王霄琳

德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院

隨著信息行業(yè)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)在各行各業(yè)都有了廣泛的應(yīng)用。各種新的計(jì)算機(jī)技術(shù)以及設(shè)計(jì)方法等都在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域被應(yīng)用，這很大程度的完善了機(jī)械設(shè)計(jì)的過程。現(xiàn)在CAD 在機(jī)械設(shè)計(jì)中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了制造技術(shù)的飛快發(fā)展。CAD 技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了制造業(yè)設(shè)計(jì)過程的效率與質(zhì)量，同時(shí)也很大程度改善了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。本文將對機(jī)械CAD 技術(shù)在機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方面進(jìn)行簡單的探討。

機(jī)械CAD 技術(shù)的概述

構(gòu)成與功能

機(jī)械CAD 技術(shù)主要表現(xiàn)在CAD 的系統(tǒng)之中，CAD系統(tǒng)主用是用戶用來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的理念，從整體上可以分為：基礎(chǔ)層、應(yīng)用層和支撐層。基礎(chǔ)層主要由計(jì)算機(jī)、相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)構(gòu)成；應(yīng)用層是專門針對不同的CAD 應(yīng)用領(lǐng)域的不同需求專門的軟件構(gòu)成；支撐層是包含了計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫管理軟件等一系列相關(guān)軟件構(gòu)成。一般通用的CAD系統(tǒng)具備以下基本功能：第一，處理常規(guī)設(shè)計(jì)、可靠設(shè)計(jì)、仿真設(shè)計(jì)以及進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。第二，具備相關(guān)的輸入輸出功能。第三，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的管理，適合不同CAD 的數(shù)據(jù)交換和接口。第四，其他的一些功能，比如進(jìn)行基本的編輯和文字處理等。

機(jī)械CAD 與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的對比

使用CAD 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，方便、效率高，整個(gè)過程都可以進(jìn)行模擬仿真。而傳統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求人工繪制出圖像的信息，還要備有繪圖工具、圖紙和繪圖手冊材料等。CAD 是由計(jì)算機(jī)硬件直接完成。所以不論是從工作效率還是工作質(zhì)量上CAD 技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中都有很大的優(yōu)勢。

CAD 技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)

更加接近人的思維過程

機(jī)械設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，首先是構(gòu)思過程，然后才進(jìn)行表達(dá)。在構(gòu)思過程中形成的三維形狀直接在計(jì)算機(jī)上呈現(xiàn)，是最理想的表達(dá)方式。這樣設(shè)計(jì)師就專注與自己的設(shè)計(jì)，不用去更多的在圖形的表達(dá)上花費(fèi)更多的時(shí)間，這也對設(shè)計(jì)師的不間斷進(jìn)行設(shè)計(jì)的思路也很有幫助，而且CAD 的三維設(shè)計(jì)得到的直接是三維的立體圖形，直觀而且更易于理解，對設(shè)計(jì)師的思維也能起到促進(jìn)作用，也有利與設(shè)計(jì)師間的互相交流。

縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)周期

CAD 的機(jī)械設(shè)計(jì)在較為復(fù)雜的幾何造型設(shè)計(jì)上也是有很大的優(yōu)勢的。對于較為復(fù)雜的設(shè)計(jì)，可以通過布爾運(yùn)算，由簡單的圖形組合成復(fù)雜的圖形實(shí)體，而且能自動(dòng)生成相貫線，這樣就減少了不少的設(shè)計(jì)者工作量，縮短了設(shè)計(jì)周期，生產(chǎn)效率也有了很大的提高。對于一個(gè)新的機(jī)械設(shè)計(jì)開發(fā)，可以在原來的基礎(chǔ)上對部分的零部件進(jìn)行新的設(shè)計(jì)即可，大部分的零件信息都可以繼承以往的，這樣可以使設(shè)計(jì)效率提高4 倍左右。三維的CAD 系統(tǒng)還具有高度的變形能力，對于需要?jiǎng)?chuàng)新的產(chǎn)品，僅通過簡單的重構(gòu)，便可以完成。

