参数化设计范文

导语：如何才能写好一篇参数化设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词:UG; 参数化; 注塑模; 车载箱

中图分类号:TG76;TP391 文献标识码:B

文章编号:1004-373X(2010)12-0053-02

Parametrization Design of Bicycle-bone Case

XIE Fang1, JIA Yi-chao2, LIU Xing-gang1

(1.Zhangjiakou Vocational and Technical College, Zhangjiakou 075000, China;

2.School of Material Science and Technology, Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China)

Abstract:According to the bicycle-bone cases that can be quickly installed on the bicycles made in other countries, the product shaping and mold design are performed with the function of the parametrization design of UG. All the design parameters of the product are stored in the database, and the relations of all size data are set up with the expresions when the product shaping and mold design are carried out. As any dimension is changed, the overall size of the product model is variated with the change and the parametrization drive is realized. The mold design was implemented with UG Mold Wizard module. The practical design proves that the parameterization design is helpful for the improvement of design speed and work efficiency.

Keywords: UG; parametrization; injection mould; bicycle-bone case

0 引 言

模具工业已成为国际经济的重要基础工业,地位无可替代。随着我国逐步成为全球制造业的基地,模具行业得到了迅速的发展[1]。在如此激烈的竞争中,如何缩短制造周期、提高模具质量、降低模具成本,成为了模具企业的一项挑战。随着模具CAD/CAM技术的不断发展,掌握CAD/CAM 软件的使用,并用于模具的数字化设计与制造是其中的关键。为提高产品设计的开发效率,零件参数化设计方法被越来越多的设计人员掌握与使用,与其他设计方法相比,参数驱动方法具有简单、方便和易开发使用等特点,同时CAD技术的发展也为参数化设计提供了有力的方法和工具[2-5]。

1 产品介绍

该产品主要在国外自行车上使用,其特点是能够通过专用卡具与自行车迅速装卡。产品特设提手功能,方便携带,合叶盖设计,方便整理。车载箱在使用中需要有一定得强度和硬度要求,选用了ABS塑料。其成型性能好、流动性好、成型收缩率小,在模具中凝固也较快,模塑周期短;但吸水性大,成型前必须使原材料充分干燥[6]。

利用UG软件对形状相似的产品进行模具设计时,产品及模具的所有尺寸都存在数据库中,生产需要某种规格的产品时,只需要修改三维模型的某一尺寸改变后,相应的三维模型、二维工程图、组建及模具等都随尺寸发生了改变,实现了参数化驱动[7-8]。

2 车载箱参数化建模

所谓参数化,是指对零件的各种特征施加各种约束形式,各个特征的几何形状与尺寸大小用变量参数的方式来表示。参数化设计的主要特点是:基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。

参数化建模有以下3种方法:一种是在建模时,模型的几何尺寸由其中某个尺寸值决定,适合于形状规则、截面简单的零件;另一种是先绘制模型草图,将模型中的几何尺寸改为取某个尺寸值,适用于截面复杂的零件;第三种是基于装配的参数化设计建模方式是将装配关系引入参数化设计中,可以解决复杂模型某个部分无法定位的难题,同时可以进行部件的整体参数化设计[3,9-10]。参数化建模的首要步骤是对产品进行形体分析,从而确定设计变量和建模策略,然后进行参数化建模以及参数提取,最后进行模型的验证[3]。如图1(a)所示,该产品设计时,为满足外观要求,其长宽高尺寸比采用黄金分割比例,比例系数取0.618。黄金比具有严格的比例性、艺术性、和谐性,蕴藏着丰富的美学价值。根据车载箱的用途还可以设计成其他样式,如图1(b)这款车载箱可作为装载宠物的工具。

图1 车载箱模型

利用UG中的参数化功能,可以实现尺寸驱动。对于车载箱的箱体部分,如图2所示,圈内的结构是与自行车快速卡具连接部分的尺寸为固定值,其余箱体外形尺寸在建模后,在UG的表达式窗口中将其数值修改为公式,来完成尺寸驱动的参数化设计,还需要将零件鞲霆尺寸的名称改变一下并统一管理,以便在实现参数化驱动,改变某一尺寸时,能够及时找到相应的变量名称,图3列出了箱体主要参数的表达式关系。产品造型完成后生成一份产品数据的Excel表格。设计者可以在表达式窗口中或Excel工作表中修改箱体长度(length)的值产生所需尺寸规格的产品模型。

图2 车载箱箱体三维造型

使用同样的方法创建箱盖和提手的三维造型,每个三维模型都附带一个参数表达式的Excel表格,用户可将产品的各部分表达式数据统一管理起来,通过改变或添加参数表达式就可以方便地改变已存在产品的形状或生成不同规格的零件,不再需要重新建模。将上面3个部件导入UG中,并选择合适的装配关系完成产品的装配。产品造型的系列化效果如图4所示。

图3 车载箱箱体尺寸的表达式

图4 系列产品示意图

3 模具设计流程

利用UG MoldWizard进行模具设计的流程如下: 加载产品和项目初始化;定义模具坐标系统和材料收缩率;定义分型线和创建分型面;创建型心、型腔、顶出系统、浇注系统、冷却系统和排溢系统;加入模架和标准件,最终设计结果如图5所示。

图5 模具装配图

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关键词：参数化设计 产品形态 逻辑构成 结构构成肌理构成

中图分类号：TB47

文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2016）02-0024-02

参数化设计目前在现代设计中的应用比较广泛，在各类造型领域的探索中，建筑行业的应用已经取得了较为显著的成绩。随着技术的不断进步，参数化设计的应用面在不断扩大，逐渐由建筑领域扩展到其他领域，初步展开在产品形态设计中的应用，并出现一些相关设计作品，但对于设计方法和应用路径的研究还不完善。基于应用路径的研究一定程度上对推动设计创新具有重要的现实意义。

1 参数化设计概述

参数化设计其实就是参变量化设计，即把设计参变量化，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。

参数化设计的最大特点表现在参数的即时调节和与之相对应数字模型的即时反馈。在参数化设计系统中，不变参数通过一定的逻辑规则形成设计基础，再通过可变参数的数值调节进行方案的调整和优化，最终生成设计结果。在这个过程中，各种影响因素被数据化和关联化，并通过规则和逻辑贯穿在一起。参数化的这种可变和易于调节的特点，使设计变得更加方便和灵活，设计师只需要调节规则逻辑中的参数就能迅速调整方案的呈现效果。参数化设计的运用可以在短时间内生成一系列方案，设计师或用户可以根据设计要求或审美经验进行方案选择，这在一定程度上带来更为丰富、多变的体验，促进基于互联网的个性定制的发展和完善，为设计行业带来新的活力。

2 参数化设计与产品形态设计

数理逻辑又称“符号逻辑”，是一门用数学方法研究思维的形式结构及其规律的学科。数理逻辑在形态塑造中的运用能够体现比例与尺度、对称与均衡、节奏与韵律、统一与变化等形式美法则。从古至今，一些简单而经典的数理逻辑被广泛运用到设计当中，最为人们熟知的就是黄金分割比，古代的埃及金字塔、印度泰姬陵到现代苹果公司的很多产品设计都以黄金分割比为内在逻辑，这些设计无不被人奉为经典。

