導語：如何才能寫好一篇機械設(shè)計軟件，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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1CAD技術(shù)對于農(nóng)業(yè)機械設(shè)計軟件的重要性

CAD三維技術(shù)能大幅減少農(nóng)業(yè)機械軟件設(shè)計所需要花費的時間，提高產(chǎn)品的工作效率，并且能給予農(nóng)業(yè)機械軟件設(shè)計質(zhì)量更高的保障。利用CAD技術(shù)使得機械結(jié)構(gòu)的各個部門合作更加緊密和流暢。在農(nóng)業(yè)機械軟件設(shè)計中融入CAD技術(shù)的具體優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面:一是使得零件設(shè)計更加方便。傳統(tǒng)的設(shè)計方法只能單獨對零件進行設(shè)計，導致零件之間常常因為協(xié)調(diào)差而出現(xiàn)故障。而CAD技術(shù)能夠在虛擬的環(huán)境下對零件進行整體設(shè)計，能對零件周邊設(shè)計失誤處進行檢測和修復，通過動態(tài)回放方式迅速查找錯誤源;二是大大縮短了農(nóng)業(yè)機械軟件設(shè)計的周期。CAD技術(shù)屬于目前軟件設(shè)計比較先進的、操作性強的設(shè)計技術(shù)，在對農(nóng)業(yè)機械軟件設(shè)計進行創(chuàng)新方面有著巨大的優(yōu)勢，能在保留原有機械軟件設(shè)計信息基礎(chǔ)上進行局部的創(chuàng)新和修改，避免了重復設(shè)計所浪費的時間和精力。

2基于CAD技術(shù)的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計軟件的形成

2.1軟件工具

我們經(jīng)常會使用3DMAX、Solidworks、Pro/E等軟件來進行建模，這些軟件一般具有很強的零件裝配以及運動模擬功能，能夠輕松地構(gòu)建出模具機構(gòu)的三維動畫效果圖。在實際軟件設(shè)計中不管采用哪種軟件來建模，都需要考慮到后期動畫制作的軟件接口問題。在計算機軟件的程序接口方面，包括圖形程序接口統(tǒng)稱為API，結(jié)合目前軟件圖形技術(shù)的特點，本軟件選擇發(fā)展迅速、功能齊全、操作方便的DirectX來作為軟件設(shè)計圖像技術(shù)平臺。農(nóng)業(yè)機械計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)工具主要有程序語言和對已有的應(yīng)用軟件進行二次開發(fā)這兩種方式。我們在實際操作中，由于使用程序語言比較靈活，成本控制較為簡單，選擇范圍較大，故而本軟件采用可視化程序語言VB來實施。在機構(gòu)數(shù)據(jù)方面采用XNL技術(shù)，避免解析文件格式帶來的麻煩，為下一步工作提供便利。

2.2軟件結(jié)構(gòu)

依據(jù)軟件設(shè)計的目標、內(nèi)容，可以確定出軟件結(jié)構(gòu)流程。從CAD圖紙到3DMAX建模再到中間的數(shù)據(jù)分析和校核，形成一個有效的軟件流程。另外還要包括3D組件完備的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計計算機輔助系統(tǒng)。

2.3軟件制作

在“部件”場景使用方面可以采用樹控件方式實現(xiàn)，可以在控件內(nèi)直接選擇各部門的內(nèi)容，在控件右上方進行圖形顯示，在控件下方進行各個參數(shù)的修改，對于3D圖形現(xiàn)實以及動畫都能夠采用Di-rect3D技術(shù)來實現(xiàn)，對于文件系統(tǒng)采用XML文件來實現(xiàn)，這樣使得軟件實際性能發(fā)揮較好。此外，考慮到計算機輔助系統(tǒng)的特征，可以針對各個部件進行參數(shù)直接輸入設(shè)定。首先，在3D圖形顯示窗口可以采用點擊的方式選擇部件，當出現(xiàn)子部件時可以根據(jù)各個子部件虛擬出一個可以在導航窗口中選擇并進行參數(shù)設(shè)置的基本部件;其次，為了實現(xiàn)軟件組件化和簡便化，提高軟件的可操作性和反復使用，在軟件中3D部分設(shè)計一個通用的基于Direct3D的3D控件。再者，使用隨想表達式計算類庫來進行動態(tài)公式的解析使用。隨想表達式計算控件能夠幫助用戶程序構(gòu)建出解算效能的DLL系列組件，從而提高程序的可伸展性。目前隨想表達式計算類庫支持將近120種函數(shù)以及單行表達式計算和自定義變量表達式分部計算的功能，還具有較強的自動檢測和修改錯誤的能力。最后，軟件系統(tǒng)可以采用DOM技術(shù)來對XML文檔進行解析和操作，DOM技術(shù)能將XML文檔繼續(xù)南行結(jié)構(gòu)信息的樹形構(gòu)建，將文檔的頂端看作跟點，構(gòu)成元素看作節(jié)點，每一個節(jié)點都存在可以交互的對象，DOM能找到每一個節(jié)點元素對應(yīng)的屬性關(guān)系和存儲內(nèi)容，將一個XML文檔快速轉(zhuǎn)換成程序中的一個對象集合，從而實施任意操作。同時，也可以對于DOM樹下的XML文檔采用XPath進行識別和匹配，然后在對文檔的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容進行訪問與更新。

3基于CAD技術(shù)的農(nóng)業(yè)機械設(shè)計軟件的優(yōu)點

3.1虛擬組裝

在原始二維AutoCAD上進行三維建模需要進行DXF文件格式得轉(zhuǎn)化，然后輸入到3DMAX中。農(nóng)業(yè)機械系統(tǒng)運動部件的運動方式可以利用運動方程進行設(shè)定，比如齒輪部件可以通過在“運動軌跡定義”后輸入軸旋轉(zhuǎn)的運動方程來進行轉(zhuǎn)動速度的調(diào)整。

3.2動畫實現(xiàn)

Direct3D可以采用直接截取動畫和關(guān)鍵幀動畫兩種方式來提供高質(zhì)量的動畫。實現(xiàn)直接截取動畫需要創(chuàng)建相應(yīng)的移動回調(diào)函數(shù)，并進行相應(yīng)的計算來實現(xiàn)對動畫的有效截取。關(guān)鍵幀動畫功能在IDi-rect3DRM3接口中可以找到，通過應(yīng)用程序代碼創(chuàng)建動畫對象，然后設(shè)置旋轉(zhuǎn)、定位以及縮放鍵來控制動畫對象。

3.3動畫仿真

在對軟件結(jié)構(gòu)中得每一個組件和部件完成設(shè)置后便可以進入仿真頁面。通過仿真頁面的輸出窗口可以觀察到整個機械的運動情況，可以隨意的調(diào)整觀察角度從而分析機械的運動情況。同時在仿真頁面的數(shù)據(jù)顯示欄目，能夠隨時選定部件數(shù)據(jù)的動態(tài)輸入，從而做到對部件運動的及時監(jiān)控和分析。

4應(yīng)用建議

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關(guān)鍵詞： 項目教學法 機械設(shè)計軟件CAD/CAXA課程 實際應(yīng)用

工程科學跨領(lǐng)域發(fā)展，各學科交叉覆蓋互通，機械學科是工程學科中難以撼動的基礎(chǔ)學科。機械設(shè)計制造更是機械專業(yè)的重中之重，機械設(shè)計軟件CAD/CAXA課程的開設(shè)，生動了課堂計算機教學，充分調(diào)動了學生的學習積極性和直觀實踐性，使學生直接面對屏幕的圖形圖像，為傳統(tǒng)意義上的機械設(shè)計制造專業(yè)提供了更加精確的模擬和實踐。因此，我們要抓住機遇銳意改革，積極探索項目教學法在機械設(shè)計軟件CAD/CAXA課程中的應(yīng)用，培養(yǎng)實際掌握CAD/CAXA技能的專業(yè)人才，使其成為具有專業(yè)繪圖知識、技術(shù)應(yīng)用能力強、零距離上崗的技術(shù)應(yīng)用型人才。我校機械制造、機械設(shè)計專業(yè)的教學工作也始終圍繞這個目標開展，在教學實踐中不斷探索突出“能力培養(yǎng)”的模式，積極采用“項目引導教學法”。對CAD/CAXA課程采取項目教學法，可突出體現(xiàn)以“學生為主體”、“培養(yǎng)能力為基石”、“就業(yè)崗位為教學向?qū)А?，著重培養(yǎng)學生技術(shù)應(yīng)用能力的教育之本，達到優(yōu)異的教學效果。

一、對傳統(tǒng)中等職業(yè)教育教學創(chuàng)新，實現(xiàn)教育教學的突破

多年以來傳統(tǒng)中等職業(yè)教育遵循的教學原則是以文化基礎(chǔ)課為主體，在此基礎(chǔ)上教授專業(yè)課基礎(chǔ)知識。教學方式多為灌輸學生實體固化知識，強調(diào)文化科目與專業(yè)科目知識理論為主體，側(cè)重知識的科學性、系統(tǒng)性，課堂教學以新舊知識之間的聯(lián)系為主體，主攻識記，強調(diào)以教學、教材、教師為中心，重理論、輕實踐，理論與實踐嚴重脫節(jié)，忽視對學生能力和創(chuàng)造力的培養(yǎng)，造成畢業(yè)生上崗后職業(yè)素質(zhì)偏低，實踐動手能力不強，競爭力差，無法適應(yīng)市場需求，所以對傳統(tǒng)中等職業(yè)教育模式進行改革迫在眉睫。

