基于超變量設(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)

楊冰

摘 要：現(xiàn)代科學技術(shù)不斷發(fā)展完善，但現(xiàn)存基于約束的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)仍存在一定不足，無法有效的滿足機械設(shè)計自動化的實際需求，而基于超變量設(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)的出現(xiàn)和應用，達到了以往機械設(shè)計自動化系統(tǒng)無法抵達的高度，在工程設(shè)計中發(fā)揮著重要的作用。本文極易超變量設(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)進行簡要分析和研究，僅供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：超變量設(shè)計；機械設(shè)計；自動化系統(tǒng)

在現(xiàn)代化工程設(shè)計中，隨著科學技術(shù)的不斷進步，CAD技術(shù)也不斷完善，更多的新技術(shù)被廣泛應用于機械設(shè)計自動化中，促進了自動化水平的不斷提升?；诔兞吭O(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)（MDA系統(tǒng)）在工程設(shè)計中具有良好的應用價值，能夠改善機械設(shè)計效率和整體水平，從而推進機械設(shè)計自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

1 基于約束設(shè)計的研究

1.1 基于約束設(shè)計的原理

基于超變量設(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)中，基于約束設(shè)計的原理并不復雜，主要由幾何元素、幾何約束、尺寸值和工程約束四個方面所組成，在系統(tǒng)實際運行過程中，約束網(wǎng)絡(luò)的有效性主要包含約束管理處理約束的確認、約束自由度的分析、過約束的檢測，通過各個方面的協(xié)調(diào)配合，保證約束網(wǎng)絡(luò)的科學性和有效性，提高機械設(shè)計自動化系統(tǒng)運行的整體運行效果。就超變量設(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)的實際情況來看，約束求解的主要內(nèi)容是對奇異、病態(tài)、多解、大擾動等問題進行妥善處理，以保證整個機械設(shè)計自動化系統(tǒng)得到順利求解，保證超變量設(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行。

1.2 約束求解方法

隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的不斷進步，CAD研究更傾向于約束設(shè)計的研究，純參數(shù)法、數(shù)值或變量幾何法等均是比較常用的約束求解方法，除此之外，還包括基于圖論的結(jié)點-邊圖分解法和基于機構(gòu)分析的剛度自由度分析法。約束求解方法包含多種類型在超變量設(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)中，應當結(jié)合實際情況對不同的約束求解方法加以科學化應用，從而全面提高機械設(shè)計自動化系統(tǒng)的運行效率。

1.3 基于歷史的設(shè)計

當前科學技術(shù)發(fā)展條件下，MDA系統(tǒng)的運行大多是基于順序來實現(xiàn)的，其性質(zhì)屬于一個歷史性過程，零件及設(shè)計歷史樹如圖1所示。通過觀察分析可知，此種設(shè)計方式主要是基于先后順序零件數(shù)量的變化所產(chǎn)生的裝配零件或裝配體，一旦參數(shù)出現(xiàn)明顯變化，可以借助設(shè)計歷史樹來對零件或裝配體進行及時調(diào)整和更新，以保證超變量設(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運行。相關(guān)研究表明，主流MDA系統(tǒng)的零件設(shè)計歷史樹形式也存在一定不足，各項特征之間并不具備雙向性關(guān)系，后生成特征往往會受到多種因素的影響，為保證機械設(shè)計自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，應當結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計情況重新建模，以改變MDA系統(tǒng)運行效率，最大程度上避免不利因素對機械設(shè)計自動化系統(tǒng)所產(chǎn)生的不利影響，維護超變量設(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2 基于VGX技術(shù)的MDA系統(tǒng)

