参数化设计

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇参数化设计范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

参数化设计范文第1篇

关键词：建筑 参数化

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

参数化设计（Parametric Design)是一种建筑设计技术。利用这种方法，把建筑设计中所用到的因素都转变为某一个函数变量。通过不断改变变量，从而获取不一样的建筑设计方案，也形成不同的建筑风格。这种技术的兴起受益于建筑业的蓬勃发展，在计算机的辅助设计下，利用软件编程所产生的数字化模型，完全突破了传统的建筑工艺，这种参数化设计方法大大延伸了人们的思维空间，让建筑师们有了更多的选择余地。所以，参数化设计已经成为现在建筑界最为热门的发展趋势。

参数化设计在我国的应用状况

目前我国建筑设计技术发展整体较为落后，效率低下。大多数设计公司、国企仍将Auto CAD 作为主流设计工具。实际操作中，在建筑动态分析、视觉模拟及在网络环境中的状态也只是极少数建筑师的实验方法。这些还没和工程建设融为一体，以至于在建筑工程实施过程中还不能表达设计意图，图纸样式表达不清晰。然而我国亦有一些设计院开始推广参数化软件，在一些大城市，比如北京、广州、上海，它们已经利用这种软件完成了一些产品。最为著名的应该是2008年北京奥运会的鸟巢体育场，搭建的复杂内部钢制结构正是在Digital Project软件的准确控制下完成的。

二、实施建筑参数化设计的意义和必要性

现在中国正处在工业化和城镇化快速发展的关键阶段，房地产业已经成为国家重要的支柱产业之一。新提出的建筑业十项新技术中就包含了信息技术的发展应用。

对于大型的建筑工程项目，从最开始的立项、设计规划、项目施工、完工验收到最后的交付使用是漫长的过程。其中存在着大量的不确定性因素，那么为了更好的克服施工的各种缺点，采取参数化设计技术是一项重大突破。它对于建筑设计、建造及运作管理进行详细的预制，将繁杂的建筑信息编织为一个整体，贯穿在建筑施工的整个周期过程中。利用这种数字化技术建立起建筑信息模型，对于空间项目的几何信息、管理信息、空间功能信息及所运用的各种专业设备的相关数据量进行集成，实现一体化管理目标。参数化方法的应用，将为建筑事业的发展带来更高的利益，让整个工程的设计规划、施工、运作管理的质量和监理效率获得显著的提高。

结合计算机辅助措施，实施参数化设计技术，让建筑工程项目更具有预见性，对于引领建筑信息化技术的发展，提高建筑业管理的集成化都有重大的意义。

参数化设计在国内外现状及发展趋势

十多年来，建筑信息化模型构建技术在发达国家及地区的建筑界取得了丰富的应用成果。如前文所述，我国也有不少具有高度战略眼光与前瞻性的建筑施工企业已经开始利用这种方法来提升工程管理质量与企业的核心竞争力， 并获得的颇丰的成果。

这项技术的最大功能在于贯穿建筑施工的整个生命周期。伴随工程的进度发展，各种建筑信息从设计、施工、管理各个阶段不断得到补充、丰富、完善、升级。它最核心的价值，例如：数据管理、数据共享、可持续化设计、工作协同、质量控制、造价预算等也充分的发挥出来。

在我国普遍认为建筑数字化模型设计只是利用某一个软件，它主要是设计院在建筑工程设计阶段多利用的工具。实际上，参数化设计技术的应用是按照不同功能及不同施工阶段的软件组合而成。它的价值在整个施工阶段，诸如：规划设计、施工、运营管理等不同的阶段都比传统的监理管理更具有价值，这些数据都可以体现在具有关联性的三维建筑信息模型中，具有更强的显性控制力。

（二）建筑参数化设计对于建筑业发展的作用及影响

在传统的建筑施工项目中，由于整个过程参与的单位较多，各种信息传递流程较长，效率不高，因此造成建筑信息的丢失，从而也提高了建筑工程的造价。然而，通过数字化模拟技术，可以有效的把整个周期中各个施工阶段的信息进行高度的集成，确保上一个阶段的信息内容可以准确的传递到下边的各个阶段中，从而让各方面的专业工程人员取得准确的数据，及时的实施工程质量管理，最终达到协同交流、协同管理的目的。在运营管理的每一个环节中，有效的发挥了各种应有功能，让建筑施工构成一个完善的整体，也有效的延伸了大型建筑的使用年限。