当代，计算机技术的快速发展与3D打印技术的进步，使复杂数理逻辑的呈现成为可能，参数化设计便是其中之一，其作为一种新的设计方法在现代设计中的探索极为引入注目。尤其在产品形态设计领域，参数化设计使原来不可能实现的复杂结构与形式得以呈现，形态的内在数理逻辑性使产品展现出变化丰富、充满律动的形式美感，既能丰富产品的视觉呈现效果，又可以满足用户的个性化需求。参数化设计正逐渐应用于产品形态设计中，并呈现出一个新的发展潮流“。

3 参数化设计在产品形态设计中的应用路径

参数化设计在产品形态设计中的应用主要表现为逻辑构成形态、结构构成形态和肌理构成形态三个方面。

3.1 逻辑构成形态

逻辑构成形态是指以符合或接近数理逻辑关系的规则塑造的形体，着重强调形态的逻辑性。参数化的产品逻辑构成形态设计的基本流程如下：（1）确定设计目标；（2）找出对设计目标具有影响的各类因素，将这些因素转化为有效的参量，通过研究和逻辑推理，确定参数之间的基本关系；（3）运用某种规则系统（即算法）构筑参数关系，逐步实施算法生成产品的设计原型；（4）通过对算法中关键变量的调整，生成海量方案，这一环节如果达不到理想效果，则返回去进一步修改算法，进行新一轮的实施和迭代，从而得到另一类可能性，在算法的反复实施和迭代中生成理想的设计结果；（5）设计师或用户在生成的一系列方案中进行方案挑选。整个流程可以概括为：设计目标――参量设定――算法构建――参数调整――评价――确定。

例如由美国设计师Matthias Pliessnig为私人客户所设计的阿玛达长凳（图1），是参数化的产品逻辑构成形态设计的一个典型案例。其设计目标是一个贯穿空间的宽大流动的长凳，设计师首先运用曲线干扰、细分等规则营造一个高低起伏、凹凸有致的流动效果，构造出长凳的设计原型；其次通过对整体尺寸、细分次数等参数数值的调节，生成一系列的形态结果。最后根据自己的经验、审美或脑海中的预想等进行方案评估和挑选，得到令人满意的视觉形态。

3.2 结构构成形态

对于参数化的产品结构构成形态设计，一方面可以通过相关参数化软件对现有产品进行拓扑优化，以达到某种经济或生态效益；另一方面也可以运用参数化设计方法研究及模拟自然界和传统人工物中的结构，赋予产品以新的结构形式。

3.2.1 拓扑优化

拓扑优化算法主要用于结构优化。基于设计目标的拓扑优化可以将材料均质的模型优化为材料在空间中的最佳分布模型，也可以从力学角度出发对原有产品模型进行拓扑变形，通过这两种方式的反复迭代优化，最终产生一种新的结构形态。可以总结为：设计目标――力学分析――变形优化――评价――确定。

例如德国设计师Marco Hemmerling和Ulrich Nether设计的这款衍生椅（图2），即是参数化的产品结构拓扑优化的典型案例。其设计目标是在原材料减少的同时保证座椅的稳定性及舒适度。设计师在设计构建时主要采用有限元建模软件，对座椅的结构性能、材料特性、人机工程学数据以及生产加工工艺等参数进行综合分析，并通过反复迭代，生成一个最优化的方案模型，最终呈现的是经过计算机逻辑运算之后的结构，亦是座椅的最终形态。衍生椅设计通过参数化软件的运用，在功能优化的基础上，实现了产品的形态创新和制造的经济性。

3.2.2 结构模拟

大自然中的诸多结构不仅具有科学的力学法则，并且拥有和谐的美感，前人通过学习、模仿和研究自然界中的生物结构，创造了很多优秀的人工结构，流传至今。参数化的产品结构构成形态设计的另一种方式就是研究自然界和传统人工物中的结构，将影响产品及结构构件的要素转化为多个参数，设定模拟算法，并进行优化与创新，在反复迭代中生成最终的结构形态。即：设计目标――研究现有结构――模拟优化――评价―确定。

例如荷兰Studio Drift工作室设计的可以动态变化的吊灯――TheShylights（羞羞灯）（图3），便是通过对自然界中优秀结构的模拟，所实现的产品创新。绽放是花最美的瞬间，然而到了夜间，美丽的花朵便害羞般的闭合起来，The Shylights（羞羞灯）正是模拟花瓣盛开和闭合这两个动作，即垂下绽放时灯具打开，向上收缩时灯具关闭。其设计的关键是利用参数化软件模拟花的开合，为灯具制作了可伸缩并极其精密的机械骨架，以此生动地呈现花朵绽放时所展现出的自然生命力。

3.3 肌理构成形态

肌理是物体表面组织结构的表现形式，是产品形态的重要组成部分。参数化的产品肌理构成形态设计的基本流程如下：（1）确定设计目标；（2）找出影响特定产品肌理设计的各种因素，将其转化为参（变）量，并基于对这些参（变）量的分析确定具体的设计元素；（3）设定该元素自身的变化及组合逻辑（算法），通过算法的逐步实施构造出设计原型；（4）确定变量，调节变量数值，推敲方案；（5）通过对参数的综合调节进一步优化方案，并在比较的基础上挑选最终效果。该流程可以概括为：设计目标――确定设计元素――基于元素的变化及组合逻辑（算法）构建――变量数值调节――评价――确定。

例如由马萨诸塞州的Nervous System实验室设计的Hyphae Lamps（图4），是参数化的产品肌理构成形态设计的一个典型案例。HyphaeLamps是系列化的有机台灯设计，以自然界中的生物生长规律为元素，设定生长算法，从最初的种子和一个基面，通过节点的不断分支与合并，生长为一个有机的镂空网络。同时，算法可以随着参数数值的调整而发生改变，每个灯都是基于这些类似算法而单独种植的，因此，这一系列有机台灯中的每一个都是独一无二的，其自然化的肌理可以通过LED灯向墙上或天花板上投射独特的图案，创造一种空灵和有机的氛围。

4 结论

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【关键词】结构设计；顶层参数；参数化设计；表达式链接

Product Electrical System Design Automation

【Abstract】According to the different types of topological structure similar case,by different stylist design,dynamic,and old duplicated error probability and could cut a repeated the same mistake.And after cutting sometimes parts processing,appear unable to assembly needs to repair to use,the serious influence product development cycles,thus the enterprise competitive power decrease.Through 1/2ATR and 3/4ATR size of box/structural parameter technology research,built chassis parametric design system,and experience,with test satisfactory results have been obtained.Make this kind of product design,built good and trees become public resources system reusable,make a design and production efficiency is greatly increased.

