圖工具和功能可以繪制出結(jié)構(gòu)清晰同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求的圖紙。相比傳統(tǒng)的工作人員手動(dòng)繪圖，省去了工作人員在圖紙結(jié)構(gòu)方面的考慮與設(shè)計(jì)時(shí)間，大大節(jié)省了工作時(shí)間，提高了工作效率。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(kù)和繪圖指令，能夠提升工程圖繪制率，最重要的計(jì)算機(jī)在繪制圖紙方面相比人工手動(dòng)繪制更為精確。

（2）計(jì)算機(jī)輔助建模

作為CAD技術(shù)的主要內(nèi)容之一，計(jì)算機(jī)輔助建模是機(jī)械工程設(shè)計(jì)極為重要的環(huán)節(jié)。因?yàn)橐磺泄こ淘O(shè)計(jì)的開(kāi)始都必須要對(duì)任務(wù)工程進(jìn)行建模計(jì)算。產(chǎn)品最后的合格與否也需要根據(jù)建模來(lái)判斷。在機(jī)械工程建模上，CAD技術(shù)主要是應(yīng)用于它的三維CAD技術(shù)，具體技術(shù)的應(yīng)用方法是，設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求與需要通過(guò)三維CAD軟件建立對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的模型。其技術(shù)特點(diǎn)在于，用戶人員可以根據(jù)產(chǎn)品要求的各項(xiàng)參數(shù)在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境下直接進(jìn)行模型的線框，表面甚至于實(shí)體的構(gòu)建，這種設(shè)計(jì)方法可以使用戶人員有效發(fā)現(xiàn)自己構(gòu)建模型的錯(cuò)誤，以便于下次更好的修改與使用。同時(shí)相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法，CAD的這種自建模功能大大減少了工作人員的工作量，提高工作效率，但也應(yīng)注意在參數(shù)設(shè)置變化時(shí)，對(duì)模型進(jìn)行相應(yīng)的變化設(shè)計(jì)。

（3）工程分析與優(yōu)化

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工程分析與優(yōu)化同樣作為CAD設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，在機(jī)械工程設(shè)計(jì)上起著不可忽略的作用。在工程分析與結(jié)優(yōu)化方面，研究成品的動(dòng)力性能與結(jié)構(gòu)成分是目前的重要趨勢(shì)。許多工程軟件在這方面都有建樹(shù)，而CAD技術(shù)由于其獨(dú)特的繪圖與三維建模功能在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析與結(jié)構(gòu)分析有著很強(qiáng)的發(fā)展方向。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)化的分析優(yōu)化在一定程度上提高了產(chǎn)品的最終質(zhì)量。所以CAD技術(shù)可以有效的將機(jī)械工程設(shè)計(jì)的產(chǎn)品通過(guò)其專業(yè)技術(shù)及其功能進(jìn)行工程分析與優(yōu)化，使其發(fā)揮更大的作用與價(jià)值，另外應(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?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。

結(jié)語(yǔ)：

在目前國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展的前提下，機(jī)械工程設(shè)計(jì)對(duì)于一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展無(wú)異于是重中之重。所以大力發(fā)展機(jī)械工程技術(shù)水平是工業(yè)發(fā)展的必要之路。而CAD技術(shù)作為目前主流的機(jī)械工程設(shè)計(jì)技術(shù)，相比與傳統(tǒng)的技術(shù)水平有著巨大的改善。通過(guò)其獨(dú)特有效的繪圖，建模，分析等技術(shù)功能大大減少了傳統(tǒng)方法給人工帶來(lái)的工作時(shí)間與工作量，在提升工作效率的同時(shí)，提高了工作質(zhì)量。對(duì)此，CAD技術(shù)將作為以后機(jī)械工程設(shè)計(jì)的重要手段，它的發(fā)展速度也將是國(guó)家產(chǎn)業(yè)相互競(jìng)爭(zhēng)的重要點(diǎn)。當(dāng)前，我國(guó)的CAD技術(shù)水平相對(duì)于以前來(lái)說(shuō)已經(jīng)有了極大的進(jìn)步，但是與外國(guó)先進(jìn)的技術(shù)水平來(lái)說(shuō)還是有一定的差距。這就希望國(guó)家能夠更加重視CAD技術(shù)在工業(yè)工程上的發(fā)展，加大力度進(jìn)行CAD技術(shù)的研發(fā)與探究，盡早趕上發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平。

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（作者單位：華東交通大學(xué)（機(jī)電與車輛工程學(xué)院）