促使不同产业之间的关联，体现整合价值

在大型的建筑工程项目中，参与单位较多。例如：工程设计院、工程施工企业、工程监理单位、开发及业主单位等。引入建筑参数化设计手段，实施建模信息化技术，能从最初的规划设计单位开始，建立空间几何模型信息、出示建筑材料信息等基本内容，在施工阶段，各个建筑方都借助这个平台，编入各方在管理操作中所产生的大量数据，这些数据都为后边的运营维护奠定基础。同时，在施工阶段的运营维护也借助这个平台，对数据进行处理，输入相应的管理数据。总之，通过这些信息化管理技术运用，可以把产业中的各个参与企业合理的组合联系在一起，科学协同性的开展工作，对于保障大型共建项目的建设有积极意义。

三、建筑参数化技术的发展未来

随着建筑业的不断发展，各地也不断涌现出一些奇特的地标性建筑群。这似乎预示着建筑设计业要面对新的技术革新，这种革新可以依托建筑参数化技术的发展应用。但国内大部分建筑还是“形式跟随功能”。各种建筑设计院好像自动销售机器，你把条件及费用塞进去，它会机械的吐出方案。因为主要依照政府标准进行，所以不同设计院所给的设计方案也基本一致。当然这是一种比较低级的参数化设计。在未来人们会逐渐认识到参数化设计的核心功能，即最大化延伸人们的思维认识，提供出更多的选择机会，所有的变量都有浮动的范围，可以比较直观的让设计师根据需要不停的调节参数，让建筑方案在可控的范围内实现最佳状态，让一切都变得更加可控。

相对于传统的建筑方式，它们有共同的问题就是结合现状，提出设计规划方案。伦敦大学比尔教授的“空间句号”理论认为：各种空间现状都可以利用数学语言描述，进而得到某种数据结构。但是建筑学作为艺术门类，从本质上讲，又是反对逻辑及理性认识的。美学中常说到：There is no debate for taste.所以在一定程度上，参数化设计等学科的手段，它的知识背景与传统建筑学相比是不同的。在这种方法设计出的结果与传统建筑以风格为主的设计亦没有可比性。然而我们也应该清醒的认识到参数化认知是对于过去，参数化设计面向着未来，存在这更多不确定性因素，这对于设计师来说更具有意义。利用参数化设计方法，创造出更多的不确定性建筑方案，在这种具有工具启发下，它生成了众多的无法预想的形式，或许更加吸引人们的眼球。

如今的参数化设计是在计算机软件辅助下完成的，常用到的参数化设计软件主流的有Pro/Engineer、UGNX、CATIA和Solidworks四大软件。在现有的三维系统中，他们大多利用动态导航或草图快速生成构造三维特征的二维轮廓，再利用系统的拉伸等手段获得三维特征。但要知道，三维参数化造型系统所设计参数与实际造型参数有很大的差距，它们通过投影生成的二维图跟最后工程图纸的标准差距很远。尤其是尺寸标注，它无法对最终图纸尺寸进行准确参数设计。所以说，由于软件的不成熟，还有现在建筑师本身因素，要自己完成优秀的建筑参数化设计有待时日。

总之，建筑学伴随社会进步是不断完善发展的，未来的参数化设计定能为建筑学科带来重大影响和变革，让我们拭目以待。

[参考文献]

[1]淮建峰;基于参数化BIM建筑设计技术[J];《现代装饰(理论)》 2012年05期

参数化设计范文第2篇

关键词：参数化设计；烟草机械设计；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.207

为了实现烟草机械设计的成本降低，使用参数化的设计就尤为重要。所谓的参数化设计就是用对应的关系表示参数化的模型尺寸，是一种具有灵活性的方法，可以用不确定的数值，而一旦其中一个参数值发生变化，而与它相关的尺寸也会随之发生改变。所以，参数化设计就是一种通过修改参数和几何形状控制，用参数化模型实现精确的原件造型。

1 参数化设计的功能介绍

参数化设计主要有以下几方面的功能：①参数化模型能够实现自动导出几何模型，输入的图形只要一个草图，没有必要是精确的图形，但是需要对一些几何要素进行约束，再通过约束条件的改变来确保精确的几何模型自动导出；②通过对局部参数进行修改即可实现集合模型的修改，对于机械设计中形状比较类似的一系列零件，对相关参数进行修改就能实现满足需求的新的设计；③将设计的全部过程信息存储下来，不仅能实现单一的产品模型设计，主要的是还能实现一族的设计，如此产品系列化设计即可得以实现。

