参数化建模十篇

参数化建模篇1

首先在材料力学和结构力学平面体系法的基础上对钢闸门主体部分（面板、主梁、次梁和边梁等）进行框架结构布置、容许应力验算、强度验算和稳定验算。其次利用Autodesk Inventor软件的优越功能对设计好的平面钢闸门进行参数化建模，采用先局部后整体的方法先得出闸门的各个零部件，再将闸门的各个零部件拼装成整体，形成平面闸门三维模型。最后利用成型的三维模型所得数据代入闸门设计验算所设计尺寸是否满足要求，不满足要求重新进行设计，直到最终满足要求。最终满足要求的模型即为平面钢闸门参数化三维模型。

关键词：钢闸门 框架结构布置 Autodesk Inventor 参数化模型

中图分类号：V663+.4 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2013）09-0149-02

一、绪论

1.闸门的研究现状

钢闸门的结构计算按照《水利水电钢闸门设计规范》DL/T5013-95的规定和要求来进行计算，计算方法有两种：平面体系方法和空间体系方法[1]。

目前平面钢闸门的计算，主要是按平面体系考虑进行计算，而在实际工作中，是一个完整的空间结构体系，作用外力和荷载将由全部组成构件共同传递分担。因此，在按平面体系计算各个构件内力时，不管作了多么精细的假定，总是不能完善的体现出它们真实的工作情况[2]。整体上说，结构优化设计应用的广度、深度和效用远远落后于优化理论的进展，特别是在土木和建筑工程界应用的还不普遍。究其原因主要有[3]：

1.1理论研究工作与实际设计工作的脱节。一方面理论研究人员过多关注研究新算法，工程设计人员关心的是实用；另一方面，研究人员在解决工程问题时，不熟悉具体工程要求或忽略一些工程要求，致使优化结果不为工程设计人员所接受。

1.2对于每一类具体结构的设计都必须建立优化数学模型，这给工程技术人员带来一定的困难，目前，工程中大多数结构优化问题都是通过委托相关研究人员进行的。

1.3现行设计规范和规程中没有明确规定采用优化设计方法。目前土木工程界的管理体制和习惯作法也缺乏使人们追求优化设计方案的动力。

对于有些闸门，受的水荷载比较大，主要以静力设计为主。有些钢闸门，结构动力学问题比较突出，以静力准则设计已不能满足结构的使用要求，结构在运行过程中，有可能发生过大振动，导致破坏。为了提高结构设计水平，迫切要求对以动载为主的闸门进行动力优化设计。

结构在动荷载作用下的优化设计是结构优化设计一个分支方向，也是实际工程中需要解决的问题。结构动力学优化设计通常包括对固有频率、振动模态、频率响应、元件应力等的控制。结构动力优化问题的求解更为复杂和耗时。与静力优化设计的研究和应用情况比较而言，对结构动力优化设计的研究还不成熟，究其原因，无疑是因为结构动力优化研究中还存在一些需要突破的困难问题。困难之一，是结构动力优化设计本身是一个典型的动力学反问题，为了避免求解的盲目性，应该比较清楚地研究其解的存在性与惟一性（即使不是在严格数学意义上，也应该建立在可信的工程意义上）。此问题又与约束本身的可行域有关。研究发现动力学约束中确实存在像固有频率这类可行域可能是空集的约束（具有“空集”的约束，称之谓“关键约束”），从而使问题无解。对于像简单桁架这类结构，姜节胜等人分析了频率优化解的存在性并提出了相应的算法。而对于复杂结构，还有待进一步研究。困难之二是，结构的动力特性本身是设计变量的高度非线性函数，而且，对于大型复杂结构，通过重分析获取结构的动力学特性及其灵敏度计算工作量很大。因此，针对结构动力优化设计问题，研究各种计算量小、计算精度高的重分析方法也是结构动力优化设计的一个研究课1.2题。

2. CAD技术在水工钢闸门设计中的应用现状

近年来，随着计算机技术的突飞猛进的发展，钢闸门设计水平也得到了很大的提高。但总的来讲尚不能满足设计的需要。一般的设计单位计算机应用仅停留在使用小程序计算分析某个部件和直接用AutoCAD交互绘制工程图的水平上，常规设计速度慢，精度低，设计人员劳动强度大，很难对结构进行更精确的分析，影响了设计的优化。因此，提高计算机应用水平，以带动设计水平和生产效率的提高，已在业内达成共识。

在钢闸门设计上，我国主要设计单位已经意识到CAD软件二次开发的重要性，并能够利用lisp、VBA语言开发相对应的一些程序，这些程序改变了以往计算和结构设计分离的现象，大大减轻了设计人员的工作量，提高了工作效率，并为今后的钢闸门软件系统的开发提供了大量的经验，但真正结合工程设计及施工需要的通用钢闸门的三维可视化设计软件尚未见更多报道。

二、平面钢闸门三维建模

1.闸门参数化建模技术

参数化建模有两种方法：自上向下和自下向上。

自上向下

所谓的自上向下的设计就是从整体到局部，先主后次的理念。它强调从实体入手，从实体上衍生出设计人员需要的分析计算模型，二维工程图模型，通过实体的参数化模型带动分析模型和二维工程图模型的改变，达到提高设计效率的目的。

自上向下的设计理念也符合人类认识事物的基本过程：人们观察到的总是三维的物体；运用投影、剖分等技术把物体在纸面上表现出来就是工程图；利用三维模型的简化模型进行计算就是规范规定的方法；从三维实体模型中得出有限元网格进行有限元数值分析，即可得到细部结构的应力、位移等的详细情况。

自下向上

所谓的自下向上的设计理论，就是从局部到整体的设计理论，即先分别设计制造好单独的零部件，再根据不同的位置和约束关系，将一个一个的零件装配起来。这种设计方法能充分利用现代三维建模软件强大的零件实体造型以及零件装配功能。这种设计方法思路简单，操作快捷、方便，容易被大多数人员所理解和接受。但是自下向上在设计意图的表达，装配协调、设计变更等方面存在不足之处，具体变现为：零件实体造型是基于零配件特征的设计，无法表达和传递产品的设计意图（如产品的功能、结构要求、装配关系等信息），无法支持和指导后继的设计过程。零部件的装配依靠各零件间的配合关系，无法完整表达零部件间的装配关系（定位关系、运动关系等），且装配时操作频繁，当配合关系较多时容易出现欠约束和过约束情况。零部件间没有任何关联，当某些设计参数改变时，与之相关的其他设计参数不能同步修改，造成设计变更的不一致，由此引起重复修改及装配错误等问题。

2.平板检修闸门参数化修正

真正的参数化设计是一个选择参数建立程序、将设计问题转变为逻辑推理问题的方法。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。

2.1参数化理论

参数化建模是指先用一组参数来定义几何图形尺寸数值并约束尺寸关系，然后提供给设计者进行几何造型使用。它的主题思想是用几何约束、数学方程与关系来说明产品模型的形状特征，从而得到一簇在形状或功能上具有相似性的设计方案。

参数化设计是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。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。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，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量。

参数化驱动机制是基于对图形数据的操作，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，在修改的同时，还要满足图形的约束条件。参数驱动是一种新的参数化方法，其基本特征是直接对数据库进行操作，因此它具有很好的交互性，用户可以利用绘图系统全部的交互功能修改图形及其属性，进而控制参数化过程。

对产品进行设计时，采用参数化建模方法对尺寸进行更新，这样对于不同结构尺寸的产品只需要改变相应参数化尺寸的值就可以自动迅速的得到产品的模型，省去了大量重复过程，提高了设计生产效率。基于此优点，参数化建模的思想与功能在诸多CAD软件中得到应用实现。

2.2 平板检修闸门参数化修正流程

平板检修闸门参数化修正流程用下图表示。

这种由初步建模得出结构的三维模型，再由三维模型去调整模型的三维可视化设计方法，有助于提高设计效率、缩短设计周期、保证设计质量，也是今后钢闸门设计的发展方向。

参考文献

[1] 《水利水电钢闸门设计规范》（DL/T5013-95）.北京：中国电力出版社，1996.1.

[2] 安徽省水利局勘探设计院.水工钢闸门设计，北京：水力电力出版社，1983.

