機(jī)械CAD的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

侯永亮　王力杰　李淑利　呂建軍　趙潔

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新與快速發(fā)展，在機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用各類新的計算技術(shù)、新工藝以及設(shè)計方法等，使得機(jī)械設(shè)計過程得以豐富和完善。此外，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)在工程設(shè)計與機(jī)械制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并對制造技術(shù)的快速發(fā)展起到了一定的促進(jìn)作用。機(jī)械CAD技術(shù)的應(yīng)用，不但使得傳統(tǒng)的設(shè)計方法得到了改善，也提高了設(shè)計的效率和質(zhì)量，對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提升具有積極的推動作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械CAD，應(yīng)用現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢

引言

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得行業(yè)競爭越來越激烈，在機(jī)械制造產(chǎn)品中的科技含量也越來越高，把CAD技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計中，可以有效提高產(chǎn)品設(shè)計的效率，促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品綜合競爭力的提升，同時有利于促進(jìn)CAD設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，進(jìn)而提升機(jī)械制造企業(yè)的設(shè)計水平。CAD技術(shù)作為現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的的三維立體設(shè)計軟件，通過與計算機(jī)技術(shù)的有效結(jié)合，加之其本身具有系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用在在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域中。

1.機(jī)械CAD的主要功能與特點(diǎn)

設(shè)計人員在CAD系統(tǒng)的輔助下，通過人—機(jī)對話操作方式能進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計構(gòu)思和論證，完成生產(chǎn)中技術(shù)設(shè)計、總體設(shè)計、零部件設(shè)計及有關(guān)零部件的剛度、強(qiáng)度、液壓、電熱、氣動等技術(shù)的分析計算。因此，一個完整的CAD軟件應(yīng)包括參數(shù)化設(shè)計，計算機(jī)制圖，有限元分析，參數(shù)優(yōu)化，流體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)以及動力學(xué)分析，報表、圖書及技術(shù)文檔資料的編寫，圖形文檔管理等。總而言之，完整的機(jī)械CAD系統(tǒng)應(yīng)具有如下個功能。

1.1設(shè)計分析與計算功能

完成生產(chǎn)的設(shè)計方案后，為確保其性能和質(zhì)量，還需要作進(jìn)一步的動態(tài)模擬、性能分析、系統(tǒng)驗證、辨認(rèn)與優(yōu)化，常見的分析計算工作包括靈敏度分析、強(qiáng)度與剛度計算、有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真及參數(shù)優(yōu)化等。

1.2編輯繪圖功能

這通常是機(jī)械CAD系統(tǒng)所提供的一套命令集，以繪制和修改各種二維和三維機(jī)械圖。例如：裝配軸測圖或剖面圖、機(jī)械零件三視圖、汽車飛機(jī)船舶外觀曲面圖以及液壓管路布置圖等。為了提高工作效率，減少重復(fù)性勞動，還應(yīng)包括各種開放式的參數(shù)化與標(biāo)準(zhǔn)件圖庫設(shè)計功能。

1.3處理功能

機(jī)械CAD系統(tǒng)不僅可以產(chǎn)生成套技術(shù)圖紙，還可以提供全部有關(guān)的技術(shù)文檔。如總體與零部件明細(xì)表、材料清單、使用說明書等，并可以完成CAM（計算機(jī)輔助制造）系統(tǒng)的信息傳輸與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能。

2.機(jī)械CAD的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1機(jī)械CAD技術(shù)在建模中的應(yīng)用

面向?qū)ο蟮臋C(jī)械CAD技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品的建模（如二維建模以及三維建模）過程中應(yīng)用廣泛。在建模過程中，將對象視作一個概念，針對某一具體問題，分析與歸類該對象，從而促進(jìn)面向?qū)ο笙到y(tǒng)的關(guān)系圖的建立。相較于面向過程的CAD技術(shù)而言，面向?qū)ο蟮腃AD技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品建模應(yīng)用實(shí)踐中，主要通過對行為以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽象實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的動態(tài)屬性以及靜態(tài)屬性的描述，從而在這一應(yīng)用過程中，實(shí)現(xiàn)對象語言及其層級結(jié)構(gòu)的描述，最終完成機(jī)械CAD設(shè)計。在運(yùn)用C語言等程序設(shè)計語言，實(shí)現(xiàn)各設(shè)計步驟的機(jī)器語言化，并進(jìn)行相關(guān)程序的編寫，促進(jìn)機(jī)械CAD系統(tǒng)最終得以完成設(shè)計。

