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

高鍇

（河北 任丘 062550）

前言：作為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)而存在的CAD技術(shù)，其使用者大多是設(shè)計(jì)工程師，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件的利用，如CAD 等相關(guān)的設(shè)計(jì)輔助軟件的使用，來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)工程師所要設(shè)計(jì)的東西進(jìn)行計(jì)算和比較分析，而利用這些輔助設(shè)計(jì)軟件制作出想要設(shè)計(jì)的效果，并通過(guò)復(fù)制修改和對(duì)比，結(jié)合實(shí)際進(jìn)行多方位的考慮，形成幾個(gè)不同的設(shè)計(jì)圖，從而在多個(gè)設(shè)計(jì)圖中選出更好的工程設(shè)計(jì)方案。利用CAD 技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的繪圖，是CAD 軟件和技術(shù)在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的主要應(yīng)用方向。

一、CAD 技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值

CAD 技術(shù)在我國(guó)的機(jī)械制造行業(yè)建設(shè)中起著重要的作用，作為一項(xiàng)新興的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)，在我國(guó)的設(shè)計(jì)行業(yè)中得到了充分的使用，促進(jìn)了我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)的建設(shè)和發(fā)展。建模是機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的核心內(nèi)容，在CAD 技術(shù)中的機(jī)械建模功能能夠建立線框模型、表面模型和實(shí)體模型，這三種常見(jiàn)的三維建模相較于傳統(tǒng)的二維建模體系具有更加直觀、立體地將模型展示出來(lái)，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化變量化。尤其在繪制復(fù)雜的零件模型時(shí)，CAD 技術(shù)的建模功能給機(jī)械工程設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)簡(jiǎn)便、解放思維能力的平臺(tái)，能夠輕松地將復(fù)雜的模型快捷靈活地建立起來(lái)。

在CAD 技術(shù)的應(yīng)用情況下，零件的設(shè)計(jì)變得更加靈活、真實(shí)，能夠更好地滿足運(yùn)用中實(shí)現(xiàn)的功能。CAD 技術(shù)能夠降低傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法所帶來(lái)的誤差，降低設(shè)計(jì)時(shí)的操作難度，減少設(shè)計(jì)所需的時(shí)間，也極大地提高了零部件設(shè)計(jì)的成功率，給我國(guó)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。CAD 技術(shù)對(duì)其他很多軟件不具有兼容性，只適用于特定區(qū)域和一定數(shù)量的用戶人群，這種限制對(duì)行業(yè)內(nèi)部間的相互學(xué)習(xí)發(fā)展帶來(lái)了極大的障礙，要對(duì)數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)化，提高CAD 技術(shù)的適用能力，促進(jìn)行業(yè)內(nèi)的自由交流。

二、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

首先，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)工作更看重人的感性體驗(yàn)和主觀立場(chǎng)，因此在傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，要提高員工的技能本領(lǐng)和判斷能力?？茖W(xué)技術(shù)的不斷成長(zhǎng)給傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)，所以傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)必須不斷創(chuàng)新。其次，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)更看重各要素之間的和諧，比如：將計(jì)劃理念、設(shè)計(jì)產(chǎn)物所在的環(huán)境和人們的需要有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，才能獲得良好的效果。在當(dāng)代機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，考慮到各環(huán)節(jié)具有一樣的特點(diǎn)，因此必須注意均衡這些環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系，才能有利于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的順利發(fā)展。第三，在現(xiàn)代設(shè)計(jì)的過(guò)程中，它要求的范圍廣泛，手段多樣。第四，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)以總體目標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)，這有利于形成多種設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)雖然沒(méi)有直觀的感覺(jué)，但也有一定的主觀性，在當(dāng)前計(jì)劃過(guò)程中需要花費(fèi)一定的人力物力，應(yīng)當(dāng)避免一些不必要的揮霍。第五，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)擁有多種功能，這些功能獲得了不斷地更新和發(fā)展。跟傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)比擬，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的成長(zhǎng)擁有更廣闊的遠(yuǎn)景。比如，在使用電子通信技術(shù)過(guò)程中，可以填補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的不足?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)能充分發(fā)揮機(jī)械地協(xié)調(diào)性及完整性。同時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)變內(nèi)部運(yùn)行的次序和規(guī)律，可以增進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)歷程的順利進(jìn)行。隨著現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)功能的不斷完善，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)工作范圍不停地?cái)U(kuò)大，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的靈活性和動(dòng)態(tài)能力會(huì)得以充分發(fā)揮。

