基于計算機技術的機械設計分析

蔡曉娜

（廣東科技學院 機電工程系，廣東 東莞 523083）

1 計算機技術在機械設計中的地位

在機械設計過程中，由于傳統的方法受到了設備及技術水平的制約，因此只能通過各種靜止化的假設以及粗略的計算來完成整個設計過程。然而，在這樣的一種設計過程中，也必然會存在部分設計人員盲目根據之前經驗而出現設計隨意性，導致設計會出現一些不合理的地方，同時在設計的準確化及高效化等方面存在一定的缺陷。近年來計算機技術的飛速發展給機械設計帶來了巨大的沖擊，實現了機械設計由傳統的粗放簡單的形式向現代的基于計算機數據的動態精確設計方式的成功轉變。

（1）計算機技術在機械設計中的作用。隨著各種計算機先進技術不斷突破，對機械設計產生了巨大影響。機械設計由最初的手動操作進行設計逐漸轉變成了現在運用計算機軟件CAD技術進行設計，不但提高了設計的效率，而且能夠帶來許多創新和靈感。另外，以前的手工設計是二維的形式，現在的計算機設計能夠呈現出三維狀態，對產品的形狀和尺寸可以更加直觀、一目了然，對于加工的數據和材料能夠系統分析。計算機的多種新設計方法都離不開計算機的應用，同時計算機技術的發展也使許多復雜的設計變得簡單。

（2）現代機械設計的主要要求。在現代機械設計領域，對設計技術的要求務必要具備一定的數據分析、快速運算以及信息檢索的能力。因此，就需要計算機及人工智能技術的應用，同時迫切需要將計算機信息技術等先進技術應用到現代機械設計過程中。現代機械設計主要要求有以下幾個方面：①經濟化。技術的經濟化也是用戶需求和市場競爭的必然選擇。②精確性。基于現代機械設計過程中綜合性和復雜性的要求也就需要設計方法具備精確性特點，同時這也是現代設計技術及分析技術在應用過程中不斷發展的結果。③并行化與動態化。在機械設計過程中要同時考慮到后期的相關工作，以實現有效降低庫存消耗及減少廢品的目的，保證其經濟化要求。同時，在機械設計的過程中，要堅持從動態的角度出發，去分析問題、考慮問題。另外，組織的協調合作也要具有動態化特點。④智能化。現階段，在機械設備的設計制造過程中，要求設計方法要同時能夠進行分解、分析及綜合，這個過程也是一種包含了創造性的智能活動。⑤集成化。集成化要求就是將現代各種高新生產設計技術應用到設計過程中來，從而促使一種機電一體化或人機一體化的形成。

2 CAD技術在機械設計中的應用分析

CAD技術作為一種具有顯著綜合性作用的新技術，其應用也隨著計算機等相關技術的快速發展也迅速普及開來。現階段，CAD技術已成功的與計算機輔助工藝設計以及數控自動編程等技術相連接，而且在現代的機械設計領域，CAD技術也得到了廣泛的應用。

（1）三維造型。在機械設備零部件的設計過程中，機械零件的實體造型可通過三維圖像得以具體體現，同時在對設計部件進行了著色或消隱后，能夠更加真實地反應零件的真實形狀，這對于設計人員能夠更加準確的掌握零件結構尺寸具有重要的幫助作用。

（2）二維繪畫。在傳統的設計方法中，一般都會應用手工繪畫的形式來描述設計物件的具體特征，而現代CAD技術能夠更加直觀地將二維繪畫展現出來。

（3）參數化設計。在現代機械設計實踐中，很大部分的機械零部件自身結構都會存在一定的相似性，因此在設計過程中為達到一種更加精確地水平就需要嚴格控制調整設計中的需對尺寸。當計算機技術引進后，通過參數化設計方法的應用，有效建立起一種圖形程度庫，能夠及時根據新的結構尺寸調整出新的圖形，從而極大地方便了整個圖形的繪制過程。

（4）圖形和符號庫。對于一些結構比較復雜的圖形，CAD技術能夠有效地對其進行分解，進而實現將一個復雜圖形簡單化，而且能夠在應用過程中通過在數據庫中進行查找、編輯及調出的圖像后，在另外的圖形中也能夠得到很好地利用。

（5）設計文檔、報表的生成。在設計過程中，能夠利用計算機的特定軟件將設計屬性制定成報表或文檔，同時對于設計過程中的一些參數還能夠用圖像的形式進行表現。

3 機械設計CAD技術的優點

（1）有利于提高產品的質量和性。CAD技術的應用能夠加強機械設計的質量，通過對CAD技術的優化和有限元受力分析等方式，幫助產品的信息化性能得到保證。另外，CAD技術能夠使設計更加直觀，為設計產品提供更多的相關信息，豐富產品的形象設計，并準確無誤地了解到產品的物理特性和幾何數據，更好地激發設計師的靈感和創新，并能夠將設計師的想法充分的展現出來。

（2）有助于產品的設計表現。CAD技術的應用能夠充分將設計的意圖表現出來，通過直觀的三維立體形象幫助設計直觀的被接受，另外CAD技術的應用能夠提高設計師的專心度，有利于設計師在設計過程中提高設計水平，深入擴展設計，更好地展現設計作品。

（3）在裝配環境中實現對零件的及時設計和修改。在機械裝備環境中實現對零件的設計和修改是CAD技術的一大亮點優勢。在裝備環境中進行的新零件設計，可以通過CAD技術的應用來完成，同時還能夠有效借助相鄰的零件設計出所需要的新零件，比如在機械裝配過程中，能夠根據箱體的體積、外部結構等數據設計出一套與之相匹配的箱蓋；除此之外在裝配環境中，還設置了資源查找器，當零件的設計環節完成時，能夠通過資源查找器來詳細了解零件的詳細制造過程，能夠具體到每一個環節及相應的操作方法。

（4）縮短設計時間，減少工作量。傳統的手工設計是一項巨大工程，需要花費大量的時間和精力，而運用CAD技術設計時，能夠繼承絕大部分的零件信息，針對個別的零件結構信息，通過更改后也可以形成記憶，避免了重復性的操作，這樣一來就大大的節省了工作時間，極大的提高了設計的效率。同時，CAD技術能夠通過組合方式將簡單幾何體組合成復雜的幾何體，進行高度變形設計，與傳統手工設計相比大大減少了工作量。

（5）在裝配環境中能夠對裝配零件進行查看及修改。在機械裝配環境中，各個零件之間的裝配關系在所設置的資源查找器的路徑查找器中都有詳細的記錄。如果在裝配過程中出現了不正確的匹配狀況那么就能夠通過路徑查找器進行查看及時找出存在的錯誤；同時為了便于觀看零件內部結構，還能將該零件進行更好的隱藏。在部件裝備工作完成后，能夠進行詳細的動畫演示，來了解整個機械裝配過程。如果對于部門裝配而工作具有形成要求的，為檢查其是否達到了形成要求還能夠根據行程檢查器來完成判斷。如果在機械靜止狀態的環境中，原本不會發生互相干涉的相關部件出現了相碰撞的問題，要及時進行檢查并更正，從而有效避免在設備設計完成后才發現相關問題，導致設備報廢現象的發生，從而有效降低了機械模具實驗的相關成本。