論CAD在機械設(shè)計中的應(yīng)用及機械制造技術(shù)的新發(fā)展

論CAD在機械設(shè)計中的應(yīng)用及機械制造技術(shù)的新發(fā)展

摘要：機械制造過程中，設(shè)計是其第一步，機械制造所需要的設(shè)計圖需要使用如點、線、曲線、平面等圖形符號進行表示，而CAD則是使用計算機軟件來設(shè)計和記錄產(chǎn)品的設(shè)計過程。在機械設(shè)計和制造領(lǐng)域，CAD的應(yīng)用可以為任何組件提供圖形形式的詳細說明。本文所敘述的則正是CAD在機械設(shè)計中的應(yīng)用及機械制造技術(shù)的新發(fā)展。關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；CAD；機械制造；引言CAD，全稱ComputerAidedDesign，中文名計算機輔助設(shè)計，是在計算機發(fā)展以后，可以在多個領(lǐng)域為設(shè)計人員提供輔助的系列軟件統(tǒng)稱。在機械設(shè)計領(lǐng)域，CAD同樣有著廣泛運用。為了追蹤CAD在機械設(shè)計中的應(yīng)用以及基于CAD技術(shù)的機械制造技術(shù)新發(fā)展，我們必須回顧CAD的早期歷史并深入挖掘其概念基礎(chǔ)。1CAD在機械設(shè)計中的發(fā)展歷史簡述計算機輔助設(shè)計作為一種獨立的技術(shù)大致發(fā)展于上世紀60年代，當時，沒有人預(yù)見到CAD最終會與機械設(shè)計交織在一起并成為如今機械設(shè)計行業(yè)中不可或缺的力量。在1957年，第一個商業(yè)軟件計算機輔助制造（CAM）系統(tǒng)Pronto由PatrickJ.Hanratty博士開發(fā)出來，這是一種運用于機械數(shù)控加工的技術(shù)，后來發(fā)展成為計算機輔助制造。不久之后，他涉足計算機生成的圖形，并于1961年開發(fā)出DAC（計算機自動化設(shè)計），成為第一個使用交互式圖形的CAM/CAD系統(tǒng)，用于設(shè)計通用汽車的復(fù)雜模具。隨后的十來年時間，眾多學者、技術(shù)人員依托該發(fā)明的啟示，開始了對CAD技術(shù)的探索。但是直到1975年，由CharlesEastman發(fā)表的論文中，才首次出現(xiàn)現(xiàn)代CAD技術(shù)的雛形，其在論文中描述了一個名為設(shè)計描述系統(tǒng)的原型，其討論了參數(shù)化設(shè)計的思想，高質(zhì)量的可計算3D表示模型，以及“用于視覺和定量分析的單一集成數(shù)據(jù)庫”。該篇論文基本上描述了我們現(xiàn)在所知道的CAD技術(shù)。其使用了圖形用戶界面、正交和透視視圖。作為歷史上首批成功創(chuàng)建機械設(shè)計數(shù)據(jù)庫的項目之一，它描述了可以檢索并添加到模型中的各個庫元素，當時的人們對于這項原始的CAD技術(shù)的評價是該技術(shù)將提高機械設(shè)計的分析效率，并將設(shè)計成本降低50％以上。2CAD在機械設(shè)計中的應(yīng)用2.1降低設(shè)計難度CAD在機械設(shè)計方面最直接的好處是提供更好的設(shè)計、更高的質(zhì)量和更快的出圖速度。在當下的機械設(shè)計和制造中，通過CAD設(shè)計和制造文檔是動態(tài)鏈接的，因此可以借此評估更多的替代方案，執(zhí)行設(shè)計更改和生成制造文檔所需的時間顯著減少。這對機械設(shè)計方來說尤其重要，因為CAD設(shè)計技術(shù)可以幫助縮短設(shè)計工期，從而使項目在更可預(yù)測的制造時間表內(nèi)完成。除了對設(shè)計人員設(shè)計速度的提升之外，CAD設(shè)計技術(shù)還能通過將可視化、模擬和分析作為設(shè)計過程的一部分來促進機械制造項目的優(yōu)化。2.2提高設(shè)計精度和降低設(shè)計成本機械制造項目的設(shè)計工程師通常設(shè)計符合機械制造要求的設(shè)計，而不會對成本進行有意識的節(jié)約。CAD技術(shù)特有的可視化和模型模擬功能可以使設(shè)計師對自己的設(shè)計更明了，能將設(shè)計中可能出現(xiàn)的謬誤提前發(fā)現(xiàn)，也能進行更精細化的設(shè)計。所以在提高精度方面，CAD技術(shù)有著其前所未有的優(yōu)勢。然而不僅如此，在將CAD技術(shù)由于機械制造項目設(shè)計時，還可以有效降低設(shè)計過程中需要支付的成本。而這些節(jié)省并不會影響到該機械制造的設(shè)計精度，并且在今后的制造進度和制造質(zhì)量中不會造成影響。也就是說，CAD技術(shù)應(yīng)用在機械設(shè)計上不僅可以有效的降低相應(yīng)機械制造項目的設(shè)計成本，在機械制造精度上也有相應(yīng)的提高。2.3優(yōu)化設(shè)計方案傳統(tǒng)的機械設(shè)計項目的設(shè)計過程可以說是孤立的，從初步設(shè)計開始，轉(zhuǎn)向詳細設(shè)計，然后是制造文檔，每個步驟在下一個步驟開始之前完成，其中的協(xié)作非常有限，這個設(shè)計過程因為協(xié)作有限，當需要進行不可避免的設(shè)計更改時，需要耗費大量時間，并且在進行更改時還很容易出現(xiàn)手繪圖紙的錯誤，因此傳統(tǒng)的設(shè)計過程在機械設(shè)計的運用中具有其固有的缺陷。