参数化设计十篇

参数化设计篇1

关键词：参数化；建筑设计；要点分析；研究探讨；建议措施

我国的参数化建筑设计思想尚未成熟，但在很多的大学中开始了参数化设计的教学课程，如华南理工大学、东南大学和清华大学等，将在课程中讲授关于参数化软件学习、参数化建筑设计思想和参数化建筑设计实践的内容等。现在很多设计院也开始了参数化建筑设计，因此，利用参数化建筑设计理念进行建筑的设计，是未来建筑设计的方向，必须要加大对该设计方式的研究，提出更可靠的设计方案为建筑设计服务。

一、研究参数化建筑设计的目的和意义

参数化建筑设计是将建筑设计作为一个整体的复杂性系统，在系统中国存在众多的内在因素和外部因素，分析其内在和外在因素之间的联系，并通过研究后制定出数字化的图解，然后依据计算机技术来模拟出建筑形态。第一，在参数化建筑设计中，必须要针对建筑形式来制作参数化模型，依照建筑设计中的各种参数，在这些建筑元素中，有的可以直接获得，有的可以通过调查和推理求得。同时要对设计因素进行筛选，锁定主要的设计因素。第二，在参数化建筑设计中，很多参数都是随时间的变化而变化的，由此会出现不同的形态。所以，必须要根据设计的雏形来分析其建筑的交通、建筑功能、建筑性能和疏散性能等方面的内容，找到对优化的方案，并加以完善和处理，制定最优策略。第三在参数化建筑设计中还有可能出现矛盾问题，例如在群体之间的利益矛盾，或者计算机形态和实际需求之间的差异。

利用参数化建筑设计可以为建筑选型提供更多的选择性，加强了计算机的全面性，并将计算机的设计信息融入到了设计思想中，提高了设计的效率和质量。采用模糊物元的分析法，根据设计的目的来取定衡量建筑的标准，采用定量和定性的方式相结合，得到参数化建筑多解的建筑方案，体现了其优越性和准确性。同时可以利用参数化建筑的设计思路来处理建筑中的矛盾和冲突，建立建筑模型时也可以实现可拓性，在参数化建筑中实现可拓思维。

二、参数化建筑设计的特点

参数化建筑设计是一种新型的建筑设计理念，其不同点在于不但要考虑建筑技术的变革，还要考虑建筑设计思想的改变，其中主要特点体现在：

1.基于过程的设计思想

参数化建筑设计是一个动态的发展状态，不单单是作为一个成果而存在，更重要的是要体现建筑设计中的瞬间动态，体现设计过程的思想和理念，让设计者在设计过程中有更多的选择性。

2.自下而上的设计方式

一般的建筑设计会采用自上而下的设计方式，而参数设计是利用由下到上的设计方式，通过对建筑总体的构架和整理，然后勾勒出建筑的框架，然后考虑每个细节，符合了自下而上的逻辑思想，建立了关联性规则。

3.人机互动的设计模式

计算机的一种重要的用途就是在建筑设计中实现人机互动，将计算机的运算能力来替代人力思维，辅助建筑设计，并通过计算机的设计条件来分析数字模型，利用计算机语言来表达建筑所需要的形态，是人力思维的补充。

4.动态可控的设计成果

采用参数化建筑设计可以让建筑设计更灵活，可控性更强，当设计条件发生改变时，就会很容易的通过更改参数来达到目的。

三、参数化建筑设计的流程

1.调查场地并整理设计条件

2.监理参数化模型，并生产建筑雏形

3.修整雏形

4.完善建筑的形态

5.设计结果进行性能检验

四、参数化建筑设计软件

1.参数化软件是计算机跟非线性科学相结合的产物，是在非线性科学对非线性对象的研究基础上实现的。而参数化软件作为线性研究的产物，反映的是被线性所认识的非线性对象，而却只存在很少的非线性对象；

2.参数化软件可以作为一种基本的线性软件被建筑师所使用，即便是参数软件本身再复杂。

五、建筑师

1.建筑师采用参数化软件进行建筑设计，将参数设计作为一种基本的工具来使用，没有发现建筑中的线性问题等，更谈不上利用软件来解决线性问题等。所以，其利用参数化软件仅仅是使用其技术性能，设计思想也局限于参数化的建筑设计，类似于参数化软件来设计的美术品和工艺品等。

2.现在很多建筑师采用参数化建筑设计，发现了非线性和线性的问题，但利用软件可能无法处理，但利用其它的解决方式同样可以解决。

3.建筑师可以认真学习参数化设计软件，明确非线性的问题原理，用原理来分析和解决问题。利用参数化软件来解决非线性现象，归根到底还是进行科学的探查和学习。

4.建筑师利用参数化设计思想来进行设计，或者是解决非线性问题，其本质还是处理线性的过程，反映了设计的思想和蓝图，建筑工人也可以接受其思想，并按照其设计思想和要求进行建造，在发现问题的同时可以利用软件的设计思想来修整。

六、参数化建筑设计

1.参数化建筑设计主要指的是利用工具来进行设计，通过参数软件来制造出具有参数性质的建筑。其实参数建筑仅仅是特定事情的建筑称谓，并不代表某某性质的建筑。跟通过普通计算机技术和传统纸笔工具来设计的建筑性质是一样的。

2.非线性建筑其实是因为建筑中对于非线性问题的发现、分析和处理而得到的结果，在很大程度上更接近于自然建筑，存在非线性的特征。其非线性建筑的实质是物质的实体部分，最终还是根据线性的指导思想来施工和完成的产物。

3.线性建筑跟非线性建筑是相对的概念，非线性是自然的产物，而线性注重的是“人造、人工、人为”的概念。所以，参数设计应该是线性建筑的产物。

4.参数化建筑设计中逆向思维如下图所示：

5.参数化建筑设计的信息复合元

参数化建筑设计信息在实际中处理时有些复杂，其中涉及到到信息物元、关系元和事元等，其间存在某种特定关系。因此需要通过设计信息的复合形式来表达其思想，下面针对设计信息物元和事元做重要分析：

参数化建筑设计中有时人的心理观念和思想会受到的周围环境影响和限制，分散或者影响了人的注意力，使人的心理发生扭曲和转变。限制人的心理空间的因素除了人本身的特征还存在材质、颜色、形状、体重等因素。

例如：M中元素包括：高程建筑物的周边环境，材质为氟碳漆；

高度为90m；颜色为灰色；形状为长方体；跟场地的距离为30m。

扭动弯曲的施动对象为上述M中的元素，接受对象为人的心理空间；程度较强；作用方式主要是通过心理作用。

结束语

科学技术不断发展，尤其是计算机技术的进步，使得现代建筑设计中开始采用参数化建筑设计理念，真正的实现建筑和自然之间的能量和信息的交流和转换。参数化建筑设计的成熟应用，不但提高了设计的效率，还赋予了建筑设计新的思路和内涵。利用参数化建筑设计可以为建筑选型提供更多的选择性，加强了计算机的全面性，并将计算机的设计信息融入到了设计思想中，提高了设计的效率和质量。

参考文献：

[1]赵亮宇. 参数化建筑设计的理念及实践研究[D].东北师范大学，2011.

[2]游猎. 可持续策略下的参数化建筑设计研究[D].天津大学，2012.

[3]袁大伟. 基于参数化技术的建筑形体几何逻辑建构方法研究[D].清华大学，2011.

