滿足機(jī)械創(chuàng)新需求下的CAD設(shè)計方法淺析

范盈圻

（重慶人文科技學(xué)院,重慶 401524）

在機(jī)械設(shè)計過程中，積極開展創(chuàng)新性的設(shè)計，對于產(chǎn)品競爭力的提升具有積極的作用，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計階段對于產(chǎn)品的維護(hù)性、成本、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、性能等都具有直接的影響，機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計是一項非常復(fù)雜的工作，對于設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計效率都具有較高的要求，這就需要具有強(qiáng)有力的設(shè)計工具作為支持，因此，CAD技術(shù)在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計工作具有廣泛的應(yīng)用，本文就主要探討機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計過程中的常用CAD設(shè)計方法。

1 支持功能設(shè)計的CAD方法

功能設(shè)計過程實(shí)質(zhì)上是一個功能分解的過程，在對功能實(shí)施分解的過程中，能夠?qū)λO(shè)計的機(jī)械產(chǎn)品有一個清晰的認(rèn)識，對于支持功能設(shè)計的CAD方法的最基本的要求就是要具有抽象化與具體化，功能分解主要有邏輯思維與直覺思維兩種思維模式，分解的本身就是一個邏輯思維推理的過程，通過分解能夠促使復(fù)雜的功能應(yīng)用簡單的子功能分解完成。在該方法中，首先需要對機(jī)械功能有一個正確的認(rèn)識，機(jī)械功能主要表現(xiàn)為兩方面的內(nèi)容，一方面反映了產(chǎn)品所要處理的物質(zhì)對象，另一方面反映了所要處理的內(nèi)容。在實(shí)際的功能設(shè)計過程中，功能對象體現(xiàn)為電壓、水、電能等一些具體的客觀物質(zhì)。

將硬幣包卷機(jī)的功能設(shè)計過程作為實(shí)例進(jìn)行分析，那么，基于CAD的機(jī)械功能設(shè)計方法的設(shè)計步驟主要表現(xiàn)為：

（1）依據(jù)相關(guān)設(shè)計要求自動生成或者是輸入硬幣包卷機(jī)的主功能；

（2）對排列硬幣的功能實(shí)施分解，分解為：存放硬幣、輸送硬幣與碼摞硬幣；

（3）對包卷硬幣的功能實(shí)施分解，分解為：存放紙、送紙、切紙與包卷硬幣用紙；

（4）對統(tǒng)計硬幣的主功能不實(shí)施分解，在功能辨識工作結(jié)束之后，在通過功能完整性檢查之后，應(yīng)用計算機(jī)開展功能抽象，將功能模型葉結(jié)點(diǎn)映射為基本的機(jī)械功能。

2 支持概念設(shè)計的CAD方法

支持概念設(shè)計的CAD方法的基本思想是：從已有的設(shè)計實(shí)例或者是設(shè)計知識中發(fā)現(xiàn)與組合出能夠?qū)崿F(xiàn)功能要求的設(shè)計方案，所發(fā)現(xiàn)的方法是以功能為前提的，然后在一定的抽象層上通過類比的方式獲得結(jié)果，所發(fā)現(xiàn)的資源是已有的設(shè)計實(shí)例或者是設(shè)計知識，然后將其結(jié)構(gòu)與行為應(yīng)用定性的方式進(jìn)行描述，將其分別表示在概念模型與行為模型中，設(shè)計者可以對所發(fā)現(xiàn)的設(shè)計方案實(shí)施更改、變異、決策與評價。概念設(shè)計的過程主要表現(xiàn)為：

（1）依據(jù)功能設(shè)計結(jié)果與設(shè)計要求，建立起產(chǎn)品分功能的邏輯結(jié)構(gòu)；

（2）應(yīng)用各種創(chuàng)造性的方法尋找能夠?qū)崿F(xiàn)各個產(chǎn)品分功能的原理方案；

（3）對各個分功能的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行合理組合，最終得到整個產(chǎn)品設(shè)計的設(shè)計方案。

