计算机辅助设计cad方向论文

浅论应用ＣＡＤ技术的现代机械设计 摘要：在机械设计中引入CAD技术,可以解决机械企业中重复性设计多、信息资源利用率低的难题,缩短产品开发周期,具有巨大的经济效益和应用前景。 关键词：机械设计；CAD技术 1 CAD技术的发展 CAD(Computer Aided Design)是计算机辅助设计的英文缩写，是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析，达到理想的目的，并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计（CAD）技术诞生以来，已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域，产品的设计效率飞速地提高。现已将计算机辅助制造技术（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和产品数据管理技术（Product Data Management，PDM）及计算机集成制造系统（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一体。 产品设计是决定产品命运的研究，也是最重要的环节，产品的设计工作决定着产品75%的成本。目前，CAD系统已由最初的仅具数值计算和图形处理功能的CAD系统发展成为结合人工智能技术的智能CAD系统（ICAD）(Intelligent CAD)。21世纪，ICAD技术将具备新的特征和发展方向，以提高新时代制造业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力。 以智能CAD（ICAD）为代表的现代设计技术、智能活动是由设计专家系统完成。这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。该系统把人工智能技术和优化、有限元、计算机绘图等技术结合起来，尽可能多地使计算机参与方案决策、性能分析等常规设计过程，借助计算机的支持，设计效率有了大大地提高。 2 三维CAD技术在机械设计中的优点 通过实际应用三维CAD系统软件,笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势,具体表现在以下几点: 零件设计更加方便 使用三维CAD系统,可以装配环境中设计新零件,也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件,既方便又快捷,避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来,使人一目了然。 装配零件更加直观 在装配过程中,资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系,若装配不正确即予以显示,另外,零件还可以隐藏,在隐藏了外部零件的时候,可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示,对于有一定运动行程要求的,可检验行程是否达到要求,及时对设计进行更改,避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。 缩短了机械设计周期 采用三维CAD技术,机械设计时间缩短了近1/3,大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时,只需对其中部分零部件进行重新设计和制造,而大部分零部件的设计都将继承以往的信息,使机械设计的效率提高了3~5倍。同时,三维CAD系统具有高度变型设计能力,能够通过快速重构,得到一种全新的机械产品。 提高机械产品的技术含量和质量 由于机械产品与信息技术相融合,同时采用CAD CIMS组织生产,机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法,如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等,保证了产品的设计质量。同时,大型企业数控加工手段完善,再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工,一致性很好,保证了产品的质量。 3 CAD技术在机械设计中的应用 零件与装配图的实体生成 零件的实体建模。CAD的三维建模方法有三种,即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建模功能的CAD软件中,都有一些基本体系。如在AutoCAD的三维实体造型模块中,系统提供了六种基本体系,即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件,可通过对其进行结构分析,将其分解成若干基本体,对基本体进行三维实体造型,之后再对其进行交、并、差等布尔运算,便可得出零件的三维实体模型。 对于有些复杂的零件,往往难以分解成若干个基本体,使组合或分解后产生的基本体过多,导致成型困难。所以,仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此,可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓,然后在三维实体造型中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”,进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。 实体装配图的生成。在零件实体构造完成后,利用机器运动分析过程中的资料,在运动的某一位置,按各零件所在的坐标进行“装配”,这一过程可用CAD软件的三维编辑功能实现。 模具CAD/CAM的集成制造 随着科学技术的不断发展,制造行业的生产技术不断提高,从普通机床到数控机床和加工中心,从人工设计和制图到CAD/CAM/CAE,制造业正向数字化和计算机化方向发展。同时,模具CAD/CAM技术、模具激光快速成型技术(RPM)等,几乎覆盖了整个现代制造技术。 一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的。如三维绘图、图形编辑、曲面造型、仿真模拟、数控加工、有限元分析、动态显示等。这些模块应以工程数据库为基础,进行统一管理,而实体造型是工程数据的主要来源之一。 机械CAE软件的应用 机械CAE系统的主要功能是:工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学/运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后,才能由CAE解决设计的合理性、强度、刚度、寿命、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。 4 CAD前沿技术与发展趋势 图形交互技术 CAD软件是产品创新的工具,务求易学好用,得心应手。一个友好的、智能化的工作环境可以开拓设计师的思路，解放大脑，让他把精力集中到创造性的工作中。因此,智能化图标菜单、“拖放式”造型、动态导航器等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，笔输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。 智能CAD技术 CAD/CAM系统应用逐步深入,逐渐提出智能化需求.设计是一个含有高度智能的人类创造性活动。智能CAD/CAM是发展的必然方向。智能设计在运用知识化、信息化的基础上，建立基于知识的设计仓库,及时准确地向设计师提供产品开发所需的知识和帮助,智能地支持设计人员，同时捕获和理解设计人员意图、自动检测失误，回答问题、提出建议方案等。并具有推理功能,使设计新手也能做出好的设计来,现代设计的核心是创新设计,人们正试图把创新技法和人工智能技术相结合应用到CAD技术中,用智能设计、智能制造系统去创造性指导解决新产品、新工程和新系统的设计制造,这样才能使我们的产品、工程和系统有创造性。 虚拟现实技术 虚拟现实技术在CAD中已开始应用,设计人员在虚拟世界中创造新产品,可以从人机工程学角度检查设计效果,可直接操作模拟对象,检验操作是否舒适、方便,及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题,及早看到新产品的外形,从多方面评价所设计的产品.虚拟产品建模就是指建立产品虚拟原理或虚拟样机的过程.虚拟制造用虚拟原型取代物理原型进行加工、测试、仿真和分析,以评价其性能,可制造性、可装配性、可维护性和成本、外观等,基于虚拟样机的试验仿真分析,可以在真实产品制造之前发现并解决问题,从而降低产品成本.虚拟制造、虚拟工厂、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.另外,随着协同技术、网络技术、概念设计面向产品的整个生命周期设计理论和技术的成熟和发展,利用基于网络的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技术,实现真正的全数字化设计和制造,已成为机械设计制造业的发展趋势。 参考文献 [1]黄森彬主编.机械设计基础.高等教育出版社. [2]荣涵锐.新编机械设计CAD技术基础〔M〕.北京:机械工业出版社,2002. [3]徐平,虚拟现实技术研究,文秘杂烩网 . [4]葛海霞,刘村.AutoCAD2004/2005辅助设计[M].上海:上海科学普及出版社,2004. [5]秦志峰,齐月静,胡仁喜,等.AutoCAD2005机械设计及实例解析[M].北京:机械出版社,2005.