参数化设计篇2

【关键词】参数化设计；UG；罗茨鼓风机

1、引言

UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设计与计算机辅助制造）系统，它功能强大，是一个可视化的系统，我们通过一系列菜单与UG进行通讯，整个编程过程我们始终与零件的可见模型交互，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。

罗茨鼓风机是一种容积式的气体增压与输送机械，因其结构简单、安装灵活、输送介质不含油、在使用压力范围内排气量几乎不变等优点，已广泛应用于经济建设的各个行业。叶轮是罗茨鼓风机的核心部件，叶轮设计的好坏关系到整机的工作性能（包括耗能、噪声等）和使用寿命。罗茨鼓风机叶轮的曲面是渐开线曲面，由于尺寸较大，设计叶轮参数需要大量复杂的计算，设计周期长，而且很难保证转子的正确啮合和运动的平稳性。

应用UG通过输入叶轮不同段的参数方程，自动绘制出复杂的叶轮齿形， 并进行三维实体造型，再利用UG软件中建立族表的命令，便可以方便地得到同类型一系列叶轮的三维实体造型，提高了设计效率，对实际工程设计具有积极的参考价值。

2、UG参数化设计

参数化设计是将原有设计中某些尺寸，如定形、定位或装配尺寸定义为变量，修改这些变量的同时由一些简单公式计算出并变动其他相关尺寸，计算机根据这些新的参数值自动完成产品设计。参数化为产品模型的可变性、可重用性、并行设计等提供了手段，使用户可以利用以前的模型方便的重建模型，并可以在遵循原设计意图的情况下方便地改动模型，生成系列产品，大大提高了生产效率。

2.1建立表驱动

在UG中可以把叶轮曲面的系列尺寸完整地建立在电子表格中，形成一个叶轮的曲面数据库，这样做对于此数据库的管理、编辑和扩展都很方便。具体地说，可以任意修改表格中的某一个或某些数据、增加一组新的叶轮的曲面数据、增加设计变量等等，最终产生使用同一实体模型的系列叶轮的曲面三维模型，如图1-1。

2.2渐开线曲面生成

通过参数化设计，添加渐开线参数数据，并设计出渐开线曲线。通过拉深建模生成实体，如图1-2所示。

3、UG编程加工

加工中心编程软件有很多种，但使用UG编程自有它自身的特点：

（1）设计和编程在同一软件内完成，不用图档（资料）转换，省略了很多工序，避免出错；（2）拆电极不但方便快捷，而且十分直观，要加工哪里，加工多少，电极是什么样子，一目了然；（3）单独取出加工，非常方便。刀路实体模拟，让你对刀路看得更清楚，看得更明白，如图1-3所示。

4、结束语

基于UG罗茨鼓风机叶轮曲面的参数化设计， 通过输入叶轮不同段的参数方程，能自动绘制出复杂的叶轮齿形，并进行三维实体造型，同时改变一些参数就能方便地得到同一类型的系列产品，易实现产品系列化，大大提高了设计效率和设计精度，解决了常规设计方法很难或无法实现的一些问题，并通过UG的数控编程使得设计编程一体化，方便了生产加工。

参考文献

[1]王宁.罗茨鼓风机转子型面数控加工技术的应用.风机技术，1994（6）：22～23

[2]苏春模.罗菠鼓风机及其使用[M].长沙：中南工业大学出版社，1999.

[3]彭文生，李志明， 黄华梁.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2002 .

参数化设计篇3

关键词：参数化设计 产品形态 逻辑构成 结构构成肌理构成

中图分类号：TB47

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2016）02-0024-02

参数化设计目前在现代设计中的应用比较广泛，在各类造型领域的探索中，建筑行业的应用已经取得了较为显著的成绩。随着技术的不断进步，参数化设计的应用面在不断扩大，逐渐由建筑领域扩展到其他领域，初步展开在产品形态设计中的应用，并出现一些相关设计作品，但对于设计方法和应用路径的研究还不完善。基于应用路径的研究一定程度上对推动设计创新具有重要的现实意义。

1 参数化设计概述

参数化设计其实就是参变量化设计，即把设计参变量化，每个参变量控制或表明设计结果的某种重要性质，改变参变量的值会改变设计结果。

参数化设计的最大特点表现在参数的即时调节和与之相对应数字模型的即时反馈。在参数化设计系统中，不变参数通过一定的逻辑规则形成设计基础，再通过可变参数的数值调节进行方案的调整和优化，最终生成设计结果。在这个过程中，各种影响因素被数据化和关联化，并通过规则和逻辑贯穿在一起。参数化的这种可变和易于调节的特点，使设计变得更加方便和灵活，设计师只需要调节规则逻辑中的参数就能迅速调整方案的呈现效果。参数化设计的运用可以在短时间内生成一系列方案，设计师或用户可以根据设计要求或审美经验进行方案选择，这在一定程度上带来更为丰富、多变的体验，促进基于互联网的个性定制的发展和完善，为设计行业带来新的活力。

2 参数化设计与产品形态设计

数理逻辑又称“符号逻辑”，是一门用数学方法研究思维的形式结构及其规律的学科。数理逻辑在形态塑造中的运用能够体现比例与尺度、对称与均衡、节奏与韵律、统一与变化等形式美法则。从古至今，一些简单而经典的数理逻辑被广泛运用到设计当中，最为人们熟知的就是黄金分割比，古代的埃及金字塔、印度泰姬陵到现代苹果公司的很多产品设计都以黄金分割比为内在逻辑，这些设计无不被人奉为经典。

当代，计算机技术的快速发展与3D打印技术的进步，使复杂数理逻辑的呈现成为可能，参数化设计便是其中之一，其作为一种新的设计方法在现代设计中的探索极为引入注目。尤其在产品形态设计领域，参数化设计使原来不可能实现的复杂结构与形式得以呈现，形态的内在数理逻辑性使产品展现出变化丰富、充满律动的形式美感，既能丰富产品的视觉呈现效果，又可以满足用户的个性化需求。参数化设计正逐渐应用于产品形态设计中，并呈现出一个新的发展潮流“。

3 参数化设计在产品形态设计中的应用路径

参数化设计在产品形态设计中的应用主要表现为逻辑构成形态、结构构成形态和肌理构成形态三个方面。

3.1 逻辑构成形态

逻辑构成形态是指以符合或接近数理逻辑关系的规则塑造的形体，着重强调形态的逻辑性。参数化的产品逻辑构成形态设计的基本流程如下：（1）确定设计目标；（2）找出对设计目标具有影响的各类因素，将这些因素转化为有效的参量，通过研究和逻辑推理，确定参数之间的基本关系；（3）运用某种规则系统（即算法）构筑参数关系，逐步实施算法生成产品的设计原型；（4）通过对算法中关键变量的调整，生成海量方案，这一环节如果达不到理想效果，则返回去进一步修改算法，进行新一轮的实施和迭代，从而得到另一类可能性，在算法的反复实施和迭代中生成理想的设计结果；（5）设计师或用户在生成的一系列方案中进行方案挑选。整个流程可以概括为：设计目标――参量设定――算法构建――参数调整――评价――确定。

例如由美国设计师Matthias Pliessnig为私人客户所设计的阿玛达长凳（图1），是参数化的产品逻辑构成形态设计的一个典型案例。其设计目标是一个贯穿空间的宽大流动的长凳，设计师首先运用曲线干扰、细分等规则营造一个高低起伏、凹凸有致的流动效果，构造出长凳的设计原型；其次通过对整体尺寸、细分次数等参数数值的调节，生成一系列的形态结果。最后根据自己的经验、审美或脑海中的预想等进行方案评估和挑选，得到令人满意的视觉形态。

3.2 结构构成形态

对于参数化的产品结构构成形态设计，一方面可以通过相关参数化软件对现有产品进行拓扑优化，以达到某种经济或生态效益；另一方面也可以运用参数化设计方法研究及模拟自然界和传统人工物中的结构，赋予产品以新的结构形式。

3.2.1 拓扑优化

拓扑优化算法主要用于结构优化。基于设计目标的拓扑优化可以将材料均质的模型优化为材料在空间中的最佳分布模型，也可以从力学角度出发对原有产品模型进行拓扑变形，通过这两种方式的反复迭代优化，最终产生一种新的结构形态。可以总结为：设计目标――力学分析――变形优化――评价――确定。

例如德国设计师Marco Hemmerling和Ulrich Nether设计的这款衍生椅（图2），即是参数化的产品结构拓扑优化的典型案例。其设计目标是在原材料减少的同时保证座椅的稳定性及舒适度。设计师在设计构建时主要采用有限元建模软件，对座椅的结构性能、材料特性、人机工程学数据以及生产加工工艺等参数进行综合分析，并通过反复迭代，生成一个最优化的方案模型，最终呈现的是经过计算机逻辑运算之后的结构，亦是座椅的最终形态。衍生椅设计通过参数化软件的运用，在功能优化的基础上，实现了产品的形态创新和制造的经济性。

3.2.2 结构模拟

大自然中的诸多结构不仅具有科学的力学法则，并且拥有和谐的美感，前人通过学习、模仿和研究自然界中的生物结构，创造了很多优秀的人工结构，流传至今。参数化的产品结构构成形态设计的另一种方式就是研究自然界和传统人工物中的结构，将影响产品及结构构件的要素转化为多个参数，设定模拟算法，并进行优化与创新，在反复迭代中生成最终的结构形态。即：设计目标――研究现有结构――模拟优化――评价―确定。

