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三维CAD技术在工程设计中的应用

2020-08-10万兵

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本文对三维CAD技术进行了概述,然后着重分析了三维CAD技术在工程设计中的应用优势和应用途径。

0 引言

    在传统工程设计中,工程图纸的绘制和工程方案的设计需要工程师通过手工方式完成,效率和准确率都不理想。随后,在一些发达国家中开始广泛应用简易家用计算机,随着技术的不断发展成熟,人们开始尝试使用计算机完成工程设计。CAD、CAM等制图软件应运而生。在三维CAD技术的运用下,工程设计效率和效果得到了进一步的提升。

1 三维CAD技术的基本概述

    CAD技术的全称是Computer Aided Design,即计算机辅助设计,通过应用计算机设备和图形设备,为设计人员设计工作提供辅助。早在20世纪70年代,该技术就已出现,通过计算机完成计算。在1963年开发的画板程序,设计者和计算机可通过图形的方法进行交互。设计时,在阴极射线管屏幕中使用光笔向计算机中绘制,即图形化用户界面的雏形,在现代CAD中,这种界面也具有重要的价值。目前,我国CAD技术在国外相关平台的基础上进行了二次开发,经历了数十年的发展,在传统二维CAD的基础上,发展为三维CAD设计,进一步提高了其应用价值。在三维CAD设计中,具有较强的直观性,不但可以对二维图纸进行绘制,也能如同UG一般,对3D模型加以建立。工程模型可采取立体角度观察,不存在死角,能使人们更加准确的了解工程概况。另外,采用组装程序能动态的展示和体现工程各个部分结构建造装配过程。

    传统的二维图纸仅采取了平面展示的方法,难以直观展现工程构造,需要采取阶梯剖、半剖、全剖等方式进行二维展示。在日常生活中,对于简易的三维理解,可以通过三视图加以实现。但是,在工程设计中,构造相对复杂,传统二维识图具有较大的局限性,为三维CAD技术的发展提供了可能。在工程设计中,三维CAD是未来主要的发展趋势。采用三维CAD技术进行工程设计,针对有限元分析,组建原始数据,优化设计集合形状,集成CAM、CAE、CAD以及CAPP等技术。同时利用着色、渲染等功能,在设计方案中实现良好的三维效果。使设计人员、决策人员能更直观的了解设计外观,做出更加合理的设计决策,缩短设计周期,提高设计效率和质量。

2 三维CAD技术在工程设计中的应用优势

    在工程设计中,三维CAD技术具有较为明显的应用优势。利用这一技术,能代替传统纸质图纸,符合工程建筑领域的未来发展需求。采用三维CAD技术替代人工设计的技术优势十分明显,进而可代替传统的手工制图、手工设计方法。从技术角度考虑,三维CAD技术的制图便捷性、制图精准性都更为理想,在图纸的携带、保存、检测等应用上,也更加方便,给工程建设质量提供了重要的保障。

    2.1 提高了制图便捷性

    在工程设计中,工程师的实际操作应当结合工程实际需求,对工程数据加以计算,进而完成数据设计,并通过计算数据完成工程制图。过去的工程设计对工程蓝图、草图、数据等都有较大的需求,图纸所用纸张很大。因此,保存、使用都较为困难,存在易丢失、损坏等现象。而利用三维CAD技术,不需要经历复杂的计算、绘制、保存等工程。在计算图形时利用人工计算方法,需要消耗大量的时间和精力,且易发生错误,需要反复检查和验算以确保准确性。而利用CAD制图方法,可对自动求解模块功能加以运用,完成对平方、成绩、求和的自动求解和复杂计算。大量的计算工作能在短时间内完成,并且能够保证准确率,从而提高了制图的便捷性。

    2.2 提高制图精准性

    例如航海、航空、水利水电等工程设计,通常都具有较高的技术性和尖端性。因此,必须有十分精确的设计和制图。由于行业的特殊性,如果采用传统手工绘图的方法难度很大,手工绘制的纸质蓝图在实际工程设计中,难以直观的展示出效果。因此,往往不能达到较高的精准度。利用三维CAD技术,发挥其强大的技术优势,利用计算功能简化计算过程,省略复杂的计算复查过程,能够精准、快速的完成工程各个部分绘制,提高工程设计制图的精准性。