参数化建模篇2

关键词：ABAQUS/CAE；Python脚本；参数化建模；前处理

中图分类号：TP391

ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、钢筋混凝土以及土壤和岩石等地质材料，作为通用的模拟工具，除了能解决大量结构（应力 / 位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题[1]。

Abaqus提供的用户图形界面CAE可以很方便的进行常规建模操作，但当用户需要建立大量单因素变量模型时，使用CAE建模方式就显得低效了。为了解决这一问题，本文将采用Python脚本的方式将建模参数化，达到改变关键变量快速建模分析的目的。

1Python语言在Abaqus中的应用

Abaqus软件包括三块：内核（kernel），GUI和分析过程[2][4]。Python语言作为abaqus的内核脚本语言，将CAE中的所有操作以脚本（script）方式编译储存，提交Abaqus 内核进行计算。基于这样的原理，我们可以按照Python的编译方式人为编写我们需要的脚本代码，通过GUI直接提交Abaqus内核，可以达到与CAE同样的建模效果，在某些情况下甚至能完成一些在CAE操作中不能完成的功能。

运用Python脚本完成CAE操作的一般规则如下：

mdb.models['Model-1'].Sketch(name='__profile__', sheetSize=100.0)

上面这段代码的功能是将草图区域设置为大小100*100。

以上只是列举一个简单的设置参数的脚本代码来说明运用Python脚本进行建模初始设置的方法，可以看出Python脚本语言非常简洁，易读性好。作为abaqus二次开发的一个重要方法，Python脚本正受到越来越多的学者和科研工作人员的学习和研究[3]。

Python脚本编写与参数化

2.1 脚本编写简便方法

Python脚本语言虽然简单易懂，但我们进行二次开发并不需要完全逐行编写代码来完成建模操作，Abaqus软件自带的脚本录制工具可以方便的让我们获取大量脚本代码，通过删减和组合，即可完成Python脚本编译。目前常用的脚本录制方式有以下三种：

（1）在abaqus/CAE中录制宏文件。启动Abaqus/CAE，在菜单中选择Macro Manager进行脚本录制，完成CAE建模操作后，点击停止即可保存本次CAE建模过程中的所有操作对应的脚本代码[3]。

（2）运用*.jnl文件创建Python脚本。

*.jnl文件是Abaqus的日志文件，里面包含了用于复制已存储模型数据库的ABAQUS/CAE命令。整理abaqus.jnl中记录的命令，可将其复制整理后直接粘贴到文本中，将文件后缀改为*.py即可提交运行。

（3）运用*.rpy文件创建Python脚本。

*.rpy文件记录一次操作中几乎所有的ABAQUS/CAE命令。用文本编辑软件打开当前操作记录的abaqus.rpy文件，将有效部分脚本复制出来，将文件后缀改为*.py文件，即可直接提交运行。

以上三种是常用的利用ABAQUS/CAE进行脚本录制和创建Python脚本进行二次开发的方法。由于模型的复杂程度不同，会导致录制脚本的复杂程度不尽相同，据此，本文总结了以下几点需要注意的问题：

（1）利用ABAQUS/CAE录制的脚本记录下了CAE操作中的所有命令和操作，其中包括视角转换操作代码和错误操作命令代码等，这需要我们在创建Python脚本时加以甄别和删减组合。

（2）在记录脚本之前在CAE建模之前先在脚本输入框中输入代码设置journalOptions。作用在于将CAE操作中所输入的数据以坐标方式记录到脚本中，方便后续建模参数化和变量替换。

2.2 参数化建模方法

首先，要建立建模环境，从Abaqus 中导入建模所需的所有程序模块。

其次，关键变量设置。如下例所示，将研究参数设置为变量，便于后期改变变量值完成重复性建模。

3建模实例

本文通过一个悬臂梁的Python脚本参数化建模并自动提交Abaqus重复计算以达到优化设计的实例来说明脚本语言建模的有效性和便捷性。

悬臂梁长度为2m，材料为圆钢管，截面外径为25mm，内经为设计参数，变化范围由20mm~25mm变化。悬臂梁左端固结，右端施加竖直向下集中荷载，大小为1kN。材料参数：E=2.1e11，v=0.3。优化设计目标，通过改变圆管内经大小，建立一组模型，提交计算后比较悬臂梁右端挠度值，当挠度值大于30mm时，增加内经，每次增加值为1mm，重新建模提交计算。

根据实例要求，将圆管内经设为自变量函数。

关键部分脚本代码如下：

def createBeam(inradium):

s=m.Sketch(name='__profile__',sheetSize=200.0)

s.Line(point1=(0.0, 0.0), point2=(2.0, 0.0))

p.BaseWire(sketch=s)

以上几行代码的作用是引入以圆管内经为参数的函数，建立出悬臂梁几何模型。

radius = 0.025

m.PipeProfile(name='Profile-1',r=radius,r0=inradium)

以上几行代码录入了悬臂梁截面形状，并将内径作为自变量引入横截面定义脚本程序。

while 1:

createBeam(inradium)

showDeflection(jobName, inradium, deflection)

if abs(deflection)

break

radium = inradium + 0.001

上段脚本代码的作用是循环计算优化设计的关键部分，通过if函数进行条件判定并通过while函数执行循环操作。

本例以比较简单的挠度条件作为循环计算条件，旨在说明Python脚本语言重复建模的功能使用，挠度计算结果如图1所示，与此同理，我们还可以建立更为复杂模型的判定和循环，以满足更多科研人员的研究项目需求。

图1 悬臂梁实例挠度计算结果

4结论

1)本文总结了几种常用的利用ABAQUS/CAE建模过程录制脚本代码，并编译形成Python脚本的方法，并提出几点注意事项。

2)通过对一个模型实例的建模分析，介绍了运用Python脚本建立参数化模型并利用函数进行条件判别和循环建模提交Abaqus计算，当满足终止循环条件后跳出循环的基本方法。脚本代码运行正常，计算结果可靠，验证了脚本方法的正确性和高效性，可以为其他同类研究提供一定参考。

参考文献

庄茁, 张帆, 岑松. ABAQUS非线性有限元分析与实例 [M]. 北京: 科学出版社, 2005.

参数化建模篇3

A

Gradual design optimization oriented aircraft parametrization modeling method

ZHU Yataoa，CHEN Fangb，LI Gaohuaa，LIU Hongb

(a. Dept. of Eng. Mech.; b. School of Aeronautics & Astronautics, Shanghai Jiaotong Univ., Shanghai 200240, China)

Abstract： As to the integrated aerodynamic stealth design optimization for aircraft shape, a gradual design optimization oriented design flow is proposed, for which a progression and hierarchy parametrization modeling method is implemented, the complex design variables are filtered by analyzing the impact level on parameters based on sensitivity analysis, and the integrated design optimization on aerodynamic stealth shape of aircraft is performed by Multidisciplinary Design Optimization(MDO) theory and differential evolution algorithm. The method is used for the design optimization of an aircraft shape, and the results indicate that the methods are feasible and can provide references for the multidisciplinary design optimization of aircraft shape.Key words： aircraft; aerodynamic stealth shape; gradual design optimization; parametrization modeling; sensitivity analysis

な崭迦掌冢2010[KG*9〗01[KG*9〗26 修回日期：2010[KG*9〗05[KG*9〗19せ金项目：国家自然科学基金(90205006)ぷ髡呒蚪椋 朱亚涛(1987―），男，江苏如皋人，硕士研究生，研究方向为飞行器综合设计优化与空气动力学，(Email)；こ 方(1977―），男，安徽太湖人，副研究员，博士，研究方向为高超音速空气动力学与超燃冲压发动机设计，(Email)0 引 言

随着对飞行器生存能力要求的不断提高，隐身化飞行器成为未来武器装备的重要发展趋势，因此需要对飞行器气动隐身性能进行综合设计优化.由于气动与隐身性能对建模的要求往往相互矛盾，必须开展同时满足气动和隐身学科需求的建模方法研究，使飞行器在综合设计优化后，同时具备良好的气动和隐身性能.

随着CAD和CAE等技术的发展，参数化建模已在实际设计流程中得到应用.孙中涛

［1］对飞机机翼结构进行参数化设计；张丽萍

［2］研究桥梁墩台参数化设计方法.但是，飞行器气动隐身外形综合设计优化相对常规外形设计优化的主要难点在于：首先，气动和隐身学科间存在耦合，难以直接应用传统优化方法优化，需使用多学科综合优化方法优化；其次，常用的建模方法不能满足多学科综合设计优化需求，需建立满足多学科设计优化需求的参数化建模方法；最后，同时考虑气动和隐身学科需求的建模方法必然带来比常规气动外形建模更多的参数，参数的增加使得设计优化任务有所增加并降低优化效率，需使用相应的方法对参数进行筛选分级. 针对以上问题，本文尝试进行参数化建模，并用有关工具筛选设计参数，最后将其应用于某飞行器的外形设计优化，以验证该方法的可行性和有效性.1 设计优化方法

多学科优化设计

［3］(Multidisplinary Design Optimization,MDO)方法的主要思想是在复杂系统设计的整个过程中集成各个学科的知识，并充分考虑各门学科之间的相互影响和耦合作用，应用有效的设计优化策略组织和管理整个系统的设计过程. MDO的优点在于可通过实现各学科模块化并行设计缩短设计周期，通过考虑学科间的相互耦合来挖掘设计潜力，通过系统的综合分析选择和评估方案. MDO作为专门的研究领域不过短短10余年时间，却已产生巨大的效益并引起广泛重视.

本文根据MDO的思想，参考分级优化

［4］思路，结合建模参数多和学科间耦合关系复杂的特性，将MDO理论应用到实际优化流程中，提出适合于工程实践的分级优化流程(见图1）进行设计优化.

图 1 分级设计优化框架し旨队呕与一般优化相比有一定优势，本文提出的分级优化流程主要包含设计参数构建、敏度分析

［5］和分级优化流程等3部分，完成该流程应主要完成以下工作：（1）寻找合适的参数化建模方法，使设计参数能够适应渐进优化流程；（2）使用合适的工具（敏度分析工具）完成众多设计参数的筛选和分级；（3）使用合适的优化算法和优化策略进行设计优化.2 参数化建模方法

参数化建模是性能分析和设计优化的前提条件,是设计参数的直接源泉. 单学科参数化建模方法往往不考虑其他学科的需求，更没有考虑多学科优化的需求.因此，建立能同时反映气动和隐身学科需求并适应实际设计优化流程的的参数化建模方法，是气动隐身多学科综合优化的强烈需求.ご罅垦芯拷峁

［6］表明：隐身性能对尾翼布局和机身截面形状的变化较敏感；而气动性能则对机翼参数的变化较敏感.本文在综合考虑隐身学科和气动学科对建模参数不同需求的基础上，使用成熟的CAD商业软件，详细考虑CAD建模本身的渐进性和层次性，实现渐进分层参数化建模流程，见表1. 该流程首先实现多尾翼布局设计参数化；然后基于头部纵向线控制机身截面高度和宽度，确定机身初始轮廓，同时基于传统机翼构建参数（机翼面积、展弦比、根梢比、后掠角和上反角等）建立机翼模型；最后基于控制点、二次曲线和填充方式确定机身形状.所有建模使用的参数均可作为设计参数参与设计优化过程.け 1 渐进分层参数化建模步骤建模步骤第1步第2步第3步建模内容布局设计げ问化机身截面初始ね庑尾问化和せ翼参数化机身截面修形和ぬ畛洫せ身截面控制参数见图2.机身建模主要分为3个渐进步骤完成.

