机械CAD的应用现状及发展趋势

侯永亮　王力杰　李淑利　吕建军　赵洁

摘 要：随着科学技术的不断更新与快速发展，在机械设计领域广泛地应用各类新的计算技术、新工艺以及设计方法等，使得机械设计过程得以丰富和完善。此外，随着计算机技术的发展，CAD技术在工程设计与机械制造等领域得到了广泛的应用，并对制造技术的快速发展起到了一定的促进作用。机械CAD技术的应用，不但使得传统的设计方法得到了改善，也提高了设计的效率和质量，对于促进经济效益的提升具有积极的推动作用。

关键词：机械CAD，应用现状，发展趋势

引言

经济的快速发展使得行业竞争越来越激烈，在机械制造产品中的科技含量也越来越高，把CAD技术应用到机械设计中，可以有效提高产品设计的效率，促进机械产品综合竞争力的提升，同时有利于促进CAD设计的标准化建设，进而提升机械制造企业的设计水平。CAD技术作为现在应用最为广泛的的三维立体设计软件，通过与计算机技术的有效结合，加之其本身具有系统的设计结构，广泛应用在在现代工业设计领域中。

1.机械CAD的主要功能与特点

设计人员在CAD系统的辅助下，通过人—机对话操作方式能进行生产设计构思和论证，完成生产中技术设计、总体设计、零部件设计及有关零部件的刚度、强度、液压、电热、气动等技术的分析计算。因此，一个完整的CAD软件应包括参数化设计，计算机制图，有限元分析，参数优化，流体力学、结构力学以及动力学分析，报表、图书及技术文档资料的编写，图形文档管理等。总而言之，完整的机械CAD系统应具有如下个功能。

1.1设计分析与计算功能

完成生产的设计方案后，为确保其性能和质量，还需要作进一步的动态模拟、性能分析、系统验证、辨认与优化，常见的分析计算工作包括灵敏度分析、强度与刚度计算、有限元分析、机构运动仿真及参数优化等。

1.2编辑绘图功能

这通常是机械CAD系统所提供的一套命令集，以绘制和修改各种二维和三维机械图。例如：装配轴测图或剖面图、机械零件三视图、汽车飞机船舶外观曲面图以及液压管路布置图等。为了提高工作效率，减少重复性劳动，还应包括各种开放式的参数化与标准件图库设计功能。

1.3处理功能

机械CAD系统不仅可以产生成套技术图纸，还可以提供全部有关的技术文档。如总体与零部件明细表、材料清单、使用说明书等，并可以完成CAM（计算机辅助制造）系统的信息传输与数据转换等功能。

2.机械CAD的应用现状

2.1机械CAD技术在建模中的应用

面向对象的机械CAD技术在机械产品的建模（如二维建模以及三维建模）过程中应用广泛。在建模过程中，将对象视作一个概念，针对某一具体问题，分析与归类该对象，从而促进面向对象系统的关系图的建立。相较于面向过程的CAD技术而言，面向对象的CAD技术在机械产品建模应用实践中，主要通过对行为以及数据结构进行抽象实现对系统的动态属性以及静态属性的描述，从而在这一应用过程中，实现对象语言及其层级结构的描述，最终完成机械CAD设计。在运用C语言等程序设计语言，实现各设计步骤的机器语言化，并进行相关程序的编写，促进机械CAD系统最终得以完成设计。

2.2运用机械CAD技术封装性，改变数据内部结构

因为面向对象应用了数据抽象技术，从而阻止一个程序对一个对象的访问，因此这就是说，能够改变数据的内部结构而不改变数据的程序。这就是依靠了面向对象的机械CAD技术的封装性来实现的。它需要保证数据域代码的高度一致，将对象的数据结构和对该数据的操作捆绑起来，形成一体，并将对象实施起来的具体细节隐藏起来，操作人员看到的只是该对象的一些特性。对于访问对象，有且只有靠公共界面中的操作函数来实现，这样就能够在不关心内部结构的情况下来使用数据程序。

此外，我国现在CAD技术在机械设计中的应用现状中另一个值得注意的问题就是三位CAD技术的兴起。危机平台上的三维造型软件中越来越多的应用CAD技术。三维造型能够克服二维作图低层次的缺陷，虽然现在二维的CAD软件仍占据较大的市场份额，但是三维的CAD软件的发展速度令人关注。

3.机械CAD技术的发展趋势

现在CAD的关键技术已经得以解决，CAD技术已相当成熟，实际上计算机技术在机械制造领域包含CAD和CAM两个主要方面，随着生产周期不断缩短及对成本等各方面的考虑，设计与制造愈来愈密不可分，它们作为联系设计与制造两个方面已经逐步实现集成化、信息化、网络化、通用化。

虚拟现实技术已经在CAD技术中有着初步的尝试，虚拟现实使得设计师可以在一个虚拟的现实中进行机械设计，能够方便检测设计对象的方便程度、舒适度等。虚拟技术一旦实现，便使得机械设计的产品在投入生产之前便发现其可能存在的问题，便于对问题进行解决，极大地节约了成本，所以虚拟工厂、虚拟制造、动态企业联盟将成为CAD技术在电子商务时代继续发展的一个重要方向。这种改进能够使得用虚拟过程模拟对于产品进行加工、测试等过程，并从而对产品的外形，性能等进行一些了的评价、评估。

CAD技术不断深化的必然结果是智能CAD技术。智能CAD技术表现在知识的运用上，使得CAD系统能够及时准确的智能的反映出设计师所需要的信息，并能正确理解设计师的意图，实现自动排查，过滤错误等信息。

结束语

综上所述，机械CAD技术在机械工程中应用广泛，它可以使设计人员在三维立体模型的基础上，全面体现设计思想，运用相应的数据结构进行优化设计，对于提升设计质量与效果具有重要作用。总之，CAD在机械设计领域中的应用，可以促进机械产品设计水平的全面提升，并且发展前景非常广阔，在促进我国机械设计持续发展方面发挥着重要的作用。

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