計算機輔助設計畢業(yè)論文及計算機輔助設計在生產(chǎn)中的應用

計算機輔助設計摘要：本文通過對計算機的特點的描述，指出了計算機對于現(xiàn)代高信息時代的重要性，在此基礎上，又對計算機輔助教學進行了深入的討論。關鍵詞：計算機輔助設計、計算機課件、CAI、CAL不斷有人強調CAI和CAL的區(qū)別，用來修正國內(nèi)慣以CAI為名卻以CAL為實的計算機輔助教學怪異現(xiàn)象，企望喚起對它的重新認識。也有人強調計算機輔助“教”的重要現(xiàn)實意義，認為不僅要談計算機輔助學，還要談計算機輔助教，計算機輔助學與計算機輔助教同等重要的觀點已經(jīng)廣泛地為大家所接受。然而，對計算機輔助教學的認識深度還有待提高。我們看到，在CAL及CAI的層面上認識計算機輔助教學，是基于對計算機人機交互功能的理解和重視，這種認識方法的意義在于強調了計算機的特殊性，突出了這一新教學媒體的獨有魅力。但這種認識方法有它的不足：客觀上，教學實踐一線上的廣大教師借助他們原來在開展電化教育中積累的經(jīng)驗，無法對計算機輔助教學產(chǎn)生連續(xù)的理解；更由于在這種認識方法下開展計算機輔助教學實踐的基礎往往是充足的外來課件提供，有許多中小學校長及教師們面對課件市場的混亂及數(shù)據(jù)資源的貧乏，對如何開展計算機輔助教學一籌莫展，陷入困境，結果要么是把好不容易籌到的錢放在手中捏出汗來，不敢輕易投入，要么是購買了機器以后閑置或不能使其發(fā)揮真正應有的作用。我們還應該從更加根本的層面上認識計算機輔助教學，應該賦予計算機輔助教學這個名字更富實踐價值的意義，這就是：從工具的意義上理解計算機，從使用工具的意義上理解計算機輔助教學。一、研究界一度趨向于把CAL作為計算機輔助教學的主要內(nèi)容有時甚至是全部內(nèi)容國內(nèi)教科書對計算機輔助教學的解釋是造成這種結果的主要原因。此處列舉出幾個較有代表性的計算機輔助教學定義。請注意：狹隘的計算機輔助教學概念總是與狹隘的課件概念聯(lián)系在一起的：“應當承認，(在課堂上)演示是CAI的一種形式，但從主要的方面看，它并不反應CAI的根本特征”(11師書恩，《計算機輔助教育基本原理》，電子工業(yè)出版社，1995年版，第40頁)。這句話把演示性的課堂計算機輔助教學打入另冊，幾乎等于直接否定了計算機輔助教的重要性。課件把教學內(nèi)容和計算機的活動進行安排并編成程序存入計算機內(nèi)。在學生學習時，學生啟動計算機并執(zhí)行這些程序，通過與計算機進行會話方式進行學習。所有的計算機輔助教學教科書都是以大量篇幅詳細地介紹計算機輔學，閉口不談計算機輔助教或僅僅以少量的篇幅一帶而過，對既定的CAL和CAI以外的內(nèi)容更是沒有一點論及。考慮到計算機本身所具有的特色，在如何發(fā)揮特色的方面重點投入研究是必須的，在有限的意義上是可以允許的。但是，在面向教學實踐一線的計算機輔助教學宣傳工作中也是如此界定計算機輔助教學，就顯示出力度的不足。我們似乎忘記了這一點，以計算機輔助學為計算機輔助教學的主要內(nèi)容，其在實踐意義上的價值實現(xiàn)需要一個先決條件，這就是符合教學要求的計算機輔助學課件的“極大豐富”。這實際上是不可能實現(xiàn)的，不消說我們經(jīng)?？吹皆阱e誤指導思想指導下的大規(guī)模課件制作屢屢失??；也不消說我們對人工智能的期望仍然不能太高，所有人工智能專家們的冷靜態(tài)度就足以說明這一點(人工智能)，更何況計算機輔助教學中的所謂ICAI簡直是人工智能中最難以實現(xiàn)的部分，因為計算機與人相比總是有著很大差距的；再考慮到計算機技術的突飛猛進，計算機硬件及軟件更新?lián)Q代速度的不斷加快，幻想以數(shù)年為周期的某一兩件大制作可以達成課件的極大豐富狀態(tài)完全是天方夜譚。二、從實踐經(jīng)驗看，CAI加CAL不是計算機輔助教學的全部由于某種原因，我國計算機輔助教學理論界一直把CAI為旗幟，但是實際上是在大行CAL之實，以計算機輔助學為全部所有而排除其他。現(xiàn)在的國內(nèi)學界及教育管理部門已經(jīng)認識到了這個問題，即認識到了計算機輔助教學不應該僅僅包括計算機輔助學，還應該包括計算機輔助教，還察覺到CAI與CAL的不同，需要予以澄清。于是開始建議使用“計算機輔助教學”字樣而不鼓勵使用再繼續(xù)使用CAI，也不鼓勵麻煩地將CAI與CAL同時使用，如此既尊重了漢語言文字使用上的習慣，又形成了對這兩個英文詞匯的含義覆蓋。然而，一方面有以前思考習慣的影響，一方面又有對計算機輔助教學、CAL及CAI的簡單理解，似乎對計算機輔助教學產(chǎn)生了這樣的認識。在認識到計算機輔助教也應該是計算機輔助教學的合理內(nèi)容以后，在原有習慣思路的基礎上，我們又以極大的熱情投入關于計算機輔助教的“課件”研究與制作討論中，這些新的討論，為我國的計算機輔助教學打開了新的思路，是我國計算機輔助教學理論研究中的一個明顯進步。但是，要避免穿新鞋走老路，我們對計算機輔助教學的理解思路還應該再進一步，否則的話，所有的研究工作對教學實踐的幫助力度仍然會是有限的。