CAD技術在工程設計中的應用

摘要：隨著計算機技術的發展，CAD技術在工程設計中得到了廣泛的應用。經過長時間的社會實踐應用，CAD技術以其簡單、快捷高效、便于存儲和攜帶等優點在工程設計中取得了良好的使用效果。文章首先對CAD軟件進行了簡單了解，然后分析了CAD技術在工程設計中的一些優勢，最后就CAD技術在工程設計中的應用進行了探究。

關鍵詞：CAD技術；工程設計；AutoCAD軟件；工程制圖；繪圖設計 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP317 文章編號：1009-2374（2015）04-0052-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0308

CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設計）出現在20世紀60年代，是美國麻省理工大學提出的交互式圖形學的研究計劃。最初，CAD的應用只是出現在汽車制造、航空航天等大型公司。隨著電子設備和軟件系統的快速發展，CAD也得到了廣泛應用。經過長時間的發展，CAD技術不斷改進和完善，也進行了許多的創新，從最初的二維繪圖設計到現在的3D立體繪圖設計。現今，CAD已經不再是簡單地用于設計繪圖方面，它已經進入到了設計者專業知識中更“智能”的部分。

1 AutoCAD概述

在工程制圖中使用CAD后，不但能提高繪圖效率，而且可以創造良好的經濟效益。隨著CAD軟件的廣泛應用，掌握CAD軟件的基本操作和繪圖技巧是每個設計者的必修課。AutoCAD是工程制圖人員普遍使用的繪圖軟件，下面就結合AutoCAD軟件，對CAD軟件進行簡單介紹。

圖1 AutoCAD軟件界面的布局 圖2 零件的分層設計與最終的3D效果

AutoCAD軟件的操作界面分為菜單欄、繪圖工具欄和狀態欄等模塊，如圖1所示。AutoCAD的功能包括：對二維和三維圖形進行繪制、修改，標志機械零件的詳細尺寸；可以方便地在圖形的任何位置、任何方向書寫文字；可以通過AutoLISP語言和ObjectARX環境，編程實現對設計的計算分析和自動繪圖；它還擁有大量的繪圖工具，設計者可以根據自己的需要來添加新的繪圖動作；它也可以通過各種標準的圖形和圖像格式文件與其他軟件交換圖形數據信息；此外，還可以與外部數據庫連接，實現對外部數據庫的操作。如今，CAD技術發展到現在已經可以通過AutoCAD軟件繪圖和3D打印機的結合，輕松實現器械零件打印的3D效果，如圖2所示。

2 CAD在工程設計中的優勢分析

設計人員的勞動強度降低，繪制的圖形精確干凈。傳統的手工繪圖，設計人員經常需要使用不同的畫筆、三角板、曲線尺等工具不斷的交替更換，并且一不小心就會出錯，這時修改的話不但費時費力，很有可能會使得圖形變得臟亂不堪。但是使用CAD繪圖就不會出現這些問題，你只需要手中一個鼠標即可。

可以提高二維繪圖工作的效率。CAD軟件對為用戶提供了各種各樣的模版，設計者可以在繪圖過程中直接調用。在用CAD進行復雜圖形設計時，設計人員只需要調用以往使用的信息，對其中的個別零件進行重新設計和繪制，這就使得工程設計的效率得到了大大提升。

更加符合設計人員的設計過程。CAD技術能夠保障遵從人類的設計思維，隨時隨地地更改設計，使得設計師可以走一步看一步的夢想得到了實現。一般的機械設計師在設計時總是先構思后表達，由于腦海中構思出的產品形狀是三維的，因而直接建立反映產品真實幾何形狀的三維實體模型自然是理想的表達方式。CAD技術的應用可使機械設計師更加專注于產品設計本身，而不是產品的圖形表示，符合機械設計師的創新意識，有利于設計的連續進行。由于CAD三維設計得到的三維立體圖具有直觀、易于理解等特點，不僅能促進機械設計師的思維深入，而且也便于與他人進行交流。

3 CAD技術在工程設計中的應用

CAD利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作。它被廣泛地應用在工程設計CAD項目的管理、初步設計、分析計算、繪制工程、統計優化等方面。下文就CAD技術在工程設計中的應用進行分析。

3.1 實現了實體建模

在CAD技術出現以前，設計人員只能憑借自身的想象來構思設計方案，隨著CAD技術的出現和發展，使得實體設計這一想法得到了實現。計算機中的圖形就猶如活生生的實物一般出現在人們眼前，設計者設計的零件可以在計算機中動態地轉動，可以進行虛擬的切割、打磨和焊接。設計者在與他人交流時一些復雜的圖形難以用語言來表達清楚，這時運用CAD技術繪制的圖形就可以使交流更加方便易懂。實體建模的實現，對設計者繪畫技能的要求不再那么苛刻，CAD軟件為設計者提供了一個自有標準件庫和零部件數據資源庫，還有特征體庫、緊固件庫等，還提供了構造自由曲面的工具和方法，因此只要對模型進行調用、編輯、修改、施加約束或復合操作，就可構造出需要的工件。

