CAD技术在工业设计中的应用_工业设计论文发表

CAD技术在工业设计中的应用

张冲

摘要：主要从产品造型、视觉传达和环境设计三方面讨论了计算机辅助设计(CAD)在工业设计中的广泛应用和巨大潜能，并指出目前的工业设计CAD软件系统在工业设计发展中所起业设计CAD的优点。

关键词：CAD技术；工业设计；应用

CAD技术是随着电子技术和计算机技术的发展而逐步发展起来的，它具有工程及产品的分析计算、几何建模、仿真与试验、绘制图形、工程数据库管理和生成设计文件等功能。近二十年来。目前CAD技术已经应用于许多行业，如机械，汽车，飞机，船舶，电子，轻工，建筑，化工，纺织及服装等。CAD技术应用于机械类产品设计的比例最大，机械CAD在整个工程CAD中占有比较重要的地位。

一、CAD定义

CAD即计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)。1972年10月，国际信息处理联合会(IFIP)在荷兰召开的“关于CAD原理的工作会议”上给出如下定义：CAD是一种技术，其中人与计算机结合为一个问题求解组。CAD是工程技术人员以计算机为工具，对产品和工程进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。

二、CAD和工业设计的关系

严格来说CAID只是CAD的一个分支，是CAD在工业设计中的应用。但是CAD与CAID在使用上并没有严格的分界线，通用的CAD软件中如CATIA、UG等也都包含有CAID的模块，同时便于曲面造型在工业设计界里专用CAID系统软件如Rhino和Alias也普遍流行。产品的制作过程几乎与真实的产品制造一样，计算机屏幕上的产品就是未来产品的三维图像。设计师还可以在设计过程中，利用CAD技术尤其是三维技术完成手工不易完成以及低效率的工作。

CAD是计算机在工程和产品设计中的应用，在现代制造过程中CAD基本介入到产品开发设计的整个过程里，设计过程中的需求分析，可行性分析、方案论证、总体构思、分析计算和评价以及设计定型后产品信息传递都可以由计算机来完成。可以说，CAD就是用计算机系统协助产生、修改、分析和优化设计的技术。而且随着Internet／Intranet网络和并行、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也将得到广泛的应用。

三、CAD软件现状、主要分类，及各自的主要特色

根据模型的不同，CAD系统一般可分为二维CAD系统和三维CAD系统：

二维CAD系统一般将产品和工程设计图纸看成是“点、线、圆、弧、文本……”等几何元素的集合，所依赖的数学模型是几何模型。

三维CAD系统的核心是产品的三维模型这种三维模型包含了更多的实际结构特征。使用户在采用三维CAD造型工具进行产品结构设计时，越能反映实际产品的构造或加工制造过程。

根据产品结构，生产方式和组织管理形式不同，企业对CAD软件的功能又有四方面不同需求：

(1)计算机二维绘图功能：“甩掉图板”把科技人员从繁琐的手工绘图中解放出来，其是CAD应用的主要目标，也是CAD技术的最主要功能。

(2)计算机辅助工艺设计(CAPP)功能：进行工艺设计，工艺设计任务管理，材料定额管量等功能，实现工艺过程标准化，保证获得高质量的工艺规程，提高企业工艺编制的效率1和标准化。

(3)三维设计，装配设计，曲面设计，钣金设计，有限元设计，机构运动仿真，注塑分析，数控加工等三维CAD，CAM功能，可以解决企业的三维设计，虚拟设计与装配，机构运动分析，应力应变分析，钣金件的展开和排样等困难，使企业走向真正的CAD设计。

(4)产品数据管理PDM。复杂产品的设计和开发，不仅要考虑产品设计开发结果。而且必须考虑产品设计开发过程的管量与控制．管量产品生命周期的所有数据(包括图纸技术文档)以及产品开发的工艺过程，使CAD、CAPP、CAM等系统实现的数据共享，使产品设计工作规范化保持一致性，保证图纸，工艺卡，加工代码，技术资料等的安全性。

四、工业设计CAD的优点

1、高质量

利用计算机可直接在系统上进行创造性设计，如形态构成、色彩设计、材料编辑、质感描绘、实时旋转变换、快速真实图像生成输出、多种造型方案的评判与决策等。三维空间软件系统，集三维实体造型、静态着色、复杂光照模型、多媒体动画创作于一体，产生的图像生动、逼真，能达到“真假难辩”“无中生有”的程度。方案确定后，各种设计数据可分类输出、准确无误，供后续结构设计应用。

2、高效率

工业设计CAD把人的逻辑推理、联想、富于创造性的优点与计算机高速、精确、大存储量等特性结合起来，使两者的优势得到充分的发挥。还可以对设计方案随时调整、修改、比较和评价，提高设计速度、缩短设计周期、降低设计成本，使新产品迅速投放市场。

3、系统优化

造型设计中，可以综合模拟设置配套环境、外表装饰等相关内外部因素于一体，并在基础图库上任意组合多种多样设计方案进行优选，能使设计人员及早发现缺点与不足，更加合理化与科学化。

4、宜人性

工业设计CAD能时时以“人”为服务中心，讲求“人机(产品环境)”完美和谐统一。利用“数据库”、“图形库”和“知识库”，能使产品或工程设计充分反映人机工程学提供的参数要求，贯彻相关系列宜人性、安全防护和环境艺术等标准。系统有良好用户接口支持，操作简单，使用方便，大大减轻设计师的劳动强度。

总之，在未来的几十年里，CAD技术将在建模技术、软件组件技术、集成化、智能化等方面进一步发展．因而也必将在机械工程设计的各个领域发挥越来越重要的作用。

参考文献

1、刘佳，计算机辅助设计在工业设计的应用状况及发展前景，电脑知识与技术，2007,3(16)

2、陈宗舜，我国制造业企业信息化现状及分析，世界制造技术与装备市场，2005,(02)

3、黄继明，CAD技术在产品设计中的应用现状，机床与液压，2006,(01)