針對目前零件產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期長、成本高的問題，提出了一種基于CAD/CAE 集成的變型設(shè)計(jì)方法。通過總結(jié)系列化產(chǎn)品CAE 的特點(diǎn)，給出了參數(shù)化的CAE 分析基本流程框架。結(jié)合參數(shù)化變型設(shè)計(jì)和參數(shù)化CAE 分析流程，建立了基于CAD/CAE 集成的變型設(shè)計(jì)方法。采用Visual C + + 開發(fā)平臺(tái)，利用Jscript 技術(shù)，基于Solidworks 和ANSYS Workbench 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE 集成變型設(shè)計(jì)過程。以機(jī)床橫梁為例，開發(fā)了一個(gè)基于CAD/CAE 集成的變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對上述方法和系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。

　　隨著現(xiàn)代化工業(yè)的高速發(fā)展，制造業(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期不斷縮短，設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中占據(jù)了越來越重要的地位。以往，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)階段，通常借鑒曾經(jīng)生產(chǎn)制造過的相關(guān)零件，或者比較別人的相關(guān)技術(shù)來進(jìn)行，有時(shí)也采用測試已經(jīng)生產(chǎn)出來的零件產(chǎn)品物理樣機(jī)性能的方法來衡量設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品是否達(dá)到所預(yù)定的指標(biāo)。然而在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)階段都存在不同程度的缺點(diǎn)，比如成本高、周期長、準(zhǔn)確度低等，已成為制約我國現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。從而，許多研究者針對該情況引進(jìn)了變型設(shè)計(jì)方法。

　　變型設(shè)計(jì)方法能夠快速地設(shè)計(jì)產(chǎn)品原型，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量，從而以類似大批量生產(chǎn)的效率和成本生產(chǎn)出個(gè)性化的產(chǎn)品，是實(shí)施大規(guī)模制定生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。該方法是在保持產(chǎn)品基本功能、基本原理和基本結(jié)構(gòu)不變的前提下，對產(chǎn)品的局部功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和變更，以滿足不同工作性能的要求。變型設(shè)計(jì)作為一種高效、穩(wěn)健的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)存在了許多年，但是這種設(shè)計(jì)方法依然存在不少缺陷，研究人員仍在不斷改進(jìn)使之與設(shè)計(jì)人員的期望不斷接近。當(dāng)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品零件幾何形狀復(fù)雜，設(shè)計(jì)計(jì)算難度大、設(shè)計(jì)計(jì)算過程復(fù)雜，產(chǎn)品性能要求高時(shí)，需要經(jīng)驗(yàn)豐富的高水平技術(shù)人員結(jié)合產(chǎn)品仿真分析才能完成。面對設(shè)計(jì)們反復(fù)繁瑣的設(shè)計(jì)，面對客戶的高性能要求以及企業(yè)的高效快速的方針，制造業(yè)迫切需要一種能解決高效和低成本的基于CAD/CAE 集成的滿足工程約束的快速變型設(shè)計(jì)方法。

1、參數(shù)化變型設(shè)計(jì)技術(shù)

　　目前變型設(shè)計(jì)技術(shù)在制造業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，技術(shù)方法也越來越成熟，其中基于參數(shù)化方法的變型設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展取得了很大的進(jìn)步。參數(shù)化技術(shù)是目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中最重要的建模技術(shù)之一，作為產(chǎn)品建模的一個(gè)重要手段，在系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。參數(shù)設(shè)計(jì)的本質(zhì)是基于約束的產(chǎn)品描述方法，用一組參數(shù)約束幾何圖形的一組結(jié)構(gòu)尺寸，參數(shù)與尺寸之間顯示對應(yīng)，可通過尺寸值驅(qū)動(dòng)幾何圖形。通常，零件尺寸參數(shù)分為不變參數(shù)、可變參數(shù)和導(dǎo)出參數(shù)。其中，可變參數(shù)是指在零件的所有變型中可以改變的參數(shù)，即是可以直接控制模型結(jié)構(gòu)形狀特性變化的參數(shù); 不變參數(shù)是指在零件的所有變型中始終保持不變的參數(shù)即基本不必要改動(dòng)的參數(shù); 導(dǎo)出參數(shù)是指通過其他參數(shù)的計(jì)算間接得到的參數(shù)即通過參數(shù)間建立某種關(guān)聯(lián)間接控制某些結(jié)構(gòu)形狀的參數(shù)。

圖1 聯(lián)軸器零件的尺寸參數(shù)

　　在圖1 聯(lián)軸器零件的尺寸參數(shù)中，可將尺寸參數(shù)A、B、C、D、L 為可變參數(shù); 將DAA、DAB、DAC、DAD、DAE、DAF 為導(dǎo)出參數(shù)，對導(dǎo)出參數(shù)設(shè)計(jì)約束關(guān)系式，通過約束關(guān)系式對導(dǎo)出參數(shù)間接獲取。設(shè)計(jì)人員只需對可變參數(shù)進(jìn)行修改，即可約束導(dǎo)出參數(shù)所對應(yīng)的尺寸值，生成一組新的結(jié)構(gòu)尺寸，最后快速的生成新的零件。

5、結(jié)論

　　通過對參數(shù)化技術(shù)的零件變型設(shè)計(jì)方法研究，提出了一種基于CAD/CAE 集成的橫梁零件變型設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用CAD二次開發(fā)方法實(shí)現(xiàn)橫梁產(chǎn)品的參數(shù)化實(shí)體建模，通過了CAE參數(shù)化分析并運(yùn)用Jscript 語言對AWE 進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)橫梁參數(shù)化自動(dòng)的仿真分析過程，開發(fā)了一個(gè)面向產(chǎn)品快速變型設(shè)計(jì)的CAD/CAE 集成系統(tǒng)。本系統(tǒng)縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低了設(shè)計(jì)成本，增強(qiáng)了市場競爭能力，為分析人員節(jié)省重建模型和模型修改等重復(fù)性工作，為機(jī)械行業(yè)提供了一種快速變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)。