【摘要】本文通过介绍CAD技术及应用软件、系统产生的背景，结合我国当前CAD技术、软件发展的现状，对CAD在我国机械设计当中未来发挥的作用、未来发展的方向等方面进行展望。
【关键词】CAD技术 软件 机械设计 应用现状 发展趋势
一、前言
CAD这一概念的产生经历了从狭义片面的定义到当今世界对其进行全面定义的过程。狭义片面者认为，CAD就是在工程设计过程当中使用计算机、设备仪器等高科技设备对所研究机械模型设计的合理性、可行性进行科学的计算及分析。还有些狭义片面者认为只要在绘制工程图工作过程中利用到计算机拥有的控制功能来进行绘图就被当作是CAD。以上这些CAD的定义都是非常局限的，他们都只关注了机械绘图这项高科技功能，而忽略了CAD的真实内涵和本质。当前学术界对于CAD技术在机械设计当中应用的研究尚且处于初级阶段，非常不利于这一技术的发展。作者结合投身此行业多年经验，对CAD当前的应用现状和未来发展趋势进行研究，以期促进这一技术的发展。
二、CAD技术的产生及发展
在上个世纪五十年代初时，CAD技术的诞生尚且处于一种被动式处理图像、图形的阶段。此时期代表着CAD技术已经为其发展做足了准备，处于一种萌芽时期。当进入到二十世纪的六十年代后，受到那个时代计算机的图形学理论、交互技术、分层技术、信息转化等数据技术新思想极大发展的影响，让CAD技术的应用与发展拥有更加完备的理论基础、技术支撑，从而让CAD设备开始走向商品化的道路，在市场当中产生了大量品种多样的设备。上个世纪七十年代初，美国App公司首次推出拥有多功能集于一体的CAD操作系统，其标志着CAD技术的发展和应用已经开始步入高速成长、不断成型的关键时期。在这一时期，大量的CAD和CAM商品化的产品、系统开始走入中小企业当中，不断扮演着重要的角色。
到了上个世纪九十年代中期，CAD技术已经充分融合了标准性、集成性及智能性等多种优秀功能与一身。以微机加视窗的windows操作系统以及工作站配置的LINIX操作系统为主，为CAD运行系统构建起了以太网环境的主流操作平台。今天的CAD技术及系统已经具有高度的开放性，标准化图形的接口、图形的功能。在今天的CAD系统当中，运用了多种极具个性的多媒体技术、专家系统技术、人工智能的技术等等，使得CAD系统拥有更加强大的自动化运行和设计理念，让智能化的CAD技术成为了一门新的学科。
三、CAD技术概述
（一）CAD概念
CAD的英文全名是Computer Aided Design。翻译成中文就叫做计算机的辅助设计系统，其是通过利用计算机来完成产品设计过程中复杂的计算、繁琐的分析、精确的模拟、详细的制图以及文件编制的技术等重要工作的。其能够利用计算机的辅助设计人员去完成世界当中所有产品设计的整个过程，并在输出结果满意之后进行产品图纸设计的一种机械自动化方法。CAD技术是当代发展最为迅速，最为广泛，最具跨行业和学科特点的一门综合性的新型技术。
（二）CAD系统的构成
CAD技术的载体是CAD系统，通过利用CAD系统为用户实现其最终的设计思想，从而加速产品的设计、工程的完工的一款重要信息化、智能化、科学化的工具。可以从CAD系统的体系结构来对其进行三个层次的分类，其包括：（1）即基础层;（2）支撑层;（3）应用层。对于基础层，其主要是由计算机和外围的设备及其系统的软件来构成的;对于支撑层而言，其主要包含计算机的软件分析、数据库的系统管理软件控制及网络服务的软件、集成化的CAX等多种软件的控制等等。对于应用层来说，其主要是针对于应对来自不同领域用户、技术的需求，从而设计出不同种类、内容的CAD专用软件，以保障CAD被运用到实际工作、研究当中。就目前看来，世界范围内存在品种繁多、种类不已的CAD开发及应用软件，这一现状显示出了CAD领域巨大的生命力及广阔行业发展的背景。
