徐 竹

(西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安710089)

在當(dāng)今信息技術(shù)廣泛應(yīng)用和競爭激烈的時代，計算機(jī)技術(shù)已成為眾多企業(yè)發(fā)展的核心生命力。機(jī)械制造類企業(yè)為了更好地贏得市場資源和技術(shù)發(fā)展，必須縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期和設(shè)計時間，大力推動產(chǎn)品技術(shù)更新?lián)Q代，所以單純以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的CAD技術(shù)已很難適應(yīng)當(dāng)前格局的發(fā)展要求。人工智能是一項專門研究構(gòu)造智能系統(tǒng)的技術(shù)，它可以很好地延展和模擬人類的智能。在CAD技術(shù)中引入人工智能的方法，采用科學(xué)合理的專家系統(tǒng)，將CAD智能系統(tǒng)的優(yōu)勢不斷放大，以此適應(yīng)產(chǎn)品創(chuàng)造性設(shè)計理念的要求，這將成為機(jī)械制造業(yè)的一個發(fā)展趨勢。

1 智能CAD的基本理念

智能CAD技術(shù)[1-2]是近幾十年迅速發(fā)展的一種新技術(shù)，這種系統(tǒng)能夠模擬某一領(lǐng)域內(nèi)專家設(shè)計的過程，采用單一知識領(lǐng)域的符號推理技術(shù)，解決單一領(lǐng)域內(nèi)的特定問題。智能CAD系統(tǒng)的構(gòu)成包括3個層次：1)基礎(chǔ)層，由計算機(jī)外部設(shè)備和系統(tǒng)軟件組成；2)支撐層，由數(shù)據(jù)庫管理軟件、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)軟件和分析軟件等組成；3)應(yīng)用層，應(yīng)用層可以根據(jù)工作環(huán)境的不同設(shè)置不同CAD軟件系統(tǒng)來完成相對應(yīng)工作。

智能CAD具備的功能包括4個方面內(nèi)容：1)計算和分析功能，可以完成產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計、有限元分析、可靠性分析和數(shù)字仿真模擬等一些科學(xué)手段的計算分析能力；2)圖形圖像處理功能，例如三維幾何的模型制造、二維圖形技術(shù)和圖形輸出功能等；3)數(shù)據(jù)交換和管理的功能，例如數(shù)據(jù)庫的管理，不同的CAD系統(tǒng)之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和接口；4)可以進(jìn)行文字的處理和編輯、文檔的制作等，還有一些網(wǎng)絡(luò)功能和設(shè)計的能力。

2 智能CAD的應(yīng)用

在SolidWorks軟件環(huán)境中，一個零部件的模型包含每個零件之間的相互聯(lián)系和配置的信息。智能CAD的特點是在建立模型時，模型的信息存儲在軟件內(nèi)部的工程數(shù)據(jù)庫中，零部件模型實現(xiàn)參數(shù)化后，設(shè)計者可以通過輸入相對應(yīng)的零部件的參數(shù)，從而得到需要的零部件模型。零部件模型的參數(shù)是以數(shù)據(jù)表格的形式儲存在系統(tǒng)選用的IBM DB2系統(tǒng)中。DB2是IBM公司研制的一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，DB2采用了數(shù)據(jù)分級技術(shù)，能夠使大型機(jī)數(shù)據(jù)很方便地下載到LAN數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，使得客戶機(jī)/服務(wù)器用戶和基于LAN的應(yīng)用程序可以訪問大型機(jī)數(shù)據(jù)，并使數(shù)據(jù)庫本地化及遠(yuǎn)程連接透明化。DB2提供了高層次的數(shù)據(jù)利用性、完整性及小規(guī)模到大規(guī)模應(yīng)用程序的執(zhí)行能力，主要應(yīng)用于大型應(yīng)用系統(tǒng)。在零件模型建立時，依靠DB2系統(tǒng)在實現(xiàn)了零部件參數(shù)化后，相對應(yīng)的參數(shù)的外部變量就會在設(shè)計模型列表中成為第一部分的定義。如果出現(xiàn)零部件的特點非常復(fù)雜，定義的特征參數(shù)就會相應(yīng)的增加很多，容易造成設(shè)計者在操作時出現(xiàn)混淆數(shù)據(jù)的情況；因此，在零件模型設(shè)計過程中引入實例推理技術(shù)[3](CBR)，系統(tǒng)軟件專門定制一個SolidWorks軟件的獨(dú)立接口，依據(jù)SolidWorks軟件的特殊要求，可以采用數(shù)據(jù)接口文件的形式實現(xiàn)接口工作的完成。當(dāng)設(shè)計者在操作界面輸入外部參數(shù)的時候，系統(tǒng)會直接保存到DB2數(shù)據(jù)庫中，與此同時生成數(shù)據(jù)接口文件，也可以利用數(shù)據(jù)庫直接導(dǎo)出文件；然后由SolidWorks軟件進(jìn)行調(diào)試。

CBR技術(shù)是整個智能設(shè)計系統(tǒng)的核心部分，而且系統(tǒng)中配置的模型都是在CBR系統(tǒng)中完成實現(xiàn)的，使得配置的模型可以大量重復(fù)地利用已經(jīng)擁有的資源，同時實現(xiàn)模型的設(shè)計和變型設(shè)計的理念。