图 2 机身截面控制参数さ1步,由图2可知，整个机身由4个截面控制，机身建模时首先以机身头部纵向线控制第1个截面的宽高，然后通过各个截面间距和伸缩比确定其他截面的宽高.其中，头部截面高度|CD|由头部纵向线上偏角 ∠AOE，下偏角∠BOE和头部长度L1控制，参数关系为 CD=L1・(tan ∠AOE+tan ∠BOE)(1)さ2步,通过确定各个截面的控制点位置进行截面设计.

第3步,通过截面控制点间二次曲线

［7］参数和截面间填充方式实现截面和机身修形，最终完成机身建模.

图 3 截面参数化す菇ǚ椒ū疚氖褂每刂频愫投次曲线

［7］形状参数的参数化方法完成机身各截面的设计和修形. 由图3可知，该方法在截面宽度、高度已经确定的基础上，通过控制点E，F，G得到截面大体轮廓，最后通过控制点P,Q,R,S,T和U构造二次曲线得到详细的截面轮廓线.以上控制点的位置均由其所在线段的比例因数定位.ね4描述二次曲线的构建方法：假设起点A和B为端点，而点C为过点A和B的切线交点，这样，在平面ABC内就可构建通过点A和B的二次曲线，且该曲线形状由点E的位置控制.引入二次曲线形状参数ρ，ρ=DE/DC，则可通过控制ρ的取值唯一地确定点E的位置，进而唯一地确定二次曲线AEB的形状.ね 4 二次曲线形状参数定义ねü截面1的纵向线参数、截面间的间距和伸缩比可得各个截面宽度、高度；通过调节控制点位置和二次曲线形状参数，可使截面表示成圆形、多边形等变化多样的形状，见图5；各个截面中间采用插值方法填充，对头部、机身的过渡段、机身和尾部可视其复杂程度选用直线、二次或三次曲面进行填充.ね 5 机身截面形状じ貌问化建模方法充分考虑建模的渐进性和层次性，先进行布局参数化设计，然后进行机身和机翼参数化设计，最后进行修形和填充. 渐进层次的参数化建模方法能适应分级设计优化流程，同时，基于控制点和二次曲线的截面构建方法能在成熟的CAD软件中顺利进行.在此基础上通过对CAD建模软件的二次开发，实现所有建模参数的提取、建模过程自动化，然后对三维网格划分软件Gridgen进行二次开发，实现网格划分的自动化，为性能分析和设计优化奠定基础.3 敏度分析

综合考虑气动和隐身学科以及渐进优化流程需求的外形设计方法带来比常规气动外形参数更多的参数(本文的设计参数达255个)，参数的增加会使设计优化任务增加并降低优化效率，虽然该建模方法已经考虑建模的渐进性和层次性，但每步建模过程中仍有大量设计参数，需要1种分析方法对设计参数进行筛选分级.传统的参数选取在很大程度上依赖于经验，缺乏实际的参考依据，本文选择设计优化中被广泛提及和使用的敏度分析方法对参数进行分析，提供设计参数筛选分级依据.

敏度是系统状态参数对设计参数的导数信息，反映系统状态随设计参数的变化趋势和改变程度.对敏度信息加以分析处理，可确定系统设计变量或参数对目标函数的影响大小,并最终用于指导设计与搜索方向、辅助决策. 对于多设计变量或参数问题，可使用敏度分析方法筛选出对目标函数影响大的设计变量或参数，提高设计优化效率.

工程中常用的敏度分析方法包括有限差分法和全局敏度分析法等.本文采用全局敏度分析法求解导数信息，其原理是按照隐函数求导法则求解各学科状态向量关于设计向量的全导数.该方法能综合分析参数对不同学科的敏度，提供参数分级筛选依据.4 性能分析方法

如果直接使用气动和隐身性能高精度分析方法进行优化，计算量大、耗时长，严重影响优化效率.所谓模型

［8］是指计算量很小，但其计算结果可代替高精度分析器计算结果的分析模型.采用模型作为分析手段可大大缩短计算时间，提高优化效率.因此，使用模型进行隐身和气动性能的分析.构建模型分为2步：（1）构建试验模型，获得样本点性能数据；（2）选择合适的模型构建方法构建模型.在设计空间中选取若干样本点作为试验模型.考虑到目前工程设计能够接受的限度，采用基于物理光学与等效电磁流理论的雷达反射面积（Radav CrossSection,RCS）分析器的模型计算RCS性能；采用基于NS方程数值计算

［9］的模型计算气动性能.5 优化方法

气动和隐身综合优化属于多目标优化问题，由于学科间的相互耦合，多目标综合优化问题很难存在1个最优设计点使其同时达到最优，但采用一定的优化算法和多目标优化策略，可使综合性能得到提高，满足设计要求.本文通过使用差分进化算法和基于约束的多目标优化策略找到符合设计需求的设计点.5.1 差分进化算法

差分进化算法

［10］是模拟自然界生物种群以“优胜劣汰、适者生存”为原则的进化发展规律形成的随机启发式搜索算法,其基本思想是从某一随机产生的初始群体开始，通过把种群中任意2个个体的向量加权后按一定的规则与第3个个体求和来产生新个体，然后将新个体与当代种群中某个预先决定的个体相比较.如果新个体的适应度值优于与之相比较的个体的适应度值，则在下一代中就用新个体取代旧个体，否则旧个体仍保存下来.通过不断地迭代运算，保留优良个体，淘汰劣质个体，引导搜索过程向最优解逼近.该算法简单易用、稳健性好，并且有强大的全局搜索能力，已在多个领域取得成功.5.2 基于约束的多目标优化策略

所使用的优化策略为：气动性能（升阻比值不低于5）；某些固定参数（机翼展长和机身长度）作为约束；三方向（前向、侧向和尾向）RCS值作为优化目标，其中多个优化目标之间运用线性加权的评价函数法处理.6 算 例

将渐进分层参数化建模方法用于构建某飞行器外形，然后对该飞行器进行基于敏度分析的分级设计优化.气动性能分析工况为高度5 km，马赫数

0.7，攻角4°，隐身性能分析工况为6.0 GHz，水平极化，5°仰角.

首先，对飞行器进行布局设计，在飞行工况一致、部件尺寸一致的情况下，以巡航状态下RCS均值为对比目标.布局设计性能对比见表2，可知4尾翼Π形布局具有最低的RCS均值，优于其他布局，故布局设计结果为4尾翼Π形布局.け 2 布局设计性能对比布局形式4尾翼Π形3尾翼T形2尾翼V形单尾翼1形RCS平均值1.135 31.326 81.190 51.145 8と缓螅对Π形布局飞行器设计参数进行敏度分析，根据敏度分析结果筛选排序得3级设计变量：1级设计变量为头部纵向线角度和机翼面积等；2级设计变量为截面控制点位置比例因数、机翼展弦比和后掠角等；3级设计变量为二次曲线控制参数.

最后，以整机头向、侧向和尾向RCS性能加权值为目标函数，以升阻比不低于5为约束，使用差分进化算法对3级设计参数进行分级优化，优化过程中上一轮参数优化结果作为下一轮参数优化的约束，每轮进化50代.

图 6 进化代数与综合性能（适应值）曲线け 3 优化目标优化前后RCS值对比RCS方向头向侧向尾向优化前性能数值/dB2.99E-021.135 36.30E-03第1轮优化后结果/dB2.67E-020.598 94.89E-03第2轮优化后结果/dB2.51E-020.580 24.43E-03第3轮优化后结果/dB2.44E-020.578 84.30E-03RCS值变化百分比/%-1.73-48.60-31.70进化代数与综合性能（适应值）曲线见图6，可知在相同的进化代数情况下，多级优化与单级优化相比能找到更好的设计点，优化效果更佳.优化目标优化前后RCS值对比见表3，可知侧向和尾向RCS值均大幅降低，头向RCS值略有降低.图7和8为机身和机翼优化前后外形，优化后机身截面形状有明显改变，从类四边形变化为类三角形. 图9为优化前后RCS值对比曲线，可知优化后RCS值明显降低.图10为优化过程中升阻比变化曲线，可知升阻比随优化代数产生增减波动，但数值均大于优化约束值，满足约束条件.(a)优化前(b)优化后图 7 机身优化前后外形

(a)优化前(b)优化后图 8 机翼优化前后外形

图 9 优化前后RCS值曲线图 10 优化过程中升阻比变化曲线そ峁表明：在渐进分层参数化建模的基础上，通过敏度分析筛选设计变量，再经过布局设计、基于气动约束的分级优化后，飞行器RCS值得到较大降低，升阻比符合设计需求，该建模方法和基于敏度分析的分级优化能提高设计效率. 7 结 论

针对飞行器气动隐身外形综合设计优化，提出合适的设计优化流程，建立面向分级设计优化流程的渐进分层参数化建模方法，并使用敏度分析工具对设计参数进行筛选分级，最后对某飞行器进行分级设计优化.结果表明：(1)使用基于气动约束的分级设计优化方法能提高设计优化效率；(2)使用渐进分层的参数化建模方法构建模型不仅满足多学科需求，也能适应分级设计优化流程；(3)使用敏度分析方法对设计参数进行影响程度分析，能为设计变量筛选和分级提供指导. 因此，面向分级设计优化的渐进分层参数化建模方法实用、可行.参考文献：

［1］ 孙中涛. 基于曲面的飞机机翼结构参数化设计［J］. 计算机辅助工程, 2005, 14(4): 14.