（三）CAD的功能
作为一个较为完善的CAD系统，其应当具有以下几方面的主要功能：
第一，科学计算和分析的功能。CAD系统应能独立完成机械常规的设计、优化的设计、可靠性的分析、有限元的分析、动态的分析同及数字仿真的模拟等等品种繁多的科学计算。
第二，图形的处理功能。例如：CAD系统可以运用二维交互图形的技术建立三维的几何造型，对图形进行仿真模拟的功能，输入及输出图形的功能等等。
第三，数据的管理和交换的功能。例如：CAD系统应当建立数据库的管理方式实现不同CAD系统之间能够进行数据交换及接口互联的功能等等。
第四，其它功能。例如：CAD系统应能从事复杂的文档制作工作，拥有编辑和处理文字的功能，应当具有设计软件和网络的功能等等。
（四）CAD与传统设计的区别
CAD与传统设计系统相比，其主要区别有以下几个方面：
1.CAD系统当中包含了多种能够进行方案的决策、结构的设计、性能的分析、功能的仿真等贯穿工艺设计整个过程的工具;
2.传统设计系统与CAD的主要区别在于，其主要是采用人工信息处理的方式，而不会过于要求对机械产品进行形式化方法的表达;
3.设计人员可以在传统设计系统之下在非形式化的背景下进行工作，CAD系统无法满足这一点要求;
4.传统设计系统在操作过程当中需要绘图工具、操作手册、规划图纸等堆积如山资料的支持，而CAD系统仅仅需要计算机的硬件环境及其软件环境的支撑就可以实现机械设计的研究、应用;
5.CAD系统的运用过程、操作注意事项等均与传统的设计系统之间有着很大的区别。
可以发现，CAD系统与传统的设计系统相比，CAD系统拥有更加明显的优势。在实际操作过程中，CAD技术的应用能够帮助设计流程大大提高设计的效率，大大缩短设计的周期，大大提高设计的质量，从而促使各部门之间的信息交流速度更加迅速、更为可靠，极大的促进了便设计工作同分析工作的协调统一，非常有助于现实产品的标准化、科学化及智能化等特点。
四、我国CAD技术在机械设计中应用的现状
我国CAD技术被广泛的应用于机械设计、制造领域是从上个世纪六十年代末开始的，经过四十多年我国自主的研究、开发以及推广和应用。如今，我国的CAD技术已经被广泛的应用于各种机械的设计领域当中。但是，由于我国CAD机械设计系统的发展受到了我国社会主义改革开放进程较晚的影响，从而使我国CAD机械设计系统的完善程度、效率程度等多种性能大大受到了制约，相对于国外的CAD机械设计系统而言我国仍处于较低水平之上。
（一）二维CAD市场的热度上升
越来越多的企业开始对二维的CAD软件产生了新的认识，这一软件已经被设计师们充分的发挥出他们应有的功能和作用，并成为一种开展设计工作的主要工具。在一些内部条件较好的企业当中，他们充分的认识到了资源共享能够为企业创造的价值，并且已开始从原有的单机使用不断转化为一种基于网络环境利用CAD软件开展团队协作的共享模式。但是，在我国CAD软件市场，国产的CAD软件其价格偏低，虽然价格非常符合国人设计师们的消费习惯。另外，由于我国设计行业资金不足，现有CAD等设计技术并不是十分的成熟。因此，在我国企业开发CAD相关项目的时候，国产的二维CAD软件更容易受到国人的青睐，这一事实可以从国产CAD软件的使用量。但是有一点需要说明，我国当前CAD软件的技术含量很高，让我国CAD应用软件拥有很强的企业个性。因此，为了设计适用不同国家、企业CAD软件的技术服务、支持服务时就需要耗费更长的时间。假如CAD的开发者不能够在技术上进行创新，就会导致CAD应用软件缺乏创新的设计方法及理论的研究，从而让CAD应用软件仅仅符合我国国人的习惯。虽然能够相较国外CAD软件拥有价格优势，但是却很难确保给予用户提供需要的培训、开发、升级和技术的服务，让我国CAD技术应用软件的效果下降，致使此类产品在国家市场当中缺乏核心的竞争力。