項目教學法“既引導行為在過程中實踐得到并掌握知識”，由德國著名教育學家提出，其核心重點就是針對學生的關(guān)鍵能力的培養(yǎng)，關(guān)鍵能力指任何職業(yè)需要的不斷適應(yīng)飛速發(fā)展的科學技術(shù)所需要的一種綜合職業(yè)能力。項目教學法促使學生更加及早地接觸到工作中遇到的問題并運用已有的知識共同解決，此種方法注重學生的分析能力、團結(jié)協(xié)作能力、綜合概括能力、動手能力等綜合能力，并且極大地拓展了學生思考問題的深度、廣度，對中等職業(yè)學生有很大的針對性，強調(diào)學以致用，受到廣大師生的廣泛好評。在不斷積極進取不斷創(chuàng)新改革的教學模式探索中，“項目教學法”已逐漸取代傳統(tǒng)的“理論教育為基礎(chǔ)”的行為感官學習理論模式，成為中等職業(yè)教育專業(yè)科目教學創(chuàng)新積極探索追求的新教學法。

二、“項目式教學”模式在機械設(shè)計軟件CAD/CAXA課程中的實際應(yīng)用

機械設(shè)計CAD/CAXA制造工程師課是一門理論和實踐性都很強的學科，在教學中，需要理論和實踐相結(jié)合，理論教學為依據(jù)指導上機實習教學，通過實習上機教學加深對理論知識的理解吸收，教師需要處理好理論教學與上機實習教學的互助關(guān)系。在理論與實踐的教學中，積極鍛煉學生的實踐動手能力，提高學生分析問題、解決問題的能力，做到項目式教學，衍生項目式解決，延伸出解決工程過程，掌握工程的概念性。機械設(shè)計CAD/CAXA制造工程師課作為軟件課程，理論知識比較抽象，例如繪制三維實體造型，傳統(tǒng)模式教學從二維到三維再到二維，對于復雜造型學生空間想象能力差，思維和學習起來非常吃力。通過項目式教學，直接上機實踐面向CAD/CAXA三維立體軟件，對所設(shè)計的實體模型的演示和繪制，可以使學生快速、直觀、形象生動、靈活地學習理解掌握軟件和所學模型繪制。CAXA實體設(shè)計制造突破參數(shù)化造型在曲面和復雜性方面造型受到的限制，適合于初學學生。而基礎(chǔ)差的學生，學習理論和知識時特別吃力，但對上機操作繪制很感興趣，熱情很高，教師應(yīng)因勢利導、揚長避短、精心設(shè)計教學內(nèi)容，改進教學方法，加強對學生上機操作的實際技能培養(yǎng)。例如繪制實際工程中常用零件模型，若采用傳統(tǒng)“教師講學生聽”的教學模式，就不能很好地調(diào)動學生的主動性，且學生也記不住理論知識，課后若換類似的課題，學生依然不能憑己之力解決。所以，在上述情況下應(yīng)該提高學生上機操作面對繪制實際模型自己動腦分析解決的能力，我采用“項目式教學法”引導學生掌握并解決實際問題。“項目式教學法”是通過實施一個完整項目的工作過程，起到教學活動和引導行為的作用，教師主導學生發(fā)揮主觀能動作用，師生共同組成項目小組進行的教學活動。其具體過程如下：

1.確定項目任務(wù)

項目教學法的課前準備工作是首要環(huán)節(jié)，即啟發(fā)學生充分發(fā)揮自身的自主能力。我和學生一起討論、解決、拓展問題，引導學生應(yīng)用所掌握的軟件命令進行創(chuàng)新性正確的設(shè)計：繪制三維實體零件模型。這樣學生就成為教學中的主角，而我則轉(zhuǎn)換為引導者、教學的服務(wù)者。首先確定任務(wù)：上機應(yīng)用CAXA制造工程師繪制出課例“連桿的實體造型”。明確任務(wù)后，學生提出相應(yīng)問題：“如何選擇建立坐標面？如何選擇構(gòu)造基準面？如何安排命令順序？”在學生繪圖時，教師需適時指導學生：繪制實體模型時先選擇正確的坐標面，再繪制線框造型和實體造型，也可以采用不同的順序來繪制，但應(yīng)采用更好、更合適、更符合標準的方式繪制，這樣學生就會主動積極地查資料動腦筋，互相討論，其興趣高漲，課堂氣氛活躍。

2.制訂計劃

上機繪制“連桿的實體造型”實體模型有其實際問題，“連桿的實體造型”的細節(jié)需要細心繪制，每個步驟的繪制都需要很多命令互相組合，命令先后順序不同會產(chǎn)生不同的結(jié)果，正確的繪制結(jié)果需要細心才能做到。我并不急于告訴學生，而是讓他們自己介紹繪制“連桿的實體造型”的思路，運用和安排命令的順序，部分學生繪制的三維模型大體看著像樣，細一看錯誤百出；有的學生雖然有明顯的錯誤，但是繪制過程方法和順序很大膽、創(chuàng)新，想出了新的繪制方法和命令組合，這種情況下就要表揚這些學生，鼓勵他們主動介紹自己的繪制過程和想法。這些學生介紹繪圖思路時，語言流暢、思維敏捷，博得了同學們的陣陣掌聲，同時又調(diào)動了其主觀積極性。學生們在這種氛圍下都急于知道自己繪制的“連桿的實體造型”是否合格，于是我適時給予正確的評價。在這樣輕松愉快的氣氛下，我講解了幾種正確的繪制思路，再把兩種標準順序教給學生，然后學生們對照自己繪制的“連桿的實體造型”，細心找出錯誤，發(fā)現(xiàn)問題并且互相討論、互相指導、互相幫助以修改自己的實體模型。這樣，學生手腦并用、積極思維，互相學習，既學到了知識、加深了印象，也提高了語言表達能力，鍛煉了社交能力。

3.實施計劃

根據(jù)實際情況、學校設(shè)備配備，按照學生們自己繪制和設(shè)計的三維連桿實體造型在CAXA制造工程師中先導出全部完成的命令行，再判斷命令順序正確與否，然后根據(jù)設(shè)備配備，可以將命令行導入仿真系統(tǒng)部分，在計算機上演示學生自己繪制好的三維連桿實體造型的加工過程；有數(shù)控機床的直接將CAXA命令行導入進行塑料工件加工。這時問題出現(xiàn)了，為什么加工到一半時學生們繪制的實體模型就加工不出來？為什么數(shù)控機床的刀具不按CAXA里設(shè)計的程序走？為什么加工零件有的地方和CAD/CAXA里設(shè)計的模型相同而有的地方卻與繪制的模型完全不同？我適時插入話題，講解在繪制三維連桿實體造型，初期應(yīng)牢記命令行，掌握好命令行指令的運用，只有把基礎(chǔ)打好，將各個命令行指令熟記在心中加上細心繪制實體模型才能杜絕上述現(xiàn)象發(fā)生。這樣，學生們重新繪制，有的學生一次就改正了，繪制好的三維連桿實體造型程序直接在數(shù)控機床上加工出了正確的模型。對于仍存在錯誤的學生，敦促其反復糾正、細心修改繪制的三維實體造型，讓其互相討論、互相檢查，直到最后全部正確，再加工出模型。繪制正確加工完成后，學生們都笑容滿面，因為通過項目式教學，學生憑借自己的能力繪制實體造型，自己動手加工零件，所以每個學生都充滿自信心。

4.檢查評估

繪制三維連桿實體造型加工完畢后，首先由學生開展自我評估，在評估中，有的學生思路清晰，對如何編排命令指令順序、如何繪制三維連桿實體造型、如何找出加工錯誤，都能侃侃而談；有的學生能繪制出實體模型，但存在錯誤自己找不出，或者找出不會改，或者改了加工后仍然出錯；還有的學生對基礎(chǔ)命令行仍然存在誤區(qū)。遇到這些情況我就和學生一起再重復操作一遍，耐心找出錯誤，然后告訴學生正確的修改方法。通過自我評估，教師應(yīng)該首先肯定學生的成績，然后講解正確的繪制過程，拓展其他正確的繪制方法，且介紹為什么可以這樣選擇，最后給出兩個參考答案，并指出初學者繪制三維連桿實體造型時易出錯的命令。

5.拓展引申課題

三維連桿實體造型課例繪制結(jié)束后，提醒學生：你們觀察和課例相近的零件與三維連桿實體造型課例細節(jié)部分有什么不同？同一類零件繪制要注意什么？通過互相比照各自繪制的實體造型，他們發(fā)現(xiàn)了問題，然后不斷思考、不停發(fā)問，啟發(fā)思考的目的達到了，再告訴學生，這是下節(jié)課要介紹的內(nèi)容，他們就會自己主動先翻書查看，通過這種方式，既解決了當堂的教學內(nèi)容，又為下節(jié)課做了鋪墊，提高了學生的求知欲，使他們由被動學習轉(zhuǎn)為主動學習，充分提高了教學效果。

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【關(guān)鍵詞】機械課程設(shè)計 三維建模軟件 設(shè)計能力

