机械设计软件范文

导语：如何才能写好一篇机械设计软件，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

1CAD技术对于农业机械设计软件的重要性

CAD三维技术能大幅减少农业机械软件设计所需要花费的时间，提高产品的工作效率，并且能给予农业机械软件设计质量更高的保障。利用CAD技术使得机械结构的各个部门合作更加紧密和流畅。在农业机械软件设计中融入CAD技术的具体优势主要体现在两方面:一是使得零件设计更加方便。传统的设计方法只能单独对零件进行设计，导致零件之间常常因为协调差而出现故障。而CAD技术能够在虚拟的环境下对零件进行整体设计，能对零件周边设计失误处进行检测和修复，通过动态回放方式迅速查找错误源;二是大大缩短了农业机械软件设计的周期。CAD技术属于目前软件设计比较先进的、操作性强的设计技术，在对农业机械软件设计进行创新方面有着巨大的优势，能在保留原有机械软件设计信息基础上进行局部的创新和修改，避免了重复设计所浪费的时间和精力。

2基于CAD技术的农业机械设计软件的形成

2.1软件工具

我们经常会使用3DMAX、Solidworks、Pro/E等软件来进行建模，这些软件一般具有很强的零件装配以及运动模拟功能，能够轻松地构建出模具机构的三维动画效果图。在实际软件设计中不管采用哪种软件来建模，都需要考虑到后期动画制作的软件接口问题。在计算机软件的程序接口方面，包括图形程序接口统称为API，结合目前软件图形技术的特点，本软件选择发展迅速、功能齐全、操作方便的DirectX来作为软件设计图像技术平台。农业机械计算机辅助设计系统开发工具主要有程序语言和对已有的应用软件进行二次开发这两种方式。我们在实际操作中，由于使用程序语言比较灵活，成本控制较为简单，选择范围较大，故而本软件采用可视化程序语言VB来实施。在机构数据方面采用XNL技术，避免解析文件格式带来的麻烦，为下一步工作提供便利。

2.2软件结构

依据软件设计的目标、内容，可以确定出软件结构流程。从CAD图纸到3DMAX建模再到中间的数据分析和校核，形成一个有效的软件流程。另外还要包括3D组件完备的农业机械设计计算机辅助系统。

2.3软件制作

在“部件”场景使用方面可以采用树控件方式实现，可以在控件内直接选择各部门的内容，在控件右上方进行图形显示，在控件下方进行各个参数的修改，对于3D图形现实以及动画都能够采用Di-rect3D技术来实现，对于文件系统采用XML文件来实现，这样使得软件实际性能发挥较好。此外，考虑到计算机辅助系统的特征，可以针对各个部件进行参数直接输入设定。首先，在3D图形显示窗口可以采用点击的方式选择部件，当出现子部件时可以根据各个子部件虚拟出一个可以在导航窗口中选择并进行参数设置的基本部件;其次，为了实现软件组件化和简便化，提高软件的可操作性和反复使用，在软件中3D部分设计一个通用的基于Direct3D的3D控件。再者，使用随想表达式计算类库来进行动态公式的解析使用。随想表达式计算控件能够帮助用户程序构建出解算效能的DLL系列组件，从而提高程序的可伸展性。目前随想表达式计算类库支持将近120种函数以及单行表达式计算和自定义变量表达式分部计算的功能，还具有较强的自动检测和修改错误的能力。最后，软件系统可以采用DOM技术来对XML文档进行解析和操作，DOM技术能将XML文档继续南行结构信息的树形构建，将文档的顶端看作跟点，构成元素看作节点，每一个节点都存在可以交互的对象，DOM能找到每一个节点元素对应的属性关系和存储内容，将一个XML文档快速转换成程序中的一个对象集合，从而实施任意操作。同时，也可以对于DOM树下的XML文档采用XPath进行识别和匹配，然后在对文档的结构和内容进行访问与更新。

3基于CAD技术的农业机械设计软件的优点

3.1虚拟组装

在原始二维AutoCAD上进行三维建模需要进行DXF文件格式得转化，然后输入到3DMAX中。农业机械系统运动部件的运动方式可以利用运动方程进行设定，比如齿轮部件可以通过在“运动轨迹定义”后输入轴旋转的运动方程来进行转动速度的调整。

3.2动画实现

Direct3D可以采用直接截取动画和关键帧动画两种方式来提供高质量的动画。实现直接截取动画需要创建相应的移动回调函数，并进行相应的计算来实现对动画的有效截取。关键帧动画功能在IDi-rect3DRM3接口中可以找到，通过应用程序代码创建动画对象，然后设置旋转、定位以及缩放键来控制动画对象。

3.3动画仿真

在对软件结构中得每一个组件和部件完成设置后便可以进入仿真页面。通过仿真页面的输出窗口可以观察到整个机械的运动情况，可以随意的调整观察角度从而分析机械的运动情况。同时在仿真页面的数据显示栏目，能够随时选定部件数据的动态输入，从而做到对部件运动的及时监控和分析。

4应用建议

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关键词： 项目教学法 机械设计软件CAD/CAXA课程 实际应用

工程科学跨领域发展，各学科交叉覆盖互通，机械学科是工程学科中难以撼动的基础学科。机械设计制造更是机械专业的重中之重，机械设计软件CAD/CAXA课程的开设，生动了课堂计算机教学，充分调动了学生的学习积极性和直观实践性，使学生直接面对屏幕的图形图像，为传统意义上的机械设计制造专业提供了更加精确的模拟和实践。因此，我们要抓住机遇锐意改革，积极探索项目教学法在机械设计软件CAD/CAXA课程中的应用，培养实际掌握CAD/CAXA技能的专业人才，使其成为具有专业绘图知识、技术应用能力强、零距离上岗的技术应用型人才。我校机械制造、机械设计专业的教学工作也始终围绕这个目标开展，在教学实践中不断探索突出“能力培养”的模式，积极采用“项目引导教学法”。对CAD/CAXA课程采取项目教学法，可突出体现以“学生为主体”、“培养能力为基石”、“就业岗位为教学向导”，着重培养学生技术应用能力的教育之本，达到优异的教学效果。

一、对传统中等职业教育教学创新，实现教育教学的突破

多年以来传统中等职业教育遵循的教学原则是以文化基础课为主体，在此基础上教授专业课基础知识。教学方式多为灌输学生实体固化知识，强调文化科目与专业科目知识理论为主体，侧重知识的科学性、系统性，课堂教学以新旧知识之间的联系为主体，主攻识记，强调以教学、教材、教师为中心，重理论、轻实践，理论与实践严重脱节，忽视对学生能力和创造力的培养，造成毕业生上岗后职业素质偏低，实践动手能力不强，竞争力差，无法适应市场需求，所以对传统中等职业教育模式进行改革迫在眉睫。

项目教学法“既引导行为在过程中实践得到并掌握知识”，由德国著名教育学家提出，其核心重点就是针对学生的关键能力的培养，关键能力指任何职业需要的不断适应飞速发展的科学技术所需要的一种综合职业能力。项目教学法促使学生更加及早地接触到工作中遇到的问题并运用已有的知识共同解决，此种方法注重学生的分析能力、团结协作能力、综合概括能力、动手能力等综合能力，并且极大地拓展了学生思考问题的深度、广度，对中等职业学生有很大的针对性，强调学以致用，受到广大师生的广泛好评。在不断积极进取不断创新改革的教学模式探索中，“项目教学法”已逐渐取代传统的“理论教育为基础”的行为感官学习理论模式，成为中等职业教育专业科目教学创新积极探索追求的新教学法。

