计算机在机械设计制造领域的应用

摘要：计算机凭借强大的数据分析处理能力和图形处理能力，在机械工程领域得到了越来越广泛的应用。文章从图形绘制、仿真与数据分析处理等方面对计算机在机械设计制造领域的应用进行了探讨。

关键词：计算机;机械设计制造;软件

当前，计算机技术的发展和相关软件的开发升级对机械的设计研发、制造技术的进步起到了重要的推动作用，已经成为该领域不可或缺的重要工具。一方面，计算机强大的数据处理能力可整合机械设计相关数据，并通过软件将数据和设计思路转化为直观可视的设计语言，方便设计人员及时发现设计缺陷，进行分析改进。设计人员还可以建立相关的数学模型，对设计进行仿真实验分析，并根据仿真实验结果对设计进行改进，减少设计人员的工作量，大大提高新产品开发设计的效率。另一方面，利用计算机可将传统的平面图纸转化为三维可视实体图形，弥补了传统机械零件三视图不够直观的缺点;利用计算机的三维零件模拟组装功能可提前发现以往只有在加工生产过程中才能发现的设计错误，提高了设计的科学性;在加工生产过程中，利用可视化技术直观监测整个加工过程，能及时发现和处理加工生产过程中出现的问题。

一、CAD技术的应用

CAD（Computer Aided Design）是指在设计过程中，利用计算机软件绘制图纸，帮助机械工程师提高工作效率。CAD技术改变了传统手绘工作量大、存档查找费时、图纸改动困难、效率低且易出错的缺点。并且随着计算机图形技术的发展，通过计算机软件可将传统的图纸三视图转化为三维实体图，还可将三维零件组装后进行运动仿真，帮助工程师及时发现设计缺陷，优化设计方案。下面介绍几种在机械设计过程中常用的CAD软件。

（一）Auto CAD

Auto CAD是由美国Autodesk公司出品的一款计算机绘图软件，多用于二维制图，也可进行简单的三维设计。该款软件开发已有三十余年，被广泛运用于机械、建筑、电子、航天、造船、石油化工、土木工程、冶金、气象、纺织、轻工等领域[1]。

（二）Pro/Engineer

Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司旗下的重要产品。Pro/Engineer第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/Engineer的基于特征方式能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。目前，它在国内产品设计领域应用广泛[2]。

（三）CATIA

CATIA也是一款常用的三维设计软件，由法国达索公司开发。它与 Pro/Engineer有所不同，后者在国内多用于电子、模具、钣金等领域，特别是塑料、压铸模具行业，而CATIA则更多运用于汽车、航天等需要团队联合设计的项目。

二、计算机仿真与数据分析处理在机械设计制造领域的应用

计算机仿真是利用计算机建立相关研究对象参数模型，模拟仿真一些特定的实验结果，替代以往大量的现场试验，取得相关数据。它大大减少了试验成本，加快了产品设计开发的速度。比如在汽车制造领域，为了优化外形，减少风阻，经常要计算汽车附近空气的流动以及汽车本身的受力情况。对此，可利用计算机仿真将空气、车体分割成小块，分别计算每个小块的运动和受力情况，再整合车体的整体运动和受力情况，最后得出仿真计算结果。下面介绍几种常见的计算机仿真软件。

（一）ANSYS

ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析软件，在工業领域有着极为广泛的应用。它可与多种CAD软件共用接口，方便绘图后进行仿真分析。目前ANSYS已成为有限元分析仿真领域应用最广泛的软件之一。

（二）AMESim

AMESim是一种可视化的仿真平台，它将需要仿真分析的元件与系统制成不同颜色、不同样式的图形，方便研究人员搭建系统，进行动态仿真得出相关实验数据，优化设计方案，并能减少成本，缩短开发周期。该软件多用于液压系统、汽车动力系统等相关领域的研究设计。

三、计算机在工业生产中的应用

由计算机技术发展而来的控制系统结合传统的加工生产设备，催生出自动化生产技术，大大减少了人工重复劳动，避免了人为因素造成的加工精度误差。目前，计算机也在机械设备运行状态监测及故障诊断中得到广泛应用。利用计算机设备，可自动监控和了解设备运行状态，及时发现并预警故障，大大提高监测的实时性和准确性，有效保障设备的运行与维护。

参考文献

[1]CAD辅助设计教育教研室.中文版AutoCAD2014实用教程[M].北京：人民邮电出版社，2015.

[2]钟日铭.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]许海童.计算机技术在机械设计制造中的应用[J].河南科技，2015（23）：121.