1三維建模設(shè)計軟件的發(fā)展

隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，三維建模軟件在機械產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用越來越普遍，使機械設(shè)計方法和設(shè)計手段都發(fā)生了很大的變化。設(shè)計者可以在計算機、手機等多媒體設(shè)備上展示產(chǎn)品的三維設(shè)計方案，比打開圖紙更直觀、方便。面對這些變化，高校機械類專業(yè)學生的能力培養(yǎng)提出了很多新的要求。教師樹立新的教育質(zhì)量觀念，適時地引入三維設(shè)計軟件等現(xiàn)代科學技術(shù)，對傳統(tǒng)的機械設(shè)計的課程設(shè)計進行教學改革，為將來的畢業(yè)設(shè)計和從事機械設(shè)備設(shè)計打下基礎(chǔ)，培養(yǎng)出適應(yīng)科技發(fā)展和社會需求的高質(zhì)量機械類人才。

2三維建模設(shè)計軟件在機械課程設(shè)計應(yīng)用的特點

機械課程設(shè)計是培養(yǎng)學生設(shè)計思維和設(shè)計機械傳動裝置能力的重要實踐環(huán)節(jié)，是學生在本科階段重要的理論與實踐相結(jié)合的學習階段。課程設(shè)計能夠培養(yǎng)學生圖形表達能力、培養(yǎng)學生運用國家機械制圖標準能力、培養(yǎng)學生分析和解決工程問題的能力。

在以前機械課程設(shè)計中，傳統(tǒng)的二維繪圖貫穿課程設(shè)計過程中，對學生二維作圖技巧和熟悉程度會有很大的提高。但有一部分學生抄襲現(xiàn)象比較嚴重，沒有認真地思考其表達方法，直到課程設(shè)計最后結(jié)束，也完全沒有一點設(shè)計思維，其教學手段已明顯落后于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計對工科學生專業(yè)素質(zhì)的要求。在課程設(shè)計中引入三維建模過程，就迫使學生了解被設(shè)計的設(shè)備的每個零件的結(jié)構(gòu)和功能，了解裝配時零件間的裝配關(guān)系，若裝配不正確軟件會有提示。通過對設(shè)備零件的建模和裝配，使設(shè)計者對整個設(shè)備有一個更加直觀，更加深刻的認識。對于有運動要求的，可檢驗其運動是否達到要求，如果發(fā)現(xiàn)問題可以及時對設(shè)計進行更改，這樣就避免了產(chǎn)品生產(chǎn)后，才發(fā)現(xiàn)需要修改甚至報廢。設(shè)備裝配體完成以后，可以自動生成裝配體工程圖，零件序號也是按零件裝配的順序自動生成。這樣可以讓課本的知識運用于實際的建模過程中，不僅讓學生加強了計算機三維建模軟件的學習，還鍛煉了以科研項目的方式解決技術(shù)問題的能力。

3基于三維建模軟件平臺機械課程設(shè)計實例

在課程設(shè)計之初，首先要明確本次設(shè)計的目標、以及要將解決的問題。

3.1設(shè)計任務(wù)

根據(jù)給定工作條件，設(shè)計一級斜齒輪減速器，應(yīng)用三維建模軟件完成斜齒輪減速器裝配圖和一份設(shè)計說明書。

3.2課程內(nèi)容的設(shè)計

根據(jù)設(shè)計方案，選擇電機的類型和功率，對減速器的軸、齒輪等主要零件進行草圖設(shè)計。

3.3對零件進行三維建模

根據(jù)箱體的二維草圖，利用【拉伸】命令，構(gòu)造箱體大體，在點擊【圓角】、【抽殼】、【筋】等編輯命令完成斜齒輪的上箱體圖（1）和下箱體圖（2）三維建模。

圖（1） 圖（2）

利用SolidWorks 的插件GearTrax生成各種齒輪模型。根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)，選擇斜齒，輸入齒輪的模數(shù)、齒數(shù)，鍵入齒輪寬度、齒面厚。點擊完成，插件自動將成型的齒輪導入SolidWorks中，完成齒輪建模。齒輪的大體建模后，通過【拉伸切除】、【倒角】等命令修改齒輪，最后得到成型齒輪圖（3）。利用 【旋轉(zhuǎn)】、【倒角】等命令完成軸圖（4）的建模。

圖（3） 圖（4）

學生通過必須細致地分析和研究，才能完成零件行三維建模。這樣的過程不僅加強三維軟件學習，而且對零件的每個部分的結(jié)構(gòu)有更深一步的理解。

3.4進行裝配和干涉檢查

使用模板創(chuàng)建一個組件文檔，選擇添加元件按鈕，選擇零件，并選擇約束關(guān)系，進行裝配。改變某個零件的基本尺寸，進行干涉檢查，這樣會讓學生加深理解各零件之間的配合關(guān)系。

3.5編寫技術(shù)說明書

4結(jié)語

在機械課程設(shè)計過程中引入三維軟件，能使整個過程更具靈活性，從而激發(fā)學生們的學習積極性。提高設(shè)計的質(zhì)量，減少工作量，提高效率，培養(yǎng)了學生三維建模軟件的應(yīng)用能力，提高了學生的工程實踐能力和創(chuàng)新設(shè)計的能力。綜上所述，筆者認為在機械課程設(shè)計中應(yīng)用三維建模軟件是教學改革的必然趨勢。

參考文獻：

[1]毛文武.基于Solidworks 三維建模的機械測繪課程設(shè)計改革與實踐[J].計算機應(yīng)用技術(shù)，2007，（6）27-29.

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關(guān)鍵詞：SolidWorks；機械設(shè)計；應(yīng)用

SolidWorks是智能型的CAD/CAE/CAM軟件，其特征造型與參數(shù)化功能非常強大，可以十分方便地實現(xiàn)機械零件的三維實體造型、裝配及工程圖生成，所以在工程行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。

SolidWorks軟件的主要特點有：（1）提供了直接繪制三維草圖的功能，在友好的用戶界面下，像繪制線架圖一樣不再局限于平面，而是可以在空間直接畫草圖。此外，3D草圖還可作為裝配環(huán)境下的布局草圖進行關(guān)聯(lián)設(shè)計。（2）提供了動畫功能，可以生成實體裝配過程、爆炸過程、運動過程的動畫文件，同時也可生成各個過程的組合動畫文件。（3）提供了友好的界面。圖形菜單設(shè)計簡單明快，形象化，一看便知。系統(tǒng)的所有參數(shù)設(shè)置全部集中在一個選項中，容易查找與設(shè)置。實體的建模與裝配完全符合于自然的三維世界，特別是裝配約束的概念非常簡單且容易理解。對實體的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)等操作可以在任何命令過程中使用，實體的選取非常容易和方便。（4）建模迅速，操作靈活，是一種尺寸驅(qū)動且基于特征的三維設(shè)計軟件，構(gòu)造歷史可供事后修改，更加適合學生在機械制圖綜合實踐中使用。

在《機械設(shè)計》課程教學中有大量的標準件與機構(gòu)運動需要分析與討論，教師一般采用掛圖或模型進行講解，采用掛圖，學生缺乏感性認識，采用具體模型，又缺乏變通性。因此，如何利用新技術(shù)、新方法提高課堂教學的效果，是教學改革亟待解決的重要課題。如果將SolidWorks Animator恰當?shù)貞?yīng)用于《機械設(shè)計》課程教學中，則可以收到良好的效果。

系列零件設(shè)計表在標準件設(shè)計中的應(yīng)用

SolidWorks中的零件配置與系列零件設(shè)計表為在單一的文件中對零件或裝配體生成多個設(shè)計變化提供了簡便的方法，可以最大限度地減少重復設(shè)計。同時，由于系列化的操作是在同一文件下進行的，可以大大減少繁瑣設(shè)計帶來的錯誤。因此，合理地使用配置，對產(chǎn)品系列開發(fā)與管理具有非常重要的意義。

生成系列零件設(shè)計表有兩種方法：（1）在SolidWorks模型中插入一個新的空白的系列零件設(shè)計表，然后直接在工作表中輸入系列零件設(shè)計表數(shù)據(jù)，完成后模型會自動生成新的配置；（2）作為一個獨立的操作，在Excel中生成系列零件設(shè)計工作表，保存該工作表，然后將其插入到SolidWorks模型文件中生成配置。

下面以較為簡單的A型普通平鍵標準件GB/T1096—1979為例，介紹第一種方法的應(yīng)用。

首先，在SolidWorks中以一個標準件的數(shù)據(jù)建立默認的平鍵三維模型，對尺寸名稱作適當?shù)男薷暮?，保存該零件模型，如圖1所示。然后，在該零件文件中選擇【插入】【系列零件設(shè)計表】，圖形區(qū)域自動彈出系列設(shè)計表Excel，為了方便選擇尺寸，右擊特征管理設(shè)計樹中的“注解”，選擇“顯示特征尺寸”，在圖形區(qū)域雙擊尺寸參數(shù)。當雙擊尺寸參數(shù)時，其相關(guān)數(shù)值（尺寸名和尺寸值及配置名）出現(xiàn)在第一實例行中，如圖2所示。為了使用方便，在A列中輸入系列零件的配置名稱（平鍵標記）。這里應(yīng)注意：名稱中可包括數(shù)字，但不能包括空格、正斜線“/”或“@”等字符。根據(jù)國家數(shù)據(jù)標準，在后面輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)，如圖3所示，完成添加數(shù)據(jù)后，在表格外單擊，此時會彈出信息窗口，如圖4所示，其中列出所生成系列零件的配置。此時，系列零件設(shè)計表圖標會出現(xiàn)在特征管理設(shè)計樹中。應(yīng)用的時候，單擊ConfigurationManager標簽，會顯示生成的配置，雙擊任一配置的名稱，圖形區(qū)域會顯示當前配置的三維模型，如圖5所示。

