三維CAD 技術在設備管理中的應用淺析

劉 穎

（中國民用航空華東空管局山東分局，山東 濟南 250107）

1 CAD 進階概述

1.1 CAD技術概述

隨著計算機技術及應用的迅速發展，特別是大規模、超大規模集成電路和微型計算機的出現，使計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）、計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）、計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）與計算機輔助工藝規劃或設計（computer aided process planning，CAPP）等新技術得以迅猛發展。CAD、CAM已經在電子、造船、航空、航天、機械、建筑、汽車等各個領域得到廣泛應用，成為最具有生產潛力的工具，也取得了巨大的經濟效益。

CAD 計算機輔助設計是利用計算機的快速數值計算和強大的圖文處理能力，輔助工程技術人員進行產品設計、工程繪圖和數據管理的一門計算機應用技術，是計算機科學技術發展和應用中的一門重要技術，應用廣泛，影響深遠。

1.2 CAD 技術應用

CAD 技術涵蓋范圍廣泛。其設計對象最初包括兩大類：一類是機械、電子、汽車、航天、農業、輕工和紡織產品等；另一類是工程設計產品等，如工程建筑。隨著CAD 技術的不斷發展，其應用領域不斷拓寬，如今已延伸到藝術領域，如電影、動畫、廣告、娛樂和多媒體仿真等，均成為CAD 的應用范疇。

CAE（計算機輔助工程）和CAM（計算機輔助制造）是與CAD 技術密切相關的兩個概念。CAE（Computer Aided Engineering）就是使用計算機輔助分析軟件，對原CAD 模型進行仿真成品分析，通過反饋的數據，對原設計或模型進行反復修正，以達到最佳效果。CAM（Computer Aided Manufacturing）就是把計算機應用到生產制造過程中，以代替人進行生產設備與操作的控制，如計算機數控機床、加工中心等都是計算機輔助制造的例子。CAM不僅能提高產品加工精度、產品質量，還能逐步實現生產自動化，對降低人力成本、縮短生產周期具有積極作用。

把CAD、CAE、CAM 等技術結合起來，使得一件產品在由概念、設計、生產到成品形成的整個過程中，極大地節省了時間和投資成本，而且保證了產品質量。當今世界各大航空、航天及汽車等制造業巨頭不但廣泛采用CAD/CAE/CAM 技術進行產品設計，而且投入大量的人力、物力及資金進行CAD/CAE/CAM軟件的開發，以保持自己技術上的領先地位和國際市場上的優勢。

綜上所述，CAD 技術是集計算、設計繪圖、工程信息管理、網絡通訊等計算機及其他領域知識于一體的高新技術，是先進制造技術的重要組成部分。其顯著特點是：提高設計的自動化程度和質量，縮短產品開發周期，降低生產成本費用，促進科技成果轉化，提高勞動生產效率，提高技術創新能力。CAD 技術對工業生產、工程設計、機器制造、科學研究等諸多領域的技術進步和快速發展產生了巨大影響。現在，它已成為工廠、企業和科研部門提高技術創新能力，加快產品開發速度，促進自身快速發展的一項必不可少的關鍵技術。

2 三維CAD 及其應用

2.1 三維CAD 概述

CAD 技術在機械行業應用最早，也最為廣泛。傳統機械設計要求設計人員必須具有較強的三維空間想象能力和表達能力，當設計人員設計新產品時，首先必須構想出產品的三維形狀，然后按照投影規律，用二維工程圖將產品的三維形狀表示出來。隨著計算機技術的不斷進步，計算機繪圖開始取代圖板繪圖，即最初的計算機輔助繪圖CAD（Computer Aided Drafting），所繪制出來的圖形為二維圖形。

后來，計算機技術進展迅速，帶動了CAD 技術逐漸由二維繪圖向三維設計過渡。三維CAD 系統采用三維模型進行產品設計，CAD 的含義由Computer Aided Drafting 變為Computer Aided Design，即計算機輔助設計。這樣，采用CAD 技術進行產品設計，不但可以使設計人員甩掉圖板，更新傳統的設計思想，實現設計自動化，降低產品的成本，提高企業及其產品在市場上的競爭能力；還可以使企業由原來的串行式作業轉變為并行作業，建立一種全新的設計和生產技術管理體制，縮短產品的開發周期，提高勞動生產率。

2.2 三維CAD 技術應用

（1）可更加方便直觀地進行產品設計。三維CAD技術為設計開啟了新的視角和工作方式，使設計工作直觀可視，有利于解決設計中尺寸相關性及干涉等相關問題，提高了設計效率，縮短了設計周期。

（2）可方便直觀地進行產品裝配、維修。在產品裝配過程中，可直觀地發現產品干涉或其他裝配問題，并有針對性地進行檢查、修改，然后進行重新裝配，大大提高了設計的正確率，并且在產品修改、維護中，因為可以清晰地看到各零件的位置及裝配信息，從而大大提高后續維保的效率。

（3）三維CAD 技術可以在產品裝配階段或者裝配完成后進行運動仿真，可清晰地顯示出產品的運動過程，對產品結構的分析、檢驗十分有利。運動仿真功能還可方便地進行產品的后續維修保養，大大提高了產品的維護效率和保養進程。

（4）可方便地對設計不合理的部件進行升級改造。根據零件設計信息，可方便地對運行中出現問題的零部件進行分析判斷并進行修改設計。在產品維護保養中，也可據此對缺失的零部件進行重新改制，有利于延續產品壽命，助力產品的升級改造。

3 結語

三維CAD 技術大大提高了設計效率和設計進程。隨著應用的不斷擴大和需求的越來越高，引入MBD 基于模型的工程定義，使數字化設計、制造一體化成為可能。產品信息獲取的便利性、模型的再利用能力進一步提高了產品的升級改造進程。近年來，隨著網絡技術的發展以及WebGL 技術的普及，云端CAD 發展迅速，在線三維建模成為可能。

未來，隨著人工智能、多媒體、虛擬現實等技術的進一步發展，CAD 技術必然朝著集成化、智能化、協同化的方向發展。