现代机械可视优化设计方法

摘 要：本文对可视优化设计法进行了综合性研究,指出了可视优化设计法的研究内涵,详细论述了搭建振动机械可视优化设计平台的方法,包括确定平台的功能要求、功能模块组成以及支撑平台运行的软件系统进一步阐述了各功能模块的实现方法,进行了可视优化设计综合性研究.

关 键 词：现代机械；可视化；优化设计

可视化（Visual）程序设计是一种全新的程序设计方法,避免许多繁琐的代码语句.它主要是让程序设计人员利用软件本身所提供的各种控件,像搭积木式地构造应用程序的各种界面.它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域,成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术.科学计算可视化能够把科学数据,包括测量获得的数值、图像或是计算中涉及、产生的数字信息变为直观的、以图形图像信息表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前,使他们能够观察、模拟和计算.

1.视优化设计的内容

对机械产品进行可视优化设计,通常包括以下3个方面,即加工装配过程可视化、运动学设计可视化、控制过程可视化.可视优化设计法从研究内容上主要体现两方面：一是“检验”；二是“优化”.“检验”是指应用可视优化设计法,在设计阶段就能完成对可加工性、可装配性、运动形态、动态性能、工作状况、控制方案的全面检验.“优化”是指在可视优化设计中,可以通过优化理论寻优或方案对比寻优,达到在设计阶段优化加工工艺、装配工艺、运动参数、动态特性、工作参数、控制策略的目的.

2.机械可视优化设计平台设计

搭建设计平台是一种将设计系统化与集成化的思想,设计平台可以很好地将设计理念实施到具体的产品设计中去.因此,国内外在进行与可视优化相关研究时通常创建相应的应用平台.机械实施可视优化设计法也有必要搭建设计平台来实现,搭建振动机械可视优化设计平台可从其功能要求、功能模块组成、软件系统结构以及各模块的具体实现方法等环节来实现.

2.1平台功能模块

振动机械不同于普通机械,其动态性能是影响其最终质量的关键因素,在振动机械的方案设计和详细设计阶段一般都要对其进行运动学和动力学计算、分析、仿真实验等操作.此外,作为一种机械设备,设计过程中自然也要考虑各零件间的可装配性问题、具体的设计计算等问题.

2.2平台软件系统

可视优化设计平台必须具有功能强大的软件系统支持方能实现预定的功能目标,可喜的是目前已有众多的商业性软件可用于机械产品的可视优化设计,这些软件按其主要功能可分为三维建模类、工程模拟类、控制仿真类、有限元计算类、软件开发编程类等.产品研发部门应该考虑平台的功能模块结构、软件的功能与、本单位人员的基本素质等多方面因素,选择合适的软件搭建软件集成平台,搭建振动机械可视优化设计平台选择的软件系统包括：三维建模类,常见的有So1idworks、Pro/E、UG等；工程模拟类ADAMS、DADS、SIMPACK等；有限元计算类ANSYS,NASTRAN,MARC等；软件开发与编程类VB、VC++、Delphi、VisualFortran等.

3.功能模块实现技术

3.1装配过程的模块实现方法

装配质量对振动机械工作性能的影响很大,在设计中必须给予重点考虑,对振动机械进行装配过程可视化研究的目标是考虑设计的零件能否实现预期的装配,以及确定合理的装配顺序.此外,装配过程可视化模块也负责向其他模块提供零部件及整机的实体模型.因此如何快速实现模型的创建也是此模块重点考虑的问题,在实现方法上可考虑用编程软件对三维建模软件进行二次开发创建某类振动机械的快速建模及装配系统.一般的编程类软件都可以编制上述可视化计算程序,因为对振动的求解涉及大量的矩阵运算,因此考虑用可视化编程能力强的VB软件与矩阵计算能力强的MatrixVB结合可快速实现该模块的研发.振动机械工作过程可视优化研究目标就是通过创建的振动机械数字样机模型进行各种试验,从而确保机械设备各方面性能满足要求,各运行参数得到相应的优化.其实现方法上与运动可视化研究相似,可采用三维建模软件与工程模拟软件结合起来进行研究.

3.2动态性能模块实现方法

振动机械动态性能直接影响着机器的最终质量性能和运转的可靠性,因此设计中必须给予重点考虑.对振动机械进行动力学可视化研究,目标是通过三维实体模型,判断振动机械的精确模态特性和在特定激励作用下的响应情况.此外,动力学可视化研究还用于求解振动机械正常运转及停机时应力、应变变化情况.在实现方法上可考虑用三维建模软件创建实体模型,接着导入到有限元分析软件进行动态性能可视化仿真研究.振动机械的运动形态直接影响着该类机械设备的工艺效果,因此在设计过程要保证其运动形式符合相关设计要求.对振动机械进行运动可视化研究,目标就是检验振动机的主运动参数是否满足要求,运动是否发生干涉等问题.在实现方法上可考虑用三维建模软件创建实体模型,接着导入到工程模拟类软件进行运动状态可视化仿真研究.

3.3数据存储模块实现方法

振动机械可视优化设计平台研究环节众多,且很多情况下需要反复运行,相关的数据量较大.另外,平台涉及的数据类型也很多,常见的有文字信息、数据、二维或三维图形、结果报表、音频及视频多媒体数据等.因此,有效的管理和利用这些数据同样是成功实施可视优化设计法的关键,该模块的实现方法可考虑创建功能相对齐全的中心数据库管理系统对相关数据进行有效管理.

4.结束语

可视优化设计相关方法在生产振动机械企业中的应用还处于起步阶段,相关的理论方法,如平台的搭建策略、设计的协同性、试验验证方法等问题还有待进一步研究.