参数化建模范文
时间：2023-04-10 23:05:09
导语：如何才能写好一篇参数化建模，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。
篇1
关键词:精确建模;斜齿轮;参数化;扫掠
引言
齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动方式,由于渐开线的特点,渐开线齿轮又是齿轮传动最常用的齿轮类型。近年来随着CAD/CAE/CAM/CAPP技术的迅速发展,为了便于利用计算机仿真软件对齿轮传动进行运动、振动噪音、轮齿修型等分析,齿轮的精确参数化建模已经成为一个必要过程,而齿轮的建模精度又对计算结果起到决定性的作用。渐开线直齿圆柱齿轮由于螺旋角为零,因此精确建模已经没有问题,而渐开线斜齿轮由于齿面为空间渐开线螺旋面,且其端面齿形与法面齿形不同,三维精确参数化建模过程比较困难。在目前所能查找的论文中提出了很多斜齿轮精确参数化建模的方法,但仔细研究发现里面所提到的很多方法根本就无法实现斜齿轮的精确参数化建模,为此先从理论上对斜齿轮参数化精确建模进行讨论。
一、参数化建模中齿数与模型分析
在斜齿轮的精确建模中有一部分文献没有考虑到齿数对建模的影响[1][3][4][5][6][7][8]。没有考虑齿根圆与基圆之间的大小关系,根据斜齿轮的齿根圆与基圆公式有:
df=d-2・mn(h*an+c*n)(1)
db=d・cosat(2)
df=db=d-2・mn(h*an+c*n)-d・cosat(3)
由公式(3)可以得到
=z・--2.5(4)
如果斜齿轮的齿根圆 与基圆 相等,则公式(4)右边等于零。
z・--2.5(5)
对应标准齿轮有an=200,这样斜齿轮的齿根圆与基圆之间的大小关系就是螺旋角β、齿数z和法面模数mn的函数。当齿根圆与基圆相等时,那么斜齿轮的齿数z与斜齿轮的螺旋角β就成一函数关系,在此把这个函数关系用z=f(β)来表示,这说明斜齿轮的齿根圆与基圆相等的分界线是变化的,而不是恒定的。
齿轮精确建模时,当齿根圆小于基圆的时候,齿根圆与基圆之间是没有渐开线的,这部分曲线是刀具的齿顶加工出来的过渡曲线;当齿根圆大于基圆时,齿廓曲线全部为渐开线。所以斜齿轮精确建模一定要分这两种情况来讨论,为了方便在此用表格来给出两者的数据关系。
二、螺旋角与斜齿轮模型的关系分析
现有很多论文中斜齿轮的精确参数化建模都是先利用渐开线表达式生成渐开线一条齿廓曲线,把这个端面曲线沿螺旋线进行沿引导线“扫掠”或“曲面已扫掠”命令来生成一个斜齿轮的轮齿,然后利用环形阵列生成斜齿轮的精确模型[1][2][3][4][5][6][7][8]。
(一)螺旋角的关系推导
斜齿轮的螺旋角是指分度圆上螺旋线的切线与轴线之间所夹的角度。由下推出[10]:
tanβ=(6)
L-螺旋线的导程;
π・d-斜齿轮分度圆上的直径;
可以看出螺旋角是齿轮分度圆的一个函数,在同一齿轮中,任意圆周di上的螺旋角为:
tanβi=(7)
通过公式(7)可以看出,在不同的圆周上螺旋角是不同的。
(二)沿引导线扫掠策略
扫掠体的数学模型是,先进行路径规划,即将扫掠路径进行离散,求解出t时刻通过扫掠路径曲线上节点si的坐标,然后确定在每个节点上的投影面(法平面)方程,然后将物体向投影面(法平面)投影,当时间间隔足够小时,在满足一定的精度情况下,把时刻t和t+t时刻之间生成的扫掠体看成是由这些投影曲线组成的面域绕转动极轴转动生成的实体。
为了简化求解过程, 扫掠路径通常写成式的参数形式:
那么要想对一个物体进行扫掠必须给出扫掠路径和扫掠物体,在斜齿轮精确建模中,扫掠路径是空间螺旋线,扫掠物体为渐开线的齿廓,这样扫掠出来的齿形随可以参数化,但在齿形上的每一点的法线都为扫掠路径的切矢量,如果在创建时,给定的扫掠路径是分度圆上的螺旋线(在软件中这个命令是单参数的),则得到的轮齿是任意一点的螺旋角都等于分度圆上的螺旋角,通过公式(7)可以看出这是不正确的。三维模型图参考图1.4。
(三)沿多条引导线已扫掠策略
一条螺旋线不可能得到正确的轮齿,如果采用多条螺旋线做扫掠路径只能使用软件中的“曲面已扫掠”命令来实现,当扫掠路径比较多的时候可以得到比较精确的轮齿模型,但这个命令是不支持参数化的,也得不到参数化模型。
下面用一个实例进行验证:
图四是将端面的一个齿廓面沿引导线扫掠生成的轮齿形状,此螺旋角为β=200,可以看出轮齿的形状发生了严重的扭曲,且随着螺旋角的度数增大,扭曲现象就越明显。
图五是将端面的一个齿廓面利用曲面里面的已扫掠生成的轮齿形状,可以看出当使用一条螺旋线的时候,轮齿发生了扭曲,不可能产生精确地轮齿。当增多引导引导线串时,扭曲程度降低,另外通过图三与图二的对比可以看出两个操作都产生了扭曲,但扭曲程度是不一样的。
通过上述论证,要想得到参数化的精确模型,必须使用扫掠命令来实现,可以对此命令进行二次开发,给定分度圆上的螺旋角,然后设定渐开线上上段的个点螺旋角的值是线性递增的,下半段式线性递减的,使递增和递减的值分别等于齿顶圆上螺旋角和齿根圆上的螺旋角,这样既可以参数化又可得到精确的模型
三、阵列操作与参数化分析