SolidWorks軟件系統(tǒng)中，基于實際例子建立的零部件的原型實例模型是以三維實例模型文件的形式儲存在數(shù)據(jù)庫中，然后以數(shù)據(jù)庫的形式存儲實例的參數(shù)，由此完成整個實例數(shù)據(jù)庫的建立。在建立原型實例數(shù)據(jù)庫時，需要把實際例子的全部信息都記錄在計算機(jī)中，但由于零部件型號的多樣以及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，使得模型的建立非常困難，不適合采用對每一種型號的零部件都用逐步建立模型的方法進(jìn)行實例建模。根據(jù)SolidWorks軟件的支持，利用SolidWorks軟件內(nèi)部的工程數(shù)據(jù)庫，把所有可能涉及到的零部件的配置模型建立在SolidWorks軟件的工程數(shù)據(jù)庫中。在需要時，可以設(shè)定特殊的參數(shù)，從SolidWorks軟件的工程數(shù)據(jù)庫中提取需求的模型。在SolidWorks軟件環(huán)境下建立實例模型后通過數(shù)據(jù)的合理調(diào)整，就可以建立各種型號的零部件模型。采用以實例數(shù)據(jù)庫建立模型和參數(shù)化相互結(jié)合的方法，完成零部件的配置。配置原型實例的建設(shè)過程如下：1)建立零部件的特征化參數(shù)模型；2)通過參數(shù)的輸入確定零部件配置的模型；3)對配置的模型進(jìn)行合適的修改，得到可以運(yùn)用在實際中的產(chǎn)品；4)將建好的實例模型儲存在SolidWorks軟件數(shù)據(jù)庫中。這種方法有效地解決了運(yùn)用實例表達(dá)的問題，結(jié)合參數(shù)化的方法，由此解決了不同型號的建模問題。

CAD智能技術(shù)除了在零部件模型參數(shù)化技術(shù)和實例數(shù)據(jù)庫建立方面的應(yīng)用，還有智能顯示技術(shù)的應(yīng)用、智能交互技術(shù)的應(yīng)用和自動生成的技術(shù)等多種智能技術(shù)。

3 結(jié)語

隨著CAD系統(tǒng)的深入發(fā)展，用戶對系統(tǒng)的智能化提出了更高的要求，智能CAD系統(tǒng)設(shè)計將是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。智能化在信息化和知識化的基礎(chǔ)上，設(shè)計了貯存知識的數(shù)據(jù)庫，可以及時向設(shè)計師提供知識幫助；可以理解和獲取設(shè)計人員的設(shè)計理念和意圖，自動檢測出設(shè)計人員出現(xiàn)的錯誤操作；還具備一定的聯(lián)想功能，讓一些新上手的設(shè)計也可以很好地適應(yīng)這個設(shè)計系統(tǒng)。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)在智能CAD技術(shù)中已經(jīng)開始應(yīng)用[4-7]，設(shè)計人員在虛擬世界中創(chuàng)造新的產(chǎn)品，可以從多個角度檢查模擬對象是否具有一定的真實性，及早地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計所涉及的碰撞問題，可以較早地看到產(chǎn)品外形。虛擬技術(shù)也是智能CAD技術(shù)向前發(fā)展的一個標(biāo)志。虛擬制造可以虛擬地模擬出原型的測試、仿真和加工等技術(shù)手段，基于虛擬模型進(jìn)行仿真分析，然后得出實際制造中出現(xiàn)的問題，有效降低了生產(chǎn)成本。

當(dāng)前的CAD技術(shù)正朝著智能化、集成化和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、概念設(shè)計和協(xié)同技術(shù)的發(fā)展，對于產(chǎn)品設(shè)計的周期和技術(shù)理論已經(jīng)非常成熟，非常適合網(wǎng)絡(luò)CAD/CAM/PDM的集成技術(shù)的發(fā)展，可以實現(xiàn)真正意義上的數(shù)字化制造和設(shè)計，已經(jīng)成為機(jī)械設(shè)備制造業(yè)一個前進(jìn)的趨勢。

[1] 高金燕，王彥輝，李秀娜，等.智能CAD技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用[J].農(nóng)機(jī)化研究，2007(9)：179-181.

[2] 錢林權(quán)，張欽，林云峰.基于智能CAD的機(jī)械結(jié)構(gòu)模型和發(fā)展趨勢分析[J].裝備制造技術(shù)，2013(6)：179-181.

[3] 陳君.基于實例的汽車零部件產(chǎn)品開發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 湖北理工學(xué)院學(xué)院，2013，1(29)：32-35.

[4] 戴鴻濱,林三寶.焊接工裝夾具方案設(shè)計智能CAD技術(shù)的研究[J].焊接，2012(22)：113-116.

[5] 郭鵬勃.參數(shù)設(shè)計及CAD相似技術(shù)的整合研究[J].新技術(shù)新工藝，2014(9)：94-96.

[6] 耿志強(qiáng).新型縱流殼程換熱設(shè)備智能CAD技術(shù)研究與開發(fā)[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2002.

[7] 張磊.淺析智能CAD技術(shù)在加工制造技術(shù)中的應(yīng)用[J].甘肅科技，2011(18)：103-105.

*西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程技術(shù)院級重點專業(yè)建設(shè)項目(2014JZ07)