機(jī)械產(chǎn)品中建模設(shè)計(jì)的技術(shù)研究

余熀盛

【摘 要】隨著科技的進(jìn)步，機(jī)械產(chǎn)品在并行環(huán)境下，建模設(shè)計(jì)技術(shù)的運(yùn)用越來(lái)越重要，針對(duì)并行環(huán)境中機(jī)械產(chǎn)品建模技術(shù)的意義，以及目前需要解決的問(wèn)題，本文分析建模方法的特點(diǎn)，現(xiàn)狀，以及存在的局限性，并對(duì)建模設(shè)計(jì)技術(shù)的趨勢(shì)進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械產(chǎn)品；建模設(shè)計(jì)；策略

1.機(jī)械產(chǎn)品中建模設(shè)計(jì)方法的現(xiàn)狀和特點(diǎn)

機(jī)械產(chǎn)品具體信息在計(jì)算機(jī)上的表達(dá)會(huì)形成一種機(jī)械產(chǎn)品的模型。計(jì)算機(jī)在建模技術(shù)中的應(yīng)用，能夠促使直觀地更加有效地進(jìn)行計(jì)算機(jī)推理和產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)，人工設(shè)計(jì)技術(shù)主要強(qiáng)調(diào)的則是建立起交互建模的協(xié)作環(huán)境，兩者的結(jié)合能夠使設(shè)計(jì)者在機(jī)械產(chǎn)品的建模中充分發(fā)揮出創(chuàng)造性思維。

1.1幾何模型

線框、實(shí)體模型、表面模型等構(gòu)成了幾何模型，幾何模型是支持設(shè)計(jì)的最基本模型。目前在機(jī)械產(chǎn)品建模中主要有UG、Pro/E、Solidwork、3Dmax等。UG的加工比較強(qiáng)大，曲面功能也不錯(cuò)，特別表現(xiàn)在復(fù)雜曲面； UG的消參功能，半?yún)⑹荱G和Pro/E的最大區(qū)別；而Pro/E在進(jìn)行小的機(jī)械產(chǎn)品建模中比較方便，簡(jiǎn)潔，快速，但是曲面一復(fù)雜，Pro/E操作相對(duì)麻煩；Solidwork以其易用的操作大幅度地提高設(shè)計(jì)的效率， 3DMAX主要負(fù)責(zé)建模中的低模及渲染。

1.2語(yǔ)言模型

把設(shè)計(jì)問(wèn)題格式化，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)知識(shí)結(jié)構(gòu)是語(yǔ)言模型的顯著特點(diǎn)。在表達(dá)某種明確設(shè)計(jì)的時(shí)候非常重要，并且對(duì)以后的基于語(yǔ)義推理都能起到很好的幫助作用。在機(jī)械產(chǎn)品建模設(shè)計(jì)中，用不同的專用語(yǔ)言表達(dá)在建模中的重要信息，如結(jié)構(gòu)，動(dòng)作，行為以及功能等的描述。

1.3特征模型

相對(duì)與幾何模型，特征模型是幾何模型的一個(gè)升級(jí)。在表現(xiàn)出零部件幾何特征的情況下，還能包含很多信息，如幾何公差、加工方法、粗糙度等，介于語(yǔ)言模型和幾何模型兩者之間。對(duì)于表達(dá)設(shè)計(jì)的意圖顯現(xiàn)的更加明顯，是CAM集成的基礎(chǔ)，但是特征模型也屬于低級(jí)層次的抽象信息產(chǎn)品，因?yàn)橹饕憩F(xiàn)的只是機(jī)械產(chǎn)品的零部件信息，不能對(duì)更多的設(shè)計(jì)起到作用。只能詳細(xì)的描述物體的幾何信息，缺乏明顯的工程含義，對(duì)建模設(shè)計(jì)中的非幾何信息如公差、表面粗糙度、定位基準(zhǔn)等不能充分的描述。

