CAD在重型机械中的应用策略探讨

杨鑫灿

【摘 要】随着社会的发展以及科学技术的进步，计算机辅助设计（Computer-Aided Design，CAD）技术也逐步发展起来。它在我国很多行业都有普遍的使用，CAD技术在重型机械产品中运用，不仅提高了产品设计的质量，设计人员还可以更加方便快捷的进行绘画设计，缩短了设计时间，提高了工作效率。本文即详细阐述了CAD技术在重型机械设计中存在的问题及应用策略。

【关键词】CAD；重型机械；设计；参数化设计；集成化

一、CAD技术简介

CAD技术是随着计算机的发展而发展起来的一种现代设计方法。CAD在早期是英文Computer Aided Drafting （计算机辅助绘图）的缩写，随着计算机软、硬件技术的发展，人们逐步认识到单纯使用计算机绘图还不能称之为计算机辅助设计；真正的设计是整个产品的设计，它包括产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造等。于是CAD成为Computer Aided Design的缩写，CAD也不再仅仅是辅助绘图工具，而是产品的辅助设计。

随着Internet/Intranet的发展和并行、高性能计算及事务处理的普及，异地、协同、虚拟设计及实时仿真得到了广泛应用，CAD技术成为了企业提高创新设计能力的主要手段。CAD的应用将直接影响到企业新产品开发周期的缩短和成本的降低，进而给企业带来可观的经济效益。

二、CAD技术应用于重型机械中存在的问题

（一）部分用户仍将CAD技术作为绘图、描图的工具

这些用户仍停留在传统型CAD应用系统上，CAD系统仅仅被作为绘图工具，缺乏设计方法学的指导。对一些重大非标准起重机产品设计是在设计人员的头脑中完成，再利用计算机实现几何信息的处理，把CAD技术仅作为一种绘图、描图的工具。对于起重机CAD的二次开发，如起重机方案设计和起重机械零部件辅助工艺规程设计还未完善。起重机方案图设计，只是把预先设计的外形尺寸及主要参数输入到计算机内，显示并打印出所需起重机的总图，计算机不能对主要受力点的应力进行分析，不能进行设计计算和标准部件的选择。

（二）产品和零部件的标准化不足

由于标准化工作做得不好，越来越多的零件流入生产流程，造成零件数量的无限制增长。一些起重机厂家，对成系列、成批量的通用起重机产品（如5～50t双梁桥式起重机），为了降低成本，简化生产管理，通用化设计也只能做到对车轮组、滑轮组、卷筒组和联轴器的通用化设计，对于运行机构、小车架，仍只能按不同起重量设计，桥架端梁则按不同起重量，不同小车轨距设计，对桥式起重机的设计不能使整机与机构、机构与部件、部件与零件之间的参数匹配。

（三）对数据和文档缺乏完善的编码和有效的分类系统

企业没有按统一的规范和标准对CAD数据进行有效的分类和编码，缺乏相应的数据管理手段和管理环境。当企业的CAD数据越来越多时，成千上万的文档和零部件数据处于无序状态，导致产品版本无法管理，设计人员难以分清新旧版本，零部件查询困难，资源利用率低，重复劳动多，设计师之间相对封闭，信息传输慢。

（四）缺乏完善的数据管理系统和过程管理系统

由于缺乏完善的数据管理和过程管理工具，企业的大量数据和设计过程得不到有效的控制和管理，使得设计任务间的等待时间长，各部门之间的信息传递速度缓慢，数据一致性差，安全性差。

三、CAD在重型机械中的应用策略

（一）CAD在重型机械设计中的应用方向

1、在重型机械设计中进行二维绘图

这是CAD技术在重型机械设计中最为常见的一种应用方式，具有广阔的使用前景，改变了传统的主要以手工方式的绘图设计。

2、进行参数化设计

一般状况下，同一个系列或者类型的机械零部件，具有结构相似性。因此，可以根据零部件之间的相似结构组件一个图形的程序库，对图像调出之后，根据要求调整尺寸的大小，能够得到一个新的设计图形。

3、分解图形，建立相关的符号库

利用CAD技术可以对复杂的图形分解，把分解之后得到的简单图形或符号，根据一定的顺序放在资料库中。在工作中，只要调取相关图形和符号资料，进行相应的编辑及调整后，即可应用在新的设计中。这一功能可以保存大量设计资料，提高工作质量和效率。

4、进行工程分析

一般情况下，采用得比较多的分析方法包括有限元分析法、优化设计分析法以及动力学分析法等，除了这些常用的分析方法之外，某些比较专业、特殊的设计就会采用专属的工程分析方法，比如，对注塑模进行设计时，要运用流塑、冷却以及变形等各种各样的分析方法。还有在三维造型中的使用，利用三维技术进行实体造型，然后，再利用着色、消隐等多样化的处理手段，可以清晰的看到该物体生产出来的原型。

另外，通过计算机模拟产品安装或者使用，可以更好的发现产品有可能存在的问题，便于提前优化设计。很多的设计属性中，都需要对文档进行说明，对输出报表进行分析，有的设计参数还需要多种形式，比如直方图、饼图、曲线图等，这些工作可以借助制作文档和数据库的软件来实施。

（二）加强CAD在重型机械应用前景的研究

1、集成化

CAD进一步集成化的主要基于CAD/CAE/CAPP/CAM的集成，其发展方向是构成一个闭环快速产品开发系统，能够快速对产品设计进行评价和修改，以实现市场大规模客户化生产，提高企业的竞争力。更高程度的集成，CAD将与其他的先进分析、制造、规划、管理技术一起成为计算机集成制造系统（CIMS）的重要组成部分，并且将成为CIMS的核心与基础。

2、智能化

设计工作需要大量的设计知识和专家经验。未来CAD技术发展的新途径是引入人工智能（AI）、专家系统（ES）等知识系统。所谓智能CAD系统或CAD专家系统，是一个具有大量知识与经验的程序系统。它运用知识库中的设计知识，解决专家级的复杂问题。由于知识库集中了很多人类专家的经验，因此，一个成功的CAD专家系统可以达到甚至超过领域设计专家的水平。

3、网络化

形成计算机联网的协同CAD，达到远程协同设计的目的。分布式的CAD系统有两种：一是多台微型机CAD工作站联网；二是多台微型机CAD工作站和工程工作站联网。这种网络系统具有结构灵活、功能强大、成本较低的优点，很适合企业单位的需要。有利于企业中参加工作的各个成员相互配合、协同工作，共享设计资源和设计成果，也有利于企业负责人对设计工作进行审核。CAD网络的建立无疑将大大提高企业经济效益。

4、绿色化

绿色环保是当前社会发展的主题。无论是哪个行业，在进行产品设计的时候，都要考虑其投入使用之后产生的影响。因此，机械设计的过程中，要注重优化方案，减少废弃物的产生，降低一次性产品的投入，提高资源使用效率，促进社会的可持续发展。

参考文献：

[1]胡莉萍.CAD在机械设计中的应用研究[J].煤炭技术，2012.11.

[2]陈晓红.基于CAD在机械设计中应用的探索性研究[J].制造业自动化，2011.2.

[3]董丽琴.三维CAD在机械课程设计中的应用[J].煤炭技术，2009.9.

[4]王吉生.桥式起重机的三维参数化设计[J].起重运输机械，2005.2.

[5]李雪金.CAD在机械设计中的应用探究[J].中国新技术新产品，2010.8.

[6]王建正，李晓宏，郭希斌.三维CAD在重型机械中的应用策略探讨[J].机械设计与制造，2004.2.