在很多文献中当单个齿生成后通过阵列的方法来生成整个斜齿轮模型,通常在软件中有两种生成方法:第一种是特征操作下的阵列(引用下的环形阵列)第二中方法是变换下的环形阵列,这两种方法本质上是不同的,引用下的环形阵列是不能参数化的,而特征操作下的环形阵列是可以参数化的。
所以要想进行参数化设计必须采用特征操作下的沿引导线扫掠来生成轮齿,然后再进行特征操作下的环形阵列来得到参数化模型。
四、结束语
本文主要对已有的斜齿轮精确参数化建模的方法进行分析,推导出其不能得到精确参数化模型的理论原因,为以后斜齿轮的精确建模提供理论上的参考依据。精确模型一定是理论上推导证明出来的精确,还要注意当通过计算机算法去实现出来后一定存在误差的,那么必须对误差进行分析,确定误差的范围是不是在后续分析的允许范围内。
参考文献:
[1]白剑锋等.UG在渐开线斜齿轮参数化设计中的应用[J].机械设计与制造,2006,(70).
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[7]徐江敏,孟慧亮,苏石川.渐开线斜齿轮的参数化设计与应用[J].计算机应用技术,2008,(11).
[8]沈军,文军.斜齿圆柱齿轮三维参数化建模运动仿真及其在机床设计中的应用[J].组合机床与自动化加工技术,2004,(11).
篇2
关键词：轨道交通；综合管网；三维辅助设计；参数化建模
中图分类号：F49
文献标识码：A
文章编号：16723198（2014）02017703
1引言
目前我国轨道交通车站综合管网设计过程中大都面临设计周期短、任务重、多专业独立工作等问题，给车站管网综合设计带来极大难度，为了提高车站综合管网设计质量与效率，以虚拟仿真为特点的三维辅助设计越来越多地应用到优化设计中。通过可视化的三维辅助设计，可以对车站管网系统进行优化，从而实现缩短周期、减少任务量、多专业协同的目标。现阶段三维辅助设计主要是基于三维实体模型，即建立在实体模型基础上的虚拟仿真。通常制作三维实体模型或按需要修改三维实体模型都需要大量的时间，繁琐的建模工作使三维辅助设计的效率大打折扣。参数化建模技术可以很好地解决上述问题，所谓参数化建模就是将管线的尺寸、形状、空间位置、材质属性等以现三维信息公司研发的MicroStation等，深圳地铁3号线车站采用了Mircostation建模辅助地参数的形式来表示，通过调用管线的参数实铁车站综合管网设计，虽然取得了很好的效果，但由于该软件涵模型创建，从而显著地提高建模的效率。目前国内外有众多学者在从事参数化建模的研究，且取得了很多成果。目前比较常用的参数化建模软件有AutoDesk公司开发的Revit，Bentley盖整个建筑工程各个方面，成本较高，针对性不强，仅用于综合管网设计投入成本较大。本文主要研究面向轨道交通车站综合管网三维辅助设计的参数化建模技术，针对综合管网设计特点提出了车站综合管网的参数化模型的构建方法以及应用流程，并将此方法应用于宁波轨道交通车站综合管网设计中。
2地铁车站管网参数化建模
2.1参数化建模与三维辅助设计关系
参数化建模是三维辅助设计的基础，参数化建模为可视化辅助设计提供带属性信息的三维实体模型。三维信息模型才可以实现实时修改、二三维一体化联动、属性信息浏览与编辑等辅助设计功能，只有构建了参数化的管网三维模型才能真正实现地铁车站管网可视化的三维辅助设计。
2.2轨道交通车站综合管网特点分析
轨道交通车站综合管网参数化建模前，首先根据车站管网综合图纸，对管网特点进行分析。车站综合管网一般分为风、水、电三部分，即暖通空调专业、给排水专业、强弱电专业，各专业内又有大小排风系统、冷冻水管、冷凝水管、消防水管、给水管、污水管、动照桥架、通信桥架等管线，对于众多类型的管线，在建模时根据管线名称设定不同的ID，并按管线形状分为圆管与方管。把水管、排气管等归为圆管，桥架、通风系统等管线划分为方管。为确保模型真实性，在建模前重点研究设计说明与相关规范，充分考虑到管线保温层厚度、实际尺寸以及维修空间等参数。同时，管网综合图纸中管线属性信息大多以图形标注的形式来展示，并未赋予在管线轮廓线上，因此图形标注信息以及其他相关信息参数化需要依附在指定的载体上。
2.3轨道交通车站综合管网参数化建模方法
通过对轨道交通车站综合管网系统分析，将综合管网三维信息模型构建主要分为三部分来实现，第一部分创建数据仓库，第二部分二维CAD图纸参数化处理与入库，第三部分为数据库信息转化为三维信息模型（见图1）。
（1）数据仓库能储存大量的管网属性信息与位置信息，是对管网数字化信息储存与管理的重要工具，是实现二维图形向三维模型转换的重要组成部分。
（2）基于AutoCAD平台的二次开发，将数据库与AutoCAD平台关联，在管网综合图上绘制管线中心线，将图形信息以参数化的形式赋予中心线上，并将中心线上所有属性信息全部转入数据库中储存和管理。
（3）基于ArcGIS平台与OpenGL建模技术结合，通过调用数据库信息，以参数驱动集成图形模块实现三维信息模型生成。
3轨道交通车站综合管网参数化建模工具
3.1数据库构建
