智能CAD技术在机械制造中的应用*

徐 竹

(西安航空职业技术学院，陕西 西安710089)

在当今信息技术广泛应用和竞争激烈的时代，计算机技术已成为众多企业发展的核心生命力。机械制造类企业为了更好地赢得市场资源和技术发展，必须缩短产品的生产周期和设计时间，大力推动产品技术更新换代，所以单纯以计算机技术为基础的CAD技术已很难适应当前格局的发展要求。人工智能是一项专门研究构造智能系统的技术，它可以很好地延展和模拟人类的智能。在CAD技术中引入人工智能的方法，采用科学合理的专家系统，将CAD智能系统的优势不断放大，以此适应产品创造性设计理念的要求，这将成为机械制造业的一个发展趋势。

1 智能CAD的基本理念

智能CAD技术[1-2]是近几十年迅速发展的一种新技术，这种系统能够模拟某一领域内专家设计的过程，采用单一知识领域的符号推理技术，解决单一领域内的特定问题。智能CAD系统的构成包括3个层次：1)基础层，由计算机外部设备和系统软件组成；2)支撑层，由数据库管理软件、网络服务软件和分析软件等组成；3)应用层，应用层可以根据工作环境的不同设置不同CAD软件系统来完成相对应工作。

智能CAD具备的功能包括4个方面内容：1)计算和分析功能，可以完成产品的优化设计、有限元分析、可靠性分析和数字仿真模拟等一些科学手段的计算分析能力；2)图形图像处理功能，例如三维几何的模型制造、二维图形技术和图形输出功能等；3)数据交换和管理的功能，例如数据库的管理，不同的CAD系统之间可以进行数据的交换和接口；4)可以进行文字的处理和编辑、文档的制作等，还有一些网络功能和设计的能力。

2 智能CAD的应用

在SolidWorks软件环境中，一个零部件的模型包含每个零件之间的相互联系和配置的信息。智能CAD的特点是在建立模型时，模型的信息存储在软件内部的工程数据库中，零部件模型实现参数化后，设计者可以通过输入相对应的零部件的参数，从而得到需要的零部件模型。零部件模型的参数是以数据表格的形式储存在系统选用的IBM DB2系统中。DB2是IBM公司研制的一种关系型数据库系统，DB2采用了数据分级技术，能够使大型机数据很方便地下载到LAN数据库服务器，使得客户机/服务器用户和基于LAN的应用程序可以访问大型机数据，并使数据库本地化及远程连接透明化。DB2提供了高层次的数据利用性、完整性及小规模到大规模应用程序的执行能力，主要应用于大型应用系统。在零件模型建立时，依靠DB2系统在实现了零部件参数化后，相对应的参数的外部变量就会在设计模型列表中成为第一部分的定义。如果出现零部件的特点非常复杂，定义的特征参数就会相应的增加很多，容易造成设计者在操作时出现混淆数据的情况；因此，在零件模型设计过程中引入实例推理技术[3](CBR)，系统软件专门定制一个SolidWorks软件的独立接口，依据SolidWorks软件的特殊要求，可以采用数据接口文件的形式实现接口工作的完成。当设计者在操作界面输入外部参数的时候，系统会直接保存到DB2数据库中，与此同时生成数据接口文件，也可以利用数据库直接导出文件；然后由SolidWorks软件进行调试。

CBR技术是整个智能设计系统的核心部分，而且系统中配置的模型都是在CBR系统中完成实现的，使得配置的模型可以大量重复地利用已经拥有的资源，同时实现模型的设计和变型设计的理念。

SolidWorks软件系统中，基于实际例子建立的零部件的原型实例模型是以三维实例模型文件的形式储存在数据库中，然后以数据库的形式存储实例的参数，由此完成整个实例数据库的建立。在建立原型实例数据库时，需要把实际例子的全部信息都记录在计算机中，但由于零部件型号的多样以及复杂的结构，使得模型的建立非常困难，不适合采用对每一种型号的零部件都用逐步建立模型的方法进行实例建模。根据SolidWorks软件的支持，利用SolidWorks软件内部的工程数据库，把所有可能涉及到的零部件的配置模型建立在SolidWorks软件的工程数据库中。在需要时，可以设定特殊的参数，从SolidWorks软件的工程数据库中提取需求的模型。在SolidWorks软件环境下建立实例模型后通过数据的合理调整，就可以建立各种型号的零部件模型。采用以实例数据库建立模型和参数化相互结合的方法，完成零部件的配置。配置原型实例的建设过程如下：1)建立零部件的特征化参数模型；2)通过参数的输入确定零部件配置的模型；3)对配置的模型进行合适的修改，得到可以运用在实际中的产品；4)将建好的实例模型储存在SolidWorks软件数据库中。这种方法有效地解决了运用实例表达的问题，结合参数化的方法，由此解决了不同型号的建模问题。

CAD智能技术除了在零部件模型参数化技术和实例数据库建立方面的应用，还有智能显示技术的应用、智能交互技术的应用和自动生成的技术等多种智能技术。

3 结语

随着CAD系统的深入发展，用户对系统的智能化提出了更高的要求，智能CAD系统设计将是技术发展的必然趋势。智能化在信息化和知识化的基础上，设计了贮存知识的数据库，可以及时向设计师提供知识帮助；可以理解和获取设计人员的设计理念和意图，自动检测出设计人员出现的错误操作；还具备一定的联想功能，让一些新上手的设计也可以很好地适应这个设计系统。随着虚拟现实技术在智能CAD技术中已经开始应用[4-7]，设计人员在虚拟世界中创造新的产品，可以从多个角度检查模拟对象是否具有一定的真实性，及早地发现结构设计所涉及的碰撞问题，可以较早地看到产品外形。虚拟技术也是智能CAD技术向前发展的一个标志。虚拟制造可以虚拟地模拟出原型的测试、仿真和加工等技术手段，基于虚拟模型进行仿真分析，然后得出实际制造中出现的问题，有效降低了生产成本。

当前的CAD技术正朝着智能化、集成化和标准化的方向发展。随着网络技术、概念设计和协同技术的发展，对于产品设计的周期和技术理论已经非常成熟，非常适合网络CAD/CAM/PDM的集成技术的发展，可以实现真正意义上的数字化制造和设计，已经成为机械设备制造业一个前进的趋势。

[1] 高金燕，王彦辉，李秀娜，等.智能CAD技术在农业机械设计中的应用[J].农机化研究，2007(9)：179-181.

[2] 钱林权，张钦，林云峰.基于智能CAD的机械结构模型和发展趋势分析[J].装备制造技术，2013(6)：179-181.

[3] 陈君.基于实例的汽车零部件产品开发中关键技术研究[J]. 湖北理工学院学院，2013，1(29)：32-35.

[4] 戴鸿滨,林三宝.焊接工装夹具方案设计智能CAD技术的研究[J].焊接，2012(22)：113-116.

[5] 郭鹏勃.参数设计及CAD相似技术的整合研究[J].新技术新工艺，2014(9)：94-96.

[6] 耿志强.新型纵流壳程换热设备智能CAD技术研究与开发[D].郑州：郑州大学，2002.

[7] 张磊.浅析智能CAD技术在加工制造技术中的应用[J].甘肃科技，2011(18)：103-105.

*西安航空职业技术学院材料工程技术院级重点专业建设项目(2014JZ07)