機械產品參數化建模策略研究與應用

楊業， 郭洋， 黃啟良

（1.河北聯合大學輕工學院，河北唐山063000；2.株洲天橋起重機股份有限公司，湖南株洲412001）

機械產品參數化建模策略研究與應用

楊業1， 郭洋1， 黃啟良2

（1.河北聯合大學輕工學院，河北唐山063000；2.株洲天橋起重機股份有限公司，湖南株洲412001）

在分析參數化建模技術的研究現狀及其不足的基礎上，提出了在建模過程中應遵循的5條策略，并對其建模策略進行了舉例說明，驗證了其有效性和實用性。

機械設計；參數化設計；建模策略；研究與應用

0 引言

參數化設計是實現計算機輔助設計的重要手段，是提高產品設計效率的重要方法。參數化建模技術作為參數化設計的關鍵技術之一，近年來，國內外學者對其進行了大量研究。文獻［1］對基于特征的參數化建模技術進行了研究，在對現有特征技術進行總結的基礎上提出了特征的定義，給出了面向設計的特征分類，并建立了基于特征的參數化建?？蚣?。文獻［2］、［3］對復雜多體系統的參數化建模技術進行了研究，通過分析多體系統中的數據類型和工程約束特點，提出了基于有向圖的工程約束自動推理求解算法，并根據模型元素的關聯關系，實現了一種支持參數化的模型驅動機制，有效地實現了多體系統參數化建模。但是，通過文獻檢索發現，目前，國內外學者對機械產品參數化建模策略的研究還很少。

鑒于上述情況，為了快速、準確地建立機械產品的參數化模型，本文提出了5條參數化建模策略，并對其進行了舉例說明。

1 參數化建模技術

參數化建模技術是參數化設計的關鍵技術之一，其合理程度直接影響參數化設計實現的難易程度。對于大多數機械產品來說，它們大多屬于適應性設計，只有小部分需要新設計，因此本文主要對程序修改法中所涉及的參數化建模策略進行介紹。

2 參數化建模策略

參數化建模策略是對參數化建模方法的高度總結和提煉，是對參數化建模方法的本質認識，適用范圍更廣，應用更為靈活。選擇合理的參數化建模策略，不僅可以保證參數化模型的正確性，而且可以方便參數化變型設計和參數化工程圖優化程序的編寫。

2.1 基于模板的策略

根據程序修改法的設計思想，為了降低機械產品參數化設計的實現難度，在參數化建模過程中應采用基于模板的策略。這里所說的模板包括基礎設計模板和變型設計模板。

1）基礎設計模板的定制。由于國內外繪圖標準的差異和企業的個性化需求，三維設計軟件自帶的模板通常不能直接用于設計和生產。為了提高產品的設計效率，在建立產品模型和圖紙之前，應按要求定制各種基礎設計模板。在參數化建模過程中，所有零部件模型和圖紙都應該建立在已制好的基礎設計模板上。

2）變型設計模板的定制。根據程序修改法的設計思想，產品的變型設計主模型和工程圖主模板應該在參數化變型設計和參數化工程圖優化之前。

2.2 分步建模策略

如圖1（b）所示的帶中心孔的方塊，可以采用以下兩種建模策略。

策略1：首先繪制如圖1（a）所示的帶中心孔的零件草圖，通過草圖拉伸得到如圖1（b）所示的帶中心孔的方塊。

策略2：首先繪制如圖1（c）所示的不帶中心孔的零件草圖，然后通過草圖拉伸得到如圖1（d）所示的方塊，最后，繪制如圖1（e）所示的中心孔草圖，并通過切除得到如圖1（b）所示的帶中心孔的方塊。

圖1 分步建模策略

可見，策略1的效率比策略2更高，但它不符合分步建模策略，很難利用程序驅動得到無中心孔的方塊。策略2符合分步建模策略，可以利用程序將中心孔特征壓縮或刪除，從而得到無中心孔的方塊。

