CAD在機械設計中的應用現狀與發展趨勢

摘要：CAD技術由于其在繪圖等方面的巨大優勢使得其在機械設計中有著廣泛的應用。隨著信息技術的不斷發展，對于CAD技術要求也隨之提高。本文通過闡述CAD技術在我國發展現狀，展望CAD技術的發展前景，試圖對于CAD技術在機械設計中的應用起到一定的參考價值

關鍵詞：CAD技術；機械設計；應用現狀；發展前景

中圖分類號：TP391.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 18-0017-02

隨著CAD技術的快速發展，CAD技術在機械設計中的應用也越來越重要。而CAD技術的發展也必然會對整個制造業造成深遠的影響。隨著中國經濟的日益發展，對于CAD技術更高的要求也隨之而來，只有縮小我國CAD技術研究與應用方面與發達國家的差距，才能提高我國在國際市場上的競爭力。

一、CAD相關概念及起源

（一）CAD技術及CAD系統

CAD，即Computer Aided Design（計算機輔助設計）的簡稱，是指由計算機完成產品設計中的計算、分析、模擬、制圖、編制技術文件等工作，并且輔助設計人員完成產品的全部設計過程，將最后滿意的設計結果和產品圖紙的一種輸出機械設計方法。1973年，國際信息處理聯合會給CAD下了一個更廣義的解釋：“CAD是將人和機器混編在解題專業中的一種技術，從而使人和機器的最好特性聯系起來。”

CAD技術是最近幾十年來迅速發展起來并得到廣泛應用的多學科綜合性的新技術。CAD技術的應用適應了當前產品需提高設計質量，快速更新換代的需求。

對于CAD的理解，有的人認為CAD是指在工程設計中使用計算機進行科學計算和分析，當然也有認為利用計算機控制繪圖機繪制出工程圖紙。然而，這些對CAD的理解都是片面的，是不全面的，因為所有的這些的理解都是片面的，不能充分揭示CAD的內涵和本質，不能完整的表現出CAD的全部含義，使CAD的應用始終處于一個初級狀態。因此，要使得CAD在機械設計中能夠充分發揮作用，必須對于CAD的概念有著正確的認識。

CAD系統是指依賴于CAD技術設計起來的，用來實現設計思想，并加速產品和工程設計的一套體系，CAD系統是CAD技術的集中表現。一般的CAD系統包括了有計算機、外圍設備等系統軟件構成的基礎成，以及含有分析軟件和數據庫等支撐層和應用層。應用層針對不同應用領域設計而成，具有各自不同的特點，可以支持CAD不同的工作需要。CAD系統可以實現對于計算分功能，完成和完善產品設計規劃，進行二維圖像交互以及三維幾何造型的圖像處理功能，同時還可以警醒數據的管理和數據的交換，文檔制編輯等一系列功能。

（二）CAD技術的起源

CAD的技術誕生于20世紀50年代，是作為被動式的一個圖像處理階段。隨后，由于計算機技術的飛速發展，尤其是計算機圖形學，交互技術以及分層存儲符號思想的興起，促進了CAD技術的飛速發展，CAD等相關產品設備也應運而生，并逐步向中小型產業以及發展中國家滲透。到九十年代，CAD技術已經相對成熟，主要表現為開放式、集成化以及智能化，這些改變促使CAD技術中其他方面的應用相對豐富起來，從而大大提高了自動化設計程度，出現了智能CAD新學科。

二、CAD技術的特點及應用

CAD技術由于在程序設計中引入了計算機的幫助，因而在進行方案設計，性能分析等等一系列方面與傳統的設計方式有著顯著不同。CAD技術可以更高效的、迅捷、可靠地完成工作，對于產品的標準化尤其具有極強的推進作用。CAD技術中由于有著計算機的參與，對于整個程序流程提出了形式化的要求，這時CAD技術區別于傳統設計的最大特點。

CAD技術的核心是應用軟件，常見的CAD的應用軟件包括美國AutoDesk公司開發的AutoCAD、美國SDRC公司推出的I-DEAS Master Seriess、美國PTC公司開發的Pro/Engineer、法國MATRA公司開發的EU-CLID以及我國自主開發的PICAD、高華CAD，開目CAD和CAXA等等。這些應用軟件使得CAD技術可以得以實現圖形繪制、簡單機械繪圖、專業機械繪圖自動數據交換、構建三維實體零件圖等等一系列功能。除了這些應用軟件，CAD技術另一重要的組成部分為支撐軟件，包括計算機操作系統、程序設計語言、圖形支撐系統等軟件。

三、我國CAD技術的應用現狀

我國的CAD技術起步于20世紀六十年代末。但隨著社會的快速發展國家綜合能力提高，社會對各行各業都提出了新的要求作為機械專業的重點軟件之一CAD有著不可替代的作用。CAD技術主要用于圖形繪制方面，在圖形繪制方面有著方便快捷等很多其他軟件不具備的優點。因此目前在我國得到了廣泛的使用和認可。