［2］ 张丽萍. 桥梁墩台参数化设计［J］. 计算机辅助工程, 2009, 18(2): 6872.

［3］ 王振国, 陈小前, 罗文彩, 等. 飞行器多学科设计优化理论与应用研究［M］. 北京: 国防工业出版社, 2006： 3349.

［4］ 王翊. 现代飞行器概念设计中的气动/隐身一体化建模研究［D］. 上海: 上海交通大学, 2008.

［5］ 张科施. 飞机设计的多学科优化方法研究［D］. 西安: 西北工业大学, 2006.

［6］ 高正红, 夏露, 李天. 飞行器气动与隐身性能一体化优化设计方法研究［J］. 飞机设计, 2003, 11(3): 5662.

［7］ 唐伟, 张勇, 李为吉, 等. 二次曲线截面弹身的气动设计及优化［J］. 宇航学报， 2004, 25(4): 429433.

［8］ 曾会华, 余雄庆. 基于模型的气动外形优化［J］. 航空计算技术, 2005, 35(4): 2326.

参数化建模篇4

关键词：平板钢闸门;三维参数化设计;Autodesk Inventor ;骨架模型;自适应

一、概述：在中、小型水利枢纽及水电站金属结构闸门中，平面钢闸门运用较为广泛，工程布置多在水库的输水洞、渠道及水电站进水口、尾水渠，是泄洪建筑物的重要组成部分。

随着一批大型水电工程的上马，坝工技术和辅助设计水平的提高使得钢闸门的设计趋于复杂化，迫切需要在传统设计的手段和思路上进行改革，以适应当前的设计趋势。在科技飞速发展的今天，产品设计已经进入到了全新的三维可视化设计阶段, 三维参数化设计和二维设计相比有直观形象、容易事先发现设计缺陷等明显优越性，有助提高设计质量和效率，缩短设计周期，保证设计质量。

二、三维参数化建模思想

参数化技术是用一组参数来约定设计对象的信息模型，通过参数之间的关系与参数和设计对象的信息模型的关系，部分参数的修改可以直接导致设计结果的自动修改。参数化技术在CAD软件中应用会方便了零件的设计修改过程，提高了设计效率和准确性。

本文平板钢闸门三维参数化建模以Autodesk Inventor制图软件为平台，采用目前先进的自顶向下的设计理念，它强调从设计实体入手，从设计实体上衍生出设计人员需要的分析计算模型，二维工程图模型，通过实体的参数化模型带动分析模型和二维工程图模型的改变，达到提高设计效率的目的。因此，我们首先构建一个骨架模型，然后在此骨架模型上进行新零件的构建或已建零件的装配，通过添加装配约束使零件与骨架模型相关联，部分参数的修改可以直接导致设计结果的自动修改，从而实现参数化建模的思想。

三、平板钢闸门门叶装置的参数化建模过程

平板钢闸门一般是由可以上下移动的门叶结构、埋固构件和启闭闸门的机械设备三大部分所组成，本模型只是对平板钢闸门的门叶结构及装置进行了参数化建模。

1、门业结构的参数化建模

（1）主骨架的设计

以某拱坝平板钢闸门(事故检修闸门)为研究对象，先初规划出计出该设备的主骨架。主要是门叶结构的构建，其他设备都是在门叶结构的基础上而建的。而门叶结构主要是对面板、主梁、次梁、边梁、横向隔板的空间位置的规划，由此构建了以下主骨架模型，如图2所示。

本钢闸门门叶结构由底叶门叶结构、中叶门叶结构和顶叶门叶三部分组成，主骨架中不包含具体的零件，只是对平板钢闸门中面板、主梁、次梁、边梁、横向隔板的空间位置作出了规划，主骨架中包含了各个子装配体的设计基准，改变主装配体的参数，子装配体的空间位置也会相应的发生改变。

（2）子装配和零件的设计

当代表顶层装配的骨架模型确定,设计基准传递下去之后,可以进行单个的零件设计。这里,可以采用两种方法进行零件的详细设计:一种方法是基于已存在的顶层基准,设计好零件再进行装配;另一种方法是在装配关系中建立零件模型。零件模型建立好后,管理零件之间的相互关联性。用添加方程式的形式来控制零件与零件之间以及零件与装配件之间的关联性。

本文零件是在装配环境下的骨架模型上所建立的，在构造骨架模型时创建了许多工作平面作为建立零件的参考面；在工作平面上新建草图，完成零件的二维轮廓绘制，尺寸是随意的，没有进行约束，处于欠约束状态；选取截面拉升设计厚度（也可参数约束），利用Inventor强大的自适应功能，将零件的各个面与框架的对应参考面添加相应的约束。零件会定位在相应的位置，它的尺寸与骨架模型对应的尺寸相关联。当框架的尺寸发生变化时，零件与它相关联的尺寸也发生相应的变化，从而实现参数化建模。

以底叶结构面板为例：

1）在装配环境中单击“创建零部件”按钮，进行创建在位零部件设置，然后在草图环境中骨架模型所对应的参照面上进行面板的二维轮廓绘制，面板轮廓绘好后---右键菜单---点击结束草图--退出草图环境。

2）零件转到了特征面板，单击“拉伸”按钮，进行相应的特征设置，单击“确定”按钮。然后单击右键，点击“完成编辑”按钮，结束零件特征，特征面板转到部件面板。

底门叶面板是创建的第一个零件，inventor自动将该零件固定，要想实现零件的自由拉伸，必须右键单击该零件，弹出对话框中，在取消固定按钮前边的“√”，并且开启自适应按钮前边的“√”。

3）零部件的装配约束：

单击“添加装配约束”按钮，出现添加装配约束对话框，点击“装配”中的“配合”，在“选择”中单击“第一次选择”选取面板的上边缘，单击“第二次选择”选取创建的工作平面，在“方式”中选取“表面平齐”选项，单击应用按钮。

按同样的方法，将底叶面板的其他三个面与所创建对应的工作面参加相应的约束，这样底门叶结构的面板按我们的设计要求固定在了主骨架模型上（图3）。把主骨架的尺寸发生变化时，对应面板的尺寸也会随主骨架尺寸的变化而变化，从而达到参数化建模的效果。

同理，把钢闸门门叶结构的其他面板、主梁、次梁、底梁、顶梁、边梁、吊耳等零件也建立在主骨架对应的参照面上，这样完成了平板钢闸门门叶结构的参数建模工作

2、平板钢闸门门叶装置的参数化建模

由于主轮装置、笼罩装置、止水装置、配重装置和反滑块装置结构比较复杂，我们是作为独立的零部件设计的。#p#分页标题#e#

零件的参数化设计流程为：创建零件→创建表→将表连接到现有零件→为现有特征尺寸制定参数→通过改变一个参数值来调整零件大小，利用 Autodesk Inventor的装配模块运用配合、对准角度、相切、插入等约束条件消除其自由度，将创建好的零件进行装配。最后在装配模块中将主轮装置、笼罩装置、止水装置、配重装置和反滑块装置对其添加相应的约束安装在平板钢闸门门叶结构上，至此平板钢闸门总装置的参数化建模工作完成，

3、平面钢闸门的干涉检查

利用inventor进行虚拟零部件装配，零部件之间的装配约束设置不当，就有可能造成两个或多个零部件同时占用相同的空间。为了避免上述问题的出现，inventor中设有干涉检查功能，在零部件交叠处，干涉部分临时显示为实体。

干涉出现后的修改方法：首先确定主因，例如螺栓和螺丝连接出现干涉，可能原因有：连接强度不够，尺寸设计不匹配；测定修改数据；修改模型特征；重新干涉检测，如果没有问题，说明模型准确可行。

4、工程图

模型设计完成后，在Autodesk Inventor工程图模块中，读取三维模型到IDW图纸中，通过投影消隐生成需要的各个视图，再添加中心线，尺寸配合，形位公差，粗糙度，技术要求等能清楚传达设计信息的各个要素，便成为指导设计生产和施工的平面图纸。

四、结论

本文以Inventor作为建模工具，以平板钢闸门作为研究对象，对其三维参数化建模进行了比较详细的叙述。通过上述参数化建模方法，可得出如下结论：

（1）利用Inventor作为钢结构建模，形象直观、容易事先发现设计缺陷等明显优越性，有助提高设计效率，缩短设计周期，保证设计质量。

参数化建模篇5

关键词：三向格子网壳、APDL、 参数化建模

引言

本文对三向网格型单层球面网壳结构的几何特性进行研究，根据极坐标与直角坐标的转化关系，利用ANSYS自带的编程语言APDL和UIDL编制了相应的程序，实现了三向格子型单层球面网壳网壳结构在ANSYS平台上的参数化建模，并给出部分程序和建模结果。用户仅需输入矢高（F）、跨度（S）、环向循环对称区域数（Kn）、径向网格数（Nx），这些宏观控制参数即可生成所需模型，为下一步结构分析和优化设计奠定基础。