CAD即计算机辅助设计与制图,是指运用计算机系统辅助一项设计的建立、修改、分析或优化的过程。CAD软件必须有能接受和使其运行的物体,即硬件来支持它才能有实际意义,这样就存在了CAD系统。CAD系统是由硬件、软件组成。硬件包括处理运算设备、图形显示设备、外部存储设备、数据图形输入输出设备以及有关的信息传输等硬件平台设备、软件包括系统软件、支撑(图形、汉字等)软件和专业应用软件。我国主要使用的CAD软件是美国AUTODESK公司开发的AUTODESK软件,它是一个功能强大、易学易用、具有开放型结构的软件口不仅便于用户使用,而且系统本身可不断地扩充和完善,它被广泛地应用于微机及工作站上。因此,国内外软件开发商在此基础上进行有关工程设计专业的二次开发,如建筑行业:华远的HOUSE软件、建研院的ABD集成化软件和BICAD软件、理正的CAD软件、方圆公司的方圆三维室内设计系统等。随着CAD技术的不断发展,其覆盖的工作领域也不断地扩大,如工程设计CAD项目的管理、初步设计、分析计算、绘制工程、统计优化等。CAD技术的应用正在有力而迅速地改变着传统的工程设计方法和设计生产的管理模式。 通过多年的设计实践CAD技术以简单、快捷、存储方便等优点已在工程设计中承担着不可替代的重要作用。许多工程都应用了计算机进行辅助设计和辅助绘图,尤其建立了计算机网络辅助设计与管理后,不仅能提高设计质量,缩短设计周期,而且创造了良好的经济效益和社会效益,CAD技术的应用使工程设计人员如虎添翼,在更加广阔的天地里施展才华。但随着CAD在工程中的大量应用及其技术的成熟，它的一些缺点也暴露无遗，所以也有很多人不接受这一技术，认为它限制了建筑设计业的发展。那么CAD究竟利大于弊还是弊大于利，怎样才能对它善加利用，我们不妨对CAD的双重性做一个剖析。 1、CAD技术在工程设计中的优点 CAD技术的长处使得人们趋之若骛，它主要表现在： 劳动强度降低，图面清洁 手绘绘图，工作人员常常手里拿着几只不同粗细的墨笔，丁字尺、三角板、曲线板等工具不停的在手里更换，而且一旦画错，修改非常费事，甚至从头来过，图面修修补补显的脏乱。用CAD绘图则可以一只鼠标做你想做的任何事情。它有统一的线型库、字体库，图面整洁统一。CAD软件所提供的UNDO功能让你不必担心画错，它可以使你返回到你画错之前的那一步。你更可以在电脑系统后台运行一些音乐播放软件，一边听音乐一边工作。 CAD软件绘图真正做到方便、整洁、清洁、轻松。 设计工作的高效及设计成果的重复利用 CAD之所以高效，因其最伟大的功能之一：“COPY”。一些相近、相似的工程设计，图纸只要简单修改一下就行了，或者直接套用，而你只需按几下键盘、鼠标。CAD软件可以将建筑施工图直接转成设备底图，使水暖、电气的设计师不会在描绘设备底图上浪费时间。而且现在流行的CAD软件大多提供丰富的分类图库、通用详图，设计师需要时可以直接调入。重复工作越多，这种优势越明显。结构计算的高效，一个普通的框架结构，以往手工计算需要一个星期左右时间，用CAD快的一天就可以完成。 精度提高 建筑设计的精度一般标注到毫米，结构计算的精度也不是很高，施工时的精度更低，但对于一些特型或规模大、复杂的建筑离开了CAD困难将成倍增长。CAD在日影分析、室内声场分析、灯光照度分析等方面的计算精度、速度也是手工计算无法比拟的。 该论文转贴于 酷文网 资料保管方便 CAD软件制作的图形、图象文件可以直接存储在软盘、硬盘上，资料的保管，调用极为方便。你可以将设计项目刻录成光盘，数据至少可以保存50年。你可以将以前的图纸通过扫描仪，数字化仪输入电脑，避免资料因受潮、虫蛀以及破坏性查阅造成的不必要损失。资料的管理更有科学性，只要一台电脑就可以管理的井井有条，资料室也将告别成排的资料柜，因为一个院所从成立到现在所有的资料几张光盘就装下了。 CAD在建筑表现图上的优势 这也是CAD在建筑设计上最出风头的。