浅析机械 CAD 技术的应用及发展趋势

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1 前言
机械设计是一个有近百年历史的技术领域,具有重要的历史地位。各种新的设计方法、计算技术以及新工艺不断应用到机械设计中，使机械设计过程不再单调。近年来,随着计算机技术的发展,CAD技术在工程设计、机械制造等领域得到越来越多的重视,已经成为先进制造技术的重要组成部分。机械 CAD 系统逐步得到应用和推广,使传统的设计方法得到巨大改善,提高了设计效率和设计质量，产生了巨大的经济效益。

2 面向对象的机械 CAD 技术的应用
传统的机械 CAD 技术是以过程为基础，应用结构化程序设计方法，根据各自的功能分为独立的模块，将问题中的整体任务划分为一个个的子任务，即基本模块，模块彼此之间以数据作为沟通的渠道。而面向对象程序设计是以现实模型为基础,对客观的实体对象进行描述。进而在对象之间建立层次结构，根据对象状态的属性和允许施加于这些属性的操作，从而确定对象之间的相互影响和作用，从而软件结构基本形成。

2.1 抽象性和封装性
由于面向对象应用了数据抽象技术，从而阻止一个程序对一个对象的访问，所以这就是说，可以改变数据的内部结构而不改变数据的程序。这就是依靠了面向对象的机械 CAD 技术的封装性来实现的。它需要保证数据域代码的高度一致，将对象的数据结构和对该数据的操作捆绑起来，形成一体，并将对象实施起来的具体细节隐藏起来，操作人员看到的仅仅是该对象的一些特性。对于访问对象，有且只有靠公共界面中的操作函数来实现，这样就可以在不关
心内部结构的情况下来使用数据程序。

2.2 机械 CAD 建模分析
在机械产品二维或是三维建模过程中，应用了面向对象的技术。对于某个具体问题，用对象作为概念，对对象进行一定的分析和归类，从而建立用来面向对象系统的关系图。与面向过程 CAD 所不同的是，对系统的静态和动态属性的描述是通过对数据结构和行为的抽象来实现的，在这个过程中得到了对象所构成的层次结构和对其的语言描述，进而完成机械 CAD 的相关设计。最后，利用一种程序设计语言（比如 C、C++）将上述设计步骤转换成机器语言，并编写正确的程序，这才最终完成机械 CAD 系统。

3 机械 CAD 技术的发展趋势

3.1 智能化
现有的 CAD 技术在机械设计中只能处理数值型的工作，包括计算、分析与绘图。然而在设计活动中存在另一类符号推理型工作，包括方案构思与拟定、最佳方案选择、结构设计、评价及参数选择等。这些工作依赖于一定的知识模型，采用符号推理方法才能获得很好的解决。因此，将人工智能技术、知识工程技术与 CAD 技术结合起来，形成智能化 CAD 系统是机械 CAD 发展的必然趋势。以下几个问题应给以密切注意。

（1）发展新的设计理论与方法。例如，并行设计、标准化设计、模块化设计、协同设计等，都是当前研究的热点。只有在新的理论与方法指导下才可能建立新一代的智能 CAD 系统，才能解决目前还不能有效解决的方案设计、创新设计等问题。

（2）继续深入研究知识工程在机械设计领域中应用的一些基本理论与技术。例如，设计知识的表示与建模、知识利用中的各种搜索与推理方法等。

3.2 集成化
众所周知，由许多种软件所组成的复杂系统中，集成有多种含义。而这里所说的集成是指信息集成。为了提高设计的质量和效率，就要提高系统的集成水平，可在如下方面进行改进。

（1）数组化产品建模。CAD 技术要提供产品的设计、分析、制造、使用、维护报废等的几乎全部数据信息，因而提高的数据应该符合某种标准或规范；在建模过程中，就要对使用和生成的数据进行v12发动机规范化、参数化和数组化处理，提高设计质量。

（2）产品数据交换。数据进行交换时必须有规范准则，随着数据量的扩充，需要提供和不断完善已有的交换规范标准，而且新的交换思想和规范要不断补充进来。
（3）产品全生命周期数据管理。应该有效管理与产品相关的所有数据、继续改进和提高 PLM 软件性能，以及与产品相关的所有过程。

（4）对于各种 CAx 及 DFx 软件，要不断改进和继续开发，并使它们有机地集成起来。

3.3 标准化
随着 CAD 技术的发展，标准化问题越来越凸显出其重要性。迄今为止，我国已制定了不少于 CAD 技术相关的标准，就标准种类而言，可大致分为 5 类：（1）计算机图形标准。（2）CAD 技术制图标准。
（3）产品数据技术标准。（4）CAD 文件管理和光盘存档标准。（5）CAD一致性测试标准等。

此外，在航空、航天等一些大的行业中，针对某种 CAD 软件的应用也已经制定了行业的 CAD 应用规范。随着技术进步，新标准还会出现，这些标准对 CAD 系统的开发和 CAD 技术的应用具有指导性作用，是必须遵守的法则。更重要的是有些标准还指明了 CAD 技术进一步发展的方向。

3.4 网络化
互联网及其 Web 技术的发展，二级减速器迅速将设计工作推向网络协同的模式。因此，一方面，CAD 技术要能够保证因特网完善的协同设计环境。该环境具有电子会议、共享电子白板、图形和文字的浏览与批注、异构 CAD 和 PDM 软件的数据集成等功能，使用户能够进行协同设计。另一方面，CAD 技术提供网上多种 CAD 应用服务，例如，设计任务规划、设计冲突检测与消解、网上虚拟装配等工具。

4 结束语
如今，机械 CAD 技术应用在机械工程技术的方方面面。机械CAD 技术使设计者能够立足在三维立体模型，更直观的接受设计参数和设计结果，并借助统一的数据结构，能够更好地表现其设计思想。从长远角度看，机械 CAD 技术必将向着集成化、智能化、标准化、网络化方向发展。而且随着硬件的进一步发展和软件的不断完善，机械 CAD 技术在未来的机械工程领域中必将占据日益重要的位置，并推动机械制造业的发展。