三維CAD 技術(shù)在設(shè)備管理中的應(yīng)用淺析

劉 穎

（中國民用航空華東空管局山東分局，山東 濟(jì)南 250107）

1 CAD 進(jìn)階概述

1.1 CAD技術(shù)概述

隨著計算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用的迅速發(fā)展，特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計算機(jī)的出現(xiàn)，使計算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）、計算機(jī)輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）、計算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）與計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃或設(shè)計（computer aided process planning，CAPP）等新技術(shù)得以迅猛發(fā)展。CAD、CAM已經(jīng)在電子、造船、航空、航天、機(jī)械、建筑、汽車等各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為最具有生產(chǎn)潛力的工具，也取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

CAD 計算機(jī)輔助設(shè)計是利用計算機(jī)的快速數(shù)值計算和強(qiáng)大的圖文處理能力，輔助工程技術(shù)人員進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、工程繪圖和數(shù)據(jù)管理的一門計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，是計算機(jī)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用中的一門重要技術(shù)，應(yīng)用廣泛，影響深遠(yuǎn)。

1.2 CAD 技術(shù)應(yīng)用

CAD 技術(shù)涵蓋范圍廣泛。其設(shè)計對象最初包括兩大類：一類是機(jī)械、電子、汽車、航天、農(nóng)業(yè)、輕工和紡織產(chǎn)品等；另一類是工程設(shè)計產(chǎn)品等，如工程建筑。隨著CAD 技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，如今已延伸到藝術(shù)領(lǐng)域，如電影、動畫、廣告、娛樂和多媒體仿真等，均成為CAD 的應(yīng)用范疇。

CAE（計算機(jī)輔助工程）和CAM（計算機(jī)輔助制造）是與CAD 技術(shù)密切相關(guān)的兩個概念。CAE（Computer Aided Engineering）就是使用計算機(jī)輔助分析軟件，對原CAD 模型進(jìn)行仿真成品分析，通過反饋的數(shù)據(jù)，對原設(shè)計或模型進(jìn)行反復(fù)修正，以達(dá)到最佳效果。CAM（Computer Aided Manufacturing）就是把計算機(jī)應(yīng)用到生產(chǎn)制造過程中，以代替人進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備與操作的控制，如計算機(jī)數(shù)控機(jī)床、加工中心等都是計算機(jī)輔助制造的例子。CAM不僅能提高產(chǎn)品加工精度、產(chǎn)品質(zhì)量，還能逐步實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，對降低人力成本、縮短生產(chǎn)周期具有積極作用。

把CAD、CAE、CAM 等技術(shù)結(jié)合起來，使得一件產(chǎn)品在由概念、設(shè)計、生產(chǎn)到成品形成的整個過程中，極大地節(jié)省了時間和投資成本，而且保證了產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)今世界各大航空、航天及汽車等制造業(yè)巨頭不但廣泛采用CAD/CAE/CAM 技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，而且投入大量的人力、物力及資金進(jìn)行CAD/CAE/CAM軟件的開發(fā)，以保持自己技術(shù)上的領(lǐng)先地位和國際市場上的優(yōu)勢。

綜上所述，CAD 技術(shù)是集計算、設(shè)計繪圖、工程信息管理、網(wǎng)絡(luò)通訊等計算機(jī)及其他領(lǐng)域知識于一體的高新技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分。其顯著特點是：提高設(shè)計的自動化程度和質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本費用，促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化，提高勞動生產(chǎn)效率，提高技術(shù)創(chuàng)新能力。CAD 技術(shù)對工業(yè)生產(chǎn)、工程設(shè)計、機(jī)器制造、科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和快速發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。現(xiàn)在，它已成為工廠、企業(yè)和科研部門提高技術(shù)創(chuàng)新能力，加快產(chǎn)品開發(fā)速度，促進(jìn)自身快速發(fā)展的一項必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。