例如荷兰Studio Drift工作室设计的可以动态变化的吊灯――TheShylights（羞羞灯）（图3），便是通过对自然界中优秀结构的模拟，所实现的产品创新。绽放是花最美的瞬间，然而到了夜间，美丽的花朵便害羞般的闭合起来，The Shylights（羞羞灯）正是模拟花瓣盛开和闭合这两个动作，即垂下绽放时灯具打开，向上收缩时灯具关闭。其设计的关键是利用参数化软件模拟花的开合，为灯具制作了可伸缩并极其精密的机械骨架，以此生动地呈现花朵绽放时所展现出的自然生命力。

3.3 肌理构成形态

肌理是物体表面组织结构的表现形式，是产品形态的重要组成部分。参数化的产品肌理构成形态设计的基本流程如下：（1）确定设计目标；（2）找出影响特定产品肌理设计的各种因素，将其转化为参（变）量，并基于对这些参（变）量的分析确定具体的设计元素；（3）设定该元素自身的变化及组合逻辑（算法），通过算法的逐步实施构造出设计原型；（4）确定变量，调节变量数值，推敲方案；（5）通过对参数的综合调节进一步优化方案，并在比较的基础上挑选最终效果。该流程可以概括为：设计目标――确定设计元素――基于元素的变化及组合逻辑（算法）构建――变量数值调节――评价――确定。

例如由马萨诸塞州的Nervous System实验室设计的Hyphae Lamps（图4），是参数化的产品肌理构成形态设计的一个典型案例。HyphaeLamps是系列化的有机台灯设计，以自然界中的生物生长规律为元素，设定生长算法，从最初的种子和一个基面，通过节点的不断分支与合并，生长为一个有机的镂空网络。同时，算法可以随着参数数值的调整而发生改变，每个灯都是基于这些类似算法而单独种植的，因此，这一系列有机台灯中的每一个都是独一无二的，其自然化的肌理可以通过LED灯向墙上或天花板上投射独特的图案，创造一种空灵和有机的氛围。

4 结论

参数化设计篇4

建筑的参数化设计是设计人员根据不同的工程关系及几何关系制定不同的设方案［1］。为了满足设计要求，不仅需要考虑初始的工程参数及尺寸，还需要保证这些基本关系在设计参数发生改变时不会受到影响。参数主要分为两类:一是尺寸值，又称为可变参数;二是各元素的空间几何信息，又称为不变参数。参数设计的本质就是在可变参数的作用下，系统时刻保证不变参数保持不变。参数化设计只是解决建筑问题的手段，并不局限于某一具体的建筑类型。本文系统地探讨了高层建筑的复杂性与参数化设计理论的关系，并对参数化设计在建筑设计中的应用作出了详细的介绍。在当代建筑中，非线性形态的建筑占绝大多数，非线性形态建筑具有较为复杂的特性，传统方法很难解决其中的设计问题。由于参数化设计技术的优越性，它能很好地适应非线性形态建筑的设计需求。因此，参数化手段也能用来进行普通形态的建筑设计，并且还能很好地解决和优化传统方法中存在的问题。

2高层建筑参数化设计理论与发展

2.1高层建筑的复杂性与参数化设计

高层建筑参数化模型不仅体现了建筑系统的特征，还对高层建筑的复杂性做了充分的诠释。在过去设计辅助工具有限，大部分建筑师只能在脑海中思考建筑设计的方案，在草图上进行绘画，也只能是脑海中思考的片段。因此，高层建筑的复杂性在创作过程中有较为明显的体现，建筑师在设计过程中难以得到明白的认知。参数化设计可以很好地诠释建筑的复杂性，具体体现在两个方面。

1)参数化设计的设计过程是可视的。利用参数化设计技术，建筑设计过程中的所有设计元素及将这些元素关联在一起的设计逻辑都能直接地反映出来。这种直观的设计过程，形象地展示出了高层建筑中数量庞大、种类繁多的各个“个体”，以及各个“个体”之间错综复杂的逻辑关系，使得高层建筑的复杂特性能被清楚地认识。

2)参数化设计对高层建筑复杂性的诠释也表现在其对建筑形式的变化上。参数化设计技术具有设计模型数据化的特点，建筑设计人员能通过模型，大胆地尝试各种建筑造型，进行模拟，并解决在实际建造过程中可能出现的问题。

2.2高层建筑参数化设计方法的两种趋势

1)以复杂性科学理论为基础的趋向。随着计算机技术水平不断提高，使得建筑师们对高层建筑的复杂性及矛盾性有了更新的认识，许多设计师在实践作品中秉承复杂性理论，表达出建筑的矛盾与冲突［2］。但是，人类脑海中的想象毕竟有限，对复杂性的表达无法做到对建筑复杂性的完整诠释。参数化技术则不同，它首先设置好初始参数，而后添加影响因素，并设置生成逻辑，在参数化程序中最终形成图形信息。这种图形资料有建筑的形态雏形，也有平面的构图关系，存在许多形式的结果，是诠释建筑复杂性的可行之径，是进一步深化设计的依据。复杂性学科广泛蕴含于建筑设计的方方面面，这使得建筑设计师在进行参数化设计实践时，出发点具有多元化的特点。从哲学的角度出发，建筑师可以利用参数化设计工具合成具有哲学寓意形式的建筑;从复杂外形的角度出发，设计师又可以利用参数化设计工具直接生成复杂的建筑形态。无论从怎样的目的出发，参数化设计工具这样多样化的应用，都极大地促进了它与建筑设计的联合发展。因此可以说，以复杂性科学理论为基础的参数化设计技术是未来高层建筑参数化设计的主要趋势之一。

2)作为普适性设计工具的趋向。高层建筑的参数化设计的另一趋向是将其作为优化过程，在建筑设计过程中对建筑设计问题进行解答，以更加合理的方式处理传统建筑设计中凸显出的难以解决的工程问题。这种高层建筑的参数化设计技术，主要是对已形成的设计雏形进行修改，较少运用于对设计概念的直接生成。

3高层建筑参数化设计发展展望

参数化设计篇5

齿轮作为各种机械传动设备中的重要装置，具有传动平稳，承载能力强等优点，有着非常广泛的应用前景。但其结构复杂，设计计算困难，为了提高设计效率，增加竞争优势，实现齿轮的三维参数化精确建模显得尤为重要。

[关键词]直齿轮 参数化 Pro/E

中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）07-0044-01

1、引言

渐开线齿轮作为各种机械传动设备中的重要装置，具有传动比大、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长等优点，广泛应用于机械、船舶、航空、电力领域[1]。随着大批优秀的三维CAD软件纷纷涌现，一般机械零件的三维设计对普通工程师来说已经不再是困难的工作。但是对于渐开线齿轮，由于其齿廓的复杂性，一般设计者在CAD中很难精确造型，继而影响到后续齿轮加工的操作。CAD参数化设计的理念正式解决这一问题的有效途径。计算机辅助设计的广泛应用以及计算机硬件和软件技术大大提高了模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发反面都具有较大的应用价值。

2、国内外研究进展

目前采用CAD进行3D设计已达到了70%～89%，Pro/E、UG、Catia，I-Deas等软件的应用很普通。应用这些软件可完成3D设计，还可以进行转配干涉的检查，保证设计和工艺的合理性。近几年来国内外先进工业国家对CAD/CAM技术的开发非常重视，在其开发上投入了很大的人力和物力。目前国际上流行的三维CAD软件如下：Pro/E系统是美国PTC公司推出的三维CAD/CAM软件；Catia系统是法国达索飞机公司与美国IBM公司合作开发的CAD系统；UGNX是美国UGS公司的CAD产品，该软件首次突破传统CAD/CAM模式，为用户提供了一个全方面的产品建模系统，它优越的参数化和变量化技术与传统的实体、线框和表卖弄功能结合在仪器，几乎是CAD/CAM用户的首选软件。

我国在软件和设备方面的发展一直比较缓慢，直到进入21世纪以来，我国的计算机行业有了突飞猛进的发展，正是因为这样，我国的CAD技术才有了进一步发展的空间。在现代制造业舞台上，生产效率、成本、规划管理无不和生产技术相关，因此，CAD技术的开发直接关系到产品的设计、生产、维修等工作的速度和效率，显得尤为重要。在产品的设计和装配阶段，一般采用二维制图和三维造型。尤其是三维造型，以其直观、能直接转化成二维工程图和模拟装配等优势在现代工程设备的设计方面有着绝对的优势。

参数化设计是近几年发展起来的先进造型技术，它是CAD技术应用领域内的一个重要的、需要进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，来对产品进行合理的设计，从而大大提高设计速度，并减少信息的存储量，而且有助于减轻设计人员的工作强度。参数化建模技术是CAD的核心技术，是新一代继承化CAD系统应用研究的热点理论，也是齿轮参数化造型的基础理论依据，对齿轮建模和系统设计起着指导性作用。另外，研究国内外齿轮CAD参数化设计的发展状况，可以借鉴前人的研究成果，对齿轮的参数化研究有一定的指导意义。