二、“项目式教学”模式在机械设计软件CAD/CAXA课程中的实际应用

机械设计CAD/CAXA制造工程师课是一门理论和实践性都很强的学科，在教学中，需要理论和实践相结合，理论教学为依据指导上机实习教学，通过实习上机教学加深对理论知识的理解吸收，教师需要处理好理论教学与上机实习教学的互助关系。在理论与实践的教学中，积极锻炼学生的实践动手能力，提高学生分析问题、解决问题的能力，做到项目式教学，衍生项目式解决，延伸出解决工程过程，掌握工程的概念性。机械设计CAD/CAXA制造工程师课作为软件课程，理论知识比较抽象，例如绘制三维实体造型，传统模式教学从二维到三维再到二维，对于复杂造型学生空间想象能力差，思维和学习起来非常吃力。通过项目式教学，直接上机实践面向CAD/CAXA三维立体软件，对所设计的实体模型的演示和绘制，可以使学生快速、直观、形象生动、灵活地学习理解掌握软件和所学模型绘制。CAXA实体设计制造突破参数化造型在曲面和复杂性方面造型受到的限制，适合于初学学生。而基础差的学生，学习理论和知识时特别吃力，但对上机操作绘制很感兴趣，热情很高，教师应因势利导、扬长避短、精心设计教学内容，改进教学方法，加强对学生上机操作的实际技能培养。例如绘制实际工程中常用零件模型，若采用传统“教师讲学生听”的教学模式，就不能很好地调动学生的主动性，且学生也记不住理论知识，课后若换类似的课题，学生依然不能凭己之力解决。所以，在上述情况下应该提高学生上机操作面对绘制实际模型自己动脑分析解决的能力，我采用“项目式教学法”引导学生掌握并解决实际问题。“项目式教学法”是通过实施一个完整项目的工作过程，起到教学活动和引导行为的作用，教师主导学生发挥主观能动作用，师生共同组成项目小组进行的教学活动。其具体过程如下：

1.确定项目任务

项目教学法的课前准备工作是首要环节，即启发学生充分发挥自身的自主能力。我和学生一起讨论、解决、拓展问题，引导学生应用所掌握的软件命令进行创新性正确的设计：绘制三维实体零件模型。这样学生就成为教学中的主角，而我则转换为引导者、教学的服务者。首先确定任务：上机应用CAXA制造工程师绘制出课例“连杆的实体造型”。明确任务后，学生提出相应问题：“如何选择建立坐标面？如何选择构造基准面？如何安排命令顺序？”在学生绘图时，教师需适时指导学生：绘制实体模型时先选择正确的坐标面，再绘制线框造型和实体造型，也可以采用不同的顺序来绘制，但应采用更好、更合适、更符合标准的方式绘制，这样学生就会主动积极地查资料动脑筋，互相讨论，其兴趣高涨，课堂气氛活跃。

2.制订计划

上机绘制“连杆的实体造型”实体模型有其实际问题，“连杆的实体造型”的细节需要细心绘制，每个步骤的绘制都需要很多命令互相组合，命令先后顺序不同会产生不同的结果，正确的绘制结果需要细心才能做到。我并不急于告诉学生，而是让他们自己介绍绘制“连杆的实体造型”的思路，运用和安排命令的顺序，部分学生绘制的三维模型大体看着像样，细一看错误百出；有的学生虽然有明显的错误，但是绘制过程方法和顺序很大胆、创新，想出了新的绘制方法和命令组合，这种情况下就要表扬这些学生，鼓励他们主动介绍自己的绘制过程和想法。这些学生介绍绘图思路时，语言流畅、思维敏捷，博得了同学们的阵阵掌声，同时又调动了其主观积极性。学生们在这种氛围下都急于知道自己绘制的“连杆的实体造型”是否合格，于是我适时给予正确的评价。在这样轻松愉快的气氛下，我讲解了几种正确的绘制思路，再把两种标准顺序教给学生，然后学生们对照自己绘制的“连杆的实体造型”，细心找出错误，发现问题并且互相讨论、互相指导、互相帮助以修改自己的实体模型。这样，学生手脑并用、积极思维，互相学习，既学到了知识、加深了印象，也提高了语言表达能力，锻炼了社交能力。

3.实施计划

根据实际情况、学校设备配备，按照学生们自己绘制和设计的三维连杆实体造型在CAXA制造工程师中先导出全部完成的命令行，再判断命令顺序正确与否，然后根据设备配备，可以将命令行导入仿真系统部分，在计算机上演示学生自己绘制好的三维连杆实体造型的加工过程；有数控机床的直接将CAXA命令行导入进行塑料工件加工。这时问题出现了，为什么加工到一半时学生们绘制的实体模型就加工不出来？为什么数控机床的刀具不按CAXA里设计的程序走？为什么加工零件有的地方和CAD/CAXA里设计的模型相同而有的地方却与绘制的模型完全不同？我适时插入话题，讲解在绘制三维连杆实体造型，初期应牢记命令行，掌握好命令行指令的运用，只有把基础打好，将各个命令行指令熟记在心中加上细心绘制实体模型才能杜绝上述现象发生。这样，学生们重新绘制，有的学生一次就改正了，绘制好的三维连杆实体造型程序直接在数控机床上加工出了正确的模型。对于仍存在错误的学生，敦促其反复纠正、细心修改绘制的三维实体造型，让其互相讨论、互相检查，直到最后全部正确，再加工出模型。绘制正确加工完成后，学生们都笑容满面，因为通过项目式教学，学生凭借自己的能力绘制实体造型，自己动手加工零件，所以每个学生都充满自信心。

4.检查评估

绘制三维连杆实体造型加工完毕后，首先由学生开展自我评估，在评估中，有的学生思路清晰，对如何编排命令指令顺序、如何绘制三维连杆实体造型、如何找出加工错误，都能侃侃而谈；有的学生能绘制出实体模型，但存在错误自己找不出，或者找出不会改，或者改了加工后仍然出错；还有的学生对基础命令行仍然存在误区。遇到这些情况我就和学生一起再重复操作一遍，耐心找出错误，然后告诉学生正确的修改方法。通过自我评估，教师应该首先肯定学生的成绩，然后讲解正确的绘制过程，拓展其他正确的绘制方法，且介绍为什么可以这样选择，最后给出两个参考答案，并指出初学者绘制三维连杆实体造型时易出错的命令。

5.拓展引申课题

三维连杆实体造型课例绘制结束后，提醒学生：你们观察和课例相近的零件与三维连杆实体造型课例细节部分有什么不同？同一类零件绘制要注意什么？通过互相比照各自绘制的实体造型，他们发现了问题，然后不断思考、不停发问，启发思考的目的达到了，再告诉学生，这是下节课要介绍的内容，他们就会自己主动先翻书查看，通过这种方式，既解决了当堂的教学内容，又为下节课做了铺垫，提高了学生的求知欲，使他们由被动学习转为主动学习，充分提高了教学效果。