【Key words】Struture design;The level parameter;Parametric design;Expression links

0.概述

计算机辅助设计（CAD）技术是现代设计的必备工具，在国内外企业中得到了越来越多的应用。然而，虽然现有的CAD技术应用已经在很大程度上改变了传统的设计理念，但大多数企业并未实现真正意义上的参数化设计。只有真正意义的参数化设计，才能使得产品设计周期大大缩短，设计成本大幅度降低。参数化设计技术作为一项先进的技术必将得到越来越多的应用。

对于具有相似拓扑结构的光机结构产品，只是为适应市场需求，尺寸和布局发生了变化，如箱体类、轴系类等等零件及装配都可以进行结构的参数化设计。针对不同的设计需求，依靠该结构的全局设计参数，快速自动完成整个结构部件设计。本文可用大型三维结构设计软件-UG5.0软件中CAD部分的Modeling、Assembly和Drafting模块进行标准密封机箱的参数化设计研究。

UG是一套功能强大的三维CAD/CAM/CAE软件系统，其内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图输出，到生产加工成产品的全过程。其应用范围涉及机械、航空航天、汽车、造船、通用机械、医疗器械和电子等诸多领域。

本文对标准密封机箱的参数化设计及应用情况进行论述[1]~[12]。

1.参数化模型的建立

机箱参数化模型的建立主要包括以下内容：零件及装配模型的设计及机箱参数化模型的测试。

1.1设计工作主要内容

参数化模型的设计工作，需对建立的模型进行反复的测试与反复修改模型及表达式，主要设计内容包括以下方面。

顶层表达式的建立

首先需要确定机箱的顶层设计参数，因顶层设计参数是全局设计变量，参数化模型就是用全局设计变量来驱动模型的变化。机箱的设计输入即为全局设计变量。

图一 顶层表达式的建立

对于机箱来说，设计输入为机箱的外形尺寸，每块电路板的厚度，每块电路板上冷板厚度，电路板间距，机上安装孔间距等等，这些设计输入都是作为顶层参数来建立顶层表达式。建立的顶层参数的表达式如图一所示。

机箱参数化建模方式

机箱采用自上而下和自下而上相结合的方式进行建模。自上而下建立模型，即先建装配，再在装配中建立零件模型；自下而上建模，即零件模型建好后，再装配在一起。根据机箱的总体外形尺寸，在装配粗略建立机箱的前面板、侧板、上盖板、下盖板等零件的外形尺寸，然后再分别对零件进行详细设计。

1/2ATR和3/4ATR两种尺寸机箱装配参数化模型建立

根据GJB 441-1988电子设备机箱、安装架的安装形式和基本尺寸等标准来分别建立两种尺寸机箱。

1/2ATR机箱的外形尺寸为：宽和高分别为：194mm和124mm，长度根据实际情况来定。外形尺寸如图二所示：

图二 1/2ATR机箱外形结构尺寸

3/4ATR机箱的外形尺寸为：宽和高分别为190.5mm和194mm，长度根据实际情况来定。外形尺寸如图三所示：

图三 3/4ATR机箱结构外形尺寸

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工艺装备（工装）是机械工业的重要组成部分，是机械产品性能、精度、质量、寿命、生产效率以及控制生产成本的基础保证。结构越是紧凑、精度越高的机械装置，其制造过程对工装的依赖程度便越高。以沈阳机床（集团）有限责任公司（以下简称“沈阳机床”）研制的机械式双轴转台pct40为例，该产品有35种零件，装配工装就有21种之多，其中一些工装结构相同或类似，但零件尺寸不同。按照我们以往的设计流程，在三维建模和绘制工程图时，设计员需要进行较多的重复工作，影响了设计效率。结构相同或类似零件的三维模型和工程图等技术文件也影响到技术文件的管理。本文以偏心法兰调整工具为例介绍了利用Pro/ENGINEER的“族表”工具和“重复区域”功能，对一类结构相同的工装进行参数化设计，有效地减少了设计员的重复工作和技术文件数量。

二、关于参数化设计

参数化设计是指零件或部件的形状比较定型，用一组参数约束该几何图形的一组结构尺寸序列，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应，当赋予不同的参数序列值时，就可驱动达到新的目标几何图形，其设计结果是包含设计信息的模型。参数化为产品模型的可变性、可重用性及并行设计等提供了手段，使用户可以利用以前的模型方便地重建模型，并可以在遵循原设计意图的情况下方便地改动模型，生成系列产品，大大提高了生产效率。参数化概念的引入代表了设计思想上的一次变革，即从避免改动设计到鼓励使用参数化修改设计。

Pro/ENGINEER提供了多种二次开发工具，如族表工具、用户定义特征（UDF）、Pro/Program、J-link以及Pro/TOOLKIT等。通过族表可以方便地管理具有相同或相近结构的零件，特别适用于标准零件的管理。族表工具是通过建立一个通用零件作为父零件，然后在其基础上对各参数加以控制生成派生零件。整个族表是通过电子表格来实现的，因此可以称其为表格驱动。

三、偏心法兰调整工具设计

偏心法兰内外圈的中心线是不重合的，如图1所示，法兰内外圆中心线距离为S。当法兰以外圆中心线为轴转动时，内圆中心线就以外圆中心线为轴，以S为半径转动，从而实现法兰内圈在垂直方向上的位置移动，移动的最大距离为2S。弧面分度凸轮机构就应用偏心法兰来调整凸轮轴与分度盘中心距，避免出现二者配合过紧或过松的现象。装配时，偏心法兰的外圆与箱体上的孔配合，保证了其轴线没有径向移动，凸轮轴通过轴承与偏心法兰内圈结合，根据实际情况转动偏心法兰，使其内圆中心线在垂直方向上产生位移，达到通过改变机构的中心距使弧面凸轮与分度盘获得优良配合的目的。根据装配需要，设计出偏心法兰的调整工具，调整工具的二维示意图如图2所示。

在调整工具一端任选两个相对的孔打入圆柱销，装配调整时，将圆柱销插入偏心法兰端面上的孔Фd0中；调整工具的另一端也是利用端面上的孔与类似卡钳的工装连接，该工装的设计与本文内容无关，故不在此做介绍。

四、调整工具参数化设计

以沈阳机床研制的机械式双轴转台pct40为例，该产品有2种尺寸不同的偏心法兰需要使用调整工具，另外分别安装与之配合的2种锁紧法兰也需要同样结构但不同尺寸的调整工具，因此这里需要设计4件调整工具。这种现象在工装设计中是常见的情况，若是按照传统设计流程，设计员必须分别进行多次重复的三维建模和绘制工程图的工作才能完成设计任务。但是利用Pro/ENGINEER的族表功能，对其进行参数化设计，将不再需要重复建模，而只需对一个模型的尺寸参数进行重新设计，便可得到一组不同的调整工具。从而达到减少设计人员的重复劳动，提高工作效率的目的。

1.三维模型参数化设计

以需要设计的任一调整工具作为原始模型建立三维模型，以后再需要设计结构类似的调整工具时，不再重复建模，而是运用族表功能对相关尺寸约束进行参数设计。在创建“族表”之前，我们有必要将模型的相关尺寸名称按照我们需要的进行修改，如d1、L1和外径等。然后，便可进行“族表”的创建，先将模型相关尺寸添加到“族项目”中，为了让设计员快速定位尺寸参数可以插入“注释行”对每个尺寸的含义做详细的描述，“族表”便建立完成。当我们需要重新设计一件与其结构相同但尺寸不同的调整工具时，不再需要重新建模，只要在“族表”中插入实例行，对相关尺寸参数进行设计，便可得到另一个模型，如图3所示。

