導(dǎo)語：超變量設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：當(dāng)前在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中呈現(xiàn)出了非常強(qiáng)的自動(dòng)化趨勢(shì)，CAD技術(shù)也是在機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化基礎(chǔ)上進(jìn)行處理的，但其在應(yīng)用的過程中也存在著某些方面的不足。為此人們提出了超變量設(shè)計(jì)技術(shù)的MDA系統(tǒng)。VGX技術(shù)主要是以混合求解的策略為主要的內(nèi)容，在這一過程中其支持超越歷史的設(shè)計(jì)，同時(shí)還采用了交互性是比較強(qiáng)的技術(shù)。主要分析了基于超變量設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)，以供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：約束；超變量設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)自動(dòng)化

現(xiàn)代的CAD技術(shù)在很多因素的影響下出現(xiàn)了很大的改善,在傳統(tǒng)CAD技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的新技術(shù)也逐漸的得到了應(yīng)用,設(shè)計(jì)工作的自動(dòng)化水平在這一過程中也得到了非常顯著的提升。工程設(shè)計(jì)是一個(gè)逐漸改善的過程,在設(shè)計(jì)的過程中需要根據(jù)相關(guān)的要求進(jìn)行靈活的修改,所以也在這一過程中改善了設(shè)計(jì)的效率和水平,在設(shè)計(jì)自動(dòng)化的過程中,一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)就是要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)完善的設(shè)計(jì)機(jī)制。但是在當(dāng)前的設(shè)計(jì)工作中還存在著比較大的困擾,我們需要對(duì)其加以改進(jìn)。

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

約束網(wǎng)絡(luò)由幾何元素、幾何約束、尺寸值和工程約束組成。約束管理處理約束的確認(rèn),約束自由度的分析,和過約束的檢測(cè),以確保約束網(wǎng)絡(luò)的有效性。約束分解將系統(tǒng)分解為小的可有效求解的子系統(tǒng)。約束求解負(fù)責(zé)處理奇異、病態(tài)、多解、大擾動(dòng)問題,以求解整個(gè)系統(tǒng)。

1.2約束求解方法

近年來,基于約束的設(shè)計(jì)一直是CAD研究的熱點(diǎn)。先后出現(xiàn)了純參數(shù)法,數(shù)值或變量幾何法,基于圖論的結(jié)點(diǎn)-邊圖分解法,基于機(jī)構(gòu)分析的剛體自由度分析法,基于人工智能幾何推理的約束傳遞法,以及基于剛體分裂的約束分解法等。

1.3基于歷史的設(shè)計(jì)

現(xiàn)在主流的MDA系統(tǒng)都基于順序的歷史過程。圖1是一個(gè)零件及其設(shè)計(jì)歷史樹的示意。圖1零件設(shè)計(jì)歷史樹圖2VGX約束求解原理圖這種設(shè)計(jì)方式主要是借助有先后順序零件數(shù)量的變化而產(chǎn)生裝配零件或者是裝配體的,如果參數(shù)出現(xiàn)了明顯的變化,零件或者是裝配體就可以借助設(shè)計(jì)歷史樹對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整和更新。但是它也存在著一定的不足,特征之間的一來關(guān)系不具有雙向性,后生成的特征會(huì)受到一個(gè)或者是幾個(gè)因素的影響,如果要改變這種狀況,必須要重新建模。

2基于VGX技術(shù)的MDA系統(tǒng)

2.1VGX約束求解原理

VGX技術(shù)約束求解的原理如圖2所示。它將混合求解策略當(dāng)成一個(gè)重要的內(nèi)容,建立了一個(gè)安全性和可靠性相對(duì)較強(qiáng)的3D約束求解系統(tǒng),這樣也就可以充分的滿足,MDA系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求。VGX技術(shù)在應(yīng)用的過程中可以很好的體現(xiàn)出數(shù)值法和代數(shù)法的優(yōu)勢(shì),同時(shí)在這一過程中也可以保證其運(yùn)行測(cè)狀態(tài)。在該系統(tǒng)當(dāng)中,設(shè)計(jì)者要可以將大量的時(shí)間放在設(shè)計(jì)方案的制定和選擇上,也不需要關(guān)心軟件中相關(guān)機(jī)制和設(shè)計(jì)規(guī)則的限制,這也能很好的展現(xiàn)出工程師們創(chuàng)造性思維的基本規(guī)律。

