一、設計工具的重要性
在制造業領域，設計工具是實現產品創新與高效生產的關鍵。CAD 軟件等設計工具的應用，極大地推動了制造業的發展。
CAD 軟件作為一種重要的設計工具，在制造業中發揮著舉足輕重的作用。據統計，目前全球有超過 80%的制造業企業在使用 CAD 軟件進行產品設計。CAD 軟件通過集成先進的專業功能，能夠實現產品的快速繪制和修改。設計師可以借助這些工具輕松地進行參數化設計，只需調整參數，就能快速生成不同規格的產品模型。
例如，在汽車制造行業，CAD 繪圖軟件被廣泛應用于汽車外觀設計、零部件設計和裝配工藝設計等方面。設計師可以使用 CAD 軟件創建汽車的三維模型，進行外觀造型的設計和優化。通過渲染和動畫功能，展示汽車的外觀效果，確保汽車的外觀符合市場需求和審美標準。同時，還可以對零部件進行精確的設計和裝配模擬，確保汽車的性能和質量。
在航空航天領域，對產品的精度和可靠性要求極高，CAD 繪圖軟件的應用也非常廣泛。航空航天工程師可以使用 CAD 軟件設計飛機的機身、機翼、發動機等零部件，進行結構強度分析和優化。同時，還可以進行飛行模擬和性能評估，確保飛機的安全性和可靠性。
除了 CAD 軟件，還有許多其他的設計工具也在制造業中發揮著重要作用。比如，在機械制造領域，Pro/Engineer 操作軟件以參數化著稱，是參數化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位。SolidWorks 是基于 Windows 系統下的原創的三維設計軟件，其易用和友好的界面，能夠在整個產品設計的工作中，完全自動捕捉設計意圖和引導設計修改。
設計工具在制造業中具有不可替代的重要性。它們不僅提高了產品設計效率和質量，還促進了創新，為制造業的發展提供了強大的動力。
二、CAD 在機械繪圖設計中的作用
（一）實現設計數字化
CAD 技術在機械設計中發揮著重要作用，可通過二維圖形繪制、三維實體建模等功能實現機械設計過程的數字化。利用 CAD 的人機交互和機械模擬仿真功能，設計師能夠檢驗零件設計形狀和位置，充分保證零件間的精確結合，大大降低設計誤差。例如，通過對產品的數字化設計，可以透視到零部件的內部，觀察部件的裝配關系，檢驗各部件是否已達到設計要求，迅速找出裝配中可能發生的問題，大幅降低產品的設計報廢率。據相關數據顯示，采用 CAD 技術進行機械設計，設計誤差可降低至傳統設計方法的 30%以下。
（二）縮短設計周期
在機械設計中，借助 CAD 技術，修改零件尺寸變得更加便捷。當需要對某部件尺寸進行修改時，僅需在機械設計軟件上改變尺寸，其他相關零件也會相應自動調整尺寸。這一優勢使得機械設計效率得到極大提高，能將機械設計效率提高 3 - 5 倍，大幅縮短了機械設計周期。例如，在傳統設計過程中，對一個復雜機械產品的改型可能需要數周甚至數月的時間，而借助 CAD 技術，這個過程可以縮短至幾天甚至更短。
（三）提高產品質量和品質
CAD 技術在提高產品質量和品質方面表現出色。采用圖形優化、有限元受力分析等技術手段對機械設計進行結構優化，將機械制造技術與信息技術相融合，在生產過程中引入與 CAD 設計方法相結合的 CIMS 組織生產方式，進一步提高了產品的整體設計質量和品質。通過有限元分析，設計師可以提前預測產品在各種工況下的性能表現，對結構進行優化，確保產品的強度、剛度等性能指標滿足要求。據統計，采用 CAD 技術進行設計優化后，產品的質量穩定性可提高 40%以上。
（四）激發創新設計
在傳統的機械設計過程中，由于修改困難且成本過高，機械產品多為常規設計，創新類產品較少。而 CAD 技術的出現改變了這一局面。借助 CAD 技術，設計人員可以在常規設計數字模型上大膽嘗試新理論和新技術，設計出逼真的創新產品。例如，利用 CAD 的三維實體建模和渲染功能，設計師可以直觀地看到創新設計的效果，充分激發設計人員的創新靈感，帶來全新的創新設計。據行業調查顯示，使用 CAD 技術后，機械設計領域的創新產品數量增長了近一倍。
三、CAD 的先進專業功能
（一）動態顯示線的長度和角度
