1、计算机辅助设计在生产中的应用摘要计算机辅助设计是利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作,简称 CAD。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。随着现代计算机技术的飞速发展，计算机辅助设计 CAD（Computer Aided Desi
2、gn）在生产中的应用日益广泛，本文主要从计算机辅助设计在机械生产中的应用等方面阐述了其在机械设计中的显著优势，并对目前国内企业机械产品开发过程三维 CAD 系统应用现状和存在问题进行了分析。从产品开发的实际需求和产品特点与软件功能出发，对企业应用三维 CAD过程提出了改进方案，最后介绍了三维 CAD 技术发展的趋势。1 绪 论1.1 课题背景及目的计算机的发展及应用，使人们的生活日新月异。计算机辅助设计源于计算机图形技术的产生，计算机辅助设计的研究构想发端于 1950 年，但最早记录是在 1963 年，美国麻省理工学院的研究人员伊凡苏泽兰在美国计算机联合会会议上发表了名为画板的论文，从而开始了
3、计算机辅助设计的发展历程。他从 1950 年开始着手开发通过图形技术来处理人与电脑交互对话的操作系统。1963 年这套以电脑主机、显示屏、光电笔和键盘为工具的图形画线系统得到实现。这套图形画线系统开发和引进了许多计算机绘图的基本思想和技术，使用户可以运用电脑画出直线、复杂曲线以及简单的标准部件。 最初 CAD 被解释为“计算机辅助绘图” ，由于当时计算机在设计上的作用是替代传统手工绘图的一种新工具，但随着后来信息技术的飞速发展，计算机技术在各领域的广泛应用，CAD 的含义也在不断变化扩展，随着 20世纪 70 年代像素的产生、80 年代三维曲面造型系统的开发等，使电脑绘图从只能用“线”这一基本
4、绘制元素发展到可以用点、面、体进行绘制计算机图形，从而使 CAD 的含义也发展成现在人们比较熟知的计算机辅助设计这个概念了。 我国的计算机辅助设计起源于 20 世纪 70 年代。与国外计算机辅助设计发展的轨迹相似，国内计算机辅助设计的研究与应用基本上是从各高等院校发展起来的。20 世纪 90 年代初，随着我国现代化进程的迅速发展以及计算机的进一步普及，在环境艺术设计和创作领域，计算机技术应用的价值，逐渐得到人们的重视。1.2 概论开始于上世纪 50 年代后期的计算机辅助设计技术，从最初的仅仅被简单的作为图板的替代品到 70 年代的二维制图过度到三维建模再到现在的集产品的构思、功能设计、结构分析
5、、加工制造、数据管理于一体的智能 CAD 技术，计算机辅助设计经历了一个漫长又曲折的发展历程。在今天，CAD 技术越来越广泛的用于生产中。那么，CAD 技术究竟有怎样的优势，它又是如何在生产中起到积极作用的，而它的发展趋势又是怎样的呢，本文稍后将对以上问题进行浅谈。2 CAD 技术的认识与使用2.1 CAD 简介计算机辅助设计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
6、提高。现已将计算机辅助制造技术（Computer 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 Integrated 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
7、，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。 三维设计软件具有工程及产品的分析计算、几何建模、仿真与试验、绘制图形，工程数据库的管理，生成设计文件等功能。三维 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
