基于超变量设计的机械设计自动化系统

杨冰

摘 要：现代科学技术不断发展完善，但现存基于约束的机械设计自动化系统仍存在一定不足，无法有效的满足机械设计自动化的实际需求，而基于超变量设计的机械设计自动化系统的出现和应用，达到了以往机械设计自动化系统无法抵达的高度，在工程设计中发挥着重要的作用。本文极易超变量设计的机械设计自动化系统进行简要分析和研究，仅供相关人员参考。

关键词：超变量设计；机械设计；自动化系统

在现代化工程设计中，随着科学技术的不断进步，CAD技术也不断完善，更多的新技术被广泛应用于机械设计自动化中，促进了自动化水平的不断提升。基于超变量设计的机械设计自动化系统（MDA系统）在工程设计中具有良好的应用价值，能够改善机械设计效率和整体水平，从而推进机械设计自动化系统的稳定运行。

1 基于约束设计的研究

1.1 基于约束设计的原理

基于超变量设计的机械设计自动化系统中，基于约束设计的原理并不复杂，主要由几何元素、几何约束、尺寸值和工程约束四个方面所组成，在系统实际运行过程中，约束网络的有效性主要包含约束管理处理约束的确认、约束自由度的分析、过约束的检测，通过各个方面的协调配合，保证约束网络的科学性和有效性，提高机械设计自动化系统运行的整体运行效果。就超变量设计的机械设计自动化系统的实际情况来看，约束求解的主要内容是对奇异、病态、多解、大扰动等问题进行妥善处理，以保证整个机械设计自动化系统得到顺利求解，保证超变量设计的机械设计自动化系统的稳定高效运行。

1.2 约束求解方法

随着现代科学技术的不断进步，CAD研究更倾向于约束设计的研究，纯参数法、数值或变量几何法等均是比较常用的约束求解方法，除此之外，还包括基于图论的结点-边图分解法和基于机构分析的刚度自由度分析法。约束求解方法包含多种类型在超变量设计的机械设计自动化系统中，应当结合实际情况对不同的约束求解方法加以科学化应用，从而全面提高机械设计自动化系统的运行效率。

1.3 基于历史的设计

当前科学技术发展条件下，MDA系统的运行大多是基于顺序来实现的，其性质属于一个历史性过程，零件及设计历史树如图1所示。通过观察分析可知，此种设计方式主要是基于先后顺序零件数量的变化所产生的装配零件或装配体，一旦参数出现明显变化，可以借助设计历史树来对零件或装配体进行及时调整和更新，以保证超变量设计的机械设计自动化系统能够实现稳定运行。相关研究表明，主流MDA系统的零件设计历史树形式也存在一定不足，各项特征之间并不具备双向性关系，后生成特征往往会受到多种因素的影响，为保证机械设计自动化系统的稳定运行，应当结合系统设计情况重新建模，以改变MDA系统运行效率，最大程度上避免不利因素对机械设计自动化系统所产生的不利影响，维护超变量设计的机械设计自动化系统的稳定运行。

2 基于VGX技术的MDA系统

2.1 VGX约束求解原理

VGX技术约束求解原理如图2所示。VGX技術约束求解原理是混合求解策略中的一项重要内容，基于3D约束求解系统来满足MDA系统运行的基本要求，更具安全性和可靠性。VGX技术在机械设计自动化系统中具有良好的应用优势，能够准确凸显出数值法和代数法的应用优势，保证超变量设计的机械设计自动化系统处于最佳运行测状态，更好的满足工程设计相关要求。

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。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：

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。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。

2.4 VGX技术在设计分析中的应用

基于超变量设计的机械设计自动化系统的应用，能够有效提高设计分析整体效果，尤其是应力分析、公差分析以及机构分析等，都是影响产品设计效果的重要因素，一旦使用不合理或控制不到位，极易在产品设计分析中对产品的成本和质量产生一定影响。一般情况下，MDA系统在数学描述上存在一定局限性，无法基于普通模型开展分析和研究，不利于机械设计自动化系统的顺利开展，需要重建特殊模型以便设计分析工作的顺利开展。研究表明，基于超变量设计的机械设计自动化系统，模型重建的难度较大，不仅浪费时间，并且极易出现失误，给机械设计分析的准确度产生影响，不利于机械设计自动化系统的稳定高效运行，而基于VGX技术的MDA系统则具有鲜明优势，在产品设计分析中无法单独建立特殊模型，在保证产品质量以及成本控制上发挥着重要的作用，促进产品开发效率的有效提升。

3 结论

基于VGX技术的MDA系统在机械设计自动化中具有良好的应用价值，能够从设计说明书的确定、概念设计以及详细设计等过程入手，实现科学化控制，并且在约束求解方面，不仅过程规范，且结果可靠，实际操作便捷程度高，无需建模即可顺利完成，保证机械设计自动化系统的稳定运行，为现代社会的稳定持续发展打下良好的基础。

参考文献

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[2]李会.浅谈机械设计及其自动化的发展趋势[J].中华少年，2016（15）.

[3]张伟超.机械设计制造及其自动化的发展趋势分析[J].工程技术：全文版，2016（07）：00242-00242.