2 参数化设计在烟草机械设计中应用的可能性

参数化设计在烟草机械设计中可以应用主要有以下几方面的原因：①参数化设计具有强大的尺寸修改图形功能和优良的草图设计能力，这对于多方案快速比较和开展动态设计的实现至关重要，对于全面做到优化烟机产品设计，实现变革产品设计方法意义重大；②在产品设计开发的初期，设计者对于下一步的需求和约束难免考虑不周，这样很容易出现设计图纸修改过大甚至导致图纸完全不可用，而参数化设计的协同工作环境，有效的改善了设计人员的产品设计过程，避免了设计人员进行串行设计过程的缺陷，而采用并行设计，通过参数化设计实现随时调整；③对于完全相同或者比较相近的零部件，参数化设计实现工作简化，避免重复劳动，节省了劳动时间；④应用参数化设计，提高了企业的自动化程度，利于企业人才培养，增强企业发展活力；⑤应用参数化设计对于设计人员工作效率的提高至关重要，同时能够设计出性能和质量更有优良的产品，同时缩短开发周期，降低成本，实现企业市场竞争力的增强。

3 两种典型的参数化设计方法在烟草机械设计中的应用分析

3.1 机械CAD的参数化设计

将计算机技术应用于设计领域，引起了设计技术的大变革，同样，也深深影响了烟草机械设计手段。如今，机械CAD在烟草机械行业的应用已经相当的普遍，而人们对CAD支持软件的使用已不只是满足于用其进行一点一线的画图和图形修改。接下来的这场变革，彻底结束了过去烟草机械设计人员在的图版中反复画图、修改的徒劳工作。CAD的参数化设计便是引起这场变革关键，它可以采用计算机辅助，实现整个产品生命周期的设计与制造，实现了产品的快速更新换代。另一方面，它利用友好的用户界面可以实现结构参数的改变，最终完成设计工作。在这个过程中，参数化设计系统不仅具有参数化设计功能、绘图以及装配功能，同时还能提供给用户参数化图库生成工具，这种工具能够让使用者建立自己的参数化图库。总而言之，CAD的参数化设计对于烟草机械设计来说具有非常关键的优势，能够实现烟草行业的快速、个性化设计需求。

3.2 Pro/E的参数化设计

Pro/E能够实现参数化设计，同时还能够与CAD进行数据交换，它的使用对于烟草机械设计行业的发展影响重大。Pro/E环境中，用户自定义特征（UDF）能通过Create Local Group 生成，同时gph 文件也能生成，然后就可以在Pro/E 中随时调用文件造型。相关变量赋值也可以通过调用簇表形式实现，然后根据输入的参数得到新的模型；在Pro/program的Input 模块中有用户放入的参数，用户需要更新时，系统会提示输入参数，然后系统会自动生成新模型，重新使其模数化。烟草机械设计中比较有特点是链传动和齿轮传动的装置比较多，比如烟草机械中应用范围比较广的直齿圆柱齿轮，在Pro/E系统中，可以用Pro/program 方法来进行参数化设计。设计的步骤是：首先打开Pro/E，选择新建零件，在“工具”栏中选择命令“参数”，定义齿轮参数。然后选择“关系”命令，定义齿轮参数关系式：Z 设置成齿轮齿数；M设置成齿轮模数； HAX设置成齿顶高因数；X 设置成变位系数；D 设置成分度圆直径；CX设置成径向间隙系数；DF 设置成齿根圆；HA 设置成齿顶高；HF 设置成齿根高；DB设置成基圆直径；DA设置成齿顶圆直径；A设置设置成压力角。渐开线的生成是齿形生成关键点，可以用笛卡儿坐标系实现直齿轮齿渐开线的生成。第一个齿形的完成可以利用切割法，生成的渐开线命名为1，然后通过镜像功能得到渐开线2；将后将渐开线2围绕中心线旋转，可以自定义旋转的角度；再选择得到的渐开线3，以同样的旋转角度旋转，即可以生成渐开线4；然后用“拉伸”、“切除”命令在渐开线1和4 ，以及这两条渐开线与齿顶圆和齿根圆所形成的齿槽截面轮廓上开出齿槽，最后根据“阵列”命令实现固定齿数的齿轮生成，运用这种方法就能设计出任何类型的齿轮。

4 结语

作为一种新型的设计方法，参数化设计具有非常强大的优越性，近些年来已经受到工程设计人员的广泛好评，并得到了很好的推广和应用效果。作为高级精密技术产品的烟草机械，同时又具有种类繁多，个性化要求较多的特点，因此将参数化设计应用在烟草机械设计中，不仅能够实现劳动时间的节省和劳动成本的降低，同时工程技术人员还能将节省的时间用于新产品的研发。但是参数化设计方法的广泛应用还需要广大技术人员继续努力，同时，将参数化设计的功能发展的更为全面也还需要一定的时间。

参考文献：

[1]金建国等.参数化设计总综述[J].计算机工程与应用，2003（07）：16-18.