8、通等领域，产品的设计效率得以迅速提高。我国 CAD 技术的研究、开发和推广已取得较大进展，产品设计已全面完成二维 CAD 技术的普及，结束了手工绘图的历史，对减轻人工劳动强度、提高经济效益起到了明显的作用。有相当一部分 CAD 应用较早的企业已完成了从二维 CAD 向三维 CAD 转换，并取得了巨大的经济效益和社会效益。随着市场经济的逐步深入，市场竞争日趋激烈，加强自身的设计能力是提高企业对市场变化和小批量、多品种要求的迅速响应能力的关键。2.2 用 CAD 技巧绘出图形 画椭圆弧画椭圆弧的关键是先画一个完整的椭圆，然后移动光标删除椭圆的一部分。留下需要的椭圆弧。首先，键入 ELLIPSE 或
9、选择 Ellipse 图标。选项如下：Arc/Center/:键入：Arc用任意方法画一个椭圆。然后提示输入所需弧段信息：响应：Parameter/键入：0 或选定屏幕上代表角度起点的点。始角（startangle）定义为弧的始点。响应：Parameter/Included/：选定定义弧长的终角（endangle） 。也可以键入 I，然后键入包角。包角自始角开始量度，不是从 0 开始画多边形画多边形总是可以用普通线或多义线来画，但 AutoCAD 有一个POLYGON 命令。当键入 POLYGON 时，首先要求输入边数，接下去选择中心或边长。如果选取一点，则被认为是中心。还有两个额外选项：对于
10、一个虚圆，多边形可以是内接的，也可以是外切的。如果选择边长而不是中心，则须输入多边形边的起点和终点。然后多边形逆时针构造。键入：POLYGON（或从 Draw 工具栏中选择。 ）响应：Numberofsides:键入：5响应：Edge/:选取一点。响应：Inscribedincircle/Circumscribedaboutcircle(I/C):键入：I响应：Radiusofcircle:选取一点或键入多边形圆心到圆的半径。这样构造多边形有一点值得注意：这些多边形都可以看成独立的、封闭的多义线。AutoCAD 并不管它们最初是如何建立的。如果打散一个多边形，它就会成为独立的线。如何以等轴方式
11、画图从 R10 开始，以等轴方式画图通常并不是画等结构的首选方法。尽管AutoCAD 有等轴功能，但如果是 R10 或更高版本，则将使用 3D 功能构造模型，然后键入 DVIEW 或 VPOINTS 以等轴方式观察设计。AutoCAD 的等轴功能以 SNAP 命令访问，其子选项 Style 控制等轴方式，在此选项下可选择标准方式或等轴方式。一旦进入等轴方式，Ctrl+E 将激活顶面、右面或左面。一经获取正确的平面，即可画对象了。3D 功能和等轴捕捉方式的差别是 3D 产生的真实尺寸的模型，而等轴捕捉方式扭曲了实体，其实实体并不是看到的样子。平滑的技巧这是一条使用 SKETCH 命令技巧。如果画
12、一条非常平滑的曲线，可键入 SKETCH 描画曲面的轮廓，这样会产生比想预想的手画更多的顶点。画完后，再用 PEDIT 把 SKETCH 对象转换成单个多义线，即把第一个对象转换成多义线，然后用窗口罩住曲线，将它与其他对象联接起来。线转换并联接后即可键入 SPLINE 或 FITCURVE 平滑它们。警告：尽量少用 SKETCH，它的存储量太大。恢复一个已被删除的对象恢复一个已被删除的对象的最容易也最有效的方法是用 OOPS 命令，该命令将最近删除的选择集合恢复过来。注意，OOPS 恢复的是整个选择集合，而不仅是最后一个删除的对象。另外，OOPS 仅恢复最后删除的组，如果想恢复更多的步骤,OO
13、PS 是做不到的。如果需要恢复多外选择集合中的对象，可以用 UNDO 命令，但是，这样做会带来一些其他的风险，比如图中画好的一些内容可能会改变。使用UNDO 命令的唯一问题是，虽然可以撤销过去发出的任意多外命令，但是，如果撤销的都 ERASE 命令，则 UNDO 的结果是正常的，而如果在撤销的ERASE 命令，则 UNDO 的结果是正常的，而如果在撤销的 ERASE 命令之间有其他的命令，那么就会有丢失这些命令的结果。把多个对象排列成圆环形在早期的 AutoCAD 版本中，该命令叫做 CircularARRAY，而现在成为PolarARRAY。键入 ARRAY，然后选择对象并确认后，将被问及选