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【关键词】机械课程设计 三维建模软件 设计能力

1三维建模设计软件的发展

随着计算机技术的快速发展，三维建模软件在机械产品设计中的应用越来越普遍，使机械设计方法和设计手段都发生了很大的变化。设计者可以在计算机、手机等多媒体设备上展示产品的三维设计方案，比打开图纸更直观、方便。面对这些变化，高校机械类专业学生的能力培养提出了很多新的要求。教师树立新的教育质量观念，适时地引入三维设计软件等现代科学技术，对传统的机械设计的课程设计进行教学改革，为将来的毕业设计和从事机械设备设计打下基础，培养出适应科技发展和社会需求的高质量机械类人才。

2三维建模设计软件在机械课程设计应用的特点

机械课程设计是培养学生设计思维和设计机械传动装置能力的重要实践环节，是学生在本科阶段重要的理论与实践相结合的学习阶段。课程设计能够培养学生图形表达能力、培养学生运用国家机械制图标准能力、培养学生分析和解决工程问题的能力。

在以前机械课程设计中，传统的二维绘图贯穿课程设计过程中，对学生二维作图技巧和熟悉程度会有很大的提高。但有一部分学生抄袭现象比较严重，没有认真地思考其表达方法，直到课程设计最后结束，也完全没有一点设计思维，其教学手段已明显落后于企业产品设计对工科学生专业素质的要求。在课程设计中引入三维建模过程，就迫使学生了解被设计的设备的每个零件的结构和功能，了解装配时零件间的装配关系，若装配不正确软件会有提示。通过对设备零件的建模和装配，使设计者对整个设备有一个更加直观，更加深刻的认识。对于有运动要求的，可检验其运动是否达到要求，如果发现问题可以及时对设计进行更改，这样就避免了产品生产后，才发现需要修改甚至报废。设备装配体完成以后，可以自动生成装配体工程图，零件序号也是按零件装配的顺序自动生成。这样可以让课本的知识运用于实际的建模过程中，不仅让学生加强了计算机三维建模软件的学习，还锻炼了以科研项目的方式解决技术问题的能力。

3基于三维建模软件平台机械课程设计实例

在课程设计之初，首先要明确本次设计的目标、以及要将解决的问题。

3.1设计任务

根据给定工作条件，设计一级斜齿轮减速器，应用三维建模软件完成斜齿轮减速器装配图和一份设计说明书。

3.2课程内容的设计

根据设计方案，选择电机的类型和功率，对减速器的轴、齿轮等主要零件进行草图设计。

3.3对零件进行三维建模

根据箱体的二维草图，利用【拉伸】命令，构造箱体大体，在点击【圆角】、【抽壳】、【筋】等编辑命令完成斜齿轮的上箱体图（1）和下箱体图（2）三维建模。

图（1） 图（2）

利用SolidWorks 的插件GearTrax生成各种齿轮模型。根据设计数据，选择斜齿，输入齿轮的模数、齿数，键入齿轮宽度、齿面厚。点击完成，插件自动将成型的齿轮导入SolidWorks中，完成齿轮建模。齿轮的大体建模后，通过【拉伸切除】、【倒角】等命令修改齿轮，最后得到成型齿轮图（3）。利用 【旋转】、【倒角】等命令完成轴图（4）的建模。

图（3） 图（4）

学生通过必须细致地分析和研究，才能完成零件行三维建模。这样的过程不仅加强三维软件学习，而且对零件的每个部分的结构有更深一步的理解。

3.4进行装配和干涉检查

使用模板创建一个组件文档，选择添加元件按钮，选择零件，并选择约束关系，进行装配。改变某个零件的基本尺寸，进行干涉检查，这样会让学生加深理解各零件之间的配合关系。

3.5编写技术说明书

4结语

在机械课程设计过程中引入三维软件，能使整个过程更具灵活性，从而激发学生们的学习积极性。提高设计的质量，减少工作量，提高效率，培养了学生三维建模软件的应用能力，提高了学生的工程实践能力和创新设计的能力。综上所述，笔者认为在机械课程设计中应用三维建模软件是教学改革的必然趋势。

参考文献：

[1]毛文武.基于Solidworks 三维建模的机械测绘课程设计改革与实践[J].计算机应用技术，2007，（6）27-29.

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关键词：SolidWorks；机械设计；应用

SolidWorks是智能型的CAD/CAE/CAM软件，其特征造型与参数化功能非常强大，可以十分方便地实现机械零件的三维实体造型、装配及工程图生成，所以在工程行业具有广泛的应用前景。

SolidWorks软件的主要特点有：（1）提供了直接绘制三维草图的功能，在友好的用户界面下，像绘制线架图一样不再局限于平面，而是可以在空间直接画草图。此外，3D草图还可作为装配环境下的布局草图进行关联设计。（2）提供了动画功能，可以生成实体装配过程、爆炸过程、运动过程的动画文件，同时也可生成各个过程的组合动画文件。（3）提供了友好的界面。图形菜单设计简单明快，形象化，一看便知。系统的所有参数设置全部集中在一个选项中，容易查找与设置。实体的建模与装配完全符合于自然的三维世界，特别是装配约束的概念非常简单且容易理解。对实体的放大、缩小、旋转等操作可以在任何命令过程中使用，实体的选取非常容易和方便。（4）建模迅速，操作灵活，是一种尺寸驱动且基于特征的三维设计软件，构造历史可供事后修改，更加适合学生在机械制图综合实践中使用。

在《机械设计》课程教学中有大量的标准件与机构运动需要分析与讨论，教师一般采用挂图或模型进行讲解，采用挂图，学生缺乏感性认识，采用具体模型，又缺乏变通性。因此，如何利用新技术、新方法提高课堂教学的效果，是教学改革亟待解决的重要课题。如果将SolidWorks Animator恰当地应用于《机械设计》课程教学中，则可以收到良好的效果。

系列零件设计表在标准件设计中的应用

SolidWorks中的零件配置与系列零件设计表为在单一的文件中对零件或装配体生成多个设计变化提供了简便的方法，可以最大限度地减少重复设计。同时，由于系列化的操作是在同一文件下进行的，可以大大减少繁琐设计带来的错误。因此，合理地使用配置，对产品系列开发与管理具有非常重要的意义。

生成系列零件设计表有两种方法：（1）在SolidWorks模型中插入一个新的空白的系列零件设计表，然后直接在工作表中输入系列零件设计表数据，完成后模型会自动生成新的配置；（2）作为一个独立的操作，在Excel中生成系列零件设计工作表，保存该工作表，然后将其插入到SolidWorks模型文件中生成配置。

下面以较为简单的A型普通平键标准件GB/T1096—1979为例，介绍第一种方法的应用。

首先，在SolidWorks中以一个标准件的数据建立默认的平键三维模型，对尺寸名称作适当的修改后，保存该零件模型，如图1所示。然后，在该零件文件中选择【插入】【系列零件设计表】，图形区域自动弹出系列设计表Excel，为了方便选择尺寸，右击特征管理设计树中的“注解”，选择“显示特征尺寸”，在图形区域双击尺寸参数。当双击尺寸参数时，其相关数值（尺寸名和尺寸值及配置名）出现在第一实例行中，如图2所示。为了使用方便，在A列中输入系列零件的配置名称（平键标记）。这里应注意：名称中可包括数字，但不能包括空格、正斜线“/”或“@”等字符。根据国家数据标准，在后面输入相关的数据，如图3所示，完成添加数据后，在表格外单击，此时会弹出信息窗口，如图4所示，其中列出所生成系列零件的配置。此时，系列零件设计表图标会出现在特征管理设计树中。应用的时候，单击ConfigurationManager标签，会显示生成的配置，双击任一配置的名称，图形区域会显示当前配置的三维模型，如图5所示。

