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計算機技術在機械設計中的地位

計算機技術的飛速發展對設計產生了巨大的影響，使得設計由傳統的手工設計轉化到以CAD技術為主的自動化階段，從而使設計的效率得到提高。同時，計算機技術使設計在表現產品結構上從二維轉化為三維形式，不僅能夠對產品的形狀和尺寸進行表示，還擁有分析、加工、材料等數據，可以直接應用計算機技術進行分析和制造。在許多新的設計方法中，如并行設計、虛擬設計、計算機仿真等技術應用中，都離不開計算機技術的運用。此外，由于計算機技術的應用，使得一些需要復雜計算的設計技術如有限元分析、模態分析成為可能［3］。

機械設計中的CAD技術

隨著計算機軟件、硬件技術以及其他相關技術的飛速發展，CAD已經成為綜合性的應用新技術。CAD技術的運用已經與計算機輔助工藝設計、數控自動編程相互連接在一起，其在機械設計中主要有以下幾個方面的應用:(1)二維繪畫。代替了傳統的手工繪圖。(2)圖形和符號庫。就是對復雜的圖形進行分解，形成簡單圖形和符號，存入庫中，在需要的時候再進行調出，調出的圖形在經過編輯后插入另一張圖形中。(3)參數化設計。參數化設計改進了標準化設計或系列化設計，在傳統的標準化或系列化設計中，機械零件的結構都具有相似性，但是需要經常對尺寸進行調整。而采用參數化設計進行圖形程度庫的建立，在調出圖形后賦予新的尺寸參數，從而形成新的圖形。(4)三維造型。這種設計方法對零件結構進行了實體造型設計，在進行消隱和著色后，可以將物體的真實形狀顯現出來。同時，還可以進行運動仿真測試，檢測其有無干涉。(5)工程分析。可以進行有限元分析、優化設計、運動學分析等。(6)設計文檔、生成報表。在設計中，需要將一些設備的設計屬性制作成文檔或生成報表，還需要將有些參數設計成圖像的形式來表現出來，而這些都可以依靠計算機專門的軟件來完成。

機械設計中CAD技術優點

(1)更利于設計師進行產品的設計和表現。運用CAD技術在設計時能夠制作出直觀而生動的三維立體圖形，這樣，一方面使得機械師在設計時將更多的注意力放在產品設計本身，有利于將設計進行深入擴展，也更有利于進行對外的展示和交流。(2)節省工作量，縮短設計工期。在利用CAD技術進行新機械的設計時，其會繼承大部分零件的設計信息，只需要設計師對個別零件和結構進行重新設計，大大節省了工作時間，同時，它可以將簡單的幾何實體通過運算組合成復雜的幾何實體，并生成相貫線和截交線，減少了工作量，提高了工作效率。而且，CAD技術還能夠快速重構，進行高度變形設計，迅速設計出一款全新的產品。(3)裝配環境中實現對零件的設計和修改。在裝配環境中，可以運用CAD技術進行新零件的設計，而且可以參照相鄰零件進行新零件的設計，這樣可以保證新零件和相鄰零件在配合上的精確性，避免因為在設計新零件時由于誤差而導致與相鄰零件的無法匹配，比如可以在裝配環境中，根據箱體的形狀等相關數據設計出與之相配的箱蓋。同時，在零件環境中還可以運用資源查找器，當零件設計完成時，在資源查找器里，會列出零件在設計時的每一個步驟，還可以通過進行零件回訪，觀看整個制造過程。修改零件時，可以在資源查找器中找到零件步驟，直接修改，而且在裝配環境下，要進行對零件的修改，只需要點擊零件就能進入零件環境來對其進行修改［4］。(4)實現在裝配環境中對裝配零件的查看和修改。在資源查找器的裝配路徑查找器里記錄了各個零件之間的裝配關系，在將各個零件進行裝配時，如果發生裝配不正確，裝配路徑查找器即可對其錯誤進行顯示。同時，可以將零件進行隱藏，查看內部結構。在部件裝配完成后，可以對其進行動畫演示，查看裝配過程，對于有運動行程要求的，可檢查其行程要求是否達到。對于在靜態先不發生干涉的部件如果在運動中發生了碰撞，則可以及時進行更正，避免在設備設計出來后才發現問題，導致設備的報廢。此外，還可以對產品零件進行虛擬加工和裝配試驗，以查看零件和裝配工藝是否存在問題，從而避免了昂貴的機械模具試驗費用。(5)提高了產品質量和性能。CAD技術可以通過使用有限元受力分析和優化等方式，保證了機械設計的質量，而且增強了產品的信息化性能，可以對產品的形狀、位置等幾何特征進行描述，還可以對設計對象賦予更多的信息，如顏色、體重、慣性矩等，從而使設計對象在形態上能夠擁有準確的數學描述和物理描述，從而更加準確地表達出設計者的意圖。

機械設計中CAD技術發展走向

CAD技術是機械設計中非常具有活力的技術手段。在機械設計中，由于受到市場需求的作用，產品設計需要具有一定創造性，而且，不同的設計標準和經濟指標等都會影響最終的產品設計，使得機械設計成為需要反復改進和評價的過程，針對這些特點，CAD技術必須朝著智能化、信息集成化和信息交換借口標準化的方向繼續大踏步發展。(1)集成化。人們將CAD和CAM兩個規程相互結合實現一體化，在數控仿真和生成數控加工程序中運用CAD結果，這就是集成化的一個進步，能更好地提高工作效率。而在未來的發展中，將CAD、CAE、CAPP、CAM進行集成是未來產品設計開發的主要模式。而與快速原型制造的集成，能夠在并行工程環境下，迅速對產品的設計進行評價和修改，提高市場競爭力，這也是未來發展的重要方向。(2)智能化。CAD系統屬于人機一體化，在將來的發展中，隨著人工智能和專家系統等的發展和完善，未來的智能CAD系統將可以采用人工智能技術，通過運用知識庫里的設計知識，進行推理和決斷，使CAD技術達到更高的水平。(3)協同化。目前，將CAD微機進行聯網，實現CAD的互聯網的協同工作和遠程設計，可以發揮不同地域、單位的資源優勢。這種資源共享和協同工作的CAD系統模式，必然能夠大大地促進企業單位的工作效率。(4)規范化。CAD的標準化趨勢主要體現在對數據模型的規范化等方面，隨著數據模型采用了STEP標準體系，以及STEP標準體系的逐步完善，必將為CAD技術的發展提供指導性作用［5］。

先進的設計方法已經成為機械制造企業在激烈的市場競爭中獲取成功的保證，而計算機技術，尤其是CAD技術的發展，對機械設備的生產必然會產生更加深遠的影響。目前，我國的CAD技術水平與國外相比，還存在著很大的差距。由于CAD技術復雜多變，并不是每個設計人員都能很好掌握，在企業單位中真正精通CAD技術的人員并不是很多，因此要加強對技術人員的CAD技術培訓。而CAD技術也需要朝著更加自然的人機交互式方向發展，來提供更有效的設計手段，從而提高我國機械制造業的市場競爭力。

本文作者：崔井軍工作單位：吉林工商學院