3 支持結(jié)構(gòu)設(shè)計的CAD方法

在開展概念設(shè)計的過程中，將機(jī)械產(chǎn)品的原理行為及原理結(jié)構(gòu)予以了確定，但是這只是一個概念化的結(jié)構(gòu)，是對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)開展整體上的定性的描述，開展結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容就是要在概念設(shè)計結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)上，應(yīng)用各種設(shè)計方法，將其轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品精確的結(jié)構(gòu)定義，在應(yīng)用CAD方法開展機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的過程中，其結(jié)構(gòu)設(shè)計通常表現(xiàn)為三個階段：在依據(jù)設(shè)計原理確定結(jié)構(gòu)方案之后，綜合考慮人機(jī)工程、裝配、性能等方面的要求，將相關(guān)的原理方案細(xì)化為產(chǎn)品的裝配模型，然后再考慮機(jī)械產(chǎn)品的制造要求、設(shè)計要求等的情況下，基于裝配模型開展機(jī)械零件的詳細(xì)設(shè)計。該過程是一個從抽象到具體、從整體到個體、從粗略到精確的自頂向下的過程。

結(jié)構(gòu)設(shè)計包含有概念模型定義、特征與幾何模型生成兩個部分，其具體的設(shè)計步驟主要表現(xiàn)為：

（1）在設(shè)計對象屬性類型庫中選擇屬性類型；

（2）依據(jù)設(shè)計要求定義相應(yīng)的抽象層次屬性值；

（3）開展系統(tǒng)概念模型的更新，并結(jié)合相應(yīng)的規(guī)則開展概念模型的推理，然后在可能的情況下開展特征與幾何模型的生成與更新。

4 基于約束的參數(shù)化設(shè)計方法

在CAD系統(tǒng)中，要想有效實(shí)現(xiàn)集成化、柔性、智能與并行的CAD系統(tǒng)，其中一項非常核心的技術(shù)就是基于約束的參數(shù)化設(shè)計，該種設(shè)計方法的主要目的是應(yīng)用幾何約束來進(jìn)行產(chǎn)品幾何模型的表達(dá)，通過定義一組參數(shù)，對設(shè)計結(jié)果進(jìn)行控制，以便于在設(shè)計模型的修改過程中，能夠通過參數(shù)與約束的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)?；诩s束的參數(shù)化設(shè)計方法通常有這樣幾種：基于造型操作的構(gòu)造方法、基于規(guī)則推理的方法與基于變分幾何的代數(shù)方法。

5 基于數(shù)據(jù)融合理論的設(shè)計評價模型

在開展機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計的過程中，也是一個實(shí)時的對設(shè)計結(jié)構(gòu)開展多視角評價的過程，數(shù)據(jù)融合技術(shù)是一種信息處理技術(shù)，其能夠?qū)π畔㈤_展多方面、多層次的處理，對多源數(shù)據(jù)實(shí)施組合、估計相關(guān)、結(jié)合于檢測，以便于實(shí)現(xiàn)精確的身份估計與狀態(tài)估計，從而保證能夠及時的開展威脅估計與態(tài)勢評估。基于數(shù)據(jù)融合理論的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計評價是從產(chǎn)品的生命周期出發(fā)，在對已有的設(shè)計信息開展分析的基礎(chǔ)上，完成當(dāng)前設(shè)計合理性綜合認(rèn)定的過程中，在該過程中涉及評價指標(biāo)體系、指標(biāo)選擇、確定和評價過程等幾個方面。在實(shí)際的設(shè)計評價工作中，優(yōu)于設(shè)計評價具有多視角與全面性的特點(diǎn)，這使得評價指標(biāo)也表現(xiàn)出多樣性的特點(diǎn)，為了能夠?qū)Ω鞣N評價指標(biāo)實(shí)施有效的組織，可以將評價指標(biāo)分為：準(zhǔn)則層、指標(biāo)層、目標(biāo)層幾個層次來進(jìn)行描述。

6 結(jié)束語

在機(jī)械設(shè)計過程中，CAD是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)計工具，在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計過程中，CAD技術(shù)能夠為其創(chuàng)新設(shè)計工作的開展提供有力支持，本文就主要對機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計需求下，幾種常用的CAD設(shè)計方法進(jìn)行了簡單分析。

[1]王明春.滿足機(jī)械創(chuàng)新需求下的CAD設(shè)計方法淺析[J].中國科技信息,2013(24).

[2]賴家美,劉國亮,黃興元,柳和生.計算機(jī)輔助的機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計綜合實(shí)驗教學(xué)改革探索[J]. 教學(xué)研究,2012(03).