2.工程图的绘制

工程图的绘制方式有两种，一种是按照绘图标准绘制一张完整的工程图并做完整的尺寸标准，将工程图中的尺寸数值更改为特定代号，然后附上显示三维模型族表的表格。该表格使用Pro/ENGINEER的“重复区域”功能来制作，通过“更新表”可以使该表格与三维模型的族表同步。此方法绘制的工程图可以定义为列表式，如图4所示。

第二种方法可称为模板式，即建立一个“工程图模板”。所谓“工程图模板”是在一张工程图上设置其“出图行为”，作为工程制图的出图规范，每个视图的详细规范通过模板视图指令对话框设定，如图5所示。需要出图时，在指定模板选框中选择使用模板，然后选取已制定好的工程图模板，点击确定便会按照设计员制作的工程图模板形成工程图文件，移动各视图至适当位置并整理尺寸便完成了工程图的绘制，大大提高了设计员的出图效率。

这两种方法各有优劣，使用列表式绘制工程图时，不同型号的零件需要从列表中选择对应的尺寸参数，所以不太适用于结构较复杂的零件，但特别适用于标准零件的绘制，如企业的标准工装、标准工具等这些结构相同，尺寸不同且数量较多的零件。模板式绘制工程图则适用于另一些结构较为复杂的零件。

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关键词：调压线圈；参数化设计；二次开发；AutoCAD

中图分类号：TM411 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）03-0110-02

在大部分中小企业中，由于技术力量薄弱，图纸的修改难度极大，经常出问题，返工的图纸时有发生，不仅浪费了大量的物力、人力和财力，更浪费了很多宝贵的竞争机会，能开发一套实用的绘图软件，将大大减少技术人员的劳动量，且出错的概率减小到了最低，对企业来说是一件低投资高回报的事情。本文介绍的是给某变压器厂制作软件时高压线圈图纸的开发过程。

1 总体规划

根据图纸将各部分开完成，分为高压线圈视图、中压线圈视图、线圈端面视图、压装高度示意图、HTV角环放置示意图、MTV角环放置示意图、MTV匝数简图、HTV出头示意图、参数特性表、技术要求、标题栏和明细栏这几个部分。

主函数中完成函数调用，块插入，书写技术要求，标题栏和明细栏填写。

2 高压线圈主视图绘制

基点确定了视图的位置，其它点坐标都根据基点坐标计算得到，基点选择在图1所示的点，该点是线圈相线起始位置，相线标注、撑条绘制、匝线绘制等都与该点直接相关，所以选择该点作为基点。

基点确定后，根据编程习惯，在使用到该点的地方定义点坐标。开始时，定义了图2所示坐标。

2.1 设计思路

设计时，重复性部分、有规律变化部分设计为独立模块，用函数来处理，其余部分在该函数中完成。经过已有图纸的分析，函数部分为撑条绘制、匝线绘制、相线序号标注、油道排列标注、垫块厚度标注、匝线数目标注，其余部分直接在该函数中完成。

2.2 详细绘图

首先进行不规则的图线绘制，如第一条直线（PT1 PT2）直线，其余直线按顺序进行绘制。

2.3 撑条绘制函数

算法设计：根据所给撑条数，绘制等长直线，算法简单，用repeat循环实现，循环次数为撑条数加1，图中多画一根撑条，循环体中只绘制直线即可，步长值为撑条间距*自增变量。下面是函数功能说明和完整的函数清单。

； 程序功能：绘制撑条

； 参数说明：pt_ct 撑条基点坐标（中心撑条与线圈最上沿交点）

； ct_num 撑条数

； ct_jj 撑条间距

； ct_len 撑条高度

； 使用方法：带参调用

（defun 6DB602_4draw_ct（pt_ct ct_num ct_jj ct_len / col_width pt_base ）

（setq col_width 0 pt_base （polar （polar pt_ct （/ pi 2） 5） pi （* ct_jj （/ ct_num 2））） ）

（repeat （+ ct_num 1）

（command "clayer" "细实线层" "line"

（polar pt_base 0 （* ct_jj col_width））

（polar （polar pt_base 0 （* ct_jj col_width））

（/ pi -2） ct_len） ""）

（setq col_width （1+ col_width）） ） ）

函数执行后结果如图3所示。

2.4 匝线绘制

算法设计：匝线要倾斜，中间断开，绘制时使用repeat函数，次数为匝线数目，循环体中绘制两条直线，注意直线的右边纵坐标小于左边。

函数如下：

（defun 6DB602_4draw_zx（pt_zx ct_num ct_jj zx_num zx_jj / l_height zx_len）

（setq l_height 0 zx_len （* （/ ct_num 2） ct_jj））

（repeat zx_num （command "clayer" "细实线层" "line" （polar pt_zx （/ pi -2） （* zx_jj l_height））

（polar （polar （polar pt_zx （/ pi -2） （* zx_jj l_height）） （/ pi -2） 1） 0 （+ zx_len 3）） ""）

（command "clayer" "细实线层" "line" （polar （polar （polar pt_zx （/ pi -2） （* zx_jj l_height）） （/ pi -2） 1） 0 （+ zx_len ct_jj））

（polar （polar （polar （polar （polar pt_zx （/ pi -2） （* zx_jj l_height）） （/ pi -2） 1） 0 zx_len） （/ pi -2） 1） 0 zx_len） ""）

（setq l_height （1+ l_height））））

2.5 相线序号标注

算法设计：相线标注要求每一相线根据给定的起点序号，逆时针累加，在平面图中，向右递增，直到撑条数为最大值时，从1开始递增，到达撑条数一半时，从左边开始标注。标注时遇到相等的情况，减少一相的标注，不等时，必须每相进行标注。根据以上要求，设计时，先判断相线起点是否相同，在进行每一相的标注。

2.6 油道排列标注

算法设计：油道排列标注要求从起点开始，能实现逆时针和顺指针旋转标注，标注数字按下面公式进行计算：（油道数+油道宽度）/撑条数×撑条序号+4.5。

2.7 垫块厚度序列标注

算法设计：垫块厚度序列标注要求根据给定垫块厚度序列字符串进行标注，设计时，先将字符串进行分离，得到对应的值，再将其进行标注。函数注释及程序清单如下。

2.8 序号标注及其它

线性标注、序号标注及其他绘制均按AUTOCAD习惯完成。

3 中压线圈主视图绘制

中压线圈主视图，大部分与高压线圈主视图一致，点位图中，基点坐标选择一致。

设计时，中压线圈思路与高压线圈思路一致，不再赘述，现将有区别的部分加以阐述。

垫块高线绘制时，要求将总高输入后，将其逐一除以25-35，能除尽时，商就是单个垫块高度。

4 线圈端面视图绘制

端面视图中，相线序号标注用函数实现，相线起点和终点引线用块插入，其余按AUTOCAD绘图顺序进行绘制。

根据图形特点，以圆心为基点。基点确定后，进行圆的绘制，直线绘制并进行阵列，阵列的数目由撑条数确定。

环形数字标注时，重点是坐标的计算，起点确定后，根据标注的数目，均分整圆，得到他们之间的夹角，使用polar函数，起点和移动距离相同，只需要改变角度即可。

5 其它部分绘制

HTV角环放置示意图、MTV角环放置示意图、MTV匝线简图、压装高度示意图使用、特性表使用块插入的方式进行绘制。图副、技术要求、标题栏、明细栏调用已有工具函数完成。