参数化设计范文第3篇

（福建农林大学 机电工程学院，福建 福州 350002）

摘 要：挖掘铲是马铃薯收获机的关键部件之一，其性能参数的好坏直接影响到机具的挖掘效果.针对目前马铃薯挖掘铲设计及改进效率低的问题，开发出马铃薯挖掘铲参数化设计系统，该系统以VB为开发环境，通过SolidWorks及其提供的API函数，实现了挖掘铲的参数化建模及装配；利用ANSYS及其提供的APDL函数，实现了挖掘铲的参数化有限元分析，并通过VB建立了交互式用户窗体，极大的方便了设计者对马铃薯挖掘铲的设计与改进，提高了设计效率.

关键词 ：挖掘铲；VB；SolidWorks；ANSYS

中图分类号：S23；TP311文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）08-0026-03

基金项目：东南烟区烟叶生产机械化关键技术装备研究与开发.中烟办【2010】2号（110200902076）；闽烟司科【2012】2号（2012（048））

马铃薯已成为我国继稻米、小麦、玉米之后的又一主粮，但我国马铃薯收获的机械化水平低，特别是适用于丘陵地区的马铃薯收获机还很少，大多还是人工挖掘[1,2].挖掘铲是马铃薯收获机的重要部件之一，它由铲片及铲架等组成，其主要功能为挖掘薯块，并将薯块输送至分离装置[3].挖掘铲的结构参数对机具的挖掘效果影响很大，工作时既要挖掘出所有薯块，将薯块顺利输送至分离部件，又要尽量降低机具的动力消耗[4]，设计出一个符合要求的挖掘铲需进行大量田间试验及修改，在传统的设计方法中，挖掘铲的每一次改进都需重新进行人工建模及有限元分析.因此，将虚拟现实技术应用在农机的仿真中，通过VB、SolidWorks、ANSYS软件及其二次开发模块设计出马铃薯挖掘铲参数化设计系统，该系统具有便捷的用户界面，它可以根据用户所输入的尺寸参数对挖掘铲进行参数化三维建模，以及根据用户所输入的材料特性及载荷等参数进行参数化有限元分析，并对挖掘铲进行自动装配，该系统极大的提高了挖掘铲设计和改进的效率.

1 系统设计流程

马铃薯挖掘铲参数化系统包括参数化建模、参数化有限元分析及自动装配模块.系统通过SolidWorks进行建模及装配，采用ANSYS进行有限元分析，并利用VB编制用户窗体.用户在建模窗体中输入相应的尺寸参数，系统便会驱动SolidWorks建立对应的马铃薯挖掘铲的零件模型，用户在有限元分析窗体中输入相应的材料参数，系统便驱动ANSYS对零件进行有限元分析，并显示分析结果.零部件设计完成，便可通过建模窗体自动完成建模.其流程图如图1所示.

2 挖掘铲的参数化建模

Solidworks向用户提供了API函数进行二次开发，用户在Solidworks中的所有操作都可以通过编辑API函数来实现参数化[5].API函数通过声明和实例化可以被VB所调用.本文通过挖掘铲铲片的参数化来介绍参数化建模过程.

在VB中创建铲片的参数化建模窗体，如图2所示，将其铲厚、铲长、铲宽等尺寸参数作为输入内容，并将铲片的结构示意图显示在窗口中，方便用户设计时参考.