由此可見，為了提高產品建模效率，所使用的建模步驟和特征數應盡量少。然而，為了提高參數化設計的靈活性，應盡量采用分步建模策略。所以，在參數化設計過程中，應仔細分析機械產品的變型需求，合理地利用以上兩種建模策略，在能夠實現產品所有變型需求的前提下，盡可能地提高產品的建模效率。

2.3 最大化策略

在機械產品參數化建模過程中應遵循最大化策略，即統籌考慮產品所有可能的變型需求，按照最全面、最復雜的情況來建立產品的變型設計主模型和工程圖主模板。這樣，在參數化設計過程中，通過對產品變型設計主模型和工程圖主模板中的特征或圖形元素進行壓縮、解壓縮、修改、刪除等操作，就能獲得用戶所需要的模型和圖紙。如圖1所示的方塊，在實際設計時中心孔時有時無。然而，依據最大化策略，在建立其變型設計主模型時，必須包含中心孔特征，以便滿足所有的變型需求。

2.4 全息建模策略

基于產品全生命周期設計的要求，為了便于產品后續設計過程的實現，在建立產品變型設計主模型時應采取全息建模策略，將與產品全生命周期相關的幾何信息、非幾何信息和設計準則等集成在產品模型中。

2.5 草圖平面便于裝配策略

在零部件裝配過程中，新插入的零部件默認的視圖定向通常與其理想情況并不一樣，這樣就必須先進行視圖定向的調整，再對其裝配。為了方便零部件的裝配，減少或避免零部件視圖定向的調整過程，在參數化建模過程中，應根據零部件在其上級裝配體中的安裝位置，選擇合理的草圖平面進行草圖繪制。如圖2（a）所示的細長鋼板，其尺寸規格為6 mm×35 mm×2 500 mm。在建立其零件模型時，選擇前視基準面、上視基準面、右視基準面作為草圖平面繪制如圖2（b）所示的零件草圖，均可拉伸得到其三維模型。該零件進行裝配時，可以得到圖2（c）、（d）、（e）三種方法建立的零件模型在裝配體中的默認位置?？梢姡瑸榱说玫饺鐖D2（f）所示的裝配體，上視基準面是最佳的草圖繪制平面。

圖2 草圖平面的正確選擇

3 結語

本文對機械產品參數化建模策略進行了深入研究，提出了基于模板等5條策略。以上策略已成功應用于工程機械的參數化設計過程中，對提高其參數化建模效率有很大的促進作用，為企業帶來了可觀的經濟效益。同時，以上策略的提出對節約參數化建模人員的摸索時間有很大的指導意義，對提高參數化模型的規范化程度也有一定的幫助作用。然而由于時間和能力有限，本文仍存在一些不足之處，主要表現為機械產品參數化建模策略的具體內容仍不夠全面，還需進一步擴充和完善。

［1］ 白賀斌，徐燕申，曹克偉．基于特征的CAD參數化建模技術及其應用［J］．機械設計，2005，22（2）：14-15．

［2］ 潘雙夏，張帥，馮培恩．基于工程約束的產品參數化建模策略研究［J］．計算機輔助設計與圖形學學報，2001，13（9）：840-845．

［3］ 康蘭．基于參數化技術的自頂向下裝配建模研究［J］．機械設計與研究，2006，22（3）：75-77．

（編輯：啟 迪）

Research and Application of Parametric Modeling Strategy for Mechanical Product

YANG Ye1,GUO Yang1,HUANG Qiliang2
（1.Qinggong College,Hebei United University,Tangshan 063000,China；2.Zhuzhou Tianqiao Crane Co.,Ltd.，Zhuzhou 412001,China）

Based on the analysis of research status and limitation of parametric modeling technology,aiming at simplify the realize process of parametric variant design and parametric optimization of engineering drawing,six strategies which should be followed in the parametric modeling process is put forward.In addition,the above modeling strategy is illustrated,the effectiveness and applicability of them are validated.

mechanical design;parametric design;modeling strategy;research and application

TP 391.72

A

1002－2333（2014）04－0010－02

楊業（1984—），男，碩士，助教，從事機械設計與制造研究。

2014-01-02

河北省科技計劃自籌經費項目（13212205）；唐山市科學技術研究與發展項目（13110202b）