6 结 语

经过上述编程，按要求完成了所有功能，为类似零件的二次开发提供了多个有用的函数。

参考文献：

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Y：先介绍一下当时申请AA的情况吧。

DY：那个时候知道AA是从建筑学导报，1996年有一期很详细地介绍了AA的教育体系和每个UNIT的研究方向，这样对AA这个学校就有了个大概的认识，之后也时常关注一些相关的信息，不过那个时候AA的主页远没有现在这么精致，信息量也不大，然后大三学年结束后接触到一位老师，她自己对AA所进行的教育模式以及内容方向很感兴趣，同时也鼓励学生去接触这方面的知识，了解国外的不同设计理念和设计方法。

Y：那你认为国内和国外比较起来，哪些比较大的因素导致了各种差别呢?

DY：我觉得最重要的是各种信息量的差别，AA的研究很具有前瞻性，也就是我们常说的很前卫，大部分因为它有自己的信息产生以及消化的系统和平台，使得获取信息很有效率，让内容也很丰富。当然，这个也有学校至今160年历史的积累和自身形成的风格。

Y：那你能举个例子说下AA所谓的系统吗?

DY：比如我们大家都见过“泡沫”，也听说过“泡沫逻辑”(voronoD，虽然这个理论和逻辑在很早以前就已经被发现并深入的研究过，但都多是基于几何学上对泡沫几何形式生成的研究，但有些AA的学生和老师就根据这一几何形式的产生规律发展出了一种生成物理形式的方法，并对这种形式的生成方法加以控制，进而提出一种建筑形式、空间的可能性。AA学生设计的前卫和创新就是因为从来不遵循旧有的思维和方法，以不同的家度对待、应用以知的知识。

Y：我发现英国很大部分学校仍然还是在打圈，就一直没跳出原有思维和方法，学生和老师经常看的东西也只是40～50年前的，英国人的顽固与守旧是出了名的，也许是物极必反的原因，所以反而有全世界最前卫和激进的学校和学生，AA的诞生最开始好像就是两位不满学院制度教育的学生辍学后建立的一个俱乐部。

DY：国内的建筑学教育模式确实需要更新，记得我在大四时，那位导师带了我一年，我们做了一个影剧院的设计，这个设计没有以往要求的标准的二维CAD图，却比较侧重物理模型和三维的表达。特别是通过手做的模型去感受和分析建筑体量、材料和空间的关系，最后每个设计小组的人都录制了一段DV记录片，记录下了设计、推导的过程，这个DV和最后一个1：200的模型就是我们交付的课程设计作业，这个设计对我有比较深远的影响，并不是说设计出来的东西有多么的不同，而是因为这个因设计而产生对建筑设计理解的角度不同，让我意识到从研究材料的形式以及材料形态的组合去发展设计也是未尝不可的，而且也是一条非常有意思的思路。

Y：或者说形式的存在本来就是有它的理由，最近两年参观AA夏季学生作品展上发现有很多物理模型，而且材料也用的比较多。

DY：我想AA的建筑是从形态出发归结到功能，而普遍的建筑学教学模式是从功能出发，归结到形式，AA是研究形式的可能性，比如之前说的泡沫，以一个泡沫为基本的元素或者结构，将一个两个放在一起和几十上百个放在一起能有什么不同形式的组合和变化?怎么样通过这样的不同形式组合来满足不同的功能?这是一个很有意思的问题，答案可以有无数种，你可以花一辈子的时间在这个上面，顺带提一下，最近曝光率很高的水立方，就是其中的一种答案。可以说大多数学校的做法是将平面、立面和剖面逐步细分，而AA是在思考如何将一个单一的物体依托某种规律或逻辑而生长为一个建筑。

Y：AA的特点也让我联想到赫尔佐格，他的作品也挺重视材料、形式和空间给人的感觉，路易康也很重视形式的本质，尊重材料的原有属性。

DY：我想在方法论上或许有相同之处，以材料本身出发，不过AA更多地借助了电脑的功能，所以从材料形式的复杂性来讲，较前人来讲更加的多样化与理性。

Y：在你申请的时候，除了之前学习当中的作品集，有要求你相关的软件和编程经验吗7

DY：学校并不会以你的电脑水平来评价你设计的好坏，我想AA会更加注重你的设计所表达出来的想法，以及你对建筑设计的理解角度是否符合你要申请的unit的要求。

Y：副进入AA的时候有感觉到什么困难吗?

DY：主要的困难还是在语言，不过不单是听得懂与否，而更是一种语境的区别，因为文化背景不一样，就如同学商科的与学画画的聊画廊，大家背景不同，注重点也不同，自然语言中的着重点和用词就都不相同，很容易就误解了。这个磨合期大概有3～4个月吧。不过当时在AA的组员英语都还不错，所以也帮助提高了不少。

Y：能举例介绍下脚本和数学在AADRL的运用吗?

DY：其实用数学不太准确，应该说是一种算法逻辑，叫algorithm。举例来说，我们先在MAYA里面画出5个点，取任意每两个点连线，10分钟的时间，我们也许可以画出10个联法，而如果将这5个点增加到5万个，再去联线就需要借助电脑脚本编程了，同时那将会生成很多种比较有趣的图案，简单地说，电脑脚本编程可以在短时间以大量的数据计算，来检验最初的设计概念。

Y：数位建筑在建筑界也是20世纪90年代兴起的，因为其涉及面广而深，所以还处在一个探索的阶段，可能性比较多。那么你觉得将数位建筑和其他科学结合起来会有可能吗7我个人就比较喜欢EMERGENT ARCHlTECTURE在结构生态和建筑的研究。

DY：据我所了解EMERGENT ARCHlTEC―TURE用到的主要是T~SELLATION(镶嵌)，一种多面体细分算法，用最少的面将一个复杂的形式无缝地衔接起来，举个简单的例子，就是将一个蛋壳打碎，然后计算如何将它组合起来，以建筑的角度来讲，根据不同的功能，碎的蛋壳可以部分是墙壁，部分是开窗，但都包含在一个大的整体的曲面内。

Y：关于数位建筑，在AADRL以及AA其他部门里面有什么特定的研究方向吗?