为了实现VB与SolidWorks的连接，必须先对SolidWorks API的最高层对象及文档对象进行声明和实例化，具体代码如下：

Set swApp CreateObject("sldworks.appli cation")//对SolidWorks API的最高层对象

Set part = swapp.newpart//创建新文档

利用SolidWorks API函数编制草图及特征命令，并提取其中的尺寸特征，通过VB对其尺寸进行参数驱动，代码如下：

Dim H as Double//申明变量类型

H= CDbl(txtH.Text) / 1000 //对变量单位进行转换

boolstatus = Part.Extension. SelectByID2 ("草图1", "SKETCH", 0, 0, 0, False, 0, Nothing, 0)//选取草图

Set myFeature = Part. FeatureManager. FeatureExtrusion2(True, False, False, 0, 0, H, ……)//拉伸命令

……

输入相应的尺寸参数，点击创建，即可在SolidWorks中创建出铲片模型，如图3所示：

3 挖掘铲的参数化有限元分析

ANSYS为用户提供了二次开发模块[6]，用户可以首先建立铲片、铲架等的log文件，然后利用APDL语言对其进行编译，并通过VB对APDL命令流进行调用，对零件的单元类型、弹性模量等变量进行参数化，实现对挖掘铲的参数化分析，最后通过VB的图像控件显示有限元分析结果.本文通过铲片的分析介绍参数化有限元分析的过程.

铲片的有限元分析用户窗体如图4所示，窗体中有单元类型、网格精度等下拉框及弹性模量等用户输入文本框.

为了能使VB调用ANSYS，首先要通过shell函数来建立VB与ANSYS的连接，代码如下：

Dim dy

dy=Shell("C:\Program Files\……\ANSYS.exe -b -p ane3fl -i shi.txt -o sh.log", 1)

其中C:\Program Files\……\ANSYS.exe为ANSYS的安装目录.-b表示为设置ANSYS的处理模式为Batch模式.-p 表示为设置ANSYS为Multiphsics模块产品特征代码，变量名为ane3fl.-i为所输入的APDL文件，-o表示输出的文件，此处为*.log文件.

用户可以根据需要编制常用的APDL命令流，如单元类型、材料属性等，部分命令流如下：

et,1,solid164 //定义单元类型

mp,ex,1,2.1e5!Q235 //定义定义弹性模量及材料特性

mp,nuxy,1,0.3 //定义泊松比

mp,dens,1,7.81e-3 //定义密度

……

在分析的过程中需通过VB的timer控件对ANSYS的分析进度进行实时判断[7]，如果有file.err文件产生，则说明VB的shell函数对ANSYS的调用成功.用户窗口中跳出“ANSYS分析完成”通知用户.其关键代码如下：

Private Sub Timer1_Timer()

If Dir(App.path&"\file.err") <> "" Then

MsgBox("ANSYS分析完成！")

End if

Timer1.Enable=False

End sub

分析完成后，用图形保存命令将图形保存至到工作目录中，并利用VB图像控件的Loadpicture函数将应力云图显示在VB窗口中，如图5所示.从图中我们可以看到铲片的最大应力在铲片与铲架连接的地方，为195MPa，小于Q234的屈服极限强度233MPa，因此，该尺寸参数可以做为铲片的设计参数.在设计时如果发现强度不够，则可以通过修改铲片的尺寸参数并在系统中快速建模并进行有限元分析.

4 挖掘铲的参数化装配

挖掘铲的参数化装配需利用SolidWorks API函数的选择与遍历面的技术将多个零件按对应的配合关系装配在一起[8].挖掘铲主要包括铲架、铲片以及沉头螺栓.

在自动装配之前首先需用swApp.ActiveDoc来激活SolidWorks文档，并通过swApp.NewAssembly()函数新建装配体文档，然后再利用OpenDoc6()函数将需要插入的零件放至内存.具体代码如下：

Set swModel=swApp.ActiveDoc//激活SolidWorks文件

Set swModel=swApp.NewAssembly()//新建SolidWorks装配体文件

AssemblyTitle=swModel.GetTitle//获得SolidWorks新建装配体的标题

Set swPart=swApp.OpenDoc6(＂F:\canshuhua\chanjia.SLDPRT＂,1,0,＂ ＂, longstatus, longwarnings)//将铲架放入内存

……

接下来利用函数AddComponent4()将加载后的零件通过添加到当前装配体中，并且通过AddMate3()函数添加约束关系，使两零件约束完全，关键代码如下：

boolstatus = swModel.AddComponent 4(＂F:\canshuhua\chanpian.SLDPRT＂,0,0,0)

boolstatus=swModel.SelectByID(＂chanpian -1＂+＂@＂+AssemblyName,＂COMPONENT＂,0,0,0)

Set myMate=swModel.AddMate3(swMateConcentric,1,False,0,0,0,0,0,0,0,0,False, Errors) //两孔采用同心轴配合

自动生成的装配体如图6所示，通过SaveAs3()函数将装配体保存至指定的文件夹中.