實踐需求強烈地要求我們重新認識計算機輔助教學，也需要重新認識計算機：計算機是什么？它是一種工具，是幫助教學的工具。具體在計算機輔助教學問題上，我們應該持這樣的觀點：任何將計算機應用到教學過程中的方法，只要是提高了教學效果，推動了教育改革的開展，有利于由應試教育向素質教育的轉化，這個方法就是合理的，就是有存在價值的，這個教學方法就應該被認為是“正統(tǒng)的”計算機輔助教學。從這個角度出發(fā)，計算機可以是學生的工具，可以是教師的工具，可以是在任何教學活動中使用的工具。計算機作為輔助教學工具，并不一定要安裝了某個課件才能實現(xiàn)其工具意義，其操作系統(tǒng)平臺以及市場上提供的任何一個應用軟件，作為一般工具，都有潛在的輔助教學意義。在這樣的深度上認識計算機輔助教學才更理性，更全面，更有深度，更貼近現(xiàn)實，更易于理解，更會對我國廣大中小學的教學實踐產(chǎn)生有效的推動。這個計算機輔助教學，當然包括了計算機輔助學，也包括了計算機輔助教。因此我們看到，計算機輔助學及計算機輔助教只是計算機輔助教學中的部分，把部分拿來代替全面，以偏概全，焉有不犯錯誤的道理。把計算機輔助教學理解為CAL與CAI的簡單疊加，這種狹隘觀念在我國現(xiàn)代教育發(fā)展序列中造成了一個中斷，這個中斷是理論上的中斷，更是實踐上的中斷：它把計算機作為一般媒體使用的環(huán)節(jié)丟掉了。在我國多年來積極推廣電化教育的工作中，廣大一線教師對輔助教學媒體已經(jīng)有了一定的認識基礎，而這些對傳統(tǒng)媒體的認識，正是在工具觀點上的認識。這種對輔助教學媒體的工具層面認識，還應該繼續(xù)擴展到計算機上面來。計算機作為新的工具，與傳統(tǒng)教育媒體相比較在許多方面均顯示出優(yōu)越性，多側面地存在者更大的實踐價值，有什么理由不對所有這些實踐價值給予關注呢？舉例說：人的特色在于發(fā)達的大腦，就應該把手砍掉！有了現(xiàn)代化的交通工具，就應該把腳砍掉！這些推論顯然是不對的。計算機是一個現(xiàn)代化的工具，是一個較之粉筆黑板幻燈電視等等更加先進的工具，是一個可以為人所用的工具。使用這種思路向廣大教師介紹計算機，介紹計算機輔助教學，就最簡單和有效。在這樣的認識深度上，一線教師對傳統(tǒng)電教媒體的經(jīng)驗積累就與計算機媒體銜接起來。他們可以容易地通過對計算機的認識、學習和掌握，按照他們對現(xiàn)代教育思想的理解，選擇他們認為最合適的計算機輔助教學方式，教師們以這種思路理解計算機輔助教學，就最容易變成為計算機輔助教學的行家，當然也最容易變成計算機輔助學和計算機輔助教的行家。從另一個方面說，教學一詞并不是“教”與“學”的簡單相加，教學活動是教與學在時間和空間上相互交織、溶入的過程，教的活動與學的活動達到有機交融的狀態(tài)才是教學活動的良好狀態(tài)，計算機輔助教學也同樣不是單純計算機輔助教與計算機輔助學的簡單相加。觀察我國學界詮釋的計算機輔助教學，其以CAL為名的計算機輔助學和以CAI為名的計算機輔助教實際上仍然處在相互游離的狀態(tài)，這個教學活動中教師角色溶入問題仍然考慮不足。計算機輔助教學的過程應該是師、機、生三者靈活且有機溝通的過程，這包括師、機、生三者交互，師-機交互，生-機交互，師-生交互等任何一種狀態(tài)。在這個過程中，機器可以充分發(fā)揮其在多種媒體信息提供、統(tǒng)計、評價及對學生的個別關照等方面的優(yōu)勢，教師可以在“人”的層面上管理和控制教學過程。這種計算機輔助教學方式就是從工具的層面上使用計算機，在使用工具的層面上理解計算機輔助教學，而不是從書本CAI和CAL的層面上理解計算機輔助教學。三、一個例子一些真正成功的計算機輔助教學實踐，并不是照搬照抄現(xiàn)有計算機輔助教學理論做出來的。甚至一些成功的計算機輔助教學實踐，是中小學教師們在自己對計算機的樸素理解的基礎上，結合豐富的教學經(jīng)驗做出來的。舉例說，山東省桓臺實驗小學教師們的計算機輔助教學實踐就是如此，他們并沒有坐等計算機輔助學課件的極大豐富，而是基于他們對計算機工具本質的理解，在根本沒有任何所謂計算機輔助教學“課件”的情況下，利用計算機的文字處理功能，利用計算機在資料查閱及統(tǒng)計評價等等方面的功能，從286和386機器開始以WPS為工具獨創(chuàng)了六步計算機輔助小學生作文教學法(？)。筆者親眼見到，在這樣的條件下教出的五年級學生全部可以在20分鐘內(nèi)完成一篇800字左右的作文草稿，有人甚至可以在10分鐘以內(nèi)完成一篇800字的即席命題作文，且在流暢的語言及優(yōu)美的文字之間閃露的童稚真情令人拍案叫絕。這六步作文教學法中相繼有提前一周放題，讓學生觀察實踐、收集資料的過程，有提供視頻及文字資料引導學生思考和豐富知識的過程，有試寫初稿的過程，有參閱范文及評價病文的過程，有同學間相互參考及評價的過程，有教師評價的過程，在經(jīng)過討論和評價之后，學生最終把他的作文修改定稿，最后又有教師當堂講評優(yōu)秀作文的過程。