三、CAD 技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)

（一）提升了機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量

隨著現(xiàn)代電腦配置和機(jī)械工程設(shè)計(jì)圖紙要求的不斷提高，CAD 軟件技術(shù)在發(fā)展的過(guò)程中逐漸地升級(jí)與優(yōu)化，相較于以前手工繪圖來(lái)說(shuō)，利用CAD 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)更為高效。而隨著CAD 軟件技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域不斷深入，利用CAD 軟件技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)械零件產(chǎn)品質(zhì)量相較于以前來(lái)說(shuō)有著較大的提高。想要得到高質(zhì)量的機(jī)械設(shè)備和產(chǎn)品，同樣需要高質(zhì)量和高精度的機(jī)械零件。利用CAD軟件技術(shù)進(jìn)行高精度的機(jī)械工程設(shè)計(jì)，得到精度更高的設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)于降低設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的偏差有著極大的意義。降低設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的偏差，有利于生產(chǎn)出更高質(zhì)量的機(jī)械零件，從而制造出更高精度的工程機(jī)械產(chǎn)品，對(duì)于提升機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量有著較為深遠(yuǎn)的意義。

（二）促進(jìn)了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念和更新速度

隨著機(jī)械工程對(duì)圖紙精度的要求越來(lái)越高，依靠人工進(jìn)行制作相關(guān)的設(shè)計(jì)圖紙的局限性越來(lái)越大，而利用計(jì)算機(jī)輔助相關(guān)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，能夠使得機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)變得更為精準(zhǔn)和科學(xué)。CAD技術(shù)在工程設(shè)計(jì)方面的使用極大提高了機(jī)械工程的設(shè)計(jì)效率，突破了以前的繪圖限制，促進(jìn)了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念和更新速度。

（三）CAD 技術(shù)縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間

CAD 技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的運(yùn)用使得工程設(shè)計(jì)圖紙具有科學(xué)合理性，而高精度的工程設(shè)計(jì)圖紙也保證了機(jī)械零件的精度，確保了機(jī)械零件間的匹配問(wèn)題，在避免了問(wèn)題的同時(shí)也大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。

四、CAD 技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用中的缺點(diǎn)

（一）束縛設(shè)計(jì)的思想

CAD 技術(shù)是通過(guò)與電腦之間聯(lián)系的，由于電腦屏幕大小有限，設(shè)計(jì)人員只能看到設(shè)計(jì)的一部分，這樣就導(dǎo)致設(shè)計(jì)失去了平衡。雖然CAD 技術(shù)應(yīng)用得比較廣泛，但是其對(duì)數(shù)據(jù)的要求特別高，在方案的設(shè)計(jì)上不能出現(xiàn)任何誤差。所以說(shuō)，設(shè)計(jì)工作者的設(shè)計(jì)思想在一定程度上就會(huì)受到束縛。

（二）資源浪費(fèi)嚴(yán)重

CAD 技術(shù)應(yīng)用的科技含量比較高，要想真正的熟練使用CAD 技術(shù)，就需要扎實(shí)的功底和長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。但是在目前狀況下，我們所學(xué)習(xí)的步伐總是落后于信息技術(shù)的發(fā)展速度。因此，設(shè)計(jì)人員在學(xué)習(xí)新技術(shù)上耗費(fèi)了大量的時(shí)間資源。

