楊冰

摘 要：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展完善，但現(xiàn)存基于約束的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)仍存在一定不足，無法有效的滿足機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化的實(shí)際需求，而基于超變量設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用，達(dá)到了以往機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)無法抵達(dá)的高度，在工程設(shè)計(jì)中發(fā)揮著重要的作用。本文極易超變量設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)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(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)；自動(dòng)化系統(tǒng)

在現(xiàn)代化工程設(shè)計(jì)中，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，CAD技術(shù)也不斷完善，更多的新技術(shù)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化中，促進(jìn)了自動(dòng)化水平的不斷提升。基于超變量設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)（MDA系統(tǒng)）在工程設(shè)計(jì)中具有良好的應(yīng)用價(jià)值，能夠改善機(jī)械設(shè)計(jì)效率和整體水平，從而推進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 基于約束設(shè)計(jì)的研究

1.1 基于約束設(shè)計(jì)的原理

基于超變量設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)中，基于約束設(shè)計(jì)的原理并不復(fù)雜，主要由幾何元素、幾何約束、尺寸值和工程約束四個(gè)方面所組成，在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)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(rèn)、約束自由度的分析、過約束的檢測，通過各個(gè)方面的協(xié)調(diào)配合，保證約束網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)性和有效性，提高機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的整體運(yùn)行效果。就超變量設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)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(dòng)等問題進(jìn)行妥善處理，以保證整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)得到順利求解，保證超變量設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)行。

1.2 約束求解方法

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，CAD研究更傾向于約束設(shè)計(jì)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(diǎn)-邊圖分解法和基于機(jī)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(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況對不同的約束求解方法加以科學(xué)化應(yīng)用，從而全面提高機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

1.3 基于歷史的設(shè)計(jì)

當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展條件下，MDA系統(tǒng)的運(yùn)行大多是基于順序來實(shí)現(xiàn)的，其性質(zhì)屬于一個(gè)歷史性過程，零件及設(shè)計(jì)歷史樹如圖1所示。通過觀察分析可知，此種設(shè)計(jì)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(jì)歷史樹來對零件或裝配體進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和更新，以保證超變量設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。相關(guān)研究表明，主流MDA系統(tǒng)的零件設(shè)計(jì)歷史樹形式也存在一定不足，各項(xiàng)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(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況重新建模，以改變MDA系統(tǒng)運(yùn)行效率，最大程度上避免不利因素對機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)所產(chǎn)生的不利影響，維護(hù)超變量設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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(xiàng)重要內(nèi)容，基于3D約束求解系統(tǒng)來滿足MDA系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求，更具安全性和可靠性。VGX技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)中具有良好的應(yīng)用優(yōu)勢，能夠準(zhǔn)確凸顯出數(shù)值法和代數(shù)法的應(yīng)用優(yōu)勢，保證超變量設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行測狀態(tài)，更好的滿足工程設(shè)計(jì)相關(guān)要求。

2.2 超越歷史的設(shè)計(jì)

為了更好的保證歷史設(shè)計(jì)的效果，必須要對裝配體進(jìn)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(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以對3D的實(shí)體特征加以控制和處理，這樣也就不需要回到對應(yīng)的2D框線草圖當(dāng)中。

2.3 拖放造型技術(shù)

VGX技術(shù)具有非常好的性能，同時(shí)其還有非常好的智能求解能力，同時(shí)在欠約束的情況下更加直接的執(zhí)行設(shè)計(jì)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(jì)模型提供一個(gè)動(dòng)態(tài)性交互性比較強(qiáng)，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(biāo)選中一個(gè)實(shí)體，之后將光標(biāo)移動(dòng)在一個(gè)相對比較合理的位置，同時(shí)，系統(tǒng)還要將檢測光標(biāo)的位置進(jìn)行固定，此外在這一過程中還要對VGX求解器進(jìn)行激發(fā)處理。在拖放造型當(dāng)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(jì)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(jì)分析中的應(yīng)用

基于超變量設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠有效提高設(shè)計(jì)分析整體效果，尤其是應(yīng)力分析、公差分析以及機(jī)構(gòu)分析等，都是影響產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)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(xué)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(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的順利開展，需要重建特殊模型以便設(shè)計(jì)分析工作的順利開展。研究表明，基于超變量設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)，模型重建的難度較大，不僅浪費(fèi)時(shí)間，并且極易出現(xiàn)失誤，給機(jī)械設(shè)計(jì)分析的準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響，不利于機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運(yùn)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(jì)分析中無法單獨(dú)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(jìn)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(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化中具有良好的應(yīng)用價(jià)值，能夠從設(shè)計(jì)說明書的確定、概念設(shè)計(jì)以及詳細(xì)設(shè)計(jì)等過程入手，實(shí)現(xiàn)科學(xué)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(shí)際操作便捷程度高，無需建模即可順利完成，保證機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)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)。

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