（二）微机三维CAD市场广阔的前景
CAD与CAM（CAM即计算机辅助制造）的市场是一个重视变化、适应快速变化的市场，其已经开始在微机平台之上作为开发三维造型软件的主力。从当前我国企业对其应用情况当中不难看出，二维CAD在整个市场当中占有较大的份额，但是这些软件应用的大多是停留在较低层次的绘图之上，而并没有被设计工作所利用。随着我国机械设计领域中软件应用的水平不断提高，开发基于三维CAD技术、系统从事设计工作的优势已不断显现出来了。我国现有企业所使用的三维造型软件大多数来自国外厂商。而国产的CAD与CAM软件同国外的供应商比较，我国最大的优势在于服务。这些服务内容既有售前的普及化服务，也有售后本地化的服务。另外，还有一些由此而延伸出来的很多增值型服务。在应用软件推广的推广当中，像三维造型软件这种需要非常复杂步骤、程序来构建的产品最重要的竞争力就在于优质的服务。我国国内的CAD与CAM应用软件的市场在经过商家的激烈竞争洗礼之后，已经开始变得非常的理性与成熟。世界范围内广大的三维造型用户已经逐渐开始根据自己的真实需要去选择软件的功能、价位、各类服务、承载度和兼容性。另外，提供软件公司未来的发展前景与口碑也被作为选择的重要因素。
五、CAD前沿技术与发展趋势
（一）图形的交互技术
CAD软件是一种创新的产品工具，其设计是为了满足易学好用的目标，实现操作者得心应手的设计。对于一个友好的、极具智能化的工作环境来说，CAD软件能够让设计师更加具有开拓的设计思路，充分解放设计者的大脑，从而使其能够将精力更多的集中到创造性工作的本身上。所以，CAD软件的图形交互技术设计将成为CAD软件未来的发展趋势。软件界面所配备和设计的智能化的图标菜单和拖放的功能，以及动态的导航器等等很多更具人性化的操作功能，都能够为设计师提供更加便捷的操作。
（二）智能化的CAD技术
CAD与CAM系统的应用已经逐步深入，并且逐渐开始为其自身的设计提出更多智能化的需求。设计一词包含了丰富的智能化、结构化的人类创作的活动。智能化的发展方向将成为CAD与CAM系统软件应用的是必然方向。智能化的设计需要建立在知识化、信息化的综合基础之上，从而为系统建立起基于知识设计的管理系统，更加及时的、准确的为设计师们提供在产品设计和开发过程当中需要的知识及帮助。另外，还可以智能的去支持设计人员的工作，获取、分析和理解这些设计人员的目的、意图，从而更加智能的自动检测系统失误，回答设计师问题，并提出解决对策和方案。
（三）虚拟现实的技术
虚拟现实的技术已经被CAD应用软件系统所利用，设计人员们能够在虚拟的世界当中更加简单的创造新的产品，也可以通过人机工程学的角度去检查设计的效果，从而能够更加直接的去操作和模拟目标对象，让检验的操作更加舒适、易于操作，实现及时发现产品的结构空间是否存在布局受到干涉、运动时产生机构碰撞等影响产品运作的问题。另外，还能够让设计者们更易于对新产品的外观进行设计，使得对产品的评价可以从多个方面来进行。虚拟制造时能够用虚拟的原型去取代物理的原型来进行真实性非常高的虚拟加工、测试、仿真及分析，也可以更加便捷的去评价产品的性能，是否可以制造、是否可以装配、是否达到维护的成本、是否塑造了预计的外观等等。从而让基于虚拟样机进行试验充分的达到仿真分析的效果，对真实产品开始制造之前就能够发现问题并及时的解，大大降低产品的成本。
参考文献：
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