计算机技术的机械设计分析

1、机械设计中计算机技术占据的地位

计算机技术的快速发展极大的影响了机械设计，使传统设计方式向以CAD技术为应用核心的自动化阶段发展，并逐渐形成自动化设计代替传统手工设计，有效提高了机械设计的效率[1]。与此同时，在表现产品结构方面，计算机技术使设计形式由二维转变成三维，不仅可以表示产品形状与尺寸，还能利用计算机技术分析设计数据，使计算机技术直接对机械设计进行分析与制造。计算机技术可运用于机械并行、虚拟、计算机仿真等设计方法应用中，除此之外，应用计算机技术，还可以分析有限元、模态等复杂计算的设计，从而使计算机技术在机械设计过程中发挥应有效用。

2、机械设计中CAD技术的应用

计算机软硬件技术与其他技术的快速发展，使CAD成为具有综合性作用的新技术。目前，数控自动编程、计算机辅助工艺设计已与CAD技术运用相连接，而且在机械设计中，CAD技术得到更好的应用，主要应用主要有：（1）二维绘画。传统机械设计通常进行手工绘图，CAD技术的应用逐渐形成更加直观的二维绘画。（2）三维造型。设计零件结构时，可以利用三维图像呈现零件结构的实体造型设计，而且对设计的零件结构进行消隐和着色后，可以显现物体的真实形状，这样可以使设计人员掌握设计实际情况。（3）图形和符号库。CAD技术能分解复杂图形，形成简单的图形和符号存人库中，并在使用时在数据库中查找、调出，编辑调出的图形后，可在另一张图形中很好的使用。（4）参数化设计。在传统标准化或系列化设计中，机械零件结构具有一定相似性，设计过程中需对尺寸进行合理调整。应用计算机技术后，可利用参数化设计建立图形程度库，根据新的尺寸参数调整调出的图形，从而方便、快捷的形成新图形。（5）设计文档、生成报表。机械设备设计时，可利用计算机专门软件将设备设计属性制成文档或报表，同时可用图像形式表现设计中的一些参数。

3、机械设计CAD技术的优点

随着科学技术水平的不断发展，机械设计中的CAD技术目前已应用于多个领域，并取得了良好的成果。总结机械设计中的CAD技术的优点，主要包括以下几点。

3.1有利于提高产品的质量以及性能

CAD技术使用优化以及有限元受力分析等方式使机械设计的质量得以保证，并有助于强化产品的信息化性能。除此之外，CAD技术还能描述产品的几何特征，同时，还能赋予设计对象更多的信息，例如惯性矩、重量、体积、颜色等，以在形态上丰富设计对象，使其拥有更为准确的物理和数学描述，有益于充分展现设计师的设计理念以及意图[2]。

3.2有助于进行产品设计以及表现

设计师运用CAD技术，可制作出生动而又直观的三维立体式图像。从而促使机械师将更多的精力花在产品本身的设计制作中，一方面有利于提高产品的设计水平，一方面有助于深入扩展设计，与外界进行多方交流，从而能更好地展示设计产品。

3.3在装配环境中可对零件的进行设计和修改

CAD技术的一大突出优势就是可在装配环境中对零件进行设计和修改。在装配环境中，应用CAD技术可进行新零件设计，并能参考相邻的零件设计新的零件。从而有利于提高新零件与相邻零件在配合上的精确度，以减少和避免新设计出的零件与相邻零件出现无法匹配的情况。如在装配环境中，可依据箱体的形状、体积等相关数据设计出能与之匹配的箱盖。另外，在装配环境中，设置有资源查找器，当完成零件设计时，利用这一资源查找器就可观看到零件的整个制造过程，包括设计时的每一个步骤和方法。一般要进行零件修改时，需要通过资源查找器找寻到相关的零件步骤，才能进行修改。而在装配环境中，直接点击零件，进入零件环境就能直接进行修改。

