智能CAD技術在機械制造中的應用

郭繼泉

（山東省淄博市工業學校，山東 淄博 255400）

0 引言

我國工業經濟的飛速發展給機械制造企業帶來了重要發展機遇，但與此同時也給機械制造企業設計水平和設計質量的快速提升帶來了巨大挑戰。傳統模式下的機械制圖方法很難滿足當今社會數字化、自動化以及智能化機械制造企業的生產建設需求，因此，機械設計人員應不斷加大智能CAD技術在機械零件設計以及機械制造中的應用，為機械制圖效率的快速提升奠定堅實的技術基礎。與此同時，由于機械制圖和機械設計中手工繪圖方法所具備的不容忽視的巨大優勢，機械制圖與智能CAD技術的融合也將是未來機械制造與設計中的重要方向。在此背景下，本文探究智能CAD技術在機械制造中的應用也就具備重要理論意義和現實價值。

1 智能CAD與機械制圖的關系

智能CAD和機械制圖的關系主要體現在機械制圖為智能CAD技術提供基礎理論支撐，智能CAD技術則作為機械制圖中的重要系統運行軟件處理機械制圖和工業產品生產制造過程中的現實問題，保證機械制圖符合機械制造基本目標。設計人員在利用智能CAD技術進行機械制圖時，往往需掌握一定程度的手工繪圖知識，其手工繪圖技術水平將直接影響智能CAD技術認知水平和實踐操作能力。另一方面，智能CAD技術能夠大幅度提升機械制圖工作效率，改變傳統模式下手工制圖方式工作量較大、工作時間較長、繪圖強度較高以及人為繪圖存在的較大誤差等諸多問題。通過機械制圖的基礎理論支撐，利用智能CAD軟件或系統進行機械繪圖，能夠大幅度提高工作效率而降低工作量和工作強度，更可借助智能CAD技術強大的編輯儲存功能提高機械制圖的準確性，避免圖形參數信息丟失而影響機械制圖效果。

2 智能CAD技術及其優勢

2.1 智能CAD技術

智能CAD技術是通過模擬某一領域專家設計過程，利用單一領域的符號圖形等推理技術，解決某一領域特定問題的重要技術，也是近年來迅速發展的全新技術之一。智能CAD系統主要包括基礎層、支撐層和應用層三大層次，通過三方面功能的相互配合實現分析功能、運算功能、圖形處理功能和數據交換與管理功能等，為某一領域特定問題的解決提供參考。

2.2 智能CAD技術的優勢

2.2.1 縮短機械設計周期

智能CAD技術在機械設計與制造中的應用，不僅能夠很好地改善機械設計過程中復雜的三維立體造型問題，更能夠通過簡單模型的組合和集合實體運算功能，構建更加靈活、更加便捷的復雜性三維模型，實體自動生成工業生產制造中的相關線和截交線，不斷降低工業產品設計工作的整體工作量，縮短工業設計與制造中產品的生產周期，提高機械設計效率和生產效率。另一方面，智能CAD技術軟件應用在設計開發和機械制造方面，能夠通過零散部件的重新設計和升級優化，在聯系以往工業設計多部件設計參數的基礎上，大幅度提升產品設計效率。此外，智能CAD技術還能通過類同變形設計能力，快速進行模型構建，生成全新機械制造產品，便于縮短機械設計周期。

2.2.2 便捷性的零件設計和修正

CAD技術的應用，能夠更快捷地對機械產品零件設計信息和參數信息進行修改。智能CAD技術，能夠在工業產品已裝配條件下重新設計新的機械零部件，利用新零部件替代原有裝配零部件方式，替換原有零部件的位置信息和形狀信息，實現新部件與整個工業產品三維模型的數據匹配，以此實現全新三維工業產品零件的設計和更新迭代，使新構建的產品零部件適用范圍得到大幅度拓寬，也使舊零部件與新零部件間的契合度得到較高提升。通過該方式設計的工業產品零部件，能規避機械產品全新獨立性設計可能面臨的巨大誤差，避免新部件設計后與原部件不相匹配的裝配問題。

例如，在工業設計裝配環境下，零部件設計可通過實地數據考察，更高效地獲取該工業產品周邊零部件具體信息，基于該信息設計全新零部件，更好地契合周邊零部件參數要求，完成全新零部件的裝配設計與裝配過程。此外，智能CAD技術還可通過零部件參數修正發揮輔助作用，使零部件通過資源查找后得到原有零部件的設計步驟和設計程序，設計師通過設計命令快速了解工業產品零部件設計過程和設計內容，通過修改某一設計步驟或設計程序參數得到全新零部件，大幅度提升工業產品零件設計和修正的便捷性。

2.3 加強機械產品的技術含量及質量水平

智能CAD技術在機械設計中的應用，更體現于不斷加強機械產品的技術含量和質量水平方面。現今社會數字化和信息化的高效融合，能通過智能CAD技術和CIMS組織生產模式得到工業制造產品設計質量的快速提升，智能CAD技術采取有限元受力分析、結構優化等先進設計理念，進一步提高工業設計產品的整體質量。此外，采用智能CAD技術，企業還可利用其完善的數控加工系統，結合CAD、CAM、CAPP等技術方法進行機械零部件的加工，快速得到全新零部件，保證工業產品的設計質量與生產質量。最后，智能CAD技術能夠通過提高工業產品形狀大小等幾何參數信息描述的準確性和便捷度，賦予設計或改良工業零部件對象更詳細的參數信息，實現待設計或待改良對象幾何形狀甚至參數等的準確描述，全面凸顯設計師設計意圖。

