計算機輔助技術在機械設計制造中的應用研究

張娟 河南機電職業學院

機械設計制造是促使我國制造業發展的重要內容，計算機輔助技術的運用，改變以往的工作方式，促使機械設計制造自動化、信息化發展，為制造行業的建設與發展提供現代信息技術的支持。如何將計算機輔助技術運用在機械設計制造中呢？本文就此進行分析。

一、計算機輔助技術

計算機輔助技術（computer aided technique），是利用計算機及其圖形設備，輔助設計人員進行設計工作的技術手段。在機械設計工作中，部分操作任務較難，人工操作的方式無法保證設計效果。這時可以引進計算機輔助技術，將此項復雜的操作簡單化，幫助設計人員進行實踐操作，提升機械設計工作效果，優化設計過程，減輕設計工作的難度。計算機輔助技術，包含較多的內容，如計算機輔助設計（computer-aided design，CAD）、計算機輔助制造（computer aided manufacturing，CAM）、計算機輔助教學（computer assisted instruction，CAI）等各個領域。通過各個領域的聯合運用，可以更好的展示出計算機輔助技術的應用價值，為各個行業的建設與發展提供先進技術手段的支持。隨著我國科學技術的發展，計算機輔助技術的應用范圍越來越廣，不僅在大型制造業中運用，同時還在機械、電子、輕紡、服裝等產品的制造業、建筑土建工程中運用。

機械工程中設計工作十分重要，是保證生產工作順利實施的前提，也是產品質量的保障。計算機輔助技術的運用，可以將比較復雜的內容簡單化，通過對數據的模擬，建立三維幾何模型，為設計人員提供便利的同時，提升設計工作有效性，為后續工作的實施打下堅實的基礎[1]。在機械設計制造工作中，重視計算機輔助技術，利用CAD、CAM等技術進行相關的工作，發揮計算機的優勢，做好數據的分析與處理，為高質量產品的制造、生產、運用提供基礎保障。

二、計算機輔助技術在機械設計制造中的應用現狀

與西方發達國家相比，我國機械設計制造的發展水平相對較低，仍需要不斷的創新與發展，存在科技劣勢。部分發達國家已經將納米、數控、激光整合等技術運用在傳統機械設計制造中，提升機械設計制造的效果與質量。我國部分機械設計制造企業雖然已經實現機械自動化控制的目標，但是關于計算機輔助技術的應用上仍存在一些問題，并沒有將此與機械設計完全融合在一起，影響了我國機械設計制造行業進一步發展。具體如下。

（一）三維造型與繪圖技術應用存在問題

在計算機輔助技術中，三維造型與繪圖技術發揮著重要的作用，是推動機械設計制造發展的關鍵因素。通過對實際情況的分析，發現三維造型與繪圖技術并沒有與實際聯系在一起，無法為設計工作開展提供基礎保障。計算機輔助技術在運用的過程中，因為三維造型所具備的信息支持分析不足，所有無法保證三維造型應用的效果，繪制出精確的圖像信息，影響后續的設計與生產。在三維模型創建的過程中，設計人員需要關注模型的應用效率，在不同基礎性技術設計階段，需要利用繪制技術進行相關的操作，以此保證設計工作的有效性。但是由于設計人員對機械設計的需求不明確，所以無法展示出繪制技術的應用價值，為機械設計制造工作開展提供技術手段的支持。在機械設計制造中，三維模型與繪圖技術發揮著重要的作用，是保證各項工作實施開展的關鍵，若是這兩項技術應用不到位，將會影響生產、制造工作的開展。

（二）與機械零件及設備的對接上存在問題

通過對我國機械設計制造分析，發現設計人員將工作的重點放在機械設計總體方案的優化處置上，忽略計算機輔助技術與機械零件與設備的對接，影響計算機輔助技術的應用效果，無法保證設計工作的精準性[2]。利用計算機輔助技術優化機械設計方案時，設計人員比較關注方案的處理與優化，沒有認識到人機對話技術、模具等研究工作對機械設計制造的積極作用。雖然運用計算機輔助技術開展相關的工作，但是無法展示出計算機輔助技術的應用價值，對機械設計工作的實施與開展產生了一些不良的影響。

三、機械設計制造中計算機輔助技術應用對策

（一）設計圖中運用

機械設計制造中設計圖有著非常重要的地位，是提升機械設計制造工作有效性的關鍵。通過設計圖的繪制，可以了解機械制造的方向，同時能夠為后續高品質的生產工作提供基礎保障。以往機械設計制造工作中，會采用人工的方式繪制設計圖。通過設計人員前期的調研與了解，根據機械設備功能與使用環境，繪制符合實際的設計圖。人工繪制的方式，雖然可以保證設計圖繪制的質量，但是也存在一些問題。在設計工作中，會因為種種因素的影響，致使設計更改或者與實際不符的問題出現，無法保證設計圖繪制工作的效果。計算機輔助技術的運用，彌補以往人工繪制中存在的不足，同時可以幫助設計人員積極參與此項工作中，為設計圖繪制工作開展提供技術支持。

