基于Isight的機床結構CAD/CAE集成優(yōu)化方法研究

　　在多學(xué)科優(yōu)化集成軟件Isight 環(huán)境中，綜合應用SolidEdge 參數化建模功能和ANSYS 有限元分析功能，建立一種面向數控機床的CAD/CAE 集成優(yōu)化設計框架。提出了采用優(yōu)化拉丁超立方抽樣試驗設計、響應面近似模型建模以及智能優(yōu)化方法，以某臥式加工中心Z 向進(jìn)給系統為研究對象，進(jìn)行了CAD/CAE 集成優(yōu)化應用驗證，并對滑座的幾何尺寸參數進(jìn)行了優(yōu)化，結果表明提出的集成優(yōu)化方法是可行的。

　　引言

　　隨著(zhù)CAD/CAE 理論和計算機技術(shù)的高速發(fā)展，數值模擬技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。通過(guò)CAD、CAE 乃至CAPP、CAM的集成，構建面向現代產(chǎn)品設計的協(xié)同工作環(huán)境，可節約花費在模型修改和重建上的時(shí)間和精力，尤其有助于機床等大型復雜機械產(chǎn)品的結構優(yōu)化設計。針對大型機械結構性能優(yōu)化問(wèn)題，需要在計算機上進(jìn)行大量計算仿真分析�？紤]到直接利用優(yōu)化算法，不僅迭代次數較多而且不易收斂，為了有效避免高強度仿真計算，減少迭代時(shí)間，有必要借助近似方法建立優(yōu)化模型。首先基于試驗設計等抽樣技術(shù)獲得樣本數據，進(jìn)而驅動(dòng)CAD 修改結構模型，結合CAE 提取一系列的結構分析響應值，利用回歸、擬合、插值等方法創(chuàng )建仿真程序的近似模型，最后選用優(yōu)化算法對近似模型進(jìn)行求解。

　　本文引入由達索系統SIMULIA 公司推出的多學(xué)科優(yōu)化集成軟件Isight 進(jìn)行數控機床結構性能集成優(yōu)化設計的研究工作�；�于Isight 強大的多學(xué)科流程集成能力和全面的設計優(yōu)化算法庫，綜合應用SolidEdge 參數化建模功能和ANSYS 有限元分析功能，對構建機床結構CAD/CAE 集成優(yōu)化系統的方法進(jìn)行了研究。以某臥式加工中心Z 向進(jìn)給系統為例，基于Isight 進(jìn)行了CAD/CAE 的集成開(kāi)發(fā)，將參數化實(shí)體模型和有限元分析集成在一起，實(shí)現仿真流程的自動(dòng)化，并在此集成環(huán)境下對滑座的幾何尺寸參數進(jìn)行了優(yōu)化。

1、CAD/CAE 集成優(yōu)化方法

　　本文綜合應用CAD 參數化建模功能和CAE 分析功能，實(shí)現了CAD/CAE 的集成和自動(dòng)計算，采用試驗設計、響應面近似模型以及智能優(yōu)化算法，實(shí)現了CAD/CAE 的集成優(yōu)化。具體的集成優(yōu)化流程如圖1 所示。

圖1 機床結構的CAD/CAE 集成優(yōu)化流程圖

　　1.1、SolidEdge 集成開(kāi)發(fā)

　　SolidEdge 采用標準的ActiveX 自動(dòng)化和組件對象模型( COM) 技術(shù)，為廣大用戶(hù)提供了多種二次開(kāi)發(fā)的途徑。用戶(hù)可以根據自身需要，方便地擴展SolidEdge 的功能或集成SolidEdge 功能到用戶(hù)的應用程序中。為了實(shí)現CAD 參數化建模功能，本文通過(guò)編寫(xiě)vbs 文件對SolidEdge 實(shí)體模型的變量表進(jìn)行操作，實(shí)現零件的參數化建模以及裝配體的自動(dòng)裝配，并將更新后的裝配體導出為Parasolid 格式文件。

3、結束語(yǔ)

　　基于多學(xué)科設計優(yōu)化平臺Isight，通過(guò)對Solid-Edge 和ANSYS 的二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現了仿真流程的自動(dòng)化。綜合試驗設計、響應面近似模型以及智能優(yōu)化算法，提出了一種機床結構CAD/CAE 集成優(yōu)化方法。以某臥式加工中心Z 向進(jìn)給系統為例，實(shí)現了滑座的尺寸優(yōu)化，驗證了所提優(yōu)化方法的可行性。

　　本文提出的CAD/CAE 集成系統的思想，可推廣到不同的CAD 和CAE 軟件環(huán)境，可廣泛用于多目標的工程優(yōu)化問(wèn)題。如何在此集成系統的基上搭建其他分析工具，做到最大限度地綜合利用各個(gè)分析工具的優(yōu)勢以滿(mǎn)足對不同性能的預測和評估，在后續工作中有待進(jìn)一步完善。