本文介紹了工程計(jì)算自動(dòng)化提升生產(chǎn)能力相關(guān)內(nèi)容。

　　工程師們總是需要去解決問(wèn)題——因?yàn)樗麄兊墓ぷ骶驮谟诖恕Ｌ岢鲇行Ы鉀Q方案的速度越快或解決的問(wèn)題越難，這位工程師就越成功。找到答案往往說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難，這要取決于問(wèn)題或解決問(wèn)題的工具。雖然用于解決問(wèn)題的公式或方法眾所周知，工程師們卻常常需要從頭開(kāi)始解決問(wèn)題。在許多情況下，一些問(wèn)題的答案都不是能在書(shū)本上能找到的。

　　每個(gè)工程學(xué)科都有其自身獨(dú)特的難題，這些難題往往可歸到一些通用的分類中。舉例來(lái)說(shuō)，機(jī)械工程師一般的工作是：設(shè)計(jì)動(dòng)力傳動(dòng)裝置、構(gòu)建結(jié)構(gòu)框架以及使用自由草圖和已知工程計(jì)算就可輕松解決的許多其他問(wèn)題。昂貴的替代性解決方案包括手動(dòng)計(jì)算、在電子表格中計(jì)算或在某些情況下構(gòu)建和測(cè)試物理樣機(jī)。當(dāng)進(jìn)行變更時(shí)，很難循環(huán)訪問(wèn)或優(yōu)化這些計(jì)算。

　　一個(gè)常見(jiàn)的例子就是確定動(dòng)力傳動(dòng)應(yīng)用的一套滑輪的位置。雖然布置組件不是那么困難，但是滑輪直徑的簡(jiǎn)單改變或拉伸力的增加均可能導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，滑輪帶是按固定長(zhǎng)度購(gòu)買(mǎi)的。

　　Solid Edge 軟件提供了一種名為“Goal Seek”的簡(jiǎn)易工具，可以通過(guò)一種熟悉的自由體圖方法簡(jiǎn)化這類問(wèn)題的解決。用戶只需在二維環(huán)境下畫(huà)出系統(tǒng)草圖，添加一些尺寸和所有約束定義，系統(tǒng)就會(huì)解算出期望的參數(shù)。Solid Edge 還支持基于復(fù)雜等式的參數(shù)，其結(jié)果可以直接驅(qū)動(dòng)三維幾何體。

　　目前的方法有：使用計(jì)算器、電子表格進(jìn)行原始評(píng)估，或在一些情況下，預(yù)計(jì)將與 CAD 應(yīng)用協(xié)同的許可附件應(yīng)用。在任何情況下，若沒(méi)有一個(gè)諸如 Solid Edge 的 Goal Seek 的綜合解決方案，達(dá)成的解決方案很容易出現(xiàn)問(wèn)題，比如錯(cuò)配的度量單位。Goal Seek 可以解決這些問(wèn)題，使設(shè)計(jì)師可專注于解決問(wèn)題，無(wú)需再反復(fù)察看答案。

　　一般問(wèn)題和解決之道

　　以圖1中的滑輪系統(tǒng)為例，確定從 X 和 Y 維度來(lái)看必須置放張緊輪的方位，以便獲得標(biāo)準(zhǔn)的 25英寸(635毫米)帶長(zhǎng)。 在此需要基于過(guò)皮帶輪三角操作的一種復(fù)雜等式，以便生成一個(gè)充分的公式來(lái)解決這一變量。使用帶有一個(gè)參數(shù)二維解算器的 CAD系統(tǒng)仍要求用戶通過(guò)增加變量X來(lái)確定期望的帶長(zhǎng)。一般而言，二維解算器將周長(zhǎng)作為一種驅(qū)動(dòng)值來(lái)處理。可設(shè)置一套特定的等式來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的，但如果另一個(gè)變量需要受到控制，比如 Y 變量，則可能還需要一套截然不同的等式。一個(gè)雙滑輪系統(tǒng)是簡(jiǎn)單的，但是試圖為擁有四個(gè)或更多滑輪的系統(tǒng)來(lái)解決這一問(wèn)題則十分復(fù)雜。進(jìn)行如下數(shù)學(xué)運(yùn)算就能知道原因。

圖1

圖2

　　現(xiàn)在知道了問(wèn)題的關(guān)鍵所在，讓我們退回一點(diǎn)，從更簡(jiǎn)單的方面著手。以杠桿為案例，在一端使力以撬起另一端。沿著杠桿滑動(dòng)支點(diǎn)，上舉的力量隨之改變。圖3中簡(jiǎn)單的自由體圖可以闡述這一概念。向左端施加100磅力可舉起右端200磅的載荷。這計(jì)算起來(lái)很簡(jiǎn)單，但是若要舉起286磅的載荷，支點(diǎn)又應(yīng)該放在哪呢? 如果120 英寸的長(zhǎng)度變化，等式應(yīng)該是怎樣的?

