三维CAD技术在机械设计中的应用探讨
二维CAD(ComputerAidedDesign)是我国机械行业目前应用最普遍的技术，然而，传统的二维CAD只是起到了电子图版的作用，因为它没能解决设计中最困难的几个问题，如:复杂的投影线生成、尺寸漏标、机构运动关系分析、设计的更新与工程管理等。所以，二维机械CAD没有做到真正的计算机辅助设计。随着计算机性能的提高，信息处理的智能化，机械设计手段正从二维CAD向三维CAD过渡，有相当一部分企业已完成了从二维CAD向三维CAD的转换，并取得了巨大的经济效益。相对于二维系统而言，三维系统才是真正的计算机辅助设计。
一、三维CAD技术在机械设计中的优点
通过实际应用三维CAD系统软件，笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势，具体表现在以下几点:
(一)零件设计更加方便
使用三维CAD系统，可以装配环境中设计新零件，也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，既方便又快捷，避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来，使人一目了然。
(二)装配零件更加直观
在装配过程中，资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系，若装配不正确即予以显示，另外，零件还可以隐藏，在隐藏了外部零件的时候，可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示，对于有一定运动行程要求的，可检验行程是否达到要求，及时对设计进行更改，避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。
(三)缩短了机械设计周期
采用三维CAD技术，机械设计时间缩短了近1/3，大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时，只需对其中部分零部件进行重新设计和制造，而大部分零部件的设计都将继承以往的信息，使机械设计的效率提高了3~5倍。同时，三维CAD系统具有高度变型设计能力，能够通过快速重构，得到一种全新的机械产品。
(四)提高机械产品的技术含量和质量
由于机械产品与信息技术相融合，同时采用CADCIMS组织生产，机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法，如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等，保证了产品的设计质量。同时，大型企业数控加工手段完善，再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工，一致性很好，保证了产品的质量。
二、三维CAD技术对机械设计的影响
三维CAD技术从根本上改变了机械设计的进程和质量，引进了现代设计概念，克服了传统设计带来的弊端，使机械产品的设计与生产发生了深刻的变化。
(一)更强调创新机械设计
传统设计中改型设计多，只能改变现有产品中某些尺寸，或只能消化某些产品，仿照生产，因此无法实现创新构思，使得产品从根本上没有质的飞跃。
而三维CAD技术在方案设计阶段，充分利用专家系统及现代科技新理论，建立多种机构进行构型对比，立体感强、效果逼真，更能激发设计人员的新颖构思。
(二)设计过程的并行化和智能化
随着局域网和Internet的普及，绝大多数人已认识到，网络将是21世纪发展的首选工具。一个大中型产品的设计不是一个人或是少数几个人能够完成的，而网络将这种设计任务的并行性的可能性大大提高。三维CAD技术使得设计人员之间的交流更容易，减少了交流过程中的不必要错误，网络交流更直观。
(三)设计和生产的一体化
计算机技术在设计中的应用已从以往的绘图发展到当今的三维建模、虚拟制造、智能设计及CAD/CAE/CAM集成阶段。三维设计软件是当今最先进的CAD软件，在发达国家与工程设计有关的各个领域得到了广泛应用。比如:美国福特公司应用三维CAD技术后将新型汽车开发周期从18个月压缩到12个月，减少了90%的实物模型，减少新产品的设计更改50%以上，减少新汽车试制成本50%，提高投资效益30%。波音公司新一代777客机生产中实现了“无图纸设计”，其先进的CAD/CAM技术走在了全世界的前面。三、三维CAD技术在目前机械设计中存在的问题
CAD技术在机械设计中的优势是非常明显的，它给企业带来了效率与效益，但在有些企业却效果不好，主要表现在:
(一)未能真正实现辅助设计
很多使用者并未实现真正的设计，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，就失去了作用，因为CAD是辅助设计，不是辅助绘图。
(二)精通CAD技术的设计人员缺乏
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没有接受过CAD的应用培训，对CAD的多数功能一无所知，他们完成的设计很可能就存在一些缺陷。
四、发展趋势
从制造到创造是任何国家都要经历的一个发展过程，随着中国机械行业的不断壮大，越来越多的设计者要从中国制造转向中国创造，而创造就不再是为了解剖或生产某一个零部件而设计，而是整体设计整个产品，单凭二维技术是不够的，三维自然必不可少。先进的设计能力才能产生先进的制造企业。从长远看，从二维到三维是CAD一个不可逆转的趋势。