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(duì)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(duì)零件以及裝配體作為半空間體。約束系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中可以用一組非線性方程進(jìn)行描述:在這個(gè)式子當(dāng)中矢量q是Rn空間的廣義坐標(biāo),這個(gè)方程組和時(shí)間并沒有非常密切的聯(lián)系。零件當(dāng)中的特征或者是裝配體當(dāng)中的零件可以被聲明為固定的形式,同時(shí)它也可以被當(dāng)做是變量。只要能夠保證各個(gè)成分之間的關(guān)聯(lián)定義有充分的正確性,求解器就會(huì)借助方程組的求解來確定模型中具體的幾何參數(shù),這樣也就能夠?qū)φ麄€(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行更新處理。超越歷史的設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員可以對(duì)3D的實(shí)體特征加以控制和處理,這樣也就不需要回到對(duì)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:圖3拖放技術(shù)示意圖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(duì)比較合理的位置,同時(shí),系統(tǒng)還要將檢測(cè)光標(biāo)的位置進(jìn)行固定,此外在這一過程中還要對(duì)VGX求解器進(jìn)行激發(fā)處理。求解器在這一過程中也可以為用戶提供一個(gè)更加有效的反饋。用拖動(dòng)的方式對(duì)3D模型進(jìn)行修改的時(shí)候,拖動(dòng)過程中會(huì)顯示出不同的設(shè)計(jì)方案,用戶可以在這一過程中更加直觀的對(duì)模型的改變方向進(jìn)行有效的控制。被拖動(dòng)的實(shí)體也可以在這一過程中借助一定的約束來對(duì)實(shí)體進(jìn)行捕捉。在拖放造型當(dāng)中還可以使用多媒體技術(shù)對(duì)用戶和約束的方式加以識(shí)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。

2.4VGX技術(shù)在設(shè)計(jì)分析中的應(yīng)用

設(shè)計(jì)分析,如應(yīng)力分析、公差分析和機(jī)構(gòu)分析等,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中有重要的地位,對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和成本都有著直接的影響。而常規(guī)的MDA系統(tǒng)由于缺乏完全的數(shù)學(xué)描述,不能用普通的模型進(jìn)行這些分析,而需要專門為分析重建特殊的模型。模型的重建既花費(fèi)時(shí)間,又容易引起錯(cuò)誤?；赩GX技術(shù)的MDA系統(tǒng)則不同,它不需為工程分析單獨(dú)建模,從而大大提高了產(chǎn)品開發(fā)的效率。例如在3D公差分析中,由于VGX用尺寸變量、約束變量及其方程式來描述設(shè)計(jì)模型,因而任何被分析的尺寸d都可以看成是設(shè)計(jì)模型中其他約束或尺寸(Ci)的函數(shù),即d=f(C1,C2,…,Cn)這樣,該尺寸的公差Td的統(tǒng)計(jì)值就可以用其他尺寸Ci的公差值Ti和函數(shù)f(Ci)的偏導(dǎo)數(shù)來表示在變量設(shè)計(jì)中,這些偏導(dǎo)數(shù)是變量求解過程的副產(chǎn)品。因此公差分析也就變得非常容易了。

3結(jié)論

基于VGX技術(shù)的MDA系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中可以對(duì)設(shè)計(jì)說明書的確定、概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)的設(shè)計(jì)等過程進(jìn)行全面的控制。這一系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中有非常大的優(yōu)勢(shì),其約束求解的過程和結(jié)果具有非常高的可靠性和準(zhǔn)確性,此外,其3D模型在設(shè)計(jì)修改的過程中也相對(duì)比較方便面,數(shù)學(xué)分析過程中也不需要獨(dú)立建模就可以非常順利的完成。

作者:李 明 魏長(zhǎng)玲 單位:黑龍江建龍鋼鐵有限公司

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