這樣的話，就相當于在一個文件中建立了一個標準件庫，需要哪種型號的零件，只需雙擊其對應(yīng)的配置，即可生成三維模型。該方法對于所有標準件（如螺釘、螺母、墊圈等）都是適用的。

Animator在四桿機構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

Animator是一個與SolidWorks完全集成的插件，用于制作產(chǎn)品的演示，能夠方便地制作出豐富的動畫效果，以演示產(chǎn)品的外觀和性能，并且能及時錄制產(chǎn)品設(shè)計的模擬裝配過程、模擬拆卸過程及產(chǎn)品的模擬運行過程，增強客戶與企業(yè)之間的交流，促進多方設(shè)計人員的協(xié)同工作。

在《機械設(shè)計》課程的“鉸鏈四桿機構(gòu)”教學中，判別鉸鏈四桿機構(gòu)的類型和各桿的運動規(guī)律是一個很重要的內(nèi)容。傳統(tǒng)教學一般是從幾何學的理論推導出判別的依據(jù)，雖然該方法易懂，結(jié)論也較簡潔，但是應(yīng)用起來還是較為抽象，不夠直觀、形象。而SolidWorks Animator豐富的動畫功能可以為我們在設(shè)計過程中提供一種較為直觀、形象的方法。

轉(zhuǎn)貼于

例如，圖6所示為鉸鏈四桿機構(gòu)，試分別以各邊為機架，判別該鉸鏈四桿機構(gòu)的類型和各桿的名稱。

下面介紹運用Animator解決該問題的具體方法。

1.建立零件。在零件模式中，根據(jù)各桿長度分別建立四根桿和一個銷，作為裝配的零件。為了更直觀和方便裝配，可在每根桿的端部附近設(shè)計兩個銷釘孔。

2.完成裝配。在裝配模式中，根據(jù)各零件之間的配合關(guān)系建立裝配體，這里銷與各桿的配合設(shè)為同軸心，能正確反映它們之間的約束。為了能夠使零件裝配更加緊湊，可以加入其他配合關(guān)系，然后再進行壓縮或刪除，這樣既可保持其準確的位置，又不會限制它們的自由度。

3.制作動畫。先以AD桿為機架來研究，因為AD桿是機架，所以在特征結(jié)構(gòu)樹里面要把AD桿設(shè)為“固定”，將其他桿設(shè)為“浮動”，然后對主動件AB桿進行轉(zhuǎn)動運動，制作動畫，這里應(yīng)該注意，AB桿繞A轉(zhuǎn)動不能一次完成，可以分為三四個“關(guān)鍵點”來完成，這樣是不會影響其連貫性的。由于各桿之間建立了一定的裝配關(guān)系，即約束，所以作為從動件的BC、CD桿也會跟著一起運動。通過建立動畫，可以清楚地看到：AB桿作圓周運動，是曲柄，CD桿作一定角度的擺動，是搖桿，從而可知該鉸鏈四桿機構(gòu)的類型是曲柄搖桿機構(gòu)，連桿BC的運動規(guī)律也可直觀看到。如圖7所示。

同理，以AB桿為機架，以BC桿為主動件，建立動畫，可以發(fā)現(xiàn)：主動件BC、從動件AD桿都會作整周的圓周運動。因此，可以判斷，BC、AD桿均為曲柄，該鉸鏈四桿機構(gòu)的類型為雙曲柄機構(gòu)。

以BC桿為機架，以AB桿為主動件，建立動畫，可以發(fā)現(xiàn)：AB桿作圓周運動，從動件CD桿只能作一定角度的擺動。因此，可以判斷，AB桿是曲柄，CD桿是搖桿，該鉸鏈四桿機構(gòu)的類型為曲柄搖桿機構(gòu)。

以CD桿為機架，以AD或BC桿為主動件作轉(zhuǎn)動，可以發(fā)現(xiàn)：AD、BC兩桿都不能完成整個圓周的運動，只能作擺動，因此，兩桿都是搖桿，該鉸鏈四桿機構(gòu)的類型為雙搖桿機構(gòu)。

4.如果四桿機構(gòu)的長度根據(jù)實際情況發(fā)生了改變，利用SolidWorks的參數(shù)化技術(shù)，只需要修改長度對應(yīng)的尺寸參數(shù)，就可輕而易舉地得到新的鉸鏈四桿機構(gòu)，因為SolidWorks是一個全相關(guān)的三維參數(shù)化軟件，然后，重復步驟3進一步加以驗證即可。

該方法同樣適用于凸輪機構(gòu)、槽輪機構(gòu)、機械傳動等方面的設(shè)計，通過動畫可以驗證設(shè)計的結(jié)果是否能夠達到預(yù)期目的，同時可以減少對樣機的制作，縮短設(shè)計周期，節(jié)約設(shè)計成本，還可以提高設(shè)計效率。

結(jié)論

將SolidWorks應(yīng)用到《機械設(shè)計》課程教學中，教學效果是比較明顯的，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）運用三維CAD軟件，可激發(fā)學生的學習興趣，加深學生對重點、難點問題的理解，增強學生對零件、運動機構(gòu)的感性認識。（2）通過動畫制作，可使學生對機構(gòu)的復雜運動規(guī)律有較清晰的印象，可以逐步提高學生的想象力和形象思維能力，最終提高學生的綜合能力與創(chuàng)新設(shè)計能力。（3）通過接觸三維CAD軟件，可以提高學生的專業(yè)素質(zhì)與設(shè)計的工程理念，使學生深刻了解到CAD/CAE/CAM技術(shù)給機械設(shè)計與制造帶來的益處，為以后CAD/CAE/CAM技術(shù)的學習與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

總之，CAD作為一個輔助設(shè)計手段，與人們的生產(chǎn)、生活是密切相關(guān)的。在設(shè)計過程中，如何利用一個具有創(chuàng)新性的CAD設(shè)計手段，包括高效率的人機交互手段，使設(shè)計者在以人為中心的設(shè)計環(huán)境中更好地發(fā)揮創(chuàng)造性，將是一個富有挑戰(zhàn)性的課題。

參考文獻：

[1]張夕琴，張金標. CAD/CAE技術(shù)在機械設(shè)計與模具設(shè)計中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2007，（11）.

[2]司慧，于文華.機械設(shè)計課程教學方法改革與學生能力的培養(yǎng)[A].機械類課程報告論壇文集2007.[C].北京：高等教育出版社，2007：381-385.

篇5

1與其他技術(shù)工程在設(shè)計領(lǐng)域中的比較

前面提到過，軟件工程是一門專門研究工程化構(gòu)建和維護高質(zhì)量軟件的學科，它涉及的方面比較廣，光我們所熟知的就有程序設(shè)計語言、軟件開發(fā)工具、設(shè)計模式等方面，在近三十年來，軟件工程不管是在研究還是在實踐上的發(fā)展都是有目共睹的，因為軟件工程本身就有對軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生一定的推動作用。實際上，軟件工程也被一些業(yè)內(nèi)人士看成一種集特殊工程學方法于一身的軟件學，而軟件工程的思想方法一般都是基于工程系統(tǒng)。相較于其他工程學，軟件工程在的開發(fā)階段比較明確，在每一個階段都有一個清晰的分工劃分，同時，在完成相應(yīng)的階段工作之后，都給之提供相應(yīng)的文檔和評審驗收，這樣就使得我們的每一步都顯得有理有據(jù)，退一萬步來說，如果在最后驗收階段出了紕漏，我們也有相應(yīng)的數(shù)據(jù)用來檢查，還有比較重要的一點就是，我們軟件工程一直都是盡量不用自然語言，這樣在很大程度上就避免了自然語言的二義性，同時也給我們減免了許多不必要的誤解。除了以上所說的幾點特征之外，軟件工程還擁有嚴格的測試方法，這也是其他工程學所望塵莫及的。而軟件工程的這套測試方法在實際應(yīng)用中就可以盡量避免因測試方法不當所可能帶來的弊端，這也是為了順應(yīng)標準化管理的需要，也正是由于擁有一系列比較完善的測試系統(tǒng)，就使得軟件工程相較于其他工程學有著良好的復用性，我們都知道，當今社會的熱點就是可持續(xù)發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展如今已經(jīng)逐漸滲入到生活的方方面面，如果我們所倡導的可持續(xù)也能在軟件工程中略有體現(xiàn)，那將是一個很不錯的發(fā)展；反之，如果這個復用性不存在，那就意味著我們所要花費的時間和精力就會遠比現(xiàn)在大得多的多，同時，對資源的浪費以及成本花銷也是難以預(yù)計的，盡管我們國家算得上是一個大國，但是資源短缺的程度還是十分令人瞠目結(jié)舌。而用軟件工程開發(fā)出的軟件所具有的復用性，這也是軟件工程學的根本出發(fā)點和初衷。