3.2 智能CAD技術的應用

隨著CAD技術的發展和人們需求的不斷提高，人工智能等各類技術逐漸融入到CAD系統中，形成了各種智能CAD系統。知識的應用使CAD系統的“設計”功能和設計自動化水平大大提高，對產品設計全過程的支持程度大大加強，促進了產品和工程的創新開發。智能CAD在運用知識化、信息化的基礎上，建立基于知識的設計倉庫，能夠為設計者在設計方面提供一些專業的知識與幫助，同時可以根據設計人員的意圖和要求智能地設計圖形、優化設計方案。現代設計的核心是創新設計，人們正試圖把創新技術和人工智能技術相結合應用到CAD技術中，用智能設計、智能制造系統去創造性指導解決新產品。

3.3 三維CAD技術的應用

傳統二維設計中一般將產品和工程設計圖紙看成是“點、線、圓、弧、文本……”等幾何元素的集合，系統內表達的任何設計都變成了幾何圖形，這樣的設計往往缺乏立體效果。同時傳統設計中，僅僅是依靠已有的資料進行借鑒和改造，設計常規，易給人一種呆板的感覺。而三維CAD技術的應用，就可以使方案在設計階段充分利用專家系統及現代科技新理論，可以在軟件中建立各種機構，進行構型對比和設計創新。同時三維CAD技術在計算機中將產品的實際形狀表示成為三維的模型，模型中包括了產品幾何結構的有關點、線、面、體的各種信息，使模型從線框模型、表面模型到實體模型發展，從而使設計所表達的幾何體信息越來越完整和準確，幫助設計者解決更加廣闊的設計范圍。

總之，CAD技術能夠被很好地應用于工程施工中，大大降低了施工量，有效地提升了施工效率，在新的發展時期，必將會被更為有效的應用，為工程施工提供有益的支持。

4 CAD技術在工程設計應用中應注意的問題

在未來發展中，CAD技術的應用會變得更為有效，為了更好地促進軟件的應用，在使用過程中應該對以下問題給予足夠的重視。

4.1 投資與管理的問題

CAD技術是施工企業發展過程中必須依靠的軟件，需要盡快加以普及和應用。在此過程中要考慮對其的投入力度，要保證其能夠有效開展下去。與此同時，要極力避免盲目投資，減少設備閑置情況的出現。這樣才能更好地應用CAD技術，獲得更大的經濟效益。CAD技術高水平應用是將硬件設備、網絡、各種CAD軟件包、電子圖庫、質量保證體系、經營管理、財務、培訓等集成為一個整體系統，要充分保證上述環節的有效運行，從而發揮出系統的效益。

4.2 CAD應用軟件的相關問題

在應用CAD軟件時，由于市場上軟件種類較多，這就要求在選擇時需要進行充分考慮：第一，要保證軟件功能能夠滿足設計需要，這是最為基礎的要求。第二，要保證軟件的各種接口的有效性，包括文件轉換接口、外接接口等，同時要保證這些接口具有非常好的通用性。第三，要保證軟件的可開發性，為后期工作提供更為有效的支持，同時人機界面要較好，方便操作。只有這樣，CAD軟件的應用和推廣才會更加有效。

另外，隨著CAD技術的不斷發展，計算機輔助管理變得更為重要。在新的發展形勢下，更加智能化，具有管理效力的軟件變得更為有效，能夠提供給設計單位以設計系統和反應敏感的決策系統。這樣就能夠方便單位更加有效地進行管理，也更加便于操作和掌控。在這種情況下，CAD技術在應用和推廣過程中必將會出現一次革新，需要對自身的工作環境進行更新和完善，相信在不久的將來，CAD技術將會得到更為廣泛的應用，其應用效果會更為優秀，可以為單位設計工作提供更為高效、便利、智能化的支持。

5 結語

CAD技術在工程設計中的應用是非常廣泛的，它給工程設計人員的工作帶來了巨大的便利。在未來的發展過程中，科學技術是不斷發展的，每一個工程設計者都應該運用先進的技術，在各自的崗位發揮自己最佳的水平，為客戶提供優質的服務和優良的設計。

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作者簡介：單春陽（1973-），女，遼寧遼陽人，遼寧建筑職業學院副教授，材料工程碩士，研究方向：計算機輔助設計與制造方向的研究與教學。

（責任編輯：秦遜玉）