1.建模方法

1.1 三向格子型单层球面网壳

1.1.1几何描述

控制一个单层球面网壳的主要宏观几何参数有矢高（F）、跨度（S）、循环对称区域个数(Kn)、环杆的圈数(Nx)。

由几何关系得球曲率半径：

（1）

R――球曲率半径

F ―― 网壳矢高

S――网壳跨度

计算相邻两圈环杆对应的球心夹角 :

（2）

R――球曲率半径

S―― 网壳跨度

Nx――环杆的圈数

三向格子型单层球面网壳的网格在水平投影面上呈正三角形，即在水平投影面上，通过圆心作夹角为 的三个轴，将轴n等分并连线，形成正三角形网格，再投影到球面上形成三向格子型网壳。如图2

图1 三向格子型单层球面网壳水平投影图

1.1.2节点坐标计算

三向格子型单层球面网壳上任一节点i的坐标，可先由水平投影面上求出，在按下式球坐标：

在笛卡尔坐标系下，定义顶点为节点1，由第一开始，依次建立各圈节点。各圈节点数目不同，每圈节点数目为Kn倍圈号，即第i圈有Kn*i个节点。相关命令流如下：

n,1,0,0,F !把最顶点定义为1号结点

*do,i,1,Nx !i表示圈数

*do,j,1,kn*i !j表示每圈上的结点数

x=(S/2)*(i/nx)*cos((2*pi)/(kn*i)*(j-1))

y=(S/2)*(i/nx)*sin((2*pi)/(kn*i)*(j-1))

z=sqrt(R**2-x**2-y**2)-(R-f)

n,j+i*(i-1)*kn/2+1,x,y,z

*enddo

*enddo

1.1.3单元连接

环向杆连接。利用循环命令，由内向外依次连接环向相邻节点，第i圈第j区的单元是连接节点1+Kn*(i-1)*i/2+j与节点1+Kn*(i-1)*i/2+j+1而成，各圈最后一对称区的单元由该圈首节点1+Kn*(i-1)*i/2+1与末节点1+Kn*(i-1)*i/2+Kn*i连接而成。

径向杆连接。由于各圈杆节点数目不同，利用三重循环命令，找到节点规律进行单元连接。

2 定制参数输入界面

!定制用户化图形交互界面

MULTIPRO,'start',4 !交互输入网壳的几何参数

*cset,1,3,F,'Vector High=(mm)',10

*cset,4,6,S,'Shell Span=(mm)',30

*cset,7,9,Kn,'Cymmytric Area Number= ',6

*cset,10,12,Nx,'Node Circle=',4

*cset,61,62,'Please input geometry parameters'

MULTIPRO,'end'

*if,_button,eq,1,then !如果选择Cancel按钮终止运行

/eof

*endif

图2参数输入界面

参考文献：

[1]桂国庆,英金贵.在ANSYS中实现单层网壳的自动建模[J].南昌大学学报:工科版, 2006: 28 (2): 184 -188.

[2] 沈祖炎,陈扬骥.网架与网壳.[M] 上海:同济大学出版社, 2004

参数化建模篇6

非标准舾装件设计现状

船舶舾装件大多数都已经标准化，一般的专业化船舶生产设计软件都已经建立了舾装标准件的通用数据库。但大量的非标准舾装件的设计在目前仍然靠设计人员手工用AutoCAD绘图的方式，效率不高。另外非标准舾装件由于其尺寸和形状往往根据周边结构和设备进行变化，还需要与船舶实际的布置相一致，往往要进行多次修改。一旦需要修改，便需要设计人员一个个零件地进行创建、复制或移动，具体操作过程重复单调，费时费力，使得设计过程繁琐冗长，这严重影响了产品的开发效率。

船舶非标准舾装件实现参数化设计的基础

通过对非标准舾装件特点的研究，我们可以发现非标准舾装件虽然种类较多，类型各异，但绝大多数的尺寸和结构形式则基本一致，不会有太大的变化，便于进行参数化设计。参数化设计还能够使设计人员在设计的同时实现参数化建立数据库，极大的方便后续设计工作。因此，对非标准舾装件采用参数化设计技术可缩短设计周期，提高设计效率，改善绘图质量。

在船舶非标准舾装件参数化设计中，首先必须建立参数化模型。参数化模型有多种，如几何参数模型、力学参数模型等等，本方案只建立了几何参数模型。在船舶非标准舾装件参数化设计中，同类零件往往只是尺寸不同而结构相同，映射到几何模型中，就是几何信息不同而拓扑信息相同。因此，参数化模型要体现属具的拓扑结构，从而保证设计过程中几何拓扑关系的一致。

在对舾装件的形状拓扑关系进行分析的基础上，在AutoCAD 中用VB语言建立了各零件的标准参数模块，然后通过修改参数，调用各模块完成尺寸修改，设计出各类不同零件，并将其插入到船舶图纸中，用程序实现自动生成布置图。

非标准舾装件参数化设计与数据库建设

1、系统模块结构图

图1

本系统是在Visual Basic集成开发环境中，对AutoCAD进行二次开发，并结合Access数据库技术，从而建立的一个与AutoCAD系统集成的非标准舾装件参数化CAD设计程序。

根据本系统的体系结构图，按功能模块划分，本系统由四大部分构成：通过VB开发的用户界面模块；实现参数化的AutoCAD应用程序模块；利用VB建立的AutoCAD部件数据库模块；设计参数数据库模块。各模块相互关联，相互调用。系统模块结构图如图。各模块的基本功能如下：

参数数据库模块：数据库主要存放的是控制零件大小等几何设计参数值，以及零件名称、编号等非几何参数。其功能是管理汇总需要使用的的船舶非标准舾装件参数数据。

AutoCAD应用程序模块：该模块是参数化系统的图形显示模块，它直接反应参数化设计的结果。

VB用户界面模块：它是用户与参数化设计系统进行人机交互的窗口，由若干菜单和对话框组成，该模块利用VB语言强有力的开发能力以及数据库访问手段，把AutoCAD应用程序、参数数据库以及属具参数化模型库有机地结合起来，支持着程序的正常、稳定运行。

舾装件实体库模块：该模块功能是提供可以参数化驱动的船舶舾装件实体块模块。按照标准对各零件建立一系列的模型块，只要用户按照标准输入零件名称及其控制参数，就可以得到相应的零件实体模型。

本程序以基于尺寸的参数化设计为基础，总体开发思路如下：采用二维模型与程序控制相结合的方式，首先在AutoCAD中用交互方式创建二维原始模型，并建立一组能控制二维模型形状和几何关系的设计参数。然后在Access数据库中建立相应的数据表。最后用VB开发工具编写程序接口程序，并利用ADO数据库接口技术使该模型样板与其设计参数数据库相关联，同时利用VB设计友好的用户交互界面。参数化程序通过对模型的设计参数编程，来实现设计参数的读取以及二维模型的再生。

2、参数数据库表的创建

非标准化舾装件设计参数数据库是整个程序的重要基础之一，它存储着部件的各种参数，部件生成时的数据、调用部件图形库所需数据以及AutoCAD中驱动设计参数的尺寸都必须从该数据库中获得。

采用Access2003搭建整个部件参数数据库，包括其中各张表的建立、各张表属性的设定、各张表之间关系的设定。

数据库是由一系列的表组成，表包含了数据库中的数据和其他的数据库对象，定义这些数据库对象的目的在于支持对数据的处理操作。存储在数据库中的数据通常与特定的客观实体或过程有关。由于本系统中主要考虑为设计部件布置时提供部件参数，根据布置绘图的需要，按照部件不同的位置分别建立对应参数表Situ1、Situ2、…、SituN，其中N为位置编号。用这些表来存储部件参数信息，以某具置表为例，其构如下表所示：

表1 位置几何参数表结构

3、非标准舾装件参数化设计流程

在进行非标准舾装件设计时，一般应根据船型特点、有关规范规定和船东提出的需求等方面综合考虑。通常根据部件的位置参数xi，yi等基本参数确定各部件位置，然后根据船东的要求或设计者的意图设置各部件的基本参数（包括部件个数、尺寸等），最后对该船的每个非标准舾装件进行参数化建模，并导入模型数据库。其流程图如下：

图2 系统流程图

本系统首先确定待设计的非标准舾装件进行参数化建模，并将这些参数存储在数据库文件中，最后通过VB集成开发环境来调用数据库数据，并在AutoCAD图形环境中生成舱室布置图。这个程序的开发的主要内容为：

用户交互界面的开发。利用VB的可视化编程控件，编写相应的对话框和菜单，设计系统的用户交互界面。

接口程序的设计。在VB集成开发环境下设计VB与数据库以及AutoCAD的接口程序，以实现VB程序与AutoCAD的数据交互，从而完成系统的开发。

非标准舾装件零件图形模块的构建。运用 AutoCAD Active技术，在VB集成开发环境下，分析各非标准舾装件图形的特征及尺寸关系，建立各类常用非标舾装件的实体绘图模块，设置合理的参数驱动关系，调试无误后，存储在VB相应的模块或过程中，作为参数化设计的通用实体模型。

零件参数数据库的建立。在Access中建立各类非标准舾装件模型对应的设计参数数据库，每一个数据库由数据表组成，以存放不同类型非标准舾装件的参数。设计参数分为几何参数和非几何参数两种。前者如属具大小与位置尺寸等数值型参数，后者是表明非标准舾装件类型以及其编号的一些非数值型参数。

参数化建模篇7

关键词：参数化设计 几何学 设计过程

1、项目概况

成都天府国际金融中心位于成都市南部副中心金融总部商务区的核心发展区，2008年建成投入使用，其设计理念与构思为：以“现代、简约、优雅”的方式，营造“花园”的环境。