2傳統(tǒng)軟件工程方法在機械設(shè)計中的應(yīng)用

我們前面提到過，現(xiàn)在的軟件工程具有很大的復用性，這是在傳統(tǒng)軟件工程研究上的一種新興變革。那么傳統(tǒng)軟件工程方法在機械設(shè)計中又應(yīng)用于哪些方面呢？我們都知道傳統(tǒng)軟件工程的主要環(huán)節(jié)有：人員與項目的管理、系統(tǒng)、程序等方面的設(shè)計等等，接下來將從結(jié)構(gòu)層次的分析來闡述傳統(tǒng)軟件方法在機械設(shè)計中的應(yīng)用。首先，我們要對其的可行性與需求行進行分析，可行性這個定義的范圍比較廣，但簡單說來就是兩個字：能用。而需求行這就占據(jù)了一個比較大的地位了，因為先拋開我們的軟件工程這個主題不說，不論是任何產(chǎn)品，在還未上市或者仍舊處于研發(fā)試行的階段的時候，我們都要對其的需求性做一個系統(tǒng)的分析，因為我們的消費對象的廣大群體，因而我們的在需求行考慮的方面也應(yīng)該著重注意。這樣我們就能適當?shù)乇苊庠诤笃诘墓ぷ髦性斐刹槐匾挠绊懀瑫r，對與可行性與需求行的問題的分析也是一個將大問題逐步化小的過程，從而就使得我們的工程復雜程度得以降低，這樣在理解上也減少了一定的誤解和偏差。接下來我們要說的是軟件的系統(tǒng)性，在系統(tǒng)性的引領(lǐng)下，我們在各方面制定的模塊都要相應(yīng)的獨立性，這就使得它們不會依附于整個工程，形成自己的獨立性也是為了降低實際工程在應(yīng)用中的復雜程度，因為形成良好的獨立性的模塊才是一個好的模塊，畢竟它減少了出錯的可能性且又使得過程簡化了不少。同時，在程序設(shè)計上，軟件工程采取的是比較直觀而又準確的語言，這就使造成歧義的可能性大大降低到甚至沒有。同時，前面也提到過我們盡量在設(shè)計過程中盡量減免使用自然語言，這也是出于為了程序流程圖能夠更好的展示同時更好的被理解的考慮。

3總結(jié)

篇6

2、接著點擊進入官網(wǎng)。

3、點擊機械皮膚設(shè)計大賽。

4、點擊下載素材。

5、在p圖軟件里p出自己想要的圖案。

篇7

初始化通訊端口與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是設(shè)備初始化的核心。UHFRFID讀寫器核心模塊采用串口與USB2．0通訊，將通訊端口設(shè)置為自動搜索連接。串口通訊波特率為115200波特率，無檢驗位，數(shù)據(jù)位為8位，停止位1位。UHFRFID讀寫器核心模塊的串口工作狀態(tài)，是通過串口命令改寫模塊ARM7芯片中寄存器的值來控制的。通過對串口發(fā)送結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)完成MAC寄存器的值修改操作。設(shè)計結(jié)構(gòu)體如下：structpc＿reg＿req｛INT16Uaccess＿flg；INT16Ureg＿addr；INT32Ureg＿data；｝；結(jié)構(gòu)體共8個字節(jié)，3個成員變量。其中，ac－cess＿flg是MAC寄存器讀寫標志位，0x0000為讀操作，0x0001為寫操作；reg＿addr是MAC寄存器地址，不同的地址代表著不同的讀寫器功能；reg＿data對應(yīng)MAC寄存器地址的值，不同的值，對應(yīng)讀寫器相應(yīng)功能中不同的狀態(tài)。完成了UHFRFID讀寫器核心模塊的通訊端口初始化與結(jié)構(gòu)體初始化之后，必須對模塊進行天線配置，才能使模塊進入四天線工作模式。

2天線參數(shù)配置

使用UHFRFID讀寫器核心模塊天線，必須對所有天線的參數(shù)進行配置，天線參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：在天線參數(shù)結(jié)構(gòu)中，定義了物理天線號、天線功率和延遲時間等天線工作必須參數(shù)。在使用天先前必須對天線的參數(shù)逐個進行賦值，然后才能進行天線工作模式配置。

3配置天線工作模式

UHFRFID讀寫器核心模塊采用了Impinj公司R2000芯片配套固件，設(shè)備上電初始化后默認雙天線工作，設(shè)置四天線工作模式，必須通過修改OEM寄存器值使能4個天線端口。地址為0x00000087的OEM寄存器控制天線使能。寄存器值如表1所示。由表1可知，使能四天線，必須將OEM寄存器地址為0x00000087的區(qū)域值設(shè)置為0x00000000。

4四天線輪詢訪問標簽

天線輪詢訪問標簽軟件流程如圖3所示。使能四天線之后，可在任一時刻選用任一天線進行標簽訪問，在某一個天線對標簽進行訪問期間，必須關(guān)閉其他天線的使能。天線在工作期間，會自動搜索匹配使能的天線。如果多個天線同時使能，則讀寫器核心模塊始終會使用最小號天線進行標簽訪問。采用四天線輪詢訪問標簽，必須根據(jù)訪問標簽的數(shù)量設(shè)置天線輪換時間。如果標簽較多，天線輪換頻率過快，則標簽讀取率低；如果標簽較少，天線輪換頻率低，則會造成時間的浪費。依據(jù)每個天線訪問的最大標簽數(shù)量，選取天線輪換時間。

5測試與應(yīng)用

UHFRFID讀寫器核心模塊射頻前端工作在925MHz，使用頻譜測試儀對軟件配置結(jié)果與硬件設(shè)計進行測試，測試結(jié)果如圖4所示，橫軸為輸出頻率，縱軸為射頻前端輸出功率。由圖4可以看出，UHFRFID讀寫器核心模塊工作在925MHz時，輸出功率為31．6dBm。使用UHFRFID讀寫器核心模塊對2個標簽進行輪詢訪問，實際訪問率達到100％。經(jīng)過測試與現(xiàn)場應(yīng)用，四天線UHFRFID讀寫器模塊核心軟件能有效地控制讀寫器核心模塊對標簽進行準確訪問。

6結(jié)束語

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【關(guān)鍵詞】PLC；舞臺機械；變頻器；現(xiàn)場總線

常規(guī)劇院根據(jù)功能可以劃分為歌劇院、戲劇院、音樂廳和多功能廳等。舞臺機械是現(xiàn)代化劇場不可缺少的核心設(shè)備，通過舞臺機械設(shè)備不斷升降、平移、開合運動，并配合燈光、音響的不斷變換，呈現(xiàn)在觀眾眼前的是一場場美輪美奐的視覺盛宴。常規(guī)劇場舞臺機械設(shè)備一般可分為臺上和臺下兩個部分，臺上以卷揚類為主，臺上設(shè)備的基本配置有防火幕、假臺口、大幕、二道幕、景吊桿、燈吊桿、單點吊機、燈光渡橋、燈光吊籠等設(shè)備，有的還配置了反聲罩。臺下以升降、推拉、旋轉(zhuǎn)為主，臺下設(shè)備的基本配置有主升降臺、左右車臺、后車轉(zhuǎn)臺、升降樂池、各種補償臺、插銷和安全網(wǎng)等設(shè)備。其中，臺上吊桿類設(shè)備、臺下升降臺類設(shè)備和車臺類設(shè)備是舞臺表演空間的主要設(shè)備。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在舞臺機械控制多采用以可編程控制器為主的分布式控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件由繼電器、接觸器和變頻器等低壓電器組成，網(wǎng)絡(luò)采用開放式工業(yè)現(xiàn)場總線通訊技術(shù)，軟件設(shè)計采用功能完備的人機友好界面和安全互鎖保護。整個系統(tǒng)快速、方便地將分散在臺上、臺下的設(shè)備和核心中央處理器聯(lián)系起來，其各種不同類型的控制模塊通過硬件接口和軟件組態(tài)可進行廣泛組合，為舞臺機械運行提供實時、安全可靠的運行保證。同時，由于采用計算機控制，系統(tǒng)具有處理速度快、系統(tǒng)資源裕量大、通訊能力強、故障排除快速、定位準確的特點。

1設(shè)備電器設(shè)計組成

舞臺設(shè)備電器控制回路一般由各種安全保護單元（如限位、亂繩、超載、超速、安全急停鏈路）、位置測量單元（如編碼器、減速開關(guān)、行程開關(guān)）、控制電路（如各種繼電器、PLC輸入輸出模塊）、驅(qū)動單元（如變頻器、交流接觸器）和執(zhí)行單元（如三相異步鼠籠電機、伺服電機）組成，并通過以上電器環(huán)節(jié)的共同作用控制設(shè)備運動。國內(nèi)舞臺設(shè)備按控制方式包括常規(guī)定速控制和調(diào)速定位控制。

1.1常規(guī)定速控制

常規(guī)定速控制——通過PLC起停輸出、設(shè)備的行程開關(guān)、保護開關(guān)、繼電器組成的中間回路控制對應(yīng)的三相電源的相序通斷，從而達到直接控制電機的正反向運動，如舞臺各種插銷、安全網(wǎng)、升降欄桿、安全門。該方式廣泛應(yīng)用在對時間要求不高的舞臺設(shè)備硬件設(shè)計上，對于在運動過程中有位置需求但定位要求不高的設(shè)備（如燈光吊籠、假臺口側(cè)片、燈光渡橋）來說，該方式并不能滿足要求。從設(shè)計經(jīng)濟、硬件便捷的角度，通常在常規(guī)電機傳動軸上加裝軸套型增量編碼器，將編碼器信號接入具有位置采集功能的模板（如西門子編碼器模塊FM350），同時，在硬件選型時根據(jù)模板的采樣頻率和電機轉(zhuǎn)速確定所選編碼器的每圈脈沖值。采集的位置信號經(jīng)過現(xiàn)場總線傳送到中央處理器中，和預(yù)設(shè)的目標位置做比較，決定設(shè)備是否到位停止運行。在實際的硬件設(shè)計中，為了能及時響應(yīng)到位置信號，需把采集模板的實際輸出值串入控制電機正反轉(zhuǎn)回路?？紤]到常規(guī)定速控制設(shè)計中不具備調(diào)速功能，電機高速運動過程中收到停止信號后制動運行較長，影響設(shè)備控制精度，在應(yīng)用中要根據(jù)設(shè)備實際制動距離，在軟件調(diào)試中加入制動停止提前長度來修正設(shè)備停止響應(yīng)距離，從而提高設(shè)備實際到位精度