14、择矩形阵列还是极地形阵列键入 P 则为极地形阵列，然后选择该阵列的中心点，对象会围绕该中心生成阵列。然后，又会被问及三个问题：（1）阵列中的项数；（2）填充角度；（3）阵列中各项之间的角度。必须回答其中任意两个问题。首先看看第一个问题一阵列中的项数。AutoCAD 需要知道完成的阵列中有多少项（包括复制的那一个） 。如果不想回答这个问题，按回车或空格键。下一个问题是填充角度，也就是想让对象围绕着圆排列多远。输入正数则按顺时针排列，输入负数则按逆时针排列，按回车键则表示缺省值360 度。AutoCAD 知道用阵列中的项数填充 360 度必需的距离。如果不想回答这个问题，输入 0 表示填充角为 0
15、。第三个问题是阵列中各项间的角度。如果输入正数，阵列按顺时针排列；输入负数则按逆时针排列。AutoCAD 测量从阵列的中心点到由该对象结构所决定的一个任意的参照点之间的距离。最后的选项是当复制对象时，它们是否旋转。输入 Y 表示旋转，N 表示不旋转。键入：ARRAY（或从 Modify 工具栏选。 ）响应：SelectObjects:选择要复制的对象，并确认。响应：RectangularorPolararray(R/P)键入：P。响应：Centerpointofarray:拾取阵列转绕其旋转的中心点。响应：Numberofitems:键入：10响应：Angletofill(+=ccw,-=cw
16、):键入：响应：Rotateobjectsastheyarecopied?:键入：围绕着中心点生成 10 个旋转对象。使对象放大或缩小用 SCALE 命令可改变对象的大小。首先，键入 SCALE，当出现提示符时，选择要调节的对象。然后在该对象的任何一个位置上选择一个基冷点，如果选择了比例因子，对象的缩小，就用小于 1 的因子，比如 0.5，这样，对象就缩小了一倍。选项 Reference 是最有趣的一个先项。如果选择 Reference，可以在一个新的长度之后，输入任意长度。例如，如果把一个对象放大百分之三百，可以输入比例因子 3。但是如果要把长度人 2.79 改为 4 怎么办呢？可以用计算器
17、算一下，然而用Reference 选项容易得多。参照长度 2.97 是旧的长度，4 是新长度。AutoCAD 能够自动地调整比例因子。请记住，SCALE 命令将真正永久地改变对象的大小，所以，当在一幅图中用不同的比例画多个对象时，这个命令最合适。换句话说，如果只是在输出到绘图机时再用不同的比例，那么最好在 PLOT 命令中用 Scale 选项。键入：SCALE（或从 Modify 工具栏选）响应：Selectobjects:选择要调整大小的对象。响应：Basepoint:在对象选择一个点。响应：/Reference:键入：25该对象被缩小为原来的四分之一。通过 Grips 对话框可以用 Gri
18、ps 改变对象的大小。键入 DDGRIPS 或从Options 下拉菜单选择 Grips可以显示该对话框。使用相对位移的 COPY 或 MOVE 命令在使用 COPY 或 MOVE 命令时，有一种方便快捷的方法复制或移动对象，这就是使用相对位移，而不心先给一个基准点，另外再给出位移。假定要把一个对象向右移动 4 厘米，向上称动 2 厘米：键入：MOVE（或从 Modify 工具栏选）响应：Selectobjects:选择对象并确认。响应：Basepointordisplacement:键入：4，2。 （注意，这是位移）响应：Secondpointofdisplacement:键入：。当在第二点