1.4圖像模型的運(yùn)用情況

機(jī)械產(chǎn)品建模設(shè)計(jì)中，圖像型模型是常用的方式，主要特點(diǎn)是圖像模型接近人的思維和推理模式，在提供人機(jī)交互環(huán)境上起到很大作用，一方面能夠促進(jìn)人創(chuàng)造性思維，使得設(shè)計(jì)者能夠直觀的通過(guò)繪圖而進(jìn)行技術(shù)和設(shè)計(jì)上的討論，對(duì)于不同的解決方案可以進(jìn)行更加簡(jiǎn)單的比較，從而保障建立起所建立空間的立體感覺(jué)。

1.5知識(shí)模型

機(jī)械產(chǎn)品建模設(shè)計(jì)中，高層次的推理通常會(huì)采用知識(shí)模型，知識(shí)模型能夠提供機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本框架。在早期的產(chǎn)品建模階段存在缺乏精確的、完整的信息要求，并且受到很多方面的限制，屬于復(fù)雜的、需要展開(kāi)創(chuàng)造性思維模式的工作，同時(shí)也需要更多方面的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)等，而這些重要的信息以及必要的學(xué)科知識(shí)，用知識(shí)型模型來(lái)表達(dá)就顯得非常完善。同樣，知識(shí)型模型也存在一些問(wèn)題，如對(duì)不完整知識(shí)的處理上、知識(shí)性模型自身內(nèi)部相互矛盾的處理上。

2.機(jī)械產(chǎn)品建模設(shè)計(jì)中需要解決的問(wèn)題

機(jī)械產(chǎn)品在并行環(huán)境下，早期的設(shè)計(jì)要考慮到產(chǎn)品整個(gè)周期所有因素，主要包括了成本控制，難易程度，以及如何制造和裝配。在這個(gè)過(guò)程中多種學(xué)科小組的統(tǒng)一協(xié)調(diào)、并行的進(jìn)行產(chǎn)品相關(guān)設(shè)計(jì)非常重要。

2.1協(xié)同設(shè)計(jì)與并行模式設(shè)計(jì)

機(jī)械產(chǎn)品早期的模型大多是不完整的，需要將其與其他模型相互協(xié)同設(shè)計(jì)。要確保相關(guān)模型有可裝配性、可制造性以及可維護(hù)性，這樣就能更加方便地在機(jī)械產(chǎn)品建模的初期給出更加合理的再設(shè)計(jì)建議。

2.2如何建模

機(jī)械產(chǎn)品建模設(shè)計(jì)，首先對(duì)所要建模的機(jī)械產(chǎn)品有充分的了解，建模之前應(yīng)當(dāng)考慮如何完成草圖；其次明確知道建模所需要的各種數(shù)據(jù)，在建模過(guò)程中要保障產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用多種建模設(shè)計(jì)方法，多方面運(yùn)用各種建模工具；再次對(duì)于產(chǎn)品建模中的各種原理要有充分的認(rèn)識(shí)；最后實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品建模設(shè)計(jì)，從抽象到具體的各個(gè)階段的信息描述。

2.3抽象問(wèn)題具體化的過(guò)程

機(jī)械產(chǎn)品建模設(shè)計(jì)中，要對(duì)設(shè)計(jì)的每一個(gè)過(guò)程進(jìn)行分解，使得抽象模型能夠具體細(xì)化。因?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，要對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行描述，需要采用設(shè)計(jì)過(guò)程模型，而這種設(shè)計(jì)過(guò)程模型是工業(yè)界真實(shí)設(shè)計(jì)過(guò)程的一種抽象，同時(shí)又能回答真實(shí)設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題。在建模過(guò)程中，對(duì)于領(lǐng)域的確定以及信息的挖掘很重要，而信息的挖掘過(guò)程主要就是進(jìn)行抽象概念具體化的過(guò)程。

2.4對(duì)于不同的模型如何共享和轉(zhuǎn)換

機(jī)械產(chǎn)品早期建模中存在概念化設(shè)計(jì)的模糊性和不確定性等特點(diǎn)，建模有一點(diǎn)難度，而建模技術(shù)屬于理論研究階段，是CAD技術(shù)關(guān)鍵內(nèi)容之一，需要得到重點(diǎn)研究。