1.2調(diào)速定位控制

調(diào)速定位控制——常規(guī)電機帶有編碼器，編碼器接入具有位置控制功能的高性能交流矢量變頻器，變頻器通過本身的內(nèi)置位置控制卡計算電機運行的實時位置和給定目標位置的差值，通過PID調(diào)節(jié)輸出對應(yīng)的頻率和電壓控制電機運轉(zhuǎn)速度，中央處理器通過總線通訊方式比較變頻器傳回來的位置、狀態(tài)特性，并根據(jù)變頻器窗口到位值實現(xiàn)對所控設(shè)備的速度、位置精確控制，控制電路如圖3所示。使用調(diào)速定位控制，降低了對機械設(shè)備的沖擊，提高了設(shè)備的安全性和可靠性。因此，在國內(nèi)中、大型劇場中，該控制方式是控制吊桿、升降臺、車臺等機械設(shè)備的主流方案。調(diào)速定位按控制電路功能一般可分為一對一控制和矩陣切換控制。對于前者，每個設(shè)備都是一個控制單元，控制電路結(jié)構(gòu)相對簡單，每個變頻器的總線狀態(tài)真實反應(yīng)設(shè)備實際情況。由于只考慮單獨控制回路，現(xiàn)場調(diào)試成本較小，出現(xiàn)故障排查相對容易，系統(tǒng)后期維護人工成本較小，但如果控制單元的任何器件發(fā)生故障，則直接影響調(diào)速設(shè)備運行，同時對于電器元件、變頻器的成本支出較高。對于后者，由于采用繼電器矩陣切換，控制回路采用冗余備份方式，每個調(diào)速設(shè)備在選定之前不對應(yīng)固定變頻器，如果某一個控制單元出現(xiàn)問題影響吊桿運行，通過切換矩陣的及時調(diào)整可以規(guī)避出現(xiàn)故障的控制單元，從而使設(shè)備更可靠地運行，提高了整個系統(tǒng)的風險抵御能力。同時，采用切換方式，節(jié)省了變頻器數(shù)量，降低了電器成本支出。但這種控制方式電路結(jié)構(gòu)復雜，軟件互鎖要求較高，一旦出現(xiàn)故障，排查和維護較繁瑣。通常來說，臺上調(diào)速吊桿采用切換矩陣方式，臺下調(diào)速設(shè)備采用一對一控制方式。這主要是因為各種類型的吊桿大多功率在30kW以內(nèi)，且功率較為相近，實際舞臺演藝中同時運動的最多吊桿數(shù)遠遠小于總吊桿數(shù)，故采用切換方式。而臺下升降類設(shè)備在演出時載有大量演員，功率較大，通常達到60kW以上，為了避免頻繁切換對用電回路的沖擊，并考慮到實際運行的安全性，故采取一對一方式。

2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建

舞臺機械控制系統(tǒng)從網(wǎng)路結(jié)構(gòu)上分為三個層級：管理級、控制級和現(xiàn)場級。2.1管理級設(shè)備管理級設(shè)備包括控制臺和服務(wù)器。控制臺中主要設(shè)備包括工控機、觸摸屏和電源、操作按鍵及操縱桿，主要為監(jiān)控舞臺設(shè)備狀態(tài)、運行參數(shù)、報警信息，編場數(shù)據(jù)處理和控制設(shè)備起停，為操作人員提供友好的人機交互界面。服務(wù)器可記錄操作人員和設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，為演出設(shè)備歷史追溯提供不可替代的手段。

2.2控制級設(shè)備

控制級設(shè)備主要包括可編程控制器的中央處理單元和各種適應(yīng)現(xiàn)場總線的通訊單元。作為整個舞臺機械控制系統(tǒng)的“大腦”，中央處理單元是系統(tǒng)核心，主要負責向上通過以太網(wǎng)傳遞現(xiàn)場的監(jiān)控信息（如升降臺、景桿等調(diào)速設(shè)備的位置、速度等實時參數(shù)，以及亂繩、電機過熱等安全信號），向下對現(xiàn)場級設(shè)備下達動作命令，協(xié)調(diào)現(xiàn)場設(shè)備動作次序（如舞臺機械設(shè)備的定位控制和設(shè)備延時啟動等）。

2.3現(xiàn)場級設(shè)備

現(xiàn)場級設(shè)備：主要包括符合現(xiàn)場總線協(xié)議的相關(guān)舞臺機械控制遠程I/O站點、對應(yīng)的變頻器和電動機。現(xiàn)場級設(shè)備主要任務(wù)負責實現(xiàn)操作人員通過控制臺發(fā)送的具體的運動方案，同時采集必要的現(xiàn)場信息，傳遞給上層作為參考。圖4為采用標準三級網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的結(jié)構(gòu)圖。

2.4網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建中的關(guān)鍵問題

（1）控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計要貫穿整個控制系統(tǒng)，包括核心控制器到單體設(shè)備的控制設(shè)計。控制系統(tǒng)應(yīng)采用開放的現(xiàn)場總線技術(shù)，根據(jù)用戶的實際需要，采用可靠的冗余技術(shù)，包括核心部件的冗余和網(wǎng)絡(luò)的冗余?？刂葡到y(tǒng)具有緊急停機系統(tǒng)，任意一個極限開關(guān)的動作會觸發(fā)本設(shè)備應(yīng)急線路，任意一個急停按鈕應(yīng)觸發(fā)控制系統(tǒng)的急停鏈路。同時，急停系統(tǒng)和中央處理器通過安全總線進行信息交換。所有具有提升性能的驅(qū)動都采用雙制動器，并且互相獨立控制，保證驅(qū)動能及時有效地停止工作。（2）所有的舞臺機械系統(tǒng)主控制臺、移動控制臺，應(yīng)具備即插即用的特點。對于單一控制臺，用戶可根據(jù)實際情況方便地選擇切換到不同的操作方式（如手控、程控、更改參數(shù)）對設(shè)備進行操作；對于不同控制臺之間的切換操作，中央處理單元應(yīng)具備統(tǒng)一的授權(quán)管理，保證同一設(shè)備在任意時刻只接受來自單一控制臺的指令信息，防止設(shè)備由于接受不同控制臺指令信息而造成控制紊亂。（3）保證關(guān)鍵信息響應(yīng)的實時性和同步性（如舞臺機械設(shè)備的啟動命令）。對于調(diào)速定位設(shè)備，國內(nèi)大多是通過每個變頻器的內(nèi)置位置控制卡控制設(shè)備，當多個設(shè)備同時運動時，由于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t性造成設(shè)備啟動的不統(tǒng)一和設(shè)備運行中間過程中的實際位置偏差。在設(shè)計控制網(wǎng)絡(luò)時，對于關(guān)鍵信息的傳遞需采用等式同步機制和數(shù)據(jù)優(yōu)先級處理，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖夙憫?yīng)。

3軟件設(shè)計要求

3.1操作功能要求

操作功能要求：對于舞臺控制操作界面，應(yīng)設(shè)有手動選擇、運動參數(shù)設(shè)定、設(shè)備編組、場景運行、設(shè)備位置綁定、運動禁止、設(shè)備位置記錄等功能，根據(jù)實際用戶需求的不同，還應(yīng)提供系統(tǒng)管理、維護和根據(jù)演出過程需要而附帶的工程組態(tài)功能。同時，應(yīng)提供演出中間的各種應(yīng)急處理功能，如當在演出場景中編組的運行設(shè)備，設(shè)備出現(xiàn)報警停止運行時應(yīng)具備手動快速介入，當設(shè)備撞到物理極限位后，應(yīng)具備旁路控制使設(shè)備及時脫離危險位置。用戶一旦誤操作，不光有報警信息，同時提供相應(yīng)的保護，規(guī)避可能發(fā)生的設(shè)備誤動作引發(fā)的系統(tǒng)風險。

3.2設(shè)備互鎖要求

設(shè)備運行互鎖是舞臺設(shè)備安全可靠運行必不可少的保障，互鎖軟件設(shè)計必須實時跟蹤設(shè)備運行的數(shù)據(jù)?；ユi軟件應(yīng)采用順序控制程序，根據(jù)優(yōu)先級管理機制，按照預(yù)先規(guī)定好的優(yōu)先級動作順序，對控制過程各階段的設(shè)備互鎖順序進行自動判別和保護。每一個設(shè)備的運行條件都依存于其他相鄰設(shè)備的位置，當檢測到條件滿足或不滿足時，及時發(fā)送給設(shè)備數(shù)據(jù)塊運行或受限指令，使設(shè)備安全可靠地運行。

3.3分布式管理要求

通過現(xiàn)場總線技術(shù)，把分布在舞臺控制室的控制臺、上位機、臺上及臺下控制柜間的現(xiàn)場驅(qū)動單元、現(xiàn)場采集單元等方便、快捷地聯(lián)系起來。通過開放的現(xiàn)場總線控制通信網(wǎng)絡(luò)把物理分散的設(shè)備構(gòu)成為一個整體，用分布式數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)全系統(tǒng)的信息集成，進而達到信息共享，從而實現(xiàn)同時在多臺控制終端上對舞臺設(shè)備的集中監(jiān)視、集中操作和集中管理。

