機(jī)械控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計探析

摘要：隨著我國機(jī)械自動化的快速發(fā)展，機(jī)械控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助技術(shù)越來越被重視，同時機(jī)械控制系統(tǒng)的普及，以其具備的強(qiáng)大優(yōu)點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益逐漸得到了相關(guān)機(jī)械行業(yè)人士的認(rèn)同。

關(guān)鍵詞：機(jī)械? 控制系統(tǒng)? 計算機(jī)輔助設(shè)計? 特點(diǎn)? 策略探析? 應(yīng)用

引言

在科技技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，我國許多工業(yè)生產(chǎn)、日常生產(chǎn)中，一些先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)逐漸滲透在生產(chǎn)車間中，產(chǎn)品的生產(chǎn)率得到了有效提高，同時也給人們的日常生活提供了許多便利?？偠灾录夹g(shù)隨著科技技術(shù)的不斷革新而持續(xù)涌出，在實(shí)際的生產(chǎn)工作中，機(jī)械控制系統(tǒng)的重要作用不言而喻。

1 機(jī)械控制系統(tǒng)的相關(guān)概述與特點(diǎn)

1.1機(jī)械控制系統(tǒng)計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展敘述

在機(jī)械控制系統(tǒng)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展早期，可以直接通過筆紙工具等簡單容易地計算出來。如1942年在Ziegler和Nichols的輔助設(shè)計中，可以非常容易地通過提出的PID經(jīng)驗(yàn)公式的計算而設(shè)計出來。但是隨著機(jī)械控制系統(tǒng)不斷地快速的發(fā)展，對于機(jī)械控制的效果、效率相關(guān)要求越來越高，其控制輔助設(shè)計的算法也變得極為復(fù)雜，控制器的設(shè)計越來越困難，已經(jīng)無法再也通過紙和筆以及計算器等運(yùn)算工具進(jìn)行簡單的運(yùn)算而得到預(yù)期的效果。此時，根據(jù)計算機(jī)時代發(fā)展的趨勢分析，計算機(jī)的應(yīng)用成功地進(jìn)入控制系統(tǒng)的輔助設(shè)計技術(shù)中，從而出現(xiàn)了機(jī)械控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)。

在機(jī)械控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展過程中，倍受國際中相關(guān)技術(shù)研發(fā)專家的關(guān)注。至目前，機(jī)械控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)向最高水平趨近，。在1982年12月和1984年12月，在國際上控制領(lǐng)域最權(quán)威的IEEEE控制系統(tǒng)學(xué)會和控制系統(tǒng)雜志的科研報告集中，分別都進(jìn)行了CACSD?？牡谝淮纬霭妫瑫r美國著名的學(xué)者也在1985年和1992年出版了著作，充分顯示了CACSD領(lǐng)悟的最新發(fā)展進(jìn)程。在近三十年機(jī)械控制系統(tǒng)計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展中，有許多相關(guān)的優(yōu)秀計算機(jī)應(yīng)用軟件不斷涌出，促進(jìn)了機(jī)械控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，在國際控制領(lǐng)悟中被廣泛使用的計算軟件就達(dá)到了幾十種。而在MATLAB需要出現(xiàn)后，便成了機(jī)械控制領(lǐng)域中，備受學(xué)生和研究者歡迎的通用計算機(jī)語言，同時成為了控制領(lǐng)域中最流行、最有影響的計算機(jī)通用語言，成長了控制領(lǐng)域?qū)W者和研究者的首選。

1.2計算機(jī)輔助設(shè)計相關(guān)概述以及特點(diǎn)

計算機(jī)輔助設(shè)計簡稱CAD，主要是以計算機(jī)作為主要的手段，產(chǎn)生各種數(shù)字和圖形信息，并結(jié)合這些信息對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計的一種新興技術(shù)。它能完成人腦難以承擔(dān)的各種復(fù)雜的設(shè)計任務(wù)。在不斷發(fā)展的技術(shù)中，計算機(jī)的硬件、軟件在不斷更新，CAD能夠完成的設(shè)計任務(wù)的復(fù)雜性也在不斷提高。

計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)是在近20多年內(nèi)快速發(fā)展起來的一種綜合性計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，并隨之滲透到各個領(lǐng)域的工程技術(shù)之中，日益向所涉及的領(lǐng)悟的深處發(fā)展，CAD的覆蓋率在計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域中，已經(jīng)達(dá)到了60%。CAD是一種高智力、知識密集型的高新技術(shù)。其具備更新速度快、綜合性強(qiáng)、效益高、初始投資大等特點(diǎn)。它是當(dāng)前國際科技領(lǐng)悟發(fā)展的前沿課題，同時也是計算機(jī)集成化制造系統(tǒng)的主要核心技術(shù)的基礎(chǔ)之一。

2 機(jī)械控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計策略探析

2.1明確機(jī)械控制系統(tǒng)設(shè)計的基本過程

計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用中，我們首先需要明確工程設(shè)計的性質(zhì)，工程設(shè)計是一種明確目標(biāo)問題，而“面向目標(biāo)問題進(jìn)行求解的活動”。機(jī)械設(shè)計也相同，其基本過程都為：設(shè)計問題的定義、資料檢索、創(chuàng)造性構(gòu)思綜合、分析優(yōu)化、模擬評價、繪圖與編制文件等。該設(shè)計過程是一個通過交互方式進(jìn)行的反復(fù)過程。

