機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化設(shè)計(jì)原則與應(yīng)用

劉叢叢

摘要：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化應(yīng)用中，技術(shù)和產(chǎn)品的結(jié)合，使機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化擁有了不同的功能，指定了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化未來的發(fā)展趨勢，是我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)未來發(fā)展所需。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)制造;自動化;設(shè)計(jì)原則;應(yīng)用

引言：

工程設(shè)計(jì)是一個迭代過程，基本上需要一致的管理和產(chǎn)品依賴性的傳播?；诩s束的設(shè)計(jì)為滿足這一關(guān)鍵需求提供了一個統(tǒng)一的框架，但是由于三維空間中問題的復(fù)雜性，存在已知問題。本文介紹了圖論和數(shù)值求解技術(shù)的研究成果，旨在解決用戶理解和解的多樣性等問題。所提出的解決方案，擴(kuò)展變分設(shè)計(jì)技術(shù)（VGX）利用一種創(chuàng)新的拖放式用戶交互范式來提高理解性能和可用性。研究表明，VGX技術(shù)為支持柔性化、集成化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、裝配和分析提供了通用的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

1.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)是一個不可重復(fù)的過程，包括需求定義、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)驗(yàn)證/分析。這個設(shè)計(jì)過程的基礎(chǔ)是需要對與產(chǎn)品相關(guān)的約束、關(guān)系、關(guān)聯(lián)、依賴關(guān)系和領(lǐng)域知識進(jìn)行一致的管理和宣傳?；诩s束的設(shè)計(jì)為滿足這些需求提供了一個統(tǒng)一的框架、而，由于問題的特點(diǎn)，在三維空間中進(jìn)行約束管理和求解是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。公認(rèn)的問題包括非線性、大問題規(guī)模、用戶理解的復(fù)雜性、解決方案的多樣性、條件性.經(jīng)過十多年的研究，我們利用圖論和數(shù)值求解技術(shù)發(fā)展了可拓變分設(shè)計(jì)技術(shù)（VGX），試圖解決上述問題。為了提高用戶的理解，一種創(chuàng)新的方法提出了使用拖放用戶交互模式。在這個虛擬環(huán)境中，用戶可以通過直接拖動所需的實(shí)體來設(shè)置約束，修改尺寸，改變風(fēng)水大小和位置，改變尺寸標(biāo)注方案。這種用戶交互模式的直觀和簡單大大提高了基于3D約束的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可用性。VGX技術(shù)克服了歷史處理中的時間障礙。這一突破使三維柔性約束/尺寸化成為模型創(chuàng)建的獨(dú)立支撐。此外，基于VGX的設(shè)計(jì)的完全數(shù)學(xué)表示實(shí)現(xiàn)了真正的集成設(shè)計(jì)自動化.數(shù)學(xué)分析，例如機(jī)制/公差驗(yàn)證，可以在不需要重建單獨(dú)的模型的情況下完成。該技術(shù)已在某商用機(jī)電設(shè)計(jì)自動化（MDA）系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，初步結(jié)果表明該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。[1]

2. 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1mda系統(tǒng)

基于實(shí)體的mda系統(tǒng)獲得了快速的應(yīng)用，這是由于在快速原型制作、干涉檢查、機(jī)制動畫和與分析程序的更好接口方面的新功能帶來了顯著的生產(chǎn)率提高。MDA行業(yè)還得益于計(jì)算技術(shù)和數(shù)學(xué)/幾何算法的持續(xù)進(jìn)步。所有系統(tǒng)現(xiàn)在都可以模擬復(fù)雜的零件和裝配，具有復(fù)雜的操作，如翻邊，剝落，清掃/放樣，和牽伸角。在這個過程中，我們實(shí)現(xiàn)了自動化的孤島。當(dāng)前的MDA系統(tǒng)能夠很好地建模部件和組件，但不能設(shè)計(jì)它們。這些系統(tǒng)只在詳細(xì)的設(shè)計(jì)階段，一個非常晚的階段，完整的設(shè)計(jì)過程中發(fā)揮作用。在設(shè)計(jì)工程師能夠使用他們的MDA系統(tǒng)之前，他們已經(jīng)制定了明確的設(shè)計(jì)規(guī)范;解決了必要的問題;評估了解決方案的原則;優(yōu)化了設(shè)計(jì)布局并確定了零件的尺寸和形狀。然后，設(shè)計(jì)工程師必須將組件和組件輸入到MDA系統(tǒng)中，以創(chuàng)建設(shè)計(jì)產(chǎn)品的電子版本。[2]