    2.3 图纸携带保存检测方便

    在工程设计中采取手工绘制图纸的方法时,设计人员需要携带大量的图纸和器材等,且耗费的时间、精力也较大,对于工作效率的提升有不利影响。另外,使用的仪器设备易发生损坏或出现故障,进而影响工作效率。随着触摸屏技术、计算机技术的不断发展成熟,在先进计算机设备中,能对特定储存设备中的放置的内容加以识别。和传统的图纸相比,在传输、存储数据的过程中,很少会发生数据损失的情况;而纸质图纸则易发生受潮、损坏等问题,造成画迹失真,影响使用。利用三维CAD技术生成的图纸主要是数据流,可存储在硬盘中,并在不同地方备份以保证安全,可以通过Windows界面监控管理,十分便利。

    2.4 保障工程建设质量

    在工程设计中,三维CAD技术具有较强的直观性,在设计阶段中,能展示具体的工程结构,对复查修改的时间有较高的要求,不能一次完成。而通过提高设计的直观性,能尽早发现可能存在的问题和错误,在工程建设阶段更好的控制风险。现代工程设计一般具有复杂性、多专业性、系统性的特点,涉及了很多阶段和专业的协调。而在传统的二维设计环境中,可能存在沟通疏漏,进而出现设计反复或设计失误的情况。利用三维可视化环境,能够集中管理数据,通过关联参数驱动及对象,确保不同阶段及专业,具有唯一性和一致性的数据要求,能有效避免设计漏洞,进而确保工程质量,提高工程设计的有效性。因此,通过运用三维CAD技术,能够有效规避对空间关系认识不足而造成的设计失误,在工程设计中达到优质的效果,提高工作效率和工作速度。三维CAD还具有快速制图、存储功能,在研究工程问题和修改工程设计的过程中,能更准确的表达设计者观点,从而准确修改和展示成果。

3 三维CAD技术在工程设计中的应用途径

    3.1 地形地质规划

    在工程设计中应用三维CAD技术,可将国家部门提供的地理数据作为基础,对施工场地进行快速的数据模拟。基于此,能够对三维地貌图形快速直观的建立。例如,在水利水电工程中,囊括泄洪洞、引水洞、上下游水里图、大坝图以及其他相关的自然地形地貌等。利用初步描绘操作,可利用计算机向施工人员提供更加直观的三维仿真地貌图,使施工人员更加准确、客观、全面的了解工程设计方案。在不同的施工阶段运用三维CAD技术,还能随时更新施工后发生改变的地形地貌图。另外,在地貌图当中并不单是对地表的展示,也能准确反映地表下数十米、数百米的地质结构类型。在施工中能实现旋转山体,切割施工剖面,挖通山体等施工措施。

    3.2 工程质量设计优化

    应用三维CAD技术对工程精确模型加以建立,准确计算工程中的相关数据,能明确工程中不用部分的截面积以及各个关键节点坐标等,从而得到工程各个结构的体积,进而在工程建设中达到更高的精确度。在各个工程结构建模之后,可在各个分支结构中分配各项工程材料的总量,为后续的工程预算提供依据,增加工程可供选择的预分配方案。在实际施工场地中,难以充分利用一些面积狭小的场地或是较为危险的场地,会降低工程施工效率。三维CAD技术除了应用在工程设计,也可以通过三维建模的手段,对各个施工空间进行动态设计与合理分配,进而快速完成工程建设中最初的建筑分配图。在实际施工中,可以根据实际情况随时优化调整工程设计,统一设计分配工程建设与方案,进一步提高工程效率和工程质量。

4 结语

    近年来,随着社会经济的快速发展,在工程建设领域取得了较大的进步。工程设计是工程建设中的重要步骤,对后续的工程施工、造价控制等都有直接的影响。将三维CAD技术应用在工程设计中,能有效解决传统二维设计的局限性,直观展示工程各方面情况。利用该技术,对工程设计效率、质量的提升有重要意义。

责任编辑:程玥
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