这样的话，就相当于在一个文件中建立了一个标准件库，需要哪种型号的零件，只需双击其对应的配置，即可生成三维模型。该方法对于所有标准件（如螺钉、螺母、垫圈等）都是适用的。

Animator在四杆机构设计中的应用

Animator是一个与SolidWorks完全集成的插件，用于制作产品的演示，能够方便地制作出丰富的动画效果，以演示产品的外观和性能，并且能及时录制产品设计的模拟装配过程、模拟拆卸过程及产品的模拟运行过程，增强客户与企业之间的交流，促进多方设计人员的协同工作。

在《机械设计》课程的“铰链四杆机构”教学中，判别铰链四杆机构的类型和各杆的运动规律是一个很重要的内容。传统教学一般是从几何学的理论推导出判别的依据，虽然该方法易懂，结论也较简洁，但是应用起来还是较为抽象，不够直观、形象。而SolidWorks Animator丰富的动画功能可以为我们在设计过程中提供一种较为直观、形象的方法。

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例如，图6所示为铰链四杆机构，试分别以各边为机架，判别该铰链四杆机构的类型和各杆的名称。

下面介绍运用Animator解决该问题的具体方法。

1.建立零件。在零件模式中，根据各杆长度分别建立四根杆和一个销，作为装配的零件。为了更直观和方便装配，可在每根杆的端部附近设计两个销钉孔。

2.完成装配。在装配模式中，根据各零件之间的配合关系建立装配体，这里销与各杆的配合设为同轴心，能正确反映它们之间的约束。为了能够使零件装配更加紧凑，可以加入其他配合关系，然后再进行压缩或删除，这样既可保持其准确的位置，又不会限制它们的自由度。

3.制作动画。先以AD杆为机架来研究，因为AD杆是机架，所以在特征结构树里面要把AD杆设为“固定”，将其他杆设为“浮动”，然后对主动件AB杆进行转动运动，制作动画，这里应该注意，AB杆绕A转动不能一次完成，可以分为三四个“关键点”来完成，这样是不会影响其连贯性的。由于各杆之间建立了一定的装配关系，即约束，所以作为从动件的BC、CD杆也会跟着一起运动。通过建立动画，可以清楚地看到：AB杆作圆周运动，是曲柄，CD杆作一定角度的摆动，是摇杆，从而可知该铰链四杆机构的类型是曲柄摇杆机构，连杆BC的运动规律也可直观看到。如图7所示。

同理，以AB杆为机架，以BC杆为主动件，建立动画，可以发现：主动件BC、从动件AD杆都会作整周的圆周运动。因此，可以判断，BC、AD杆均为曲柄，该铰链四杆机构的类型为双曲柄机构。

以BC杆为机架，以AB杆为主动件，建立动画，可以发现：AB杆作圆周运动，从动件CD杆只能作一定角度的摆动。因此，可以判断，AB杆是曲柄，CD杆是摇杆，该铰链四杆机构的类型为曲柄摇杆机构。

以CD杆为机架，以AD或BC杆为主动件作转动，可以发现：AD、BC两杆都不能完成整个圆周的运动，只能作摆动，因此，两杆都是摇杆，该铰链四杆机构的类型为双摇杆机构。

4.如果四杆机构的长度根据实际情况发生了改变，利用SolidWorks的参数化技术，只需要修改长度对应的尺寸参数，就可轻而易举地得到新的铰链四杆机构，因为SolidWorks是一个全相关的三维参数化软件，然后，重复步骤3进一步加以验证即可。

该方法同样适用于凸轮机构、槽轮机构、机械传动等方面的设计，通过动画可以验证设计的结果是否能够达到预期目的，同时可以减少对样机的制作，缩短设计周期，节约设计成本，还可以提高设计效率。

结论

将SolidWorks应用到《机械设计》课程教学中，教学效果是比较明显的，主要表现在以下几个方面：（1）运用三维CAD软件，可激发学生的学习兴趣，加深学生对重点、难点问题的理解，增强学生对零件、运动机构的感性认识。（2）通过动画制作，可使学生对机构的复杂运动规律有较清晰的印象，可以逐步提高学生的想象力和形象思维能力，最终提高学生的综合能力与创新设计能力。（3）通过接触三维CAD软件，可以提高学生的专业素质与设计的工程理念，使学生深刻了解到CAD/CAE/CAM技术给机械设计与制造带来的益处，为以后CAD/CAE/CAM技术的学习与应用奠定基础。

总之，CAD作为一个辅助设计手段，与人们的生产、生活是密切相关的。在设计过程中，如何利用一个具有创新性的CAD设计手段，包括高效率的人机交互手段，使设计者在以人为中心的设计环境中更好地发挥创造性，将是一个富有挑战性的课题。

参考文献：

[1]张夕琴，张金标. CAD/CAE技术在机械设计与模具设计中的应用[J].装备制造技术，2007，（11）.

[2]司慧，于文华.机械设计课程教学方法改革与学生能力的培养[A].机械类课程报告论坛文集2007.[C].北京：高等教育出版社，2007：381-385.

篇5

1与其他技术工程在设计领域中的比较

前面提到过，软件工程是一门专门研究工程化构建和维护高质量软件的学科，它涉及的方面比较广，光我们所熟知的就有程序设计语言、软件开发工具、设计模式等方面，在近三十年来，软件工程不管是在研究还是在实践上的发展都是有目共睹的，因为软件工程本身就有对软件产业的发展产生一定的推动作用。实际上，软件工程也被一些业内人士看成一种集特殊工程学方法于一身的软件学，而软件工程的思想方法一般都是基于工程系统。相较于其他工程学，软件工程在的开发阶段比较明确，在每一个阶段都有一个清晰的分工划分，同时，在完成相应的阶段工作之后，都给之提供相应的文档和评审验收，这样就使得我们的每一步都显得有理有据，退一万步来说，如果在最后验收阶段出了纰漏，我们也有相应的数据用来检查，还有比较重要的一点就是，我们软件工程一直都是尽量不用自然语言，这样在很大程度上就避免了自然语言的二义性，同时也给我们减免了许多不必要的误解。除了以上所说的几点特征之外，软件工程还拥有严格的测试方法，这也是其他工程学所望尘莫及的。而软件工程的这套测试方法在实际应用中就可以尽量避免因测试方法不当所可能带来的弊端，这也是为了顺应标准化管理的需要，也正是由于拥有一系列比较完善的测试系统，就使得软件工程相较于其他工程学有着良好的复用性，我们都知道，当今社会的热点就是可持续发展，可持续发展如今已经逐渐渗入到生活的方方面面，如果我们所倡导的可持续也能在软件工程中略有体现，那将是一个很不错的发展；反之，如果这个复用性不存在，那就意味着我们所要花费的时间和精力就会远比现在大得多的多，同时，对资源的浪费以及成本花销也是难以预计的，尽管我们国家算得上是一个大国，但是资源短缺的程度还是十分令人瞠目结舌。而用软件工程开发出的软件所具有的复用性，这也是软件工程学的根本出发点和初衷。