零件設(shè)計(jì)和修改操作簡單

在三維的CAD 設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，完成一個(gè)新的零件有兩種簡便的方式，一是在裝配的環(huán)境中設(shè)計(jì)新的零件；二是利用零件相鄰的形狀和位置關(guān)系設(shè)計(jì)出新的零件。這兩種方法都很簡單方便，并且還避免了設(shè)計(jì)中的零件出錯(cuò)問題。在該系統(tǒng)中還有零件的查找器，在完成設(shè)計(jì)時(shí)，查找器會自動(dòng)列出完成零件的所有閔玲指令，想要查看零件的設(shè)計(jì)完成步驟，點(diǎn)擊相應(yīng)的命令直接就會彈出詳細(xì)的說明。也能通過零件的回放將制造零件的全過程都通過動(dòng)畫的方式演示出來。如果零件需要修改，也能通過點(diǎn)擊相應(yīng)的命令指令進(jìn)入零件的編輯環(huán)境來完成修改。所以不管是在零件的設(shè)計(jì)還是修改的過程都很簡單方便。

裝配零件方便直觀

在設(shè)計(jì)中利用不同的裝配系統(tǒng)可以把每個(gè)零件都裝配起來，資源查找器將零件之間的裝配關(guān)系全部記錄下來，如果哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題或者不正確，查找器就能顯示出來，同時(shí)可以對兩件進(jìn)行靜干涉檢查，一旦有問題可以及時(shí)進(jìn)行修改。零件還可以進(jìn)行隱藏，隱藏的零件可以直接看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。在機(jī)器部件裝配完成后還能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)演示，對于特殊要求的，也能檢查是否滿足要求。在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)出來的零件先進(jìn)行加工和裝配的仿真試驗(yàn)，可以檢查出零件的加工工藝和裝配是否滿足要求，這樣就減少了零部件的報(bào)廢率。

提高機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量

機(jī)械產(chǎn)品與信息技術(shù)的相互融合，使得機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。三維的CAD 技術(shù)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，對于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量上也有了更好的保證。現(xiàn)在我國大型的企業(yè)數(shù)控的加工技術(shù)也較為完善，CAD 設(shè)計(jì)配合數(shù)控的生產(chǎn)，這樣一致性的生產(chǎn)，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。

機(jī)械CAD 技術(shù)的應(yīng)用探析

運(yùn)用機(jī)械CAD 技術(shù)封裝性，改變數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)在面對對象的程序設(shè)計(jì)中，CAD 的技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不改變數(shù)據(jù)程序，對內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，也就是阻止了某一對象專一的訪問某一程序。在應(yīng)用程序過程中，一定要保證數(shù)據(jù)代碼的一致性，還要對捆綁對象進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的操作，使這些數(shù)據(jù)成為一個(gè)整體，對于操作過程細(xì)節(jié)也能隱藏。CAD 技術(shù)進(jìn)行的技術(shù)封裝和抽象的應(yīng)用設(shè)計(jì)程序。而訪問對象，只是通過公共界面的一些操作函數(shù)進(jìn)行訪問，所以數(shù)據(jù)在使用過程更加方面，不用關(guān)心其內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)和組成。

機(jī)械CAD 技術(shù)在建模中的應(yīng)用

在CAD 技術(shù)的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的建模過程應(yīng)用非常廣泛。在建模的過程中，對象可以看做是一個(gè)概念，可以針對某一個(gè)具體的問題，進(jìn)行具體的分析與歸納，這樣就能很方便地建立起對紫銅的關(guān)系圖。面向?qū)ο蟮腃AD 機(jī)械產(chǎn)品建模更多的應(yīng)用于時(shí)間中，主要是完成對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽象化，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的動(dòng)靜屬性的描述過程，最終完成對象語言的描述，從而完成CAD 的機(jī)械設(shè)計(jì)過程。再利用其他的一些語言程序設(shè)計(jì)語言，實(shí)現(xiàn)各個(gè)過程的機(jī)器語言化，通過程序編程，最終完成CAD 設(shè)計(jì)整個(gè)過程的實(shí)現(xiàn)。

