滿足機械創新需求下的CAD設計方法淺析

范盈圻

（重慶人文科技學院,重慶 401524）

在機械設計過程中，積極開展創新性的設計，對于產品競爭力的提升具有積極的作用，機械產品設計階段對于產品的維護性、成本、質量、結構、性能等都具有直接的影響，機械創新設計是一項非常復雜的工作，對于設計質量與設計效率都具有較高的要求，這就需要具有強有力的設計工具作為支持，因此，CAD技術在機械創新設計工作具有廣泛的應用，本文就主要探討機械創新設計過程中的常用CAD設計方法。

1 支持功能設計的CAD方法

功能設計過程實質上是一個功能分解的過程，在對功能實施分解的過程中，能夠對所設計的機械產品有一個清晰的認識，對于支持功能設計的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雜的功能應用簡單的子功能分解完成。在該方法中，首先需要對機械功能有一個正確的認識，機械功能主要表現為兩方面的內容，一方面反映了產品所要處理的物質對象，另一方面反映了所要處理的內容。在實際的功能設計過程中，功能對象體現為電壓、水、電能等一些具體的客觀物質。

將硬幣包卷機的功能設計過程作為實例進行分析，那么，基于CAD的機械功能設計方法的設計步驟主要表現為：

（1）依據相關設計要求自動生成或者是輸入硬幣包卷機的主功能；

（2）對排列硬幣的功能實施分解，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施分解，分解為：存放紙、送紙、切紙與包卷硬幣用紙；

（4）對統計硬幣的主功能不實施分解，在功能辨識工作結束之后，在通過功能完整性檢查之后，應用計算機開展功能抽象，將功能模型葉結點映射為基本的機械功能。

2 支持概念設計的CAD方法

支持概念設計的CAD方法的基本思想是：從已有的設計實例或者是設計知識中發現與組合出能夠實現功能要求的設計方案，所發現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果，所發現的資源是已有的設計實例或者是設計知識，然后將其結構與行為應用定性的方式進行描述，將其分別表示在概念模型與行為模型中，設計者可以對所發現的設計方案實施更改、變異、決策與評價。概念設計的過程主要表現為：

（1）依據功能設計結果與設計要求，建立起產品分功能的邏輯結構；

（2）應用各種創造性的方法尋找能夠實現各個產品分功能的原理方案；

（3）對各個分功能的實現原理進行合理組合，最終得到整個產品設計的設計方案。

3 支持結構設計的CAD方法

在開展概念設計的過程中，將機械產品的原理行為及原理結構予以了確定，但是這只是一個概念化的結構，是對產品的結構開展整體上的定性的描述，開展結構設計的主要內容就是要在概念設計結構框架的基礎上，應用各種設計方法，將其轉變為產品精確的結構定義，在應用CAD方法開展機械創新設計的過程中，其結構設計通常表現為三個階段：在依據設計原理確定結構方案之后，綜合考慮人機工程、裝配、性能等方面的要求，將相關的原理方案細化為產品的裝配模型，然后再考慮機械產品的制造要求、設計要求等的情況下，基于裝配模型開展機械零件的詳細設計。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。

結構設計包含有概念模型定義、特征與幾何模型生成兩個部分，其具體的設計步驟主要表現為：

（1）在設計對象屬性類型庫中選擇屬性類型；

（2）依據設計要求定義相應的抽象層次屬性值；

（3）開展系統概念模型的更新，并結合相應的規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 基于約束的參數化設計方法

在CAD系統中，要想有效實現集成化、柔性、智能與并行的CAD系統，其中一項非常核心的技術就是基于約束的參數化設計，該種設計方法的主要目的是應用幾何約束來進行產品幾何模型的表達，通過定義一組參數，對設計結果進行控制，以便于在設計模型的修改過程中，能夠通過參數與約束的調整來實現。基于約束的參數化設計方法通常有這樣幾種：基于造型操作的構造方法、基于規則推理的方法與基于變分幾何的代數方法。

5 基于數據融合理論的設計評價模型

在開展機械創新設計的過程中，也是一個實時的對設計結構開展多視角評價的過程，數據融合技術是一種信息處理技術，其能夠對信息開展多方面、多層次的處理，對多源數據實施組合、估計相關、結合于檢測，以便于實現精確的身份估計與狀態估計，從而保證能夠及時的開展威脅估計與態勢評估。基于數據融合理論的機械創新設計評價是從產品的生命周期出發，在對已有的設計信息開展分析的基礎上，完成當前設計合理性綜合認定的過程中，在該過程中涉及評價指標體系、指標選擇、確定和評價過程等幾個方面。在實際的設計評價工作中，優于設計評價具有多視角與全面性的特點，這使得評價指標也表現出多樣性的特點，為了能夠對各種評價指標實施有效的組織，可以將評價指標分為：準則層、指標層、目標層幾個層次來進行描述。

6 結束語

在機械設計過程中，CAD是一種應用非常廣泛的設計工具，在機械創新設計過程中，CAD技術能夠為其創新設計工作的開展提供有力支持，本文就主要對機械創新設計需求下，幾種常用的CAD設計方法進行了簡單分析。

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

[2]賴家美,劉國亮,黃興元,柳和生.計算機輔助的機械創新設計綜合實驗教學改革探索[J]. 教學研究,2012(03).