浅议计算机技术的机械探究

计算机技术在机械设计中的地位

计算机技术的飞速发展对设计产生了巨大的影响，使得设计由传统的手工设计转化到以CAD技术为主的自动化阶段，从而使设计的效率得到提高。同时，计算机技术使设计在表现产品结构上从二维转化为三维形式，不仅能够对产品的形状和尺寸进行表示，还拥有分析、加工、材料等数据，可以直接应用计算机技术进行分析和制造。在许多新的设计方法中，如并行设计、虚拟设计、计算机仿真等技术应用中，都离不开计算机技术的运用。此外，由于计算机技术的应用，使得一些需要复杂计算的设计技术如有限元分析、模态分析成为可能［3］。

机械设计中的CAD技术

随着计算机软件、硬件技术以及其他相关技术的飞速发展，CAD已经成为综合性的应用新技术。CAD技术的运用已经与计算机辅助工艺设计、数控自动编程相互连接在一起，其在机械设计中主要有以下几个方面的应用:(1)二维绘画。代替了传统的手工绘图。(2)图形和符号库。就是对复杂的图形进行分解，形成简单图形和符号，存入库中，在需要的时候再进行调出，调出的图形在经过编辑后插入另一张图形中。(3)参数化设计。参数化设计改进了标准化设计或系列化设计，在传统的标准化或系列化设计中，机械零件的结构都具有相似性，但是需要经常对尺寸进行调整。而采用参数化设计进行图形程度库的建立，在调出图形后赋予新的尺寸参数，从而形成新的图形。(4)三维造型。这种设计方法对零件结构进行了实体造型设计，在进行消隐和着色后，可以将物体的真实形状显现出来。同时，还可以进行运动仿真测试，检测其有无干涉。(5)工程分析。可以进行有限元分析、优化设计、运动学分析等。(6)设计文档、生成报表。在设计中，需要将一些设备的设计属性制作成文档或生成报表，还需要将有些参数设计成图像的形式来表现出来，而这些都可以依靠计算机专门的软件来完成。

机械设计中CAD技术优点

(1)更利于设计师进行产品的设计和表现。运用CAD技术在设计时能够制作出直观而生动的三维立体图形，这样，一方面使得机械师在设计时将更多的注意力放在产品设计本身，有利于将设计进行深入扩展，也更有利于进行对外的展示和交流。(2)节省工作量，缩短设计工期。在利用CAD技术进行新机械的设计时，其会继承大部分零件的设计信息，只需要设计师对个别零件和结构进行重新设计，大大节省了工作时间，同时，它可以将简单的几何实体通过运算组合成复杂的几何实体，并生成相贯线和截交线，减少了工作量，提高了工作效率。而且，CAD技术还能够快速重构，进行高度变形设计，迅速设计出一款全新的产品。(3)装配环境中实现对零件的设计和修改。在装配环境中，可以运用CAD技术进行新零件的设计，而且可以参照相邻零件进行新零件的设计，这样可以保证新零件和相邻零件在配合上的精确性，避免因为在设计新零件时由于误差而导致与相邻零件的无法匹配，比如可以在装配环境中，根据箱体的形状等相关数据设计出与之相配的箱盖。同时，在零件环境中还可以运用资源查找器，当零件设计完成时，在资源查找器里，会列出零件在设计时的每一个步骤，还可以通过进行零件回访，观看整个制造过程。修改零件时，可以在资源查找器中找到零件步骤，直接修改，而且在装配环境下，要进行对零件的修改，只需要点击零件就能进入零件环境来对其进行修改［4］。(4)实现在装配环境中对装配零件的查看和修改。在资源查找器的装配路径查找器里记录了各个零件之间的装配关系，在将各个零件进行装配时，如果发生装配不正确，装配路径查找器即可对其错误进行显示。同时，可以将零件进行隐藏，查看内部结构。在部件装配完成后，可以对其进行动画演示，查看装配过程，对于有运动行程要求的，可检查其行程要求是否达到。对于在静态先不发生干涉的部件如果在运动中发生了碰撞，则可以及时进行更正，避免在设备设计出来后才发现问题，导致设备的报废。此外，还可以对产品零件进行虚拟加工和装配试验，以查看零件和装配工艺是否存在问题，从而避免了昂贵的机械模具试验费用。(5)提高了产品质量和性能。CAD技术可以通过使用有限元受力分析和优化等方式，保证了机械设计的质量，而且增强了产品的信息化性能，可以对产品的形状、位置等几何特征进行描述，还可以对设计对象赋予更多的信息，如颜色、体重、惯性矩等，从而使设计对象在形态上能够拥有准确的数学描述和物理描述，从而更加准确地表达出设计者的意图。

机械设计中CAD技术发展走向

CAD技术是机械设计中非常具有活力的技术手段。在机械设计中，由于受到市场需求的作用，产品设计需要具有一定创造性，而且，不同的设计标准和经济指标等都会影响最终的产品设计，使得机械设计成为需要反复改进和评价的过程，针对这些特点，CAD技术必须朝着智能化、信息集成化和信息交换借口标准化的方向继续大踏步发展。(1)集成化。人们将CAD和CAM两个规程相互结合实现一体化，在数控仿真和生成数控加工程序中运用CAD结果，这就是集成化的一个进步，能更好地提高工作效率。而在未来的发展中，将CAD、CAE、CAPP、CAM进行集成是未来产品设计开发的主要模式。而与快速原型制造的集成，能够在并行工程环境下，迅速对产品的设计进行评价和修改，提高市场竞争力，这也是未来发展的重要方向。(2)智能化。CAD系统属于人机一体化，在将来的发展中，随着人工智能和专家系统等的发展和完善，未来的智能CAD系统将可以采用人工智能技术，通过运用知识库里的设计知识，进行推理和决断，使CAD技术达到更高的水平。(3)协同化。目前，将CAD微机进行联网，实现CAD的互联网的协同工作和远程设计，可以发挥不同地域、单位的资源优势。这种资源共享和协同工作的CAD系统模式，必然能够大大地促进企业单位的工作效率。(4)规范化。CAD的标准化趋势主要体现在对数据模型的规范化等方面，随着数据模型采用了STEP标准体系，以及STEP标准体系的逐步完善，必将为CAD技术的发展提供指导性作用［5］。

先进的设计方法已经成为机械制造企业在激烈的市场竞争中获取成功的保证，而计算机技术，尤其是CAD技术的发展，对机械设备的生产必然会产生更加深远的影响。目前，我国的CAD技术水平与国外相比，还存在着很大的差距。由于CAD技术复杂多变，并不是每个设计人员都能很好掌握，在企业单位中真正精通CAD技术的人员并不是很多，因此要加强对技术人员的CAD技术培训。而CAD技术也需要朝着更加自然的人机交互式方向发展，来提供更有效的设计手段，从而提高我国机械制造业的市场竞争力。

本文作者：崔井军工作单位：吉林工商学院