在多學科優(yōu)化集成軟件Isight 環(huán)境中，綜合應用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 向進給系統(tǒng)為研究對象，進行了CAD/CAE 集成優(yōu)化應用驗證，并對滑座的幾何尺寸參數(shù)進行了優(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 理論和計算機技術的高速發(fā)展，數(shù)值模擬技術越來越受到人們的關注。通過CAD、CAE 乃至CAPP、CAM的集成，構(gòu)建面向現(xiàn)代產(chǎn)品設計的協(xié)同工作環(huán)境，可節(jié)約花費在模型修改和重建上的時間和精力，尤其有助于機床等大型復雜機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計。針對大型機械結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化問題，需要在計算機上進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(shù)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獲得樣本數(shù)據(jù)，進而驅(qū)動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行求解。

　　本文引入由達索系統(tǒng)SIMULIA 公司推出的多學科優(yōu)化集成軟件Isight 進行數(shù)控機床結(jié)構(gòu)性能集成優(yōu)化設計的研究工作。基于Isight 強大的多學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(shù)化建模功能和ANSYS 有限元分析功能，對構(gòu)建機床結(jié)構(gòu)CAD/CAE 集成優(yōu)化系統(tǒng)的方法進行了研究。以某臥式加工中心Z 向進給系統(tǒng)為例，基于Isight 進行了CAD/CAE 的集成開發(fā)，將參數(shù)化實體模型和有限元分析集成在一起，實現(xiàn)仿真流程的自動化，并在此集成環(huán)境下對滑座的幾何尺寸參數(shù)進行了優(yōu)化。

1、CAD/CAE 集成優(yōu)化方法

　　本文綜合應用CAD 參數(shù)化建模功能和CAE 分析功能，實現(xiàn)了CAD/CAE 的集成和自動計算，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 采用標準的ActiveX 自動化和組件對象模型( COM) 技術，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，方便地擴展SolidEdge 的功能或集成SolidEdge 功能到用戶的應用程序中。為了實現(xiàn)CAD 參數(shù)化建模功能，本文通過編寫vbs 文件對SolidEdge 實體模型的變量表進行操作，實現(xiàn)零件的參數(shù)化建模以及裝配體的自動裝配，并將更新后的裝配體導出為Parasolid 格式文件。

3、結(jié)束語

　　基于多學科設計優(yōu)化平臺Isight，通過對Solid-Edge 和ANSYS 的二次開發(fā)，實現(xiàn)了仿真流程的自動化。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(jié)構(gòu)CAD/CAE 集成優(yōu)化方法。以某臥式加工中心Z 向進給系統(tǒng)為例，實現(xiàn)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(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分析工具的優(yōu)勢以滿足對不同性能的預測和評估，在后續(xù)工作中有待進一步完善。