1.1 计算机辅助设计的内涵

随着计算机技术的快速发展及其在产品设计和工程分析领域中的应用，使得传统的设计手段和加工方法发生了彻底的改变。如今，CAD技术已经成为设计领域中不可缺少的技术手段，它能够提高产品设计水平，缩短开发周期，提高产品的加工质量，同时也是企业提高创新能力、产品开发能力和增强企业竞争力的一项关键技术。CAD技术以数字化、信息化制造技术为基础，它的发展和应用对制造业产生了巨大的影响和推动作用。经过几十年的发展和应用，CAD现已经形成规模庞大的产业，而且为制造业带来巨大的社会效益和经济效益。

CAD以计算机、外围设备及其系统软件为基础，包括概念设计、方案设计、结构设计、优化设计、有限元分析、动态分析、仿真模拟以及产品数据管理等内容。它已广泛应用于机械、电子、建筑、航空、航天、汽车、化工、冶金、环境工程等领域。随着Internet/Intranet和并行、高性能计算机及事务处理的普及，异地、协同、虚拟设计及实时仿真也得到了广泛应用。

与传统的机械设计相比，CAD技术可以提高产品设计质量，缩短新产品开发周期，降低生产损耗，减轻劳动强度，实现脑力劳动的自动化。总之，计算机辅助设计技术以其强大的功能，将工程设计工作提高到一个新的水平，它的应用是工程设计史上一个新的突破。与常规设计相比，计算机辅助设计具有明显的优越性，主要体现在以下几个方面：

（1）提高设计效率、缩短设计周期。利用CAD技术，能明显地减少设计计算、图纸制作和资料检索时间，从而可减小设计人员的工作量和劳动强度，降低设计成本，从而能提高设计效率、缩短设计周期、加速产品的更新换代、增强产品的市场竞争力。如图1-1所示为通过CAD技术建立的锥齿轮二级减速器装配体模型。

图1-1 锥齿轮二级减速器装配体模型

（2）提高设计质量。利用计算机提供的标准数据库、图形库和应用软件提供的优化技术有限元分析和设计计算功能，可以减少人为的设计误差，达到最佳设计效果。同时，由于设计人员摆脱了繁重、简单、重复的劳动，从而能集中精力发挥创造性思维，设计出高质量的产品。

（3）便于产品标准化、系列化、通用化。利用CAD技术的参数化设计功能，可以方便实现产品的系列设计。利用存储于计算机中的标准设计信息，能够实现设计过程中的资源共享。设计人员可以利用CAD系统建立标准图及标准设计库，也可以修改原有产品设计中的参数得到新的设计结果。由于可以充分利用以前的设计结果，CAD系统在标准化、系列化、通用化方面有突出的优势。

（4）在设计阶段可预估产品的特性。利用CAD技术中的运动分析、有限元分析、动态仿真等技术，可以在设计阶段预估产品的特性。因此，可及早发现设计缺陷，从而能够提高设计质量、提高产品的可靠性、缩短新产品的试制周期。

（5）易于实现网络化设计。随着网络技术的迅速发展，基于网络的CAD系统也越来越多，利用这样的系统，工程人员可以实现不同部门、不同地点之间的设计信息交流，提高设计工作的效率与灵活性，实现设计资源的跨平台共享。

（6）为实现计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing, CAM）提供了基础。采用CAD技术生成的零件模型可以直接由计算机的CAM软件转化为加工、管理信息，并传送给数控机床和生产组织者，实现产品设计与制造一体化。

（7）使产品快速进入市场。产品设计完成以后，即可根据设计文件及有关数据，利用仿真技术和多媒体技术生成数字样机，通过网络等各种媒体进行产品宣传，提前进行市场拓展。

可以看出，采用CAD技术可以提高设计质量、缩短设计周期、降低设计成本、加快产品的更新换代速度，使企业可以保持良好的市场竞争能力。