2传统软件工程方法在机械设计中的应用

我们前面提到过，现在的软件工程具有很大的复用性，这是在传统软件工程研究上的一种新兴变革。那么传统软件工程方法在机械设计中又应用于哪些方面呢？我们都知道传统软件工程的主要环节有：人员与项目的管理、系统、程序等方面的设计等等，接下来将从结构层次的分析来阐述传统软件方法在机械设计中的应用。首先，我们要对其的可行性与需求行进行分析，可行性这个定义的范围比较广，但简单说来就是两个字：能用。而需求行这就占据了一个比较大的地位了，因为先抛开我们的软件工程这个主题不说，不论是任何产品，在还未上市或者仍旧处于研发试行的阶段的时候，我们都要对其的需求性做一个系统的分析，因为我们的消费对象的广大群体，因而我们的在需求行考虑的方面也应该着重注意。这样我们就能适当地避免在后期的工作中造成不必要的影响，同时，对与可行性与需求行的问题的分析也是一个将大问题逐步化小的过程，从而就使得我们的工程复杂程度得以降低，这样在理解上也减少了一定的误解和偏差。接下来我们要说的是软件的系统性，在系统性的引领下，我们在各方面制定的模块都要相应的独立性，这就使得它们不会依附于整个工程，形成自己的独立性也是为了降低实际工程在应用中的复杂程度，因为形成良好的独立性的模块才是一个好的模块，毕竟它减少了出错的可能性且又使得过程简化了不少。同时，在程序设计上，软件工程采取的是比较直观而又准确的语言，这就使造成歧义的可能性大大降低到甚至没有。同时，前面也提到过我们尽量在设计过程中尽量减免使用自然语言，这也是出于为了程序流程图能够更好的展示同时更好的被理解的考虑。

3总结

篇6

2、接着点击进入官网。

3、点击机械皮肤设计大赛。

4、点击下载素材。

5、在p图软件里p出自己想要的图案。

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初始化通讯端口与数据结构是设备初始化的核心。UHFRFID读写器核心模块采用串口与USB2．0通讯，将通讯端口设置为自动搜索连接。串口通讯波特率为115200波特率，无检验位，数据位为8位，停止位1位。UHFRFID读写器核心模块的串口工作状态，是通过串口命令改写模块ARM7芯片中寄存器的值来控制的。通过对串口发送结构体数据完成MAC寄存器的值修改操作。设计结构体如下：structpc＿reg＿req｛INT16Uaccess＿flg；INT16Ureg＿addr；INT32Ureg＿data；｝；结构体共8个字节，3个成员变量。其中，ac－cess＿flg是MAC寄存器读写标志位，0x0000为读操作，0x0001为写操作；reg＿addr是MAC寄存器地址，不同的地址代表着不同的读写器功能；reg＿data对应MAC寄存器地址的值，不同的值，对应读写器相应功能中不同的状态。完成了UHFRFID读写器核心模块的通讯端口初始化与结构体初始化之后，必须对模块进行天线配置，才能使模块进入四天线工作模式。

2天线参数配置

使用UHFRFID读写器核心模块天线，必须对所有天线的参数进行配置，天线参数数据结构如下：在天线参数结构中，定义了物理天线号、天线功率和延迟时间等天线工作必须参数。在使用天先前必须对天线的参数逐个进行赋值，然后才能进行天线工作模式配置。

3配置天线工作模式

UHFRFID读写器核心模块采用了Impinj公司R2000芯片配套固件，设备上电初始化后默认双天线工作，设置四天线工作模式，必须通过修改OEM寄存器值使能4个天线端口。地址为0x00000087的OEM寄存器控制天线使能。寄存器值如表1所示。由表1可知，使能四天线，必须将OEM寄存器地址为0x00000087的区域值设置为0x00000000。

4四天线轮询访问标签

天线轮询访问标签软件流程如图3所示。使能四天线之后，可在任一时刻选用任一天线进行标签访问，在某一个天线对标签进行访问期间，必须关闭其他天线的使能。天线在工作期间，会自动搜索匹配使能的天线。如果多个天线同时使能，则读写器核心模块始终会使用最小号天线进行标签访问。采用四天线轮询访问标签，必须根据访问标签的数量设置天线轮换时间。如果标签较多，天线轮换频率过快，则标签读取率低；如果标签较少，天线轮换频率低，则会造成时间的浪费。依据每个天线访问的最大标签数量，选取天线轮换时间。

5测试与应用

UHFRFID读写器核心模块射频前端工作在925MHz，使用频谱测试仪对软件配置结果与硬件设计进行测试，测试结果如图4所示，横轴为输出频率，纵轴为射频前端输出功率。由图4可以看出，UHFRFID读写器核心模块工作在925MHz时，输出功率为31．6dBm。使用UHFRFID读写器核心模块对2个标签进行轮询访问，实际访问率达到100％。经过测试与现场应用，四天线UHFRFID读写器模块核心软件能有效地控制读写器核心模块对标签进行准确访问。

6结束语

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【关键词】PLC；舞台机械；变频器；现场总线

常规剧院根据功能可以划分为歌剧院、戏剧院、音乐厅和多功能厅等。舞台机械是现代化剧场不可缺少的核心设备，通过舞台机械设备不断升降、平移、开合运动，并配合灯光、音响的不断变换，呈现在观众眼前的是一场场美轮美奂的视觉盛宴。常规剧场舞台机械设备一般可分为台上和台下两个部分，台上以卷扬类为主，台上设备的基本配置有防火幕、假台口、大幕、二道幕、景吊杆、灯吊杆、单点吊机、灯光渡桥、灯光吊笼等设备，有的还配置了反声罩。台下以升降、推拉、旋转为主，台下设备的基本配置有主升降台、左右车台、后车转台、升降乐池、各种补偿台、插销和安全网等设备。其中，台上吊杆类设备、台下升降台类设备和车台类设备是舞台表演空间的主要设备。随着计算机技术的不断发展，现在舞台机械控制多采用以可编程控制器为主的分布式控制系统。系统硬件由继电器、接触器和变频器等低压电器组成，网络采用开放式工业现场总线通讯技术，软件设计采用功能完备的人机友好界面和安全互锁保护。整个系统快速、方便地将分散在台上、台下的设备和核心中央处理器联系起来，其各种不同类型的控制模块通过硬件接口和软件组态可进行广泛组合，为舞台机械运行提供实时、安全可靠的运行保证。同时，由于采用计算机控制，系统具有处理速度快、系统资源裕量大、通讯能力强、故障排除快速、定位准确的特点。

1设备电器设计组成

舞台设备电器控制回路一般由各种安全保护单元（如限位、乱绳、超载、超速、安全急停链路）、位置测量单元（如编码器、减速开关、行程开关）、控制电路（如各种继电器、PLC输入输出模块）、驱动单元（如变频器、交流接触器）和执行单元（如三相异步鼠笼电机、伺服电机）组成，并通过以上电器环节的共同作用控制设备运动。国内舞台设备按控制方式包括常规定速控制和调速定位控制。