這個輔助教學過程是教科書所說的計算機輔助學呢還是計算機輔助教？顯然無論過去的計算機輔助學還是計算機輔助教都沒有能夠對這種計算機輔助教學方式形成有效的覆蓋，這恰恰是一個計算機輔助“教學”的過程。這個六步作文教學法，不僅實現(xiàn)了師、機、生三者之間的有機交互，而且還要求學生進行社會調查、資料查閱，其課堂階段還使用了電視等媒體作為必要的補充。這又說明，我們不僅不能把計算機輔助學與計算機輔助教孤立開來，不能把計算機輔助教學簡單理解為教科書中的計算機輔助學加計算機輔助教，同樣不能把計算機輔助教學與傳統(tǒng)電教媒體的使用孤立開來，還不能把計算機媒體與其它媒體乃至向自然向社會的學習孤立開來。關于學習手段的多樣化及有機使用教育媒體的思想正是教育技術界一直倡導的，但是在面對計算機媒體時，我們卻忘記了這一點。實際上，反觀發(fā)達國家和地區(qū)的計算機輔助教學實踐，同樣是在把計算機作為工具的基礎上進行的。也可能是因為發(fā)達國家和地區(qū)的經(jīng)濟條件優(yōu)越，計算機并不是什么稀罕之物，那里的人們不會對計算機崇敬有加，頂禮膜拜，會自然且輕松地把計算機看成工具。筆者就親眼看到筆記本計算機和香煙打火機一起躺在香港雜貨店的柜臺上。在這種基礎上，他們關于計算機輔助教學的議論嘗試，并沒有過多的課件，也沒有過多的種種理論，而是將中心聚焦在“如何使用了計算機來輔助教學”這個要點上。所有課件，所有理論，都是為教學來服務。即強調計算機輔助教學的“輔助”意義，使計算機輔助學生、輔助教師，輔助教學(張詩亞)。我們經(jīng)常看到一些國外制作的計算機輔助教學課件，有生機交互式的輔助自主學習的，有資料庫式的可以用來輔助教的，也有同時可以用來輔助教與輔助學的。所有這些課件或者說是數(shù)據(jù)化的教學資源，各具特色，相互補充，共同形成繁榮的軟件資源市場，共同為現(xiàn)代教育實踐提供輔助，并不存在誰是先進，誰是落后這種說法。四、理論與實踐的相離并不是理論研究的必須具有啟發(fā)意義的是一些沒有條條框框的計算機輔助教學實踐反而是成功的。有各級教育管理部門關注，有富于進取精神的中小學校長和教師們的大膽嘗試，一些中小學的計算機輔助教學實踐倒是取得了較大的成功，發(fā)生在桓臺實驗小學的事實就說明了這個問題。在教科書計算機輔助教學概念的影響下，國內(nèi)某些經(jīng)濟條件較好的學校，購置了大批包括計算機在內(nèi)的先進電教設備，反而不注重教師使用操作水平的提高，不注重對教師進行現(xiàn)代教育思想的灌輸，又苦于無處尋找合用且夠用的助學課件，只好讓設備靜等助學課件的極大豐富，結果是設備閑置。以至于時至今日，在一些學校內(nèi)經(jīng)?？梢钥吹缴w在紅綢子下面的干干凈凈的386計算機！這些學校校長和教師們的一致感覺是：計算機輔助教學太難理解了，離教學實踐的距離太遠了。造成這種現(xiàn)狀的主要原因一方面是我們從國外拿來了計算機輔助教學概念，但沒有能夠充分地消化和吸收；另一方面是把研究工作的部分內(nèi)容(也許是重點內(nèi)容)當成了推動實踐的全部內(nèi)容。但是，我們不能僅僅作為的計算機輔助教學的“紙上談兵”者，我們還要當好計算機輔助教學實踐的指導者，這就要求我們?nèi)娴卣J識計算機輔助教學并向教學一線全面地推薦計算機輔助教學。從這個角度出發(fā)，教育技術界對計算機輔助教學的詮釋最好是換一個辦法，換一個更加貼近實踐的辦法，換一個更加貼近我國當前具體教育實踐的辦法。我們不僅要研究生-機交互下的計算機輔助學，還要研究師-機-生交互下的計算機輔助教，更要研究師、機、生三方有機交互下的計算機輔助“教學”。從根本上說，是重新認識計算機，把計算機當作一個工具來看待，將研究內(nèi)容放寬在如何使用計算機工具來幫助教學實踐的廣闊范圍中。任何理論研究的價值都是以其當前實踐價值或潛在的實踐價值來衡量的。像計算機輔助教學這樣與實踐非常貼近的研究工作，更沒有必要遠離實踐，遠離實踐的結果只會對實踐造成不利影響，同樣使得這個理論本身失去大部分意義。簡單地在計算機輔助學和計算機輔助教的層面上理解計算機輔助教學，使計算機輔助教學的研究工作與實踐相脫離，并不是計算機輔助教學研究工作的必須。向國內(nèi)介紹國外的先進教育思想，介紹計算機輔助教學，同時不要忘記向具體教育實踐的學習，特別是不要忘記向中國教育實踐的學習。把自己的眼光盯住教學實踐現(xiàn)狀，以使計算機輔助教學在最容易為一線教師們理解為策略，以如何使計算機在教學實踐中真正發(fā)揮作用為目的，才能更好地做好中國的計算機輔助教學工作。在許多中小學教師們的實踐中，我們已經(jīng)可以尋找到計算機輔助教學的真正意義所在，認真地將這些經(jīng)驗加以正確的總結，就可以用來指導更大面積的實踐。因此，計算機輔助教學專家們有必要親自到中小學教師之間走一走、看一看、聽一聽，通過不斷學習重新詮釋計算機輔助教學概念，不可以一誤再誤。