首先，設(shè)計問題的定義是指，在進(jìn)行設(shè)計前，根據(jù)用戶所提的要求或者產(chǎn)品研發(fā)的市場調(diào)查結(jié)果，進(jìn)行設(shè)計目標(biāo)的確定;資料檢索階段的主要內(nèi)容是進(jìn)行各種參考數(shù)、數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)資料的搜索查詢;所謂的創(chuàng)造性構(gòu)思綜合是指，設(shè)計者進(jìn)行同類產(chǎn)品的設(shè)計進(jìn)行類比或者以自己的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)作為依據(jù)進(jìn)行構(gòu)思、擬訂出產(chǎn)品設(shè)計的初步方案或者結(jié)構(gòu)草圖;分析優(yōu)化是指，在前幾個步驟完成后，進(jìn)行多次反復(fù)的設(shè)計分析、綜合比較，選定在經(jīng)濟(jì)性、工藝性以及可靠性等多個方面都比較合理完善的方案，最后進(jìn)行設(shè)計圖的繪制和相關(guān)技術(shù)文件的編制。通過人工完成的機(jī)械設(shè)計，難以達(dá)到最佳的設(shè)計水平與預(yù)期效果。在憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計、類比或估算等設(shè)計過程中，會存在計算失誤的情況，不得不進(jìn)行較大的安全系數(shù)的取值，這會造成材料消耗增大的情況，難以代替精確設(shè)計計算，所以計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展是必要的。同時在計算機(jī)輔助設(shè)計過程中，需要明確設(shè)計步驟，通過合理精確的計算軟件進(jìn)行計算，提高設(shè)計效率。

2.2進(jìn)行CAD系統(tǒng)的軟件應(yīng)用探析

在機(jī)械控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計過程中，需要應(yīng)用到CAD系統(tǒng)，在CAD系統(tǒng)硬件確定后，只是為該系統(tǒng)的作業(yè)過程提供了基礎(chǔ)的工具，要實(shí)現(xiàn)CAD系統(tǒng)的作業(yè)過程，還需要進(jìn)行相應(yīng)軟件的配備。CAD系統(tǒng)通過內(nèi)容分類為：操作系統(tǒng)、支撐軟件、數(shù)據(jù)庫以及應(yīng)用軟件。其中，操作系統(tǒng)是用來控制和管理系統(tǒng)資源，為客戶提供使用便利而進(jìn)行裸機(jī)與虛擬機(jī)轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，是計算機(jī)系統(tǒng)軟件中最為基本的部分。其主要作用是：管理系統(tǒng)資源、合理調(diào)試系統(tǒng)資源、為客戶提供接口等。支撐軟件則是介于系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件間的，帶有一定的專門性而又具有普遍性的一類工具軟件。在機(jī)械控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計過程中，使用該軟件，則相關(guān)的應(yīng)用軟件的編制則會更加方便、快速。數(shù)據(jù)庫技術(shù)在CAD系統(tǒng)的應(yīng)用中，占據(jù)主要地位。數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)進(jìn)入一個新的階段是通過數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)生而實(shí)現(xiàn)的。在機(jī)械的CAD應(yīng)用軟件中，應(yīng)用軟件主要是面向客戶，其對主機(jī)的要求和外部設(shè)備的種類、用戶界面、軟件設(shè)計以及軟件規(guī)模等方面都具備自我的特色特點(diǎn)。設(shè)計計算軟件、圖形處理軟件、人機(jī)交互軟件等，是機(jī)械CAD應(yīng)用軟件中主要包括的軟件。進(jìn)行機(jī)械控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計，需要進(jìn)行相應(yīng)軟件的全面分析，從而提高軟件應(yīng)用效率。

2.3堅持系統(tǒng)的選擇原則

在進(jìn)行機(jī)械控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計過程中，在選擇使用的系統(tǒng)時，需要遵循相關(guān)的選擇原則。如在選用CAD系統(tǒng)時，要明確其主要是對硬件和軟件組成的選擇。在選擇時需要考慮的問題有經(jīng)濟(jì)因素對系統(tǒng)選擇的影響、是否能夠?qū)崿F(xiàn)可行的解決具體工程問題、是否能夠充分地利用CAD系統(tǒng)的各類軟件資源、軟件是否具有便于擴(kuò)充、移植、方便使用、維護(hù)簡單以及運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。

系統(tǒng)的選擇對機(jī)械的設(shè)計有著較大的影響，所以在系統(tǒng)的選擇時，需要結(jié)合機(jī)械設(shè)計的相關(guān)要求，充分考慮其利弊，堅持其相關(guān)的選擇原則。

3 結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械控制系統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)的發(fā)展還具有巨大的發(fā)展空間。在進(jìn)行相關(guān)的機(jī)械設(shè)計時，需要結(jié)合具體情況進(jìn)行相關(guān)問題的分析，正確選擇應(yīng)用系統(tǒng)與軟件進(jìn)行設(shè)計，提高設(shè)計的效率與質(zhì)量。

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作者簡介

丁心安，1970年9月，男，漢族，碩士，西安思源學(xué)院，工程師，項(xiàng)目管理。