在 CAD 軟件中，動態顯示線的長度和角度這一功能為設計師帶來了極大的便利。當設計師在繪制圖形時，能夠實時看到所畫線條的長度和角度數值，這使得精確測量變得輕而易舉。例如，在進行機械零件的設計時，對于一些需要嚴格控制尺寸的部位，通過動態顯示的長度和角度信息，可以確保設計的準確性，避免因尺寸偏差而導致的設計差錯。同時，這一功能也大大提高了工作效率。設計師無需再通過復雜的測量工具進行測量，只需在繪制過程中關注動態顯示的數值即可。據統計，使用動態顯示線的長度和角度功能后，設計師的工作效率可以提高 20%以上。
（二）點云支持
CAD 軟件的點云支持功能為三維模型的創建提供了強大的工具。通過導入點云數據，設計師可以快速創建出高度精確的三維模型。這一功能在建筑、雕塑等領域有著廣泛的應用。在建筑領域，利用三維掃描技術獲取建筑的點云數據，然后導入 CAD 軟件中，可以進行建筑的數字化建模、修繕和規劃。例如，在古建筑保護中，通過點云數據可以完整地記錄古建筑的形態和細節，為修復和保護提供準確的依據。在雕塑領域，藝術家可以利用點云數據創建出逼真的雕塑模型，實現藝術創作的數字化。據相關數據顯示，使用點云支持功能進行建筑建模和雕塑創作，模型的精度可以提高 30%以上。
（三）多維數組
CAD 軟件中的多維數組功能在存儲和處理復雜數據集方面發揮著重要作用。在自動化流水線系統等場景中，多維數組可以方便地進行數據分析和處理。例如，在汽車制造的自動化流水線中，多維數組可以存儲和處理各種傳感器數據、生產參數等復雜信息。通過對這些數據的分析，可以實現對生產過程的優化和控制，提高生產效率和產品質量。多維數組還可以用于存儲和處理三維模型的坐標數據、顏色信息等。在 CAD 軟件中，利用多維數組可以更高效地管理和操作三維模型，實現復雜的設計和渲染效果。據行業調查顯示，使用多維數組功能進行自動化流水線系統的數據分析和處理，生產效率可以提高 15%以上。
四、CAD 的參數化設計
（一）從草圖到工程運用
參數化設計在從草圖設計到詳細設計的過程中扮演著至關重要的角色。在實際工程中，參數化設計能夠準確地表達各個尺寸之間以及各個元素之間的約束關系，從而保持這種約束關系，實現參數傳遞，為布局設計提供有力支持。例如，在產品開發過程中，設計師可以利用參數化設計的原理，進行類似產品的開發和新產品的設計。通過設定不同的參數值，可以快速生成不同規格的產品模型，大大提高設計效率，同時保證設計的精度和一致性。
（二）在 ThinkDesign 中的應用
ThinkDesign 軟件在參數化設計方面具有顯著優勢。在 ThinkDesign 中，我們可以直接導入 CAD 圖紙，提取其中的線條進行建模，從而達到快速建模的效果。并且，在此基礎上可以實現參數化設計，為以后模型的修改帶來極大的方便。例如，家具企業在使用 ThinkDesign 軟件時，可以直接導入 CAD 圖紙，提取線條進行拉伸，然后通過參數化設計的設置，使用參數驅動模型修改。這一過程大大提高了家具企業的設計速度和效率，同時也保證了模型的準確性和可修改性。
（三）AutoCAD 參數化圖形繪制
AutoCAD 參數化繪圖在實際中具有很大的優越性。采用“先似后是”的原則，即“先形狀近似，后尺寸精確”，具體順序為繪制近似圖形、自動約束、幾何約束、標注約束、編輯成圖。在繪圖步驟中，先繪制近似圖形，如任意三角形和內切圓，然后進行自動約束和標注約束，對圓進行半徑標注約束，對直線進行對齊長度標注約束，最后通過刪除約束完成圖形繪制。修改尺寸值時，可以快速得出想要的結果。例如，在工程實際繪圖過程中，已知只有兩個條件，圓半徑和長度為一定值的斜線以及一個直角三角形，另外加相切條件，在 AutoCAD2010 版之前要用已學過的 CAD 技能繪制這個圖幾乎是不可能的，但使用 AutoCAD2018 參數化繪圖功能，就可以輕松實現。這大大提高了繪圖的效率和精度。
五、制造業常用設計工具
（一）十大機械工程設計軟件
世界流行的十大機械工程設計軟件為制造業提供了強大的支持。Autodesk Moldflow 作為 Autodesk 數字化樣機解決方案的一部分，能夠在加工制造前對設計方案進行模擬評估以及優化處理，減少潛在的設計失誤，縮短產品的開發周期，降低開發成本。AMA（Moldflow 塑件顧問）簡便易用，能快速響應設計者的分析變更，主要針對注塑產品設計工程師等，可快速給出關于基本制造可行性問題的答案。