1.1常规定速控制

常规定速控制——通过PLC起停输出、设备的行程开关、保护开关、继电器组成的中间回路控制对应的三相电源的相序通断，从而达到直接控制电机的正反向运动，如舞台各种插销、安全网、升降栏杆、安全门。该方式广泛应用在对时间要求不高的舞台设备硬件设计上，对于在运动过程中有位置需求但定位要求不高的设备（如灯光吊笼、假台口侧片、灯光渡桥）来说，该方式并不能满足要求。从设计经济、硬件便捷的角度，通常在常规电机传动轴上加装轴套型增量编码器，将编码器信号接入具有位置采集功能的模板（如西门子编码器模块FM350），同时，在硬件选型时根据模板的采样频率和电机转速确定所选编码器的每圈脉冲值。采集的位置信号经过现场总线传送到中央处理器中，和预设的目标位置做比较，决定设备是否到位停止运行。在实际的硬件设计中，为了能及时响应到位置信号，需把采集模板的实际输出值串入控制电机正反转回路。考虑到常规定速控制设计中不具备调速功能，电机高速运动过程中收到停止信号后制动运行较长，影响设备控制精度，在应用中要根据设备实际制动距离，在软件调试中加入制动停止提前长度来修正设备停止响应距离，从而提高设备实际到位精度

1.2调速定位控制

调速定位控制——常规电机带有编码器，编码器接入具有位置控制功能的高性能交流矢量变频器，变频器通过本身的内置位置控制卡计算电机运行的实时位置和给定目标位置的差值，通过PID调节输出对应的频率和电压控制电机运转速度，中央处理器通过总线通讯方式比较变频器传回来的位置、状态特性，并根据变频器窗口到位值实现对所控设备的速度、位置精确控制，控制电路如图3所示。使用调速定位控制，降低了对机械设备的冲击，提高了设备的安全性和可靠性。因此，在国内中、大型剧场中，该控制方式是控制吊杆、升降台、车台等机械设备的主流方案。调速定位按控制电路功能一般可分为一对一控制和矩阵切换控制。对于前者，每个设备都是一个控制单元，控制电路结构相对简单，每个变频器的总线状态真实反应设备实际情况。由于只考虑单独控制回路，现场调试成本较小，出现故障排查相对容易，系统后期维护人工成本较小，但如果控制单元的任何器件发生故障，则直接影响调速设备运行，同时对于电器元件、变频器的成本支出较高。对于后者，由于采用继电器矩阵切换，控制回路采用冗余备份方式，每个调速设备在选定之前不对应固定变频器，如果某一个控制单元出现问题影响吊杆运行，通过切换矩阵的及时调整可以规避出现故障的控制单元，从而使设备更可靠地运行，提高了整个系统的风险抵御能力。同时，采用切换方式，节省了变频器数量，降低了电器成本支出。但这种控制方式电路结构复杂，软件互锁要求较高，一旦出现故障，排查和维护较繁琐。通常来说，台上调速吊杆采用切换矩阵方式，台下调速设备采用一对一控制方式。这主要是因为各种类型的吊杆大多功率在30kW以内，且功率较为相近，实际舞台演艺中同时运动的最多吊杆数远远小于总吊杆数，故采用切换方式。而台下升降类设备在演出时载有大量演员，功率较大，通常达到60kW以上，为了避免频繁切换对用电回路的冲击，并考虑到实际运行的安全性，故采取一对一方式。

2网络系统的构建

舞台机械控制系统从网路结构上分为三个层级：管理级、控制级和现场级。2.1管理级设备管理级设备包括控制台和服务器。控制台中主要设备包括工控机、触摸屏和电源、操作按键及操纵杆，主要为监控舞台设备状态、运行参数、报警信息，编场数据处理和控制设备起停，为操作人员提供友好的人机交互界面。服务器可记录操作人员和设备的实时数据，为演出设备历史追溯提供不可替代的手段。

2.2控制级设备

控制级设备主要包括可编程控制器的中央处理单元和各种适应现场总线的通讯单元。作为整个舞台机械控制系统的“大脑”，中央处理单元是系统核心，主要负责向上通过以太网传递现场的监控信息（如升降台、景杆等调速设备的位置、速度等实时参数，以及乱绳、电机过热等安全信号），向下对现场级设备下达动作命令，协调现场设备动作次序（如舞台机械设备的定位控制和设备延时启动等）。

2.3现场级设备

现场级设备：主要包括符合现场总线协议的相关舞台机械控制远程I/O站点、对应的变频器和电动机。现场级设备主要任务负责实现操作人员通过控制台发送的具体的运动方案，同时采集必要的现场信息，传递给上层作为参考。图4为采用标准三级网络设计的结构图。

2.4网络系统的构建中的关键问题

（1）控制系统的安全性设计要贯穿整个控制系统，包括核心控制器到单体设备的控制设计。控制系统应采用开放的现场总线技术，根据用户的实际需要，采用可靠的冗余技术，包括核心部件的冗余和网络的冗余。控制系统具有紧急停机系统，任意一个极限开关的动作会触发本设备应急线路，任意一个急停按钮应触发控制系统的急停链路。同时，急停系统和中央处理器通过安全总线进行信息交换。所有具有提升性能的驱动都采用双制动器，并且互相独立控制，保证驱动能及时有效地停止工作。（2）所有的舞台机械系统主控制台、移动控制台，应具备即插即用的特点。对于单一控制台，用户可根据实际情况方便地选择切换到不同的操作方式（如手控、程控、更改参数）对设备进行操作；对于不同控制台之间的切换操作，中央处理单元应具备统一的授权管理，保证同一设备在任意时刻只接受来自单一控制台的指令信息，防止设备由于接受不同控制台指令信息而造成控制紊乱。（3）保证关键信息响应的实时性和同步性（如舞台机械设备的启动命令）。对于调速定位设备，国内大多是通过每个变频器的内置位置控制卡控制设备，当多个设备同时运动时，由于网络传输的延迟性造成设备启动的不统一和设备运行中间过程中的实际位置偏差。在设计控制网络时，对于关键信息的传递需采用等式同步机制和数据优先级处理，保证数据传输的快速响应。

3软件设计要求

3.1操作功能要求

操作功能要求：对于舞台控制操作界面，应设有手动选择、运动参数设定、设备编组、场景运行、设备位置绑定、运动禁止、设备位置记录等功能，根据实际用户需求的不同，还应提供系统管理、维护和根据演出过程需要而附带的工程组态功能。同时，应提供演出中间的各种应急处理功能，如当在演出场景中编组的运行设备，设备出现报警停止运行时应具备手动快速介入，当设备撞到物理极限位后，应具备旁路控制使设备及时脱离危险位置。用户一旦误操作，不光有报警信息，同时提供相应的保护，规避可能发生的设备误动作引发的系统风险。

3.2设备互锁要求

设备运行互锁是舞台设备安全可靠运行必不可少的保障，互锁软件设计必须实时跟踪设备运行的数据。互锁软件应采用顺序控制程序，根据优先级管理机制，按照预先规定好的优先级动作顺序，对控制过程各阶段的设备互锁顺序进行自动判别和保护。每一个设备的运行条件都依存于其他相邻设备的位置，当检测到条件满足或不满足时，及时发送给设备数据块运行或受限指令，使设备安全可靠地运行。

3.3分布式管理要求

通过现场总线技术，把分布在舞台控制室的控制台、上位机、台上及台下控制柜间的现场驱动单元、现场采集单元等方便、快捷地联系起来。通过开放的现场总线控制通信网络把物理分散的设备构成为一个整体，用分布式数据库实现全系统的信息集成，进而达到信息共享，从而实现同时在多台控制终端上对舞台设备的集中监视、集中操作和集中管理。

