智能CAD技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用*

徐 竹

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安710089)

在當(dāng)今信息技術(shù)廣泛應(yīng)用和競(jìng)爭(zhēng)激烈的時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)已成為眾多企業(yè)發(fā)展的核心生命力。機(jī)械制造類企業(yè)為了更好地贏得市場(chǎng)資源和技術(shù)發(fā)展，必須縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和設(shè)計(jì)時(shí)間，大力推動(dòng)產(chǎn)品技術(shù)更新?lián)Q代，所以單純以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的CAD技術(shù)已很難適應(yīng)當(dāng)前格局的發(fā)展要求。人工智能是一項(xiàng)專門研究構(gòu)造智能系統(tǒng)的技術(shù)，它可以很好地延展和模擬人類的智能。在CAD技術(shù)中引入人工智能的方法，采用科學(xué)合理的專家系統(tǒng)，將CAD智能系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)不斷放大，以此適應(yīng)產(chǎn)品創(chuàng)造性設(shè)計(jì)理念的要求，這將成為機(jī)械制造業(yè)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

1 智能CAD的基本理念

智能CAD技術(shù)[1-2]是近幾十年迅速發(fā)展的一種新技術(shù)，這種系統(tǒng)能夠模擬某一領(lǐng)域內(nèi)專家設(shè)計(jì)的過程，采用單一知識(shí)領(lǐng)域的符號(hào)推理技術(shù)，解決單一領(lǐng)域內(nèi)的特定問題。智能CAD系統(tǒng)的構(gòu)成包括3個(gè)層次：1)基礎(chǔ)層，由計(jì)算機(jī)外部設(shè)備和系統(tǒng)軟件組成；2)支撐層，由數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件和分析軟件等組成；3)應(yīng)用層，應(yīng)用層可以根據(jù)工作環(huán)境的不同設(shè)置不同CAD軟件系統(tǒng)來完成相對(duì)應(yīng)工作。

智能CAD具備的功能包括4個(gè)方面內(nèi)容：1)計(jì)算和分析功能，可以完成產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、可靠性分析和數(shù)字仿真模擬等一些科學(xué)手段的計(jì)算分析能力；2)圖形圖像處理功能，例如三維幾何的模型制造、二維圖形技術(shù)和圖形輸出功能等；3)數(shù)據(jù)交換和管理的功能，例如數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，不同的CAD系統(tǒng)之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和接口；4)可以進(jìn)行文字的處理和編輯、文檔的制作等，還有一些網(wǎng)絡(luò)功能和設(shè)計(jì)的能力。

2 智能CAD的應(yīng)用

在SolidWorks軟件環(huán)境中，一個(gè)零部件的模型包含每個(gè)零件之間的相互聯(lián)系和配置的信息。智能CAD的特點(diǎn)是在建立模型時(shí)，模型的信息存儲(chǔ)在軟件內(nèi)部的工程數(shù)據(jù)庫(kù)中，零部件模型實(shí)現(xiàn)參數(shù)化后，設(shè)計(jì)者可以通過輸入相對(duì)應(yīng)的零部件的參數(shù)，從而得到需要的零部件模型。零部件模型的參數(shù)是以數(shù)據(jù)表格的形式儲(chǔ)存在系統(tǒng)選用的IBM DB2系統(tǒng)中。DB2是IBM公司研制的一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，DB2采用了數(shù)據(jù)分級(jí)技術(shù)，能夠使大型機(jī)數(shù)據(jù)很方便地下載到LAN數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，使得客戶機(jī)/服務(wù)器用戶和基于LAN的應(yīng)用程序可以訪問大型機(jī)數(shù)據(jù)，并使數(shù)據(jù)庫(kù)本地化及遠(yuǎn)程連接透明化。DB2提供了高層次的數(shù)據(jù)利用性、完整性及小規(guī)模到大規(guī)模應(yīng)用程序的執(zhí)行能力，主要應(yīng)用于大型應(yīng)用系統(tǒng)。在零件模型建立時(shí)，依靠DB2系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)了零部件參數(shù)化后，相對(duì)應(yīng)的參數(shù)的外部變量就會(huì)在設(shè)計(jì)模型列表中成為第一部分的定義。如果出現(xiàn)零部件的特點(diǎn)非常復(fù)雜，定義的特征參數(shù)就會(huì)相應(yīng)的增加很多，容易造成設(shè)計(jì)者在操作時(shí)出現(xiàn)混淆數(shù)據(jù)的情況；因此，在零件模型設(shè)計(jì)過程中引入實(shí)例推理技術(shù)[3](CBR)，系統(tǒng)軟件專門定制一個(gè)SolidWorks軟件的獨(dú)立接口，依據(jù)SolidWorks軟件的特殊要求，可以采用數(shù)據(jù)接口文件的形式實(shí)現(xiàn)接口工作的完成。當(dāng)設(shè)計(jì)者在操作界面輸入外部參數(shù)的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)直接保存到DB2數(shù)據(jù)庫(kù)中，與此同時(shí)生成數(shù)據(jù)接口文件，也可以利用數(shù)據(jù)庫(kù)直接導(dǎo)出文件；然后由SolidWorks軟件進(jìn)行調(diào)試。

