基于计算机技术的机械设计分析

蔡晓娜

（广东科技学院 机电工程系，广东 东莞 523083）

1 计算机技术在机械设计中的地位

在机械设计过程中，由于传统的方法受到了设备及技术水平的制约，因此只能通过各种静止化的假设以及粗略的计算来完成整个设计过程。然而，在这样的一种设计过程中，也必然会存在部分设计人员盲目根据之前经验而出现设计随意性，导致设计会出现一些不合理的地方，同时在设计的准确化及高效化等方面存在一定的缺陷。近年来计算机技术的飞速发展给机械设计带来了巨大的冲击，实现了机械设计由传统的粗放简单的形式向现代的基于计算机数据的动态精确设计方式的成功转变。

（1）计算机技术在机械设计中的作用。随着各种计算机先进技术不断突破，对机械设计产生了巨大影响。机械设计由最初的手动操作进行设计逐渐转变成了现在运用计算机软件CAD技术进行设计，不但提高了设计的效率，而且能够带来许多创新和灵感。另外，以前的手工设计是二维的形式，现在的计算机设计能够呈现出三维状态，对产品的形状和尺寸可以更加直观、一目了然，对于加工的数据和材料能够系统分析。计算机的多种新设计方法都离不开计算机的应用，同时计算机技术的发展也使许多复杂的设计变得简单。

（2）现代机械设计的主要要求。在现代机械设计领域，对设计技术的要求务必要具备一定的数据分析、快速运算以及信息检索的能力。因此，就需要计算机及人工智能技术的应用，同时迫切需要将计算机信息技术等先进技术应用到现代机械设计过程中。现代机械设计主要要求有以下几个方面：①经济化。技术的经济化也是用户需求和市场竞争的必然选择。②精确性。基于现代机械设计过程中综合性和复杂性的要求也就需要设计方法具备精确性特点，同时这也是现代设计技术及分析技术在应用过程中不断发展的结果。③并行化与动态化。在机械设计过程中要同时考虑到后期的相关工作，以实现有效降低库存消耗及减少废品的目的，保证其经济化要求。同时，在机械设计的过程中，要坚持从动态的角度出发，去分析问题、考虑问题。另外，组织的协调合作也要具有动态化特点。④智能化。现阶段，在机械设备的设计制造过程中，要求设计方法要同时能够进行分解、分析及综合，这个过程也是一种包含了创造性的智能活动。⑤集成化。集成化要求就是将现代各种高新生产设计技术应用到设计过程中来，从而促使一种机电一体化或人机一体化的形成。

2 CAD技术在机械设计中的应用分析

CAD技术作为一种具有显著综合性作用的新技术，其应用也随着计算机等相关技术的快速发展也迅速普及开来。现阶段，CAD技术已成功的与计算机辅助工艺设计以及数控自动编程等技术相连接，而且在现代的机械设计领域，CAD技术也得到了广泛的应用。

（1）三维造型。在机械设备零部件的设计过程中，机械零件的实体造型可通过三维图像得以具体体现，同时在对设计部件进行了着色或消隐后，能够更加真实地反应零件的真实形状，这对于设计人员能够更加准确的掌握零件结构尺寸具有重要的帮助作用。

（2）二维绘画。在传统的设计方法中，一般都会应用手工绘画的形式来描述设计物件的具体特征，而现代CAD技术能够更加直观地将二维绘画展现出来。

（3）参数化设计。在现代机械设计实践中，很大部分的机械零部件自身结构都会存在一定的相似性，因此在设计过程中为达到一种更加精确地水平就需要严格控制调整设计中的需对尺寸。当计算机技术引进后，通过参数化设计方法的应用，有效建立起一种图形程度库，能够及时根据新的结构尺寸调整出新的图形，从而极大地方便了整个图形的绘制过程。

（4）图形和符号库。对于一些结构比较复杂的图形，CAD技术能够有效地对其进行分解，进而实现将一个复杂图形简单化，而且能够在应用过程中通过在数据库中进行查找、编辑及调出的图像后，在另外的图形中也能够得到很好地利用。

（5）设计文档、报表的生成。在设计过程中，能够利用计算机的特定软件将设计属性制定成报表或文档，同时对于设计过程中的一些参数还能够用图像的形式进行表现。

3 机械设计CAD技术的优点

（1）有利于提高产品的质量和性。CAD技术的应用能够加强机械设计的质量，通过对CAD技术的优化和有限元受力分析等方式，帮助产品的信息化性能得到保证。另外，CAD技术能够使设计更加直观，为设计产品提供更多的相关信息，丰富产品的形象设计，并准确无误地了解到产品的物理特性和几何数据，更好地激发设计师的灵感和创新，并能够将设计师的想法充分的展现出来。

（2）有助于产品的设计表现。CAD技术的应用能够充分将设计的意图表现出来，通过直观的三维立体形象帮助设计直观的被接受，另外CAD技术的应用能够提高设计师的专心度，有利于设计师在设计过程中提高设计水平，深入扩展设计，更好地展现设计作品。

（3）在装配环境中实现对零件的及时设计和修改。在机械装备环境中实现对零件的设计和修改是CAD技术的一大亮点优势。在装备环境中进行的新零件设计，可以通过CAD技术的应用来完成，同时还能够有效借助相邻的零件设计出所需要的新零件，比如在机械装配过程中，能够根据箱体的体积、外部结构等数据设计出一套与之相匹配的箱盖；除此之外在装配环境中，还设置了资源查找器，当零件的设计环节完成时，能够通过资源查找器来详细了解零件的详细制造过程，能够具体到每一个环节及相应的操作方法。

（4）缩短设计时间，减少工作量。传统的手工设计是一项巨大工程，需要花费大量的时间和精力，而运用CAD技术设计时，能够继承绝大部分的零件信息，针对个别的零件结构信息，通过更改后也可以形成记忆，避免了重复性的操作，这样一来就大大的节省了工作时间，极大的提高了设计的效率。同时，CAD技术能够通过组合方式将简单几何体组合成复杂的几何体，进行高度变形设计，与传统手工设计相比大大减少了工作量。

（5）在装配环境中能够对装配零件进行查看及修改。在机械装配环境中，各个零件之间的装配关系在所设置的资源查找器的路径查找器中都有详细的记录。如果在装配过程中出现了不正确的匹配状况那么就能够通过路径查找器进行查看及时找出存在的错误；同时为了便于观看零件内部结构，还能将该零件进行更好的隐藏。在部件装备工作完成后，能够进行详细的动画演示，来了解整个机械装配过程。如果对于部门装配而工作具有形成要求的，为检查其是否达到了形成要求还能够根据行程检查器来完成判断。如果在机械静止状态的环境中，原本不会发生互相干涉的相关部件出现了相碰撞的问题，要及时进行检查并更正，从而有效避免在设备设计完成后才发现相关问题，导致设备报废现象的发生，从而有效降低了机械模具实验的相关成本。