19、按回车时，AutoCAD 把第一点当作相对位移来处理，而不把它当作绝对坐标。层块处理技巧取消层取消层并不容易，不是一条命令所能及的。首先应明确要作的事情：不显示某层？消除层上的所有对象？要删除整个层，以后如果再需要用，就得重建？让我们一项项来讨论。如果只是不想显示该层，用 LAYER 命令的FREEZE 中 OFF 子命令即可。或者，可以在层的下拉式列表框（在ObjectProperties 工具栏）中单击箭头，使该层呈现太阳图标。（1）如果要删除层上的对象，按下列过程操作。首先，转到删除的层上，之后冻结所有其他的层。也可以激活如图 42 所示的LayerControl 对话框，单击 Sele
20、ctAll，再单击 Frz。键入：LAYER响应：?/Make/Set/New/ON/OFF/Color/Ltype/Freeze/Thaw:键入：FREEZE响应：Layername(s)tofreeze:键入：*键入：（结束 LAYER 命令）键入“*“，表示冻结图中的所有层，而 AutoCAD 不允许冻结当前层，这就是在命令开始前首先转到该层的用意。（2）现在用 ERASE 命令，围绕屏幕上的所有对象开一个交叉窗。如果不能看到所有的对象，用 ZOOM 功能的.5 因子，将图中所有对象置于屏幕中央。这时删除就非常容易。用 ZOOMPrevious 命令可以回到原来的地方，最后一步是解冻那些
21、冻结的层。键入：LAYER响应：?/Make/Set/New/ON/OFF/Color/Ltype/Freeze/Thaw:键入：T响应：Layername(s)toThaw:键入：*键入：（结束 LAYER 命令）第三种可能是要完全删除层。首先要按上述过程删除层上所有的对象。（3）用户可以用 PURGE 命令清除未用的层，其中的一个选项便是Layers。它依次进入没有对象的层，并询问用户是否将它删除。回答 Y，就会删除该层。使线型正确显示有时线型明明是虚线，却显示为连续线，很让人感到迷惑。造成这种现象可能有几种原因。可能由于 VIEWRES 影响了比例（通过图的重新生成可消除） ，或是 LT
22、SCALE 设置有错。或是两个原因均有。LTSCALE 控制着线型的比例。比例增加，则屏幕上和最终绘图输出时的线或点间的物理距离增加。PSLTSCALE 是一个系统变量，如果设有 0，允许总体的 LTSCALE 对等控制各个图纸空间视窗。如果 PSLTSCALE 设为1，则不管用户是否使用缩放视图，图纸空间视窗将正确反映线型比例。预设置原型图中的层当用户开发自已使用 AutoCAD 的方法时，会将此技巧作为自已的标准操作过程。例如，用户可能发现自已总是使用 22 个标准层，其中设置了特定的颜色和线型，可经将这些层放在一个原型图中，如 ACAD.DWG，这样无论如何开始一幅新图，这些项都会设置好
23、，以备使用。透明层无论何时定义块，它都会永久保持创建时所在层的特性。如果块中的对象在多个层上，将保持原始层的颜色及线型。这一点很有用-无论何时插入块，它都具有生成该块的层的颜色和线型。但有时，希望插入的块的特性与被插入层一样，这也可能。第 0 层是透明层，这意味着，在 0 层创建的块不带有层的特性，而是与插入所在的层的特性相同。将属性作为块的一部分属性通常应该是块的一部分，因为它就是在块插入时才取得数值。在创建块时，请同时创建属性。当使一项成为块时，确认它包含了属性标签。如果某块已经存在，并且需要为它赋加属性，首先应在图中的任何部位插入它，解体此块，使用 ATTDEF 命令来创建属性。然后重新
24、组成此块并回答 Y 来应答是否要重新定义此块。请注意一点：只有重新定义块才会有属性。单位块有时将块的尺寸创建一个单位，而在插入时再确定其比例。采用这种方法就无需创建各种可能尺寸的块，其缺点是若 X 和 Y 比例因子不同，则以后无法拆散比块。如果需要许多不同尺寸的块，可以考虑写出一个AutoCAD 程度使它参数化，即先询问对象的尺寸并据此创建该对象。文本及注释技巧将文本限定在一定范围内有两种方法可以保证将文本限定在定义的范围内：使用 Align 或 Fit选项。但应清楚它们之间的区别。使用 Align 时，会被问及开始点和结束点。AutoCAD 会通过整文本的高度将文本强制在定义范围内。显然，定
