淺析機械CAD技術的應用及發展趨勢

摘 要：主要介紹CAD技術在機械產品設計中的應用及發展趨勢，首先簡明扼要地介紹了CAD技術在機械設計中的廣泛應用，其次著重介紹了CAD技術未來的必然發展趨勢。

關鍵詞：機械CAD；應用；發展

1 前言

機械設計是一個有近百年歷史的技術領域，具有重要的歷史地位。各種新的設計方法、計算技術以及新工藝不斷應用到機械設計中，使機械設計過程不再單調。近年來，隨著計算機技術的發展，CAD技術在工程設計、機械制造等領域得到越來越多的重視，已經成為先進制造技術的重要組成部分。機械CAD系統逐步得到應用和推廣，使傳統的設計方法得到巨大改善，提高了設計效率和設計質量，產生了巨大的經濟效益。

2 面向對象的機械CAD技術的應用

傳統的機械CAD技術是以過程為基礎，應用結構化程序設計方法，根據各自的功能分為獨立的模塊，將問題中的整體任務劃分為一個個的子任務，即基本模塊，模塊彼此之間以數據作為溝通的渠道。而面向對象程序設計是以現實模型為基礎，對客觀的實體對象進行描述。進而在對象之間建立層次結構，根據對象狀態的屬性和允許施加于這些屬性的操作，從而確定對象之間的相互影響和作用，從而軟件結構基本形成。

2.1 抽象性和封裝性

由于面向對象應用了數據抽象技術，從而阻止一個程序對一個對象的訪問，所以這就是說，可以改變數據的內部結構而不改變數據的程序。這就是依靠了面向對象的機械CAD技術的封裝性來實現的。它需要保證數據域代碼的高度一致，將對象的數據結構和對該數據的操作捆綁起來，形成一體，并將對象實施起來的具體細節隱藏起來，操作人員看到的僅僅是該對象的一些特性。對于訪問對象，有且只有靠公共界面中的操作函數來實現，這樣就可以在不關心內部結構的情況下來使用數據程序。

2.2 機械CAD建模分析

在機械產品二維或是三維建模過程中，應用了面向對象的技術。對于某個具體問題，用對象作為概念，對對象進行一定的分析和歸類，從而建立用來面向對象系統的關系圖。與面向過程CAD所不同的是，對系統的靜態和動態屬性的描述是通過對數據結構和行為的抽象來實現的，在這個過程中得到了對象所構成的層次結構和對其的語言描述，進而完成機械CAD的相關設計。最后，利用一種程序設計語言（比如C、C++）將上述設計步驟轉換成機器語言，并編寫正確的程序，這才最終完成機械CAD系統。

3 機械CAD技術的發展趨勢

3.1 智能化

現有的CAD技術在機械設計中只能處理數值型的工作，包括計算、分析與繪圖。然而在設計活動中存在另一類符號推理型工作，包括方案構思與擬定、最佳方案選擇、結構設計、評價及參數選擇等。這些工作依賴于一定的知識模型，采用符號推理方法才能獲得很好的解決。因此，將人工智能技術、知識工程技術與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。以下幾個問題應給以密切注意。

（1）發展新的設計理論與方法。例如，并行設計、標準化設計、模塊化設計、協同設計等，都是當前研究的熱點。只有在新的理論與方法指導下才可能建立新一代的智能CAD系統，才能解決目前還不能有效解決的方案設計、創新設計等問題。

（2）繼續深入研究知識工程在機械設計領域中應用的一些基本理論與技術。例如，設計知識的表示與建模、知識利用中的各種搜索與推理方法等。

3.2 集成化

眾所周知，由許多種軟件所組成的復雜系統中，集成有多種含義。而這里所說的集成是指信息集成。為了提高設計的質量和效率，就要提高系統的集成水平，可在如下方面進行改進。

（1）數組化產品建模。CAD技術要提供產品的設計、分析、制造、使用、維護報廢等的幾乎全部數據信息，因而提高的數據應該符合某種標準或規范；在建模過程中，就要對使用和生成的數據進行規范化、參數化和數組化處理，提高設計質量。

（2）產品數據交換。數據進行交換時必須有規范準則，隨著數據量的擴充，需要提供和不斷完善已有的交換規范標準，而且新的交換思想和規范要不斷補充進來。

（3）產品全生命周期數據管理。應該有效管理與產品相關的所有數據、繼續改進和提高PLM軟件性能，以及與產品相關的所有過程。

（4）對于各種CAx及DFx軟件，要不斷改進和繼續開發，并使它們有機地集成起來。

3.3 標準化

隨著CAD技術的發展，標準化問題越來越凸顯出其重要性。迄今為止，我國已制定了不少于CAD技術相關的標準，就標準種類而言，可大致分為5類：（1）計算機圖形標準。（2）CAD技術制圖標準。（3）產品數據技術標準。（4）CAD文件管理和光盤存檔標準。（5）CAD一致性測試標準等。

此外，在航空、航天等一些大的行業中，針對某種CAD軟件的應用也已經制定了行業的CAD應用規范。隨著技術進步，新標準還會出現，這些標準對CAD系統的開發和CAD技術的應用具有指導性作用，是必須遵守的法則。更重要的是有些標準還指明了CAD技術進一步發展的方向。

3.4 網絡化

互聯網及其Web技術的發展，迅速將設計工作推向網絡協同的模式。因此，一方面，CAD技術要能夠保證因特網完善的協同設計環境。該環境具有電子會議、共享電子白板、圖形和文字的瀏覽與批注、異構CAD和PDM軟件的數據集成等功能，使用戶能夠進行協同設計。另一方面，CAD技術提供網上多種CAD應用服務，例如，設計任務規劃、設計沖突檢測與消解、網上虛擬裝配等工具。

4 結束語

如今，機械CAD技術應用在機械工程技術的方方面面。機械CAD技術使設計者能夠立足在三維立體模型，更直觀的接受設計參數和設計結果，并借助統一的數據結構，能夠更好地表現其設計思想。從長遠角度看，機械CAD技術必將向著集成化、智能化、標準化、網絡化方向發展。而且隨著硬件的進一步發展和軟件的不斷完善，機械CAD技術在未來的機械工程領域中必將占據日益重要的位置，并推動機械制造業的發展。

參考文獻

[1]王宇翔.機械CAD技術的發展及應用[J].黑龍江科技信息，2008.

[2]童秉樞，吳志軍，等.機械CAD技術基礎（第三版）[M].北京：清華大學出版社，2008.

作者簡介：高夢秋，男，江蘇宿遷人，鄭州大學機械工程學院2010級本科生，機械工程及自動化專業。