CAD在機械制造領域的應用與前景

摘 要 隨著社會現代化的發展，CAD技術越來越多的在機械制造領域發揮著重要的作用。CAD在現代制造領域中朝著智能化，協同化的方向發展。本文論述了CAD在現在機械制造領域的實際應用，以及未來CAD在機械制造領域發展的前景。

關鍵詞 CAD 機械制造 應用 前景

一、CAD在機械制造技術領域中的發展現狀

CAD 就是用計算機來進行各種工業產品的設計和工程設計， 它改變了過去人們在繪圖板上用手工的繪圖工具和方法進行設計的狀況。當然我們不能簡單地把計算機輔助設計與繪圖等同起來。廣義地說， CAD 蘊涵著更豐富的內容， 往往包括CAD 、CAM 、CAE ， 就是用計算機和相應的軟件來進行產品的設計、制造和工程分析， 我們往往把計算機在這些方面的綜合應用概括地稱為CAD 技術。在國際CAD 市場上， 主要的軟件產品被分為高端、中端和低端CAD 系統。高端CAD 系統提供復雜的產品全生命周期解決方案， 包括制造企業所用的三維CAD（ 含有復雜曲面功能） 、CAM，PDM， CAE 和數字化制造等模塊； 中端產品則主要集中在三維CAD（ 包含一般的曲面設計功能） 和小型的PDM 系統， 也包含了一些互聯網支持； 低端產品主要是二維CAD 系統。主要的高端CAD包括法國的CATIA， 美國的U G ；中端CAD的主要產品有SolidWorks，以及Autodesk 公司的MDT 和Inventor；PTC 公司的Pro/ Engineer 則是介于高端和中端之間的CAD 系統。而低端CAD主要產品我們常用的AutoCAD。

CAD/CAM 技術源于工業發達國家的航空工業。CAD/CAM 技術伴隨著計算機技術日新月異地發展而迅速發展起來。目前CAD/CAM 技術日趨成熟， 已廣泛應用于航空、航天、汽車、造船、機械、輕工、紡織、電子、電器、建筑和工程設計等領域， 成為工業發達國家制造業保持競爭優勢、開拓市場的重要手段， 有力地促進了全世界高新技術的發展和新產品的迅速更新換代。有人預言， 在90 年代， 世界范圍內將會出現一場計算機軟件工業革命， 它對世界經濟發展產生的影響可與18 世紀工業革命相比擬。30 年來， 工業發達國家的CAD 技術不斷創新， 系統不斷完善， 逐步發展形成一個從研究開發、生產制造、推廣應用到銷售服務的完整的高技術產業， 相應產生了一批高技術產業公司， 從事于CAD 硬件平臺的制造、軟件的開發、市場銷售、服務與咨詢等方面的工作。這些公司盡管勝敗、沉浮、兼并、合作隨時可見， 并面臨著很大的風險， 但從全局看， 他們的發展推動了CAD 技術的發展， 形成了CAD 商品、市場和產業， 從而推動了社會生產的發展。現在， 發達國家的CAD 商品以其領先一步的優勢， 爭奪著發展中國家的CAD 市場， 以獲取高產出的最大利潤。

二、CAD在機械制造技術領域中的應用

1、縮短制造周期

在產品造型技術方面， 特征造型技術和參數化設計技術在三維CAD 系統中、特別是在中端CAD系統中得到了普遍應用。在很多的實體建模功能的CAD軟件中，存在一些基本體系。如在AutoCAD的三維實體造型模塊中，針對一些簡單的零部件，可以對其進行結構分析，把它拆分為若干個基本體，再進行三維實體造型，之后對其進行交、并、差等布爾運算，以此來得到實體模型。一些復雜的零件在改造的過程中，其基本體是很難拆分開的，導致最后拆分的基本體較多，最后很難成型。所以，僅有基本體系還無法滿足機械三維實體造型的要求。為此，可在二維幾何元素構造中先定義零件的截面輪廓，然后在三維實體造型中通過拉伸或旋轉得到新的“基本體”，進而通過交、并、差等得到所需零件的三維實體造型。

過去產品的開發經常由同一地域的設計小組在企業內部完成，近年來， 這些工作更多地由分布在不同地理和區域的設計小組完成， 這是一種高層次的、公司之間的、具有協作性的產品開發方式 即使在一個公司內部， 產品開發也可能是通過不同類型的軟件和硬件環境實施的因此CAD在機械制造領域的應用提高了工作效率，縮短了周期。

2、提高機械制造零件的質量、保證制造成本

現代機械產品與信息技術是有很密切的關系的，同時采用了CAD設計方法和CIMS組織生產，現代機械生產有了新的發展，三維CAD技術利用先進的設計方法，如優化、有限元受力分析等，提升了機械設計的水平。現代大型工廠的數控技術比較成熟，再采用CAD/CAPP/CAM進行機械零件加工，保障了產品的一致性，質量也較好。

三、CAD在機械制造技術領域中的前景

CAD技術一直處于不斷發展與探索之中。應用CAD技術起到了提高企業設計效率、優化設計方案、減輕技術人員的勞動強度、縮短設計周期、加強設計標準化等作用。并行設計、協同設計、智能設計、虛擬設計、敏捷設計、全生命周期設計等設計方法代表了現代產品設計模式的發展方向。隨著人工智能、多媒體、虛擬現實、信息等技術的進一步發展，CAD技術必然朝著集成化、智能化、協同化的方向發展。

CAD 公司通過使他們的系統能夠顯示更大的裝配件來解決這些問題。許多CAD 系統允許只加載輕量級的裝配體模型以用于顯示， 不必將所有的數據都拖進來。一些CAD 軟件允許工程師們采用子裝配件的壓縮表示， 以避免內部的細節。當前所做的努力中遺漏了一樣， 這就是軟件的體系結構。CAD 系統應允許由一個中央服務器來控制大型的模型， 在這樣的系統中， 設計者可以一邊查看在其他機器上的模型內容， 一邊工作。這樣的系統必須采用復雜的數據管理， 系統將模型數據發送給每一個需要的用戶， 同時跟蹤幾十個（ 甚至上百個） 遠程工作站上的設計更改。以后， 虛擬模型應用將不再以一個獨立的產品出現， 這些特殊應用功能將被包含在主流的CAD 系統中。我們有理由相信未來CAD在機械制造領域中扮演著越來越重要的角色，CAD的發展也會促使機械制造領域的革新。

參考文獻：

[1]董云飛.淺談CAD技術在工程設計中的應用[J].山西建筑，2007（7）：33-35.

[2]王其芳.三維CAD技術對機械設計的影響[J].煤礦機械，2007（4）：94-95.

[3]楊濟民，葉暉，張樂.機械CAD/CAE/CAM軟件系統現狀綜述[J].計算機輔助設計與制造，1995（1）：21-26.

[4]許錦泓.機械CAD技術與CAD教學[J].嘉興高等專科學校學報，2000（6）：42-44.

（作者單位：長江大學文理學院機電與信息工程系）