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

（一）CAD 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化

CAD 技術(shù)具有快捷、精準(zhǔn)度高等設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為設(shè)計(jì)人員常用的軟件，若用戶在使用CAD 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，存在計(jì)算機(jī)硬件無(wú)法滿足使用需求的問(wèn)題，會(huì)影響到設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，并且未能按照標(biāo)準(zhǔn)化的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，致使設(shè)計(jì)內(nèi)容無(wú)法應(yīng)用在機(jī)械零件生產(chǎn)中。所以，CAD 技術(shù)的數(shù)據(jù)模型必須進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，從而可以進(jìn)一步促進(jìn)機(jī)械工程設(shè)計(jì)的完善。目前在工程機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，正在建立CAD 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化體系，一方面需要從業(yè)人員深入的研究，另一方面優(yōu)化計(jì)算機(jī)硬件配置，才能更好地使CAD與計(jì)算機(jī)相互兼容。

（二）CAD 技術(shù)的智能化

使CAD 技術(shù)具備智能化特點(diǎn)，在工程機(jī)械設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員將數(shù)據(jù)輸入到CAD中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成模型，提高設(shè)計(jì)的效率，并且使設(shè)計(jì)人員投入更多的精力，用于研究機(jī)械工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。為了使設(shè)計(jì)人員的思維得到拓展，在進(jìn)行產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行分析，但是不能過(guò)分地拘泥于設(shè)計(jì)之間的內(nèi)在聯(lián)系。設(shè)計(jì)人員使用CAD 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，借助模型可優(yōu)化和完善設(shè)計(jì)內(nèi)容，并且融入創(chuàng)新元素，使機(jī)械設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新特點(diǎn)。

（三）CAD 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化

隨著近年來(lái)電子商務(wù)的高速發(fā)展，CAD 技術(shù)逐漸朝著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化CAD 技術(shù)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程交流，企業(yè)使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將CAD 技術(shù)設(shè)計(jì)的圖紙，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳遞，企業(yè)間通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)圖紙進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，有效提高工作效率，并且極大地降低成本。

六、CAD 技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)中的應(yīng)用

（一）繪圖流程的使用

繪圖處理技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中十分重要的技術(shù)手段，CAD 繪圖處理技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)和相關(guān)制造行業(yè)中最為常用的一種繪圖處理技術(shù)。隨著CAD 繪圖處理技術(shù)的不斷發(fā)展，其已經(jīng)具備了非常強(qiáng)大的機(jī)械工程設(shè)計(jì)繪圖處理功能，機(jī)械工程設(shè)計(jì)師可以充分利用其在機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中強(qiáng)大的繪圖處理功能來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的手工繪畫無(wú)法實(shí)現(xiàn)的機(jī)械設(shè)計(jì)理念和技術(shù)要求。機(jī)械工程的設(shè)計(jì)和制造人員在進(jìn)行機(jī)械工程設(shè)計(jì)繪圖時(shí)，可以通過(guò)對(duì)CAD技術(shù)的充分利用來(lái)輔助繪圖設(shè)計(jì)，而這種功能能幫助機(jī)械工程設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出意料之外的藝術(shù)作品。

