刘 颖

（中国民用航空华东空管局山东分局，山东 济南 250107）

1 CAD 进阶概述

1.1 CAD技术概述

随着计算机技术及应用的迅速发展，特别是大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，使计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）、计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）与计算机辅助工艺规划或设计（computer aided process planning，CAPP）等新技术得以迅猛发展。CAD、CAM已经在电子、造船、航空、航天、机械、建筑、汽车等各个领域得到广泛应用，成为最具有生产潜力的工具，也取得了巨大的经济效益。

CAD 计算机辅助设计是利用计算机的快速数值计算和强大的图文处理能力，辅助工程技术人员进行产品设计、工程绘图和数据管理的一门计算机应用技术，是计算机科学技术发展和应用中的一门重要技术，应用广泛，影响深远。

1.2 CAD 技术应用

CAD 技术涵盖范围广泛。其设计对象最初包括两大类：一类是机械、电子、汽车、航天、农业、轻工和纺织产品等；另一类是工程设计产品等，如工程建筑。随着CAD 技术的不断发展，其应用领域不断拓宽，如今已延伸到艺术领域，如电影、动画、广告、娱乐和多媒体仿真等，均成为CAD 的应用范畴。

CAE（计算机辅助工程）和CAM（计算机辅助制造）是与CAD 技术密切相关的两个概念。CAE（Computer Aided Engineering）就是使用计算机辅助分析软件，对原CAD 模型进行仿真成品分析，通过反馈的数据，对原设计或模型进行反复修正，以达到最佳效果。CAM（Computer Aided Manufacturing）就是把计算机应用到生产制造过程中，以代替人进行生产设备与操作的控制，如计算机数控机床、加工中心等都是计算机辅助制造的例子。CAM不仅能提高产品加工精度、产品质量，还能逐步实现生产自动化，对降低人力成本、缩短生产周期具有积极作用。

把CAD、CAE、CAM 等技术结合起来，使得一件产品在由概念、设计、生产到成品形成的整个过程中，极大地节省了时间和投资成本，而且保证了产品质量。当今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD/CAE/CAM 技术进行产品设计，而且投入大量的人力、物力及资金进行CAD/CAE/CAM软件的开发，以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。

综上所述，CAD 技术是集计算、设计绘图、工程信息管理、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的高新技术，是先进制造技术的重要组成部分。其显著特点是：提高设计的自动化程度和质量，缩短产品开发周期，降低生产成本费用，促进科技成果转化，提高劳动生产效率，提高技术创新能力。CAD 技术对工业生产、工程设计、机器制造、科学研究等诸多领域的技术进步和快速发展产生了巨大影响。现在，它已成为工厂、企业和科研部门提高技术创新能力，加快产品开发速度，促进自身快速发展的一项必不可少的关键技术。

2 三维CAD 及其应用

2.1 三维CAD 概述

CAD 技术在机械行业应用最早，也最为广泛。传统机械设计要求设计人员必须具有较强的三维空间想象能力和表达能力，当设计人员设计新产品时，首先必须构想出产品的三维形状，然后按照投影规律，用二维工程图将产品的三维形状表示出来。随着计算机技术的不断进步，计算机绘图开始取代图板绘图，即最初的计算机辅助绘图CAD（Computer Aided Drafting），所绘制出来的图形为二维图形。

后来，计算机技术进展迅速，带动了CAD 技术逐渐由二维绘图向三维设计过渡。三维CAD 系统采用三维模型进行产品设计，CAD 的含义由Computer Aided Drafting 变为Computer Aided Design，即计算机辅助设计。这样，采用CAD 技术进行产品设计，不但可以使设计人员甩掉图板，更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力；还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。

2.2 三维CAD 技术应用

（1）可更加方便直观地进行产品设计。三维CAD技术为设计开启了新的视角和工作方式，使设计工作直观可视，有利于解决设计中尺寸相关性及干涉等相关问题，提高了设计效率，缩短了设计周期。

（2）可方便直观地进行产品装配、维修。在产品装配过程中，可直观地发现产品干涉或其他装配问题，并有针对性地进行检查、修改，然后进行重新装配，大大提高了设计的正确率，并且在产品修改、维护中，因为可以清晰地看到各零件的位置及装配信息，从而大大提高后续维保的效率。

（3）三维CAD 技术可以在产品装配阶段或者装配完成后进行运动仿真，可清晰地显示出产品的运动过程，对产品结构的分析、检验十分有利。运动仿真功能还可方便地进行产品的后续维修保养，大大提高了产品的维护效率和保养进程。

（4）可方便地对设计不合理的部件进行升级改造。根据零件设计信息，可方便地对运行中出现问题的零部件进行分析判断并进行修改设计。在产品维护保养中，也可据此对缺失的零部件进行重新改制，有利于延续产品寿命，助力产品的升级改造。

3 结语

三维CAD 技术大大提高了设计效率和设计进程。随着应用的不断扩大和需求的越来越高，引入MBD 基于模型的工程定义，使数字化设计、制造一体化成为可能。产品信息获取的便利性、模型的再利用能力进一步提高了产品的升级改造进程。近年来，随着网络技术的发展以及WebGL 技术的普及，云端CAD 发展迅速，在线三维建模成为可能。

未来，随着人工智能、多媒体、虚拟现实等技术的进一步发展，CAD 技术必然朝着集成化、智能化、协同化的方向发展。