机械CAD技术的发展

赵欣

（沈阳星光建材学校，辽宁 沈阳 110026）

机械CAD技术的发展

赵欣

（沈阳星光建材学校，辽宁 沈阳 110026）

计算机辅助设计（CAD）技术的发展，从根本上改变了机械设计自动化的研究方向，大大提高了机械设计的质量和效率，缩短了产品更新换代的周期，在机械设计领域正在引起深刻的变革。

机械设计；CAD技术；计算机技术

1 机械CAD技术的发展简史

在过去的40多年中，CAD技术经历了4个主要发展阶段。20世纪50年代的初始准备阶段，美国麻省理工学院（MIT）于1950年在“旋风”计算机上采用阴极射线管（CRT）做成图形终端，并能显示图形。20世纪50年代后半期出现了光笔，由此开始了交互式计算机图形学的研究。620世纪0年代前期的研制试验阶段，是交互式计算机图形学发展的最重要时期。该时期较著名的交互式系统有：1962年美国学者Ivan. Sutherland研究“skrtchpad”系统；1964年美国通用汽车共识的“DAC-1”系统；1965年洛克希德公司推出的“CADAM”系统；贝尔电话公司的“GRAPHIC-1”系统等，但当时刷新式显示器价格十分昂贵，CAD系统因此难以普及。

20世纪60年代末至20世纪70年代的商品化阶段，交互图形技术日益成熟并得到广泛应用，此期CAD的发展着重于绘图技术，几何模型化及工程分析研究工作，仍以分离的单个软件应用为主。此时它们大多是16位机上的三维线框系统及二维绘图系统，只能解决一些简单的产品设计问题。20世纪80年代的迅速发展阶段，工业界开始认识到CAD/CAM新技术，大量推出了新原理、新方法、新软件，并把单一功能软件集成，使之不但能绘制工程图形，而且能进行自由曲面设计、有限元分析、三维造型、机构及机器人分析与仿真等多种应用。与此同时，计算机硬件及输入、输出设备也有较大发展，32位的工作站可以和小型机、甚至中型机媲美，价格低廉的彩色光栅图形显示器占据传统地位，计算机网络获得广泛应用，所有这些都大大促进了CAD/CAM的更大发展。

改革开放30年来在国家统一规划下，以汽车、拖拉机、减速器、内燃机、电动机、变压器、汽轮机、轴承、发电设备、组合机床、数控等20多种机械产品为开发对象，开发上述产品的CAD应用系统及CAD方面，也推进了许多软件，其中包括机械零部件的设计、传动系统的设计、有限元设计、优化设计方法、数控加工、系统开发工具、结构形状优化、运动学动力学分析、三维实体造型、数据库等模块。

进入20世纪90年底，我国的CAD技术出现了快速发展势头。笔者所编制的平键联结的CAD程序，使用户在1~2min内可完成原来需要数十小时的设计工作。它根据输入的轴径在数组K和数组a中查找与轴相配合的键高和键宽及键槽深数值，并给出尺寸公差和键长值，还可自动显示轴径或键长出界信息。目前国内大型设计院中，90%以上的计算工作量，50%的方案设计，25%的绘图工作是用CAD完成的。

但总的来说，我国的CAD技术的实际应用领域还是很有限，尚未形成市场规模，与工业发达国家相比，还有很大差距。CAD技术在广大企业中应用还仅仅处于起步阶段。

2 机械CAD技术的发展趋势

（1）集成化。为适应机械设计与制造自动化的要求，特别是近年来出现的计算机集成制造系统CIMS的要求，进一步提高集成水平是CAD/CAM的重要发展方向之一。当然，提高集成水平还要做以下方面工作：①在几何造型方面，必须实现从传统的实体造型到参数化特征的造型转变，以便包括几何信息在内的产品信息模型(包括几何、工艺、加工、管理等信息)，创造CAD、CAPP，数控编程集成的必要条件。②CAD/CAM系统必须有自己统一的数据库及其管理系统，数据库的结构要以产品信息模型为基础，使CAD/CAM系统内各模型都可以从统一的数据库进行信息存取。③解决好不同CAD系统间产品模型数据转换问题，应逐步内部应包括种类更多、功能更为完善的设计及应用软件。例如CAPP软件、面向对象的各种应用软件、文字处理软件等，使整个系统功能更为完善。

