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【摘 要】本文就机械制造业的发展与三维CAD技术在机械设计中的应用谈一点看法，以供业内同行借鉴参考。
【关键词】CAD 机械设计 应用
人在现实生活中看到的3D实体，是有颜色、材料、硬度、外形、尺寸、位置等概念的实体，甚至是带有相当复杂的运动关系的3D实体。由于以前的表达手段有限，在机械制图中人们不得不共同约定了与第一象限平行正投影的规则，用几个相关联的2D投影图表达自己的3D设计。这种信息表达是不完整的，而且绘图、读图要经过专门练习，假如能直接从3D概念开始设计，这样的3D模型就能表达出设计构思所需的全部几何参数。只有从三维开始设计，CAD软件对设计的辅助作用就会很轻易扩展和贯穿到产品开发全过程。
从3D开始的设计，仍然需要2D工程图的表达，而且要遵守传统设计的规范，因此作为CAD基础软件，必须具备从3D白动生成2D的工程图。并且具有双向关联的能力。以此为基础，进一步进行应力应变分析、零件质量属性分析、空间运动分析、装配千涉分析、数字控制可加工性分析、准确的2D工程图生成、外观色彩和造型效果评价、装配产品爆炸图、产品设计数据治理等一系列的需求都应能充分予以满足，这才是CAD技术对设计全过程的有效的辅助，而且是有明确技术效益和经济效益的CAD.因此，传统的以2D工程图为主的图形设计的资料治理将变成3D设计数据的保存和治理，从而使高职院校的机械制图课就可以大幅度删减，尽量保留学生的3D原始概念，随之而来的是2D工程图的画法也应随之大幅度简化。
美国Autodesk公司的产品INVENTOR是目前很好用的软件之一。它是建立在AutoCAD的基础上，具有AutoCAD的全部2D图形处理功能，并且增加了大量针对机械设计的支持功能。它对于3D造型，是基于特征、基于尺寸约束和儿何约束的参数化造型方法，有较好的3D与2D双向关联的能力。对于3D曲面，有良好的造型、修整功能。INVENTOR的另一大特色是为其他公司的应用软件集成到特定的用户环境下提供了相当方便的二次开发接口，这也是对传统AutoCAD开放结构的有效继续和发展。对于复杂的投影线生成，漏标尺寸，漏画图线的问题，在INVENTOR中是很轻易解决的、在INVENTOR中，并不直接生成2D工程图，而是首先绘制草图，仅对某些标注尺寸而要人为作些修改和补充。
对于部件机构的空间运动和动力学的分析讨论，在完成了3D设计的概念后，在INVENTOR中加载相关的专业应用软件就可以进行，其操作和结果都和我们很熟悉的AutoCAD用户界面相似。对于应力应变分析，我们同时结合有限元分析软件如（Dynamic Designer ， Visual Nastran FEA），可以对复杂的机械系统进行完整的运动学和动力学仿真。能够计算出机械系统零件的运动情况，包括位移、速度、加速度和作用力及反作用力，还可以作零件的强度和结构分析。
由于INVENTOR是以参数化三维特征建模为设计数据的表达，所以对于数控加工的分析处理提供了得天独厚的条件。目前基于INVENTOR开发的多种CAM软件也有许多，如从2D到3D粗加工、半精加工到最后的精加工，从刀位轨迹生成到数控（NC）代码转换，都是十分顺利的：处理速度也相当快。对于设计的更新与修改，INVENTOR也有独到之处，NIVENTOR中的三维建模模块本来就是3D参数化造型系统。例如尺寸修改，可以在3D造型上修改，也可以在与之相关2D工程图上修改，然后重新生成3D模型和2D相关图纸。对于设计下程治理，这只能由中国人自己完成，因为我们的设计习惯和治理要求与国外有所不同。目前国内已有一些优秀的软件和解决方案，如（Morrowsoft，CAXA）协同治理解决方案，通过应用OA，ERP等现代信息化治理工具，将极大地提高企业资源配置和生产流程治理能力。
对于三维CAD技术的应用有以下几点思考
一、把握和运用3D设计软件是有难度的
据笔者的经验，高职学生年轻，学得快但用得不好；面向企业经验丰富的工程师，大多数已不适应按3D概念进行设计构思，他们用平行正投影表达3D实体的思考方法已根深蒂固了。在学习3D设计软件之前，针对高职学生就是首先要解决基础知识和技术预备的问题。
二、任课教师本身的水平和经验不够，这可能是教学中最致命的问题
比起2D图形处理来说，3D设计更需要进行培训，不少学生用AutoCAD画2D图相当熟练，但在进入3D设计时，无论从概念还是造型技巧上，都感到相当生疏。高职院校应该加大资金投入，对任课教师培训，使他们尽早成为“双师型”。
三、学校实训设备问题
在CAD系统中有三个成员：硬件、软件和使用者，使用者是这个系统中的重要因素；设备在CAD系统的应用效果上起着要害作用。必须明确使用CAD系统要解决什么问题？怎样的结果才是想要的？什么功能对学校的专业设计是最要害的？并不是软件功能越多、越强就越好，要看做什么用。所以必须结合高职院校人才培养目标、专业建设和教学实际需求，合理有效并且经济地配置资源。
综上所述，使用INVENTOR为主要支撑软件的3D设计系统，明显提高机械CAD应用效果的条件已经基本具备，我们应当重新对CAD技术在机械设计中的应用效果及水平和投入规模进行确认，努力提高教学质量和学生动手能力、从CAD/CAE/CAM的系统集成入手，采用合理的3D设计解决方案，正确选择代表CAD技术开发方向的专业增值软件，大力开展产学研训相结合，真正将CAD的软、硬件和师资投入转化为生产力，转化为高职院校的社会效益和经济效益。