2.2零件設(shè)計(jì)

目前主流的MDA系統(tǒng)都是基于順序歷史處理的。如圖所示，零件被建造。2、按順序加減特征。這些特性的配方通過大小/定位參數(shù)捕捉設(shè)計(jì)意圖，當(dāng)參數(shù)被修改時，通過重放歷史配方來更新部件。特征間的依賴性是單向性的，即總是由下面的特征驅(qū)動。逆轉(zhuǎn)依賴是一項(xiàng)困難的任務(wù)，可能需要對該部件進(jìn)行完整的重新建模?；跉v史的系統(tǒng)的固有缺點(diǎn)是它依賴于建模序列。人們充分認(rèn)識到，建模的目的可能更多地是出于縱容和方便，而不是隱含的用戶意圖。功能之間的順序依賴，可能會導(dǎo)致設(shè)計(jì)不靈活和用戶混淆。例如，在構(gòu)造一個部件的過程中，設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)早期創(chuàng)建的功能的大小或形狀必須由新特性驅(qū)動。這通常會給用戶和系統(tǒng)帶來巨大的挑戰(zhàn)，而且，用歷史回放更新幾何圖形，可能會導(dǎo)致不可避免的性能瓶頸。

2.3裝配設(shè)計(jì)

與部件設(shè)計(jì)類似，大多數(shù)mda系統(tǒng)提供了一種分層結(jié)構(gòu)來捕獲和管理程序集。在特定的全局定位/定位中，將零件/子裝配直接定位。在部件和子組件之間沒有相對關(guān)聯(lián)。對于一個復(fù)雜的模型，工程人員需要很長的時間才能很好地計(jì)算出每個部件的位置和方向。此外，任何形狀或尺寸的設(shè)計(jì)修改都可能影響到相鄰部件的位置有效性。[3]依次地使用幾何約束將組件依次放置，例如與預(yù)先存在的部件/子組件相關(guān)的匹配和對齊。FachComponent的放置約束必須完全限制六個自由度，并遵循一定的預(yù)設(shè)定約束序列。這種方法的缺點(diǎn)是：（A）不能像滑塊曲柄系統(tǒng)那樣簡單地組裝耦合系統(tǒng);（B）在構(gòu)建程序集之后不能輕松地更改約束模式。在機(jī)械自動化中，將信息和能力輸入運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)電設(shè)備，然后輸出不用的能量或者是產(chǎn)品，以有效的完成加工或者是生產(chǎn)出所需的物品，可以達(dá)到能量的充分轉(zhuǎn)化。在動力加工中，這些信息和能力是來自水輪機(jī)和電動機(jī)等原動機(jī)，以促進(jìn)機(jī)械加工的有效完成。[4]

結(jié)束語：

我國現(xiàn)代化建設(shè)中，高科技信息技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的普遍運(yùn)用，提升機(jī)械自動化系的可靠性、安全性和高效性。機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，降低企業(yè)經(jīng)營成本，提高生產(chǎn)力。

參考文獻(xiàn)

[1]吳安邦，周小龍.論機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化設(shè)計(jì)原則與應(yīng)用[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2020，（30）：731. DOI：10.12159/j.issn.2095-6630.2020.30.0707.

[2]趙有強(qiáng)，劉曉斌，王源， 等.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化的節(jié)能設(shè)計(jì)思想探討[J].建材發(fā)展導(dǎo)向（下），2020，18（9）：371.

[3]邢瑞朝.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化的應(yīng)用優(yōu)勢及發(fā)展趨勢[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2020，（30）：3697. DOI：10.12159/j.issn.2095-6630.2020.30.3604.

[4]張晶晶.計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化中的應(yīng)用[J].造紙裝備及材料，2020，49（3）：30.