本工程为该项目中新增配套功能建筑，由中国建筑西南设计研究院有限公司设计，主要包含两栋超高层塔楼、连接地铁站厅的地下配套商业及车库等，总建筑面积约16.8万m2。超高层塔楼北楼为公寓及配套服务商业，南楼为办公及商务会议功能，建筑高度均约为220m，地下室为配套商业服务设施、地下车库及设备用房（图1）。

因成都天府国际金融中心为改扩建项目。用地极其紧张。新增建筑与周边已有建筑退距接近极限，在解决了既有条件下的各种改造问题后，新设计力求达到与原设计的和谐共融。本工程在设计策略上采用了与原有建筑设计手法同质异构的几何法则，并以几何学原则为构成基础，推导出建筑形态、结构主体、表皮形式等完整的建筑系统。在设计过程中采用参数化设计手段，通过几何学的控制方法，确保建筑设计的高品质完成。为施工的高完成度奠定了坚实基础。

2、采用参数化设计的缘由

“在我看来。建筑学是几何秩序的一种表达和应用。”——尼克斯·A·萨林加罗斯

2.1 本项目的几何特征

本项目基本形体为被椭圆柱面及圆柱面切割的椭球体形态，其上下收分的形态和复杂的双层幕墙表皮（图2）不同于常规线性形态的高层建筑，复杂形体与表皮若采用常规的二维设计方式，将带来设计的众多盲点和粗糙的细节处理，同时修改极为不便且绘图非常繁琐，在设计周期上也难以满足业主的迫切要求。基于对原设计建筑几何形式“优雅”特征的延续与推进，设计过程中不可避免地要对建筑形体进行多次反复的优化、对比和调整。作为非线性的形体。其平、立、剖面和外网幕墙界面等几何要素是与建筑形体紧密关联的。每一次对形体的调整都将造成二维设计图纸的大量修改。

建筑工程是一个复杂的系统工程，而本项目在既成的简洁优雅的空间环境中。新的非线性地标形体是以其几何特征为纲的系统。设计需要一种工作方法能够融合由上至下和由下至上的层级逻辑并以一种相互回馈的方式运作，它应该能帮助建筑师实现从设计到建造过程的良好控制，而参数化设计正是我们所需要的设计方法。

2.2 参数化设计的特点

参数化设计其实就是参变量化设计，即设计是受参变量控制的，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。参数化本身关注的是数学函数中的变量处理，而这些处理又会给形式的生成带来一系列的可能性。因而特别适用于复杂曲面的系统化控制。

通过参数化建模将本项目进行几何梳理是顺利完成项目的关键手段与合理方法。从建筑单体的整体形态到各层平面的边界确定、层与层之间的结构柱定位，以及幕墙各个板块的划分和编号，参数化模型将从构件几何系统出发，对与其相关的各层级的问题逐一作数据化的解决。

3、参数化设计的解决方案

“在建筑实践的现实世界中，数字技术已经渗入到方方面面，而设计师正是要负责数字技术在方方面面的联系。——彼得·绍拉帕耶

本项目设计采用Rhinoceros建模软件结合Grasshopper参数化插件进行参数化建模（图3），参数化设计贯穿从方案到施工图的设计全过程，并在设计中后期结合Autodesk Revit建立BIM模型，为建筑设计的完整性和精确性提供技术保障。

3.1 形体优化——方案设计阶段

方案设计阶段，设计尺度以建筑单体几何形态控制为主，在前期的形体推敲过程中。参数化建模是逻辑性地确定建筑形体的科学方式。

在概念方案阶段确定基本造型后，形体优化成为从概念到实践的首要工作。概念方案阶段采用Rhinoceros软件建模。超高层塔楼原基础形体为多个不同标高的椭圆形平面放样（loft）组合的结果。缺乏整体统一的几何规则。在定位和几何划分上缺乏规律性。

构造可知（Construction-aware）的几何造型是进行规则几何划分的前提条件。设计出于对后期深化设计及施工过程的考虑，建筑模型中结构的规则性使重复性的单元能够预制造和大量生产。因此在方案设计阶段，需要在最初的几何定义之后进行一种重设计的阶段，其目的在于建立建筑形体可描述的几何学规则。

在确保建筑形体的美学特征和施工建造可行性的前提下。我们将建筑基本形体修正为椭球体，并将几何中心调整到避难层位置，赋予建筑对称性质，将定位和几何划分尽量简化。同样，形体的切削线也由自由曲线简化为与基本形体更加吻合的椭圆线与圆弧线的组合（图4）。

3.2 几何细分及定位——初步设计及施工图设计阶段

“建筑几何学提供的工具可以将标准数字模型转化为适合建筑应用和制造的形式。这个转化过程被称为‘合理化过程’。”——赫尔穆特·波特曼

初步设计及施工图设计阶段：在方案过程建筑形体确定之后，深化设计为达到指导施工建造的目的。在建筑定位及幕墙分格方面。用参数化建模可以结合现有的二维设计出图方式达到预期目标。

在该阶段主要进行模型逻辑的细分工作。设计由外形的整体视觉效果细化具体到构造实施的构件单元，设计过程中通过参数化的几何细分，对建筑模型的实现进行合理化。合理化过程需要进行几何重计算。在此过程中确保与原设计的几何偏差最小，并且同时满足面板类型、表皮平滑度、面板排列美学、生产成本等方面的需求。

建筑形体对幕墙完成面的效果起到决定性的控制作用。建筑幕墙板块排布以整体几何形态为依据。也和平面边界线的定位相关联。建筑主体结构采用了型钢混凝土框架一核心筒一伸臂结构体系。因建筑钢管混凝土框架柱采用随形体倾斜的斜柱形式，故柱及钢梁定位也由建筑形体的几何规律控制。因此本项目参数化模型是以建筑形态为基础，发展出平面、幕墙、梁柱等各层级构件的树形数据结构。各层结构之间通过几何的数据关系相关联。

由于两栋塔楼的功能差别。南楼办公楼采用4.125m的层高。北楼公寓楼采用3.3m的层高，两栋楼通过标高公约数在每4层与每5层位置分段对应。外幕墙与既有建筑一致。采用双层表皮，外层冰花纹镂空铝合金板幕墙与既有建筑外幕墙和而不同。内层为玻璃及铝板组合幕墙。

内层幕墙为本建筑的气候边界，与室内空间及室内布局直接相关，在综合了经济、节能、制造等多方面因素之后，设计采用垂直的幕墙形式。即各层通过退台方式（图5）拟合三维非线性曲面形体。考虑幕墙分格的标准化要求，设计采用3种宽度尺寸的板块，通过其合理排列方式，限定幕墙竖梃在结构柱位置或与结构柱基本对齐。同时通过幕墙节点构造设计，推导出内层幕墙与楼板边界距离，确定楼板定位点位置（结合幕墙竖梃预埋件）（图6）。

外层镂空铝合金板幕墙是体现建筑外立面视觉效果的重要因素。建筑形体的优雅曲面形态通过其标准板块划分和规律排布组合成型。因椭球面不是可展曲面。无法通过小尺度的平面板块完全拟合。因此须在设计设定的允许误差范围内进行拟合。

外层金属幕墙参考既有建筑构造。采用横向圆钢管承重的结构方式。由于其紧邻的上下两层间外轮廓径向距离较小，通过幕墙节点构造设计，优化为连接尺寸与角度可调的连接件，缩小板块间的角度和尺寸的误差。将其控制在视觉效果可以接受的范围内。采用标准尺寸的平面板块近似拟合出椭球面的整体曲面效果（图7）。

在确定外网板块排布原则后，利用Grasshopper内置的微分几何方法，确定各个板块的位置和倾斜角度，12种冰花纹板块通过软件随机排列并编号。最后通过数据分析查验和渲染观察比较。平衡几何误差和美学诉求的关系（图8）。

细部设计上，通过Grasshopper模型的细节推敲、尺寸数据检查以及构造详图的绘制。综合三方面工作并比较分析。对原有模型参数进行调整修正。在墙身大样、幕墙转角、金属外网收边钢管分段、钢管混凝土柱与钢梁交接节点等方面。参数化设计均成效显著。

在深化设计过程中，建筑效果控制以形体为核心，随着设计进程的逐步深入，发展出以几何关系参数为控制要素的结构层次清晰的参数化电脑模型。在建立准确电脑模型的同时。结合现行的二维表达施工图出图形式。将模型及其数据通过坐标表格、展开立面、构造大样基础图等转化为二维图纸表达的形式。形成满足现行规范的数据充足的图纸（图9）。施工建造中能够与电脑模型互为验证。为项目的高完成度实施提供了良好的先决条件。

3.3 模型转化——与BIM软件的配合设计

在初步设计及施工图设计过程中，用参数化漠型固化导入Autodesk Revit软件中。提供几何控制的点线面。将抽象的几何模型建筑化。通过各相关专业的三维协同建立系统的BIM模型，并在Naevisworks软件中进行碰撞检查。将碰撞结果反馈给各相关专业设计人员。在这—过程中，设计参数和几何规律被转化为可实施的BIM模型，参数化设计的优势得到充分体现（图10）。

4、结语

“参数化系统是为建筑服务的。”——阿里·拉希姆

纵观设计全过程，参数化设计的方法在本项目的各项（专业及系统）设计中起到决定性统领的作用。以笔者看来，以下几点是本项目参数化设计中的关键点：

（1）贯彻始终的几何学规律：设计从初期的几何学形体描述、中后期的深化建模和各部分细节的推敲优化。都是对建筑从整体到细节的基于对几何学关系与美学特征把握前提下的操作。