2 三維CAD 及其應(yīng)用

2.1 三維CAD 概述

CAD 技術(shù)在機(jī)械行業(yè)應(yīng)用最早，也最為廣泛。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計要求設(shè)計人員必須具有較強(qiáng)的三維空間想象能力和表達(dá)能力，當(dāng)設(shè)計人員設(shè)計新產(chǎn)品時，首先必須構(gòu)想出產(chǎn)品的三維形狀，然后按照投影規(guī)律，用二維工程圖將產(chǎn)品的三維形狀表示出來。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，計算機(jī)繪圖開始取代圖板繪圖，即最初的計算機(jī)輔助繪圖CAD（Computer Aided Drafting），所繪制出來的圖形為二維圖形。

后來，計算機(jī)技術(shù)進(jìn)展迅速，帶動了CAD 技術(shù)逐漸由二維繪圖向三維設(shè)計過渡。三維CAD 系統(tǒng)采用三維模型進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，CAD 的含義由Computer Aided Drafting 變?yōu)镃omputer Aided Design，即計算機(jī)輔助設(shè)計。這樣，采用CAD 技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，不但可以使設(shè)計人員甩掉圖板，更新傳統(tǒng)的設(shè)計思想，實現(xiàn)設(shè)計自動化，降低產(chǎn)品的成本，提高企業(yè)及其產(chǎn)品在市場上的競爭能力；還可以使企業(yè)由原來的串行式作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿凶鳂I(yè)，建立一種全新的設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)管理體制，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高勞動生產(chǎn)率。

2.2 三維CAD 技術(shù)應(yīng)用

（1）可更加方便直觀地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。三維CAD技術(shù)為設(shè)計開啟了新的視角和工作方式，使設(shè)計工作直觀可視，有利于解決設(shè)計中尺寸相關(guān)性及干涉等相關(guān)問題，提高了設(shè)計效率，縮短了設(shè)計周期。

（2）可方便直觀地進(jìn)行產(chǎn)品裝配、維修。在產(chǎn)品裝配過程中，可直觀地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品干涉或其他裝配問題，并有針對性地進(jìn)行檢查、修改，然后進(jìn)行重新裝配，大大提高了設(shè)計的正確率，并且在產(chǎn)品修改、維護(hù)中，因為可以清晰地看到各零件的位置及裝配信息，從而大大提高后續(xù)維保的效率。

（3）三維CAD 技術(shù)可以在產(chǎn)品裝配階段或者裝配完成后進(jìn)行運動仿真，可清晰地顯示出產(chǎn)品的運動過程，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析、檢驗十分有利。運動仿真功能還可方便地進(jìn)行產(chǎn)品的后續(xù)維修保養(yǎng)，大大提高了產(chǎn)品的維護(hù)效率和保養(yǎng)進(jìn)程。

（4）可方便地對設(shè)計不合理的部件進(jìn)行升級改造。根據(jù)零件設(shè)計信息，可方便地對運行中出現(xiàn)問題的零部件進(jìn)行分析判斷并進(jìn)行修改設(shè)計。在產(chǎn)品維護(hù)保養(yǎng)中，也可據(jù)此對缺失的零部件進(jìn)行重新改制，有利于延續(xù)產(chǎn)品壽命，助力產(chǎn)品的升級改造。

3 結(jié)語

三維CAD 技術(shù)大大提高了設(shè)計效率和設(shè)計進(jìn)程。隨著應(yīng)用的不斷擴(kuò)大和需求的越來越高，引入MBD 基于模型的工程定義，使數(shù)字化設(shè)計、制造一體化成為可能。產(chǎn)品信息獲取的便利性、模型的再利用能力進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的升級改造進(jìn)程。近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及WebGL 技術(shù)的普及，云端CAD 發(fā)展迅速，在線三維建模成為可能。

未來，隨著人工智能、多媒體、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，CAD 技術(shù)必然朝著集成化、智能化、協(xié)同化的方向發(fā)展。