25、义范围内的文本越多就会越小。使用 Fit 时，同样会被问及开始点和结束点。AutoCAD 会通过调整字符的宽度将文本强制在定义范围内，而字符的高度不变。因此，定义范围内的文本越多，看起来就越拥挤。键入：DTEXT（或者从 Draw 工具栏中选取）响应：Justify/Style/:键入：A响应：Startpoint选取开始点。响应：Endpoint选取结束点。响应：Text：键入文本。它会变小，被限制在两点之间，其高度会被调整。垂直书写文本这是文本样式的属性之一。当问到此问题时，回答“Y” 。从 Data 下拉菜单中选择 TextStyle。键入：STYLE响应：Textstylename(o
26、r?):键入：R25（这是样式名。 ）响应：Newstyle:Fontfile:屏幕上出现文件对话框。可以选取需要的字体文件并继续，或者单击Typeit 按钮，从命令行键入文本文件名。键入：ROMANT（这是 AutoCAD 字体名。 ）响应：Height:键入：响应：Widthfactor:键入：响应：Obliquingangle:键入：响应：Backwards?键入：响应：Upside-down？键入：响应：Vertical?键入：Y测量曲线围成的区域或不规则区域的面积曲线区域是个特殊的挑战。可以沿曲线用 ObjectSnap 选择多个点，但这样做得到的结果不够精确。另一个方法是，如果要测
27、量的区域完全被单个对象包围，则可以选择取 AREA 命令的 Object 选项。如果该区域不是单个对象，那么最好用 PEDIT 命令将它变成一个对象。当指向图中的单线时，AutoCAD 会提示用户它不是多义线，并询问是否应将它变为多义线。回答 Y，然后用 Join 子命令将它与其他对象连接起来，创建单个对象。完成后，就可以使用 AREA 命令的 Object 选项。当该区域被确认后，可以使用 EXPLODE 命令将这些对象拆散回原来的状态。另一个方法是使用 REGION 命令选取各个对象，它们将会变成一个对象。其它步骤与多义线连接方法相同。最后也可以用 EXPLODE 命令将该区域拆散回原来状
28、态。键入：AREA（或者从 ObjectProperties 工具栏中选择。 ）响应：/Object/Add/Subtract:键入：0响应：Selectcircleorpolyline:选择相连的多义线或区域。然后 AutoCAD 会给出该区域的面积。2.3 三维 CAD 的优势首先 CAD 技术以实用的零件实体建模优势和简便的产品造型修改和实体装配图的生成被用在机械设计的多个方面设计软件为三维建模提供了多种工具，包括最基本的几何造型如球体、圆柱等，对简单的零件，可通过对其结构进行分析，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
29、模型。对于较复杂的图形，软件提供了草图工具，设计人员可以通过它先勾勒出截面，再拉伸出较复杂的几何形体。为了满足人们不断提高的审美要求，目前主要流行的几款三维设计软件基本上都提供面片模块，该模块为设计人员提供了非常方便的曲面设计工具。对于具有大块曲面的零件，设计师可以方便地对单个面或片体进行变形处理，以达到需要的曲面。企业生产的产品往往是按系列区分，各系列中每一代产品与上一代产品之间的区别较小，也许只是增加了一个功能部件或是产品造型尺寸上有所改动。三维 CAD 可以方便地修改一些参数就能达到设计师更改造型的目的。三维 CAD 在建模中一般使用参数化建模，整个建模的步骤和产品的外型尺寸被参数化，这