3.4远程维护要求

控制系统工程师可通过互联网对现场控制系统进行远程诊断和维护。操作系统中出现的故障，应及时记录在上位机历史数据库中，用户通过Internet网以文本形式传送到远程诊断实验室，帮助用户排除故障。通过专门远程诊断软件，可实时跟踪链接到现场网络节点的舞台机械设备运动情况，及时帮助用户解决操作中出现的问题。

4小结

在控制系统建设规划中，要注重安全和效益并重的原则，适当降低建设成本和后期维护成本，同时还要从长远着眼，技术方案要有一定的前瞻性，充分考虑将来整个系统的整体升级、扩容问题。随着计算机和控制理论的不断进步，舞台控制技术逐渐趋于完善，带有自诊断功能和微机通信接口的PLC元器件也越来越普及，价格也趋向便宜。在国内以可编程控制器为核心的舞台机械控制系统已经形成了集网络化、集散化、自动化、智能化为一体的先进的自动控制模式。目前，广义舞台的概念已不再仅仅局限于正规剧场传统品字型舞台，随着电视剧场、演播厅、体育场馆等组合式舞台，以及各种类型的动感、多维影院、VA多媒体互动系统、科技馆等领域的异型舞台的出现，舞台机械控制系统的软、硬件设计也应随着舞台要求的变化不断发展更新。

参考文献

[1]刘基顺,杨永魁,孔宪旺.舞台机械控制系统功能及性能分析[J].演艺设备与科技,2012(3).

[2]MOVIDRIVECompact.SystemManual.2012(4).

[3]刘基顺,田广军,高恒伦等.PLC运动控制器在舞台机械系统中的设计与研究[J].自动化仪表,2013(1).

篇9

通过对AutoCAD软件操作的原理进行分析，对其在化工机械设备中的相关应用、具体的实现模式和使用技巧进行阐述。说明AutoCAD软件在化工机械中的广泛应用是有依据的，AutoCAD软件强大的绘图设计功能将化工机械从设计到成品的整个过程结合起来，大大缩少了设计者的工作量，提高了产品的品质，使化工机械的设计变得更加高效。

关键词：

AutoCAD；化工机械；设计

随着AutoCAD软件版本的不断更新，其强大的绘图设计功能使它更广泛应用于很多行业，其发展和应用的水平也是衡量一个国家的的技术发展状况的标志。AutoCAD软件能将整个化工机械产品的全部生产过程结合起来，使企业生产过程变得更加高效，所以它是现代工业不可或缺的技术系统。

1AutoCAD软件在化工机械设计中的实现模式

1.1选择图形模式

AutoCAD软件包含从设计到出厂的全部过程，也就是说它可以在产品性能要求和规划上对化工机械产品的整体起到分析和说明的作用。就目前我国的化工机械发展现状来看，AutoCAD技术可以更好的帮助设计者完成工业设计。在使用AutoCAD软件的过程中，设计者需要在前期建立二维或者三维模型。建立二维模型和三维模型都有各自的优缺点，二维模型没有空间概念，只是点和线组成的平面图形，因其所需要的存储空间较小，所以运行起来相对于三维模型是要快一些，但由于是平面图形，在展示设计的过程中会出现不到位、不直观的感觉，造成人们对设计成品本身认识的偏颇。三维模型虽然需要较大的储存空间，但可以给人较强的空间感和立体感，所以可以更好的展现设计产品，使人们更直观的了解设计产品。

1.2施工图软件的实现模式

当化工机械设计运用AutoCAD软件进行绘图设计时，AutoCAD会产生相应的设备参数，这些参数可以绘制出产品总装中的不同视图，避免了重复画图的复杂作业。这大大提高了设计人员的工作效率，使他们从简单地工作中脱离出来。另外根据现有的软硬件环境，考虑到运行速度和软件所能达到的完善水平，选择AutoCAD作为软件支撑是十分合适的，它可以给设计者带来很好的技术支持，它丰富的图形数据库和实用简单的图形工具可以提供给设计者更大的方便。另外，AutoCAD并不是采用输入式的命令结构，它可以通过按钮实现操作，这对于初级用户来说可以更快、更方便的使用软件。

2AutoCAD软件在化工机械中的应用

2.1设计和开发中的应用

在机械产品的设计过程中，设计者的设计理念和设计思想往往是以三维模型形态来表现出来。在此之前用二维平面的工程图只可以从各个角度的平面图中显示视角，而不能直观的立体的表现出零件全部。但现在的AutoCAD把二维变成三维，让零件变的更直观更容易进行更好的改良或优化。另外在设计成型工装的过程中，往往设计者要绘制大量的曲线，这些繁复的曲线会给设计者带来很大的麻烦。但应用AutoCAD制作三维图形并将其导出为平面二维图形，就能够为设计者省去大量时间，使设计者的工作更加高效。

2.2在技术讨论交流中的应用

当今社会不断发展，竞争也越发激烈，各企业为了自身的发展都希望能够迅速的占领市场。在化工机械产品的营销过程中，展示产品、技术交流成为不可或缺的过程。过去的介绍方法都是以二维图形展现在客户的面前，对于没有涉猎于相关行业的用户来说，二维图形很难让他们了解产品本身，甚至无法感知产品的形状大小，这给销售带来很多的烦恼和不便。若能够将产品以三维图像的方式展现在用户面前，或辅助以三维动画，那么产品就可以跃出纸面，这也使客户可以更好的了解产品，相信产品。在正常的生产过程中，生产人员间的技术沟通是必不可少的，也是产品质量保证所需要的。在进行技术交流过程中，简单的零件处理方法在二维图形中就可以解决，但是当零件过于复杂时，二维图像就很难解释清楚，成为技术人员交流的障碍。而三维图形就可以更直观的展现零件，可以更快的解决问题，提高生产过程中的工作效率。

3AutoCAD在化工机械设计应用中的技巧

3.1使用命令行和快捷键

AutoCAD中的工具条和菜单等按键对不熟悉该软件的用户来说是非常方便的。另外在绘制图形过程中，需要先设置基本的图层，并且每个图层都有自己的功能，设计人员应在实际操作过程中要尽量减少图层的数量，因为数量越多会带来的麻烦也越多，而尽量减少图层可避免不必要的麻烦。

3.2设计简单合理

设计的本身是要实用，设计的目的是要生产出合格的产品，所以在设计的过程中，要合理布局，比例协调，即复杂的零件可以用较大的图纸来表达，相反简单的零件可以用比较简洁的小图纸表达。另外，在AutoCAD制图过程中，尽量用零件的实际尺寸制图，标注尺寸时可以及时的发现问题，可以避免进行二次换算，提高制图绘图效率。如果没有实际尺寸的图纸，可以在绘制前按照国际规定的标准来设置图形的边界。

4结语

总而言之，随着社会的不断发展和进步，我国的化工机械设计也得到了长足的发展。我们需要怀揣着认真、严谨的态度面对化工机械设计的工作。要做好这样的工作，我们要有良好的知识储备，我们要有丰富的设计经验和良好的设计环境。当然，更为重要的是我们要有好的、完善的、科学的、操作性强的软件做为支撑。AutoCAD技术，在化工机械设计领域已经被广泛的认可和应用了。它可以将设计人员的设计思路和设计理念快速的跃然纸上，复杂的设计在三维模型面前显的不再复杂。

