淺析CAD技術在機械工程設計中的發展與應用

楊 壯，孫華坤

（1.華勘局第四地質大隊，河北 秦皇島 066000；2.秦皇島出入境檢驗檢疫局煤炭檢測技術中心，河北 秦皇島 066000）

科學信息技術的使用推動了機械設計的進步，計算機和設計技術均在機械工程中起到重要作用，CAD技術是一項新型技術，被廣泛使用在機械工程設計中。應用CAD技術一方面能夠彌補傳統機械工程設計的不足，一方面能夠為工程帶來巨大的經濟利潤[1]。

1 CAD技術的概述和特征

1.1 闡述CAD技術

CAD技術是計算機輔助設計的縮寫，它在機械工程設計中，自身優勢主要表現在準確的計算力和繪制處理力。機械設計歷史悠久，但發展慢，傳統的機械設計主要以近似計算和靜態分析為內容，使用人工經驗設計，設計時間長，結果卻不如預期效果，無法在競爭市場中占據一席之地[2]。CAD技術是當代新型設計方法，幫助設計人員打破束縛，創造新的設計平臺，解放人們的思維，減少設計人員的工作量。工作人員的創造理念通過CAD技術實現，計算機過程可通過計算機實現。CAD技術功能的健全能夠延伸機械工程設計范圍。

1.2 現代設計技術特征

第一，智能化特征。機械工程設計內容有分析、分解、綜合等流程，需要使用創造性思維進行智能活動；第二，經濟性特征[3]。客戶與市場需要滿足機械產品所增加的經濟性要求；第三，并行性特征。在設計的后續工作中，應考慮實現DFM，方可減小消耗庫存，從而達到經濟性特征；第四，集成化特征。應樹立機械一體化、電力一體化特征，在設計中綜合評價分析數據并使用科技成果；第五，準確性性特征。它是機械產品復雜化的發展趨勢，現在技術使用能夠更加突出準確性特征；第六，動態性特征。設計組織和對象需要具有動態性。

1.3 機械設計特征

在設計技術內容中，包含了計算機技術、電子學分析技術，這需要將傳統的經驗轉變為專業性設計。在現代設計只用中，需要收集有關信息，準確計算選擇合適方案，為實現此方案，需要機械工程在設計中有效融合CAD技術、智能技術等[4]。

現代設計技術一方面有著傳統設計理念，一方面有著新的研發科技成果。隨著市場競爭現象嚴重，用戶要求不斷提高，機械工程設計要提升產品質量，降低生產費用，縮減產品研發時間，方可符合現代機械設計需求。在此過程，改造各類技術對機械設計有著重要意義。

2 在機械工程設計中使用CAD技術

CAD技術是現代機械工程設計的主要方式，它主要表現在計算機輔助繪圖、建模和優化結構等內容。

2.1 計算機輔助建模

計算機輔助建模是CAD技術的內容之一，同時它也是當代機械工程設計的主要內容，通過三維CAD軟件建模版塊，工作人員可創建需要的設計產品模型和相關尺寸，但在計算機中僅能顯示比例，三維建模是工程設計人員通過開發產品和設計的有效保證，使用三維CAD技術，通過特征和參數，工作人員可在計算機虛擬環境下直觀設計產品模型，特別是產品的裝備，讓三維造型的優勢更加顯著。傳統的設計使其工作人員僅能發揮自己的想象力創建模型，此種設計會出現差錯，但此種差錯卻無法提前預知，甚至到產品的裝備時期，人們才會發現原始設計中出現的錯誤，影響產品質量和效率，此種問題會在CAD中解決。

三維建模功能可以有效解決此種困難。工作人員需要將產品模型裝備在一起，從而直接發現建模功能或結構的錯誤之處，并進行改正，一方面提高了設計效率方面，確保了可行性。

2.2 計算機輔助繪圖

在機械工程設計中，計算機輔助繪圖是CAD技術最初的應用，也是基礎功能。傳統的手工繪圖圖紙受質量影響，繪圖工作量大，準確性無法得到保證，通過CAD軟件的圖庫和繪圖指令，能夠繪畫出高質量圖紙，同時打印出的圖紙清晰易保存。

計算機輔助繪圖能夠讓工作人員減少繪圖時間，減小工作人員的勞動強度，并且使用CAD軟件的圖形庫和繪圖指令，能夠提升工程圖繪制率。

2.3 結構優化和分析產品的力學性

分析與結構優化是CAD設計的主要內容，但動力學分析是現在設計的發展趨勢，推動CAD技術在結構優化功能上進行延伸，當下許多軟件已為其提供有限分析軟件的接觸口，用戶能夠使用三維CAD技術創新產品模型，從而導入進有限元分析軟件中，對產品模型進行工程分析，將分析結果作為前提，優化產品結構，此種設計優化方法在復雜的結構產品中，展現出一定優勢。

在CAD發展中，人工智能起到決定性作用，可以指導CAD邁向智能化方向。人工智能和CAD相結合，是為了提升創造CAD系統的能力，使用推理技術可以推動CAD技術的快速發展。

人工智能主要是通過方案和設計兩種模式存在，不斷優化人工智能方案，從而產生可以處理設計條件的方案系統，實行模糊設計和判斷措施。

2.4 信息集成系統

是指決策支持、管理信息、計算機集成體系三者間的共數據和數據完整性、一致性的維護。隨著不斷擴大機械工程設計周期，縮減引入先進設計規模，更加需要系統間的信息共享，但因信息共享若是實現，需要一定元素，故應有效管理數據庫。

在目前的機械工程設計中，使用多媒體數據庫，還存在一些問題，此些問題是機械工程發展中應需要解決的。多媒體信息包含數據量多，工程數據庫使用信息管理模式處理，可以降低網絡負擔，故應合理解決智能問題，從而讓多媒體信息傳輸和播放保持一致。

3 結語

綜上所述，CAD技術的的使用改變機械工程設計的不足，為其注入新的元素，在機械工程設計中有著重要意義。CAD技術隨著計算機技術的發展也在不斷優化，在設計中能夠展現出更多新型的創意，提高設計質量。