轨道交通车站综合管网参数化建模选用PostgreSQL数据库管理系统作为储存参数化信息的数据库系统。PostgreSQL是面向目标的关系数据库系统，具有传统商业数据库系统的所有功能，同时又具有下一代数据库系统的使用增强功能，为数据存储与调用提供了坚实的基础。
根据轨道交通车站综合管网特点，对数据库表进行设计。其中包括设备中心线要素表、管线材质库表、地铁线路表、地铁车站表、站内分层表、车站轴线表、支吊架表、管线弯头表、管线中心线要素表、管线碰撞记录表，通过数据录入插件，将获取的参数化信息录入到对应的表格中储存与管理。
3.2数据录入插件
数据录入插件是参数化建模中重要组成部分，是关联AutoCAD与prostgreSQL，实现图形数据向参数化数据转换的重要工具。该插件以VS2008软件对AutoCAD二次开发，插件功能如下：（1）赋予载体属性信息。管线信息以中心线为载体，点击中心线可弹出属性录入框，可将CAD图纸中地铁车站管线的长、宽、直径、高程、材质以及维修空间等信息赋予在中心线上（见图2）。
（2）生成带属性的弯头中心线。管线弯头部分，通过点击弯头相关联的直管中心线，弹出对话框来选择弯头的连接方式如变弯、变径和变高，从而自动生成带有关联属性的弯头中心线（见图3）。
（3）提取属性信息。将CAD图纸中赋予中心线的属性信息与线段原始的信息如X、Y坐标、长度等进行提取，通过与数据库关联将提取的全部信息储存在数据库对应的表格中（见图4）。
3.3模型生成模块
三维信息模型的自动生成是基于ARCGIS平台二次开发来实现的。ARCGIS平台二次开发是将ARCGIS平台中三维分析模块与OpenGL建模的集成。根据地铁车站管网特点，ARCGIS平台中三维分析模块用于标准直管的参数化模型构建，OpenGL建模用于弯头连接部分的参数化模型构建。
（1）ARCGIS三维分析模块。通过读取数据库中标准直管的属性信息，通过参数约束驱动模块从而实现标准直管的三维信息模型的生成，方管以底边中心线位置、宽和高等参数，将一个矩形框按长度参数界定的范围形成方管模型，圆管以轴线点位为圆心，将一个圆圈按长度参数界定的范围形成圆管模型。
（2）OpenGL建模。通过在OpenGL建模中创建矢量变弯、变径、变高的弯头参数化模型。将弯头参数化模型嵌入ARCGIS平台中，同时通过ARCGIS的SDK模块的软件程序编写，读取数据库中弯头的属性信息，生成相应的弯头模型（见图5）。
通过数据库中弯头表格中中心线的关联信息，将生成的弯头模型与将方管、圆管模型合成，从而构成完整的管网参数化模型。
4轨道交通车站综合管网参数化建模流程设计
通过对轨道交通车站综合管网图纸特点分析，为实现车站管网三维信息模型构建设计了相应的应用流程。
（1）参数分析。参数分析包括车站管线类别、管线保温层、管线最大外径、管线维修空间等参数，通过对图纸说明与规范的分析，制作材质属性表（见图6），并录入数据库中，当录入图纸信息时可以将公称值换算成实际值。更能反映现场管网状况，提高图纸的精确度。
（2）图纸标准化。在收集地铁车站管网图纸前，由于各设计人员习惯不同，车站管网图纸颜色各异，图层名各不相同，因此制定一份制图规范，统一制图格式和标准，既能加强对图纸管理工作，又能为录入数据时提供标准图纸便于识别与录入。
（3）管网二维图形的参数化处理。在CAD图中创建对应图层，绘制对应管网中心线，其中绘制管网中心线分为两个部分，一是标准直线段管网中心线绘制，绘制该段管线的中心线，将管线的属性信息包括长、宽（直径）、高程、材质等填入对应的属性框中，二是弯头部分中心线绘制，点击弯头两端的管线中心线，会弹出对话框，根据实际图纸情况选择对应的变高、变径、变弯选项，自动生成弯头中心线。
（4）参数化信息导入数据库。对绘制好的中心线的地铁车站管网综合图纸按建筑层（站厅层、站台层、站台板下层）分别导入到数据库中。
（5）三维信息模型生成。通过读取关联数据库中的管线属性信息和弯头属性信息，自动生成管网三维信息模型。
5实例研究
该参数化建模方法已成功应用在对宁波轨道交通1号线19个车站以及2号线部分车站管网三维信息模型构建中。以下介绍福明路站构建管网三维信息模型流程（见图7）。
（1）统一制图规范。在建模前，与参与设计院设计人员协商，制定了一份共同认可的制图规定，统一了管网综合图纸的各管线颜色与名称、管线所在的图层名称等（见图8）。
（2）属性信息输入。将福明路站综合管线按不同专业管线进行分类，分别在各个专业图上绘制中心线，使用数据录入插件数据录入功能，将管线属性信息输入到属性录入框中。
（3）信息入库。将完成属性录入的图纸整合在一起，使用数据录入插件导入功能，将车站所有管线的信息储存在数据库中。
（4）综合管网模型生成。模型生成模块通过读取数据库中管线的信息，生成了福明路站综合管网模型（见图9），在属性框中每根管线都有对应的名称、ID、长、宽、高、高程、空间位置、材质、实际尺寸、保温层、维修空间等参数信息，在三维环境中可任意管线的参数信息进行浏览与编辑，同时编辑内容保存在数据库中。
6结论
