试论机械CAD技术的应用及发展趋势

规范性和整洁性显然更高，同时提高了工作效率。但依旧没有打破产品设计的传统局限，在设计产品的过程中依旧是按照设计人员的主观经验开展的，没有发挥CAD技术的辅助设计功能。企业所使用的三维实体建模是CAD技术当中比较常见的一种方式，实际上也是二维绘制的应用类型，没有从根本上打破传统绘制的局限性。设计人员实际上就是对零件造型进行设计。建模可以得到产品物理特性，或三维模型进行模拟装配。而不是对产品所有属性进行全面、精确表达，因此也不能对产品性能进行全面分析。对信息集成化等较高层次CAD技术应用需进一步进行全面、精确表达，从而提高企业竞争力。

（二）产品性能分析和结构优化

现阶段，在进行产品结构优化设计、产品性能分析时可使用CAD技术。在进行产品设计时，在三维建模的基础上，结合CAD系统分析并优化内部结构，通过反复迭代的过程确定最优解，确保结构参数与要求的符合程度，确保产品的高质量[14]。图4为CAD系统开发轻载凸模三维图，目前企业应用CAD系统在分析产品优化和性能的过程中，很少会更深層次地去探寻，大多是分析计算强度并确定分析结果，结构设计人员接收到这些数据后再进行结构设计。设计人员所使用的CAD系统并不是完全一致的，包括系统以及设计模块等内容的差异，二维绘图、三维绘图、产品性能的分析等差异化内容，使不同设计阶段的连接性大大降低。此时亟须构建产品信息共享机制，提高产品设计的效率和整体质量，上述内容为CAD系统的初级应用。在设计过程中，每一个设计活动最终会搭建一个完成的设计流程，其中又可以分为串行和并行的设计活动。目前在机械零件设计中，大多活动可使用CAD技术实现，但对设计需求分析，设计可行性研究等活动目前还不能通过CAD技术实现。

五、CAD技术应用案例

本应用案例为使用CAD技术进行转速器新产品的设计，在设计转速器新产品时，根据企业内部的设计需求及客户对转向器功能、性能等设计指标要求，设计人员需要结合企业实际情况和产品功能技术指标等内容确定顾客对产品的需求，同时及时调整已有产品的相关内容，搭建产品结构树（BOM），确定多元化的新产品设计方案。本文详细说明了一款转速器改型产品在设计过程中使用CAD技术的情况。根据顾客需求及技术指标规则，该转速器已通过模块化设计，在产品数据管理系统（Product Data Management，PDM）中进行初步配置，确定初步配置结果，并存储在PDM系统当中。在三维软件UG（unigraphics）平台上，结合二次开发模块，描述设计具体步骤，图5为三维CAD转速器新产品设计过程。

由图5知，转速器新产品设计具体过程主要包括五个步骤，具体步骤为：

步骤一是将UGNX三维设计软件打开，在三维CAD产品快速设计系统载体的基础上对平台管理和平台通信配置进行操作，在登录界面进入系统。

步骤二是点击菜单中的下载设计任务，在BOM产品设计界面找到产品转向器，并进行下载，同时在本地磁盘以XML（eXten-sible Markup Language）文档形式对所需产品初步配置BOM进行保存。

步骤三是对下载的XML而言，其能将BOM的树结构形式很好地表现出来，基于XML优势，其互联网上具有很好的传输潜力，且能和ERP（Enterprise resource planning）管理软件有机结合在一起。当下载完成BOM信息后，导入环节需要通过“导入设计XML”得以实现，并进入UG界面的可视化配置器模块，进行BOM零部件节点展开多元化操作。如果要对节点零部件重新设计操作，此时就需要在参数化设计模块的基础上展开三维设计。

步骤四是对部分零部件进行重新设计，基于配置器界面点击“零部件设计”。参数化模板零件详见图6所示。在二维哑图的基础上确定零部件主参数以及关联参数等，根据实际情况修改相关参数，确定三维零部件。

在设计零件时，设计人员可对电子版机械设计手册进行随时调用，帮助快速查阅设计信息，及时调用企业存在的典型设计案例，进一步指导自身的设计开展，提高参数化设计效率，图7为典型转速器产品设计图。

步骤五是对完成全部零件修改设计的组件进行组装，要处于UG环境当中，构建三维实体，实现配置信息的完善，可通过上传设计BOM将信息传递到PDM系统中，同时进行归档。图8为已完成的产品三维模型。

在实际应用中，通过三维CAD技术对产品进行快速设计，可对企业产品设计开发进行很好的支持，从而降低设计差错的发生概率以及新产品的研发成本，缩短设计周期和生产时间，尽可能降低成本，控制在较低范围。

六、CAD技术发展趋势

随着机械CAD技术及计算机技术的进一步发展，机械CAD技术今后应向智能化、集成化、绿色化方向发展。

（一）CAD技术的智能化

智能化是在机械产品设计时，在机械设计工作中，将计算机各项智能化功能进行有效融入，从而将设计效率进一步提升[16]。通过强化智能化功能，CAD技术会得到一定提升，从而更高效地发挥推理、演算等各项功能。与人工操作相比，CAD技术智能化发展可使工作效率极高，且可将发生的错误减少。另外，系统在机器学习功能辅助下，能有效对专家知识进行存储，未来CAD技术会对此模式着重发展。智能化本身只是对机器运作方式放入概括，其融入不同技术思想并使其模拟操作得到实现，在具体制造环节及机械设计使计算机拥有独立思考判断能力，对更高级产品进行控制。

（二）CAD技术的集成化

在进行机械设计时，通常对机器集成性有一定要求。因而CAD技术功能范围非常广泛，通常包括外部设备连接、图像处理等许多不同功能。由于计算机技术发展越来越快，相应的CAD技术得到很大的提升，当前CAD技术许多新功能已实现。通过有效应用CAD技术，不断提高制造工作、机械设计集成化程度[17]。随着经济一体化程度进一步提升，未来机械CAD技术非常关键的问题是建立起更高效信息数据精准度、设计制造系统等。

（三）CAD技术的绿色化

在产品生产过程中，绿色化制造技术、机械设计是不断将能源消耗降低，将研发效率提高，从而促进CAD技术在机械制造领域的发展、提高。从当前实际情况分析，当前绿色化CAD技术研发水平还比较有限，因而绿色化CAD技术仅在我国一些机械制造行业应用。

七、结语

CAD技术的科学性为机械设计提供新的自动化技术，随着现代技术的快速发展，CAD技术在逐渐改进，不断深入探索，两者相融合能促进机械设计及制造技术的发展。本文通过分析CAD技术的特点、发展历程及CAD技术的标准件库及零件号标注，对CAD技术在机械方面的应用进行了分析，包括二维工程图绘制和三维实体建模和产品性能分析和结构优化，并通过一款转速器改型产品作为案例对CAD技术的应用实施情况进行具体说明，同时提出机械CAD技术今后应向智能化、集成化、绿色化方向发展。

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◎编辑 马燕萍

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