CBR技術(shù)是整個(gè)智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心部分，而且系統(tǒng)中配置的模型都是在CBR系統(tǒng)中完成實(shí)現(xiàn)的，使得配置的模型可以大量重復(fù)地利用已經(jīng)擁有的資源，同時(shí)實(shí)現(xiàn)模型的設(shè)計(jì)和變型設(shè)計(jì)的理念。

SolidWorks軟件系統(tǒng)中，基于實(shí)際例子建立的零部件的原型實(shí)例模型是以三維實(shí)例模型文件的形式儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存儲(chǔ)實(shí)例的參數(shù)，由此完成整個(gè)實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。在建立原型實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，需要把實(shí)際例子的全部信息都記錄在計(jì)算機(jī)中，但由于零部件型號(hào)的多樣以及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使得模型的建立非常困難，不適合采用對(duì)每一種型號(hào)的零部件都用逐步建立模型的方法進(jìn)行實(shí)例建模。根據(jù)SolidWorks軟件的支持，利用SolidWorks軟件內(nèi)部的工程數(shù)據(jù)庫(kù)，把所有可能涉及到的零部件的配置模型建立在SolidWorks軟件的工程數(shù)據(jù)庫(kù)中。在需要時(shí)，可以設(shè)定特殊的參數(shù)，從SolidWorks軟件的工程數(shù)據(jù)庫(kù)中提取需求的模型。在SolidWorks軟件環(huán)境下建立實(shí)例模型后通過數(shù)據(jù)的合理調(diào)整，就可以建立各種型號(hào)的零部件模型。采用以實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)建立模型和參數(shù)化相互結(jié)合的方法，完成零部件的配置。配置原型實(shí)例的建設(shè)過程如下：1)建立零部件的特征化參數(shù)模型；2)通過參數(shù)的輸入確定零部件配置的模型；3)對(duì)配置的模型進(jìn)行合適的修改，得到可以運(yùn)用在實(shí)際中的產(chǎn)品；4)將建好的實(shí)例模型儲(chǔ)存在SolidWorks軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中。這種方法有效地解決了運(yùn)用實(shí)例表達(dá)的問題，結(jié)合參數(shù)化的方法，由此解決了不同型號(hào)的建模問題。

CAD智能技術(shù)除了在零部件模型參數(shù)化技術(shù)和實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)建立方面的應(yīng)用，還有智能顯示技術(shù)的應(yīng)用、智能交互技術(shù)的應(yīng)用和自動(dòng)生成的技術(shù)等多種智能技術(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著CAD系統(tǒng)的深入發(fā)展，用戶對(duì)系統(tǒng)的智能化提出了更高的要求，智能CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)將是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。智能化在信息化和知識(shí)化的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了貯存知識(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以及時(shí)向設(shè)計(jì)師提供知識(shí)幫助；可以理解和獲取設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念和意圖，自動(dòng)檢測(cè)出設(shè)計(jì)人員出現(xiàn)的錯(cuò)誤操作；還具備一定的聯(lián)想功能，讓一些新上手的設(shè)計(jì)也可以很好地適應(yīng)這個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在智能CAD技術(shù)中已經(jīng)開始應(yīng)用[4-7]，設(shè)計(jì)人員在虛擬世界中創(chuàng)造新的產(chǎn)品，可以從多個(gè)角度檢查模擬對(duì)象是否具有一定的真實(shí)性，及早地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所涉及的碰撞問題，可以較早地看到產(chǎn)品外形。虛擬技術(shù)也是智能CAD技術(shù)向前發(fā)展的一個(gè)標(biāo)志。虛擬制造可以虛擬地模擬出原型的測(cè)試、仿真和加工等技術(shù)手段，基于虛擬模型進(jìn)行仿真分析，然后得出實(shí)際制造中出現(xiàn)的問題，有效降低了生產(chǎn)成本。

當(dāng)前的CAD技術(shù)正朝著智能化、集成化和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、概念設(shè)計(jì)和協(xié)同技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期和技術(shù)理論已經(jīng)非常成熟，非常適合網(wǎng)絡(luò)CAD/CAM/PDM的集成技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的數(shù)字化制造和設(shè)計(jì)，已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)備制造業(yè)一個(gè)前進(jìn)的趨勢(shì)。

[1] 高金燕，王彥輝，李秀娜，等.智能CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究，2007(9)：179-181.

[2] 錢林權(quán)，張欽，林云峰.基于智能CAD的機(jī)械結(jié)構(gòu)模型和發(fā)展趨勢(shì)分析[J].裝備制造技術(shù)，2013(6)：179-181.

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[7] 張磊.淺析智能CAD技術(shù)在加工制造技術(shù)中的應(yīng)用[J].甘肅科技，2011(18)：103-105.

*西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程技術(shù)院級(jí)重點(diǎn)專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目(2014JZ07)