3、Pro/E参数化建模思想

3.1 Pro/E概述

Pro/E引入了参数化设计思想，大大提高了设计灵活性。根据参数化设计原理，绘图时设计者可以暂时舍弃大多数繁琐的设计限制，只需抓住某一个典型特点绘出图形，然后通过向图形添加适当的约束条件来规范其形状，然后修改尺寸数值，经过系统再生成后即可获得理想的图形，这就是重要的“尺寸驱动”理论。

用Pro/E进行参数化设计，主要是用到Pro/E中的程序（Program），这种程序不同于我们一般计算机程序（如C语言程序、BASIC语言程序）。它是一种相对非常简单的程序，它只是用一些简单的input、if -else等少数语句，对在零件或组件设计过程中Pro/E系统自动产生的信息进行编辑。Program是自动化设计的一项重要工具，使用者可以通过非常简单的程序语言来控制特征的生成与否、尺寸的大小、零组件的生成与否、零组件的显示、零组件的个数等。可以利用问答式的方式输入参数等信息从而得到不同的几何尺寸或几何形状，以完成产品设计的要求。Pro/E软件是比较理想的参数化造型软件。

3.2 基于Pro/E三维模型的参数化设计原理

在零件的三维设计中，由于三维模型的创建要涉及到草图、基准、曲面和实体等各类特征，直接用程序生成三维模型十分困难，参数化程序的设计必定十分繁琐和复杂。基本原理就是采用三维模型与程序相结合的方法，三维模型不是由程序创建，而是利用交互方式生成，在已创建的零件三维模型的基础上，进一步根据零件的设计要求，建立一组可以完全控制三维模型和大小的设计参数。其原理主要包含了2个部分：参数化三维模型的建立和参数化程序设计。建立零件的三维参数化模型是实现二次开发的关键，参数化程序在已创建的零件三维模型的基础上，针对该零件的设计参数进行编程，实现设计参数的检索、修改，然后根据新的参数值生成新的模型。

3.3 交互式三维模型样板的建立方法

在Pro/E环境中用人机交互的方式建立三维模型样板。模型样板的创建方法与一般的三维模型相同，只是在建立模型的过程中，要加入外部设计参数和约束关系。设计参数分为2种情况：（1）与其他参数无关的独立参数；（2）与其他参数有关的非独立参数。前者用来控制三维模型的几何尺寸和拓扑关系，后者可以用独立参数为自变量的关系式表示。所以建立普通模型以后首先使用“Parameters”命令添加参数，然后利用“relations”关系式功能创建新的关系式，使Pro/E自动创建的约束参数名与设计参数关联。系统的约束参数命名是由Pro/E系统自动创建的，其值控制三维模型的几何尺寸与拓扑关系，与用户建立的参数无关。要使用户建立的设计参数能够控制三维模型，必须使二者关联。主要有2种方法：（1）在创建或修改特征需要输入数值时，直接输入参数名。如在草图中标注或修改尺寸值时用参数名代替具体数值。（2）利用Pro/E的关系式功能创建新的关系式，使Pro/E系统自动创建的约束参数名与设计参数关联。

3.4 齿轮参数化的实现

通过这种方法建立的渐开线直齿轮模型，既可以保证渐开线齿廓的正确形状又可以使齿轮的尺寸、形状根据输入参数的改变而发生相应的变化。当齿轮的参数化造型完成后，一旦改变齿轮的驱动参数后，所设计的齿轮将按照新的驱动参数立即发生相应改变，即再生出新的齿轮模型。所建立的参数化直齿轮模型，只需输入一些关键的参数（如齿数、模数、压力角等齿轮基本参数）。根据这些参数就可以自动生成新的齿轮模型。利用此参数化齿轮模型处理建模的重复性工作，因而可极大地提高分析效率，降低成本。

4、总结与展望

利用大型软件Pro/E Wildfire 3.0来实现圆柱直齿轮的三维参数化造型，可通过改变齿轮的一些基本参数，生成相应的齿轮，达到设计要求。具体章节安排如下：

1.渐开线齿轮数学模型。深入讨论了渐开线成型原理，主要包括渐开线方程及特性以及直齿圆柱齿轮的几何尺寸的计算。这是Pro/E参数化建模的理论基础。2.渐开线直齿轮的参数化造型。介绍了Pro/E参数化建模思想，利用方程输入对齿轮渐开线进行设计。3.通过程序中的关系对参数进行限制，使得个参数之间相互联系，完成齿轮参数化建模设计。

现在，中国的计算机辅助设计和制造正不断走向成熟，以CAD/CAM核心技术为基础，完成产品的虚拟设计、虚拟装配、虚拟制造、仿真分析等各环节，最大程度的发挥工业软件的作用，我们相信，在不久的将来，制造业将会在信息时代迎来新的辉煌。

参考文献

参数化设计篇6

关键词：电梯；3D 设计；参数化

中图分类号： TU857文献标识码：A 文章编号：

在激烈竞争的市场环境中，很少有公司能够自己设计、生产所需的所有产品零部件。在公司内部，也很少由一个设计工程师设计所有的产品零部件。为加速产品的上市过程，产品往往基于以往的设计进行改型，并大量使用标准的外购件，以降低重复设计成本并节省时间。为提高客户满意度并降低材料成本，尽可能优化设计方案，产品的更改必不可少。为了保持优势，超前的研发投资和知识保护变得尤为重要，而企业的设计过程离不开数据的管理。所以，与单一零件设计相比，工程师面临的更大挑战是如何在计算机中高效地协同设计和仿真虚拟的产品，如何有效地管理产品设计中所产生的大量数据，并能在有限的硬件资源上进行这样的操作。设计工程师需要3DCAD系统提供更高效的装配设计、仿真和管理功能。 在许多世界级大企业中，被广泛应用的计算机辅助三维设计(CAD)的高端主流软件SolidWorks的装配模块，就采用了虚拟装配技术，即便是在产品设计的初期阶段，所产生的最初模型也可放人虚拟环境进行实验，可在虚拟环境中创建产品模型，使产品的外表、形状和功能得到模拟，而且有关产品的人机交互性能也能得到测试和校验，产品的缺陷和问题在设计阶段就能被及时发现并加以解决。一、虚拟装配的实施方案和步骤 虚拟装配是新兴的虚拟产品开发研究的重要内容。采用虚拟装配技术，可在设计阶段验证零件之间的配合和可装配性，保证设计的正确性。随着社会的发展，虚拟制造成为制造业发展的重要方向之一。而虚拟装配技术作为虚拟制造的核心技术之一，也越来越引人注目。虚拟装配的实现，有助于对产品零部件进行虚拟分析和虚拟设计，有助于解决零部件从设计到生产出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本及优化产品性能等目的。根据电梯产品设计的特点，其装配要求很高，对其安装有一系列安装与检测国家标准，所以在虚拟安装设计时，要求零件精度很高，特别注重装配顺序、装配关系，对装配结果要做干涉检查等。因为电梯产品零部件很多，为快速设计，对有些是外构件，如绳轮组件、限速器组件等。在装配过程中，只需知道其外部形状及装配关系即可，还有些是标准件、通用件，如六角螺栓、槽钢等。像此类零部件可统一设计在库里，以求工程设计人员都能调用，提高效率。二、零件3D参数化设计技术 机械产品的3D设计，主要包括产品零件的3D建模与设计、虚拟装配与干涉检查、关键零部件的结构有限元分析与优化、2D工程图的转换和参数标注等。三维参数化设计软件的思想，是零件尺寸的参数驱动，即在设计零件之初，只要给出零件外形轮廓，后续只需通过简单的表达式来给变量赋值，定义几何尺寸。SolidWorks不仅记录了建模过程中的尺寸定义，而且将整个建模过程中的特征操作，完整地记录下来，只需给尺寸变量赋值，就可以实现模型更新。当然，参数化设计也是要遵循一定规律的，并不是针对任何零部件都可以进行参数化设计，只有结构尺寸相对标准化、系列化，国标或厂标对其有准确描述的零件，才可以进行参数化设计。例如电梯主机部件中所使用的各种垫片、螺钉、螺母、轴承以及齿轮等部件，就完全可实现参数化设计。利用SolidWorks简单、快速的建模功能，在最短时间里按照客户提供的外部接口尺寸和性能要求，设计出合适的零件。三、基于特征的产品虚拟装配设计 电梯运行的质量，取决于电梯的安装质量，而主机机房单元的安装，在电梯安装中占有重要地位。