參考文獻[1]南國農(nóng)主編，《電化教育學》，高等教育出版社，1998年版[2]蕭樹茲主編，《電化教育概論》，北京師范大學出版社，1988年版[3]師書恩，《計算機輔助教育基本原理》，電子工業(yè)出版社，1995年版單位代碼學號分類號密級畢業(yè)設計（論文）計算機輔助設計在生產(chǎn)中的應用院（系）名稱專業(yè)名稱學生姓名計算機輔助設計在生產(chǎn)中的應用摘要計算機輔助設計是利用計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作,簡稱CAD。在工程和產(chǎn)品設計中，計算機可以幫助設計人員擔負計算、信息存儲和制圖等項工作。在設計中通常要用計算機對不同方案進行大量的計算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設計信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計算機的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設計人員通常用草圖開始設計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計算機完成；利用計算機可以進行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉等有關的圖形數(shù)據(jù)加工工作。隨著現(xiàn)代計算機技術的飛速發(fā)展，計算機輔助設計CAD（ComputerAidedDesign）在生產(chǎn)中的應用日益廣泛，本文主要從計算機輔助設計在機械生產(chǎn)中的應用等方面闡述了其在機械設計中的顯著優(yōu)勢，并對目前國內(nèi)企業(yè)機械產(chǎn)品開發(fā)過程三維CAD系統(tǒng)應用現(xiàn)狀和存在問題進行了分析。從產(chǎn)品開發(fā)的實際需求和產(chǎn)品特點與軟件功能出發(fā)，對企業(yè)應用三維CAD過程提出了改進方案，最后介紹了三維CAD技術發(fā)展的趨勢。關鍵詞：計算機輔助設計三維CAD應用目錄TOC\o"1-3"\h\u40811緒論 1276501.1課題背景及目的 1196361.2概述 1249222CAD技術從二維CAD向三維CAD的過渡 2324852.1CAD簡介 2216962.2三維CAD的優(yōu)勢 3176392.3CAE簡介 4185803計算機輔助設計在生產(chǎn)中的應用 580143.1計算機輔助設計應用于生產(chǎn)的優(yōu)勢 5248133.2計算機輔助設計在生產(chǎn)中的作用 6200134計算機輔助設計的應用趨勢 8142204.1計算機輔助設計應用于生產(chǎn)時存在的問題 8188434.2計算機輔助設計應用于生產(chǎn)的發(fā)展趨勢 830032結語 101838致謝 1118709參考文獻 121緒論1.1課題背景及目的計算機的發(fā)展及應用，使人們的生活日新月異。計算機輔助設計源于計算機圖形技術的產(chǎn)生，計算機輔助設計的研究構想發(fā)端于1950年，但最早記錄是在1963年，美國麻省理工學院的研究人員伊凡?蘇澤蘭在美國計算機聯(lián)合會會議上發(fā)表了名為《畫板》的論文，從而開始了計算機輔助設計的發(fā)展歷程。他從1950年開始著手開發(fā)通過圖形技術來處理人與電腦交互對話的操作系統(tǒng)。1963年這套以電腦主機、顯示屏、光電筆和鍵盤為工具的圖形畫線系統(tǒng)得到實現(xiàn)。這套圖形畫線系統(tǒng)開發(fā)和引進了許多計算機繪圖的基本思想和技術，使用戶可以運用電腦畫出直線、復雜曲線以及簡單的標準部件。最初CAD被解釋為“計算機輔助繪圖”，由于當時計算機在設計上的作用是替代傳統(tǒng)手工繪圖的一種新工具，但隨著后來信息技術的飛速發(fā)展，計算機技術在各領域的廣泛應用，CAD的含義也在不斷變化擴展，隨著20世紀70年代像素的產(chǎn)生、80年代三維曲面造型系統(tǒng)的開發(fā)等，使電腦繪圖從只能用“線”這一基本繪制元素發(fā)展到可以用點、面、體進行繪制計算機圖形，從而使CAD的含義也發(fā)展成現(xiàn)在人們比較熟知的計算機輔助設計這個概念了。我國的計算機輔助設計起源于20世紀70年代。與國外計算機輔助設計發(fā)展的軌跡相似，國內(nèi)計算機輔助設計的研究與應用基本上是從各高等院校發(fā)展起來的。20世紀90年代初，隨著我國現(xiàn)代化進程的迅速發(fā)展以及計算機的進一步普及，在環(huán)境藝術設計和創(chuàng)作領域，計算機技術應用的價值，逐漸得到人們的重視。1.2概論開始于上世紀50年代后期的計算機輔助設計技術，從最初的僅僅被簡單的作為圖板的替代品到70年代的二維制圖過度到三維建模再到現(xiàn)在的集產(chǎn)品的構思、功能設計、結構分析、加工制造、數(shù)據(jù)管理于一體的智能CAD技術，計算機輔助設計經(jīng)歷了一個漫長又曲折的發(fā)展歷程。