智能CAD技術在機械制造中的應用*

徐 竹

(西安航空職業技術學院，陜西 西安710089)

在當今信息技術廣泛應用和競爭激烈的時代，計算機技術已成為眾多企業發展的核心生命力。機械制造類企業為了更好地贏得市場資源和技術發展，必須縮短產品的生產周期和設計時間，大力推動產品技術更新換代，所以單純以計算機技術為基礎的CAD技術已很難適應當前格局的發展要求。人工智能是一項專門研究構造智能系統的技術，它可以很好地延展和模擬人類的智能。在CAD技術中引入人工智能的方法，采用科學合理的專家系統，將CAD智能系統的優勢不斷放大，以此適應產品創造性設計理念的要求，這將成為機械制造業的一個發展趨勢。

1 智能CAD的基本理念

智能CAD技術[1-2]是近幾十年迅速發展的一種新技術，這種系統能夠模擬某一領域內專家設計的過程，采用單一知識領域的符號推理技術，解決單一領域內的特定問題。智能CAD系統的構成包括3個層次：1)基礎層，由計算機外部設備和系統軟件組成；2)支撐層，由數據庫管理軟件、網絡服務軟件和分析軟件等組成；3)應用層，應用層可以根據工作環境的不同設置不同CAD軟件系統來完成相對應工作。

智能CAD具備的功能包括4個方面內容：1)計算和分析功能，可以完成產品的優化設計、有限元分析、可靠性分析和數字仿真模擬等一些科學手段的計算分析能力；2)圖形圖像處理功能，例如三維幾何的模型制造、二維圖形技術和圖形輸出功能等；3)數據交換和管理的功能，例如數據庫的管理，不同的CAD系統之間可以進行數據的交換和接口；4)可以進行文字的處理和編輯、文檔的制作等，還有一些網絡功能和設計的能力。

2 智能CAD的應用

在SolidWorks軟件環境中，一個零部件的模型包含每個零件之間的相互聯系和配置的信息。智能CAD的特點是在建立模型時，模型的信息存儲在軟件內部的工程數據庫中，零部件模型實現參數化后，設計者可以通過輸入相對應的零部件的參數，從而得到需要的零部件模型。零部件模型的參數是以數據表格的形式儲存在系統選用的IBM DB2系統中。DB2是IBM公司研制的一種關系型數據庫系統，DB2采用了數據分級技術，能夠使大型機數據很方便地下載到LAN數據庫服務器，使得客戶機/服務器用戶和基于LAN的應用程序可以訪問大型機數據，并使數據庫本地化及遠程連接透明化。DB2提供了高層次的數據利用性、完整性及小規模到大規模應用程序的執行能力，主要應用于大型應用系統。在零件模型建立時，依靠DB2系統在實現了零部件參數化后，相對應的參數的外部變量就會在設計模型列表中成為第一部分的定義。如果出現零部件的特點非常復雜，定義的特征參數就會相應的增加很多，容易造成設計者在操作時出現混淆數據的情況；因此，在零件模型設計過程中引入實例推理技術[3](CBR)，系統軟件專門定制一個SolidWorks軟件的獨立接口，依據SolidWorks軟件的特殊要求，可以采用數據接口文件的形式實現接口工作的完成。當設計者在操作界面輸入外部參數的時候，系統會直接保存到DB2數據庫中，與此同時生成數據接口文件，也可以利用數據庫直接導出文件；然后由SolidWorks軟件進行調試。

CBR技術是整個智能設計系統的核心部分，而且系統中配置的模型都是在CBR系統中完成實現的，使得配置的模型可以大量重復地利用已經擁有的資源，同時實現模型的設計和變型設計的理念。

SolidWorks軟件系統中，基于實際例子建立的零部件的原型實例模型是以三維實例模型文件的形式儲存在數據庫中，然后以數據庫的形式存儲實例的參數，由此完成整個實例數據庫的建立。在建立原型實例數據庫時，需要把實際例子的全部信息都記錄在計算機中，但由于零部件型號的多樣以及復雜的結構，使得模型的建立非常困難，不適合采用對每一種型號的零部件都用逐步建立模型的方法進行實例建模。根據SolidWorks軟件的支持，利用SolidWorks軟件內部的工程數據庫，把所有可能涉及到的零部件的配置模型建立在SolidWorks軟件的工程數據庫中。在需要時，可以設定特殊的參數，從SolidWorks軟件的工程數據庫中提取需求的模型。在SolidWorks軟件環境下建立實例模型后通過數據的合理調整，就可以建立各種型號的零部件模型。采用以實例數據庫建立模型和參數化相互結合的方法，完成零部件的配置。配置原型實例的建設過程如下：1)建立零部件的特征化參數模型；2)通過參數的輸入確定零部件配置的模型；3)對配置的模型進行合適的修改，得到可以運用在實際中的產品；4)將建好的實例模型儲存在SolidWorks軟件數據庫中。這種方法有效地解決了運用實例表達的問題，結合參數化的方法，由此解決了不同型號的建模問題。

CAD智能技術除了在零部件模型參數化技術和實例數據庫建立方面的應用，還有智能顯示技術的應用、智能交互技術的應用和自動生成的技術等多種智能技術。

3 結語

隨著CAD系統的深入發展，用戶對系統的智能化提出了更高的要求，智能CAD系統設計將是技術發展的必然趨勢。智能化在信息化和知識化的基礎上，設計了貯存知識的數據庫，可以及時向設計師提供知識幫助；可以理解和獲取設計人員的設計理念和意圖，自動檢測出設計人員出現的錯誤操作；還具備一定的聯想功能，讓一些新上手的設計也可以很好地適應這個設計系統。隨著虛擬現實技術在智能CAD技術中已經開始應用[4-7]，設計人員在虛擬世界中創造新的產品，可以從多個角度檢查模擬對象是否具有一定的真實性，及早地發現結構設計所涉及的碰撞問題，可以較早地看到產品外形。虛擬技術也是智能CAD技術向前發展的一個標志。虛擬制造可以虛擬地模擬出原型的測試、仿真和加工等技術手段，基于虛擬模型進行仿真分析，然后得出實際制造中出現的問題，有效降低了生產成本。

當前的CAD技術正朝著智能化、集成化和標準化的方向發展。隨著網絡技術、概念設計和協同技術的發展，對于產品設計的周期和技術理論已經非常成熟，非常適合網絡CAD/CAM/PDM的集成技術的發展，可以實現真正意義上的數字化制造和設計，已經成為機械設備制造業一個前進的趨勢。

[1] 高金燕，王彥輝，李秀娜，等.智能CAD技術在農業機械設計中的應用[J].農機化研究，2007(9)：179-181.

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[4] 戴鴻濱,林三寶.焊接工裝夾具方案設計智能CAD技術的研究[J].焊接，2012(22)：113-116.

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[7] 張磊.淺析智能CAD技術在加工制造技術中的應用[J].甘肅科技，2011(18)：103-105.

*西安航空職業技術學院材料工程技術院級重點專業建設項目(2014JZ07)