CAD在机械优化设计中应用探究

CAD在机械优化设计中应用探究

摘要:计算机技术的飞速发展,使得CAD技术成为强有力的工具,而广泛应用于工程设计领域,也成为工程设计优化提供了很好的手段。机械优化设计是基于数学模型优化和计算机辅助优化的新兴学科。优化可以在众多的设计方案中选择最佳方案,从而达到提高设计的质量和实现选择的科学性。本文主要概述计算机辅助设计(CAD)在机械优化设计中的应用。

关键词:机械优化设计智能CAD 优化模型

在机械优化设计中需要对参数模型进行求解和优化,特别是在大型的复杂的设计项目中,需要重复建模、重复优化模型。除了遗传算法等数学方法使用外,CAD技术应用对复杂的机械设计优化问题取得了较好的效果并产生了很好的经济效果。

1 机械优化设计中的CAD技术

单体机械机构的优化对象主要是零件的结构优化,涉及的学科少、优化的功能单一,优化的过程只限于结构设计和机构构成之间的关系。对于复杂的机械设计,优化的对象对体现整体优化思维,即整体优化大于局部优化。在这个过程中就需要采用合理的手段和方法优化的范围综合起来。计算机辅助手段日臻完善,在优化设计中把原理方案、功能,结构方案、总体参数以及结构性状的全部设计包含在内,真正的做到全局优化。

复杂的结构设计计算复杂、方法多变,涉及多学科多目标,而优化更要在这些方法找到更有效的方案更为困难。因此单一的方法来解决整体的优化问题肯定不行,但是采用CAD进行整体的优化和分解协调优化,通过模型建立,减少计算缩短优化时间。在结构优化中器件多,耦合度高,利用CAD技术可以在结构优化中应用网状分解的方法,将其分解,这种分解方法除了提高CAD利用效率之外还可以解决优化过程中的交叉学科问题,例如利用CAD机械设计的协同优化。在整体优化中目前的CAD技术还没有形成普遍使用的分解方法,因此分解的正确性并不是可以控制的,这成为CAD的在机械优化设计中应用的瓶颈。但是优化设计分层优化取得比较好的效果,由此建立起来的CAD优化发展。

2 CAD机械优化设计建模应用

机械产品设计优化技术就是设计者借助CAD技术将设计形体可视化、模拟化、可修改、可分析优化,进一步通过计算机辅助优化实体模型。产品的优化可以在CAD中进行三维几何重现,优化设计通过三维虚拟优化,采用几何模型描述对象的位置、结构、大小和性状,并寻求最高效的组合途径,通过优化的赋值可以将对象的颜色、纹理等信息进行详细描述,优化产品的原型,在这个过程中CAD的建模优化是最常见的优化方法。

2.1 参数建模优化

这种优化是通过工程关系以及几何方法在CAD中给予产品的性状特征,从而可以在产品功能上和设计方法上寻求类似的模型,通过模型的优化达到设计优化。在CAD中建立产品与参数之间的关系,而参数作为变量形成变量集合。在优化过程中通过参数的变化影响设计对象的变化,参数优化模型采用修改和定义的几何建模。参数建模优化包含工程优化、拓补结构优化、尺寸优化等,这些都是CAD参数建模优化中需要考虑的因素。

2.2 特征建模优化

这种优化是在CAD环境下从整个设计的各个阶段来优化设计,可表述为集成优化。进行集成优化需要在CAD条件下建立系统的、完整的、全面的描述需要优化的信息,使得各种特征能够从设计中显现优化的策略。特征建模优化可以明确的表示优化逻辑关系、互动关系以及关联特征方面进行表述和描述。特征建模优化能够在CAD环境中建立高层次的产品功能要素,对优化的信息进行联动管理,体现设计优化中,对形状、结构等复杂产品优化建模是思想,将产品的多特征进行特征分解,根据分解的特征相互建立优化途径,通过特征之间的运算达到优化整个设计的目的。

3 具备知识库智能CAD在机械优化设计中的发展

优化设计是一个高度智慧的创新的活动。CAD技术系统引入知识库,产生智能的计算机辅助设计系统,这成为ACD机械优化设计的发展方向之一。知识库智能CAD能够在信息优化、知识优化的基础上建立基于优化思维的知识库。它能够及时对优化设计的方向进行评估,利用知识库的评价机制,实现信息的交换和共享,解决优化设计中对信息和知识和需求。机械设计问题是模糊的,而优化的方式和途径也多样,对复杂产品进行优化,建立知识库信息获取、组织和表达。因此具备知识库智能CAD快速发展,为CAD在机械优化设计领域提供了新的途径。在机械优化设计中,设计不仅具有创意,而且优化应具备整体性和科学性。优化设计可以根据优化的途径分为优化搜索和优化创新。优化搜索可以根据各种方案选择一种最好的组合达到优化目的。在知识库智能CAD中具备的专家系统,采用参数匹配、信息匹配、结构匹配的方法将优化的产品进行搜索,选择最优的设计方案,遍历知识库中相似结构的模型。如果知识库建立的足够大,足够科学则搜索优化的优化度更高;优化创新是直接通过知识库得到最佳的优化结果。这种优化方法可以通过CAD的知识库,将设计的参数、模型、结构导入直接产生优化结果。但是不论是那种优化方法都要依据设计的原始信息,根据实际情况综合分析智能CAD优化结果,得出优化设计的方案。

4 神经网络智能CAD在机械优化设计中的发展

在优化设计中如果将优化的任务进行分解,形成各阶段优化的方案过多,而后面的的优化组成数量也迅速增加,这样就容易形成优化组合爆炸。在优化设计中面临如此大的优化结构时,往往需要更高层次的归纳和综合,对综合的信息进行少量分析即可找到优化的决策。一般CAD的优化只能在参数、简单结构等方面进行优化,而在如此复杂的框架优化、整体优化中显然不能满足优化要求。因此具备神经网络的智能CAD能够将设计的信息通过人工网络结构进行优化决策方式进行模拟。将优化的各层次和任务进行网络串联,共同完成阶段的优化工作。

5 结论

计算机辅助设计是机械优化设计的必要的工具。在知识库研究、神经网络研究、以及模糊控制研究方面已经取得了很多经验并发挥了巨大的经济效益。在优化设计中需要借助CAD这个途径将这些研究的思维移植并实现将大大提高CAD机械优化设计的效率,产生很大的经济效益。

参考文献

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[2] 韩亚峰.机械设计中怎样有效应用CAD技术[J].科技创新与应用,2012(5).