3.4缩短设计时间，减轻工作量

运用CAD技术设计新机械时，通常会继承绝大多数零件的设计信息，设计师一般只需对个别零件或者结构进行重新设计即可[3]，这样一来可大大缩短工作的时间，提高工作效率。另外，运用CAD技术进行设计时，还可通过运算组合的方式，将一些简单的几何实体组成较为复杂的几何实体，同时，可生成截交线以及相贯线，从而大大减少了工作量。除此之外，运用CAD技术还能进行高度变形设计，并能实现快速重构，从而提高工作效率。

3.5在装配环境中对装配零件进行查看以及修改

在装配环境中，所设置的资源查找器的装配路径查找器中详细记录了各零件间的装配关系。若进行零件装配时，发现有装配不正确的情况，可通过装配路径查找器找到错误。与此同时，还能将该零件隐藏好，以查看其内部的结构。在完成部件装配后，能进行动画演示，以查看装配的过程。若对运动行程有要求的，也能进行行程检查以判断其是否达到行程要求。若在静态环境下不发生干涉的部件在运动中有碰撞情况，可及时予以更正，以防止设备在设计完成后才发现有相关问题，致使设备出现报废的情况。从而有利于降低机械模具试验的相关费用成本。

4、机械设计中CAD技术的未来发展前景

就目前情况看，机械设计中CAD技术主要应用于工程分析（包括结构分析中的应变计算、热传导特性分析、动态分析等）、计算机辅助绘图、运动仿真、公差分配审查、建立工程数据库、工程设计信息检索以及处理等。但机械设计是一种需要不断改进和分析评价的过程，这也决定了机械设计过程具有多解性、创造性、近似性等特征。这些特征在设计过程中十分突出，不过缺乏明确的数字模型，也很难得到较为明确的解答。这使得现有的CAD技术难有用武之地。针对以上特征，CAD技术的未来发展方向应向着信息集成化、智能化、信息交换接口标准化以及协同化、规范法等方向发展。

4.1信息集成化

主要是指实现CAD与CAM两个规程的一体化，并能在生成数控以及数控仿真加工程序中应用到CAD结果，从而增强信息集成化水平，提高工作效率。另外，在未来发展方向中，除了将CAD与CAM进行集成外，还应将CAPP、CAE纳入集成范围，并成为未来主要的产品设计开发模式。除此之外，CAD技术要实现信息集成，还应与快速原型制造集成，使其在并行工程的环境下，能评价以及修改产品的设计，以提高市场的竞争力。

4.2协同化方向

可使CAD微机联网，使CAD技术实现远程设计和互联网的协同工作，从而有利于实现不同单位、地域之间资源的优势互补。在此种协同化以及资源共享的模式下，CAD技术必然能够在很大程度上促进企业的工作效率。

4.3智能化方向

目前，CAD系统属于人机一体化的系统，随着专家系统以及人工智能等技术的不断发展和进步，在未来的发展形势下，CAD系统将向着智能化的方向发展。表现在CAD系统采取人工智能化的技术，并使用知识库里的设计知识进行决断和推理，以实现设计的更高水准。

4.4规范化方向

要实现CAD的标准化，则首先应对数据的模型进行规范，因此，对数据模型进行规范是CAD技术未来发展方向之一。随着STEP标准体系的逐步建立和完善，数据模型也越来越多地采用这一标准化体系，这对CAD技术的发展起着重要作用。

5、结语

在激烈的机械制造市场竞争中，要想获得成功必须采用先进的设计方法。计算机技术机械设计中的CAD技术，对机械设备的设计生产有重要作用。虽然，当前我国的CAD技术水平还不高，但随着科学技术水平的不断提高和进步，CAD技术也必然会在我国的机械制造业中发挥更大的作用，这对提高我国机械制造业的整体水平有重要意义。

作者：曹丽娜 王业坤 单位：山东工业职业学院 张店钢铁总厂