CAD制作的建筑效果图其透视关系、光影关系、建筑材料的质感，都可真实再现，惟妙惟肖，在加上真实的树木、人、天空、汽车配景，几可乱真。如果在加上现场环境照片融合更有说服力。CAD制作效果图优势还在于，只要建筑的三维模型搭建完成，就可以任意指定透视角度，模型材质，快速生成多张效果图而无需从头做起，这是传统手绘效果图无法比拟的。这一切都让设计师在建筑设计上收益非浅，在向甲方推销自己的设计成果时也更有说服力。 设计理念的改变 CAD的智能化将部分取代设计师的一些设计工作，而CAD对设计的标准化、产业化起着巨大的推动作用。随着信息技术、网络技术的发展，跨地区合作设计，异地招投标、设计评审也将普及。在第一时间接受科技信息，与世界同步。通过一根电话线“在家工作”将成为可能。 2、CAD技术在工程设计中的缺点 CAD技术在给建筑设计业带来巨大效益的同时其负面作用也日益显现，值得我们深思。 CAD技术对设计思想的束缚 由于电脑屏幕尺寸的限制，设计师关注的往往是设计的局部，对全局的把握有一定影响，使得整个建筑物的比例、体量失控。CAD的精确性要求其每一笔都要有准确的数据，使得方案设计中需要的模糊性、随机性被扼杀，设计缺乏灵感。另一方面CAD软件自身功能的局限性以及设计师对CAD软件掌握的熟练程度，使得建筑师好的灵感、创意不能通过CAD表达出来，建筑师的思想、思路、灵感被束缚。 CAD技术扼杀建筑艺术 建筑是一门融科技、艺术、文化、哲学于一体的学科。建筑既是一件商品，也是一件艺术品。有关人事认为CAD技术的滥用会使建筑设计工作从一种艺术创作变为一种工业化生产，CAD引以为荣的复制、套用的高效率手段，使得设计过程本身就伤害了这一学科，而CAD的标准化、工业化使得建筑作品千篇一律，缺乏灵气、缺乏个性和人情味，建筑已经变为纯粹的商品。而最有艺术气息的手绘建筑效果图，也将要被电脑效果图取代，电脑效果图虽然正式可信，快捷方便，但它缺少手绘图所体现的个性，以及设计师笔下流露的特有的感觉。 CAD浪费资源 CAD是一项科技含量很高的技术，通常一名设计师要用半年到一年的时间才能熟练掌握CAD软件及电脑知识。可是在科技飞速发展的今天你学习的步伐永远追不上电脑、外设、CAD软件的更新、升级步伐。设计师不得不花费大量时间应付这些变化。CAD的复杂、难懂使得设计师望而却步，一些院所专门设立、配备电脑操作维修人员，甚至设立一个专门的CAD工作部，因为一个优秀的设计师不一定是CAD高手，反之亦然。CAD对人力、时间的浪费可见一斑。其次，CAD对物质财力的浪费更甚。一个院所要想实现微机制图其硬件设备如：电脑、工作站、绘图仪、复印机、扫描仪、数字化仪、数码相机、可录光驱、UPS等的投资不菲，而它们的折旧率、升级费用也很高。它的软件投资也居高不下，当然前提是使用正版软件。在国内一套建筑软件就要花费1～2万元，而水暖、电、结构、预算各专业都配齐要十几到二十几万元，在加上操作系统软件、常用办公软件其花费惊人。 CAD技术存在不可靠性 CAD技术使得设计师不得不面对计算机病毒，CAD软件本身的更新升级，电脑资料的保存等一些不可靠因素。由于上述一个或几个原因设计师就得停止工作，去解决与设计无关的问题，或者由于设计师的误操作和对CAD知识掌握不够，可能辛苦几天甚至几年的设计成果被误删、覆盖付之东流。国内某结构软件早期版本的程序错误让人汗津，岁为造成重大损失并且在后续版本得到修正，但谁又能保证现行的软件不存在问题呢。 综上所述，CAD技术给设计师带来了极大的方便，但也带来了许多负面效应。无论如何我们都应承认CAD给我们的好处，要正视它的局限性，善用它的长处。展望未来,计算机技术的发展是无止境的,我们每一位工程设计人员都将以此先进的技术为手段,在各自岗位上发挥最佳能力,并以热忱的服务、优质的设计、敬业的精神,为工程设计行业做出我们的贡献