本文针对轨道交通车站综合管网特点提出了综合管网三维信息模型构建方法，研发了基于AutoCAD平台的属性录入插件以及三维GIS技术与OpenGL建模技术相结合的三维模型生成模块，实现了车站各专业管线的参数化建模。该模型在设计阶段为设计人员提供了一个可修改的三维信息实体模型辅助设计，同时在施工阶段直观反映图纸信息为施工人员提供三维施工指导，并且在运行维护阶段还可以为管理者提供管线设备检修、三维资产管理等，在整个轨道交通车站建设中都能发挥其作用，具有重要的现实意义。
参考文献
[1]王淑嫱，王乾坤.地铁车站三维辅助建设与管理系统的构建[J].武汉理工大学学报，2012，34（3）：289292.
[2]王乾坤，王淑嫱.地铁工程施工安全监控管理信息系统的构建[J].武汉理工大学学报，2009，31（23）：7276.
[3]梅小宁，杨树兴.基于UG二次开发的参数化建模方法在优化设计中的应用[J].科技导报，2010，28（3）：2932.
[4]李军.三维GIS空间数据模型及可视化技术研究[D].国防科技大学，2000.
[5]陈靖芯，徐晶.基于CATIA的三维参数化建模方法及其应用[J].机械设计，2003，20（8）：4850.
[6]孙伟，马辉.面向机械产品可视化设计的参数化建模[J].东北大学学报，2009，30（11）：16321635.
篇3
【关键词】Pro/TOOLKIT；参数化；筒形摇架
1.引言
摇架作为火炮的支撑部分，对火炮的准确度、火炮的稳定性有着重要的作用。
摇架对设计者提出了越来越高的要求，大量的设计图与修改需要设计者去完成，是否仍然要埋首于大堆的设计图中，为一个个的改动而焦心竭虑。Pro/E所具有的参数化建模能力将使设计者的工作大大简化。本文以某火炮筒形摇架为研究对象，使用Pro/E的二次开发功能对摇架进行三维参数化建模，使得摇架的设计直观、准确，便于用户的修改，大大提高了工作效率并减少了生产成本。因此，将火炮摇架的模型用参数化形式来表示调用为炮架的设计制造提供了方便，具有现实的研究意义。
2.参数化建模的技术
参数化功能是Pro/ENGINEER的核心部分。参数化设计方法可以分为程序驱动及尺寸驱动两种方法[1]。程序驱动方法是一种自下而上的建模方法，由点、边、面形成完整模型，一旦用户需要修改模型，必须重新指定尺寸，程序重新求解坐标，绘制草图，对于复杂零件来说，增大了工作量。
尺寸驱动方法是一种自上而下的建模方法，用轮廓体现设计思想。尺寸驱动是在轮廓上加上尺寸参数，并设置线段之间的约束关系后，根据尺寸参数和约束关系来控制轮廓的位置、形状和大小。当轮廓尺寸的数值大小改变时，轮廓上其他和此约束有关的部分也将随之发生相应的变化。尺寸驱动将设计图形的直观性和设计尺寸的精确性有效地统一起来，大大提高设计的效率和质量。
Pro/E软件在提供强大的设计、分析、制造功能的同时，也为用户提供了多种二次开发工具[2]。Pro/TOOLKIT是Pro/E软件提供的开发工具之一，它功能极其强大，库函数丰富，基本可以完成Pro/E所拥有的所有功能，是进行Pro/E二次开发最理想的工具。Pro/TOOLKIT支持完全面向对象的编程，利用Visual C++6.0语言的可视化界面设计技术进行环境设置，使用Visual C++语言编写程序、信息文件和注册文件实现了Visual C++与Pro/ENGINEER的连接，通过MFC应用程序可以设计出方便实用的人机交互界面。然后把三维模型样板，输入参数和提示图形放在同一个对话框中。这样就在Pro/E、Pro/TOOLKIT和VC++之间建立起连接，只要在对话框中输入要修改的参数，系统就会自动生成新的三维模型。系统设计的流程图如图1所示。
图1系统流程图
3.筒形摇架的三维参数化建模
3.1确定驱动参数和约束方程
筒形摇架是主筒剖面为圆筒形的摇架。主要由长筒形主筒、前后铜衬瓦、反后座装置支坐、耳轴、护筒、定向栓室与各种支臂组成。选取L0、L1、L2、L3、E、R1、R2为主设计尺寸，尤其是主体内圆半径L1和主筒壁厚R2决定着摇架的口径，L0反映的是摇架主体的长度，这七个尺寸对火炮摇架的设计有着重大的影响。根据尺寸关系选取E1、E2、E3、α、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、B1、A3、B4作为辅助设计尺寸。而其它尺寸在一般情况下不变，所以拟定为固定尺寸[3，4]。其结构用三视图表示，尺寸如图2所示。
图2 筒形摇架尺寸标注图
设置筒形摇架模型的参数和关系，如图3所示。
图3 关系设置
根据摇架的实际设计经验，得出下列的约束条件：
2E1>L3；
H2
B2
H5
E1>E3>E2；
E2
L1>H7。
根据这些条件添加尺寸的约束语句。部分判断语句代码如下：
if（m_2E1
if（m_H2>=0.5*（m_E1） AfxMessageBox（"H2必须小于0.5倍的E1，请重新输入"）；
if（m_B2>m_B1>m_E） AfxMessageBox（"B2必须小于等于B1小于等于E，请重新输入"）；
……
3.2设置连接环境
新建一个项目，并且设置开发环境。进入Visual C++6.0集成开发环境，对VC++的编译连接环境进行设置。
A 设置Selecting对话框：在Tools/Option/Directories中添加包含文件和库文件，如下：
包含文件