四、3D 参数化方法优势

目前，电梯行业的产品图纸主要还是以 2D 图纸为主。2D 图纸的一个特点是彼此之间不存在关联。譬如，部件 A1 下的零件 B1 需要维护时，A1 和 B1 的图纸需要逐一修改；参考 A1、B1、C1 进行新品设计 A2、B2、C2 时，A2、B2、C2 的图纸也需要重新绘制；当 A1、A2 等逐渐形成部件族后，若进行共性的改进，操作也是机械而重复的。

就是将设计要求、设计原则、设计方法和设计结果用灵活可变的参数来表示，以便根据实际情况随时加以更改。在 CAD 中，要实现参数化设计，参数化模型的建立是关键。参数化模型表示了零件图形的几何约束和工程约束。几何约束包括结构约束和尺寸约束。结构约束是指几何元素之间的拓扑约束关系，如平行、垂直、相切、对称等；尺寸约束则是通过尺寸标注表示的约束，如距离尺寸、角度尺寸、半径尺寸等。工程约束是指尺寸之间的约束关系，通过定义尺寸变量及它们之间在数值上和逻辑上的关系来表示。在参数化设计系统中，设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。

要满足这些设计要求，不仅需要考虑尺寸或工程参数的初值，而且要在每次改变这些设计参数时来维护这些基本关系，即将参数分为两类：其一为各种尺寸值，称为可变参数；其二为几何元素间的各种连续几何信息，称为不变参数。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数。

因此，参数化模型中建立的各种约束关系，正是体现了设计人员的设计意图。参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计及相似设计方面具有很大的应用价值。而在电梯领域，无论是零件还是部件，恰恰都很容易形成高度近似的族，即彼此间的“参考”十分显著。其特点是，同一类的零件，其特征的有无有相似性，而特征的数量、数值和位置往往是变化的；同一类的部件，其零件的数量配置和装配关系有相似性，而零件的具体选型是变化的。这就希望零部件的模型具有易于修改的柔性，并且在部件中能够很方便地实施零件的替换。与 2D 图纸方法相比，使用 3D 参数化方法进行初次设计时，零部件对象的数量（部件 A1、零件 B1、零件 C1）是相同的，此外还必须实施参数化操作（据 A1、数据 B1、数据 C1），然后，以此为基础的参考设计和图纸维护就会便利许多。譬如，当需要参考“零件 B1”新设计“零件 B2”时，仅需人工编制一组新的“数据 B2”，即可自动实现由“零件 B1”到“零件B2”的变形；当需要对“零件 C1”和“零件 C2”进行共性修改时，仅需人工改动“零件 C1”的特征，而“零件C2”则可依据原有的“数据 C2”获得更新。这样，在进行 3D 参数化设计时，零部件间的“参考”关系就获得了有效的管理和运用。

五、3D 参数化方法示例

目前常用的参数化设计 CAD 软件中，主流的应用软件有 Pro/Engineer、NX、CATIA 和 Solidworks 四大软件，其中，NX 目前在传统的制造行业比如汽车、航空航天等行业上两软件占据绝对的市场份额。以下将以 NX 为例，介绍一些 3D 参数化方法在电梯设计中的示例。NX 的电子表格提供了在 MS Excel 或 Xess 与NX 间的一个智能接口

事实上，表格驱动的界面及机内函数为相关的参数化设计提供了方便而有力的工具。当一个部件被载入时，在 NX 的用户入口(Gateway)应用中，选择“工具”“电子表格”可存取Gateway 的电子表格。该电子表格与部件一起存储，可用于存储有关的非几何体数据。电子标的强大功能之一就是能够用来定义部件的变异，根据表格里可能的系列参数数据来更新部件。这种操作可以代替部件家族功能，生成家族成员部件，并赋予他们读写权限，还可以单独编译。除能够影响当前的工作部件之外，NX 的电子表格还能管理装配组合体。电子表格函数允许抽取部件的属性值，并将它赋予组件下级部件的电子表格，以产生由顶级装配决定的变异。也就是说，合理设计后的组件，即使包含了多层次多数量的下属零件，也

仅需要在唯一的顶级装配中调整参数，就能自动引起整个组合体的改变。以下是一组两块参数化设计的轿箱门板组件。

结语：综上所述，随着电梯产量的快速上升，客户需求的极度多样化，设计部门需出具的新增图纸、需维护的历史图纸的数量都在急速增长，各厂家大量宝贵的高知人力不得不羁绊消耗于此。如何升级设计手段，提高工作效率，是本行业共同面临的一项挑战。而寻找新型的设计软件，探索新颖的设计方法，或能成为一条可行的途径。在研究分析轴孔磨损的过程中，改变配合方式就能够降低轴孔磨损和轴振动；更换轴的材质或增加转轴的尺寸也能够很好的降低轴裂的发生率；轴承的损坏可以通过改变轴承类型来满足要求。

参考文献：

[1] 罗金桥，杨 波，邓楚南. 应用 UG NX 软件时间骑车零部件的参数化设计[J]. CAD/CAM 与制造业信息化，2006，(5):68-70.

[2] 田彧，王大军. 电梯轿箱结构模块化和参数化设计研究[J].机电产品开发与创新，2006，6（19）: 29-30.

参数化设计篇7

【关键词】KBE；主梁设计计算；装配草图

0.前言

本以通用桥式起重机的主梁为研究对象，根据主梁金属结构的系列化和标准化特点，在KEB环境中，以VB为开发语言，SolidWorks为开发平台，采用参数化设计技术、装配草图技术、工程图调整技术，实现了主梁的设计计算、详细设计、工程图绘制和工艺表制作的集成一体化，开发了主梁参数化设计系统。

1.知识工程（KBE）

主梁KBE知识库在选择合适知识建模工具的基础上，采用参数化设计技术、装配草图技术、工程图调整技术，利用编程语言，将设计标准、手册、专家经验进行计算机化、格式化和标准化，生成主梁计算模块、详细设计模块、工程图调整模块和工艺信息模块，并应用数据库技术对这些模块知识进行有效地集成和管理，最终实现主梁KBE知识库的建立。

2.主梁参数化设计系统开发

2.1 主梁参数化设计流程

根据企业设计现状与实际需求，将桥式起重机主梁参数化设计系统开发分为以下几个步骤：①分析主梁结构，归纳总结，对主梁进行模块划分；②依据主梁的模块划分，建立不同类型的主梁零部件三维主模型、工程图模板；③依据起重机设计规范、起重机设计手册、设计经验等，建立主梁简化计算模块；④确定主梁的驱动、从动参数与关联规则等，完成主梁详细设计模块的程序；⑤根据主模型，完成模型驱动模块的程序；⑥完成工程图调整模块的程序，更新工程图；⑦针对主梁的制造的工艺流程，建立主梁信息表模块；⑧将主梁设计知识、工艺要求、主模型融合在一起，建立系统所需的KBE知识库。该系统利用VB、Excel、数据库，在SolidWorks上进行二次开发的。

2.2关键技术

2.2.1主梁简化计算

主梁是桥架的主要受力部件，它在垂直载荷作用下，按简支梁计算。主梁计算十分复杂和繁琐，为了方便、快速地计算主梁，根据《起重机设计规范》、《起重机设计手册》，利用Execl编制了一个主梁简化计算模块。除了验算对主梁的强度要求外，还应检验主梁的整体稳定性、局部稳定性和刚度是否满足要求。其中局部稳定性主要考虑主梁翼缘板和腹板的局部稳定和加强问题。当起重机的工作等级为A6—A8时，还要对计算点④、⑤在载荷组合I情况下进行疲劳计算。当满足上诉所有要求时，表明设计师设计的主梁符合工程要求。

2.2.2零部件建模方法

为满足对零部件参数化驱动的要求，同时建立的模型必须包含产品的全部信息，因此零部件建模的模型要符合以下几点：

（1）建模的每一步应尽量简单，这样修改模型方便简单，并不易出错。

（2）零部件间有相互关联的尺寸，尽量使用方程式建立联系。

（3）零部件的草图必须完全定义，同时草图之间要相互独立，从而保证零件的正确更新和自身的独立性。

（4）尽量利用零部件草图与上一级的装配体草图建立定位关系，这样可避免由个别的零部件错位而造成的装配体紊乱问题。

（5）为了方便模型的管理，利用自定义属性对零部件模型所需信息的添加。

2.3装配布局草图

传统的装配方式有两种：自顶向下设计法和自底向上设计法。自顶向下设计法先从装配体开始设计，根据产品功能和初步方案，设计出初略的装配，然后对零件进行详细设计的过程。自底向上设计法是先设计好各个零部件，再根据设计要求，设计并装配成产品的过程。