在今天，CAD技術越來越廣泛的用于生產(chǎn)中。那么，CAD技術究竟有怎樣的優(yōu)勢，它又是如何在生產(chǎn)中起到積極作用的，而它的發(fā)展趨勢又是怎樣的呢，本文稍后將對以上問題進行淺談。2CAD技術從二維CAD向三維CAD的過渡2.1CAD簡介計算機輔助設計是利用計算機強大的圖形處理能力和數(shù)值計算能力，輔助工程技術人員進行工程或產(chǎn)品的設計與分析，達到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術。自1950年計算機輔助設計（CAD）技術誕生以來，已廣泛地應用于機械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領域，產(chǎn)品的設計效率飛速地提高。現(xiàn)已將計算機輔助制造技術（ComputerAidedManufacturing，CAM）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術（ProductDataManagement，PDM）及計算機集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedmanufacturingsystem，CIMS）集于一體。產(chǎn)品設計是決定產(chǎn)品命運的研究，也是最重要的環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的設計工作決定著產(chǎn)品75%的成本。目前，CAD系統(tǒng)已由最初的僅具數(shù)值計算和圖形處理功能的CAD系統(tǒng)發(fā)展成為結合人工智能技術的智能CAD系統(tǒng)（ICAD）(IntelligentCAD)。21世紀，ICAD技術將具備新的特征和發(fā)展方向，以提高新時代制造業(yè)對市場變化和小批量、多品種要求的迅速響應能力。以智能CAD（ICAD）為代表的現(xiàn)代設計技術、智能活動是由設計專家系統(tǒng)完成。這種系統(tǒng)能夠模擬某一領域內(nèi)專家設計的過程，采用單一知識領域的符號推理技術，解決單一領域內(nèi)的特定問題。該系統(tǒng)把人工智能技術和優(yōu)化、有限元、計算機繪圖等技術結合起來，盡可能多地使計算機參與方案決策、性能分析等常規(guī)設計過程，借助計算機的支持，設計效率有了大大地提高。CAD技術正從二維CAD向三維CAD過渡。三維設計軟件具有工程及產(chǎn)品的分析計算、幾何建模、仿真與試驗、繪制圖形，工程數(shù)據(jù)庫的管理，生成設計文件等功能。三維CAD技術誕生以來，已廣泛地應用于機械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領域，產(chǎn)品的設計效率得以迅速提高。我國CAD技術的研究、開發(fā)和推廣已取得較大進展，產(chǎn)品設計已全面完成二維CAD技術的普及，結束了手工繪圖的歷史，對減輕人工勞動強度、提高經(jīng)濟效益起到了明顯的作用。有相當一部分CAD應用較早的企業(yè)已完成了從二維CAD向三維CAD轉換，并取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著市場經(jīng)濟的逐步深入，市場競爭日趨激烈，加強自身的設計能力是提高企業(yè)對市場變化和小批量、多品種要求的迅速響應能力的關鍵。2.2三維CAD的優(yōu)勢首先CAD技術以實用的零件實體建模優(yōu)勢和簡便的產(chǎn)品造型修改和實體裝配圖的生成被用在機械設計的多個方面設計軟件為三維建模提供了多種工具，包括最基本的幾何造型如球體、圓柱等，對簡單的零件，可通過對其結構進行分析，將其分解成若干基本體，對基本體進行三維實體造型，之后再對其進行交、并、差等布爾運算，便可得出零件的三維實體模型。對于較復雜的圖形，軟件提供了草圖工具，設計人員可以通過它先勾勒出截面，再拉伸出較復雜的幾何形體。為了滿足人們不斷提高的審美要求，目前主要流行的幾款三維設計軟件基本上都提供面片模塊，該模塊為設計人員提供了非常方便的曲面設計工具。對于具有大塊曲面的零件，設計師可以方便地對單個面或片體進行變形處理，以達到需要的曲面。企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品往往是按系列區(qū)分，各系列中每一代產(chǎn)品與上一代產(chǎn)品之間的區(qū)別較小，也許只是增加了一個功能部件或是產(chǎn)品造型尺寸上有所改動。三維CAD可以方便地修改一些參數(shù)就能達到設計師更改造型的目的。三維CAD在建模中一般使用參數(shù)化建模，整個建模的步驟和產(chǎn)品的外型尺寸被參數(shù)化，這些參數(shù)是與產(chǎn)品的造型直接關聯(lián)的。