中国制造企业从二维到三维是企业深化CAD应用的一个方向，因为三维CAD软件能够提升企业的产品创新设计能力。而当企业应用三维CAD软件后，也会提出深化三维CAD应用的需求。因此，我认为国家应该大力提倡研制具有自主知识产权，符合设计习惯、行业标准和企业文化的，面向行业的应用模块。随着计算机性能的提高，信息处理的智能化，CAD三维技术正向着开放、集成、技能和标准化的方向发展。正确把握CAD技术的发展趋势，对我国CAD软件行业的开发及企业正确规划自身的CAD应用系统，都具有深远的意义。
一、三维CAD技术在机械设计中的优点
通过实际应用三维CAD系统软件，笔者体会到三维CAD系统软件比二维CAD在机械设计过程中具有更大的优势，具体表现在以下几点:
(一)零件设计更加方便
使用三维CAD系统，可以装配环境中设计新零件，也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，既方便又快捷，避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来，使人一目了然。
(二)装配零件更加直观
在装配过程中，资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系，若装配不正确即予以显示，另外，零件还可以隐藏，在隐藏了外部零件的时候，可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型完成后还能进行运动演示，对于有一定运动行程要求的，可检验行程是否达到要求，及时对设计进行更改，避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。
(三)缩短了机械设计周期
采用三维CAD技术，机械设计时间缩短了近1/3，大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时，只需对其中部分零部件进行重新设计和制造，而大部分零部件的设计都将继承以往的信息，使机械设计的效率提高了3~5倍。同时，三维CAD系统具有高度变型设计能力，能够通过快速重构，得到一种全新的机械产品。
(四)提高机械产品的技术含量和质量
由于机械产品与信息技术相融合，同时采用CADCIMS组织生产，机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法，如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等，保证了产品的设计质量。同时，大型企业数控加工手段完善，再采用CAD/CAPP/CAM进行机械零件加工，一致性很好，保证了产品的质量。
二、三维CAD技术对机械设计的影响
三维CAD技术从根本上改变了机械设计的进程和质量，引进了现代设计概念，克服了传统设计带来的弊端，使机械产品的设计与生产发生了深刻的变化。
(一)更强调创新机械设计
传统设计中改型设计多，只能改变现有产品中某些尺寸，或只能消化某些产品，仿照生产，因此无法实现创新构思，使得产品从根本上没有质的飞跃。
而三维CAD技术在方案设计阶段，充分利用专家系统及现代科技新理论，建立多种机构进行构型对比，立体感强、效果逼真，更能激发设计人员的新颖构思。
(二)设计过程的并行化和智能化
随着局域网和Internet的普及，绝大多数人已认识到，网络将是21世纪发展的首选工具。一个大中型产品的设计不是一个人或是少数几个人能够完成的，而网络将这种设计任务的并行性的可能性大大提高。三维CAD技术使得设计人员之间的交流更容易，减少了交流过程中的不必要错误，网络交流更直观。
(三)设计和生产的一体化
计算机技术在设计中的应用已从以往的绘图发展到当今的三维建模、虚拟制造、智能设计及CAD/CAE/CAM集成阶段。三维设计软件是当今最先进的CAD软件，在发达国家与工程设计有关的各个领域得到了广泛应用。比如:美国福特公司应用三维CAD技术后将新型汽车开发周期从18个月压缩到12个月，减少了90%的实物模型，减少新产品的设计更改50%以上，减少新汽车试制成本50%，提高投资效益30%。波音公司新一代777客机生产中实现了“无图纸设计”，其先进的CAD/CAM技术走在了全世界的前面。三、三维CAD技术在目前机械设计中存在的问题
CAD技术在机械设计中的优势是非常明显的，它给企业带来了效率与效益，但在有些企业却效果不好，主要表现在:
(一)未能真正实现辅助设计
很多使用者并未实现真正的设计，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，就失去了作用，因为CAD是辅助设计，不是辅助绘图。
(二)精通CAD技术的设计人员缺乏
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没有接受过CAD的应用培训，对CAD的多数功能一无所知，他们完成的设计很可能就存在一些缺陷。
四、发展趋势
从制造到创造是任何国家都要经历的一个发展过程，随着中国机械行业的不断壮大，越来越多的设计者要从中国制造转向中国创造，而创造就不再是为了解剖或生产某一个零部件而设计，而是整体设计整个产品，单凭二维技术是不够的，三维自然必不可少。先进的设计能力才能产生先进的制造企业。从长远看，从二维到三维是CAD一个不可逆转的趋势。
中国制造企业从二维到三维是企业深化CAD应用的一个方向，因为三维CAD软件能够提升企业的产品创新设计能力。而当企业应用三维CAD软件后，也会提出深化三维CAD应用的需求。因此，我认为国家应该大力提倡研制具有自主知识产权，符合设计习惯、行业标准和企业文化的，面向行业的应用模块。随着计算机性能的提高，信息处理的智能化，CAD三维技术正向着开放、集成、技能和标准化的方向发展。正确把握CAD技术的发展趋势，对我国CAD软件行业的开发及企业正确规划自身的CAD应用系统，都具有深远的意义。
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