这两种方法各有优缺点，本文采用自顶向下和自底向上相结合的设计方式，采用装配布局草图技术，首先利用自顶向下完成产品的初步设计，再自底向上完成零部件的详细设计，最后自顶向下的完成产品的所有零部件模型。在装配与设计过程中，所有零件之间的定位，都是采用零件自身的建模草图和三个基准面与装配布局草图的几何要素进行定位。这样的装配方式可以尽可能的避免因零部件更新或发生错误而造成整个装配体的混乱，同时可以充分利用计算机的优良性能，提高设计效率。

2.4系统功能模块

2.4.1主梁计算模块

主梁计算模块是根据输入的主要参数，如额定起重量、跨度、工作等级、小车估计重量、起重机运行速度，利用《起重机设计规范》、《起重机设计手册》、经验公式等，计算主梁所需的截面尺寸，及强度、刚度、稳定性问题。当起重机的工作等级为A6-A8时，还需计算疲劳强度。为了使设计人员更好更快地完成对主梁的计算，利用Excel和Access技术，将起重机设计知识融合在其中，完成人机交互式界面。这样设计师只要在Excel表中修改参数，就能实现主梁的快速计算。

2.4.2详细设计模块

在主梁计算模块中，只计算了主梁的主要截面尺寸是否符合设计要求，细节尺寸并没有给出，如吊攀尺寸、主梁端部弯板尺寸等。详细设计模块的主要功能是根据主要尺寸，利用VB和Access建立人机交互见面，完成主梁全部零部件的详细设计工作，所有参数根据与三维模型的约束规则存入数据库。

2.4.3模型驱动模块

模型驱动模块的主要功能就是在主梁三维模型的基础上，调用SolidWorks API函数，从数据库中读取参数，驱动主梁装配布局草图和零部件的约束关系，从而实现主梁零部件的驱动更新。

2.4.4工程图调整模块

当主梁主模型驱动更新后，其对应生成的工程图会发生紊乱，如视图比例不合理、视图漂移、尺寸标注悬空等。为使工程图整洁，符合实际生产的要求，需建立工程图调整模块来完成图纸的调整与美化。

2.4.5工艺信息模块

主梁的制造需要不同部门的协作，如采购部门需要采购主梁中的标注件；外协部门需要知道主梁中的那些零件本厂不制造，需要合作单位制造；金工车间需要知道主梁零部件的落料毛坯尺寸。工艺信息模块的功能就是生成各种工艺信息表，来满足各部门对完成主梁制造的不同需求。

3.实例应用

对系统进行运行演示。启动主梁参数化设计系统，运行主梁计算模块，输入基本参数，主梁进行简化计算，并将参数保存到数据库中。运行详细设计模块，选择主梁类型，在人机交互界面中完成主梁的详细设计。系统运行模型驱动程序，生成三维模型。运行工程图调整程序，对工程图进行调整优化。最后完成工艺信息表的生产，确认无误后，退出设计系统。

4.总结

本文以VB为开发工具，SolidWorks 2010为开发平台，对桥式起重机主梁进行研究，利用，在知识工程（KBE）的环境下，采用参数化设计技术、装配草图技术、工程图调整技术，最终开发完成了主梁参数化设计系统。大大提高了主梁设计速度和设计质量，节约了设计成本，增强了企业的竞争力。

参数化设计篇8

关键词 ro/Engineer；Pro/Program；参数化设计；典型零件

中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）45-0158-02

在传统设计中，设计者根据设计任务的要求，参考已有经验和资料，进行构思设计方案、建立设计模型、计算、分析、绘图、反复修改等过程，最后设计出满足要求的方案，并绘出图样和编制设计文件。在设计过程中，有创造性的思维劳动，有综合性的分析及判断，也有复杂的计算及精密的绘图等，工作量大，而且要做很多重复性的烦琐劳动，要由设计者来完成所有环节的工作，设计效率低。

产品几何信息与产品设计过程中信息的集成是CIMS发展的必经之路，在这过程中有一点是值得我们探讨的，那就是产品最终的设计结果怎样反馈回CAD软件中的初始设计几何模型，驱动其再生成为详细设计的最终模型。目前所采用的方法是由设计人员手动把设计结果一个一个通过键盘输入的方法，这种方法效率低而且容易出错，最重要是这种方法不利于信息集成。本项目的根本目的就是解决在CAD软件中存在的这一问题。本文研究的方法基于大型CAD软件Pro/Engineer，特别是使用了Pro/Program模块对典型零件进行参数化建模，参数化建模的一个显著特点是修改方便，因此就为零件乃至整个产品的自动化驱动更新提供基础。

1 CAD技术的应用

中国加入WTO后，制造业都面临着持续多变和不可完全预测的全球化市场竞争，竞争的核心是以知识为基础的新产品的竞争，企业必然十分重视新产品设计问题，因此，先进的设计技术必然成为先进制造技术的核心之一。先进设计技术离不开CAD技术，其已成为衡量国家科技与工业现代化的重要标志之一，成为企业信息化的重要技术基础，也是企业进入国际市场的入场卷。

1.1现阶段CAD系统存在的不足

制造业信息化的过程中，产品的数字化设计是关键环节，主要是进一步强化二维CAD的推广普及和三维CAD的应用。目前正在应用的机械CAD系统，就其功能确切地说，只支持机械零、部件几何形体的描述和显示，即仅能描述零件结构的几何信息，对于设计意图、功能要求、装配关系等非几何信息则无法表达，因此CAD系统存在以下方面的不足：

1）仅能对零件结构的几何信息进行描述和显示,而不是进行设计；

2）设计参数与几何模型分离；

3）装配关系的描述只限于几何元素间的低级关联信息,零件之间缺乏内在的联系和装配约束。

1.2课题提出的意义及影响

制造企业为了在竞争中求生存，必须尽力缩短产品开发周期和提高产品质量，以优良的性能价格比参与竞争。而实现产品的自动化设计是缩短产品的开发周期、在竞争中保证有利位置的重要因素。

管路模型的快速参数化设计的提出及开发应用既充实和完善了产品的信息建模理论又具有实践意义。它可以极大提高新产品开发设计效率和质量，缩短新产品开发设计周期；能够为新产品的合理化设计提供素材和基础，为设计开发经验的计算机处理奠定基础；这一概念和技术，是总结了产品集成信息模型中产品装配模型结构和实现技术而提出的，必将大大推动CAD技术和产品集成建模技术的发展。

2 管路模型的设计与更新

空调管路是空调制冷系统中重要的组成部分，主要围绕以下功能进行设计：

1）各铜管的互相焊接形成一个密闭回路，使冷媒（俗称的冰种）在回路中形成循环流动，实现热量的交换；

2）起到冷媒调节分配的作用。不同管径及长度的连管在回路中形成的流动阻力是不同的，因而使冷媒通过主回路进入各分支回路的冷媒量也不同，起到调节作用；

3）结构性作用。管路在空调中的分布结构对自身管路件起到重要的支撑作用，管路分布的不合理会使某部分铜管受力变形、损坏，从而影响或破坏回路的分配，导致空调器不能正常制冷。

空调管路的设计受多方面的约束，包括有限的空间布局，管路之间的安全距离，管路的走向，应力，加工工艺，焊接工艺，装配工艺等等，因而在设计过程中需要考虑相关的制约因素，在反复优化完善的修改过程中才能找到合适的管道设计。利用PRO/E中参数化设计更新，则可减少设计人员时间以及精力的消耗，更可提高产品的设计效率及精度。

管路件在结构设计上大致可以分为两种类型，一类是结构上有相似、重复的、有规律可循的部分，例如U管、毛细管等，另一类是结构上没有特定的形状，根据实际的情况进行设计的，例如普通的连管。根据两种不同的类型，我们可以将结构上大部分的特征具有共有性，代表性的管路划分为典型零件，另外那种结构上不具有代表性的划分为非典型零件。

2.1典型零件的参数化建模

1）Pro/Program工具

在Pro/E系统中，每建立一个模型，都会有一个宏文件记录模型产生的过程，如果能够对这个宏文件进行修改，则可以控制模型的建立过程，从而控制所生成的模型。Pro/PROGRAM就是这样一个控制并修改该宏文件的工具。运用Pro/PROGRAM，可以修改一切与模型建立过程相关的参数（包括尺寸参数、特征或零件存在性参数、特征或零件之间的关系参数以及质量参数等），从而控制所要生成的零件或组件。修改好Pro/PROGRAM文件后，相应输入各参数变量，便可以自动生成不同的模型，进而可以将这些模型例化为独立的模型。

