1．1三维设计的必要性三维设计能准确地表达技术人员的设计意图，更符合人们的思维方式和设计习惯；能组建进行有限元分析的原始数据，从而进行几何形状的优化设计，并实现CAD，CAE／CAPP／CAM的集成；能够通过着色和渲染功能得到设计方案的三维效果图，使得设计人员和决策人员能全面准确地了解其外观，有助于设计的决策，缩短周期，加快产品开发；能够分析产品的动态特性，对工程项目的成本进行预算；三维设计是实现设计、制造一体化的基础，为工程设计带来巨大的变革，把设计推上前所未有的高度。
1．2三维设计与二维设计三维设计之所以能迅速成为CAD技术的主流，是因为它有许多传统的平面二维设计所无法比拟的优越性，表1对二维、三维设计从性能、效率等诸多方面进行了比较，三维设计显示了其对结构描述更加真实、更准确更全面的强大优势，克服了二维设计中可想而不可见的缺点，是技术进步的必然趋势。
2三维设计的软件环境目前国外流行的三维设计软件很多，根据产品的性能及应用领域的不同大致分类如下：
(1)用于三维渲染绘图设计，如3DMAX、MAYA、Rhino、Sogtimage 3D、Lightwave、Bryce 3D等；(2)着重于三维建模功能，如Auto CAD、Solid Works、Solid Edge、MDT、Master CAM等；(3)大型集成化系统，它不但兼有CAD／CAE软件之长，还集成有CAE、CAPP、PDM等分析、工艺、产品资料管理的功能，这类软件以CATIA、UG、Pw／E、I-DEAS为代表，还包括Autodesk Inventor、Cimatron、PDS、PDMS、PLANTSPACE等。 国产软件有北航海尔三维电子图板CAXA、高华CAD、开目CAD、广州金银花Imnicem等。
下面对市场上较有影响力的CAD／CAM软件特点进行评价，并说明它们在水利电力行业中的应用情况。
2．1 CATIA软件CATIA是法国Dassault公司发展的一套完整的高档3D CAD／CAM／CAE一体化软件。支持复杂曲面造型和复杂装配。零件间的接触自动地对连接进行定义，加快了装配件的设计进度。CATIA与ANSYS之间有非常好的接口。CATIA的零件可直接转化为ANSYS可以兼容的模型，为复杂有限元分析提供了较好的平台。
CATIA软件是加拿大QUEBEC电力公司于2003年提供Mercier水电站设计时、对各种三维设计软件提供商进行测试后决定广泛采用的。该电力公司目前已成功将CATIA应用于地质重构、大坝设计、厂房设计和机电设备安装等，且已建立水电站三维设计的标准环境。
2．2 UGUG是高中挡软件的杰出代表，功能模块齐全，是Unigraphics Solutions公司的拳头产品。优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表面功能结合在一起。UG一个最大的特点就是混合建模，在一个模型中允许存在无相关性特征，可以局部参数化曲面造型。在曲面造型、数控加工方面是强项，但在分析方面较为薄弱。UG软件中的UG／Routing模块使得管道、管系、导管、水道和钢结构等走线应用的装配件建立更加方便快捷，在水利、石油、化工及各种液压系统等工程中的应用逐渐广泛。
2．4 I·DEASI-DEAS软件以CAD／CAE／CAM一体化著称，分析方面较好，但是加工方面较弱。广泛应用于汽车、家电产品及复杂机械产品的设计、分析、测试、加工方面等。IDEAS在转轮刚强度计算中有着广泛的应用，哈电应用IDEAS和DEFORM．3D两个有限元软件开发了动态计算模压叶片中心和压力吨位的计算方法。此外，IDEAS还应用在盾构掘进机整体结构设计优化方法的研究中，进行盾构掘进机结构计算、分析，解决了用传统解析法和经验法难以解决或无法解决的盾构掘进机结构计算、分析、优化等。
2．5 Solid Works与Solid EdgeSolid works与Solid Edge在界面风格和功能上都极其相似，是中端三维设计软件的代表。Solid Edge是基于参数和特征实体造型的新一代机械设计纯Windows的CAD系统。它的二维绘图模块充分体现了参数和变数技术的完美结合，设计简单易行。Solid works的三大特点是功能强大、易学易用和技术创新，可以对复杂机械系统进行完整的运动学和动力学仿真。但Solid works与Solid Edge的曲面造型功能较差。美国德州Lorimer公司使用Solid WoAs及COSMOS一起设计制造高压水利控制系统、脐状盘管系统和用于海上石油开采业的其他设备。
2．6 Autodesk InventorAutodesk Inventor是Autodesk公司开发的基于自适应技术的三维设计软件，能够完整读入用户的二维DWG文件并通过简单方便的三维造型方法迅速生成三维模型，然后自动生成二维工程图。自适应技术建立于参数化技术并且超越了现有的参数化技术，提供了完全的设计灵活性。零件特征之间只有配合和位置关系无父子关系，解决纯参数化系统所固有的缺陷。