機械CAD技術綜述

引言

CAD 技術誕生于50 年代初期，五十多年來經歷了形成、發展、提高和集成四個主要發展時期。CAD技術作為一門多學科綜合性技術，近幾十年來發展迅速，對制造業產生了深遠的影響。隨著計算機技術的發展，CAD 技術幾經更新，已從原來的簡單輔助繪圖（Drafting） ，即二維繪圖、尺寸標注，發展到輔助設計（Design）、數據管理、智能化、集成化的CAD / CAM 系統。

1、CAD的發展史

在過去的50多年中，CAD技術經歷了五個主要的發展時期。（1）20世紀50年代是CAD技術的孕育階段，美國麻省理工學院在1950年在它研制的名為旋風的計算機上采用了陰極射線管做成的圖形終端，并能被動地顯示圖形。50年代中期，計算機技術已經被應用于工程和產品設計的分析計算，促進了計算機輔助工程技術的發展。（2）20世紀60年代這是CAD技術誕生且蓬勃發展的年代，同時是交互式計算機圖形學發展的重要時期，這期間美國麻省理工學院（MIT）做了CAD的開拓研究工作， 發表了有關CAD的論文。62年美國某學者研究出了名為Sketchpad的系統，它是一個交互式圖形系統，可以在屏幕上進行圖形設計與修改，緊接著出現了CAD術語。在接下來的10年間，計算機交互圖形技術和三維幾何造型技術（線框、曲面和實體模型）為CAD技術的發展奠定了基礎。基于大型機的商用CAD/CAM系統開始面市。 基于小型機的也就是交鑰匙系統（包括圖形輸入及輸出設備和相應的CAD/CAM軟件）以其優良的性價比開始向中、小型企業擴展。

2、CAD技術的優點及功用

CAD技術是設計人員在CAD系統的輔助下，根據產品的設計程序進行設計的一項新技術，是隨著電子技術和計算機逐漸發展起來的，它具有工程及產品的分析計算、幾何建模、仿真與試驗、繪制圖形、工程數據庫的管理、生成設計文件等功能。CAD技術能夠有效提高技術水平和工作質量，利用CAD設計分析產品后，可以使產品設計更合理，提高功效，增加了企業新產品的的開發能力，可以顯著提高企業的競爭力，體現出了先進設計手段的作用。一旦設計人員掌握了CAD技術就可以把自己從復雜的工作中解脫出來，提高了機械制造業的設計效率，優化了設計方案，降低了生產成本，減輕了技術人員的勞動強度，縮短了設計周期，加強設計的標準化等作用，為企業實現設計的現代化提供了支撐 ，CAD技術的有效使用必定會成為企業競爭的核心力量為競爭創造優勢。

3、機械CAD系統的應用

CAD技術是隨著電子技術和計算機技術的發展而逐步發展起來的，它具有工程及產品的分析計算、幾何建模、仿真與試驗、繪制圖形，工程數據庫的管理，生成設計文件等功能。經過四十多年的努力，CAD技術的廣泛應用已經引起了一場工程設計領域中的技術革命，特別是近二十年來，由于計算機硬件性能的不斷提高，CAD技術有了大規模的發展，目前CAD技術已經應用于許多行業，如機械，汽車，飛機，船舶，電子，輕工，建筑，化工，紡織及服裝等，CAD技術應用于機械類產品設計的比例最大，機械CAD在整個工程CAD中占有比較重要的地位近年來，我國在CAD技術的研究、開發和推廣上取得了較大的進展，但與工業發達國家相比，在應用或開發的廣度和深度上還存在著很大的差距，國內的CAD軟件功能單一，集成化程度低、性能穩定性差，缺乏競爭力， 其商品化程度低， 難以進入市場。CAD系統僅僅是圖板的代替品， 設計人員借助CAD來擺脫傳統的手工制圖， CAD 系統的深層次應用不到位，在制造業領域、真正用CAD技術進行產品設計的比例不高，這些都制約了CAD技術在我國機械制造業中發揮更大作用。

4、機械CAD技術的發展趨勢和新思路

機械CAD 技術的發展趨勢向著集成化、智能化、參數化、標準化、網絡化的方向發展。

集成化：集成是指信息集成，在生產制造企業中，設計、工藝編制、制造與管理構成了主要的生產活動，CAD技術是企業采用先進制造技術的基礎，當前機械CAD 技術的發展趨勢之一就是機械CAD系統的集成化，CAD信息處于產品生命周期中信息鏈的源頭，為了提高系統的集成水平，CAD 技術必須提高數字化產品建模、產品數據交換、產品數據管理并開發各種輔助軟件使他們有機地集成起來。CAD集成化的重要保證是軟件的標準化、規范化，需要制定一系列標準，使CAD軟件實現開放性、可植入性、可互聯性，從而提高CAD系統的集成度，使得整個產品在設計過程中的每一個步驟都有效地使用CAD技術。

智能化：人工智能技術，特別是專家系統技術，與傳統CAD技術結合起來，形成智能化CAD系統是機械CAD發展的必然趨勢。隨著人工智能技術的發展，將人工智能的思想、方法和技術引入到CAD系統，模擬人腦推理。一般設計包括兩類工作：一類為數值計算；另一類為符號推理。參數化 ：隨著計算機軟硬件技術的快速發展，CAD技術從一維平面繪圖發展到二維產品建模，現在應用較為廣泛的是三維建模。參數化及變量化設計思想以及特征造型是CAD技術的發展趨勢之一，可以有效地減少重復勞動，減輕設計工作量。設計對象的結構形狀比較定型，常采用參數化設計，用一組參數來約定尺寸關系，設計結果的修改受尺寸驅動，設計對象的修改需要更大的自由度。

標準化：除了CAD支撐軟件逐步實現ISO標準和工業標準外，面向應用的標準構件（零部件庫）、標準化方法也已成為CAD系統中的必備內容，且向著合理化工程設計的應用方向發展。CAD軟件一般應集成在一個異構的工作平臺之上，為了支持異構跨平臺的環境，就要求它應是一個開放的系統，這里主要是靠標準化技術來解決這個問題。

目前標準有兩大類：一是公用標準，主要來自國家或國際標準制定單位；另一是市場標準，或行業標準，屬私有性質。

5、結論

CAD技術的發展可以更好地幫助完成設計工作，提高產品開發的創新能力，降低成本。我國全面入世后，市場競爭更加劇烈，為了提高產品質量，縮短產品開發周期，提高經濟效益，企業對CAD技術的需求更為迫切，只有正確把握CAD技術發展的趨勢，才能逐步縮短與國外的差距，研發出代表世界先進水平的機械CAD軟件，使工程設計實現自動化，進一步降低企業成本，提高工作效率，贏得市場競爭主動權，積極參與國際市場競爭，提高企業自身競爭力。在科學技術日新月異的今天，機械CAD已經大張旗鼓的進入了我們的機械行業，相信如果機械CAD按照我們的設想向智能，集成等方面發展，那么它的應用潛能將無可限量。

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