longstatus = swModel.SaveAs3(＂F:\canshuhua\zhuangpeiti.SLDASM＂,0,2)

5 结论

通过开发马铃薯挖掘铲的参数化设计系统，使用户在系统中输入相应的尺寸参数便可实现对挖掘铲的参数化建模并进行自动装配；输入相应的材料参数等便可以对挖掘铲进行自动有限元分析并显示分析结果.如用户发现参数设计不合理，则可修改相应参数，系统会快速重新建模及分析.通过此系统，可以减少建模及有限元分析所消耗的时间，提高了挖掘铲的设计效率，使设计者可以更加专注于田间试验及挖掘铲的改进.

参考文献：

〔1〕史明明,魏宏安,刘星,等.国内外马铃薯收获机械发展现状[J].农机化研究,2013(10):213-217.

〔2〕王公仆,蒋金琳,田艳清,等.马铃薯机械收获技术现状与发展趋势[J].中国农机化学报,2014(1):11-15.

〔3〕张建.4M-2型马铃薯联合收获机优化设计与仿真[D].兰州:甘肃农业大学,2008.

〔4〕李雷霞,贾晶霞,李建东,等.土壤参数与马铃薯收获机牵引阻力的研究[J].农机化研究,2013(10):125-128.

〔5〕刘淼淼,惠忠文,郝万东.基于VisualC++6.0的SolidWorks二次开发技术[J].电脑开发与应用,2010（4）:55-57.

〔6〕龚曙光,谢桂兰,黄云清.ANSYS参数化编程与命令手册[M].北京:机械工业出版社,2009.

参数化设计范文第4篇

【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。

参数化设计范文第5篇

关键词：参数化设计；设计模板；二次开发；SolidWorks

DOIDOI：10.11907/rjdk.161663

中图分类号：TP319

文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2016）009008803

基金项目基金项目：

作者简介作者简介：陈文松（1991-），男，陕西紫阳人，上海理工大学机械工程学院硕士研究生，研究方向为计算机辅助设计；仲梁维（1962-），男，上海人，硕士，上海理工大学机械工程学院教授、硕士生导师，研究方向为计算机辅助智能设计制造。

0引言

余热锅炉是一种将工业生产过程中产生的废气、废料或废液中的余热和可燃物质燃烧后产生的剩余热量重复利用的能量转换装置。作为一种重要的节能设备，一直在保护环境、提高热效率等方面发挥着重要作用[1]。随着余热锅炉产品市场需求量的增加，锅筒作为锅炉系统中进行汽水分离和蒸汽净化的重要锅炉装置，其市场需求量也在不断上升。然而，锅炉生产企业面对急剧上涨的客户订单却显得力不从心，原因是客户对余热锅炉锅筒的个性化需求增长，导致锅筒品种越来越多，产品多样化直接造成了设计难度增大[2]。传统的产品设计存在以下问题：①产品质量对工程师的知识和经验依赖性大，设计知识和经验无法重复利用；②产品的参数化设计能力欠缺，使得新产品开发和产品设计的修改难度增加；③设计方法落后。传统产品设计以一件具体的产品为研究对象，从而降低了产品的研发和设计效率。针对上述问题，本文提出了基于设计模板的参数化设计方法，能根据客户需求不同个性化定制，建立可变型产品模板来描述产品结构，只要改变产品基础模板的结构和几何尺寸就可快速派生出新的产品[3]，从而在很大程度上减轻了设计人员的重复劳动量。

1设计模板基本理论及应用

通过研究客户需求及分析设计目标，将客户需求和产品族体系、产品变形等理论结合，将需求细化，从而得到较为完善的需求信息，为建立设计模板提供依据。在基于设计模板的参数化设计过程中，要将所需设计知识归纳分类，包括构成相关产品功能模块的几何模型、主文档；零部件的工程设计规范和经验，功能模块组合模板，以及材料、颜色、工艺、价格等相关的非几何数据。表1为产品设计知识分类。

设计模板的基本思想是：从一系列相似的产品中抽象出一种框架型模板，构成一个可重用的、包含设计知识的、参数化的功能结构单元。它是基于事物相似性的重用技术原理，作为产品信息、产品族知识的信息载体，描述了产品从起初的概念设计到最终设计完成阶段的全部信息，具体包括产品基础框架信息、产品几何信息、零部件特征信息、关系式集信息、产品的性能、管理信息等[4]。本系统从模板的可重用性、柔性、可存储性等特性来简化设计过程，减少设计人员的主观性、随意性和重复劳动。