2.2運(yùn)用機(jī)械CAD技術(shù)封裝性，改變數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

因為面向?qū)ο髴?yīng)用了數(shù)據(jù)抽象技術(shù)，從而阻止一個程序?qū)σ粋€對象的訪問，因此這就是說，能夠改變數(shù)據(jù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而不改變數(shù)據(jù)的程序。這就是依靠了面向?qū)ο蟮臋C(jī)械CAD技術(shù)的封裝性來實(shí)現(xiàn)的。它需要保證數(shù)據(jù)域代碼的高度一致，將對象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和對該數(shù)據(jù)的操作捆綁起來，形成一體，并將對象實(shí)施起來的具體細(xì)節(jié)隱藏起來，操作人員看到的只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(shù)來實(shí)現(xiàn)，這樣就能夠在不關(guān)心內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下來使用數(shù)據(jù)程序。

此外，我國現(xiàn)在CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用現(xiàn)狀中另一個值得注意的問題就是三位CAD技術(shù)的興起。危機(jī)平臺上的三維造型軟件中越來越多的應(yīng)用CAD技術(shù)。三維造型能夠克服二維作圖低層次的缺陷，雖然現(xiàn)在二維的CAD軟件仍占據(jù)較大的市場份額，但是三維的CAD軟件的發(fā)展速度令人關(guān)注。

3.機(jī)械CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)在CAD的關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)得以解決，CAD技術(shù)已相當(dāng)成熟，實(shí)際上計算機(jī)技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域包含CAD和CAM兩個主要方面，隨著生產(chǎn)周期不斷縮短及對成本等各方面的考慮，設(shè)計與制造愈來愈密不可分，它們作為聯(lián)系設(shè)計與制造兩個方面已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)集成化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、通用化。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)在CAD技術(shù)中有著初步的嘗試，虛擬現(xiàn)實(shí)使得設(shè)計師可以在一個虛擬的現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行機(jī)械設(shè)計，能夠方便檢測設(shè)計對象的方便程度、舒適度等。虛擬技術(shù)一旦實(shí)現(xiàn)，便使得機(jī)械設(shè)計的產(chǎn)品在投入生產(chǎn)之前便發(fā)現(xiàn)其可能存在的問題，便于對問題進(jìn)行解決，極大地節(jié)約了成本，所以虛擬工廠、虛擬制造、動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟將成為CAD技術(shù)在電子商務(wù)時代繼續(xù)發(fā)展的一個重要方向。這種改進(jìn)能夠使得用虛擬過程模擬對于產(chǎn)品進(jìn)行加工、測試等過程，并從而對產(chǎn)品的外形，性能等進(jìn)行一些了的評價、評估。

CAD技術(shù)不斷深化的必然結(jié)果是智能CAD技術(shù)。智能CAD技術(shù)表現(xiàn)在知識的運(yùn)用上，使得CAD系統(tǒng)能夠及時準(zhǔn)確的智能的反映出設(shè)計師所需要的信息，并能正確理解設(shè)計師的意圖，實(shí)現(xiàn)自動排查，過濾錯誤等信息。

結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械CAD技術(shù)在機(jī)械工程中應(yīng)用廣泛，它可以使設(shè)計人員在三維立體模型的基礎(chǔ)上，全面體現(xiàn)設(shè)計思想，運(yùn)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，對于提升設(shè)計質(zhì)量與效果具有重要作用。總之，CAD在機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用，可以促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計水平的全面提升，并且發(fā)展前景非常廣闊，在促進(jìn)我國機(jī)械設(shè)計持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]華春燕.機(jī)械CAD技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢探析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013，10：221.

[2]袁媛.機(jī)械CAD的應(yīng)用歷史、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].湖南農(nóng)機(jī)，2014，01：87-88.

[3]高夢秋，李程輝，韓婷婷，楊樂樂.淺析機(jī)械CAD技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，28：73.

[4]翁寶玲.論機(jī)械CAD的應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].世界家苑，2014，（2）