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE2.0＼PROTOOLKIT＼INCLUDES
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE2.0＼PRODEVELOP＼INCLUDES
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PRODEVELOP＼PRODEV_APPLS＼INCLUDES
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PROTOOLKIT＼PROTK_APPLS＼INCLUDES
库文件
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PROTOOLKIT＼I486_NT＼OBJ
D：＼PTC＼PROEWILDFIRE 2.0＼PRODEVELOP＼I486_NT＼OBJ
B 设置Project Setting对话框各项更改工程设置如下：
C/C++/常规：勾选“产生浏览信息”
C/C++/Code Generation/Use run-time library：Multithreaded DLL
连接/自定义：勾选“强制文件输出”
连接/常规/对象/库模块：mpr.lib protk_dll.lib wsock32.lib
3.3生成模型
在对话框中输入修改参数，系统就会产生新的模型。假如修改摇架主筒长度，摇架主筒长L0从1500毫米修改为1520毫米，模型更新前如图4所示，模型更新成功后如图5。在修改一个尺寸后，参数化模型中的相关尺寸就会自动更新。但前提是尺寸输入正确，若尺寸参数改动为不符合约束条件的值，这时运行程序，会弹出一个如图6所示的对话框提示尺寸错误。
图4 模型更新前
图5 模型更新后
图6 尺寸错误时的提示对话框
4.结论
使用Pro/ENGINEER软件的Pro/TOOLKIT功能，结合Visual C++6.0编程软件进行二次开发。以某口径火炮筒形摇架为例，确定各参数关系和约束方程，开发了参数化建模的程序，实现了对筒型摇架模型的参数化驱动，完成了对火炮摇架的快速设计，提高了工作效率。
参考文献：
[1] P rashant Banerjee，D an Ze tu.虚拟制造[M].张伟，译.北京：清华大学出版社，2005.2
[2] 王晓丽，季忠.Pro/ENGINEER的二次开发方法比较[M].现代制造技术与装备，2006：133-134
篇4
关键词：SolidWorks，VisualC++，参数化建模，二次开发
0 前言
SolidWorks是基于Windows平台的CAD/CAM/CAE/PDM桌面集成系统，以参数化和特征建模的技术，为设计人员提供了良好的设计环境。在SolidWorks系统中，模型的尺寸、相互关系和几何轮廓可以随时修改，零部件之间和零部件与图纸之间的更新完全同步，能自动进行动态约束检查，具有强劲的复杂曲面造型功能，现已成为微机平台上主流三维设计软件之一。
尽管SolidWorks的功能已非常强大，但由于仍然采用的是手工交互形式建模，不能完全满足专业机械CAD系统的需要。免费论文参考网。基于此因，如果能通过对SolidWorks进行二次开发，针对特定机械结构实现参数化建模，那么对于三维建模在我国企业中的推广将是非常有利的。为了方便用户进行二次开发，SolidWorks软件提供了开发工具API(Application Program Interface，应用程序接口)，用户可以使用支持API的高级语言如Visual C++、VisualBasic、Delphi等对SolidWorks进行二次开发[1]，创建出用户定制的、特有的SolidWorks功能模块。，
1.SolidWorks的二次开发技术和参数化建模
1.1 SolidWorks的二次开发
SolidWorks为用户提供的API二次开发接口，由数以百计的功能函数构，这些API函数使得程序员可以通过程序直接访问SolidWorks。所有的函数都是有关对象的方法或属性，通过对这些对象属性的设置和方法的调用，用户可以在自己开发的程序中对SolidWorks进行各种操作控制，从而完成零件草图的绘制和三维模型的建立。
SolidWorks的API接口分为两种：一种是基于OLE(Object Linking and Embedding，对象的嵌入与链接)Automation的IDispath技术；另一种是基于Windows基础的COM(Compenent Object Model，组件对象模型)技术。基于OLE Automation的IDispath技术是一种快速开发手段，通常作为Visual Basic、Delphi编程语言的接口。而由基于COM技术的VisualC++编程语言开发的DLL（Dynamic LinkLibrary，动态链接库）文件，可以直接嵌入到SolidWorks内部，当成功加载后，应用程序的菜单就直接出现在SolidWorks主菜单上，与SolidWorks自带的插件一样，而且还可以单独测试，进行操作时极大地提高了设计效率，所以是首选的开发方法。