CAD 技術(shù)的發(fā)展趨勢

規(guī)范化

CAD 技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的規(guī)范化發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：數(shù)據(jù)模型的規(guī)范化、數(shù)據(jù)交換格式的標(biāo)準(zhǔn)化和CAD 資源的規(guī)范化等?，F(xiàn)在STEP 標(biāo)準(zhǔn)體系逐步趨于完善，這將對CAD 系統(tǒng)中的幾何數(shù)據(jù)、工程數(shù)據(jù)模型等的開發(fā)更加有利。以前的標(biāo)準(zhǔn)接口不能完全滿足現(xiàn)代的CAD 數(shù)據(jù)的交換要求。但是參數(shù)化的模型目前還沒有真正的解決。

智能化

CAD 技術(shù)的智能化方面有了進(jìn)一步的發(fā)展，主要體現(xiàn)在特征造型和參數(shù)的設(shè)計(jì)方面。這些軟件不僅是簡單的提供繪制工具或者是將線面的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，不去管理內(nèi)在的聯(lián)系。特征和參數(shù)的引入使得CAD 的功能更加強(qiáng)大，可以更大程度的將工程數(shù)據(jù)集中起來，放入到數(shù)據(jù)模型中。

信息集成化

現(xiàn)在的系統(tǒng)軟件已經(jīng)不是由單一的軟件構(gòu)成，為了進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)的效率和設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量，信息的集成化必不可少。CAD 的技術(shù)在產(chǎn)品的建模過程中，全過程都需要數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，所以，建模過程中的數(shù)據(jù)處理是一個(gè)很重要的方面。數(shù)據(jù)需要進(jìn)行數(shù)組化和規(guī)范化的處理。在整個(gè)過程中都有數(shù)據(jù)產(chǎn)生，所以數(shù)據(jù)量很大，在龐大的數(shù)據(jù)量交換過程中還要不斷完善各種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，還要進(jìn)行交換規(guī)模。要有效管理數(shù)據(jù)，做好產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中的數(shù)據(jù)管理，就要提高軟件系統(tǒng)的集成水平。

機(jī)械CAD 技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

在CAD 的優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中，會涉及大量的迭代計(jì)算，而且一些復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)的可靠性分析也對計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大的計(jì)算能力要求很高。所以向大型計(jì)算機(jī)計(jì)算方面發(fā)展是很有必要的。在復(fù)雜的、大型的設(shè)計(jì)中都離不開大型的計(jì)算機(jī)的運(yùn)算。傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案只是在設(shè)計(jì)中采用安全系數(shù)的方式來保證可靠性。但是這種方式會造成產(chǎn)品的可靠度過大，也就是在一定程度上產(chǎn)生了浪費(fèi)。但是可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方案并不是采用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在一些設(shè)計(jì)過程中，只是采用優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案或者是可靠性的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，就不能取得預(yù)期的目標(biāo)。可卡凹形的設(shè)計(jì)方法可以很好的與可靠性的設(shè)計(jì)理論相結(jié)合，這樣就會揚(yáng)長避短，最終得到最合適的設(shè)計(jì)方案。不過可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械CAD 的支持平臺下進(jìn)行的。在設(shè)計(jì)的過程中要求各個(gè)環(huán)節(jié)互相協(xié)調(diào)起來，數(shù)據(jù)進(jìn)行互通，信息要能實(shí)現(xiàn)共享，顯然復(fù)雜的計(jì)算分析需要計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的支撐。所以計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛快發(fā)展為CAD 技術(shù)的使用提供了很大的便捷，使CAD 技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中有了更加充分的發(fā)揮。

總結(jié)

機(jī)械CAD 技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用很廣泛，主要是在三維立體的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠優(yōu)化設(shè)計(jì)。不論是從設(shè)計(jì)的思想、設(shè)計(jì)質(zhì)量還是整個(gè)設(shè)計(jì)的效率上都比傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)有明顯的效果?，F(xiàn)代的CAD 技術(shù)也在不斷向新的方向發(fā)展，為機(jī)械設(shè)計(jì)的快速、更好的發(fā)展起到了推動(dòng)作用。