2.4 可促進機械人員有效發揮自身能力

智能CAD技術的應用，能夠快速促進機械設計人員自身能動性的充分發揮。在機械產品設計和制造過程中，設計師可針對機械產品設計進行思考，結合機械設計模式、設計參數、產品結構、產品性能甚至產品適用范圍等諸多內容的基礎上，按照全新工業產品設計目標、設計主題形成較完整的工業產品設計模式，在腦海中體現設計產品的整體框架和結構后，根據該結構構思探討設計意圖是否能在工業產品設計與制造過程中得到充分實現。因此，產品設計師往往需深入分析已有設計構思和設計模型，確認設計模型的可行性和現實可操作性，因此，諸多機械設計師往往在最初始設計階段將更多精力投放于工業產品的設計可行性和實踐操作性中，忽視了初始設計方案的優化。利用智能CAD技術，能夠有效轉變工業設計師的設計觀念和傳統設計關注點，將設計師目光吸引到設計構思和設計優化方面，避免設計師在設計模型表達和設計模型實現方面付出過多精力，使設計師設計理念得到充分保障，為設計產品的可擴展性設計提供支撐。

3 智能CAD技術在機械制造中的應用

3.1 在機械繪圖中的運用

智能CAD技術在機械制造中的應用可體現在機械設計繪圖中，機械設計繪圖是機械設計與制造的關鍵內容，繪圖的準確性及參數標注的準確性直接決定著機械設計產品質量和設計水平，是整個機械設計與制造產業的重中之重。傳統機械設計在機械繪圖時，往往需機械設計工程師大量的手繪和精巧構思，實際工作量大且效率低，很容易導致人為誤差出現而影響機械設計產業產品設計的整體進度。智能CAD技術在機械設計繪圖中的應用，能通過智能CAD軟件中的任意編輯、修改和檢查功能，使設計師通過該軟件提升機械產品設計圖精確性。同時，機械設計師還可利用該軟件對產品對象尺寸、厚度甚至其他參數進行及時調整與修改，不斷優化產品設計圖，也可利用CAD軟件進行文字編輯和備注等工作，輔助機械設計繪圖過程，不斷提升其繪圖質量和繪圖效率。

3.2 對符號及圖形的使用

智能CAD技術在機械制造中的應用，也體現在機械產品符號使用和圖形使用方面。眾所周知，在機械產品設計和制造過程中，往往以某些特定符號或特定圖形代表工業產品設計中的某零部件或某零部件的部分特性，起到簡化設計圖和設計內容的作用。利用智能CAD技術輔助機械產品設計，能通過標準化的符號或圖形運用，利用表格編制圖形、符號與對應機械零部件或對應零部件參數間的聯系建立數據庫，便于工業產品設計圖使用者快速了解設計師設計意圖，充分掌握該工業產品圖形和符號特征，避免不同設計人員在同一工業產品設計過程中由于符號或圖形闡述不準確而造成的誤差。

3.3 在機械設計建模中的運用

智能CAD技術在機械產品設計與制造中的應用，更進一步體現于機械設計和建模中。三維建模是機械產品數字化制造和智能化生產的關鍵一步，更是機械設計工程師設計質量體現的重要內容，對機械產品設計優化和升級改良有著重大意義。利用智能CAD技術，可借助軟件的三維建模功能，不斷提高機械產品設計效率和制造效率。同時，三維建模技術中實體模型、線框模型、剖面圖、平面圖甚至立面圖等的應用，能通過轉化傳統的單純二維模型為三維模型方式，快速得到工業產品設計全方位參數信息，為設計優化和產品改良提供支撐。此外，智能CAD技術軟件中包含圓柱體、圓錐體、立方體、曲面體等諸多標準建模體系，設計師在進行產品設計與制造時，可將該類模型體系進行分解和組裝，完成部分工業產品的三維建模任務，大幅度簡化傳統建模程序以提升工業設計和制造水平。

例如，在汽車設計與制造過程中，為避免汽車覆蓋模具質量誤差而造成的汽車實體模型誤差，導致汽車覆蓋模具返工而浪費大量時間、人力、物力成本，設計師可采用智能CAD技術對汽車覆蓋模具設計制造進行三維建模，通過對比設計圖和實際三維模型，不斷完善汽車設計制造過程中覆蓋模具信息參數，避免模具返工而造成的成本浪費，提高汽車生產制造效率。

4 結論

總而言之，在工業生產與機械制造中，利用智能CAD技術，不僅對提升工業生產和制造效率有著重要意義，更能夠大幅度簡化整個工業機械生產制造過程，實現工業社會發展中機械制造技術和制造水平的提升，為機械數字化、智能化和自動化，甚至機械零件制造標準化、精細化等打下扎實的基礎，使我國機械制造產業市場競爭力得到大幅度提升。