1.2零部件的参数化建模
三维建模时应对零件进行分析，选择合理的建模方法。参数化设计是指通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸，自动完成对图形中相关部分的修改，即当赋予不同的参数值时，就可自动生成满足设计要求的零部件模型，从而实现同类机械产品快速修改与设计。对于参数化模型而言，主要有两个内容：几何关系和拓扑关系。几何关系是指具有几何意义的点、线、面，有确定的位置和大小；拓扑关系反映了形体的特性和关系，如几何元素之间的邻接关系[2]。免费论文参考网。对于企业中标准化、通用化和系列化的产品，设计时所采用的数学模型及产品结构都可以将数据作为参数变量，从而实现在SolidWorks环境下零部件的三维参数化建模。这种参数化设计技术具有强大的变量驱动和模型再生功能，可以有效地提高设计人员的工作效率。
2.用Visual C++ 6.0对SolidWorks进行二次开发的方法
2.1 DLL的创建
基于COM技术的VisualC++编程语言所开发的DLL文件，可以通过三种方式创建：一种是使用SWizard.swx工程向导，第二种是使用ATL Object Wizard向导，第三种是使用用户自定义向导。第二种向导创建DLL文件，相对来说简单实用，开发时间短。在Visual C++中用该向导创建DLL工程，加入自己应用程序的代码，编译链接后生成*.dll文件，也就是插件。
2.2DLL的加载
将动态链接库文件*.dll加载到SolidWorks中，有两种常用的方法：一种是先运行SolidWorks软件，然后点击SolidWorks菜单栏中的【文件】/【打开】菜单命令，在弹出的过滤器中选择Add-Ins(*.dll)，最后选择所需的DLL文件加载，确定即可；另一种是先将DLL在注册表中注册成为SolidWorks系统的插件，然后运行SolidWorks，点击【工具】/【插件】菜单命令，在弹出的插件对话框中选择要加载的插件即可。此操作对于一个动态库文件只需做一次，以后启动SolidWorks软件无需再进行加载操作。
3. 对SolidWorks进行二次开发的实例
以一个柱塞实体为例，介绍采用Visual C++ 6.0编程语言对SolidWorks 2008进行二次开发、参数化建模的应用。
（1）启动Vsiua1 C++，单击【文件】/【新建】，选择【工程】选项卡，选择【ATL COM AppWizard】，输入工程的位置和名称，如PUMP，单击【确定】。
（2）在【Server Type】中选择【DynamicLink Library（DLL）】选项和【Support MFC】选项，单击【完成】，系统会给出“新建工程信息”，核对无误后单击【确定】。
（3）在Visua1 C++的【Class View】标签中，用鼠标右键单击顶部的类图标（PUMP classes），在下拉列表中选择【New ATL Object】。在弹出的对话框中的【Category】列表中，选择【Solidworks】；在【Object】窗口中，选择【SwAddIn】图标，单击【下一步】，在【ATL Object Wizard】属性对话框的【Names】标签中，输入想在【Short Name】中使用的ATL对象类名，如ppump。其他标签选用默认的设置，点击【确定】按钮。
（4）在【Class View】标签中，右击Ippump接口，选择【Add Method】，在弹出的【添加方法至界面】对话框的【N方法名】文本框中输入函数名，单击【确定】按钮。
（5）在【Resources View】标签中，双击【String Table】，双击表中的空白行，在表中添加三个String资源，分别是：ITEM、METHOD和HINT，如图1所示。然后对ppump.cpp文件的AddMenus（）函数进行编辑，在零件菜单下添加代码。
图1 添加“String”资源
（6）在【Resources View】标签中，用右键的快捷菜单【Insert Dialog】增加一个对话框，用来输入柱塞体的各项参数，界面如图2所示。
图2 柱塞体参数化建模对话框
（7）双击对话框，建立对话框类PistonParameter，并建立七个与Edit对应的变量m_SR、m_DR、m_IR、m_OR、m_SL、m_IL、m_SBL，均是双精度值，初值在“PistonParameter.cpp”中设定。同时在ppump.cpp文件中添加包含对话框头文件的语句#include “PistonParameter.h”，建立相应的响应函数。
（8）在ppump.cpp文件中对Cppump::CreatePiston函数进行编辑，添加的部分代码如下：
AFX_MANAGE_STATE(AfxGetStaticModuleState())
HRESULT retval；
//得到当前活动文档
CComPtr<IModelDoc2>pModel；
m_iSldWorks->get_IActiveDoc2(&pModel)；//创建ModelDoc2接口指针