（2）控制参数逻辑关系的组织：区分建模过程中的可调参数、固定参数与常数是明确和简化参数化模型的首要步骤，在建模过程中明确数据相互影响的因果关系是建立逻辑的参数化模型的决定性因素。

参数化建模篇8

在建设工程过程中所涉及到的全部费用即是工程造价。合理准确的预估工程造价是完成建筑工程工作的要素，其涉及的内容有前期涉及、施工内容，有效预估整体费用并合理控制，使得建筑工程的经济效益得到有效提升。在如今经济建设大潮中，建筑行业的竞争愈演愈烈，提高经济效益，合理降低建筑工程成本显得尤为重要。然而合理估算的前期是分析其影响因素，并结合实际工程项目进行分析。其中最重要因素应该考虑建筑工程设计，设计是整体工程的基础，在很大程度上影响着工程造价的数目，设计渗透到了工程中的各个环节，对每个环节的参数和造价都有影响。合理的设计方案决定着估算的成本，影响着整体工程的经济效益。因此要使设计达到最优，反之，设计不合理不仅会增加工程施工成本，也不利于控制工程造价，还会影响工程的质量和工期。然而在设计过程中，对每个环节的掌控和准确到位需要严格的数据支撑，即相应的设计参数，将设计参数和工程造价理论值建立合理的数学关系和相关模型，因此，建立合理最优的建筑设计参数模型是工程造价估算的关键一步。

二、简析建筑设计参数模型

建筑设计参数模型作为工程造价估算过程的重要一步，需要有数据和图形还有结合实际的有效支撑，建立合理的结构模型，即通过连接图来分析系统中各要素及其之间的联系，建立一个以几何要素为主体，以数据参数为支撑的结构模型。建筑设计参数模型涉及到计参数和工程造价的关系，因此，各个参数是首要影响因素，参数之间的相互影响和制约是整体结构模型的基础，基于参数的分析可对结构模型有整体把握。在实际建立模型时，可通过较高层级的设计参数和应用神经网络或相关的估算指标进行分析，最关键的环节是运算和分析。首先，结构模型的运算主要包括：确立系统设计参数和工程造价研究系统、建立关系网络、确定各元素之间的逻辑关系。于此同时，还要对其关系网络图和设计参数之间的关系进行分析，并结合结构工程学、建筑学的专业知识以及实际工程项目的实施情况，完善结构图。其次是基于模型的分析，对各级参数在模型中的位置及地位进行分析，合理优化，进行目标决策，方便工程造价估算时更好地量化处理。

三、基于建筑模型参数的工程造价估算

在设计优化的基础上完成工程造价估算，最关键的是基于建筑设计参数模型，而这一过程实质上是分析建筑设计参数的变化与工程造价估算值之间的关系，并通过结构模型和多元化线性回归模型来分析工程造价设计参数，这些模型能够将设计参数与工程造价结合起来，使整体工程参考数据指标和图形结构，在数据化、几何图和信息化的基础上进行实施，对于关系要素的研究主要是通过结构模型的连接图的过程进行叙述，以此为基础把不同的几何模型和数据模型构建起来。使工程造价更具有合理的数据支撑，在真正实施过程中合理地降低各项成本预算。而且将一个复杂的系统进行分化，这个数据结构模型是通过不同级别进行分级分系统，然后对这些子系统进行逐一分析，从而形成了一个多级结构模型，对其不同参数的数据进行分级，不同的参数在整个模型中会分为不同的级层，层级越高对工程造价的影响就越大，因此，可根据其影响程度的不同，可以完成对工程造价的估算，这样可以针对性地提高估算的效率以及准确性。参数作为所有模型的基础，参数的准确性很重要，误差必须降低到最小范围，使所构成的数据模型和几何模型具有高度的准确性。其次，是对建筑工程的设计参数进行分析来达到工程造价估算的最优化，首先要分析参数的变化情况，因为参数之间会相互影响，一个参数的变化会影响另外的参数发生变化，即其参数之间存在很紧密的关联度，相互制约，相互影响，参数反映了各项环节和指标在模型中的位置和完成工作量，而且由于参数之间强烈的关联度会直接影响工程造价估算的改变，从而影响整个工程项目的完成情况，进而达到工程的成本和工期，已达到经济目标。

此外，为了更方便分析结构模型采用多元线性回归估算手法，估算投资是工程报价中最主要的因素，应将其误差控制在20%-30%内，而5%以内的误差是其工程报价应控制的范围，可见进行多元线性回归估算在进行建筑设计参数的分析时是非常准确的。因此，这种方法的准确性和其误差的分析尤为重要。可对其参数进行分析，尽量避免使用多元线性回归方法造成的误差。从而达到工程造价估算的最优分析。基于参数之间的数据关系建立线性回归关系，是通过数学模型的方法将其各个参数之间的关系通过模型直观反映，使工程项目的各项指标显示更加明确，从而有利于对工程造价的准确预估。多元线性回归模型通过各个参数之间的影响和制约关系，将各个变量的相关性及其程度通过模型在一定程度上实现最优组合，以达到估算的准确结果。使工程建设项目的各个环节在参数指标的基础上达到决策目标，从而实现工程成本的合理降低和经济目标。

四、结语

参数化建模篇9

关键词：混凝土泵车臂架；ADAMS；参数化；模块化

中图分类号：U415.5文献标志码：BResearch on Parameterized Design Platform for Boom System of

0引言

长期以来，混凝土泵车臂架的设计多采用手工计算的方式，选取一些特殊位置对油缸的受力情况进行分析[1]，这种方式的计算精度差，而且无法确切地了解各油缸在整个工况运动过程中的受力变化趋势和油缸达到最大压（拉）力时的具置。因此这种方法会在设计中漏掉许多油缸受力很大的工况，导致油缸在实际工作中出现负载过大的情况；同时，也无法知道臂架系统在运动过程中的实际运动轨迹、速度、加速度等参数，直接制约着臂架系统设计的可靠性和开发效率。

虚拟样机技术的出现很好地解决了传统方法在设计、优化等方面的缺点。利用多体动力学软件ADAMS进行二次开发，可以实现将臂架系统的参数化建模、动力学仿真、结构优化集于一体，其开发的界面简单易懂，适合各类人员操作[2]。用户只需要输入相应的参数，就可以建立不同结构的模型，而无需进行繁琐的建模过程。本文针对臂架系统的基本形式，以ADAMS软件为基础，对其进行二次开发，建立参数化设计分析平台，以满足不同长度、结构形式臂架的自动建模、分析与优化[3]。

1参数化设计平台的二次开发基础

平台的建立主要使用ADAMS的二次开发功能，同时满足用户的设计需求、功能需求和理论要求，在不改变现有软件系统的基础上进行软件的功能扩展，得到想要的功能。

多体动力学软件ADAMS具有很强的二次开发功能，包括ADAMS/View界面的用户化设计，利用CMD语言实现自动建模和仿真控制，通过编制用户菜单和用户对话框可以满足用户的某些特定需求，开发出相应的模块，极大地拓展了ADAMS的功能。

1.1定制用户界面

ADAMS/View的界面对象都是以层次结构存储在模型数据库中，类似于零件模型的层次结构，如图1所示。所有定制的界面对象都存储在名为GUI 的数据库中，该数据库可以很方便地管理所有的标准界面对象。

1.2宏命令

宏命令是ADAMS的一组命令集，它可以执行一连串的ADAMS/View命令。创建宏命令时，首先按顺序列出想执行的ADAMS/View命令清单，然后就可以将这些命令写成宏命令的形式。在宏命令中也可以使用参数，以便让宏命令与模型交换数据。每次使用宏命令时，都将通过对话框参数设置将数据传给宏。当执行带有参数的宏命令时，ADAMS/View将所提供的值代入宏命令中。

ADAMS/View对宏命令与其他的ADAMS/View命令一样，可以在命令窗口或其他的宏命令中，或者从自己的定制菜单、对话框或按钮中执行它。使用宏命令可以实现以下功能：自动建模、仿真和检查分析；自动完成重复性的操作；与ADAMS/View建立模型数据交换功能；自动建立整个模型；建立机械系统的所需变量。

2参数化设计平台总体规划

2.1模块划分

根据臂架系统设计的要求，采用模块化设计方案，将臂架参数化设计平台划分为人机交互界面、功能模块、数据管理模块。功能模块包括参数化建模模块、参数化装配模块、驱动添加模块、分析模块、结果提取模块。数据管理模块主要用于储存已有各种臂架的标准模板，并可不断补充。

2.2参数化设计

参数化设计即根据臂架系统的结构特点，选取关键参数，建立臂架系统的参数化零件库，包括几何模型参数化、装配参数化、驱动参数化等。

参数化设计所需参数包括几何参数（如部件的外形和安装位置等）、物理参数（如质量、质心位置和转动惯量等）和力学参数。

根据多体动力学理论和ADAMS软件的要求，如果臂架模型的几何参数、物理参数和力学参数与实际结构相同，模型就能表达出实际结构的几何关系、物理关系和力学关系，仿真结果和实际臂架系统是等价的。

3参数化设计平台开发

二次开发后的专用分析平台要求能以菜单和对话框为人机交互界面自动完成臂架系统的动力学建模；根据输入的工况条件自动完成动力学分析；在分析结果中自动实现有关数据的提取、管理和显示。平台运行流程如图2所示。

3.1平台文件的组织及环境初始化

二次开发文件包含5种程序文件，分别是菜单文件、对话框文件、ADAMS命令文件、模块启动文件和ADAMS环境初始化文件。其中ADAMS命令文件的文件名作为一个宏命令直接调用。