设计模板的含义较为广泛，从功能、组织形式、实现手段以及客户对产品的个性化定制需求角度，将设计模板细分为4类，分别为功能模板、物理模板、客户需求模板和行为模板。其中物理模板在参数化设计过程中最为重要，它集成了产品的行业设计规范和企业的内部设计标准，主要表现为：产品的全信息三维主模板、与三维模型相互驱动的二维工程图模板、产品数据文档模板等，图1为产品物理模板。

2锅筒参数化系统总体设计

参数化设计是目前快速设计技术重要的研究领域之一。本系统设计流程分为两个阶段：产品开发阶段和参数化设计阶段。作为准备阶段的产品开发，通过调研分析余热锅炉锅筒企业的客户群需求，对需求进行整合分析，在需求分析的基础上构建产品族体系、产品设计模板。参数化设计阶段是在产品开发的基础上，结合产品配置和模型变型设计，通过对零部件和装配体模型变型和拼装组装成产品模型，通过干涉检查、结构分析确定合理的锅筒结构[56]。本系统结合以往工程师的设计经验知识库，确定了锅筒设计系统的目标功能、系统组成、各模块之间的关系和应用环境等各项因素，确立了系统的总体结构，如图2所示。

图2展示了锅筒设计系统的总体框架和不同模块间的相互关系与数据流向。在该系统中，系统交互界面主要集成了设计人员所见的交互环境，便于设计人员进行可视化数据输入和使用系统中的设计工具。功能模块主要分为设计模块和管理模块，两个模块是在设计模板的基础上完成参数配置、设计计算、三维模型驱动、工程图的优化调整以及实现项目管理、文档数据管理功能[7]。知识库既包含了组成各功能模块的几何模型，也包括产品的工程设计规范、经验和相关语义规则，还包括材料、颜色、工艺等非几何数据。系统所涉及的工具有：三维设计软件SolidWorks 、调试语言 、二维图纸软件AutoCAD，计算机硬件、网络和数据库存储工具也为系统提供支持。

3系统功能模块及关键技术

3.1基于模板的零部件驱动和自动装配

模型驱动模块是在三维设计模板建立完成之后，结合模板零件尺寸驱动原理和自动装配技术，在完成设计数据配置之后提取设计界面上的参数，结合SQL Server中存储的数据来驱动模板零部件，实现模型特征尺寸的变化和不同装配。

（1）零件模板驱动。尺寸驱动即是在保持零件基本外形不变的情况下，将零件的几何尺寸视为变量，给予不同的尺寸值，获得一系列结构相同而尺寸不同的相似零件。在锅筒设计系统中，每个待驱动的零部件都有相应的模板，每个模板零部件内部的尺寸间会添加定义，以保证驱动前后零件的基本拓扑结构不变[8]。零件尺寸驱动关系如表2所示。

（2）自动装配。自动装配技术就是利用SolidWorks的API接口驱动配合件与基准件自动建立装配关系的过程。在装配环境中空间位置被完全约束的零部件称为基准件，在装配环境之外待配合的零部件称为配合件，配合件在被添加到装配环境下时具有6个自由度[9]。SolidWorks的API函数是实现自动装配的驱动力。要在装配环境下进行操作，首先要获取AssemblyDoc。AssemblyDoc作为装配环境最顶层对象，对装配体进行操作，如替换零部件、插入新零件、添加删除配合关系等，都是由其向下发出指令。AssemblyDoc类具有很多方法和成员，其中最常用的有AddComponent，负责向装配体环境中插入对象；AddMate负责添加配合关系。

AddComponent的基本用法如下：

value=instance.AddComponent（CompName，ConfigOption，NewConfigName，ExistingConfigName，X，Y，Z）

CompName――装配体环境中的零件存放位置路径。ConfigOption――所选零件的配置管理器，用来选择装配时的零件配置，取值有0，1，2。

当ConfigOption=0时，表示插入零件或者部件最近保存的配置。

当ConfigOption=1时，表示插入部件，不包括压缩掉的零部件。

当ConfigOption=2时，表示插入部件所有的零件，包括压缩掉的零部件。

NewConfigName――新装配体的配置名称，常取缺省值。ExistingConfigName――现有装配体的配置名称，常取缺省值。 X，Y，Z――添加到装配环境中的零部件初始位置的三维坐标。