2.1 VGX約束求解原理

VGX技術(shù)約束求解原理如圖2所示。VGX技術(shù)約束求解原理是混合求解策略中的一項重要內(nèi)容，基于3D約束求解系統(tǒng)來滿足MDA系統(tǒng)運行的基本要求，更具安全性和可靠性。VGX技術(shù)在機械設(shè)計自動化系統(tǒng)中具有良好的應用優(yōu)勢，能夠準確凸顯出數(shù)值法和代數(shù)法的應用優(yōu)勢，保證超變量設(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)處于最佳運行測狀態(tài)，更好的滿足工程設(shè)計相關(guān)要求。

2.2 超越歷史的設(shè)計

為了更好的保證歷史設(shè)計的效果，必須要對裝配體進行幾何展示和描述，在VGX技術(shù)的前提下還需要使用MDA系統(tǒng)對零件以及裝配體作為半空間體。超越歷史的設(shè)計中，設(shè)計人員可以對3D的實體特征加以控制和處理，這樣也就不需要回到對應的2D框線草圖當中。

2.3 拖放造型技術(shù)

VGX技術(shù)具有非常好的性能，同時其還有非常好的智能求解能力，同時在欠約束的情況下更加直接的執(zhí)行設(shè)計者的具體意圖，這樣也就為拖放造型創(chuàng)造了非常好的條件。拖放造型也可以為設(shè)計模型提供一個動態(tài)性交互性比較強，操作比較便捷的界面。拖放造型的原理如圖3所示：

在使用的過程中用戶可以先使用光標選中一個實體，之后將光標移動在一個相對比較合理的位置，同時，系統(tǒng)還要將檢測光標的位置進行固定，此外在這一過程中還要對VGX求解器進行激發(fā)處理。在拖放造型當中還可以使用多媒體技術(shù)對用戶和約束的方式加以識別。拖放造型技術(shù)的使用也給3D模型的設(shè)計工作和調(diào)整過程帶來了非常大的便利。

2.4 VGX技術(shù)在設(shè)計分析中的應用

基于超變量設(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)的應用，能夠有效提高設(shè)計分析整體效果，尤其是應力分析、公差分析以及機構(gòu)分析等，都是影響產(chǎn)品設(shè)計效果的重要因素，一旦使用不合理或控制不到位，極易在產(chǎn)品設(shè)計分析中對產(chǎn)品的成本和質(zhì)量產(chǎn)生一定影響。一般情況下，MDA系統(tǒng)在數(shù)學描述上存在一定局限性，無法基于普通模型開展分析和研究，不利于機械設(shè)計自動化系統(tǒng)的順利開展，需要重建特殊模型以便設(shè)計分析工作的順利開展。研究表明，基于超變量設(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)，模型重建的難度較大，不僅浪費時間，并且極易出現(xiàn)失誤，給機械設(shè)計分析的準確度產(chǎn)生影響，不利于機械設(shè)計自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行，而基于VGX技術(shù)的MDA系統(tǒng)則具有鮮明優(yōu)勢，在產(chǎn)品設(shè)計分析中無法單獨建立特殊模型，在保證產(chǎn)品質(zhì)量以及成本控制上發(fā)揮著重要的作用，促進產(chǎn)品開發(fā)效率的有效提升。

3 結(jié)論

基于VGX技術(shù)的MDA系統(tǒng)在機械設(shè)計自動化中具有良好的應用價值，能夠從設(shè)計說明書的確定、概念設(shè)計以及詳細設(shè)計等過程入手，實現(xiàn)科學化控制，并且在約束求解方面，不僅過程規(guī)范，且結(jié)果可靠，實際操作便捷程度高，無需建模即可順利完成，保證機械設(shè)計自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為現(xiàn)代社會的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]李明，魏長玲.基于超變量設(shè)計的機械設(shè)計自動化系統(tǒng)[J].科技論壇，2015（34）.

[2]李會.淺談機械設(shè)計及其自動化的發(fā)展趨勢[J].中華少年，2016（15）.

[3]張偉超.機械設(shè)計制造及其自動化的發(fā)展趨勢分析[J].工程技術(shù)：全文版，2016（07）：00242-00242.