3.4遠程維護要求

控制系統(tǒng)工程師可通過互聯(lián)網(wǎng)對現(xiàn)場控制系統(tǒng)進行遠程診斷和維護。操作系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障，應(yīng)及時記錄在上位機歷史數(shù)據(jù)庫中，用戶通過Internet網(wǎng)以文本形式傳送到遠程診斷實驗室，幫助用戶排除故障。通過專門遠程診斷軟件，可實時跟蹤鏈接到現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的舞臺機械設(shè)備運動情況，及時幫助用戶解決操作中出現(xiàn)的問題。

4小結(jié)

在控制系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃中，要注重安全和效益并重的原則，適當降低建設(shè)成本和后期維護成本，同時還要從長遠著眼，技術(shù)方案要有一定的前瞻性，充分考慮將來整個系統(tǒng)的整體升級、擴容問題。隨著計算機和控制理論的不斷進步，舞臺控制技術(shù)逐漸趨于完善，帶有自診斷功能和微機通信接口的PLC元器件也越來越普及，價格也趨向便宜。在國內(nèi)以可編程控制器為核心的舞臺機械控制系統(tǒng)已經(jīng)形成了集網(wǎng)絡(luò)化、集散化、自動化、智能化為一體的先進的自動控制模式。目前，廣義舞臺的概念已不再僅僅局限于正規(guī)劇場傳統(tǒng)品字型舞臺，隨著電視劇場、演播廳、體育場館等組合式舞臺，以及各種類型的動感、多維影院、VA多媒體互動系統(tǒng)、科技館等領(lǐng)域的異型舞臺的出現(xiàn)，舞臺機械控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計也應(yīng)隨著舞臺要求的變化不斷發(fā)展更新。

參考文獻

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[3]劉基順,田廣軍,高恒倫等.PLC運動控制器在舞臺機械系統(tǒng)中的設(shè)計與研究[J].自動化儀表,2013(1).

篇9

通過對AutoCAD軟件操作的原理進行分析，對其在化工機械設(shè)備中的相關(guān)應(yīng)用、具體的實現(xiàn)模式和使用技巧進行闡述。說明AutoCAD軟件在化工機械中的廣泛應(yīng)用是有依據(jù)的，AutoCAD軟件強大的繪圖設(shè)計功能將化工機械從設(shè)計到成品的整個過程結(jié)合起來，大大縮少了設(shè)計者的工作量，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)，使化工機械的設(shè)計變得更加高效。

關(guān)鍵詞：

AutoCAD；化工機械；設(shè)計

隨著AutoCAD軟件版本的不斷更新，其強大的繪圖設(shè)計功能使它更廣泛應(yīng)用于很多行業(yè)，其發(fā)展和應(yīng)用的水平也是衡量一個國家的的技術(shù)發(fā)展狀況的標志。AutoCAD軟件能將整個化工機械產(chǎn)品的全部生產(chǎn)過程結(jié)合起來，使企業(yè)生產(chǎn)過程變得更加高效，所以它是現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的技術(shù)系統(tǒng)。

1AutoCAD軟件在化工機械設(shè)計中的實現(xiàn)模式

1.1選擇圖形模式

AutoCAD軟件包含從設(shè)計到出廠的全部過程，也就是說它可以在產(chǎn)品性能要求和規(guī)劃上對化工機械產(chǎn)品的整體起到分析和說明的作用。就目前我國的化工機械發(fā)展現(xiàn)狀來看，AutoCAD技術(shù)可以更好的幫助設(shè)計者完成工業(yè)設(shè)計。在使用AutoCAD軟件的過程中，設(shè)計者需要在前期建立二維或者三維模型。建立二維模型和三維模型都有各自的優(yōu)缺點，二維模型沒有空間概念，只是點和線組成的平面圖形，因其所需要的存儲空間較小，所以運行起來相對于三維模型是要快一些，但由于是平面圖形，在展示設(shè)計的過程中會出現(xiàn)不到位、不直觀的感覺，造成人們對設(shè)計成品本身認識的偏頗。三維模型雖然需要較大的儲存空間，但可以給人較強的空間感和立體感，所以可以更好的展現(xiàn)設(shè)計產(chǎn)品，使人們更直觀的了解設(shè)計產(chǎn)品。

1.2施工圖軟件的實現(xiàn)模式

當化工機械設(shè)計運用AutoCAD軟件進行繪圖設(shè)計時，AutoCAD會產(chǎn)生相應(yīng)的設(shè)備參數(shù)，這些參數(shù)可以繪制出產(chǎn)品總裝中的不同視圖，避免了重復畫圖的復雜作業(yè)。這大大提高了設(shè)計人員的工作效率，使他們從簡單地工作中脫離出來。另外根據(jù)現(xiàn)有的軟硬件環(huán)境，考慮到運行速度和軟件所能達到的完善水平，選擇AutoCAD作為軟件支撐是十分合適的，它可以給設(shè)計者帶來很好的技術(shù)支持，它豐富的圖形數(shù)據(jù)庫和實用簡單的圖形工具可以提供給設(shè)計者更大的方便。另外，AutoCAD并不是采用輸入式的命令結(jié)構(gòu)，它可以通過按鈕實現(xiàn)操作，這對于初級用戶來說可以更快、更方便的使用軟件。

2AutoCAD軟件在化工機械中的應(yīng)用

2.1設(shè)計和開發(fā)中的應(yīng)用

在機械產(chǎn)品的設(shè)計過程中，設(shè)計者的設(shè)計理念和設(shè)計思想往往是以三維模型形態(tài)來表現(xiàn)出來。在此之前用二維平面的工程圖只可以從各個角度的平面圖中顯示視角，而不能直觀的立體的表現(xiàn)出零件全部。但現(xiàn)在的AutoCAD把二維變成三維，讓零件變的更直觀更容易進行更好的改良或優(yōu)化。另外在設(shè)計成型工裝的過程中，往往設(shè)計者要繪制大量的曲線，這些繁復的曲線會給設(shè)計者帶來很大的麻煩。但應(yīng)用AutoCAD制作三維圖形并將其導出為平面二維圖形，就能夠為設(shè)計者省去大量時間，使設(shè)計者的工作更加高效。

2.2在技術(shù)討論交流中的應(yīng)用

當今社會不斷發(fā)展，競爭也越發(fā)激烈，各企業(yè)為了自身的發(fā)展都希望能夠迅速的占領(lǐng)市場。在化工機械產(chǎn)品的營銷過程中，展示產(chǎn)品、技術(shù)交流成為不可或缺的過程。過去的介紹方法都是以二維圖形展現(xiàn)在客戶的面前，對于沒有涉獵于相關(guān)行業(yè)的用戶來說，二維圖形很難讓他們了解產(chǎn)品本身，甚至無法感知產(chǎn)品的形狀大小，這給銷售帶來很多的煩惱和不便。若能夠?qū)a(chǎn)品以三維圖像的方式展現(xiàn)在用戶面前，或輔助以三維動畫，那么產(chǎn)品就可以躍出紙面，這也使客戶可以更好的了解產(chǎn)品，相信產(chǎn)品。在正常的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)人員間的技術(shù)溝通是必不可少的，也是產(chǎn)品質(zhì)量保證所需要的。在進行技術(shù)交流過程中，簡單的零件處理方法在二維圖形中就可以解決，但是當零件過于復雜時，二維圖像就很難解釋清楚，成為技術(shù)人員交流的障礙。而三維圖形就可以更直觀的展現(xiàn)零件，可以更快的解決問題，提高生產(chǎn)過程中的工作效率。

3AutoCAD在化工機械設(shè)計應(yīng)用中的技巧

3.1使用命令行和快捷鍵

AutoCAD中的工具條和菜單等按鍵對不熟悉該軟件的用戶來說是非常方便的。另外在繪制圖形過程中，需要先設(shè)置基本的圖層，并且每個圖層都有自己的功能，設(shè)計人員應(yīng)在實際操作過程中要盡量減少圖層的數(shù)量，因為數(shù)量越多會帶來的麻煩也越多，而盡量減少圖層可避免不必要的麻煩。

3.2設(shè)計簡單合理

設(shè)計的本身是要實用，設(shè)計的目的是要生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，所以在設(shè)計的過程中，要合理布局，比例協(xié)調(diào)，即復雜的零件可以用較大的圖紙來表達，相反簡單的零件可以用比較簡潔的小圖紙表達。另外，在AutoCAD制圖過程中，盡量用零件的實際尺寸制圖，標注尺寸時可以及時的發(fā)現(xiàn)問題，可以避免進行二次換算，提高制圖繪圖效率。如果沒有實際尺寸的圖紙，可以在繪制前按照國際規(guī)定的標準來設(shè)置圖形的邊界。

4結(jié)語

總而言之，隨著社會的不斷發(fā)展和進步，我國的化工機械設(shè)計也得到了長足的發(fā)展。我們需要懷揣著認真、嚴謹?shù)膽B(tài)度面對化工機械設(shè)計的工作。要做好這樣的工作，我們要有良好的知識儲備，我們要有豐富的設(shè)計經(jīng)驗和良好的設(shè)計環(huán)境。當然，更為重要的是我們要有好的、完善的、科學的、操作性強的軟件做為支撐。AutoCAD技術(shù)，在化工機械設(shè)計領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛的認可和應(yīng)用了。它可以將設(shè)計人員的設(shè)計思路和設(shè)計理念快速的躍然紙上，復雜的設(shè)計在三維模型面前顯的不再復雜。

作者：付元杰 單位：蘭州理工大學石油化工學院

篇10

關(guān)鍵詞：軟硬件協(xié)同設(shè)計 協(xié)同驗證 傳統(tǒng)設(shè)計 傳統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）04-0096-02