DY：数位建筑可以涉及的东西很多，在DRL的课程研究中，一些人侧重于由面生成建筑，一些人研究单位物体的组合变化如何衍生为建筑。另外，AA里面也有很多你刚才所说的EMERGENT ARCHlTECTURE那种方向，结合其他科学领域，我记得有研究粒子系统的，将一个粒子放大为一个小球，试验小球的群体流动行为，并进而在和基地地形的结合情况下继续实验，看小球的群体行为是怎样表现基地的特征信息的，同时研究不同的小部分小球群体如何衍变、细分为实体的空间以满足不同的功能需要，我自己曾经研究过弹性这一材料特性对材料形式的影响，以不同弹性强度去测试同一个面，再用同一个弹性数值测试不同的面，结果是有的材料变形接近，有的大不相同，这样来尝试出各种不同结果，当然更有意思的是，我可以在MAYA的模型空间中对大量的不同材料进行同时测试：比如，对一条线(线状的材料样本)设置不同的弹性强度，弹性强度为10时，会是某种变形，12又是不同的变形，多次尝试后会首先对弹性强度与材料形式的关系有个感性的认识，然后将上百条线同时设定不同变化数值，就有了一个连续而又变化的整体图解，这样就是一个最基本的数位建筑设计模式。

所谓数位建筑设计，就我的理解，它和传统的建筑设计最大区别就在于它扩展了人的能力，不管是想象能力还是实现能力，传统的手段和方法根本无法实现数位建筑的复杂性与多边性。比如我如果个人计算的话，也许只能计算出1到20的弹性强度使材料产生的变化，而计算机能在短短的几秒内就能计算出上万根线在1到1000之间的变化，所产生的变形将更丰富、更有意思。

Y：AA的建筑虽然很前卫，但也很注重于实践，不管在技能在思维培养方面。

DY：AA很注重建筑的实现性，所以很重视实际模型，这点和BARTLETT很不一样，BARTLETT更注重个人抽象思维能力以及表达方法。

Y：最后，能介绍一下你在ZAHA那里的工作情况吗?我了解过AA毕业的学生很容易被ZAHA接收，毕竟趣味相投，再加上走数位建筑的学校本来也很少。

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为了有效地缩短设计周期，避免人为大量计算、校对过程中出现错漏，提高设计准确性及合同应对能力、降低设计不良，因此对公交型扶梯进行参数化设计势在必行。

关键词：公共交通型扶梯、准确率、效率、参数化设计

1.背景与目的

公交型扶梯主要使用于地铁、BRT、火车站、轻轨等公共交通场所。随着市场的不断扩大，公交型扶梯使用数量不断提高，业务也不断地提升。

当前，公交型扶梯合同设计中，都会对扶梯的各变化部件进行一次新的计算、校对、审核等参数确定过程。流程过多地依赖手工计算，重复性操作较多，这样，不但设计周期长，而且参数计算过程中出错率也比较高，设计人员工作负担过大。

而且，目前公交型扶梯变化部件一码多物的问题，是由设计人员在合同基础设计书内采用ATO（assemble to order）指引来解决，才能达到下游部门完成生产定制的需要。

EPD（elevator parametric design）参数化设计系统是专门针对电梯行业开发的产品设计系统。可自动生成整个电梯的三维模型、二维工程图纸、钣金展开图、整梯及各部件的物料清单，完成材料、图号、成本核算等生产所需相关信息的汇总。能快速提高产品及零部件的系列化及标准化程度，降低非标设计比例，提高设计准确率、设计效率，可在最短时间内为后续生产、采购、仓储提供准确数据。EPD参数化设计系统已在直梯和商用扶梯中投入使用。

公交型扶梯设计中前述的问题要得到解决和改善，需通过对公交型扶梯的EPD参数化设计系统开发，才能达到缩减设计周期，避免繁琐的计算出现错漏，在采用EPD参数化设计系统对公交型扶梯开展设计工作后，通过系统功能驱动三维模型变化，达到不同变化部件一物一码的目的。实现公交型扶梯合同自动生成基础设计书。

2.分析公共交通型扶梯变化规律

公共交通型（公交型）扶梯的设计高度必须按土建实际尺寸开展，同时需要精确到1mm，采用参数化设计是开展此类提升高度要求的有效设计方案。

EPD参数化设计系统具有良好的人机界面，其参数化设计思想与公交型扶梯参数化设计相契合，并能与PLM系统中庞大的数据库相关联，在PLM中原有的部件均可直接引用。公交型扶梯EPD参数化设计系统开发前，按系统要求，需确定公交型扶梯的变化部参数的变化规律，并将这些规律用合理简化的主要基本参数计算。

目前公共交通型扶梯产品的合同设计是在PLM系统上完成，鉴于提升高度精确化的特殊性，变化的零部件一码对应多物，不利于下游部门直接生成MBOM。在基础设计书中，需对出现参数变化的各个零部件进行具体数值化指引，借助制作指引栏、备注栏辅助完成变化零部件的具体值。公交型扶梯合同基础设计书需作备注指引的主要有桁架、中间导轨、栏杆三大部分。

经过对桁架、导轨、栏杆等各变化部的数据分析，我们可以了解公交型扶梯的变化规律。通过一个具体的提升高度H，将需要作ATO指引的变化部参数关联在一起，从而实现参数化设计。把计算公式应用到EPD系统中，作为系统的脚本参数及赋值逻辑。

3.公交型扶梯参数化设计系统应用

经过对公交型扶梯三大部分中间变化部参数变化规律及参数数据分析，完成了公交型扶梯采用EPD参数化设计系统进行参数化设计的数据前处理。在公交型扶梯进行产品数据结构化的前提下，EPD系统内进行公交型扶梯脚本逻辑编制，完善参数化模型设计，实现在EPD系统自动生成工号基础设计书。

公交型扶梯在PLM系统可将其零部件进行数据结构分类，其数据结构由桁架、导轨、桁架小部件及安全装置、主传动系统、扶手带驱动系统、楼层板、栏杆、电气系统组成。在EPD设计系统中将数据结构进一步细化和分层。

公交型扶梯的结构层就像“金”字塔结构一样，每层间传递着参数的相关信息。此数据结构层为EPD系统中公交型扶梯大架构。在此大架构下，将各部件细分形成产品数据结构，再将细分后的各部件编码化，使其在EPD系统最后生成的基础设计书内的各部件按产品数据结构架构有序排列。

通过对公交型扶梯内容的信息数据输入，数据信息测试完成后，可在EPD系统生成基础设计书，但此生成的基础设计书，还不能生成生产所必需的ATO指引，还必须对相关的变化参数部件，即需作ATO指引的部件进行变量赋值。根据公共交通型扶梯变化规律，编制变化部装配脚本逻辑。

完成公交型扶梯产品数据结构、基本信息录入、脚本逻辑编制后，运行EPD系统，可在EPD系统中自动生成公交型扶梯基础设计书，并以EXCEL的格式显示。

4.扩展

在EPD系统中，完整的脚本逻辑应包含编制变化部装配脚本逻辑和驱动3D模型脚本逻辑。前者能够自动生成公交型扶梯的基础设计书，后者可以驱动各个变化零件参数变化。

在编写模型脚本逻辑前，需要对各个零部件进行三维模型创建。参照原有的公交型扶梯参数化设计思想，借助Solidworks三维辅助设计工具进行模型的建模，模型经EPD系统脚本控制驱动后，可实现各个变化部子件的参数化设计，得到各个子件的基本信息，实现一物一码的目标。

完成模型脚本逻辑后，能实现不同高度3D模型，能直观地了解各部件之间的装配，减少因二维制图设计带来的干涉、错误。另外，还能运用ansys对模型进行有限元分析，对扶梯的受力、强度等进行检验和校对。另一方面，也可以通过脚本逻辑输出二维图纸而非三维模型。这样，既可以减少设计人员图纸输出强度，也减少3D模型设计的时间和难度。并且，不但符合企业发展的业务要求，也可以减少维护人员的负担。