30、些参数是与产品的造型直接关联的。若要对尺寸或造型进行局部的更改，只需要更改相关参数，整个造型将被自动更新。这样不仅大大减少了设计人员的工作量，还保证了产品外造型的延续性。实体装配不仅能让设计人员直观地看到各零件装配后的状态，还可以测量各零件之间的空间大小，方便零件的布置。在装配完成后，零件可以被隐藏或设置成半透明的状态，方便设计人员观察内部结构。此外，在装配状态下，软件提供的标准件库，也方便了设计人员对标准件型号的选择。装配状态下的干涉分析也是常用的功能，计算机通过计算各装配零件的体积的大小和位置来确定是否有相交的部分，并确定各零件是否干涉，自动生成分析报告，明确指出互相干涉零件的名称和干涉的
31、尺寸。方便设计师修改产品设计尺寸。另外随着技术发展，为了减轻人工劳动强度，提高产品的精度，制造行业装备从普通机床逐步到数控机床和加工中心，模具激光快速成型技术（RPM）等，几乎应用到整个制造行业。这些数控加工装备基本都具有与各三维设计软件的接口。当产品模型在三维 CAD 软件中完成后，再由 CAD软件模拟出加工刀具路径，随后生成数控语言，通过接口输入数控设备中，再由数控设备按照模拟出的加工路径加工产品。3 计算机辅助设计在生产中的应用3.1 计算机辅助设计应用于生产的优势作为一项被世界各国广泛应用的计算机技术，CAD 技术是衡量一个国家工业水平的重要标志之一，也是衡量一个企业技术水平的重要标志
32、。利用计算机实现生产设计和生产，是降低成本提高工程设计中的精确强度，加强竞争与夺标能力的有力手段。计算机绘图是建立起某种模式和方法，使计算机领会人的意图， 进行科学分析和计算，作出判断和选择，最后输出满意的设计结果和生产图纸。它是设计者向系统输人根据设计要求建立起来的数学模 型和设计参数，让计算机去检查有关的资料，并根据相应的公式和标准规范进行计算机优化、显示出设计结果。其还可以在屏幕上对设计结果进行放、缩、旋转、平移等变换。如果用户不满意，可以对设计图形作出修改、剪裁、拼接等处理，直到获得满意的结果，最后由绘图机输出图样。功能和很高的数学精度，其有效位数已完全能够满足工程测量中的需要。在工作
33、期间。可将所有图纸、所有工程量表格及文档进行分类，其重点是对图纸文件利用 AutoCAD 进行总图的绘制，在以后的工作中，就可以在总图上进行查找，它将更好的减轻测量人员的外业劳动强度，更好地提高测景作业效率和作业精度。较之于传统的手绘图设计，计算机辅助设计软件 CAD 的优点主要体现在以下几个方面。其一，使设计工具集中化 计算机作为设计工具，代替了所有其它传统设计工具。如常用 的纸、笔、直尺、圆规、三角板等。减轻了常规制图的劳动强度。自从使用 电脑绘图后，桌子上少了笔、尺、圆规、三角板等随着小小鼠标的移动。一张工整的图纸便呈现在面前。 其二，避免了重复性工作，大大减少了工作强度。在以往的绘图工
34、作中，往往需要绘制不同比例的样图，是重新绘制，而计算机只要将图纸提出，加以简单放大或缩小就可以 得到所需的各种比例样图。计算机是个善于复制和修改的能手，它能使重复性工作大为减少，提高工作效率。 其三，在图纸管理方面为工作者提供了很大的方便。传统的图纸修改，首先要刮图纸，极易造成图纸损坏，大大影响了图纸的美观性。而在计算机中对图纸进行，无论修改多大面积的绘图，对图纸修改多少次，即使是牵涉到图的重新排版，都可以很方便地完成，并且在最后出图时不留痕迹。并且对于保存的大量图纸还可以按一定的顺序，比如名称、规格、类型等进行分类，打印成图，或者刻录到光盘中，永久保存，不但减少档案柜占据的工作空间，也有效地
35、防止了由于计算机损坏造成的图纸资料的丢失。计算机操作系统还提供了强大的目录管理功能，可使不同类别的图纸存放在各个不同的文件夹中，以代替庞大的文件柜和分件夹，还可对这些图纸资料进行复制、备份、提取和整理。现在，除了正常绘制加工所需的图纸外，正逐步把文件柜中保存多年的图纸资料输入到计算机中。3.2 计算机辅助设计在生产中的作用计算机辅助设计在生产中扮演着正面积极的角色，他从各个方面促进了生产的效率。以机械生产为例，目前轴承市场竞争异常激烈，需求不断提高,所需产品结构复杂、精度要求高,交 货日期短。 轴承设计要求严格,内部尺寸之间有严格的配合关系,并且其要求的生产工艺复杂，加工精度高,所需的工装图纸
