机械工程师论文发表机械参数化设计方法概述

　　参数化方法的本质即是基于约束的产品描述力法，这是由于产品的整个设计过程就是约束规定，约束变换求解以及约束评估的逐步求精过程、因此与传统设计力法的最大区别在于，参数化设计方法通过基于约束的产品描述方法实际上存储了产品的设计过程，因而它设计出一族而小是某个单一的产品、另外参数化设计能够使工程设计人员在产品设计初期无需考虑具体细节而能够尽快草拟零件形状和轮廓草图，并可以通过局部修改和变动某些约束参数而不必对产品设计的过程进行重新设计。目前，参数化技术大致可以分为直接式和非直接式两种、非直接式参数化技术有：编程法和基于三维参数化的形体投影法、直接式参数化技术则是指设计者通过用户界面直接对图形进行操作，而不必理会计算机内部的处理力式，这是当前使用最为广泛的一种力法，也称人机交互法。

　　人机交互法参数化设计是目前参数化设计领域发展得较快的一个方向，也是应用最为广泛的一种方法、这种力法已经成为目前参数化设计的主要技术路线。

　　从实现参数化的原理上分，人机交方法主要有：①基于几何约束的变量几何法，这是一种基于约束的数学力法，它将图形的儿何模型分解为一系列特征点，以特征点坐标为变量形成了一个非线性力程组，当约束发生变化时，利用Newton-Raphson法迭代求解方程组，就可以求出这此特征点的新坐标，从而形成了新的图形;②基于几何推理的人工智能法，这种力法是用幕于规则的推理力法来确定用一组约束描述的几何模型、在推理过程中，利用专家系统将几何形体的约束关系用一阶逻辑谓词描述，存入事实库中。推理机把从规则库中提取出来的规则用于当前的事实集中，然后推理出几何形体的细}兄推理过程输出的是山一系列推理出的规则组成的一个几何形体的构造计划，参数化的模型也因此由在构造计划中顺序算出的规则所决定;③基于构造过程方法，这种方法在交互造型过程中的每一步操作，采用了一种称为“参数化履历”的机制，在设计过程中，系统自动记录造型操作过程的程序化描述，将记录的定量信息作为变量化参数，当赋予参数小同的值时，更新模型生成历程，就会得到不同大小或形状的几何模型。这种方法较适用于结构相同而尺寸不同的零件设计，但由于需要严格遵循某种构图顺序，改柔性和灵活性较差;④基于辅助线的方法，这种方法是让所有的几何图形的轮廓线都建立在辅助线的基础上，辅助线的求解条件在作图过程中已明确规定，由辅助线来管理图形的几何约束和结构约束，由辅助线来直接定义图形的约束集，这样就省去了在图中遍历搜索和检查求解条件是否充分的工作，使约束的表达得以简化，减小了约束力程的求解规模。

　　1.零件参数化设计

　　尺寸驱动法。它只考虑几何寸及拓扑约束，不考虑工程约束、它采用预定义的办法建立图形的几何约束集，并指定一组尺寸作为参数与几何约束集相联系、因此，改变尺寸值就能改变图形、尺寸驱动的几何模型由几何元素，尺寸约束与拓扑约束三部分组成、此种方法，有两个前提：模型己经存在：模型尺寸已经完成定义。

　　程序驱动，其实就是通过程序按照模型建模顺序，驱动CAD软件建模、它不仅考虑了尺寸约束及拓扑约束，还考虑了工程约束、它对设计人员的编程能力要求较高，需要对CAD二次开发和编程语言掌握到一定程度、与前者相比较，程序驱动对用户CAD软件使用能力较低，能提供友好的交互界面，三维建模不受参数输入顺序影响、但是它也有不足之处，在实现复杂零件参数化设计时，程序一般过于复杂，执行速度明显小如尺寸驱动，对软硬件要求较高、因此，我们建议采用第三种力法一二者的结合。

　　尺寸驱动与程序驱动结合。该方法综合了前面两种方法的优点，能提供友好的人机交互界面，不受参数设置顺序限制，响应速度快，目前的主流微机配置都能满足、因此，此种力法在CAD二次开发得到了广泛的应用。

　　2.部件参数化设计

　　2.1自底向上

　　该过程模仿实际机器的装配，即把事先制造好的零件装配成部件，再把零部件装配成机器、自底向上设计过程也是这样，先构造好所有的零件模型，再把零件模型装配成子部件，然后再装配成机器，产生最终的装配模型、在自底向上的设计过程中，如果在装配时发现某此零件不符合要求，诸如零件与零件之间产生干涉，某一零件根本无法进行安装等，就要对零件进行重新设计，重新装配，再发现问题，进行修改。从上述过程中可以看出，自底向上设计的优点是思路简单，操作快捷、方便，容易被大多数设计人员所理解和接受、但底向上设计的缺点在于事先缺少一个很好的规划和个局的考虑，设计阶段的重复工作较多，会造成时间和人力资源的浪费，工作效率较低。

　　2.2自顶向下

　　自顶向下的设计过程是模仿实际产品的开发过程、首先进行功能分解，通过设计计算将总功能分解成一系列的子功能，确定每个子功能的参数;其次进行结构设计。根据总的功能及各个子功能的要求，设计出总体结构及确定各个子部件之间的位置关系，连接关系，配合关系，而各种关系及其参数通过几何约束或功能的参数约束求解确定;然后分别对每个部件进行功能分解和结构设计。直到分解至零件、当各零件设计完成时，由于装配模型约束求解机制的作用，整个机器的设计也就基本完成。自顶向下与自底向上两种设计方法各有特点，分别适用于不同的场合。

　　3.结论

　　机械压力机的生产属于单件小批量生产，每位客户根据自己企业需求的不同，对于每一台锻压机都有自己的要求，因此对于每台锻压机都必须重新设计。长期以来，这个工作有人工完成，浪费了大量的时间和人力、考虑到锻压机某些典型零件具有相似性，可以对这此零件进行参数化设计，从而达到加速设计。

　　参考文献：

　　[1]孙正兴.基于特征参数化设计中的尺寸约束及其表示[[J].机械设计， 2008 (s)：1-4.

　　[2]苏春.数字化设计与制造[MJ.北京：机械工业出版社，2012.1：85-91.

　　作者简介：窦玮，男，硕士，广东工业大学机电工程学院。