2）典型零件的建模

鉴于每种典型零件大都具有相似的结构，但尺寸需经常改变，如果采用参数化设计的方法建立图形程序库，调出后赋以一组新的尺寸参数就能生成一个新的图形，就能缩短产品的设计时间，并且利于零件的变动修改。制冷循环系统中毛细管（如图1）最主要起到分配冷媒、消声等作用，不同的分配毛细管最主要的区别在于内径和长度不同，基于结构、安装方式和加工方法等都大部分相似，在制作毛细管的实体模型时，使用Pro/E功能最为强大的参数化造型更为方便快捷，利用 Pro/PROGRAM记录模型制作时的相关变量参数（如内径、外径、弯曲半径、结构圈数等，如图2），从而在使用其他规格的毛细管时则可以输入相关变量参数自动生成不同的模型。

2.2非典型零件的参数化建模

制冷循环组件中的连管起到输送冷媒的作用，根据不同的压缩机的大小，空间回路结构以及运行时实际振动应力的情况，设计合适的管路，由于该管路存在的共性较少，不同的管路存在的差异较大，难以定性为典型零件，因此使用Pro/PROGRAM不能有效地自动生成所需的模型。由于在Pro/E中创建的三维模型是一种全参数化的三维模型，在讨论普通模型的更新方法时，主要关注的是几何特征怎样由尺寸参数表现出来以及怎样由尺寸驱动。

制作非典型零件的管路模型原则是基于如何方便正确修改模型的参数，在更新后满足几何特征满足设计的意图。设计过程中必须将不会变动的尺寸（例如管口的相对位置、插入深度、参照的相对位置等）先行锁定或定义，确保在更新过程中装配的相对位置正确。

3结论与展望

参数化设计的提出以及应用，不仅仅能提高设计人员的工作效率和产品质量，而且还能给企业带来强大的竞争力，立足市场先机。采用参数化设计使得结果明确，可以为产品设计积累经验，它能够清楚的表达产品的设计条件与最终结果的对应关系，可以保存为设计实例，作为新产品开发的借鉴。目前非典型零件的参数化相对于典型零件的参数化更新来讲，还是比较烦琐，不能象典型零件那样的迅速、方便，因此非典型零件的参数化过程也不是零件的最佳研究方法，它还有待于更加深入的研究。

参考文献

[1]刘爱华.数据库与Pro/Engineer二次开发相结合在产品开发中的应用.计算机工程与应用，2005，41：189-192.

参数化设计篇9

[关键词]参数化绘图；设计

中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0091-02

引言

AutoCAD是当前各行业应用最广泛的辅助设计绘图软件之一，在各领域使用AutoCAD进行工程图和效果图的绘制。AutoCAD为用户提供了丰富的绘图和编辑功能，利用其绘图和编辑功能可以使绘制图样简便、快捷。AutoCAD的另一功能优势是它的可开发性，这种开发性得以实现的最重要的因素在于AutoCAD的嵌入式程序设计语言――Visual Lisp。利用Visual Lisp开发AutoCAD，可对几何形状相似、尺寸大小变化的标准件、常用件实现参数化绘图，用户只需给出绘图充要参数，便可由AutoCAD自动绘制预期图形，绘图速度更加快捷。

1 总体设计思想

CAD向三维发展已是必然的趋势。因此，在机械零件CAD设计过程中，如能先显示出所设计零件的三维图，把更多的零件信息展现在设计者面前，供其直观地从不同角度观察、修改，就能较大程度地提高设计质量。而且零件三维图还可作为进一步设计、分析的基础，如形成CAD/CAM、供有限元软件分析计算使用等。本软件总体设计思想如图1所示：先根据给定参数绘出带轮的立体图形，供设计者观察、修改，满意后再生成符合国家机械制图标准的零件图，以便实际中伸用。

采用模块化程序设计方法可使软件设计思路清晰，便于程序的设计与调试。开发工具选用简单易学的Visual Lisp语言，操作界面采用DCL对话框。

带轮有V型带轮和平带轮两种常用结构，本文重点介绍V型带轮零件图的参数化绘图部分。

2 参数化绘图程序的实现

2.1 带轮绘图参数的确定

带轮的结构参数按GB/T 13575.1-2008取得，并根据参数化绘图参数选取的基本原则选取：带轮的结构形式（4种）、带轮的型号〔Typel）、带轮的基准直径〔D）、带轮的轮槽数〔n）、带轮安装轴的直径〔DH）作为基本儿何参数。另加入作图基点〔P0）作为绘图基点参数。

其余结构尺寸根据工程手册上的规定进行相应的计算机处理。如带轮轮毅的键槽数据可采用数据文件或数据库技术，本软件采用前者。

2.2 参数的输入

带轮基本参数输入模块界面，在该模块中，某些数据问具有关联性〔如带轮直径与其型号的相关联性），对各种输入数据的容错处理等是比较关键问题。

2.2.1 容错处理的实现

当输入值不符合规定要求时，应有相应提示或能白动地做出相应处理。

如下面的函数用来检查输入值是否小于零；VALUE是指输入值，KEY是指输入值所在控件。

（defun check-0 （value key）

（if（>0.0 value） （progn （alert“非法输入！＼n请重新输入：“）（mode_ tile key 2）

2.2.2数据问关联性的实现

数据间的关联性是指当某一项数据改变时，与之关联的数据项随着改变。如下面的函数实现带轮型号与其直径的关联性，即当选择某一型号的带轮时，带轮直径一栏数据的显示，也作相应的改变。否则选出的直径有可能不符合设计手册的推荐优先选用值。

（setq typel （list "0" "A" "B" "C" "D" "E" "F"））；带轮的型号

（setq do （list“100"“125"“160" "200"））

（setq da （list“125"“140"“160"“180" "200" "250" "315" "400" "500" "630"））

（setq df （list "800"“1000"“1120"“1400" "1600" "2000" "2500"））

；；； 以上是设置带轮相应型号的基准直径，以实现其关联性。

…

（setq dcl-id （load-dialog "dailun＼＼dww.dcl"））；调用带轮参数输入对话框程序。

…

（action tile "typel" "（save type）"）；在对话框上显示带轮的型号供用户选择

…

（update dhj）

（set tile "d" （rtos asd））：相应型号的带轮基准直径在对话框上作关联变动

2.3 带轮零件图的绘图功能模块

分析V型带轮的结构，有3种绘图模块，如图2所示。

模块A：带轮轮槽作图模块：

模块B：实心轮辐作图模块：

模块C：孔、辐板轮辐作图模块。

把模块Aw Bw C进行组合，可完成：

模块A和模块B结合：绘制实心带轮：

模块A和模块C结合：绘制孔板带轮和辐板带轮。略作修改可完成椭圆辐带轮的绘制。

2.4 立体图的实现

总体思想是由平面图旋转生成立体图，再用布尔运算减去键槽及相应形状而成。简述如下：

实心带轮立体图：由模块A和模块B组合成一个整体，然后旋转生成：辐板带轮的立体图：由模块C先镜向对称生成另外一半，然后结合模块A，三者先组成一个整体再旋转生成：孔板带轮的立体图：在辐板带轮立体图的基础上，用布尔运算减去儿个圆柱。

由于模块组合是由多义线连接而成，因而在作图时线条长度必须精确。本设计是由参数将节点数据传到程序中去的，因而，可以很好的解决模块不能组合的问题。

2.5 零件图的生成

根据机械零件图组成要素和模块化程序设计思想，绘制带轮零件图的功能模块如图3所示。

上述模块还可继续分解为分功能模块，因篇幅有限略去。

在本软件设计中，工程标注模块、绘图框及标题栏是利用已开发的模块，减少了工作量，提高了软件开发效率，这也体现了模块化程序设计的魅力。

2.5.1 绘带轮视图

根据作图基点及带轮的基本儿何参数，计算相应绘图点的坐标，然后用Lisp编程作图。关键的问题是解决好程序白动设置绘图比例，即视图的大小与图框的匹配。

2.5.2注写技术要求

借鉴“所见即所得”的直观形式，技术要求的内容采用对话框界面来输入，并预览技术要求的内容。还允许用户扩充白己的特定要求，只需在“其它”栏里填上相应内容即可。如图4所示。