作者：付元杰 单位：兰州理工大学石油化工学院

篇10

关键词：软硬件协同设计 协同验证 传统设计 传统设计

中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0096-02

传统的嵌入式系统设计采取“硬件优先”的设计方法，该方法软件开发往往滞后于硬件开发，通常软件开发在硬件平台开发完成后才进行，而基于硬件平台的验证在软件开发完成后才进行。正是由于这种滞后性，迫使软件和硬件只能串行开发，系统开发需要经历反复修改和验证，这大大增加了系统的开发周期。

由于嵌入式系统中软硬件密不可分，为了缩短嵌入式产品的开发周期，嵌入式系统设计方法中的一个重要组成部分就是软硬件协同设计。与传统软硬件串行的设计方法相比，协同设计方法最大限度的挖掘软/硬件之间的并行性，提高系统开发设计效率。软/硬件系统设计方法首先依据详细的系统需求确定软硬件划分方案，并定义软/硬件接口，然后在EDA（Electronic Design Automation电子设计自动化）工具的支持下，进行软/硬件的协同开发。软硬件协同设计的每个阶段都可以进行软硬件协同验证，以确保系统的设计没有背离原始设计需求，该设计方法是逐步细化、反复迭代的过程。这种开发方式是一种风险可控的设计方法，能够充分利用软硬件资源，缩短开发周期，降低成本。

1 软硬件协同设计与传统设计方法比较

构成嵌入式系统的各个功能模块，按照其性质可以分为软件模块和硬件模块两类，但总体上软件模块的开发滞后于硬件模块的开发，将该方法统称为传统的设计方法，其设计流程如图1所示。

传统设计方法在粗略获取系统需求的情况下，首先进行硬件设计，之后才进行软件设计。硬件设计具有一定的盲目性，因为在设计过程中缺乏对系统软件架构的清晰了解，所得到的设计结果很难充分利用软/硬件资源，难以适应现代复杂的、大规模的系统设计任务。

软硬件协同设计找到系统软/硬件的最佳结合点，充分利用了软硬件资源的并发性，从而使软件设计和硬件设计作为一个有机整体并发设计，大大提高了系统的工作效率。

在软硬件协同设计中，硬件设计和软件设计在设计过程的各个阶段都是相互作用的。基于对系统资源的充分考虑，进行软硬件功能划分，在软硬件功能的设计和仿真评价过程中，软件和硬件是互相支持的。这就使得在系统设计早起，软硬件各个功能模块能够相互结合，从而及早发现系统设计中存在的问题，尽可能的减少在设计开发后期反复修改系统，而且有利于挖掘系统潜能、提高系统整体性能、缩小产品体积、降低系统成本。

2 软硬件协同设计流程

完整的嵌入式系统软硬件协同设计流程，从对产品功能规格及需求的一系列分析设计开始，最后以开发出一个能满足所有要求的可运作的产品结束。设计流程主要分为以下几个阶段：需求分析、系统结构设计与软硬件划分、IP/模块（Intellectual Property）设计与验证、模块集成与互连、软硬件协同验证、系统测试、系统后端设计与实现等，一个完整的SoC软硬件协同设计流程如图2所示。

下面依次对功能需求分析、系统结构设计与软硬件划分、IP的设计与复用、IP模块的集成与互联以及软硬件协同验证进行描述：

2.1 功能需求分析

详细了解嵌入式系统的实际需求，最终提取出芯片设计的需求规范，包括芯片设计所需的特征、功能、接口以及典型应用。

2.2 系统结构设计与软硬件划分

该阶段从设计出的需求规范出发，对系统所需具备的功能和性能进行定义，并进行系统结构设计与软硬件划分，同时还定义了系统的接口、总线结构、硬件功能以及软件功能。

2.3 IP的设计与复用

基于嵌入式系统设计规模大，复杂程度高的特性，为了提高设计的可靠性并尽可能的节约开发时间，只有依赖基于IP复用的设计方法，通过继承、共享或购买所需的IP，然后再利用EDA工具进行设计、综合和验证，从而加速芯片设计过程，降低开发风险。

2.4 IP模块的集成与互联

根据系统结构的定义，进行IP模块的集成和互联，设计的顶层只包括例化的元件以及例化元件之间的连线，对一些IP模块，需要增加接口电路或者封装电路的设计，并且保证元件与元件之间都是同时钟域的寄存器输入与输出。对于跨时钟域的异步设计，要进行同步处理，包括采用双触发器、握手信号等同步技术。

2.5 软硬件协同验证

软硬件协同验证技术是嵌入式系统设计的关键技术。软硬件协同验证是一种在流片封装之前，验证嵌入式系统硬件和软件是否能够正确工作的技术，分为两个阶段：虚拟原型验证，FPGA原型验证，两个阶段的验证是反复迭代、不断重复的过程，从而更加快速有效的验证嵌入式系统功能的正确性。

3 软硬件协同验证流程

软硬件协同验证有两个主要作用：其一软件开发人员在系统设计早期便能访问硬件，其二为硬件设计在投产前提供额外的测试激励。软硬件协同验证流程如图3所示。

软硬件协同验证流程大致分为：系统集成前的IP/模块级验证，系统集成后的IP/模块级验证，系统集成后的系统级验证，以及系统应用验证四个阶段。

3.1 系统集成前使用测试向量的IP/模块级验证

验证主要是针对IP/模块的所有功能点的验证，以及片上总线接口的功能验证。对IP/模块级的验证主要使用HDL（硬件描述语言），开发Testbench（测试平台）和Testcase（测试用例），给设计施加激励并观察其响应来进行验证，此处的平台为系统集成前的测试平台，基于该平台能够简洁并全面的验证各IP/模块的所有功能点。此阶段是系统设计验证中最基本单元验证，仿真验证调试除错手段丰富，容易添加测试激励。

3.2 系统集成后使用测试程序的IP/模块级验证

主要验证的对象是各IP/模块的功能点，但是该阶段的验证环境是集成后的系统环境，并需要开发软件测试程序，测试输入是通过处理器执行测试程序来完成的，测试结果的收集也是通过处理器来输出到外设或其功能仿真模型，该阶段的测试环境已经接近实际系统工作环境。

3.3 系统集成后使用测试程序的系统级验证

验证的重点不再是各IP/模块的某个功能点，而在于通过整个系统的运行来验证系统级特性，如模块间的互操作性、系统互联及流控制等是否正常，该阶段测试环境与第二阶段相同，只是测试重点不同。

3.4 系统应用验证

主要是指将系统置身于真实的环境中进行验证，开发应用程序，并按照系统应用中的实际需求，对整个系统进行验证。

4 结语

与传统嵌入式系统设计方法相比，软硬件协同设计通过挖掘软硬件之间的并行性，可以克服传统设计方法中软件开发滞后于硬件开发，软件和硬件分开设计而带来的弊端，使整个设计过程能够合理高效。随着CAD技术的发展，EDA工具对软硬件协同设计技术的支持将越来越多，软硬件协同设计技术在嵌入式系统设计中的作用也将越来越重要。

参考文献

[1]张玢，孟开元.H.264编解码器软硬件协同设计与验证技术研究[D].西安：西安石油大学，2011.