圖3

　　重新安排等式的工作量隨著每個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)而增加。出錯(cuò)的幾率也隨之增加。后面的例子很簡(jiǎn)單，但是它表明了從不同的角度來(lái)解決一個(gè)問(wèn)題之必要性。要求變更輸入?yún)?shù)，以獲得預(yù)期結(jié)果的其他常見(jiàn)問(wèn)題包括： 更具載荷確定梁尺寸、通過(guò)變化一些邊際參數(shù)優(yōu)化區(qū)域、找到四桿機(jī)構(gòu)中的關(guān)鍵角度、根據(jù)不變帶長(zhǎng)找到滑輪位置、計(jì)算平衡點(diǎn)、計(jì)算最大值和許多其他實(shí)踐情況。

　　Goal Seek 的答案

　　Goal Seek 通過(guò)消除對(duì)重新排列等式的需要，實(shí)現(xiàn)工程計(jì)算自動(dòng)化。在許多情況下，甚至不要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。該系統(tǒng)會(huì)運(yùn)作模擬常見(jiàn)的自由體圖的簡(jiǎn)易性，但是會(huì)使用一個(gè)二維參數(shù)草圖解算器來(lái)計(jì)算圖表的幾何體。用戶只需提供幾何體尺寸，設(shè)置相關(guān)的等式，然后讓 Goal Seek 找到未知參數(shù)。該系統(tǒng)的核心存儲(chǔ)了一些度量值，如面積和參數(shù)，這樣解算器就可以使用這些度量值來(lái)計(jì)算自由體圖。這種功能大大減少了開(kāi)發(fā)復(fù)雜等式的需求，這些復(fù)雜等式指捕獲周長(zhǎng)或面積的等式。

　　讓我們?cè)谝粋€(gè)實(shí)例中來(lái)看這一概念。找到一個(gè)三角形的面積只要求將底和高輸入等式：面積=1/2(底x高)，即會(huì)跳出答案。但是，如果要計(jì)算一個(gè)特定區(qū)域的面積，且高度是變量，那么計(jì)算者將需要重新排列等式，求出高度值。Solid Edge 的 Goal Seek 可在沒(méi)有等式(自由草圖)的情況下解算所有變量。

　　一旦自由草圖被畫(huà)出和標(biāo)了尺寸，Goal Seek 可通過(guò)調(diào)整另一個(gè)變量值解算出目標(biāo)變量的特定值。Goal Seek 會(huì)向你展示過(guò)程對(duì)自由體圖的影響，就正在發(fā)生的情況給出可視化的表示。解算過(guò)程使用優(yōu)化算法，以快速獲得解答——假設(shè)解答存在。若不存在解答，則 Solid Edge 會(huì)提醒用戶，該要求無(wú)法以幾何(和數(shù)學(xué))方式解算。在上述的滑輪舉例中，如果用戶設(shè)定的帶長(zhǎng)過(guò)短(我們假設(shè)為較夸張的100毫米)，并且嘗試找到一個(gè)有效的 X 維度尺寸，則 Solid Edge 將提示用戶這一要求無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

　　讓我們仔細(xì)看下如何使用 Goal Seek 解算上述滑輪的例子。在使用典型草圖和關(guān)系工具畫(huà)出幾何體后，面積被測(cè)量并保存。在這一過(guò)程中，參數(shù)(帶長(zhǎng))同樣被捕獲。Goal Seek 一般通過(guò)提出問(wèn)題引導(dǎo)用戶完成所有要求的步驟： 目標(biāo)是什么，將要改變什么。在這里，帶長(zhǎng)將被設(shè)在635毫米，調(diào)整 X 直到滿足這一長(zhǎng)度要求。Goal Seek 快速跳到答案，即從左邊的初始畫(huà)面跳到右邊的結(jié)果畫(huà)面(見(jiàn)圖4)。用戶界面在兩幅畫(huà)面的上方。請(qǐng)注意 Goal Seek 用于幫助用戶捕獲輸入值的簡(jiǎn)單的方法。

圖4

　　Goal Seek 可在許多其他領(lǐng)域幫助工程師。上述舉例是針對(duì)二維幾何體的問(wèn)題解決。但是，這一二維幾何體可被用來(lái)驅(qū)動(dòng)實(shí)際的三維模型。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可用初始計(jì)算確定零部件之間的擬合和位置。若“最終”設(shè)計(jì)需要容納更大的載荷，存儲(chǔ)更多液體，或更快傳輸動(dòng)力，Goal Seek 可以輕松處理計(jì)算并最終驅(qū)動(dòng)三維幾何體。

　　Solid Edge 提供的解決方案在業(yè)界十分獨(dú)特，因?yàn)樗徽系搅硕S和三維的解算過(guò)程中，可與 Variable Table (一張列明所有尺寸的內(nèi)部表格)直接協(xié)同，允許在其間設(shè)置等式。 其他 CAD 解決方案通常依賴第三方許可但未嵌入解算過(guò)程的附加“計(jì)算器”。

　　結(jié)論

　　產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)指，產(chǎn)品必須設(shè)計(jì)得更好，更快。需要手動(dòng)計(jì)算基本參數(shù)來(lái)解決擬合和位置問(wèn)題不利于提高生產(chǎn)力，也容易出錯(cuò)。桌面電腦是一個(gè)強(qiáng)大的“計(jì)算器”，當(dāng)與 CAD 系統(tǒng)結(jié)合時(shí)，可提供巨大的杠桿作用。Solid Edge 的 Goal Seek 可提供強(qiáng)大的問(wèn)題解決工具，還整合了三維建模。使用 Solid Edge 的工程師可使用一個(gè)熟悉的二維自由草圖方法來(lái)定義問(wèn)題，從而擁有解決復(fù)雜問(wèn)題的快速、簡(jiǎn)易的方法。