超变量设计的机械设计自动化研究

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摘要：当前在机械设计的过程中呈现出了非常强的自动化趋势，CAD技术也是在机械设计自动化基础上进行处理的，但其在应用的过程中也存在着某些方面的不足。为此人们提出了超变量设计技术的MDA系统。VGX技术主要是以混合求解的策略为主要的内容，在这一过程中其支持超越历史的设计，同时还采用了交互性是比较强的技术。主要分析了基于超变量设计的机械设计自动化系统，以供参考和借鉴。

关键词：约束；超变量设计；设计自动化

现代的CAD技术在很多因素的影响下出现了很大的改善,在传统CAD技术基础之上发展起来的新技术也逐渐的得到了应用,设计工作的自动化水平在这一过程中也得到了非常显著的提升。工程设计是一个逐渐改善的过程,在设计的过程中需要根据相关的要求进行灵活的修改,所以也在这一过程中改善了设计的效率和水平,在设计自动化的过程中,一个非常重要的环节就是要创建一个完善的设计机制。但是在当前的设计工作中还存在着比较大的困扰,我们需要对其加以改进。

1基于约束设计的研究

1.1基于约束设计的原理

约束网络由几何元素、几何约束、尺寸值和工程约束组成。约束管理处理约束的确认,约束自由度的分析,和过约束的检测,以确保约束网络的有效性。约束分解将系统分解为小的可有效求解的子系统。约束求解负责处理奇异、病态、多解、大扰动问题,以求解整个系统。

1.2约束求解方法

近年来,基于约束的设计一直是CAD研究的热点。先后出现了纯参数法,数值或变量几何法,基于图论的结点-边图分解法,基于机构分析的刚体自由度分析法,基于人工智能几何推理的约束传递法,以及基于刚体分裂的约束分解法等。

1.3基于历史的设计

现在主流的MDA系统都基于顺序的历史过程。图1是一个零件及其设计历史树的示意。图1零件设计历史树图2VGX约束求解原理图这种设计方式主要是借助有先后顺序零件数量的变化而产生装配零件或者是装配体的,如果参数出现了明显的变化,零件或者是装配体就可以借助设计历史树对其进行及时的调整和更新。但是它也存在着一定的不足,特征之间的一来关系不具有双向性,后生成的特征会受到一个或者是几个因素的影响,如果要改变这种状况,必须要重新建模。

2基于VGX技术的MDA系统

2.1VGX约束求解原理

VGX技术约束求解的原理如图2所示。它将混合求解策略当成一个重要的内容,建立了一个安全性和可靠性相对较强的3D约束求解系统,这样也就可以充分的满足,MDA系统运行的基本要求。VGX技术在应用的过程中可以很好的体现出数值法和代数法的优势,同时在这一过程中也可以保证其运行测状态。在该系统当中,设计者要可以将大量的时间放在设计方案的制定和选择上,也不需要关心软件中相关机制和设计规则的限制,这也能很好的展现出工程师们创造性思维的基本规律。

2.2超越历史的设计

为了更好的保证历史设计的效果,必须要对装配体进行几何展示和描述,在VGX技术的前提下还需要使用MDA系统对零件以及装配体作为半空间体。约束系统在运行的过程中可以用一组非线性方程进行描述:在这个式子当中矢量q是Rn空间的广义坐标,这个方程组和时间并没有非常密切的联系。零件当中的特征或者是装配体当中的零件可以被声明为固定的形式,同时它也可以被当做是变量。只要能够保证各个成分之间的关联定义有充分的正确性,求解器就会借助方程组的求解来确定模型中具体的几何参数,这样也就能够对整个设计进行更新处理。超越历史的设计中,设计人员可以对3D的实体特征加以控制和处理,这样也就不需要回到对应的2D框线草图当中。

2.3拖放造型技术

VGX技术具有非常好的性能,同时其还有非常好的智能求解能力,同时在欠约束的情况下更加直接的执行设计者的具体意图,这样也就为拖放造型创造了非常好的条件。拖放造型也可以为设计模型提供一个动态性交互性比较强,操作比较便捷的界面。拖放造型的原理如图3所示:图3拖放技术示意图在使用的过程中用户可以先使用光标选中一个实体,之后将光标移动在一个相对比较合理的位置,同时,系统还要将检测光标的位置进行固定,此外在这一过程中还要对VGX求解器进行激发处理。求解器在这一过程中也可以为用户提供一个更加有效的反馈。用拖动的方式对3D模型进行修改的时候,拖动过程中会显示出不同的设计方案,用户可以在这一过程中更加直观的对模型的改变方向进行有效的控制。被拖动的实体也可以在这一过程中借助一定的约束来对实体进行捕捉。在拖放造型当中还可以使用多媒体技术对用户和约束的方式加以识别。拖放造型技术的使用也给3D模型的设计工作和调整过程带来了非常大的便利。

2.4VGX技术在设计分析中的应用

设计分析,如应力分析、公差分析和机构分析等,在产品设计中有重要的地位,对产品质量和成本都有着直接的影响。而常规的MDA系统由于缺乏完全的数学描述,不能用普通的模型进行这些分析,而需要专门为分析重建特殊的模型。模型的重建既花费时间,又容易引起错误。基于VGX技术的MDA系统则不同,它不需为工程分析单独建模,从而大大提高了产品开发的效率。例如在3D公差分析中,由于VGX用尺寸变量、约束变量及其方程式来描述设计模型,因而任何被分析的尺寸d都可以看成是设计模型中其他约束或尺寸(Ci)的函数,即d=f(C1,C2,…,Cn)这样,该尺寸的公差Td的统计值就可以用其他尺寸Ci的公差值Ti和函数f(Ci)的偏导数来表示在变量设计中,这些偏导数是变量求解过程的副产品。因此公差分析也就变得非常容易了。

3结论

基于VGX技术的MDA系统在运行的过程中可以对设计说明书的确定、概念设计和详细的设计等过程进行全面的控制。这一系统在应用的过程中有非常大的优势,其约束求解的过程和结果具有非常高的可靠性和准确性,此外,其3D模型在设计修改的过程中也相对比较方便面,数学分析过程中也不需要独立建模就可以非常顺利的完成。

作者:李 明 魏长玲 单位:黑龙江建龙钢铁有限公司

参考文献

[1]索春英,冯哲.浅析如何提高机械设计的自动化程度[J].价值工程,2011(6).

[2]周懿俊.机械传动系统保障性设计分析[J].中国包装工业,2013(20).