若要對尺寸或造型進行局部的更改，只需要更改相關參數(shù)，整個造型將被自動更新。這樣不僅大大減少了設計人員的工作量，還保證了產(chǎn)品外造型的延續(xù)性。實體裝配不僅能讓設計人員直觀地看到各零件裝配后的狀態(tài)，還可以測量各零件之間的空間大小，方便零件的布置。在裝配完成后，零件可以被隱藏或設置成半透明的狀態(tài)，方便設計人員觀察內(nèi)部結構。此外，在裝配狀態(tài)下，軟件提供的標準件庫，也方便了設計人員對標準件型號的選擇。裝配狀態(tài)下的干涉分析也是常用的功能，計算機通過計算各裝配零件的體積的大小和位置來確定是否有相交的部分，并確定各零件是否干涉，自動生成分析報告，明確指出互相干涉零件的名稱和干涉的尺寸。方便設計師修改產(chǎn)品設計尺寸。另外隨著技術發(fā)展，為了減輕人工勞動強度，提高產(chǎn)品的精度，制造行業(yè)裝備從普通機床逐步到數(shù)控機床和加工中心，模具激光快速成型技術（RPM）等，幾乎應用到整個制造行業(yè)。這些數(shù)控加工裝備基本都具有與各三維設計軟件的接口。當產(chǎn)品模型在三維CAD軟件中完成后，再由CAD軟件模擬出加工刀具路徑，隨后生成數(shù)控語言，通過接口輸入數(shù)控設備中，再由數(shù)控設備按照模擬出的加工路徑加工產(chǎn)品。2.3CAE簡介CAE是三維CAD軟件的重要模塊，CAE功能包括工程數(shù)值分析、結構優(yōu)化設計、強度設計評價與壽命預估、動力學、運動學仿真等。CAD技術在建模模塊完成產(chǎn)品造型后，才能由CAE模塊針對設計的合理性、強度、剛度、壽命、材料、結構合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態(tài)特性進行分析。CAE技術在我國也得到了廣泛應用，以汽車制造業(yè)為例，國內(nèi)多家主車廠和汽車設計公司在使用三維CAD軟件完成新車型的設計后，進行CAE分析，如干涉檢查、鈑金成型分析、塑料件拔模角分析、車身強度剛度的測試，在車窗、車門、雨刮器等運動部件上廣泛采用CAE模塊中的運動仿真功能，計算出零件的運動軌跡，以及零部件在運動中的狀態(tài)，為設計人員提供直觀的參考。這些分析工作大大提高了新車型的可靠度，縮短了新車型的開發(fā)周期，減少了返工，節(jié)約了研發(fā)成本。采用三維CAD技術，機械設計時間縮短了近1/3。同時，三維CAD系統(tǒng)具有高度變型設計能力，能通過快速重構，得到一種全新的機械產(chǎn)品，大大提高了工作效率。3計算機輔助設計在生產(chǎn)中的應用3.1計算機輔助設計應用于生產(chǎn)的優(yōu)勢作為一項被世界各國廣泛應用的計算機技術，CAD技術是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一，也是衡量一個企業(yè)技術水平的重要標志。利用計算機實現(xiàn)生產(chǎn)設計和生產(chǎn)，是降低成本提高工程設計中的精確強度，加強競爭與奪標能力的有力手段。計算機繪圖是建立起某種模式和方法，使計算機領會人的意圖，進行科學分析和計算，作出判斷和選擇，最后輸出滿意的設計結果和生產(chǎn)圖紙。它是設計者向系統(tǒng)輸人根據(jù)設計要求建立起來的數(shù)學模型和設計參數(shù)，讓計算機去檢查有關的資料，并根據(jù)相應的公式和標準規(guī)范進行計算機優(yōu)化、顯示出設計結果。其還可以在屏幕上對設計結果進行放、縮、旋轉、平移等變換。如果用戶不滿意，可以對設計圖形作出修改、剪裁、拼接等處理，直到獲得滿意的結果，最后由繪圖機輸出圖樣。功能和很高的數(shù)學精度，其有效位數(shù)已完全能夠滿足工程測量中的需要。在工作期間?？蓪⑺袌D紙、所有工程量表格及文檔進行分類，其重點是對圖紙文件利用AutoCAD進行總圖的繪制，在以后的工作中，就可以在總圖上進行查找，它將更好的減輕測量人員的外業(yè)勞動強度，更好地提高測景作業(yè)效率和作業(yè)精度。較之于傳統(tǒng)的手繪圖設計，計算機輔助設計軟件CAD的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面。其一，使設計工具集中化計算機作為設計工具，代替了所有其它傳統(tǒng)設計工具。如常用的紙、筆、直尺、圓規(guī)、三角板等。減輕了常規(guī)制圖的勞動強度。自從使用電腦繪圖后，桌子上少了筆、尺、圓規(guī)、三角板等．隨著小小鼠標的移動。一張工整的圖紙便呈現(xiàn)在面前。其二，避免了重復性工作，大大減少了工作強度。在以往的繪圖工作中，往往需要繪制不同比例的樣圖，是重新繪制，而計算機只要將圖紙?zhí)岢觯右院唵畏糯蠡蚩s小就可以得到所需的各種比例樣圖。計算機是個善于復制和修改的能手，它能使重復性工作大為減少，提高工作效率。其三，在圖紙管理方面為工作者提供了很大的方便。傳統(tǒng)的圖紙修改，首先要刮圖紙，極易造成圖紙損壞，大大影響了圖紙的美觀性。