機械產品和零件的計算機輔助設計

杜高毅 裴思晨 張宇鑫 梁俊俊 徐潤杰

摘要：隨著科學技術的發展，新技術和新設備被廣泛應與各行各業，推動了人類文明的不斷發展。當前，利用計算機的某些軟件，可以對產品的結構、顏色以及外形等進行輔助設計，一定程度上解決了機械設計工作相對復雜，設計時間長等問題，推動了機械設計的智能化發展。因此，研究分析計算機輔助設計技術在機械設計中的應用具有重要的現實意義。

關鍵詞：計算機輔助設計;機械產品設計;應用優勢

一、計算機輔助設計概述

所謂計算機輔助設計，就是在機械設計過程中，將一些復雜性的人工難以完成的設計工作，轉化成數字、圖像等格式，利用計算機的軟件，輔助相關設計人員完成設計工作。常見的計算機輔助設計技術包括圖形變化技術、實體造型技術、交互技術等，并在圖形輸入板、掃描儀等硬件設備的支持下，完成各類機械產品的設計模型制作。

在機械工程當中，機械設計是實現產品生產的基礎。而相關設計人員在進行機械設計過程中，需要根據產品本身的實際要求，來對整個產品的機械制造完成圖像化的描述。傳統的機械設計過程中，均依靠人工來完成所有的模型設計，需要消耗大量的人力和時間，而計算機輔助設計技術的應用，可以利用計算機強大的處理能力，建立機械產品相關的模型，并完成對產品性能和參數等方面的分析和研究，有助于幫助相關設計人員不斷的優化設計方案，節省機械設計的時間

二、計算機輔助設計及參數化技術的應用現狀

計算機輔助設計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，在機械設計領域，CAD技術己使設計方法和手段發生了根本變革，大幅度地提高了設計質量，縮短了設計周期，大大地增強了機械產品在市場上的競爭能力，因而越來越受到了人們的重視。

早期的CAD系統，其設計結果的工程圖紙僅僅實現了用計算機及其設備出圖，就產品圖形而言，不過是幾何圖素（點、線、面、弧）的拼接，是產品的可視形狀，并不包含產品圖形內在的拓撲關系和尺寸約束。因此，當需要改變圖形中哪怕任一微小的部分，都要擦除重畫。這不僅使設計者投入相當的精力用于重復勞動，而且，這種重復勞動的結果并不能充分反映設計者對產品的本質構思和意圖。

在CAD中，參數化技術是采用參數預定義的方法建立圖形的集合約束集，指定一組尺寸作為參數使其與幾何約束集相關聯，并將所有的關聯式融入到應用程序中，然后以人機交互方式修改參數尺寸，通過參數化尺寸驅動實現對設計結果的修改。正是有了這種參數化建模技術，才使得數據的改變在不同層次之間的傳遞變得唯一個即時。這樣，才有了真正意義上的自頂向下設計及以這種設計為基礎的并行設計，它是團隊設計的基礎。

2.1參數化設計

參數化設計也叫尺寸驅動，是現代設計的一大特色。我們之所以采用這種技術，不僅是因為CAD系統具有交互式繪圖功能，還具有自動繪圖等許多優點。利用參數化設計手段開發的專用產品設計系統，可使設計人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來，可以大大提高設計速度，并減少信息的存儲量。

2.1.1參數化的方法

參數化設計的一種驅動機制即參數驅動，參數驅動機制是基于對圖形數據的操作。通過參數驅動機制，可以對圖形的幾何數據進行參數化修改，在修改的同時，滿足圖形的約束條件，需要約束間關聯性的必須手段即約束聯動，約束聯動是通過約束間的關系實現的。對一個圖形，可能的約束十分復雜，而且數量很大。而實際由用戶控制的，即能夠獨立奪化的參數一船只有幾個，稱之為主參數或主約束;其他約束可由圖形結構特征確定或與主約束之間有確定關系，即所謂的次約束。對主約束是不能簡化的，對次約束的簡化是通過圖形特征聯動和相關參數聯動兩種方式來實現的。

2.1.2參數化建模

要實現參數化設計系統，關鍵在于建立參數化的模型。參數化建模是幾何建模的一個發展方向，它可以大大提高模型的生成和修改的速度，在產品的系列化、相似設計及專用系統開發等方面具有較大的應用價值，目前參數化建模方法主要有變量幾何法和基于結構生成歷程的方法。

三、計算機輔助設計在機械設計中的應用優勢

為了提高機械設計的質量，必須重視實踐與理論相結合的原則，尤其是計算機輔助設計技術的應用，有助于幫助相關設計人員更全面的對整個機械設計過程進行掌控，其主要優點體現在以下幾個方面。

3.1提高機械設計的質量

對于機械產品而言，不僅要求其具有較高的硬度，而且還需要滿足不同的性能要求。通過計算機輔助設計的應用，可以利用軟件對機械產品的有限元受力情況展開分析，便于設計人員掌握機械產品的受力情況，進而對設計進行優化，確保產品的設計符合客戶對其性能的要求。

3.2提高了機械設計的速度

傳統的人工繪制方式，即便是在較為簡單的機械產品設計過程中，也需要消耗大量的時間，不利于產品的后期生產。尤其是一些復雜的零件，在人工設計過程中很容易出現誤差，導致產品性能方面存在問題，需要反復試驗進行設計優化。而計算機輔助設計技術，通過二維繪圖以及三維設計的方式，給相關設計人員提供了極大的便利，在縮短了機械設計時間的同時，也簡化了機械設計的修改流程。

四、 計算機輔助設計在機械設計中的應用

4.1二維繪圖

計算機輔助設計軟件為機械設計提供了二維繪圖的功能，可以利用計算機軟件，幫助設計人員完成大多數的設計操作，同時還可以提供一些建議，極大的降低了繪圖的時間和工作量，提高了設計人員的工作效率，保障了機械設計的質量。

4.2三維設計

對于機械設計而言，就是利用簡單的幾何結構完成復雜產品結構設計的過程。而產品都是三維的。計算機輔助設計技術為機械設計提供了三維設計功能，可以幫助相關設計人員更清晰、更直觀的了解機械設計的效果，并利用零部件模擬組裝功能，可以幫助設計人員在設計階段發現其中存在的問題，從而采取有效的技術措施進行設計優化，甚至可以實現產品的性能的優化。

結語

綜上所述，計算機輔助設計技術大大簡化機械設計的流程，縮短了設計周期，提高了相關工作者的設計質量，相關設計人員應重視該項技術的應用和推廣。當前，在計算機輔助設計技術方面，我國尚處于起步階段，仍存在一定問題限制了計算機輔助設計的具體應用，因此，設計人員必須積極學習，吸取國外先進的技術和應用經驗，結合我國的實際情況，提高計算機輔助設計技術的應用質量，推動我國機械設計行業的可持續發展。

參考文獻

[1]許乾.計算機輔助設計技術在機械設計中的應用分析[J].科技與創新

[2]段清.CAD技術在機械工程設計中的發展與應用[J].山西科技

[3]吳鑫強.探析計算機輔助設計技術在機械設計中的應用[J].電腦迷