1.1 計算機輔助設計的內涵

隨著計算機技術的快速發展及其在產品設計和工程分析領域中的應用，使得傳統的設計手段和加工方法發生了徹底的改變。如今，CAD技術已經成為設計領域中不可缺少的技術手段，它能夠提高產品設計水平，縮短開發周期，提高產品的加工質量，同時也是企業提高創新能力、產品開發能力和增強企業競爭力的一項關鍵技術。CAD技術以數字化、信息化制造技術為基礎，它的發展和應用對制造業產生了巨大的影響和推動作用。經過幾十年的發展和應用，CAD現已經形成規模龐大的產業，而且為制造業帶來巨大的社會效益和經濟效益。

CAD以計算機、外圍設備及其系統軟件為基礎，包括概念設計、方案設計、結構設計、優化設計、有限元分析、動態分析、仿真模擬以及產品數據管理等內容。它已廣泛應用于機械、電子、建筑、航空、航天、汽車、化工、冶金、環境工程等領域。隨著Internet/Intranet和并行、高性能計算機及事務處理的普及，異地、協同、虛擬設計及實時仿真也得到了廣泛應用。

與傳統的機械設計相比，CAD技術可以提高產品設計質量，縮短新產品開發周期，降低生產損耗，減輕勞動強度，實現腦力勞動的自動化。總之，計算機輔助設計技術以其強大的功能，將工程設計工作提高到一個新的水平，它的應用是工程設計史上一個新的突破。與常規設計相比，計算機輔助設計具有明顯的優越性，主要體現在以下幾個方面：

（1）提高設計效率、縮短設計周期。利用CAD技術，能明顯地減少設計計算、圖紙制作和資料檢索時間，從而可減小設計人員的工作量和勞動強度，降低設計成本，從而能提高設計效率、縮短設計周期、加速產品的更新換代、增強產品的市場競爭力。如圖1-1所示為通過CAD技術建立的錐齒輪二級減速器裝配體模型。

（2）提高設計質量。利用計算機提供的標準數據庫、圖形庫和應用軟件提供的優化技術有限元分析和設計計算功能，可以減少人為的設計誤差，達到最佳設計效果。同時，由于設計人員擺脫了繁重、簡單、重復的勞動，從而能集中精力發揮創造性思維，設計出高質量的產品。

（3）便于產品標準化、系列化、通用化。利用CAD技術的參數化設計功能，可以方便實現產品的系列設計。利用存儲于計算機中的標準設計信息，能夠實現設計過程中的資源共享。設計人員可以利用CAD系統建立標準圖及標準設計庫，也可以修改原有產品設計中的參數得到新的設計結果。由于可以充分利用以前的設計結果，CAD系統在標準化、系列化、通用化方面有突出的優勢。

（4）在設計階段可預估產品的特性。利用CAD技術中的運動分析、有限元分析、動態仿真等技術，可以在設計階段預估產品的特性。因此，可及早發現設計缺陷，從而能夠提高設計質量、提高產品的可靠性、縮短新產品的試制周期。

（5）易于實現網絡化設計。隨著網絡技術的迅速發展，基于網絡的CAD系統也越來越多，利用這樣的系統，工程人員可以實現不同部門、不同地點之間的設計信息交流，提高設計工作的效率與靈活性，實現設計資源的跨平臺共享。

（6）為實現計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing, CAM）提供了基礎。采用CAD技術生成的零件模型可以直接由計算機的CAM軟件轉化為加工、管理信息，并傳送給數控機床和生產組織者，實現產品設計與制造一體化。

（7）使產品快速進入市場。產品設計完成以后，即可根據設計文件及有關數據，利用仿真技術和多媒體技術生成數字樣機，通過網絡等各種媒體進行產品宣傳，提前進行市場拓展。

可以看出，采用CAD技術可以提高設計質量、縮短設計周期、降低設計成本、加快產品的更新換代速度，使企業可以保持良好的市場競爭能力。