AutoCAD 是一款自動計算機輔助設計軟件，可以用于繪制二維制圖和基本三維設計，在全球廣泛使用于土木建筑、裝飾裝潢、工業制圖等多方面領域。它能以多種方式創建基本圖形對象，提供繪圖輔助工具，如正交、對象捕捉、極軸追蹤等，從 AutoCAD 2000 開始，又增添了許多強大的功能，如 AutoCAD 設計中心、多文檔設計環境等。
Pro/Engineer 是美國 PTC 公司旗下的 CAD/CAM/CAE 一體化的三維軟件，以參數化著稱，是參數化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位。它建立在統一基層上的數據庫上，在整個設計過程的任何一處發生改動，都能前后反映在整個設計過程的相關環節上。
SolidWorks 是基于 Windows 系統下的原創的三維設計軟件，其易用和友好的界面，能夠在整個產品設計的工作中，完全自動捕捉設計意圖和引導設計修改。在裝配設計中可以直接參照已有的零件生成新的零件，提高設計效率。
Unigraphics NX（UG）是 Siemens PLM Software 公司出品的一個產品工程解決方案，為用戶的產品設計及加工過程提供了數字化造型和驗證手段。利用 UG NX 建模，工業設計師能夠迅速地建立和改進復雜的產品形狀，并且使用先進的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設計概念的審美要求。UG 有同步建模的優勢，在建模完成后的修改過程中更加方便。
這些軟件在不同方面為制造業提供了強大支持，如產品設計、模擬分析、加工制造等，提高了制造業的設計效率和產品質量。
（二）最全產品設計工具
在產品設計過程中，有許多工具可以幫助設計師提高工作效率和設計質量。用于頭腦風暴的工具如 Excalidraw，它是一個在線加密可協作的畫板，提供了一些基礎的形狀，可繪制出草圖風格的圖形，無需注冊，打開就可以畫，還能邀請別人加入一起協作。Miro 則是自由自在的在線協作白板，可進行多人協作腦暴，支持移動端操作，元素添加豐富。
用于流程結構圖繪制的工具有 ProcessOn，它是一個在線作圖工具的聚合平臺，可以在線畫流程圖、思維導圖、UI 原型圖等，個人免費版可存 9 份文件。Whimsical 是一款在線流程圖、線框圖、便利貼、思維導圖繪制軟件，支持實時協作，內置圖片庫種類繁多。FlowMapp 是專業的網站地圖和用戶流程工具繪制工具，無需下載，直接在瀏覽器中使用。
用于框架原型圖設計的工具包括 Axure，一款經典的原型工具，可快速表達想法，進行測試驗證。Mockplus 是交互快、設計快、演示快、上手快的原型設計工具，原型交互設計完全可視化，操作簡單。墨刀是強大易用的原型設計與協同工具，支持在線分享、文檔生成、團隊協同等。
用于設計與交互動效的工具如 Sketch，是使用最多的 UI 設計軟件，功能強大但更輕量，操作易上手，插件生態豐富。Adobe XD 是 Adobe 推出的用于 UI/UX 設計的工具，界面簡潔，使用簡單，性能優異。
這些工具涵蓋了產品設計的各個環節，為設計師提供了豐富的選擇，提高了產品設計的效率和質量。
（三）機械人都想要的小工具
機械人在日常工作中也有許多小工具可以提高工作效率。數控機床仿真器針對數控加工初學者，可降低數控機床加工實訓環節的風險，降低費用。材料重量計算軟件收錄了多種材料計算，能提高材料重量計算效率。公差速查手冊軟件版包括自有公差、形位公差、螺紋公差等，查詢快速方便實用。
多功能單位換算工具可用于不同單位之間進行單位轉換，省力省時。法蘭標準查詢器方便操作，鋼材密度查詢器可查詢常用鋼材線重。滾動軸承設計工具可對滾動軸承進行計算和設計，內置常用軸承材料的牌號和性能及應用等圖表。平面連桿機構設計與分析軟件用于常用的連桿結構設計制作，簡單實用。機械設計助手參照《機械設計手冊》開發，幫助工程師快速完成設計計算工作。螺栓設計工具可計算鉸制孔螺栓、松螺栓、緊螺栓三種類型，省去麻煩的計算過程。小新實用五金手冊功能強大，包括多種材料計算及功能。軸承型號對照軟件可免費查詢和對照各種常用的軸承型號。軸和鍵的強度計算小軟件可計算軸和鍵的強度，輸入參數即可校核。
這些小工具在機械人的日常工作中發揮著重要作用，提高了工作效率，為制造業的發展提供了有力支持。