將這種傳統(tǒng)的機械設(shè)計技術(shù)與CAD設(shè)計技術(shù)進行對比，我們可以發(fā)現(xiàn)。實施機械設(shè)計的CAD流程首先要創(chuàng)建有關(guān)機械制造項目的互相協(xié)調(diào)、可靠的設(shè)計信息，這會使機械設(shè)計中的三維模型中的設(shè)計元素動態(tài)地彼此相連——不僅僅是點、面和線的3D動態(tài)鏈接，而是豐富的信息集和與之相關(guān)的屬性之間的連接。例如，可能在機械設(shè)計項目的中途，被設(shè)計項目的輪廓需要調(diào)整曲線和比例，而運用CAD進行設(shè)計可以保證在進行輪廓調(diào)整時，所有相關(guān)的設(shè)計元素都會自動更新，使設(shè)計人員能夠立即看到輪廓調(diào)整之后整個機械設(shè)計的所有變化。通過這種方式，CAD有助于設(shè)計更多的機械制造設(shè)計方案，從而完成對設(shè)計方案的優(yōu)化。3基于CAD的機械制造技術(shù)新發(fā)展3.1智能化制造不論是國內(nèi)還是國外都非常重視機械制造的智能化發(fā)展戰(zhàn)略。智能化在機械制造中的應(yīng)用，將會使設(shè)計、制造、運營管理乃至整個機械制造項目的質(zhì)量和管理效率得到顯著提高。智能化在機械制造中的實際運用涉及物聯(lián)網(wǎng)、信息化、數(shù)據(jù)化、模型參數(shù)化等先進手段。通過智能化技術(shù)體系，機械產(chǎn)品在制造時可以實現(xiàn)設(shè)計、制造全方位管理的預(yù)期效果，體現(xiàn)智能化的新模式管理。在智能化的機械制造過程中，依靠CAD、CAM的輔助，以及一系列智能加工技術(shù)，改變傳統(tǒng)的構(gòu)件加工方法，對現(xiàn)有的機械制造技術(shù)加以改進，進一步提升我國機械制造水平。智能化可以為機械制造的全過程提供一套完整的仿真方案，能對復(fù)雜的制造方案進行仿真分析、模擬構(gòu)建，優(yōu)化制造方案，實現(xiàn)對制造過程的有效控制。智能化的制造可實現(xiàn)對機械制造過程的實時監(jiān)控，可以監(jiān)控和評估不同制造方案的實施效果，并進行實時動態(tài)監(jiān)測，確保制造方案的可靠實施。在機械制造的發(fā)展中，機械制造技術(shù)智能化的實現(xiàn)不僅需要借助相應(yīng)的傳感器、計算機等硬件，還需要構(gòu)建可用于計算和監(jiān)測的智能化軟件平臺，如前文提到的CAD、CAM等。因此，在CAD的幫助下有效地整合了制造各方面的資源和優(yōu)勢的智能化機械制造將成為未來機械制造的發(fā)展方向，從而顯著提高制造效率，豐富現(xiàn)代機械制造業(yè)的內(nèi)涵。3.2集成化制造機械的集成化制造可以有效減少制造工序、減少資源消耗對周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響，是機械制造業(yè)發(fā)展的重要方向。機械制造集成化發(fā)展不僅要求在機械制造中推進制造工序的集成，還要求從設(shè)計過程中就實現(xiàn)機械制造的集成化。眾所周知，在機械制造的過程中，不僅其復(fù)雜的工序是制造中的難點，其設(shè)計的有效性同樣是一大難點。以機械制造的復(fù)雜性而言，要解決其制造時產(chǎn)生的材料需求、人力需求、工藝需求以及設(shè)備需求等紛繁復(fù)雜的需求，需要的不僅是制造過程中的流水化制造和實時指揮，還有預(yù)先的設(shè)計和計算。作為機械制造過程的最初部分，機械設(shè)計師除了可以利用CAD技術(shù)構(gòu)建的信息模型進行模擬和分析，以優(yōu)化可制造性和可持續(xù)性外，還能通過CAD流程，直接從信息模型創(chuàng)建設(shè)計可交付成果，并且通過CAD技術(shù)構(gòu)建的機械制造信息模型可交付成果不僅包括設(shè)計的二維制造文檔，還包括模型本身及其包含的所有豐富信息，這就是設(shè)計上的一種集成。在機械制造的過程中，集成化的生產(chǎn)無論是對機械制造效率的提高還是對其制造難度的降低都有著莫大的益處。所以，像集成化制造這樣能可見的減少制造工序，減少資源消耗的手段將是今后機械制造中的必然方向，我們有必要推進以“集成平臺”為載體的機械“集成化”制造作業(yè)。4結(jié)束語在機械設(shè)計和制造的相關(guān)行業(yè)，對視覺對象的需求早已超越了語言和文字的范疇。而CAD則能以其優(yōu)秀的繪圖能力在機械制造領(lǐng)域表示物理對象和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，這使得在機械設(shè)計和機械制造領(lǐng)域，CAD已逐漸成為設(shè)計的主流和規(guī)范。相信在未來，隨著科技的發(fā)展，CAD能為機械制造領(lǐng)域帶來更大的變革。參考文獻：[1]王治海.