而在計算機中對圖紙進行，無論修改多大面積的繪圖，對圖紙修改多少次，即使是牽涉到圖的重新排版，都可以很方便地完成，并且在最后出圖時不留痕跡。并且對于保存的大量圖紙還可以按一定的順序，比如名稱、規(guī)格、類型等進行分類，打印成圖，或者刻錄到光盤中，永久保存，不但減少檔案柜占據(jù)的工作空間，也有效地防止了由于計算機損壞造成的圖紙資料的丟失。計算機操作系統(tǒng)還提供了強大的目錄管理功能，可使不同類別的圖紙存放在各個不同的文件夾中，以代替龐大的文件柜和分件夾，還可對這些圖紙資料進行復制、備份、提取和整理?，F(xiàn)在，除了正常繪制加工所需的圖紙外，正逐步把文件柜中保存多年的圖紙資料輸入到計算機中。3.2計算機輔助設計在生產(chǎn)中的作用計算機輔助設計在生產(chǎn)中扮演著正面積極的角色，他從各個方面促進了生產(chǎn)的效率。以機械生產(chǎn)為例，目前軸承市場競爭異常激烈，需求不斷提高,所需產(chǎn)品結構復雜、精度要求高,交貨日期短。軸承設計要求嚴格,內(nèi)部尺寸之間有嚴格的配合關系,并且其要求的生產(chǎn)工藝復雜，加工精度高,所需的工裝圖紙不僅數(shù)量大,而且加工難度大,尺寸要求嚴格。通常的設計流程是,先設計出草圖,根據(jù)草圖試生產(chǎn)若干件樣品,再根據(jù)試生產(chǎn)的結果修改圖紙,反復幾遍,才能最終出正式圖。這樣不但生產(chǎn)周期長,而且因為反復修改模具、工裝,導致生產(chǎn)成本提高。如何提高產(chǎn)品的一次設計成功率,降低生產(chǎn)成本,縮短制造周期,從而提升企業(yè)的市場反應速度,提高軸承產(chǎn)品的競爭力？在軸承設計中應用CAD技術,較好地解決了這一問題。(一)提高質量應用CAD技術可以提高產(chǎn)品設計的質量,縮短設計周期,真正做到輔助設計二維CAD技術雖然可以幫助設計人員把圖紙畫得規(guī)范、漂亮,提高繪圖效率，而且以后的圖紙修改及管理也很方便。但它與傳統(tǒng)的手工繪圖一樣,對減少產(chǎn)品設計錯誤、設計更改和返工現(xiàn)象并無重大影響,對企業(yè)最需要的設計質量并沒有多大的提高。而應用三維CAD進行產(chǎn)品設計,可以方便地設計出所見即所得的三維實體產(chǎn)品模型,所有零件的三維模型可以放在一張圖內(nèi)。而利用三維CAD提供可以方便、快捷地對三維模型進行模擬裝配和干涉檢查,對重要零部件進行有限元分析與優(yōu)化設計。所有零件的設計缺陷和干涉部位,可以一目了然地發(fā)現(xiàn)出來,無需面對數(shù)十張二維圖紙苦心冥想其中的關聯(lián)。設計人員的考慮重點將是產(chǎn)品的結構是否合理,產(chǎn)品的功能是否滿足要求,無需花費大量精力去考慮產(chǎn)品圖線型、剖切位置、投影關系等與產(chǎn)品質量關系不大的因素。生產(chǎn)的二維工程圖紙,可通過三維CAD的三維與二維的關聯(lián)功能,直接由三維自動生成符合國標的二維工程圖紙。(二)節(jié)約成本應用三維CAD能夠減少產(chǎn)品工裝修模次數(shù),降低成本。如某些精密加工行業(yè),產(chǎn)品加工所需的工裝不但數(shù)量大、規(guī)格種類多,而且加工精度要求很高,制造周期較長。通常的做法是根據(jù)產(chǎn)品圖和操作圖,先用二維CAD一筆一筆地繪出工裝草圖,然后試制、試裝,不合適再修改,反復幾次,直到達到工藝要求。使用三維CAD設計工裝,則可以克服傳統(tǒng)繪圖的缺點,直觀地看到各組成零件的配合情況,甚至可以通過模擬工裝的運動過程,在工裝投入制作之前發(fā)現(xiàn)不合適的部位及時修改,從而提高了工裝設計的準確性,減少了修模次數(shù),從而節(jié)省了生產(chǎn)成本,產(chǎn)品制造周期也縮短了。(三)靈活性高應用三維CAD能夠快速進行變型設計。某些具有型號多，系列多等特點的產(chǎn)品，往往同系列的產(chǎn)品工裝結構基本相同,只是尺寸不同。而不同系列的產(chǎn)品工裝雖然結構不同,但工裝中的某些零件結構相似,只需稍做改動。應用三維CAD可以快速完成工裝的變型設計,因為所有零件均以數(shù)字樣機的形式存放在計算機中,在已建立的數(shù)字樣機基礎上,根據(jù)同系列或相近系列產(chǎn)品的不同要求,或修改、或增加、或刪除各種結構和零部件,快速準確地完成新工裝的設計?；趨?shù)化建模的三維實體設計軟件,能夠更快速、更經(jīng)濟地完成所要進行的工作,它的裝配檢查,也可避免以往變型設計中容易產(chǎn)生的碰撞等不合理結構,使變型產(chǎn)品的設計更趨完美。(四)便利性應用三維CAD能夠提高產(chǎn)品宣傳的效果。利用三維CAD的設計軟件高級渲染功能和動畫輸出功能,能夠把已經(jīng)設計出的產(chǎn)品和各零部件模型,輸出成具有照片級真實感的效果圖,或者將產(chǎn)品各部件之間的運動和相互的約束關系以動畫的形式表現(xiàn)出來,模擬產(chǎn)品的實際工作狀態(tài)。