AddMate的核心代码：

instance.AddMate（MateType，Align，Flip，Dist，Angle）

锅筒筒体本身的尺寸驱动完成后，以筒体为基体，首先驱动各个管口的尺寸来获得各管口零件模型，然后驱动管口在筒体上水平位置、旋转角度以及与筒体的配合关系，最终获得锅筒整体的几何模型。

3.2基于模板的工程图优化调整

在参数化设计过程中获得工程图的方法有两种：无模板出图和基于模板的工程图快速生成方法。无模板出图，是完成三维几何模型驱动之后，通过系统自带的工程图模板生成标准三视图的方法。无模板出图仅适合生成单纯的标准三视图，无法满足产品细节的完整表达。在余热锅炉锅筒参数化设计中，采用的是基于工程图设计模板的出图方法。开发人员会根据零部件的不同，事先建立一般视图、剖视图、局部视图、剪裁视图等，还有材料明细表、技术要求、零件序号等可以详细描述几何信息的工程图模板[10]。

工程图模板的优化调整包括内容很多，有尺寸的调整、视图位置和比例的调整、注释的调整等[11]。这些工程图调整都是通过调用API 接口函数实现的。设计人员通过API访问不同对象并调用该对象下的属性和方法，然后编写程序实现不同功能。利用API接口实现工程图调整流程如图3所示。

首先要激活工程图模板中的工作对象，工作对象主要包括视图对象、表格对象、细节项目对象与图纸对象4类。尺寸标准、零件序号位于视图内，属于视图对象；图纸大小和图纸比例属于图纸对象，以此类推。定义相关变量，包括将API 函数类实例化为具体对象，以及定义参数变量等，为后续设置对象属性与建立数学关系式作准备。提取对象和建立约束，就是将工作对象中的各个参数值按照对应的函数建立约束关系。返回对象值是指将经过计算后的结果重新返回给API 对象，从而改变工程图上的可视化对象位置或属性值。

4应用实例

锅筒参数化设计系统是中国船舶重工集团公司某研究所的企业委托开发项目，锅筒参数化设计系统通过SolidWorks API函数，建立DLL 插件，生成与Solidworks工具平行的插件，使得操作更为直观。用户点击位于Solidworks顶部菜单选项中的“锅筒参数化设计”按钮，进入到用户登录界面。当输入正确的用户名和密码后，进入到设计系统界面。

在数据初始化栏里选择相应的合同类型，输入合同号，完成筒体、封头、备用口、安全阀口、加药口等所有管口的数据配置之后，点击驱动模型，即可完成所有零部件的驱动和装配，最后生成锅筒的总装几何模型，如图4所示。然后进行干涉检查和总装工程图和零件工程图生成。

5结语

基于设计模板，以SolidWorks为三维软件平台，以为语言二次开发参数设计了本系统，采用了Microsoft SQL Server 2008 R2进行产品设计数据存储管理。经过多次对参数设计系统测试，对生成的工程图纸人工审核，证明引入的设计模板技术是可行的，提高了系统的快速设计性能。从三维建模到全自动工程图生成所耗时间缩短了30%，大大提高了系统的参数化设计能力及效率。整个过程通过系统自动实现，无需人工干预，从根本上提高了企业产品研发设计效率。

参考文献：

[1]尤俊.工业锅炉发展现状及前景展望[J].机电技术，2006 （4）：78.

[2]朱大锋，何雁飞.余热锅炉技术的发展[J].东方电气评论，2011 （2）：6873.

[3]陆长明，郑姝，盛炎发.利用设计模板提高客户满意度的产品设计方法[J].现代制造工程，2014 （4）：117120.

[4]陆长明，张立彬，蒋建东，等.基于设计模板的产品快速配置设计方法研究[J].计算机集成制造系统，2009，15（3）：425430.

[5]于红英，唐德威，伞.汽轮机叶片参数化设计关键技术研究[J].计算机集成制造系统，2006，12（10）：15371542.

[6]汪永辉.基于产品工作原理的变型设计技术研究[D].上海：上海交通大学，2007.

[7]LI XM，LU WH.A rapid design system for the transmission system of mounted worktable based on second development of solidworks[J].Advanced Materials Research，2013，605（1）：592595.

[8]邹昌平，黄志真，孙翠微，等.基于 Visual C++的 SOLIDWORKS 三维标准件库[J].现代制造工程，2002（10）：4143.

[9]董天阳.智能装配规划中的若干关键技术研究[D].杭州：浙江大学，2005.