（2）智能化。①零部件设计。先后有三角带、传动轴、减速器、变速箱等智能CAD系统的开发。②方案设计和最优化选择。③专家系统开发工具等。但目前在这方面还有以下两个问题需要解决：一个是并行设计、方案设计、创新设计的智能化。发展新的设计理论和方法，特别是并行工程的设计理论以及概念设计理论，它们均是当前CAD系统。另一个是继续深入研究机械设计型专家系统的一些基本理论及技术问题。如知识表达、知识获取、推进机智、工具系统的研制等。

（3）标准化。随着CAD技术的发展，工业标准化问题越来越显示它的重要性。迄今已制定了不少标准，例如图形设备标准GKS、PHIGS，面向不同CAD系统的数据交换标准IGES、STEP，此外还有窗口标准等。随着技术的进步，新标准还会出现，而由此构成的STEP技术，将深刻地影响着产品的建模、数据管理、外部接口等。

3 我国“九五”期间CAD发展的任务

随着我国科学技术的进步，国家对CAD技术的应用十分重视，以国家科委牵头，国务院信息办等10部委联合组成了CAD应用工程协调指导小组，并在1992年开始实施“CAD应用工程计划”。国家科委在“我国CAD应用工程发展纲要”中又提出：“九五”期间，我国将在国民经济主要部门的科研、设计单位和企业大面积普及CAD技术，摆脱手工计算，甩掉绘图板，实现工程设计和产品设计现代化，提高设计工作效率和质量，扩大我国的CAD市场，并建立起我国的CAD产业。提出机械、电子、工程建设、航空、航天、船舶等主要行业的大中型骨干企业和科研设计单位普及应用CAD技术，同时在全国各类企业事业单位中大规模推广应用CAD技术，到2010年主要行业应用CAD技术的普及率和覆盖率均应达70%以上。在国内CAD市场上，国产硬件与具有我国自主版权的支撑软件和应用软件所组成的CAD系统，其市场占有率应达30%左右，并力争打入国际市场。实现国产CAD系统商品化，形成年产规模达2万套CAD软件系统的能力，年销售额10亿元，年增长率为15~20%，CAD应用水平达到国外发达国家20世纪80年代末90年代初的水平。在北京、上海、深圳、西安等地建立一批CAD软件开发基地和相应的咨询服务机构，并推出部分具有我国自主版权的有一定市场规模的CAD支撑软件和一批商业化的CAD应用软件、建立全国CAD应用工程培训网络，利用多渠道在职培训大批CAD人才。

跟踪国际标准，积极参加国际标准化工作，尽快把国际有关标准转化成国家标准。加强CAD人才培养工。除全国工科院校学生要全面接受CAD技术基础教育外，还要充分发挥各级CAD培训网点的作用，每年培训在职职工5~6万人，加强对企业决策者的培训工作。机械CAD技术在我国已有了良好的开端，随着市场竞争机制的引入，机械工业对产品质量要求越来越高，更新换代周期越来越短，对CAD的需求也将越来越迫切。

Development of Mechanical CAD Technology

ZHAO Xin
（Shenyang Starlight Construction School，Shenyang，Liaoning 110026，China）

The development of computer aided design（CAD）technology has fundamentally changed the direction of study of mechanical design automation，greatly improved the machine design quality and efficiency shortened the cycle of product upgrades，which is leading profound changes in the field of mechanical design.

mechanical design；CAD technology；computer technology

TP391.72

A

2095-980X（2017）04-0038-02

2017-03-23

赵欣（1980-），女，辽宁人，大学本科，主要研究方向：机械。