retval=pModel->InsertSketch（）；插入一个草图
//定义对话框中涉及的七个参数变量
double SphereRadius；//定义球头半径
double SphereToBottoLength；//定义球头中心到柱塞底面的距离
double PistonOutRadius；//定义柱塞体外径
……
pModel->ICreateCenterLine(-0.01，0，0，-0.08，0，0)；//创建柱塞体中心轴线
pModel->ICreateCenterLine(0，0.012，0，0，-0.012，0)；//创建球头中心轴线
//定义绘制柱塞草图的一些关键点
doubleA[3],B[3],C[3],D[3],As[3],Bs[3],Cs[3]；//定义关键点的类型
A[0]=SphereToBottomLength；//给A点赋值
A[1]=PistonInnerRadius；
A[2]=0；
……
//绘制柱塞体的草图
pModel->ICreateLine2(A[0],A[1],A[2],B[0],B[1],B[2],&pLine1)；//绘制柱塞体底面线
pModel->ICreateLine2(B[0],B[1],B[2],C[0],C[1],C[2],&pLine2)；//绘制柱塞体外径直体部分线
……
pModel->ICreateArc2(0,0,0,As[0],As[1],As[2],Bs[0],Bs[1],Bs[2],-1,&pCircle)；//绘制球头圆弧
pSelMgr->put_EnableContourSelection(true)；//选择草图轮廓
pModel->ShowNamedView2(L'*上下二等角轴侧', 8)；
pModel->ViewZoomtofit2()；//柱塞草图在屏幕上以上下二等轴侧显示
//利用特征函数，生成旋转实体
CComPtr<IFeatureManager>pFtManager；
pModel->get_FeatureManager(&pFtManager)；//获取FeatureManager的接口指针
CComPtr<IFeature>pFeature；
pFtManager->FeatureRevolve(6.28318530718,false,0,swRevolveTypeOneDirection,0,false,false,true,&pFeature)；//调用旋转特征函数生成旋转特征，即得到柱塞实体
最后选择菜单栏上的【编译】/【全部重建】，对所编制的柱塞体参数化建模程序进行编译。编译通过后，运行SolidWorks2008软件，在主菜单上将显示出新加载的插件“PUMP”及子菜单“柱塞体”，如图3所示。
图3 加载的插件
单击“柱塞体”子菜单，会弹出如图2所示的“柱塞体参数化建模对话框”，在对话框中输入相应的数据，就会在屏幕上自动生成一个柱塞实体，如图4所示。改变对话框中的数据大小，就会得到不同的柱塞实体，这就是参数化变量驱动的结果。
图4 柱塞体参数化建模结果
4.结论
本文研究了对三维绘图软件SolidWorks进行二次开发，实现机械零件参数化建模的过程。设计实例表明，采用Visual C++语言建立的动态链接库文件可以很好地实现与SolidWorks的无缝集成，能满足用户二次开发CAD系统的需要。免费论文参考网。在实际应用中，通过以上介绍的方法，可以定制用户经常使用的零件模板，极大地改善了结构相似的零部件修改和设计的手段，提高了产品的设计效率，缩短了新产品的设计周期，具有较强的应用价值。
参考文献
[1]陶元芳，安喜平，于万成，潘鲜.用VC++对SolidWorks进行二次开发 [J].太原科技大学学报.2006.4
[2]张长胜.采用VisualC++ 对参数化造型软件SolidWorks进行二次开发的方法[J]. 模具技术.2005.No.6
[3]王文波、涂海宁、熊君星.SolidWorks 2008二次开发基础与实例（VC++）[M].清华大学出版社.2009.8
篇5
Abstract： According to the forecast parameters selection in electronic equipment fault prediction and fuzzy processing， this paper establishes electronic equipment health management system and fault prediction， sets the selection principle of fault prediction parameters， extracts fault prediction parameters of electronic equipment based on fuzzy Petri net model， and uses statistical risk based on degree to select the optimal parameters of fault prediction.