ADAMS启动时，运行启动文件，即双击ADAMS/View桌面快捷方式就可以进入臂架系统的开发平台。

3.2平台主菜单及欢迎对话框的设计

平台主菜单在系统界面呈下拉式菜单显示，下拉式菜单可以设计成多级菜单，如果菜单级别过少，设计平台的功能布置将受到一定的限制；如果子菜单级别过多则用户操作使用不方便。本平台的菜单设有两级。

通过以下菜单路径可以调出菜单编辑器窗口：Main Menu|Tools|Menu|Modify。在菜单编辑器窗口中显示的是ADAMS菜单文件，菜单文件是按照一定语法书写的解释性程序文件。在默认情况下，菜单编辑器窗口里显示的是描述ADAMS标准菜单的菜单文件，按照一定的语法规则修改该菜单文件，就可以得到用户化的菜单。

3.3功能模块设计

3.3.1建模对话框设计

根据用户要求，利用平台建立臂架系统及零部件模型，因此在对话框设计上，首先应考虑模型的选择问题。在零部件参数化建模对话框，形式（TYPE）采用下拉菜单进行选择。

如图4所示，以连杆参数化建模对话框为例，界面主要由参数化输入、形式选择、模型管理、模型显示四部分组成。

3.3.2装配对话框设计

装配是根据设计要求从零件库中提出分析所需要的零件，按要分析的姿势装配成不同形式的臂架系统，界面分为零件选择、姿态调整、装配关系添加与模型管理4个部分。图6为参数化装配对话框。

图6参数化装配对话框4参数化建模及运动分析

以某五节臂架泵车 （臂架折叠形式为RZ）为例，该车在设计过程中出现了某油缸推力不足的情况，在一定程度上影响了产品质量，因此迫切需要明确设计参数，进行改进设计。

使用参数化建模平台建模，按照要求装配好的臂架水平工况的模型见图7。使用平成了水平展开到竖直回收这个工况，图8显示了臂架末端点的运动轨迹，图9显示了油缸的受力情况。

图7装配好的五节臂泵车水平工况模型图8臂架末端点运动轨迹图9油缸受力分析可以看出，平台流程变得异常简单和智能化，仅需要用户根据结构关键点，即可完成设计及分析。不仅降低了工作量，而且减少了疏漏引起的失误。

5结语

（1） 介绍了臂架参数化平台开发的思路及规划，即实现了臂架系统的参数化建模仿真平台的开发，使臂架系统的设计实现了无手工计算，提高了工作效率。

（2） 以某五节臂架系统为例，展示了平台的参数化建模及模块分析功能，说明了该仿真系统可使全部建模过程实现自动化，有利于臂架系统设计，大大缩短了臂架系统的研发周期，具有重要的现实意义和广泛的工程应用前景。

（3） 平台界面有待进一步完善，数据库有待补充更新，优化设计、有限元分析有待持续开发。

参考文献：

[1]王选尚，史春娟. 45 m混凝土泵车结构强度研究[J]. 筑路机械与施工机械化，2012，29（3）：8284.

参数化建模篇10

关键词：变更；重复；标准化

1 参数化思想的引用和借鉴

1.1 参数化设计的定义和要求

参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。

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。

1.2 热泵热水器的参数化设计

从热泵热水器的设计流程和产品衍化的方向来看，将参数化的设计思想带入到产品零件的设计中一方面适合于公司对产品不断改进，不断优化的设计追求，另一方面也满足了同种零部件不同尺寸规格的多样化驱动。从结果上来说，就是提高了研发效率，缩短了研发周期。“以一到多”的参数化设计途径可以更好地满足现在的热泵热水器企业在设计和生产过程中的需求。通过对基础模型的数字化研究，将模型的部分变量参数化，建立参数化的产品模型。通过参数的修改和重新设置，得到新的参数化模型的设计思路也更适合于中国的热泵热水器企业。

从建模方法和设计规范上来说，参数化的设计过程要求有着更加标准的建模方式和更加规范的约束方法。这虽然在一定层面上制约了设计师在零部件设计中的自由度，但也规范了企业整体的设计要求，一定程度上避免了由于不同设计师设计习惯的不同而在零部件修改中发生的约束更替，定义重置以及改动报错等。这对于企业标准化进程的推进也有着一定的理论和应用价值。

2 参数化设计的方法和建模思路

2.1参数化建模

2.1.1 参数化零部件建模

零部件建模过程中主要的参数变量为草图参数和特征参数。草图参数为各零件在草图绘制中所定义的尺寸参数；特征参数为零部件草图的各种特征变化中所赋予的尺寸参数。任何部分参数的变动都会对零部件的尺寸特征产生影响。

2.1.2 参数化装配体建模

从广义上来说，参数化装配体建模包含了参数化装配以及参数化自上而下的设计。参数化装配是简单地对现有的零部件或装配体进行装配尺寸变量的参数化，从而通过参数化的驱动来改变装配体的安装尺寸。

2.2 参数化驱动

从一定层面上来说，参数化驱动正是参数化建模的最终目的和构建目标。一个参数化建立的产品模型也必须通过参数化的驱动来保证模型自身的通用性以及验证模型设计的标准化程度。

2.2.1 函数和约束关系驱动

作为最为简单和智能的约束和驱动方式，函数和约束关系的配合驱动方式可以在产品模型构建的初始阶段就对产品的参数尺寸起到一个很好的定量和定性的驱动方式。这贯穿于整个模型构建和驱动阶段，通过函数和约束关系的插入从一定角度上也简化了参数化数据，通过各数据的连带关系得到更加简洁智能化的驱动形式，提高效率。因此可以说，这也是参数化建模和驱动的必要组成部分之一。

2.2.2到Excel表格驱动

最为简洁实用的驱动方式，其基本方法就是通过excel来统计和归纳各尺寸及相关配合尺寸的参数数据，通过Solidworks软件自带的设计表功能完成由外接程序至模型的驱动。以表格的方式将产品的各参数进行规范，并成为参数化驱动的媒介和重要组成部分。因此，可以说，设计表的驱动方式一方面大大简化了驱动形式，提高了驱动效率，另一方面也以最为直观的方式来影响着参数化数据的输入和输出。这对于整个产品的研发过程的意义是十分明确的，受益者不仅仅是设计部门，也是管理和规范部门。

2.2.3 API驱动

这里的API驱动指的就是主要通过API接口进行二次开发，利用相应的VB或其他程序进行后台驱动。API驱动需要编写相应的代码程序，对于产品的开发阶段而言可能会占用额外的时间，同时零部件特征和拓扑关系的变化也会影响到代码的修改，且后期的维护也需要投入一定的精力。从产品的开发角度来说确实增加了一定的成本。但从后期驱动和使用过程来说确实最为简单和直观的，对应的参数数据和特征变量通过操控程序面板可以进行完整而直接的表现，在各参数输入和驱动的角度而言是速度最快，目的性最强的方法。

3 复杂装配体装配体的设计和驱动

3.1 复杂装配零件所面临的设计和驱动问题

热泵热水器的设计过程相对于普通热水器产品而言更加复杂和多样，同时往往也包含着多个子装配体和子零件。通常来说，热泵热水器的层积包含水箱模块和热泵模块两个子模块以及其他例如外壳的维修盖，导风罩等子零件，他们作为一级装配体或一级零件。在水箱和热泵模块下包含多个子模块或子零件，包括风机导风罩组件、蒸发器组件、四通阀组件等。通常一款热泵热水器的BOM等级可以展开到7至8级甚至更多，这也很好地解释了在单纯采用API接口进行二次开发的前提下所带来的工作难度。设计师不仅必须对于参数设计的顺序，层级关系的设置，零件特征有着很好的把握，更需要有着扎实的语言功底。况且这些都是在满足产品结构和外壳钣金，塑料件的设计和成型要求的前提下的，实际的实现难度会更上一个台阶。

3.2 多方式进行参数化驱动

对热泵热水器来说，采用单一设计建模方式很难保证各零部件特征参数的可驱动性以及装配体装配参数的可控性。各种参数化的方法也有着自身的优势和局限性。针对热泵热水器的复杂装配体进行参数化零件库设计的过程中必须兼顾各零件以及装配关系的参数配置。单一使用一种参数驱动法容易造成局限，钻进死胡同。而不同的参数驱动法的运用及取舍在模型构建初期就必须有十分清晰的逻辑思考，并且任何方法的整理和归类例如参数表，二次开发程序面板，关系式方程，约束及定义等都要有着明确的分工，以保证在参数化驱动的过程中能够保证连续性和智能化，从而减少工作量，保证整个模型零件库的实适用性和可靠性。

4 结束语

对于参数化设计来说，热泵热水器都是一个比较特殊的设计对象，因此在整机参数化的过程中难免遇到各种问题：约束过定义，驱动冲突或者重置报错等。但由于针对热泵热水器参数化相关的参考思路和文章很少，因此更多地需要我们自己在设计的过程中去思考和挖掘。文章也是以一个优化研发流程，推进标准化发展的视角来对其进行剖视和解读，希望可以通过设计流程的优化来缩短产品的开发周期，增强产品的竞争力。

参考文献

[1]赵福臣.基于Solidworks的参数化特征建模技术研究[J].机械设计，2004.

[2]吴文根，王天虎，王三武，等.基于Solid Works的部件参数化设计方法的研究[J].现代机械，2007，1.

[3]管建峰，吴永祥，蒋晓梅.空气源热泵热水器的优化设计分析[J].电子制作，2014，19.

[4]岳亚蛟.空气源热泵热水器的换热优化设计[D].华南理工大学，2010.