通過效果圖和動畫,無需等到產(chǎn)品制作出來,客戶就可以“看到”該產(chǎn)品,從而對設計的產(chǎn)品結構和功能有較深刻的理解,彌補了以往僅利用技術圖紙進行產(chǎn)品描述所帶來的不便,達到提高客戶滿意度和樹立企業(yè)良好形象的目的。4計算機輔助設計的應用趨勢4.1計算機輔助設計應用于生產(chǎn)時存在的問題雖然CAD技術已經(jīng)廣泛的用于各個行業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之中并日趨成熟，但不可否認的是在一些領域仍存在問題。其原因有以下幾點：其一，未能真正實現(xiàn)輔助設計。很多使用企業(yè)并未實現(xiàn)真正的輔助設計，目前很多單位用CAD軟件可以做出三維模型，但僅僅是為了做三維效果圖，并未真正實現(xiàn)運用三維CAD軟件進行整體空間設計和受力分析，還停留在平面圖設計方面。他們只是做到用計算機出圖，只停留在這個階段，就失去了其應有的作用，因為CAD是輔助設計，不是輔助繪圖。特別是三維CAD軟件中的CAE功能在各企業(yè)間應用得就更少了。以汽車行業(yè)為例，雖然現(xiàn)在汽車企業(yè)普遍認識到，CAE功能可以進行產(chǎn)品的性能與安全可靠性分析，并對產(chǎn)品未來的工作狀態(tài)和運行行為進行虛擬運行模擬，及早發(fā)現(xiàn)設計缺陷，實現(xiàn)優(yōu)化設計。但對于如何有效開展CAE的工作就沒有明確的認識。其次，精通CAD技術的人員匱乏。三維CAD系統(tǒng)是一個復雜、多樣的系統(tǒng)，并不是每個設計人員都能很好地掌握，更何況大部分設計人員并沒有接受過CAD的應用培訓，對CAD的多數(shù)功能知之甚少，他們完成的設計很可能就存在一些缺陷。世界著名的汽車制造商福特、通用、戴姆勒-克萊斯勒等企業(yè)之所以CAD/CAM技術應用得好，是因為得益于幾十年來一直大力開展CAD/CAM應用而積淀下來的寶貴經(jīng)驗以及培養(yǎng)出了一支高水平的技術隊伍?，F(xiàn)在國內(nèi)既懂計算機軟、硬件，又有豐富專業(yè)知識的人才匱乏，而這恰是企業(yè)最為寶貴的財富。為了留住人才，各企業(yè)也做出了很大的努力，但整個行業(yè)還是缺乏培養(yǎng)人才的氛圍，部分企業(yè)還是沒有意識到自己培養(yǎng)出的人才比在市場上招聘的人才更了解自己的企業(yè)，也是企業(yè)發(fā)展的中堅力量。改變這一點還需要付出大量的努力，需要經(jīng)歷一個長期的過程。4.2計算機輔助設計應用于生產(chǎn)的發(fā)展趨勢計算機輔助設計軟件已經(jīng)給人們的設計工作提供了很大的便利，但其自身仍在不斷的完善之中，同時也在向著以下幾個方向發(fā)展：(一)圖形交換技術一個直觀的、智能化的工作界面可以開拓設計師的思路，解放大腦，讓他把精力集中到創(chuàng)造性的工作中。CAD軟件是產(chǎn)品創(chuàng)新的工具，務求易學好用，復雜的功能操作簡單，簡單的功能能夠實現(xiàn)自動化。因此，智能化圖標菜單、實時生成的造型、動態(tài)提示指引等一系列人性化的功能，為設計師提供了方便。此外，觸摸輸入法草圖識別、語言識別和特征手勢建模等新技術也正在研究之中。(二)智能CAD技術隨著人們一定程度上掌握創(chuàng)造性活動的規(guī)律，逐漸對計算機輔助設計軟件提出智能化需求。設計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動，智能CAD/CAM是發(fā)展的必然方向。智能設計在運用知識化、信息化的基礎上，建立基于知識的設計倉庫，及時準確地向設計師提供產(chǎn)品開發(fā)所需的知識和幫助，智能地支持設計人員，同時捕獲和理解設計人員意圖、自動檢測失誤，回答問題、提出建議方案等。并具有推理功能，使設計新手也能做出好的設計來。現(xiàn)代設計的核心是創(chuàng)新設計，人們正試圖把創(chuàng)新技法和人工智能技術相結合應用到CAD技術中，用智能設計、智能制造系統(tǒng)去創(chuàng)造性指導解決新產(chǎn)品、新工程和新系統(tǒng)的設計制造，這樣才能使我們的產(chǎn)品、工程和系統(tǒng)有創(chuàng)造性。(三)虛擬現(xiàn)實技術虛擬現(xiàn)實技術在CAD中已開始應用，設計人員在虛擬世界中創(chuàng)造新產(chǎn)品，可以從人機工程學角度檢查設計效果，可直接操作模擬對象，檢驗操作是否舒適、方便，及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結構空間布局中的干涉和運動機構的碰撞等問題，及早看到新產(chǎn)品的外形，從多方面評價所設計的產(chǎn)品。虛擬產(chǎn)品建模就是指建立產(chǎn)品虛擬原理或虛擬樣機的過程。虛擬制造用虛擬原型取代物理原型進行加工、測試、仿真和分析，以評價其性能，可制造性、可