机械产品参数化建模策略研究与应用

杨业， 郭洋， 黄启良

（1.河北联合大学轻工学院，河北唐山063000；2.株洲天桥起重机股份有限公司，湖南株洲412001）

机械产品参数化建模策略研究与应用

杨业1， 郭洋1， 黄启良2

（1.河北联合大学轻工学院，河北唐山063000；2.株洲天桥起重机股份有限公司，湖南株洲412001）

在分析参数化建模技术的研究现状及其不足的基础上，提出了在建模过程中应遵循的5条策略，并对其建模策略进行了举例说明，验证了其有效性和实用性。

机械设计；参数化设计；建模策略；研究与应用

0 引言

参数化设计是实现计算机辅助设计的重要手段，是提高产品设计效率的重要方法。参数化建模技术作为参数化设计的关键技术之一，近年来，国内外学者对其进行了大量研究。文献［1］对基于特征的参数化建模技术进行了研究，在对现有特征技术进行总结的基础上提出了特征的定义，给出了面向设计的特征分类，并建立了基于特征的参数化建模框架。文献［2］、［3］对复杂多体系统的参数化建模技术进行了研究，通过分析多体系统中的数据类型和工程约束特点，提出了基于有向图的工程约束自动推理求解算法，并根据模型元素的关联关系，实现了一种支持参数化的模型驱动机制，有效地实现了多体系统参数化建模。但是，通过文献检索发现，目前，国内外学者对机械产品参数化建模策略的研究还很少。

鉴于上述情况，为了快速、准确地建立机械产品的参数化模型，本文提出了5条参数化建模策略，并对其进行了举例说明。

1 参数化建模技术

参数化建模技术是参数化设计的关键技术之一，其合理程度直接影响参数化设计实现的难易程度。对于大多数机械产品来说，它们大多属于适应性设计，只有小部分需要新设计，因此本文主要对程序修改法中所涉及的参数化建模策略进行介绍。

2 参数化建模策略

参数化建模策略是对参数化建模方法的高度总结和提炼，是对参数化建模方法的本质认识，适用范围更广，应用更为灵活。选择合理的参数化建模策略，不仅可以保证参数化模型的正确性，而且可以方便参数化变型设计和参数化工程图优化程序的编写。

2.1 基于模板的策略

根据程序修改法的设计思想，为了降低机械产品参数化设计的实现难度，在参数化建模过程中应采用基于模板的策略。这里所说的模板包括基础设计模板和变型设计模板。

1）基础设计模板的定制。由于国内外绘图标准的差异和企业的个性化需求，三维设计软件自带的模板通常不能直接用于设计和生产。为了提高产品的设计效率，在建立产品模型和图纸之前，应按要求定制各种基础设计模板。在参数化建模过程中，所有零部件模型和图纸都应该建立在已制好的基础设计模板上。

2）变型设计模板的定制。根据程序修改法的设计思想，产品的变型设计主模型和工程图主模板应该在参数化变型设计和参数化工程图优化之前。

2.2 分步建模策略

如图1（b）所示的带中心孔的方块，可以采用以下两种建模策略。

策略1：首先绘制如图1（a）所示的带中心孔的零件草图，通过草图拉伸得到如图1（b）所示的带中心孔的方块。

策略2：首先绘制如图1（c）所示的不带中心孔的零件草图，然后通过草图拉伸得到如图1（d）所示的方块，最后，绘制如图1（e）所示的中心孔草图，并通过切除得到如图1（b）所示的带中心孔的方块。

图1 分步建模策略

可见，策略1的效率比策略2更高，但它不符合分步建模策略，很难利用程序驱动得到无中心孔的方块。策略2符合分步建模策略，可以利用程序将中心孔特征压缩或删除，从而得到无中心孔的方块。

由此可见，为了提高产品建模效率，所使用的建模步骤和特征数应尽量少。然而，为了提高参数化设计的灵活性，应尽量采用分步建模策略。所以，在参数化设计过程中，应仔细分析机械产品的变型需求，合理地利用以上两种建模策略，在能够实现产品所有变型需求的前提下，尽可能地提高产品的建模效率。

2.3 最大化策略

在机械产品参数化建模过程中应遵循最大化策略，即统筹考虑产品所有可能的变型需求，按照最全面、最复杂的情况来建立产品的变型设计主模型和工程图主模板。这样，在参数化设计过程中，通过对产品变型设计主模型和工程图主模板中的特征或图形元素进行压缩、解压缩、修改、删除等操作，就能获得用户所需要的模型和图纸。如图1所示的方块，在实际设计时中心孔时有时无。然而，依据最大化策略，在建立其变型设计主模型时，必须包含中心孔特征，以便满足所有的变型需求。

2.4 全息建模策略

基于产品全生命周期设计的要求，为了便于产品后续设计过程的实现，在建立产品变型设计主模型时应采取全息建模策略，将与产品全生命周期相关的几何信息、非几何信息和设计准则等集成在产品模型中。

2.5 草图平面便于装配策略

在零部件装配过程中，新插入的零部件默认的视图定向通常与其理想情况并不一样，这样就必须先进行视图定向的调整，再对其装配。为了方便零部件的装配，减少或避免零部件视图定向的调整过程，在参数化建模过程中，应根据零部件在其上级装配体中的安装位置，选择合理的草图平面进行草图绘制。如图2（a）所示的细长钢板，其尺寸规格为6 mm×35 mm×2 500 mm。在建立其零件模型时，选择前视基准面、上视基准面、右视基准面作为草图平面绘制如图2（b）所示的零件草图，均可拉伸得到其三维模型。该零件进行装配时，可以得到图2（c）、（d）、（e）三种方法建立的零件模型在装配体中的默认位置。可见，为了得到如图2（f）所示的装配体，上视基准面是最佳的草图绘制平面。

图2 草图平面的正确选择

3 结语

本文对机械产品参数化建模策略进行了深入研究，提出了基于模板等5条策略。以上策略已成功应用于工程机械的参数化设计过程中，对提高其参数化建模效率有很大的促进作用，为企业带来了可观的经济效益。同时，以上策略的提出对节约参数化建模人员的摸索时间有很大的指导意义，对提高参数化模型的规范化程度也有一定的帮助作用。然而由于时间和能力有限，本文仍存在一些不足之处，主要表现为机械产品参数化建模策略的具体内容仍不够全面，还需进一步扩充和完善。

［1］ 白贺斌，徐燕申，曹克伟．基于特征的CAD参数化建模技术及其应用［J］．机械设计，2005，22（2）：14-15．

［2］ 潘双夏，张帅，冯培恩．基于工程约束的产品参数化建模策略研究［J］．计算机辅助设计与图形学学报，2001，13（9）：840-845．

［3］ 康兰．基于参数化技术的自顶向下装配建模研究［J］．机械设计与研究，2006，22（3）：75-77．

（编辑：启 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

杨业（1984—），男，硕士，助教，从事机械设计与制造研究。

2014-01-02

河北省科技计划自筹经费项目（13212205）；唐山市科学技术研究与发展项目（13110202b）