CAD技术在机械工程设计中的发展与应用

摘要：在机械工程设计中，CAD技术的优势主要体现在其强大的图形绘制处理能力和精确快速的计算能力。机械设计已经拥有几百年的历史，在CAD技术出现以前，机械设计技术的发展进程相当的缓慢。传统的机械设计方法以静态分析和近似计算为主，采用经验设计，并使用人工劳动，其设计周期长，设计的结果也差强人意，在激烈的市场竞争中难以脱颖而出，缺乏竞争力。而CAD技术作为现代设计方法的一种，为设计人员解开了诸多束缚，创造了一个便利快捷的设计平台。

关键词：CAD技术；机械工程设计；发展；应用

1 机械工程设计的特征

1.1 在传统的机械工程设计过程中，主要包括以下的几个方面：产品需求调查、工程设计中问题的定义、工程设计中问题的综合、对设计问题的分析和优化、对设计方案的修改、绘制工程图样和设计文件。这些设计内容决定了具体的机械工程设计工作，例如市场预测、价值工程、测试技术、模型试验、科学思维方法等等。传统的设计技术由于受到落后的设备和技术方法的制约，只能利用保守的观念来进行机械设计，并通过粗略的验算及假设来进行工程分析，这就使机械工程设计比较随意，主要依赖于设计人员的经验和习惯，从而降低了设计的科学性和准确性。

1.2 在设计技术发展的过程中，计算机技术、力学、电子学、分析技术等都融入到了设计技术当中，这就使传统的经验设计变为具有科学性和专业性的动态设计。在现代设计技术应用的过程中，需要收集和整理相关的信息，进行快速准确的运算，并选择最佳方案，为了实现这一目的，就需要在机械工程设计中应用CAD技术和数据库技术以及人工智能技术等。

1.3 现代设计在设计原则、价值分析、设计思想、造型设计等方面和传统设计相一致，但由于先进技术和思想的注入，使设计的每个阶段都融入了最新的科技成果，并运用最新的设计观念。现代设计技术中除了拥有传统设计，还应该融入模块化设计、有限元分析、反震技术、优化设计、动态试验和计算机信息交换等门类，这样才能使现代设计的功能更加完善。

1.4 随着市场竞争的增强和用户要求的提高，机械工程设计必须要不断提高产品质量，同时缩减产品的生产成本，尽量缩短产品研发的周期，这样才能满足现代机械设计的要求。在这个过程中，各类技术对机械产品的改造和对设计技术的革新都提供了很大帮助。

2 CAD技术应用在机械设计中的优点

2.1 与设计人员思维意图相符

工作人员在进行设计开始时，先通过构思，然后在大脑中形成机械设计的三维立体结构，所以，最好的将设计构思直接转化成为三维实体模型。CAD技术真是实现了这一理论，与设计人员的创新理念相融合，使得机械设计人员能更加专注于产品的设计。

2.2 零件装配方便

在CAD技术软件中，由于不同的装配关系，能使得许多的零件很轻松的装配。在进行机械零件的装配工作中，要加强对资源查找器的积极利用，因为其能良好地记录所有零部件之间的装配关系，如果在装配的工作中出现不必要的问题，资源查找器就能很快的显示其优势作用，会马上进行静态干涉检查，一旦发现干涉，一定要采取修改措施。

2.3 机械设计周期缩短

CAD技术在解决几何造型上具有很大的优势作用，不仅能将简单的几何实体变成复杂几何实体，还能自动的生成相贯线和截交线，还能大大的缩短施工工期，提高设计的效率。在对新的机械进行设计研发过程中，CAD只要将一些零件进行重新设计，其余的设计不会出现变化，这样就大大的提高了机械设计的效率。

3 CAD 技术在机械设计应用中的缺点

3.1 束缚设计的思想

CAD技术是通过与电脑之间联系的，由于电脑屏幕大小有限，设计人员只能看到设计的一部分，这样就导致设计失去了平衡。虽然CAD技术应用得比较广泛，但是其对数据的要求特别高，在方案的设计上不能出现任何误差。所以说，设计工作者的设计思想在一定程度上就会受到束缚。

3.2 资源浪费严重

CAD技术应用的科技含量比较高，要想真正的熟练使用CAD技术，就需要扎实的功底和长时间的实践经验。但是在目前状况下，我们所学习的步伐总是落后于信息技术的发展速度。因此，设计人员在学习新技术上耗费了大量的时间资源。

4 CAD技术在机械工程设计中的发展和应用

4.1 在机械工程设计的所有技术手段中，CAD技术是一种最具活力的技术，其主要应用在机械工程设计中的几何建模、辅助绘图、设计审查、工程分析、数据库建立、信息处理和信息检索等方面。在机械设计过程中，设计者需要根据不同工程的设计要求对设计进行反复改进，并同时进行分析和评价，这一过程主要具备以下几个特点：1.创造性，设计者需要根据市场需求或者客户意见来设计出有创意的产品模型；2.多解性，设计结果会由于用户对象、标准、材料和设计指标的不同而产生差异；3.近似性，要对机械设计进行简化近似。机械设计的工作一般都集中在设计的初期，机械工程的设计思路和设计目标会对后期工作的进行产生深远影响。为了在机械工程设计之初就将设计人员从传统的方式中解放出来，保证设计人员的创造性能够充分发挥，并运用以往的设计经验和设计成果来进行设计，就需要将大量的计算和各种数据的判断交给计算机来完成。所以说，CAD技术不仅要向高科技、智能化发展，还应该实现信息集成化、交换口标准化和技术一体化。随着人工智能、信息集成、数据库技术的发展，CAD技术也在不断地向更高的科技水平发展。

4.2 CAD在向智能化发展的过程中，人工智能起到了关键性的作用，在研究人工智能和CAD技术想结合的过程中，主要是为了提高CAD系统的创造力。在对推理技术进行应用的过程中，能够不断地促进CAD技术的有效发展，人工智能中的专家系统主要是以方案综合和设计评价两种形式存在。随着人工智能的优化发展，不断产生了能够处理设计条件不充分的设计方案的系统，并且能够进行模糊设计和判断的方法。

4.3 信息集成一般是指管理信息系统、决策支持系统、计算机集成制造系统之间的数据共享以及数据的完整性和一致性的维护。随着机械工程设计规模的扩大、设计周期的缩短以及先进设计模式的引入，更需要实现各个系统之间的信息共享。但由于实现信息共享存在一定的特殊性，这就需要借助数据库对其进行有效管理。在现阶段的机械工程设计中，有多媒体数据库的应用，但在实用阶段还存在一定的问题，这些问题是机械工程发展中必须要解决的问题。多媒体信息所具有的数据信息量较大，机械工程数据库采用分布式，而且还具有事物处理能力和信息的管理能力，为了更加有效的减少网络承受的负担，就需要充分的将多库智能存在的问题进行合理、有效和及时的解决，使得多媒体中的信息传输过程和播放过程保持同步进行。

5 总结

目前我国的CAD技术发展和应用水平虽然取得了不小的进步，但与国际先进水平仍有一定的距离。这就需要我们加大对于CAD技术的研究和开发力度，为我国的工业化进程奠定坚实的技术基础。