参考文献：

[1]《电梯设计系统培训手册》 沈阳中新科技开发有限公司。

[2] 陈超祥 叶修梓主编 《SolidWorks零件与装配体教程》 机械工业出版社；

[3] 濮良贵 纪名刚主编 《机械设计》 高等教育出版社；

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关键词：二次开发；SolidWorks；参数化；摩托车

引言

本文以某摩托车公司的产品开发为应用例子，将参数化设计技术与三维制图软件SolidWorks的二次开发技术相结合，开发出适应于摩托车行业的参数化设计系统。通过本系统可以对摩托车的零部件进行参数设计和选择，来实现产品的个性化、系列化开发。同时也发挥了开发新产品的优势，节省成本，缩短开发时间，提高开发效率的现实意义。

1.SolidWorks二次开发技术

对于SolidWorks自身来说，为用户提供了进行二次开发可能性，即SolidWorks 提供了自由、开放的API（ Application Program Interface，应用程序接口）函数，这些API函数是SolidWorks 的OLE（Object Linking and Embedding，对象链接或嵌入） 和COM （Component Object Model，组件对象模型）的接口[1]，所有支持OLE和COM的编程语言都可以作为SolidWorks的开发工具，如：Delphi、VBA和Visual Basic、等。本文研究发开的系统采用的是Visual Basic 6.0作为SolidWorks的二次开发工具。

1.1 SolidWorks的个性化菜单的定制

本系统通过Visual Basic 6.0来定制SolidWorks的个性化菜单。菜单插件的制作应该注意的关键点：在工程引用中需要勾选：Solidworks Exposed Type Libraries For add-in Use（SolidWorks插件库）、Sldworks Type-bray（SolidWorks类库）、SolidWorks Constant Type Library（SolidWorks常数库）[2]。成功完成制作的个性化菜单如图1所示。

1.2 尺寸驱动的参数化设计

系统利用Visual Basic 6.0编制而成的界面，通过输入或者选择的参数值，给变量值赋，再由算法计算出相关的数值。最后将各个数值通过调用SolidWorks API中的对应的函数，赋值给图形的对应尺寸，来实现模型快速变形设计。尺寸的修改是通过约定算法和函数Dimension来实现。尺寸修改的关键代码为[3]：Set Dimension = Part.Parameter（“尺寸名称@草图/特征名称”）

Dimension.value = 参数值（或者尺寸算法）

2.实例演示

零部件参数化设计模块用CG125车型的后平叉为实例，在菜单中的二级菜单中点击“后平叉参数化设计”即可弹出如图2所示的参数化设计界面。我们可以根据设计需要来设定各个主动参数，这里的设置也是有约束规则的。设置完成后，即可单击确认按钮来实现自动修改3D模型。

3.结论

本文通过SolidWorks的二次开发实现了摩托车零部件的参数化设计，同时也将SolidWork二次开发的关键技术做了深入的研究。并通过实例演示，来展示了系统的功能。很好的解决了摩托车产品开发与市场的矛盾。减少了设计繁琐，提高了设计效率。

参考文献：

[1]WANG Q H，LI J R，GONG H Q. A CAD-linked virtual assembly envirornment[J].Internstional Journal of Product Research，2006，44（3）：467-486

[2]于洋，贺栋，魏苏麒.基于SolidWorks二次开发的智能装配技术研究[J].机械设计与制造，2011，3：60-62

[3]殷国富，尹湘云，胡晓兵.SolidWorks二次开发实例精解・冲模标准件3D图库[M].北京：机械工业出版社

作者简介：

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【关键词】医用升降椅；优化设计；迭代计算

0 概述

科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，寿命期缩短，复杂性增加，更新换代速度变快。此外，由于国际化市场的激烈竞争，用户对产品功能、质量、价格、供货期、售后服务等要求越来越高，以信息科学与微电子技术为代表的现代科学技术对制造业的渗透、改造和更新，使传统的制造技术演变成为一门涵盖从产品设计、制造、管理、销售到回收再生的全过程的跨多个学科且高度复杂化、集成化的先进制造技术[1]。现代设计是现代制造的基础，伴随着先进制造技术的发展，以计算机和信息技术为主体的产品现代设计方法得到了普遍应用。

1 优化设计

优化设计是从多种方案中选择最佳方案的设计方法。在众多的优化设计中，结构优化是其他优化设计的前提和基础，只有在结构优化的基础上，才能进一步进行性能的优化，结构优化是在给定约束条件下，按某种目标求出最好的设计方案，通常以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。

2 医用升降椅优化设计

2.1 升降椅及其结构组成

升降椅是一种新型的椅子，市面上的升降椅使用的升降装置分为3类――油压、机械式和气压。在低端的升降椅中以气压的居多。气压式升降椅里有个气缸，气缸内的活塞气动杆上下运动支配椅子升降。

近年来，由于气压升降椅的事故频频发生，液压式升降椅的市场占有率在程上升趋势，液压升降椅由于升降过程动作平稳等一系列有点，被广泛应用于美容店、医疗机构等。如图1所示，本文设计的医用液压升降椅主要由座板、靠背、扶手、支架、支架摇臂、升降定位装置（马达和活塞杆）和椅脚构成。其特征在于：支架和椅脚之间由支架摇臂进行对应铰接，支架摇臂以铰接在椅脚上铰接轴为圆心上下转动，当摇动支架摇臂时带动支架进行升降，实现座板的升降；另外，在支架与椅脚之间还设置了升降定位装置。

2.2 升降椅的优化设计

使用优化设计软件SolidWorks/simulation进行优化，优化参数为摇臂长度、摇臂高度和活塞杆伸缩长度，边界约束条件为最大升降位移和最小升降位移，优化目的是马达力最小化。

分析优化结果可以看出，迭代3得到的结果最优，即在摇臂长度为0.4m，摇臂宽度为0.3m，活塞杆伸长量为0.6m时，满足最小、最大升降位移的约束条件下，马达力达到最小值1393.25N。

3 结论

马达力随摇臂长度增加呈正比关系增长，随摇臂宽度增加呈减小趋势，在摇臂宽度为0.15-0.27的范围内降低较快，基本上呈线性趋势，之后基本趋于稳定（最小值），所以在设计时可以固定摇臂宽度，变量减少一个，可以大大简化优化设计过程，尤其在分析变量与变量相关性的优化过程中，这样做尤为重要。另外，马达力随活塞杆伸长量的增大而减小，基本上呈线性趋势。本文的优化设计过程为医用升降椅设计提供了重要的理论依据。

【参考文献】

[1]周小东，成思源.基于参数化逆向建模的仿真优化设计[J].组合机床与自动化加工技术，2015，11（12）：13-18.

[2]卫巍，吕志军，黄东欣.基于遗传算法的堆垛机结构多目标优化设计[J].华东大学学报，2012，10（12）：513-516.

[3]秦松，侯斌魁.面向模具并行设计的任务分派过程研究[J].机械设计与制造，2015，6（12）：245-247.