商品化CAD軟件普遍提供了不同模型之間的轉(zhuǎn)換功能。CAD技術(shù)下不同模型之間的轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換結(jié)束后能保留原有模型的特征信息，能夠方便的進(jìn)行進(jìn)一步的特征編輯和修改，能夠?qū)崿F(xiàn)多種商品化CAD軟件的模型轉(zhuǎn)換。在機(jī)械產(chǎn)品建模設(shè)計(jì)中，要廣泛地運(yùn)用CAD等技術(shù)完成不同模型之間的轉(zhuǎn)換。

對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)與并行模式設(shè)計(jì)的研究、抽象問(wèn)題具體化的過(guò)程、對(duì)對(duì)于不同的模型如何共享和轉(zhuǎn)換的研究都是目前機(jī)械產(chǎn)品建模中必須要解決的重要問(wèn)題。

3.機(jī)械產(chǎn)品中建模設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1模型的統(tǒng)一和模型的轉(zhuǎn)換在機(jī)械產(chǎn)品建模中越來(lái)越重要

并行設(shè)計(jì)的功能集成要求產(chǎn)品建模部門在時(shí)間上空間上共享產(chǎn)品模型，并行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，產(chǎn)品的各種信息要更加快速準(zhǔn)確的相互轉(zhuǎn)化，要適應(yīng)不斷修改，所以機(jī)械產(chǎn)品建模設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要保持與一個(gè)動(dòng)態(tài)產(chǎn)品信息模型相互交換數(shù)據(jù)，并貫穿設(shè)計(jì)的始終。

3.2智能支持技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品建模系統(tǒng)中的應(yīng)用

機(jī)械產(chǎn)品初期設(shè)計(jì)中涉及到諸多學(xué)科和很多設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，甚至包括設(shè)置具體方案、設(shè)置重要流程以及設(shè)置原理圖等，這些問(wèn)題一般很難建立起準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，更難用簡(jiǎn)單的數(shù)值方法進(jìn)行解決，這些問(wèn)題需要用創(chuàng)造性思維模式和發(fā)散性思維模式去解決，無(wú)論是創(chuàng)造性思維模式還是發(fā)散性思維模式都必須要建立在實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上去進(jìn)行分析、判斷和思考。機(jī)械產(chǎn)品建模初期設(shè)計(jì)的過(guò)程中，智能支持技術(shù)成為研究的重要課題。

3.3并行產(chǎn)品的建模設(shè)計(jì)必須考慮到網(wǎng)絡(luò)分布、異地等因素

機(jī)械產(chǎn)品建模在并行環(huán)境中要更多的考慮到很多因素，如網(wǎng)絡(luò)因素、計(jì)算機(jī)因素、操作系統(tǒng)因素、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)因素等，要將這些因素集中起來(lái)，建造一個(gè)良好的，能夠適應(yīng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的并行環(huán)境；讓不同區(qū)域，不同空間，使用不同的子系統(tǒng)的各種學(xué)科的成員們都能集中起來(lái)，達(dá)到一個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)的效果。這種異地、分布以及建立起的良好并行環(huán)境，對(duì)于不同領(lǐng)域、不同學(xué)科設(shè)計(jì)人員進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品建模設(shè)計(jì)時(shí)能更加迅速、準(zhǔn)確、有效的獲取更多需求的信息，同時(shí)也能達(dá)到一個(gè)信息共享的效果。

4.總結(jié)語(yǔ)

隨著智能支持技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品建模系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，模型的統(tǒng)一和模型的轉(zhuǎn)換在機(jī)械產(chǎn)品建模中越來(lái)越重要；未來(lái)機(jī)械產(chǎn)品建模設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)該是在網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，對(duì)于異地并行進(jìn)行支持、并且能協(xié)同機(jī)械產(chǎn)品建模中的其他環(huán)節(jié)，這是面向產(chǎn)品生命周期設(shè)計(jì)的新模式。

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