36、不仅数量大,而且加工难度大,尺寸要求严格。 通 常的设计流程是,先设计出草图,根据草图试生产若干件样品,再根据试生产的结果修改图纸,反复几遍,才能最终出正式图。这样不但生产周期长,而且因为反复修改模具、工装,导致生产成本提高。 如何提高产品的一次设计成功率,降低生产成本,缩短制造周期,从而提升企业的市场反应速度,提高轴承产品的竞争力？在轴承设计中应用 CAD 技术,较好地解决了这一问题。 (一)提高质量应用 CAD 技术可以提高产品设计的质量,缩短设计周期,真正做到辅助设计二维 CAD 技术虽然可以帮助设计人员把图纸画得规范、漂亮,提高绘图效率，而且以后的图纸修改及管理也很方便。但它与传统的手
37、工绘图一样,对减少产品设计错误、设计更改和返工现象并无重大影响,对企业最需要的设计质量并没有多大的提高。而应用三维 CAD 进行产品设计,可以方便地设计出所见即所得的三维实体产品模型,所有零件的三维模型可以放在一张图内。而利用三维 CAD 提供可以方便、快捷地对三维模型进行模拟装配和干涉检查,对重要零部件进行有限元分析与优化设计。所有零件的设计缺陷和干涉部位,可以一目了然地发现出来,无需面对数十张二维图纸苦心冥想其中的关联。设计人员的考虑重点将是产品的结构是否合理,产品的功能是否满足要求,无需花费大量精力去考虑产品图线型、剖切位置、投影关系等与产品质量关系不大的因素。生产的二维工程图纸,可通过
38、三维 CAD 的三维与二维的关联功能, 直接由三维自动生成符合国标的二维工程图纸。 (二)节约成本应用三维 CAD 能够减少产品工装修模次数,降低成本。如某些精密加工行业,产品加工所需的工装不但数量大、规格种类多,而且加工精度要求很高,制造周期较长。通常的做法是根据产品图和操作图,先用二维 CAD 一笔一笔地绘出工装草图,然后试制、试装,不合适再修改,反复几次,直到达到工艺要求。使用三维 CAD 设计工装,则可以克服传统绘图的缺点,直观地看到各组成零件的配合情况,甚至可以通过模拟工装的运动过程,在工装投入制作之前发现不合适的部位及时修改,从而提高了工装设计的准确性,减少了修模次数,从而节省了生
39、产成本,产品制造周期也缩短了。(三)灵活性高应用三维 CAD 能够快速进行变型设计。某些具有型号多，系列多等特点的产品，往往同系列的产品工装结构基本相同,只是尺寸不同。而不同系列的产品工装虽然结构不同,但工装中的某些零件结构相似,只需稍做改动。应用三维 CAD 可以快速完成工装的变型设计,因为所有零件均以数字样机的形式存放 在计算机中,在已建立的数字样机基础上,根据同系列或相近系列产品的不同要求,或修改、或增加、或删除各种结构和零部件,快速准确地完成新工装的设计。基于参数化建模的三维实体设计软件,能够更快速、更经济地完成所要进行的工作,它的装配检查,也可避免以往变型设计中容易产生的碰撞等不合理
40、结构,使变型产品的设计更趋完美。 (四)便利性应用三维 CAD 能够提高产品宣传的效果。利用三维 CAD 的设计软件高级渲染功能和动画输出功能,能够把已经设计出的产品和各零部件模型,输出成具有照片级真实感的效果图,或者将产品各部件之间的运动和相互的约束关系以动画的形式表现出来,模拟产品的实际工作状态。通过效果图和动画,无需等到产品制作出来,客户就可以“看到”该产品,从而对设计的产品结构和功能有较深刻的理解,弥补了以往仅利用技术图纸进行产品描述所带来的不便,达到提高客户满意度和树立企业良好形象的目的。4 计算机辅助设计的应用趋势4.1 计算机辅助设计应用于生产时存在的问题虽然 CAD 技术已经广
