在多學(xué)科優(yōu)化集成軟件Isight 環(huán)境中，綜合應(yīng)用SolidEdge 參數(shù)化建模功能和ANSYS 有限元分析功能，建立一種面向數(shù)控機(jī)床的CAD/CAE 集成優(yōu)化設(shè)計(jì)框架。提出了采用優(yōu)化拉丁超立方抽樣試驗(yàn)設(shè)計(jì)、響應(yīng)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(tǒng)為研究對(duì)象，進(jìn)行了CAD/CAE 集成優(yōu)化應(yīng)用驗(yàn)證，并對(duì)滑座的幾何尺寸參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明提出的集成優(yōu)化方法是可行的。

　　引言

　　隨著CAD/CAE 理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。通過CAD、CAE 乃至CAPP、CAM的集成，構(gòu)建面向現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的協(xié)同工作環(huán)境，可節(jié)約花費(fèi)在模型修改和重建上的時(shí)間和精力，尤其有助于機(jī)床等大型復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)大型機(jī)械結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化問題，需要在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行大量計(jì)算仿真分析。考慮到直接利用優(yōu)化算法，不僅迭代次數(shù)較多而且不易收斂，為了有效避免高強(qiáng)度仿真計(jì)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(yàn)設(shè)計(jì)等抽樣技術(shù)獲得樣本數(shù)據(jù)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)CAD 修改結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合CAE 提取一系列的結(jié)構(gòu)分析響應(yīng)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(duì)近似模型進(jìn)行求解。

　　本文引入由達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA 公司推出的多學(xué)科優(yōu)化集成軟件Isight 進(jìn)行數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)性能集成優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究工作。基于Isight 強(qiáng)大的多學(xué)科流程集成能力和全面的設(shè)計(jì)優(yōu)化算法庫(kù)，綜合應(yīng)用SolidEdge 參數(shù)化建模功能和ANSYS 有限元分析功能，對(duì)構(gòu)建機(jī)床結(jié)構(gòu)CAD/CAE 集成優(yōu)化系統(tǒng)的方法進(jìn)行了研究。以某臥式加工中心Z 向進(jìn)給系統(tǒng)為例，基于Isight 進(jìn)行了CAD/CAE 的集成開發(fā)，將參數(shù)化實(shí)體模型和有限元分析集成在一起，實(shí)現(xiàn)仿真流程的自動(dòng)化，并在此集成環(huán)境下對(duì)滑座的幾何尺寸參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。

1、CAD/CAE 集成優(yōu)化方法

　　本文綜合應(yīng)用CAD 參數(shù)化建模功能和CAE 分析功能，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE 的集成和自動(dòng)計(jì)算，采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)、響應(yīng)面近似模型以及智能優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)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(jī)床結(jié)構(gòu)的CAD/CAE 集成優(yōu)化流程圖

　　1.1、SolidEdge 集成開發(fā)

　　SolidEdge 采用標(biāo)準(zhǔn)的ActiveX 自動(dòng)化和組件對(duì)象模型( COM) 技術(shù)，為廣大用戶提供了多種二次開發(fā)的途徑。用戶可以根據(jù)自身需要，方便地?cái)U(kuò)展SolidEdge 的功能或集成SolidEdge 功能到用戶的應(yīng)用程序中。為了實(shí)現(xiàn)CAD 參數(shù)化建模功能，本文通過編寫vbs 文件對(duì)SolidEdge 實(shí)體模型的變量表進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)零件的參數(shù)化建模以及裝配體的自動(dòng)裝配，并將更新后的裝配體導(dǎo)出為Parasolid 格式文件。

3、結(jié)束語

　　基于多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化平臺(tái)Isight，通過對(duì)Solid-Edge 和ANSYS 的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了仿真流程的自動(dòng)化。綜合試驗(yàn)設(shè)計(jì)、響應(yīng)面近似模型以及智能優(yōu)化算法，提出了一種機(jī)床結(jié)構(gòu)CAD/CAE 集成優(yōu)化方法。以某臥式加工中心Z 向進(jìn)給系統(tǒng)為例，實(shí)現(xiàn)了滑座的尺寸優(yōu)化，驗(yàn)證了所提優(yōu)化方法的可行性。

　　本文提出的CAD/CAE 集成系統(tǒng)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(biāo)的工程優(yōu)化問題。如何在此集成系統(tǒng)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(shì)以滿足對(duì)不同性能的預(yù)測(cè)和評(píng)估，在后續(xù)工作中有待進(jìn)一步完善。