以計算機輔助技術中的支撐軟件為例，該軟件是CAD軟件系統的重要組成部分，具有數據交換性能、軟件繼承性能與二次開發性能。在實際工作中，可以利用支撐軟件中的交互式繪圖軟件進行設計圖的繪制工作。這類軟件主要以交互方法完成二維工程圖樣的生成和繪制，具有圖形的編輯、變換、存儲、顯示控制、尺寸標注等功能；具有尺寸驅動參數化繪圖功能；有較完備的機械標準件參數化圖庫等。通過交互式繪圖軟件的運用，可以減輕設計人員的工作壓力，同時能夠提升設計圖紙的繪制效率，對機械設計制造設計圖繪制工作的實施具有很大的幫助。

（二）零部件與裝配圖建模中應用

在機械設計制造工作中，計算機輔助技術的運用，為零部件與裝配圖建模工作的實施提供便利。實際工作中，可以將機械設計制造相關的數據整合在一起，利用三維建模手段，對零部件與裝配圖進行模擬，以此檢驗設計圖紙的可操作性與可實施性[3]。首先，利用計算機輔助技術對零部件進行建模處理。通過計算機輔助技術中基礎性體系與布爾運算結束后，快速建立零部件的立體模型。對于結構比較復雜的軟件，可以利用交互繪圖軟件，將零部件的二維工程樣圖呈現出來，基于此進行三維立體圖形的設計，以此保證零部件模型設計的準確性。其次，利用三維編輯功能裝配零部件模型，形成機械裝配圖。在零部件與裝配圖建模中，主要使用三維幾何建模軟件，通過這類軟件的運用，可以解決主要解決零部件的結構設計問題，能夠為設計人員提供專業的技術，可以將零部件的模型與結構清晰的呈現出來。該軟件具有消隱、著色、濃淡處理、實體參數計算、質量特性計算、參數化特征造型及裝配和干涉檢驗等功能。在零部件設計工作中，可以利用此類軟件進行操作與實踐，以此保證零部件設計工作的有效性，為后續設計工作與制造工作開展提供支持。

（三）逆向工程的運用

逆向工程是一種消化、吸收、應用先進科學技術的機械設計方法。在機械設計制造中，逆向工程的運用，提升產品的設計效果與質量，保證設計工作水平。通過對逆向工程應用情況的分析，發現該工程在運用的過程中出現了成本消耗大的情況，若想利用此提升機械設計工作效果，需要相關工作人員投入較多的時間與精力，通過多方面的努力，才能保證設計工作的效果。在機械設計逆向工程中，計算機輔助技術的運用，可以解決以往工作中存在的問題，同時能夠提升對先進國家技術的吸收效果，可以為機械設計制造發展提供更多的動力。以往逆向工程設計工作中，比較注重新產品的制造，會在只有實物模型的基礎上，了解產品的設計，并對產品零部件進行逆向重構。具體來講，逆向工程就是對產品的拆解與重構，從而實現新產品的構建[4]。計算機輔助設計的應用，可以利用坐標測量設計，通用軟件等技術手段，對實體物質進行轉變，將此變成CAD模型。在此基礎上，利用計算機輔助技術的優勢，對機械產品進行全方位的分析，了解產品的實際情況，并在原有的基礎上進行二次設計與開發。與傳統工作模式相比，計算機輔助技術與逆向工程的結合，不僅提升實物分析工作效果，同時使整個設計工作變得簡單，強化工作人員對產品特點、相關零部件的認識，推動后續的設計與開發工作開展。

（四）工程分析與結構優化調試中運用

在機械設計制造中，工程分析與結構優化調試工作十分重要，是了解機械產品功能與質量的有效手段。通過這一種工作的實施，可以提升設計工作的效果與質量，為制造產品的生產與運用提供保障。在工程分析與結構優化調試中，可以利用CAD中的工程計算與分析軟件，對工程進行分析。這一軟件的功能非常強大，包括基本物理量計算、基本力學參數計算、產品裝配、公差分析、有限元分析、優化算法、機構運動學分析、動力學分析及仿真與模擬等，有限元分析是核心工具。通過這一軟件的運用，可以提升工程分析效果，能夠為后續的結構調試工作開展提供便利。

實際工作中，利用CAE技術，對機械設計產品的動態特征、碰撞問題等進行全方位的分析，利用此保證設計產品功能的穩定，為后續運用打下堅實的基礎。CAE技術是計算機輔助工程分析，準確地講，就是指工程設計中的分析計算、分析仿真和結構優化[5]。CAE技術和CAD技術的結合越來越緊密，在產品設計中，設計人員如能將CAD與CAE技術良好融合，就可以實現互動設計，從而保證企業從生產設計環節上達到最優效益。分析是設計的基礎，設計與分析集成是必然趨勢。在實際工作中，靈活運用CAD與CAE，借此提升機械設計工作的質量，為設計人員提供工程創新和產品創新能力的技術支持，使設計人員在該技術手段的支持下，可以快速了解新的設計產品的實際運行情況，及時發現問題，解決問題，避免對產品的研發造成不利影響。

四、結語

總而言之，在機械設計制造中，計算機輔助技術的運用，提升了設計工作效果，解決了以往人工設計工作效率低、投入大的問題。實際工作中，發揮計算機輔助技術的優勢，將此運用在設計圖繪制、零部件與裝配圖建模、逆向工程與工程分析與結構優化調試中，利用此提升機械設計工作的有效性，為我國機械設計發展提供更多的動力與支持。利用計算機輔助機制，創新我國機械設計制造領域的工作模式，促使機械制造自動化、智能化發展，提升我國制造業的綜合競爭力。