基于超變量設計的機械設計自動化系統

楊冰

摘 要：現代科學技術不斷發展完善，但現存基于約束的機械設計自動化系統仍存在一定不足，無法有效的滿足機械設計自動化的實際需求，而基于超變量設計的機械設計自動化系統的出現和應用，達到了以往機械設計自動化系統無法抵達的高度，在工程設計中發揮著重要的作用。本文極易超變量設計的機械設計自動化系統進行簡要分析和研究，僅供相關人員參考。

關鍵詞：超變量設計；機械設計；自動化系統

在現代化工程設計中，隨著科學技術的不斷進步，CAD技術也不斷完善，更多的新技術被廣泛應用于機械設計自動化中，促進了自動化水平的不斷提升。基于超變量設計的機械設計自動化系統（MDA系統）在工程設計中具有良好的應用價值，能夠改善機械設計效率和整體水平，從而推進機械設計自動化系統的穩定運行。

1 基于約束設計的研究

1.1 基于約束設計的原理

基于超變量設計的機械設計自動化系統中，基于約束設計的原理并不復雜，主要由幾何元素、幾何約束、尺寸值和工程約束四個方面所組成，在系統實際運行過程中，約束網絡的有效性主要包含約束管理處理約束的確認、約束自由度的分析、過約束的檢測，通過各個方面的協調配合，保證約束網絡的科學性和有效性，提高機械設計自動化系統運行的整體運行效果。就超變量設計的機械設計自動化系統的實際情況來看，約束求解的主要內容是對奇異、病態、多解、大擾動等問題進行妥善處理，以保證整個機械設計自動化系統得到順利求解，保證超變量設計的機械設計自動化系統的穩定高效運行。

1.2 約束求解方法

隨著現代科學技術的不斷進步，CAD研究更傾向于約束設計的研究，純參數法、數值或變量幾何法等均是比較常用的約束求解方法，除此之外，還包括基于圖論的結點-邊圖分解法和基于機構分析的剛度自由度分析法。約束求解方法包含多種類型在超變量設計的機械設計自動化系統中，應當結合實際情況對不同的約束求解方法加以科學化應用，從而全面提高機械設計自動化系統的運行效率。

1.3 基于歷史的設計

當前科學技術發展條件下，MDA系統的運行大多是基于順序來實現的，其性質屬于一個歷史性過程，零件及設計歷史樹如圖1所示。通過觀察分析可知，此種設計方式主要是基于先后順序零件數量的變化所產生的裝配零件或裝配體，一旦參數出現明顯變化，可以借助設計歷史樹來對零件或裝配體進行及時調整和更新，以保證超變量設計的機械設計自動化系統能夠實現穩定運行。相關研究表明，主流MDA系統的零件設計歷史樹形式也存在一定不足，各項特征之間并不具備雙向性關系，后生成特征往往會受到多種因素的影響，為保證機械設計自動化系統的穩定運行，應當結合系統設計情況重新建模，以改變MDA系統運行效率，最大程度上避免不利因素對機械設計自動化系統所產生的不利影響，維護超變量設計的機械設計自動化系統的穩定運行。

2 基于VGX技術的MDA系統

2.1 VGX約束求解原理

VGX技術約束求解原理如圖2所示。VGX技術約束求解原理是混合求解策略中的一項重要內容，基于3D約束求解系統來滿足MDA系統運行的基本要求，更具安全性和可靠性。VGX技術在機械設計自動化系統中具有良好的應用優勢，能夠準確凸顯出數值法和代數法的應用優勢，保證超變量設計的機械設計自動化系統處于最佳運行測狀態，更好的滿足工程設計相關要求。

2.2 超越歷史的設計

為了更好的保證歷史設計的效果，必須要對裝配體進行幾何展示和描述，在VGX技術的前提下還需要使用MDA系統對零件以及裝配體作為半空間體。超越歷史的設計中，設計人員可以對3D的實體特征加以控制和處理，這樣也就不需要回到對應的2D框線草圖當中。

2.3 拖放造型技術

VGX技術具有非常好的性能，同時其還有非常好的智能求解能力，同時在欠約束的情況下更加直接的執行設計者的具體意圖，這樣也就為拖放造型創造了非常好的條件。拖放造型也可以為設計模型提供一個動態性交互性比較強，操作比較便捷的界面。拖放造型的原理如圖3所示：

在使用的過程中用戶可以先使用光標選中一個實體，之后將光標移動在一個相對比較合理的位置，同時，系統還要將檢測光標的位置進行固定，此外在這一過程中還要對VGX求解器進行激發處理。在拖放造型當中還可以使用多媒體技術對用戶和約束的方式加以識別。拖放造型技術的使用也給3D模型的設計工作和調整過程帶來了非常大的便利。

2.4 VGX技術在設計分析中的應用

基于超變量設計的機械設計自動化系統的應用，能夠有效提高設計分析整體效果，尤其是應力分析、公差分析以及機構分析等，都是影響產品設計效果的重要因素，一旦使用不合理或控制不到位，極易在產品設計分析中對產品的成本和質量產生一定影響。一般情況下，MDA系統在數學描述上存在一定局限性，無法基于普通模型開展分析和研究，不利于機械設計自動化系統的順利開展，需要重建特殊模型以便設計分析工作的順利開展。研究表明，基于超變量設計的機械設計自動化系統，模型重建的難度較大，不僅浪費時間，并且極易出現失誤，給機械設計分析的準確度產生影響，不利于機械設計自動化系統的穩定高效運行，而基于VGX技術的MDA系統則具有鮮明優勢，在產品設計分析中無法單獨建立特殊模型，在保證產品質量以及成本控制上發揮著重要的作用，促進產品開發效率的有效提升。

3 結論

基于VGX技術的MDA系統在機械設計自動化中具有良好的應用價值，能夠從設計說明書的確定、概念設計以及詳細設計等過程入手，實現科學化控制，并且在約束求解方面，不僅過程規范，且結果可靠，實際操作便捷程度高，無需建模即可順利完成，保證機械設計自動化系統的穩定運行，為現代社會的穩定持續發展打下良好的基礎。

參考文獻

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