本文介紹了工程計算自動化提升生產(chǎn)能力相關內(nèi)容。

　　工程師們總是需要去解決問題——因為他們的工作就在于此。提出有效解決方案的速度越快或解決的問題越難，這位工程師就越成功。找到答案往往說起來容易做起來難，這要取決于問題或解決問題的工具。雖然用于解決問題的公式或方法眾所周知，工程師們卻常常需要從頭開始解決問題。在許多情況下，一些問題的答案都不是能在書本上能找到的。

　　每個工程學科都有其自身獨特的難題，這些難題往往可歸到一些通用的分類中。舉例來說，機械工程師一般的工作是：設計動力傳動裝置、構建結構框架以及使用自由草圖和已知工程計算就可輕松解決的許多其他問題。昂貴的替代性解決方案包括手動計算、在電子表格中計算或在某些情況下構建和測試物理樣機。當進行變更時，很難循環(huán)訪問或優(yōu)化這些計算。

　　一個常見的例子就是確定動力傳動應用的一套滑輪的位置。雖然布置組件不是那么困難，但是滑輪直徑的簡單改變或拉伸力的增加均可能導致問題出現(xiàn)。一般來說，滑輪帶是按固定長度購買的。

　　Solid Edge 軟件提供了一種名為“Goal Seek”的簡易工具，可以通過一種熟悉的自由體圖方法簡化這類問題的解決。用戶只需在二維環(huán)境下畫出系統(tǒng)草圖，添加一些尺寸和所有約束定義，系統(tǒng)就會解算出期望的參數(shù)。Solid Edge 還支持基于復雜等式的參數(shù)，其結果可以直接驅動三維幾何體。

　　目前的方法有：使用計算器、電子表格進行原始評估，或在一些情況下，預計將與 CAD 應用協(xié)同的許可附件應用。在任何情況下，若沒有一個諸如 Solid Edge 的 Goal Seek 的綜合解決方案，達成的解決方案很容易出現(xiàn)問題，比如錯配的度量單位。Goal Seek 可以解決這些問題，使設計師可專注于解決問題，無需再反復察看答案。

　　一般問題和解決之道

　　以圖1中的滑輪系統(tǒng)為例，確定從 X 和 Y 維度來看必須置放張緊輪的方位，以便獲得標準的 25英寸(635毫米)帶長。 在此需要基于過皮帶輪三角操作的一種復雜等式，以便生成一個充分的公式來解決這一變量。使用帶有一個參數(shù)二維解算器的 CAD系統(tǒng)仍要求用戶通過增加變量X來確定期望的帶長。一般而言，二維解算器將周長作為一種驅動值來處理。可設置一套特定的等式來實現(xiàn)這一目的，但如果另一個變量需要受到控制，比如 Y 變量，則可能還需要一套截然不同的等式。一個雙滑輪系統(tǒng)是簡單的，但是試圖為擁有四個或更多滑輪的系統(tǒng)來解決這一問題則十分復雜。進行如下數(shù)學運算就能知道原因。

圖1

圖2

　　現(xiàn)在知道了問題的關鍵所在，讓我們退回一點，從更簡單的方面著手。以杠桿為案例，在一端使力以撬起另一端。沿著杠桿滑動支點，上舉的力量隨之改變。圖3中簡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。這計算起來很簡單，但是若要舉起286磅的載荷，支點又應該放在哪呢? 如果120 英寸的長度變化，等式應該是怎樣的?

圖3

　　重新安排等式的工作量隨著每個問題的出現(xiàn)而增加。出錯的幾率也隨之增加。后面的例子很簡單，但是它表明了從不同的角度來解決一個問題之必要性。要求變更輸入?yún)?shù)，以獲得預期結果的其他常見問題包括： 更具載荷確定梁尺寸、通過變化一些邊際參數(shù)優(yōu)化區(qū)域、找到四桿機構中的關鍵角度、根據(jù)不變帶長找到滑輪位置、計算平衡點、計算最大值和許多其他實踐情況。

　　Goal Seek 的答案

　　Goal Seek 通過消除對重新排列等式的需要，實現(xiàn)工程計算自動化。在許多情況下，甚至不要進行二次開發(fā)。該系統(tǒng)會運作模擬常見的自由體圖的簡易性，但是會使用一個二維參數(shù)草圖解算器來計算圖表的幾何體。用戶只需提供幾何體尺寸，設置相關的等式，然后讓 Goal Seek 找到未知參數(shù)。該系統(tǒng)的核心存儲了一些度量值，如面積和參數(shù)，這樣解算器就可以使用這些度量值來計算自由體圖。這種功能大大減少了開發(fā)復雜等式的需求，這些復雜等式指捕獲周長或面積的等式。

　　讓我們在一個實例中來看這一概念。找到一個三角形的面積只要求將底和高輸入等式：面積=1/2(底x高)，即會跳出答案。但是，如果要計算一個特定區(qū)域的面積，且高度是變量，那么計算者將需要重新排列等式，求出高度值。Solid Edge 的 Goal Seek 可在沒有等式(自由草圖)的情況下解算所有變量。

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

　　讓我們仔細看下如何使用 Goal Seek 解算上述滑輪的例子。在使用典型草圖和關系工具畫出幾何體后，面積被測量并保存。在這一過程中，參數(shù)(帶長)同樣被捕獲。Goal Seek 一般通過提出問題引導用戶完成所有要求的步驟： 目標是什么，將要改變什么。在這里，帶長將被設在635毫米，調(diào)整 X 直到滿足這一長度要求。Goal Seek 快速跳到答案，即從左邊的初始畫面跳到右邊的結果畫面(見圖4)。用戶界面在兩幅畫面的上方。請注意 Goal Seek 用于幫助用戶捕獲輸入值的簡單的方法。

圖4

　　Goal Seek 可在許多其他領域幫助工程師。上述舉例是針對二維幾何體的問題解決。但是，這一二維幾何體可被用來驅動實際的三維模型。在設計過程中，可用初始計算確定零部件之間的擬合和位置。若“最終”設計需要容納更大的載荷，存儲更多液體，或更快傳輸動力，Goal Seek 可以輕松處理計算并最終驅動三維幾何體。

　　Solid Edge 提供的解決方案在業(yè)界十分獨特，因為它被整合到了二維和三維的解算過程中，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程的附加“計算器”。

　　結論

　　產(chǎn)品開發(fā)的競爭態(tài)勢指，產(chǎn)品必須設計得更好，更快。需要手動計算基本參數(shù)來解決擬合和位置問題不利于提高生產(chǎn)力，也容易出錯。桌面電腦是一個強大的“計算器”，當與 CAD 系統(tǒng)結合時，可提供巨大的杠桿作用。Solid Edge 的 Goal Seek 可提供強大的問題解決工具，還整合了三維建模。使用 Solid Edge 的工程師可使用一個熟悉的二維自由草圖方法來定義問題，從而擁有解決復雜問題的快速、簡易的方法。