[4]马巧云，洪流.多Agent系统中任务分配问题的分析建模[J].华中科技大学学报：自然科学版，2007，35（12）：54-57.

[5]彭观明，胡静，曹延华.基于Cult3D 技术的机电产品虚拟设计[J].煤炭技术，2013，10（12）：22-24.

[6]刘电霆.绿色设计中产品模块划分的不确定优化及GA求解[J].桂林理工大学学报，2013，11（12）：743-746.

[7]李斌，赵新乐.煤矿机械的绿色设计与制造技术研究[J].煤炭技术，2013，11（12）：45-46.

[8]谢里阳.机械可靠性理论、方法及模型中若干问题评述[J].机械工程学报，2014，7（12）：27-34.

[9]明志茂，张云安，陶俊勇，等.研制阶段系统可靠性增长的Bayesian 评估与预测[J].机械工程学报，2010，46（4）：150-156.

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这种生产模式给设计部门带来了更大的挑战。如何在现有定型产品的基础上，根据客户需求，完成定制部分的变形设计，做到快速响应？如何对定制部分的变形设计进行管理，保证技术管理的规范化？如何生成包括变形设计的完整定单BOM？设计工具多种多样，二维、三维设计软件并存，如何突破工具软件的限制，更好地适应大规模定制性业务？这些都是大家亟待解决的问题。

目前普遍使用的三维设计软件都是参数化的，如Pro/ENGINEER、SolidWorks等，三维软件的参数化是基于零件之间的相互参照而进行变化。本文所述的中集华骏PLM参数化设计系统，是以PLM为平台，以PLM的产品结构为基础建立起来的参数化设计系统，与三维软件的参数化有着本质的区别。该系统以模块化和参数化为思路，以参数传递和参数变化来驱动物料的生成，实现以销售订单为驱动，根据订单参数进行公式计算完成订单的技术设计，生成完整的订单BOM。

虽然PDM/PLM有配置管理的功能，但是只能根据配置变量确定各总成是否被选择以及选择后的数量，不能进行程序运算。所以，配置管理只适合于客户定制较少的行业（如轿车等），而专用车行业属于典型的大规模定制性业务，没有过配置管理的成功应用。

一、PLM参数化设计系统的原理

PLM参数化设计系统分为参数化零件、参数化总成和参数化模板三个层次。系统各层级之间的关系，如图1所示。

1.自定义的变量和公式

允许使用者自定义变量和公式是本参数化系统的特点。使用者可以根据产品特点，对不同类别的产品定义不同的变量和公式，以满足大规模定制性业务极为复杂的数据处理需求。本系统中的变量，包括定单参数、模板变量和总成变量，共三种变量。变量类型可以为整数型、实数型和字符串型等不同的数据类型。本系统中的公式是指由许多行代码组成的程序段。公式具有算术运算、关系运算、逻辑运算、函数调用和循环控制等功能，可以完成复杂的计算。系统在变量定义和公式定义时，均采用了直观的表格化的方式，并以总成为单位，分段定义公式，既方便用户使用，又降低了对用户程序编制水平的要求，为系统的推广应用提供了保障。

2.参数化零件

PLM中零件一般都具有代号、名称和材料等属性，对于一个零件，这些属性值都是固定的。而在本参数化系统中，零件除具有固定属性外，还具有参数化属性。其中，零件的参数化属性值是可变的，属性的值变化后，系统就生成一个原零件的实例，该实例的固定属性与原零件保持一致。零件有多个参数化属性，这些属性值的组合，对应一个唯一的实例。

如图2所示，系统为零件定义了名称、工艺路线等固定属性，还定义了零件的5个参数化属性，分别为材料种类 C、规格 D、材质 M、下料长 L、下料宽 W和有效质量（有效质量根据以上5个参数化属性自动计算）。当零件的这5个参数化属性变化后，就会生成一系列的实例。图3所示列出了零件SGH-5770001-E的4个实例。

零件的参数化属性有固定的变量代号，如，下料长对应的变量是 L，L的值是通过其所属总成的公式计算来确定的（如图6中的“式.下料长公式”项）。

3.参数化总成

总成一般由子总成和零件构成，在PLM中也显示为树状的产品结构，普通的总成其产品结构是固定的。

在本参数化系统中，定义有一类特殊的总成，即参数化总成。它具有总成变量、零件计算公式和可变的产品结构，能够由总成变量和总成计算公式驱动导致其产品结构变化和零件属性值变化，生成总成实例和零件实例。

（1）总成变量用于接收产品模板输入的值，起着参数化总成与产品模板之间交换数据的功能。零件计算公式包含各零件的材料公式、尺寸公式和数量公式等，它根据总成变量的值对零件的参数化属性进行运算，计算出该总成的产品结构和零件的参数化属性值。

（2）参数化总成的实例是由总成变量控制的。这些总成变量取不同的值时，就产生一系列实例。这些总成变量值的组合，对应一个唯一的总成实例。

图4所示是一个参数化总成（专用车的一个车厢总成），该总成定义了内控长和主厢高等总成变量。图5列出了这些总成变量的名称、代号和取值类型等。图6是总成的计算公式。当总成的内控长、主厢高等总成变量取不同的值时，就会计算生成一系列的实例，图7是参数化总成的实例。

4.参数化模板

在本参数化系统中，定义有一种参数化的产品模板。它包含所有可选的普通总成和参数化总成，具有订单参数、模板变量、总成选择公式和总成计算公式等。

（1）订单参数用于接收销售系统传来的数据。订单参数不足以支持公式计算时，可以定义模板变量。订单参数和模板变量都可以参与模板中的公式计算，可以与总成变量相互交换数据。

（2）在参数化模板中，每一个参数化总成都有对应的总成选择公式和总成计算公式，在这些公式中，订单参数和模板变量、总成变量都可以使用。总成选择公式用来决定各参数化总成的数量（若数量的计算结果为0，则不被选择）。在总成计算公式中，确定该参数化总成的所有总成变量的值。

车型模板的公式定义页面如图8所示，在该页面上可以定义各总成的选择公式和各总成的计算公式。点击图8上方的单元格后，可以在下方的公式编辑区域输入多行的公式。

二、参数化设计系统的订单设计过程

在订单设计时，首先选用“产品模板”将销售订单数据传给订单参数，然后完善模板变量。点击计算按纽后，系统开始依次执行总成选择公式和总成计算公式，计算各总成变量值。参数化总成根据总成变量的值，计算其零件的尺寸和重量，并生成实例。最终完成订单全部总成和全部零件的计算，确定订单的产品结构。具体的订单设计过程如图9所示 。

三、系统应用示例

该系统已在中集华骏的罐式车、自卸车和半挂车上全面应用，效果十分显著。图10所示为粉罐半挂车使用参数化系统的计算点示意图。

图11所示是订单设计页面，用于读取订单参数和确定模板变量的值。上半部分是读取的订单参数，它来源于销售订单，其值是不可修改的。下半部分是设计时需要确定的模板变量。各模板变量的值确定后即可点击“计算BOM”，让系统开始计算。

图12所示是订单计算完成后，系统生成的技术规范确认书，用于下发指导生产。

将计算后的订单导入ERP系统，就是完整的订单BOM。如图13所示。