探究CAD技術在機械工程設計中的發展與應用

周華俊 姜嵐 袁尚勇 饒明華

摘要：在新時代的推動下，一個國家的機械工程設計越來越代表其經濟發展與建設水平。而隨著科學水平與高新技術的提高，傳統的機械工程設計方法已經越來越不能適應這個高速發展的社會，以CAD技術為主的機械設計方法逐漸成為主流。相比傳統的設計方法，CAD技術在效率結果與成本控制方面都有著巨大的優勢與前景。而本文就以CAD技術在現代機械工程設計中的發展歷程與應用方面等角度展開了研究與討論。

關鍵詞：CAD技術；機械工程技術；發展；應用

引言

所謂CAD技術，實際上是一種計算機設計應用技術，它是計算機科學在現代環境中高速發展與應用下的產物。它的作用方方面面，尤其是在機械工程設計技術上，由于它準確的圖像繪制與處理功能以及快速的信息存儲與記錄功能，使它相對與傳統機械工程設計方法有著巨大的優勢。作為一種高效的計算機技術，研究其發展與應用有著重要的意義。

（一）CAD技術在機械工程設計中的發展

在CAD技術未發展完全的前提下，大部分機械工程設計還是以傳統的機械設計技術為主。傳統設計技術的弊端在于它主要是采用計算與靜態分析，通過人工多年來的經驗進行設計，這種設計方法在面對設計對象的突變或改動下都不能有效的進行變化，同時設計時間長，質量低。對此在這樣的背景下，CAD技術逐漸緩慢發展，通過用計算機設計與控制來減少工作人員的工作量，以計算機為設計手段創建新的工作平臺，以此獲得了大量的用戶使用。同時對于用戶與設計要求的不斷嚴苛與內容更新，CAD技術也漸漸朝著標準化，集成化，智能化逐漸發展。

（1）設計標準化

設計標準化是CAD技術的發展基礎與必要前提。在CAD技術剛剛開始走向用戶與人群中時，作為一個相對于傳統機械設計方法的嶄新技術，在市場內出現了以此為技術基礎的大量應用軟件。雖然他們的技術基礎相同，都是以CAD技術作為應用基點，但由于不同廠家的制作工藝不同，他們彼此互不兼容。這樣便極大的不易于相同行業用戶人群的技術交流，所以發展CAD技術的軟件應用標準化是CAD技術發展的必經之路。而目前，經過行業人員的不斷技術更新與發展，設計標準化已經逐漸得到改善，也開始逐漸應用于用戶與人群中，并廣泛得到良好效應。

（2）設計集成化

目前，隨著機械工程設計的越來越趨于國際化，數控加工技術形式作為現代設計方法的主要之一在高速發展與應用著。為了跟上這種大環境下的技術更新與改變，CAD技術的下一個發展點則是設計集成化。所以傳統的CAD技術顯然已經跟不上國際化的發展形勢。市場迫切需要CAD技術的應用擴展化，為了使CAD技術與各類工藝產品能夠良好的連接，CAD技術應盡快樹立機械一體化，電力一體化等各項集成化特征。各類集成化特征的建立不僅適應了市場的需求，更憑借其高效的信息計算與處理功能大大縮短工作時間，提高工作效率。

（3）設計智能化

設計智能化作為CAD技術發展的新潮流，一直不斷進步與成長著。機械工程設計中包含分析，分解，綜合等各項流程。而設計智能化無異于貫穿了整個設計工作。無論是在工作人員的設計編程過程中，還是對任務的分析整合過程中都體現了整個技術體系的創造型思維。而這種智能化，這種創新化使得CAD技術能夠直接的與設計成品相連接起來，許多用戶人群跟能直觀的制造與了解自己設計的成品，這樣的發展結果是令人驚喜的。在未來的發展中，這種設計智能化也會更好的體現在機械工程設計中。

（二）CAD技術在機械工程設計中的應用

CAD技術在現代機械工程設計中有著廣泛的應用，應用形式也豐富多樣，不局限單一。主要包括計算機輔助繪圖，計算機輔助建模，工程分析與優化幾個方面。

（1）計算機輔助繪圖

談到CAD技術在機械工程設計中的應用就不得不談到計算機輔助繪圖，作為在機械工程設計中最基本的應用，CAD輔助繪圖技術直接取代了傳統的繪圖方式。作為時代更新的產物，CAD軟件制圖含有大量輔助繪圖的功能，包括圖形編輯，圖形轉換，文字，填充等各種實用性功能。這些繪圖工具和功能可以繪制出結構清晰同時滿足設計要求的圖紙。相比傳統的工作人員手動繪圖，省去了工作人員在圖紙結構方面的考慮與設計時間，大大節省了工作時間，提高了工作效率。計算機輔助繪圖能夠讓工作人員減少繪圖時間，減小工作人員的勞動強度，并且使用CAD軟件的圖形庫和繪圖指令，能夠提升工程圖繪制率，最重要的計算機在繪制圖紙方面相比人工手動繪制更為精確。

（2）計算機輔助建模

作為CAD技術的主要內容之一，計算機輔助建模是機械工程設計極為重要的環節。因為一切工程設計的開始都必須要對任務工程進行建模計算。產品最后的合格與否也需要根據建模來判斷。在機械工程建模上，CAD技術主要是應用于它的三維CAD技術，具體技術的應用方法是，設計人員根據設計任務的要求與需要通過三維CAD軟件建立對應產品的模型。其技術特點在于，用戶人員可以根據產品要求的各項參數在計算機虛擬環境下直接進行模型的線框，表面甚至于實體的構建，這種設計方法可以使用戶人員有效發現自己構建模型的錯誤，以便于下次更好的修改與使用。同時相對于傳統機械設計方法，CAD的這種自建模功能大大減少了工作人員的工作量，提高工作效率，但也應注意在參數設置變化時，對模型進行相應的變化設計。

（3）工程分析與優化

對產品進行工程分析與優化同樣作為CAD設計的重要內容，在機械工程設計上起著不可忽略的作用。在工程分析與結優化方面，研究成品的動力性能與結構成分是目前的重要趨勢。許多工程軟件在這方面都有建樹，而CAD技術由于其獨特的繪圖與三維建模功能在對產品進行分析與結構分析有著很強的發展方向。通過對產品進行技術化的分析優化在一定程度上提高了產品的最終質量。所以CAD技術可以有效的將機械工程設計的產品通過其專業技術及其功能進行工程分析與優化，使其發揮更大的作用與價值，另外應用CAD技術一方面能夠彌補傳統機械工程設計的不足，一方面能夠為工程帶來巨大的經濟利潤。

結語：

在目前國家經濟建設高速發展的前提下，機械工程設計對于一個國家的工業發展無異于是重中之重。所以大力發展機械工程技術水平是工業發展的必要之路。而CAD技術作為目前主流的機械工程設計技術，相比與傳統的技術水平有著巨大的改善。通過其獨特有效的繪圖，建模，分析等技術功能大大減少了傳統方法給人工帶來的工作時間與工作量，在提升工作效率的同時，提高了工作質量。對此，CAD技術將作為以后機械工程設計的重要手段，它的發展速度也將是國家產業相互競爭的重要點。當前，我國的CAD技術水平相對于以前來說已經有了極大的進步，但是與外國先進的技術水平來說還是有一定的差距。這就希望國家能夠更加重視CAD技術在工業工程上的發展，加大力度進行CAD技術的研發與探究，盡早趕上發達國家的技術水平。

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（作者單位：華東交通大學（機電與車輛工程學院）