淺談CAD在機械設計中應用及其發展

韓博 許帆

摘要：機械制造業是我國的基礎產業之一，目前機械制造業在設計方面多采用CAD技術，并且隨著這技術的不斷成熟，在機械設計中的應用日趨廣泛。本文主要對CAD技術在機械制造領域中的應用情況進行闡述，指出機械制造產業中CAD技術所發揮的重要作用，并且對這項技術的優勢與缺陷進行分析，最后則對CAD技術未來的發展前景進行展望。

關鍵詞：CAD技術;機械設計;發展

CAD技術是依托于計算機所形成一個項目設計軟件，主要能夠完成機械零件的繪圖，是計算機輔助設計必不可少的技術之一。計算機技術正在不斷成熟，在傳統二維技術的基礎上真在逐步向三維技術拓展，在圖形設計領域創造出一些列標準，并積極向外拓展。CAD技術的發展時間并不長，屬于新興的技術，對CAD技術進行更為深入的研究，不僅有利于圖形軟件產業的發展，在器械制造領域也能夠將其作用更大的發揮出來。

1.CAD系統工作流程及在機械設計中的主要應用

CAD技術是基于計算機軟件所形成一種圖形解決方案，在計算機軟件和硬件高速發展的情況下，CAD技術已經成為部分領域中進行科研、設計、制造所不可或缺的圖形處理工具。將CAD技術應用到機械設計領域中，具體涉及以下幾個方面的內容：

1.1二維圖形繪制

CAD技術能夠輕松解決各種圖形繪制問題，是機械制造領域最為常見的繪圖工具，替代傳統手工繪圖，極大的提升繪圖的工作效率。

1.2圖形與符號庫

依托于CAD技術，能夠對復雜的圖形進行分解，將這些圖形轉變成為比較簡單圖形存入到軟件庫中，以便隨時調用。還可以將其應用到另一個圖形中，使設計與繪圖的工作效率大幅提升。

1.3參數化設計

CAD技術中涵蓋各個領域，對各個領域中所執行的標準進行了劃定，確定其相關的參數，并且能夠根據設計需求來構建圖形程序庫，在執行相應的參數標準后，可以自動生成相應的基礎圖形。

1.4三維造型

機械部件設計的過程中，采用三維造型能夠使機械零件更為逼真，并且能夠確保零件的精度，同時還能夠進行著色，并模擬裝配與運動的過程，還能夠分析出零件在運動環節的穩定性。

1.5工程分析

通常在工程分析中應用CAD技術的有限元分析、運動學分析、動力學分析、優化設計等。能夠對整個工程中部分流程進行比較細化的分析，如字注塑模設計時，存在冷卻分析、塑流分析、變形分析等。

1.6報表與文檔的生成

在機械零部件設計中，應用CAD技術能夠對所涉及加工的零件進行說明文檔的編撰，同時導出相關的數據，同時也有可能會需要其他軟件的支持，比如數據庫軟件、文檔制作軟件等。

2.CAD在機械設計中的優缺點

CAD技術在機械繪圖中優勢具體表現在：首先，設計流程符合人的思維過程;其次，大幅降低機械設計的時間與周期;第三，更易于對零部件進行設計以及修正;第四，在裝配環境中，對零部件能夠進行全方位的檢查，使零部件能夠以立體化的形式呈現出來;第五，使機械產品的科技含量有所提升。

CAD技術在具有優勢的同時也存在一定的缺陷。一方面，CAD技術只是將手工繪圖用軟件來進行替代，設計者的設計思想有時會受到軟件的制約。從設計層面來講，CAD技術僅僅是一種輔助設計。另一方面，專業技術人員相對匱乏。三維CAD技術所涵蓋的內容比較豐富，人們在學習和掌握的過程中無法面面俱到。

3.CAD技術的發展趨勢

3.1集成化

CAD技術在制造業中進行應用與工程管理之間的關系非常密切，集成化是未來發展的必然趨勢，其中包括基于特征三維造型CAD/CAE/CAPP/CAM的集成在CAD技術中是較為前沿的。特別是其與快速原型制造的集成，能夠形成一個閉環，在內部實現對產品的開發，并且能夠將其應用在工程（CE）環境中。此外，在集成化方面有更為高級的集成方法，其中包括計算機集成制造系統（CIMS），CAD技術則是其中最為核心的技術。

3.2智能化

專家系統（ES）、人工智能（AI）以及基于知識的系統，這些系統的發展使CAD技術得到了更為廣泛的應用。CAD技術的智能化系統中存在大量的知識和經驗，在知識庫中對相關數據進行挖掘，以邏輯推理的方式來滿足人們在設計中的各種需求。在知識庫中有人們長期在各領域中應用CAD技術的數據和經驗，相較于各領域的專家而言，一套完善的CAD專家系統甚至能達到并超過這些專家的能力水平。

3.3網絡化與協同化

互聯網的發展使信息交互更加頻繁，CAD技術的網絡化應用也是未來的發展趨勢，通過網絡實現CAD技術的協同工作，進而能夠實現遠程設計，進而將不同地域的設計能夠融合在前一起，極大的提高了工作的效率。同時，由多臺計算機工程的聯網CAD工作站發展也比較迅速，運用網絡來將多個工作站相連，在同時進行設計的情況下還能夠實現機械設計的整合，這種分布式CAD工作站也是未來發展的一個重要方向。CAD技術的網絡化使系統結構更為靈活多變，在功能方面也更為強大，并且成本更低。在每個工作站中，都可以獨立應用CAD技術，相互之間能夠實現快速的資源和信息共享，僅為更為有效的完成協同工作，同時負責人還能夠對相關設計的情況進行跟蹤與審查。CAD技術網絡化與協同化，勢必會提高設計人員的工作效率，這也使企業效益能夠得到提升。

3.4綠色化

環境問題是一個比較熱點的國際性問題，這也使綠色化擁有其存在的價值。綠色設計技術是運用各種技術手段來降低廢品率，并且在產品設計研發與生產銷售中不會對環境施加壓力，盡量將污染降到最低。此外，綠色化還包括資源的優化配置，使資源的利用率最大化。

參考文獻：

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[2]胡麗萍.CAD在機械設計中的應用研究[J].煤炭技術.2012（11）.

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