傳統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計采取“硬件優(yōu)先”的設(shè)計方法，該方法軟件開發(fā)往往滯后于硬件開發(fā)，通常軟件開發(fā)在硬件平臺開發(fā)完成后才進行，而基于硬件平臺的驗證在軟件開發(fā)完成后才進行。正是由于這種滯后性，迫使軟件和硬件只能串行開發(fā)，系統(tǒng)開發(fā)需要經(jīng)歷反復修改和驗證，這大大增加了系統(tǒng)的開發(fā)周期。

由于嵌入式系統(tǒng)中軟硬件密不可分，為了縮短嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)周期，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法中的一個重要組成部分就是軟硬件協(xié)同設(shè)計。與傳統(tǒng)軟硬件串行的設(shè)計方法相比，協(xié)同設(shè)計方法最大限度的挖掘軟/硬件之間的并行性，提高系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計效率。軟/硬件系統(tǒng)設(shè)計方法首先依據(jù)詳細的系統(tǒng)需求確定軟硬件劃分方案，并定義軟/硬件接口，然后在EDA（Electronic Design Automation電子設(shè)計自動化）工具的支持下，進行軟/硬件的協(xié)同開發(fā)。軟硬件協(xié)同設(shè)計的每個階段都可以進行軟硬件協(xié)同驗證，以確保系統(tǒng)的設(shè)計沒有背離原始設(shè)計需求，該設(shè)計方法是逐步細化、反復迭代的過程。這種開發(fā)方式是一種風險可控的設(shè)計方法，能夠充分利用軟硬件資源，縮短開發(fā)周期，降低成本。

1 軟硬件協(xié)同設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計方法比較

構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)的各個功能模塊，按照其性質(zhì)可以分為軟件模塊和硬件模塊兩類，但總體上軟件模塊的開發(fā)滯后于硬件模塊的開發(fā)，將該方法統(tǒng)稱為傳統(tǒng)的設(shè)計方法，其設(shè)計流程如圖1所示。

傳統(tǒng)設(shè)計方法在粗略獲取系統(tǒng)需求的情況下，首先進行硬件設(shè)計，之后才進行軟件設(shè)計。硬件設(shè)計具有一定的盲目性，因為在設(shè)計過程中缺乏對系統(tǒng)軟件架構(gòu)的清晰了解，所得到的設(shè)計結(jié)果很難充分利用軟/硬件資源，難以適應(yīng)現(xiàn)代復雜的、大規(guī)模的系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)。

軟硬件協(xié)同設(shè)計找到系統(tǒng)軟/硬件的最佳結(jié)合點，充分利用了軟硬件資源的并發(fā)性，從而使軟件設(shè)計和硬件設(shè)計作為一個有機整體并發(fā)設(shè)計，大大提高了系統(tǒng)的工作效率。

在軟硬件協(xié)同設(shè)計中，硬件設(shè)計和軟件設(shè)計在設(shè)計過程的各個階段都是相互作用的。基于對系統(tǒng)資源的充分考慮，進行軟硬件功能劃分，在軟硬件功能的設(shè)計和仿真評價過程中，軟件和硬件是互相支持的。這就使得在系統(tǒng)設(shè)計早起，軟硬件各個功能模塊能夠相互結(jié)合，從而及早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計中存在的問題，盡可能的減少在設(shè)計開發(fā)后期反復修改系統(tǒng)，而且有利于挖掘系統(tǒng)潛能、提高系統(tǒng)整體性能、縮小產(chǎn)品體積、降低系統(tǒng)成本。

2 軟硬件協(xié)同設(shè)計流程

完整的嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計流程，從對產(chǎn)品功能規(guī)格及需求的一系列分析設(shè)計開始，最后以開發(fā)出一個能滿足所有要求的可運作的產(chǎn)品結(jié)束。設(shè)計流程主要分為以下幾個階段：需求分析、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與軟硬件劃分、IP/模塊（Intellectual Property）設(shè)計與驗證、模塊集成與互連、軟硬件協(xié)同驗證、系統(tǒng)測試、系統(tǒng)后端設(shè)計與實現(xiàn)等，一個完整的SoC軟硬件協(xié)同設(shè)計流程如圖2所示。

下面依次對功能需求分析、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與軟硬件劃分、IP的設(shè)計與復用、IP模塊的集成與互聯(lián)以及軟硬件協(xié)同驗證進行描述：

2.1 功能需求分析

詳細了解嵌入式系統(tǒng)的實際需求，最終提取出芯片設(shè)計的需求規(guī)范，包括芯片設(shè)計所需的特征、功能、接口以及典型應(yīng)用。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與軟硬件劃分

該階段從設(shè)計出的需求規(guī)范出發(fā)，對系統(tǒng)所需具備的功能和性能進行定義，并進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與軟硬件劃分，同時還定義了系統(tǒng)的接口、總線結(jié)構(gòu)、硬件功能以及軟件功能。

2.3 IP的設(shè)計與復用

基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計規(guī)模大，復雜程度高的特性，為了提高設(shè)計的可靠性并盡可能的節(jié)約開發(fā)時間，只有依賴基于IP復用的設(shè)計方法，通過繼承、共享或購買所需的IP，然后再利用EDA工具進行設(shè)計、綜合和驗證，從而加速芯片設(shè)計過程，降低開發(fā)風險。

2.4 IP模塊的集成與互聯(lián)

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的定義，進行IP模塊的集成和互聯(lián)，設(shè)計的頂層只包括例化的元件以及例化元件之間的連線，對一些IP模塊，需要增加接口電路或者封裝電路的設(shè)計，并且保證元件與元件之間都是同時鐘域的寄存器輸入與輸出。對于跨時鐘域的異步設(shè)計，要進行同步處理，包括采用雙觸發(fā)器、握手信號等同步技術(shù)。

2.5 軟硬件協(xié)同驗證

軟硬件協(xié)同驗證技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。軟硬件協(xié)同驗證是一種在流片封裝之前，驗證嵌入式系統(tǒng)硬件和軟件是否能夠正確工作的技術(shù)，分為兩個階段：虛擬原型驗證，F(xiàn)PGA原型驗證，兩個階段的驗證是反復迭代、不斷重復的過程，從而更加快速有效的驗證嵌入式系統(tǒng)功能的正確性。

3 軟硬件協(xié)同驗證流程

軟硬件協(xié)同驗證有兩個主要作用：其一軟件開發(fā)人員在系統(tǒng)設(shè)計早期便能訪問硬件，其二為硬件設(shè)計在投產(chǎn)前提供額外的測試激勵。軟硬件協(xié)同驗證流程如圖3所示。

軟硬件協(xié)同驗證流程大致分為：系統(tǒng)集成前的IP/模塊級驗證，系統(tǒng)集成后的IP/模塊級驗證，系統(tǒng)集成后的系統(tǒng)級驗證，以及系統(tǒng)應(yīng)用驗證四個階段。

3.1 系統(tǒng)集成前使用測試向量的IP/模塊級驗證

驗證主要是針對IP/模塊的所有功能點的驗證，以及片上總線接口的功能驗證。對IP/模塊級的驗證主要使用HDL（硬件描述語言），開發(fā)Testbench（測試平臺）和Testcase（測試用例），給設(shè)計施加激勵并觀察其響應(yīng)來進行驗證，此處的平臺為系統(tǒng)集成前的測試平臺，基于該平臺能夠簡潔并全面的驗證各IP/模塊的所有功能點。此階段是系統(tǒng)設(shè)計驗證中最基本單元驗證，仿真驗證調(diào)試除錯手段豐富，容易添加測試激勵。

3.2 系統(tǒng)集成后使用測試程序的IP/模塊級驗證

主要驗證的對象是各IP/模塊的功能點，但是該階段的驗證環(huán)境是集成后的系統(tǒng)環(huán)境，并需要開發(fā)軟件測試程序，測試輸入是通過處理器執(zhí)行測試程序來完成的，測試結(jié)果的收集也是通過處理器來輸出到外設(shè)或其功能仿真模型，該階段的測試環(huán)境已經(jīng)接近實際系統(tǒng)工作環(huán)境。

3.3 系統(tǒng)集成后使用測試程序的系統(tǒng)級驗證

驗證的重點不再是各IP/模塊的某個功能點，而在于通過整個系統(tǒng)的運行來驗證系統(tǒng)級特性，如模塊間的互操作性、系統(tǒng)互聯(lián)及流控制等是否正常，該階段測試環(huán)境與第二階段相同，只是測試重點不同。

3.4 系統(tǒng)應(yīng)用驗證

主要是指將系統(tǒng)置身于真實的環(huán)境中進行驗證，開發(fā)應(yīng)用程序，并按照系統(tǒng)應(yīng)用中的實際需求，對整個系統(tǒng)進行驗證。

4 結(jié)語

與傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法相比，軟硬件協(xié)同設(shè)計通過挖掘軟硬件之間的并行性，可以克服傳統(tǒng)設(shè)計方法中軟件開發(fā)滯后于硬件開發(fā)，軟件和硬件分開設(shè)計而帶來的弊端，使整個設(shè)計過程能夠合理高效。隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，EDA工具對軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)的支持將越來越多，軟硬件協(xié)同設(shè)計技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的作用也將越來越重要。

參考文獻

[1]張玢，孟開元.H.264編解碼器軟硬件協(xié)同設(shè)計與驗證技術(shù)研究[D].西安：西安石油大學，2011.