【关键词】CAD 机械设计 应用
人在现实生活中看到的3D实体，是有颜色、材料、硬度、外形、尺寸、位置等概念的实体，甚至是带有相当复杂的运动关系的3D实体。由于以前的表达手段有限，在机械制图中人们不得不共同约定了与第一象限平行正投影的规则，用几个相关联的2D投影图表达自己的3D设计。这种信息表达是不完整的，而且绘图、读图要经过专门练习，假如能直接从3D概念开始设计，这样的3D模型就能表达出设计构思所需的全部几何参数。只有从三维开始设计，CAD软件对设计的辅助作用就会很轻易扩展和贯穿到产品开发全过程。
从3D开始的设计，仍然需要2D工程图的表达，而且要遵守传统设计的规范，因此作为CAD基础软件，必须具备从3D白动生成2D的工程图。并且具有双向关联的能力。以此为基础，进一步进行应力应变分析、零件质量属性分析、空间运动分析、装配千涉分析、数字控制可加工性分析、准确的2D工程图生成、外观色彩和造型效果评价、装配产品爆炸图、产品设计数据治理等一系列的需求都应能充分予以满足，这才是CAD技术对设计全过程的有效的辅助，而且是有明确技术效益和经济效益的CAD.因此，传统的以2D工程图为主的图形设计的资料治理将变成3D设计数据的保存和治理，从而使高职院校的机械制图课就可以大幅度删减，尽量保留学生的3D原始概念，随之而来的是2D工程图的画法也应随之大幅度简化。
美国Autodesk公司的产品INVENTOR是目前很好用的软件之一。它是建立在AutoCAD的基础上，具有AutoCAD的全部2D图形处理功能，并且增加了大量针对机械设计的支持功能。它对于3D造型，是基于特征、基于尺寸约束和儿何约束的参数化造型方法，有较好的3D与2D双向关联的能力。对于3D曲面，有良好的造型、修整功能。INVENTOR的另一大特色是为其他公司的应用软件集成到特定的用户环境下提供了相当方便的二次开发接口，这也是对传统AutoCAD开放结构的有效继续和发展。对于复杂的投影线生成，漏标尺寸，漏画图线的问题，在INVENTOR中是很轻易解决的、在INVENTOR中，并不直接生成2D工程图，而是首先绘制草图，仅对某些标注尺寸而要人为作些修改和补充。
对于部件机构的空间运动和动力学的分析讨论，在完成了3D设计的概念后，在INVENTOR中加载相关的专业应用软件就可以进行，其操作和结果都和我们很熟悉的AutoCAD用户界面相似。对于应力应变分析，我们同时结合有限元分析软件如（Dynamic Designer ， Visual Nastran FEA），可以对复杂的机械系统进行完整的运动学和动力学仿真。能够计算出机械系统零件的运动情况，包括位移、速度、加速度和作用力及反作用力，还可以作零件的强度和结构分析。
由于INVENTOR是以参数化三维特征建模为设计数据的表达，所以对于数控加工的分析处理提供了得天独厚的条件。目前基于INVENTOR开发的多种CAM软件也有许多，如从2D到3D粗加工、半精加工到最后的精加工，从刀位轨迹生成到数控（NC）代码转换，都是十分顺利的：处理速度也相当快。对于设计的更新与修改，INVENTOR也有独到之处，NIVENTOR中的三维建模模块本来就是3D参数化造型系统。例如尺寸修改，可以在3D造型上修改，也可以在与之相关2D工程图上修改，然后重新生成3D模型和2D相关图纸。对于设计下程治理，这只能由中国人自己完成，因为我们的设计习惯和治理要求与国外有所不同。目前国内已有一些优秀的软件和解决方案，如（Morrowsoft，CAXA）协同治理解决方案，通过应用OA，ERP等现代信息化治理工具，将极大地提高企业资源配置和生产流程治理能力。
对于三维CAD技术的应用有以下几点思考
一、把握和运用3D设计软件是有难度的
据笔者的经验，高职学生年轻，学得快但用得不好；面向企业经验丰富的工程师，大多数已不适应按3D概念进行设计构思，他们用平行正投影表达3D实体的思考方法已根深蒂固了。在学习3D设计软件之前，针对高职学生就是首先要解决基础知识和技术预备的问题。
二、任课教师本身的水平和经验不够，这可能是教学中最致命的问题
比起2D图形处理来说，3D设计更需要进行培训，不少学生用AutoCAD画2D图相当熟练，但在进入3D设计时，无论从概念还是造型技巧上，都感到相当生疏。高职院校应该加大资金投入，对任课教师培训，使他们尽早成为“双师型”。
三、学校实训设备问题
在CAD系统中有三个成员：硬件、软件和使用者，使用者是这个系统中的重要因素；设备在CAD系统的应用效果上起着要害作用。必须明确使用CAD系统要解决什么问题？怎样的结果才是想要的？什么功能对学校的专业设计是最要害的？并不是软件功能越多、越强就越好，要看做什么用。所以必须结合高职院校人才培养目标、专业建设和教学实际需求，合理有效并且经济地配置资源。
综上所述，使用INVENTOR为主要支撑软件的3D设计系统，明显提高机械CAD应用效果的条件已经基本具备，我们应当重新对CAD技术在机械设计中的应用效果及水平和投入规模进行确认，努力提高教学质量和学生动手能力、从CAD/CAE/CAM的系统集成入手，采用合理的3D设计解决方案，正确选择代表CAD技术开发方向的专业增值软件，大力开展产学研训相结合，真正将CAD的软、硬件和师资投入转化为生产力，转化为高职院校的社会效益和经济效益。