機械CAD的應用現狀及發展趨勢

侯永亮　王力杰　李淑利　呂建軍　趙潔

摘 要：隨著科學技術的不斷更新與快速發展，在機械設計領域廣泛地應用各類新的計算技術、新工藝以及設計方法等，使得機械設計過程得以豐富和完善。此外，隨著計算機技術的發展，CAD技術在工程設計與機械制造等領域得到了廣泛的應用，并對制造技術的快速發展起到了一定的促進作用。機械CAD技術的應用，不但使得傳統的設計方法得到了改善，也提高了設計的效率和質量，對于促進經濟效益的提升具有積極的推動作用。

關鍵詞：機械CAD，應用現狀，發展趨勢

引言

經濟的快速發展使得行業競爭越來越激烈，在機械制造產品中的科技含量也越來越高，把CAD技術應用到機械設計中，可以有效提高產品設計的效率，促進機械產品綜合競爭力的提升，同時有利于促進CAD設計的標準化建設，進而提升機械制造企業的設計水平。CAD技術作為現在應用最為廣泛的的三維立體設計軟件，通過與計算機技術的有效結合，加之其本身具有系統的設計結構，廣泛應用在在現代工業設計領域中。

1.機械CAD的主要功能與特點

設計人員在CAD系統的輔助下，通過人—機對話操作方式能進行生產設計構思和論證，完成生產中技術設計、總體設計、零部件設計及有關零部件的剛度、強度、液壓、電熱、氣動等技術的分析計算。因此，一個完整的CAD軟件應包括參數化設計，計算機制圖，有限元分析，參數優化，流體力學、結構力學以及動力學分析，報表、圖書及技術文檔資料的編寫，圖形文檔管理等。總而言之，完整的機械CAD系統應具有如下個功能。

1.1設計分析與計算功能

完成生產的設計方案后，為確保其性能和質量，還需要作進一步的動態模擬、性能分析、系統驗證、辨認與優化，常見的分析計算工作包括靈敏度分析、強度與剛度計算、有限元分析、機構運動仿真及參數優化等。

1.2編輯繪圖功能

這通常是機械CAD系統所提供的一套命令集，以繪制和修改各種二維和三維機械圖。例如：裝配軸測圖或剖面圖、機械零件三視圖、汽車飛機船舶外觀曲面圖以及液壓管路布置圖等。為了提高工作效率，減少重復性勞動，還應包括各種開放式的參數化與標準件圖庫設計功能。

1.3處理功能

機械CAD系統不僅可以產生成套技術圖紙，還可以提供全部有關的技術文檔。如總體與零部件明細表、材料清單、使用說明書等，并可以完成CAM（計算機輔助制造）系統的信息傳輸與數據轉換等功能。

2.機械CAD的應用現狀

2.1機械CAD技術在建模中的應用

面向對象的機械CAD技術在機械產品的建模（如二維建模以及三維建模）過程中應用廣泛。在建模過程中，將對象視作一個概念，針對某一具體問題，分析與歸類該對象，從而促進面向對象系統的關系圖的建立。相較于面向過程的CAD技術而言，面向對象的CAD技術在機械產品建模應用實踐中，主要通過對行為以及數據結構進行抽象實現對系統的動態屬性以及靜態屬性的描述，從而在這一應用過程中，實現對象語言及其層級結構的描述，最終完成機械CAD設計。在運用C語言等程序設計語言，實現各設計步驟的機器語言化，并進行相關程序的編寫，促進機械CAD系統最終得以完成設計。

2.2運用機械CAD技術封裝性，改變數據內部結構

因為面向對象應用了數據抽象技術，從而阻止一個程序對一個對象的訪問，因此這就是說，能夠改變數據的內部結構而不改變數據的程序。這就是依靠了面向對象的機械CAD技術的封裝性來實現的。它需要保證數據域代碼的高度一致，將對象的數據結構和對該數據的操作捆綁起來，形成一體，并將對象實施起來的具體細節隱藏起來，操作人員看到的只是該對象的一些特性。對于訪問對象，有且只有靠公共界面中的操作函數來實現，這樣就能夠在不關心內部結構的情況下來使用數據程序。

此外，我國現在CAD技術在機械設計中的應用現狀中另一個值得注意的問題就是三位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。三維造型能夠克服二維作圖低層次的缺陷，雖然現在二維的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。

3.機械CAD技術的發展趨勢

現在CAD的關鍵技術已經得以解決，CAD技術已相當成熟，實際上計算機技術在機械制造領域包含CAD和CAM兩個主要方面，隨著生產周期不斷縮短及對成本等各方面的考慮，設計與制造愈來愈密不可分，它們作為聯系設計與制造兩個方面已經逐步實現集成化、信息化、網絡化、通用化。

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，能夠方便檢測設計對象的方便程度、舒適度等。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，所以虛擬工廠、虛擬制造、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。這種改進能夠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。

CAD技術不斷深化的必然結果是智能CAD技術。智能CAD技術表現在知識的運用上，使得CAD系統能夠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。

結束語

綜上所述，機械CAD技術在機械工程中應用廣泛，它可以使設計人員在三維立體模型的基礎上，全面體現設計思想，運用相應的數據結構進行優化設計，對于提升設計質量與效果具有重要作用。總之，CAD在機械設計領域中的應用，可以促進機械產品設計水平的全面提升，并且發展前景非常廣闊，在促進我國機械設計持續發展方面發揮著重要的作用。

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