3 结束语

本软件经过多次调试运行，效果十分理想，能在AutoCAD R14.0版以上运行。生成的立体图形象直观，零件图符合国家机械制图标准，可用于实际生产，有较好的实用性和应用性。

参数化设计篇10

关键词：古建筑，参数化设计，细部，意义。

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

一、参数化设计技术的概念

参数化设计技术是 CAD 技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD 系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。通过参数驱动机制，可以对图形的几何数据进行参数化修改。但是，在修改的同时，还要满足图形的约束条件，需要约束间关联性的驱动手段棗的约束联动，约束联动是通过约束间的关系实现的驱动方法。目前它是 CAD 技术应用领域内的一个重要的，且待进一步研究的课题。实现参数化绘图是现阶段 CAD 软件开发的核心任务之一。

由于上述应用背景，国内外对参数化设计做了大量的研究。目前参数化技术大致可分为如下三种方法：1、基于几何约束的数学方法；2、基于几何原理的人工智能方法；3、基于特征模型的造型方法。其中数学方法又分为初等方法（PrimaryApproach）和代数方法（Algebraic Approach）。初等方法利用预先设定的算法，求解一些特定的几何约束。这种方法简单，易于实现，但仅适用于只有水平和垂直方向约束的场合；代数法则将几何约束转换成代数方程，形成一个非线性方程组。该方程组求解较困难，因此实际应用受到限制。人工智能方法是利用专家系统，对图形中的几何关系和约束进行理解。运用几何原理推导出新的约束，这种方法的速度较慢，交互性不好，特征造型方法是三维实体造型技术的发展，目前正在探讨之中。

二、模数化的中国古建筑构造

中国古代建筑的设计一般是从建筑细部作起，然后再逐渐扩展至建筑构架，再到建筑物本体。在这个过程中结合考虑建筑群体的总体布局要求，是从小到大的设计方法。在宋朝《营造法式》中，李明仲提出“构屋之制，以‘材’为祖，材分八等，度屋之大小，因而用之”。第一次明确提出“材”作为模数，并且机动地视建筑的规模、大小、体量选用不同规格的“材”反映了古人的建造能力和建筑经验已经达到相当高的水平。宋朝时的‘材’分为八个等级，“材”的基本尺寸即断面的高和宽。在“营造法式”中称为“广”和“厚”。

模数是选定的标准尺寸单位，是建筑物、建筑构件、配件或者建筑制品及有关设备等相互协调尺寸的基础。以模数为基础，可以扩大为系统数值，组成模数数列。

模数的出现反映了建筑发展的历史进步，这是因为：

a 模数适用于大规模建筑，在建筑工程中各个工种都以模数为依据，分工预制构件是实现大规模营建的必须手段。

b 模数便于经济理财，取得最佳经济效益。

c 模数便于合理使用原材料，增进构件，配件的通用性和互换性，这是建筑规模日渐扩大的必然结果。

到清朝，以斗口作为设计的基本模数，而斗口又称为“口份“”是指斗拱中平身科斗拱的座斗上用以承托昂或者翘的卯口。卯口的宽度就是所用昂、拱的用料宽度。清朝《工程作法》中规定建筑及各构件尺寸以“口份“”计算。凡是有斗拱的建筑，其基本模数就是斗口。清斗口分为 11 个等级。但是，在我国现存的古建筑实物中，斗口尺寸往往根据具体情况进行调整和变化，而非死板硬套。以北京太和殿一组建筑为例，太和殿斗口为 3 寸 是七等材 而太和门斗口则是 2.8 寸，贞度门、昭德门斗口则为 2.6 寸。既不是七等材的尺寸，也不是八等材的尺寸。太和殿南庑和周围廊用的是 2.5 寸的斗口，为八等材。从这一组建造可以看出，在实际应用过程中斗口的尺寸是可以依据建筑的规模、主次等级等关系进行适当的调整的。在无斗拱的古建筑中，由于不使用斗拱，它们用的基本模数是柱径（是指檐柱的柱径），此时，古建筑的开间、构件的规格以及门窗等装饰都以柱径为参数。所以无论什么形式的古建筑都有其基本模数。

三、特征化的中国古建筑细部

当一座古建筑的建筑等级、规模确定以后，设计者选择好适当等级的斗口，其一切相关的尺寸如柱网轴线、建筑高度、建筑开间数、建筑进深等等都决定了。建筑的体量设计也就完成了。但是，古建筑上千变万化的细部装饰又让人头痛不已，例如斗拱的具体形式、吻兽的形式、装修图案、色彩、栏杆造型的变化。每一个古建筑仿佛都有自己的个性，采用不同的装饰图案，不同的图案来源不同，其含义也就大不相同。有来自佛教故事的，也有来自民间寓言的，来自历史传说的，甚至于追求吉祥寓意的。大量的古建筑细部实物如同浩瀚的大海一样等待现代的建筑师们去探索和研究。

但是，当我们静下心来，细细品味古建筑细部时，我们惊喜地发现许多原本看起来复杂的古建筑细部其脉络轮廓却是如此简洁清晰。例如：斗拱的形式和构造看来十分复杂，什幺五铺座、七铺座、九铺座，往往让人头晕目眩。但是其建造却是十分有规律可循的。斗拱分为偷心造和计心造两种。其具体构件如下：

a 升、斗。为正方形构件，因其形状酷似古代量器而得名，是整攒斗拱的连接的结点。

b 拱。实际上是横木枋，两头微微弯曲，做成卷杀，按照部位分为正心瓜拱、正心万拱、厢拱等等。

c 斗拱中的纵向构件。按照器具体形式的不同分为翘、昂、蚂蚱头、撑头木和桁椀等。

d 枋。是宽 1 斗口 高 2 斗口的长方形木条，安装在各层的万拱和最外层的厢拱上，将一攒攒斗拱连接成一层完整的斗拱层，其具体的尺寸也有详细的规范。

一般来说，古建筑的栏杆一般分为两类：木栏杆和石栏杆。由于年代久远，木栏杆现在很少见到实物，所以目前现存的古建筑栏杆几乎都是石栏杆。其构造由地柎、栏板和望柱组成。台阶上的栏板柱子由地柎、栏板、望柱和抱鼓石组成，其各部位尺寸也有详尽的规范。望柱上的柱头在不同的建筑中具体的做法也差异很大，累计有云龙柱头、云凤柱头、石榴头、莲瓣柱头、狮子柱头等具体形式。但是，无论栏杆的细部作法再怎样丰富多彩，它们的构件在组成上是几乎一致的，都由地柎、栏板和望柱三大部件组合而成，而且地柎栏板和望柱的尺寸由建筑的斗口模数决定，望柱头和栏板的位置定位点和基底标高也能确立。不同的只是形状的不同或者是形式特征的不同而已，其细部特征也就建立了。同样的还有净瓶和抱鼓石部分，它们的空间定位和尺寸大小都是建立在该建筑斗口的基础上，不同的仅仅是它们的具体造型也就是面集特征。

四、古建筑参数化设计的意义

总的来说，现代建筑设计的思路是从大到小的进行建筑设计，先了解大的环境情况，再分析建筑的总体功能需求，最后才是建筑细部的处理。虽然现代建筑设计出的建筑造型比较复杂，形体组合也比较丰富，但是其基本的构建关系仍然比较一致。换句话说，由于建筑施工技术和材料技术的限制，现代建筑的基本构成部分是一样的。那么，我们可以将现代建筑的设计由大化小，化整为零，建立建筑基本组成部分的参数化关系，然后在设计时将它们组合起来。目前，人们为了完成古建筑设计的绘图工作和建模工作 用了各种各样的办法。图 1就是其中一种，它是将斗拱等部分做成材质进行贴图。但我们可以清楚地看出其斗拱部分没有阴影变化，而参数化设计就能解决这个问题。因为其参数化本身就是将各个组成部分的三维参数关系输入计算机，完成古建筑构件的三维全尺寸地设计和建模工作。如图2在此基础上可以直接进行后期处理。

图1故宫太和殿

图2古建筑参数化设计的结果渲染图

五、结语

中国古建筑文化浩瀚精深，我国的古建筑物中所包含大量的地方文化内涵和民风民俗尚未得到发掘 还有许多细部构造在本文也尚未提及，有待进一步的研究。希望社会大众对古建筑文化保护能够引起重视，早日出现适用于古建筑设计和现代建筑设计的计算机辅助设计软件。

参考文献：

[1] 童秉枢 现代 CAD 技术 北京 清华大学出版社 2000

[2] 白丽娟 王景福 清代官式建筑构造 北京 中国建筑工业出版社 1998