41、泛的用于各个行业的生产环节之中并日趋成熟，但不可否认的是在一些领域仍存在问题。其原因有以下几点：其一，未能真正实现辅助设计。很多使用企业并未实现真正的辅助设计，目前很多单位用 CAD 软件可以做出三维模型，但仅仅是为了做三维效果图，并未真正实现运用三维 CAD 软件进行整体空间设计和受力分析，还停留在平面图设计方面。他们只是做到用计算机出图，只停留在这个阶段，就失去了其应有的作用，因为 CAD 是辅助设计，不是辅助绘图。特别是三维 CAD 软件中的 CAE 功能在各企业间应用得就更少了。以汽车行业为例，虽然现在汽车企业普遍认识到，CAE 功能可以进行产品的性能与安全可靠性分析，并对产品未来的工
42、作状态和运行行为进行虚拟运行模拟，及早发现设计缺陷，实现优化设计。但对于如何有效开展 CAE 的工作就没有明确的认识。其次，精通 CAD 技术的人员匮乏。三维 CAD 系统是一个复杂、多样的系统，并不是每个设计人员都能很好地掌握，更何况大部分设计人员并没有接受过CAD 的应用培训，对 CAD 的多数功能知之甚少，他们完成的设计很可能就存在一些缺陷。世界著名的汽车制造商福特、通用、戴姆勒-克莱斯勒等企业之所以 CAD/CAM 技术应用得好，是因为得益于几十年来一直大力开展CAD/CAM 应用而积淀下来的宝贵经验以及培养出了一支高水平的技术队伍。现在国内既懂计算机软、硬件，又有丰富专业知识的人才匮
43、乏，而这恰是企业最为宝贵的财富。为了留住人才，各企业也做出了很大的努力，但整个行业还是缺乏培养人才的氛围，部分企业还是没有意识到自己培养出的人才比在市场上招聘的人才更了解自己的企业，也是企业发展的中坚力量。改变这一点还需要付出大量的努力，需要经历一个长期的过程。4.2 计算机辅助设计应用于生产的发展趋势计算机辅助设计软件已经给人们的设计工作提供了很大的便利，但其自身仍在不断的完善之中，同时也在向着以下几个方向发展：(一)图形交换技术一个直观的、智能化的工作界面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。CAD 软件是产品创新的工具，务求易学好用，复杂的功能操作简单，简单的功
44、能能够实现自动化。因此，智能化图标菜单、实时生成的造型、动态提示指引等一系列人性化的功能，为设计师提供了方便。此外，触摸输入法草图识别、语言识别和特征手势建模等新技术也正在研究之中。(二)智能 CAD 技术随着人们一定程度上掌握创造性活动的规律，逐渐对计算机辅助设计软件提出智能化需求。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
45、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。(三)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
46、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 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。结 语通过这次设计论文设计,我对机械和计算机辅助的设计有了更加深刻的了解。古人云“工欲善其事,必先利其器” 。先进的设计工具能够提高产品的制造水平。计算机辅助
47、设计技术发展到今日，其二维绘图转向了三维设计,这是质的飞跃。应用三维 CAD 系统进行产品开发,从根本上改变了过去手工绘图、凭图纸组织整个生产过程的技术管理方式,设计构思的表达由二维图纸演变成能在计算机模拟显示零件三维实体模型的虚拟产品,大大提高了产品设计的一次成功率,从而不仅缩短了产品的设计周期,提高了设计质量,而且降低了生产成本。这项技术必将提高产品的竞争力,使企业在激烈的市场竞争中获得生存与发展。因此，计算机辅助设计在生产中正在并将持续扮演着重要的角色。为了使我国的计算机辅助设计技术在不久的将来能赶上发达国家的水平，并能同步增长。为了提高数字化产品在国际市场的竞争能力，我们必须深入研究数字基础理论，加强计算机辅助设计的研发研究。