（二）機(jī)械建模的運(yùn)用

一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械設(shè)計(jì)工程師都會(huì)在產(chǎn)品制造前對(duì)新設(shè)計(jì)的各種機(jī)械產(chǎn)品零部件進(jìn)行機(jī)械線建模，并在機(jī)械線開始生產(chǎn)的過(guò)程中通過(guò)利用機(jī)械線建模的方法來(lái)分析和檢查新設(shè)計(jì)出的機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)情況，并對(duì)生產(chǎn)出的機(jī)械產(chǎn)品外觀、尺寸和物化性質(zhì)等進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，以確保新設(shè)計(jì)生產(chǎn)出的機(jī)械產(chǎn)品的能夠充分滿足用戶對(duì)零件的要求和實(shí)際的使用需求。CAD 技術(shù)中機(jī)械線框的三維造型和機(jī)械設(shè)計(jì)的最終實(shí)體造型是機(jī)械工程設(shè)計(jì)中兩種重要的造型方法，這兩種造型主要是利于設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品進(jìn)行觀察以及對(duì)設(shè)計(jì)出的機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝進(jìn)行推斷。在機(jī)械工程相關(guān)產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)中，需要通過(guò)建模來(lái)生成理想的機(jī)械工程產(chǎn)品的模型，以便于得到精確、科學(xué)的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)出的機(jī)械工程產(chǎn)品的相關(guān)理化性質(zhì)進(jìn)行研究。一般情況下，如果機(jī)械制造業(yè)在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有準(zhǔn)確地對(duì)機(jī)械工程模型的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析和設(shè)計(jì)修改，容易出現(xiàn)較多的問(wèn)題，從而影響了機(jī)械工程下一階段的工作的開展。例如，抗壓能力不足，理化性質(zhì)差，韌性不足等較為常見(jiàn)的諸多問(wèn)題。為了充分利用現(xiàn)有機(jī)械工程相關(guān)的設(shè)計(jì)模型，機(jī)械設(shè)計(jì)工程師和相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)生產(chǎn)的過(guò)程中盡量避免出現(xiàn)錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)參數(shù)而導(dǎo)致機(jī)械設(shè)計(jì)不滿足要求的情況。

（三）對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

通過(guò)對(duì)CAD 技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)方面的利用，不僅可以很方便地實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的繪圖和建模，還可以在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和機(jī)械力學(xué)的分析，使得機(jī)械工程設(shè)計(jì)相關(guān)的產(chǎn)品能夠更好地滿足實(shí)際的需要，促使機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化升級(jí)。CAD 技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的運(yùn)用主要是利用CAD 技術(shù)完成建模后，對(duì)設(shè)計(jì)中建立的機(jī)械設(shè)計(jì)模型零件進(jìn)行機(jī)械力學(xué)的分析和試驗(yàn)，根據(jù)分析和試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而有效保證機(jī)械設(shè)計(jì)工程師所設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品的最終性能和質(zhì)量，在提高機(jī)械工程設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)有效性的同時(shí)，還提高了其工作效率。CAD 技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的另一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)就是通過(guò)對(duì)CAD 相關(guān)軟件和插件的利用，可以檢測(cè)和繪制分析每一個(gè)設(shè)計(jì)者的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程圖紙，通過(guò)對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)圖紙制作過(guò)程中穩(wěn)定性和缺陷的分析，結(jié)合實(shí)際情況及要求對(duì)整個(gè)的設(shè)計(jì)過(guò)程圖紙的可行性進(jìn)行評(píng)價(jià)。CAD 技術(shù)的使用有利于對(duì)設(shè)計(jì)人員的工程設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行分析，然后通過(guò)對(duì)其進(jìn)行建模、評(píng)價(jià)和優(yōu)化，從而保證了機(jī)械工程在制造過(guò)程中的可行性，這一作用能夠有效地保障機(jī)械工程設(shè)計(jì)過(guò)程中不至于出現(xiàn)各種錯(cuò)誤，以此來(lái)提升設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量。

結(jié)語(yǔ)

隨著CAD技術(shù)相關(guān)軟件和插件的優(yōu)化升級(jí)，其在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大，已經(jīng)在當(dāng)代自動(dòng)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)體系中成為不可或缺的重要組成部分。機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)τ贑AD 技術(shù)的運(yùn)用，有效地提高了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造效率，并在極大程度上減小了實(shí)際生產(chǎn)的誤差，在提高產(chǎn)品精度的同時(shí)，提升了機(jī)械零件的生產(chǎn)質(zhì)量，而機(jī)械零件質(zhì)量的提升，有助于機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的提升，進(jìn)而使得機(jī)械工程設(shè)計(jì)核心競(jìng)爭(zhēng)力得到有效提升。