關于CAD技術的研究探討

李 澤 孫如軍 張 騫

（德州學院機電工程學院，德州 253025）

隨著機械設備制造業的不斷發展，我國機械制造行業已進入一個全新的發展階段。在這一階段，我國制造業要依托信息化技術手段，在原有基礎上積極發展國際市場，以此提高我國國際市場競爭力，這其中當然就離不開CAD技術的支持。CAD技術以其便捷、高效、資料易于存儲等特點被廣泛應用于機械行業，這項技術大大縮短了設計、生產周期，降低了機械設計開發難度。同時，科學技術的不斷進步也推動著我國CAD技術快速發展，如何更好的將這項技術應用到機械制造當中，是當下我們需要積極探索的問題。

1 CAD技術的發展概況

1.1 CAD技術的基本概念

CAD技術即計算機輔助設計技術（computer aided design），它以計算機系統作為工作媒介，對產品進行總體設計、圖像編輯、數據分析、技術資料管理與儲存。該技術將人與計算機特點有機地結合在一起，將人的思維邏輯、創新想法通過計算機高速運算準確的、全面的表達出來，充分發揮了人機結合優勢，將繁瑣的機械設計、制造過程以簡單明了的形式展現出來。

目前CAD技術被應用在機械制造領域全過程生產中，包括二維工程設計圖繪制、三維實體建模、實體渲染以及數控仿真等，同時CAD系統開發也為用戶提供了多樣的選擇，例如信息檢索型、自動設計型、智能型、交互型和逐步逼近型，根據使用者需要自主選擇。現代化的制造業已經離不開CAD技術，它在產品設計和智能制造方面發揮著至關重要作用[1-2]。CAD技術最初智能在PC或著工作站上運行，使用價格昂貴，普及率與應用程度較低，隨著CPU和Windows系統的出現，CAD技術得到了優化，運行使用成本顯著降低，性能也不斷提高。

1.2 CAD技術應用分析

1.2.1 基礎應用

CAD技術在20世紀50年代誕生于西方發達國家航空航天和軍事領域中，隨著科技不斷發展，這項技術應用水平已經成為衡量一個國家或地區機械制造業發展能力的重要標準。

在機械制造工程中，分析過程包括兩大部分：一是對機械技術要求進行分析；二是對生產數據進行處理。這其中分析機械技術要求占絕大部分。在CAD技術的發展初期，主要以繪制圖紙為主，它讓設計師擺脫了繪圖板的束縛，加快了設計速度。目前繪圖軟件有很多種，例如AutoCAD、caxa/cad、UG NX10.0等，它們功能大體相似，包括幾何造型、計算分析、工程繪圖、結構分析、優化設計、計算機輔助工藝設計、模擬仿真和特征造型，對提高產品加工質量和設計效果有很大幫助，當工程人員通過CAD技術畫出二維設計圖紙后，為了檢驗設計合理性進，使用CAD技術中的三維建模板塊建立產品實體模型，有效發現產品問題并進行改正[3]。這項技術解決了圖形抽象、產品難以更新的問題，同時還激發了設計、制造人員的思維，為更好的產品研發打下堅實基礎。

1.2.2 高級應用

現代機械制造業已經不僅僅是簡單的生產加工，人工智能的出現引領了制造業又一個發展潮流，不少高新企業正在積極探索CAD技術與智能制造的融合發展，例如將CAD技術編入工業機器人程序當中，可以進行初步機械設計、制造加工，這超越了傳統生產工藝；另外，工業機器人將會根據設定的CAD程序，自動分析產品要素和數據，識別草圖圖像元素，自主建立實體模型，并制定合理生產工藝。在完成上述步驟后，將分析好的數據通過CAD對接口上傳至計算機，計算機發出指令，控制機床完成產品生產。這樣新型的結合應用模式，減少了人工成本，人們從一個實際生產過程的實施者解放出來，成為了產品制造的監督者，推動了CAD技術智能化與自動化發展。

2 CAD技術應用的當前問題分析

我國在20世紀70年代開始對CAD技術進行研究與開發使用，并且將其列入“863”研究計劃。但國產CAD開發軟件效果與國外同類型產品還是有著一定的差距，例如在標注方面遠國內CAD技術沒有國外標注靈活。除了軟件本身問題外，國內對于技術的實際應用也有欠缺，國內CAD技術推廣面臨的問題主要由兩方面原因影響，及學校教學與社會培訓。

首先從學校教學方面來說，高校畢業生是我國工業發展基層人才，是技術的直接運用者。要想使這門技術具備更好的應用狀況，就要從現在大學課堂入手，目前大學課堂過于形式化，對CAD技術理論教授過少，學生只會簡單操作，不利于學生對這項技術的創新性研究，受眾面的先天不足也直接影響到了CAD技術在國內的應用發展[4]。

其次，從社會培訓方面考慮，目前喝多企業都采用了經驗式師徒傳授模式，缺乏專業技術指導，使得CAD技術在實際應用中局限性較大，相關技術人員沒有把握技術的真正核心。

3 技術未來的發展趨勢

隨著科技的發展，CAD技術應用程度不斷深入，人們對這項技術的要求也越來越高，CAD技術正朝著智能、集成、虛擬等方向發快速展。

3.1 虛擬化方向

虛擬化方向以CAD應用技術為專業基礎，綜合多學科內容融合發展。這種方法可以減少手工繪圖和制作模型時間，讓操作者在虛擬空間當中完成設計、修改和模擬加工，實現整個過程可視化操作。同時為實際加工提供理論參考，避免重復設置加工參數，從而縮短加工周期，流程簡圖如圖1所示[5]。

圖1 虛擬加工技術流程簡圖

3.2 CAD與CAM集成發展方向

獨立CAD技術已經不能滿足現代生產需求，這就要求相關技術人員積極探索技術發展新方向，將CAD與CAM（計算機輔助制造技術）技術糅合在一起，采用統一控制系統實現兩種技術在信息交互上的穩定運行是一種很好的思路。目前來說，CAD/CAM集成技術信息交互方式主要有通用格式文件的系統集成、工程數據庫系統集成和標準格式中性數據文件集成。現在CAD技術研究方向主要以大數據分析為主，通過大數據分析指導CAD/CAM技術后續發展，降低系統運行成本，優化系統構造。

3.3 智能網絡化發展方向

計算機網絡技術日趨完善，可以考慮將CAD技術嵌入無線網絡系統當中。現在生產制造并不是一個人、一臺機器就可以解決的，它需要大范圍聯動響應，因此可以在生產區域建立動態的無線生產網絡，將區域資源進行整合，實時監測各部分運行狀態，實現生產全過程檢測，保證生產效率，這是當前世界各國CAD技術新型制造系統的發展趨勢[6]。

4 結語

機械制造水平的高低直接影響著國家綜合實力，我國工業發展從無到有、從有到強，這一過程中離不開一代代科學家的辛勤付出。現代社會發展要求新一代科技人才要在前人的基礎上繼續探索，CAD技術作為未來制造業發展的重要內容，當機械研究領域占有重要地位，因此應當圍繞CAD技術應用展開分析，找到一個切實可行的方法，使之運用到實際生產活動當中，提高機械產品設計制造水平。