我國的企業對于CAD技術已經有了較為充分的認識，二維CAD軟件已經成為設計師進行設計的一種主要工具。一些條件較好的企業，認識到資源共享的意義，已從原來單機使用CAD軟件轉化為基于網絡的團隊協作共享。國內的企業在應用CAD技術時，往往更傾向于應用國產的CAD軟件，這時因為國產的CAD軟件具有價格低而且更適合于給內設計時的設計習慣，使得國產的CAD軟件具有很大的需求量。但要值得注意的一點是，CAD軟件是一個技術科技密集型產品，由于國內的企業對于國產CAD軟件的青睞，使得國產的CAD軟件面臨的世界上高水平的CAD軟件的競爭較小，這不利于國內CAD軟件技術上的進一步提高和創新。

我國目前CAD技術在機械設計中的應用現狀中另一個值得注意的一點就是三位CAD技術的興起。危機平臺上的三維造型軟件中越來越多的應用CAD技術。三維造型可以克服二維作圖低層次的不足，盡管目前二維的CAD軟件仍占據較大的市場份額，但是三維的CAD軟件的發展速度令人關注。

四、我國CAD技術發展中的不足

從上世紀60年代以來，經過50多年的發展，我國的CAD技術獲得了長足的進步，并取得了一系列成就，但不可否認的是，我國目前的CAD技術仍純在很大的不足。

如上文提到的，盡管目前我國的三維CAD就軟件有了嶄露頭角的態勢，但依舊發展不足，二維CAD系統仍然占據著市場上的主要份額。另一方面，二維的CAD系統較國外先進的CAD技術仍有較大差距，存在著巨大的升級空間。

對于CAD技術理論的研究仍有待于進一步提高，只有對于理論正確的理解和認識，才有可能突破技術上的瓶頸，實現技術上重大的突破和創新。

在大學中很多機械專業也是以CAD作為基礎工具幫助學生了解機械的一般常識，然而現在很多高校對機械專業重視程度不夠，不能充分利用學校資源對機械專業進行輔助教學，對于CAD的重視更是不夠，這在一定程度上導致機械專業學生對于所學內容了解不深，對于機械專業所要從事的工作不能有充分的認識。而且由于畢業之后學生大多從事本專業工作，由于未掌握CAD這門課程，導致學生在參加工作之后不能很快融入到工作中去，企業還要話一定的時間精力對學生進行培訓，這在無形之中增加了企業的成本，對于學生也有著不利影響。

五、我國CAD在機械設計中的發展趨勢

虛擬現實技術已經在CAD技術中有著初步的嘗試，虛擬現實使得設計師可以在一個虛擬的現實中進行機械設計，可以方便檢測設計對象的舒適度、方便程度等。虛擬技術一旦實現，便使得機械設計的產品在投入生產之前便發現其可能存在的問題，便于對問題進行解決，極大地節約了成本，因此虛擬制造、虛擬工廠、動態企業聯盟將成為CAD技術在電子商務時代繼續發展的一個重要方向。這種改進可以使得用虛擬過程模擬對于產品進行加工、測試等過程，并從而對產品的外形，性能等進行一些了的評價、評估。

智能CAD技術是CAD技術不斷深化的必然結果。只能CAD技術表現在知識的運用與信息化上，使得CAD系統可以及時準確的智能的反映出設計師所需要的信息，并能正確理解設計師的意圖，實現自動排查，過濾錯誤等信息。

六、結語

隨著信息化技術的不斷發展，計算機輔助技術在機械設計中的應用也越來越廣泛，并改變了傳統的機械設計的模式。CAD技術可以使得計算機涉入到人們的機械設計活動中來，并依靠三維構圖等技術對于機械設計提供必要的幫助。我國的CAD技術在短短的50年間獲得了飛速的發展，但同時也存在的很多不足，只有正確的認識我國CAD技術的問題，才能對癥下藥的解決問題，使得CAD技術在機械設計中有著更加廣闊的應用和發展前景。

參考文獻：

[1]王利華，張振宇.CAD在機械設計中的應用現狀與發展趨勢[J].內蒙古民族大學學報（自然科學版），2006，4.

[2]胡麗萍.CAD在機械設計中的應用研究[J].煤炭技術，2012，11.

[3]陳曉紅.基于CAD在機械設計中的應用探索性研究[J].制造業自動化，2011，2.

[作者簡介]張其林（1970.7-），女，河北萬全人，大學本科，工學學士學位，張家口職業技術學院機械工程系講師，研究方向：機械設計；苑衛東（1970.4-），男，河北尚義人，大學本科，工學學士學位，張家口職業技術學院機械工程系講師，研究方向：機械制造工藝。