满足机械创新需求下的CAD设计方法浅析

2014-08-15范盈圻

山东工业技术 2014年19期

范盈圻

（重庆人文科技学院,重庆 401524）

在机械设计过程中，积极开展创新性的设计，对于产品竞争力的提升具有积极的作用，机械产品设计阶段对于产品的维护性、成本、质量、结构、性能等都具有直接的影响，机械创新设计是一项非常复杂的工作，对于设计质量与设计效率都具有较高的要求，这就需要具有强有力的设计工具作为支持，因此，CAD技术在机械创新设计工作具有广泛的应用，本文就主要探讨机械创新设计过程中的常用CAD设计方法。

1 支持功能设计的CAD方法

功能设计过程实质上是一个功能分解的过程，在对功能实施分解的过程中，能够对所设计的机械产品有一个清晰的认识，对于支持功能设计的CAD方法的最基本的要求就是要具有抽象化与具体化，功能分解主要有逻辑思维与直觉思维两种思维模式，分解的本身就是一个逻辑思维推理的过程，通过分解能够促使复杂的功能应用简单的子功能分解完成。在该方法中，首先需要对机械功能有一个正确的认识，机械功能主要表现为两方面的内容，一方面反映了产品所要处理的物质对象，另一方面反映了所要处理的内容。在实际的功能设计过程中，功能对象体现为电压、水、电能等一些具体的客观物质。

将硬币包卷机的功能设计过程作为实例进行分析，那么，基于CAD的机械功能设计方法的设计步骤主要表现为：

（1）依据相关设计要求自动生成或者是输入硬币包卷机的主功能；

（2）对排列硬币的功能实施分解，分解为：存放硬币、输送硬币与码摞硬币；

（3）对包卷硬币的功能实施分解，分解为：存放纸、送纸、切纸与包卷硬币用纸；

（4）对统计硬币的主功能不实施分解，在功能辨识工作结束之后，在通过功能完整性检查之后，应用计算机开展功能抽象，将功能模型叶结点映射为基本的机械功能。

2 支持概念设计的CAD方法

支持概念设计的CAD方法的基本思想是：从已有的设计实例或者是设计知识中发现与组合出能够实现功能要求的设计方案，所发现的方法是以功能为前提的，然后在一定的抽象层上通过类比的方式获得结果，所发现的资源是已有的设计实例或者是设计知识，然后将其结构与行为应用定性的方式进行描述，将其分别表示在概念模型与行为模型中，设计者可以对所发现的设计方案实施更改、变异、决策与评价。概念设计的过程主要表现为：

（1）依据功能设计结果与设计要求，建立起产品分功能的逻辑结构；

（2）应用各种创造性的方法寻找能够实现各个产品分功能的原理方案；

（3）对各个分功能的实现原理进行合理组合，最终得到整个产品设计的设计方案。

3 支持结构设计的CAD方法

在开展概念设计的过程中，将机械产品的原理行为及原理结构予以了确定，但是这只是一个概念化的结构，是对产品的结构开展整体上的定性的描述，开展结构设计的主要内容就是要在概念设计结构框架的基础上，应用各种设计方法，将其转变为产品精确的结构定义，在应用CAD方法开展机械创新设计的过程中，其结构设计通常表现为三个阶段：在依据设计原理确定结构方案之后，综合考虑人机工程、装配、性能等方面的要求，将相关的原理方案细化为产品的装配模型，然后再考虑机械产品的制造要求、设计要求等的情况下，基于装配模型开展机械零件的详细设计。该过程是一个从抽象到具体、从整体到个体、从粗略到精确的自顶向下的过程。

结构设计包含有概念模型定义、特征与几何模型生成两个部分，其具体的设计步骤主要表现为：

（1）在设计对象属性类型库中选择属性类型；

（2）依据设计要求定义相应的抽象层次属性值；

（3）开展系统概念模型的更新，并结合相应的规则开展概念模型的推理，然后在可能的情况下开展特征与几何模型的生成与更新。

4 基于约束的参数化设计方法

在CAD系统中，要想有效实现集成化、柔性、智能与并行的CAD系统，其中一项非常核心的技术就是基于约束的参数化设计，该种设计方法的主要目的是应用几何约束来进行产品几何模型的表达，通过定义一组参数，对设计结果进行控制，以便于在设计模型的修改过程中，能够通过参数与约束的调整来实现。基于约束的参数化设计方法通常有这样几种：基于造型操作的构造方法、基于规则推理的方法与基于变分几何的代数方法。

5 基于数据融合理论的设计评价模型

在开展机械创新设计的过程中，也是一个实时的对设计结构开展多视角评价的过程，数据融合技术是一种信息处理技术，其能够对信息开展多方面、多层次的处理，对多源数据实施组合、估计相关、结合于检测，以便于实现精确的身份估计与状态估计，从而保证能够及时的开展威胁估计与态势评估。基于数据融合理论的机械创新设计评价是从产品的生命周期出发，在对已有的设计信息开展分析的基础上，完成当前设计合理性综合认定的过程中，在该过程中涉及评价指标体系、指标选择、确定和评价过程等几个方面。在实际的设计评价工作中，优于设计评价具有多视角与全面性的特点，这使得评价指标也表现出多样性的特点，为了能够对各种评价指标实施有效的组织，可以将评价指标分为：准则层、指标层、目标层几个层次来进行描述。