关键词： 电子装备故障;预测参数;健康管理系统;模糊Petri网
Key words： electronic equipment fault;prognostics parameter;health management system;fuzzy Petri net
中图分类号：TP206+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）04-0234-02
1 概述
进入21世纪以来，在需求牵引和技术推动下，故障预测和健康管理在西方等发达国家得到了迅速的发展，在机械、航空航天、石化等多个领域得到了广泛的应用。故障预测与健康管理系统是实现视情维修的基础，在我国航空、航天等领域得到了应用，而在陆用等电子装备的具体应用还没有，基本都处于理论研究的阶段。准确的故障预测是预测与健康管理系统的关键技术。目前，针对电子产品与装备的故障预测方法分三种：
①基于故障预测参数监测;
②基于故障物理模型（Physics of Failure，POF）;
③基于内建“损伤标尺”[1-3]。
本文主要解决健康管理系统中参数模糊度确定的问题。建立电子装备健康管理系统并进行故障预测，设置故障预测参数选取原则，基于模糊Petri网模型提取反映电子装备故障状态的预测参数，并采用基于相关危险度的统计选取出最优故障预测参数。
2 电子装备故障预测信息系统
定义一个六元组是复杂电子装备故障监控测量信息系统。其中：
P={p1，p2，…，pm}为Place集，复杂电子装备组件集的工作状态，每个元素pi（1≤i≤n）为复杂电子装备的一个可更换单元或部件;
T={t1，t2，…，tm}为Transition集，复杂电子装备Transition规则集合，每个元素tj（1≤j≤m）为一监控测量参数;
I：TP的映射Transition到其所有输入Place的输入，即复杂电子装备中的元器件模块中的输入信号;
O：TP的映射Transition到其所有输出Place的输出，即复杂电子装备元件集中的输出信号;
F：T[0，1]的映射Transition的确信因子，即确信度;
W：P[0，1]的映射Place到其令牌所指的Transition方程。
3 电子装备故障预测参数选取原则
本文综合考虑各方面因素，由此，在选取电离层探测仪故障特征参量时应该遵循以下的原则：
①高度的敏感性[4]：当电离层探测仪的状态发生微弱变化时，相应的故障特征应该有较大的变化;
②高度的可靠性[5]：电离层探测仪故障诊断的参量应该依赖于系统状态的变化而变化。如故障诊断参量和系统状态应该是一一对应的关系;
③实用性[6]：作为探测仪故障的诊断参量应该是能够便于检测比较容易获得;
④监控信号的参数能反映电离层探测仪中较多模块的运行或故障状态;
⑤监控信号的参数能对电离层探测仪可更换单元模块进行故障鉴别;
⑥监控信号的参数与对应的故障模式具有较高的相关性;
⑦监控信号的参数具有可测性。
4 电子装备故障预测参数选取方法
4.1 基于多信号流图的故障预测参数提取
电离层探测仪故障诊断采集的诊断信息存在一定程度的重叠，对其进行参数提取，用较少的原始参数来充分准确描述电离层探测仪的运行状态，可极大地降低故障诊断的复杂程度。
在电离层探测仪系统中，通过多信号流图建立电子装备可更换单元与故障参数之间的对应关系。电离层探测仪由天线（m1）、发射机（m2）、接收机（m3）、DSP&FPGA模块（m4）单元组成，假设下面14个参数s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7、s8、s9、s10、s11、s12、s13、s14参数能反映电离层探测仪性能和故障状态，需要引出六个测试接口TP1、TP2、TP3、TP4、TP5、TP6。根据电离层探测仪的工作原理，按照多信号流图模型的建模步骤，建立电离层探测仪器的多信号流图相关模型如图1所示。根据多信号流图模型，可得电离层探测仪的故障检测相关矩阵如表1所示。
经决推理根据故障参数选择原则，选择发射机选择X1激励脉冲信号（s1）、X2功放输出RF信号（s2）、24V（s3）电压为监控参数;接收机选择时钟控制信号（s4）、第一中频放大输出（s5）、第二中频放大输出（s6）、回波信号RFin（s7）为监控参数;DSP&FPGA模块选择+5V电压（s8）、发射通道射频控制信号（s9）、接收通道射频控制信号（s10）为监控参数。在电离层探测仪故障诊断模块中把上述s1至s10十个信号参数实时采集送至存储模块，然后正常信号参数比较从而达到实现故障自动诊断的目标。并且在实际运行情况也可以对电离层探测仪使用情况进行记录，当无法自动诊断故障时，也可以把以往正常运行中的信号参数调出，以备电离层探测仪维修专家手动排除故障。
4.2 故障预测参数模糊化处理
以选出最优的故障诊断参数集其模糊如表3所示，而且可以以最少的诊断参数实现对设备故障状态的识别，从而降低监控成本和故障诊断的复杂度。
电压模糊化电离层探测仪正常工作需要电源提供各种交流和直流电压。如220V交流电压，+5V、+12V电压等。在工作过程中可能有欠压、正常、过压三种状态。
5 结束语
针对目前复杂电子装备健康管理系统中参数选取困难的问题，本文通过提出故障预测参数选取原则，系统论述故障预测参数模糊化处理的方法和步骤。实例证明，利用模糊Petri网对参数进行处理，可以避免故障模式、故障状态和故障判据主观因素的影响。
参考文献：
[1]Lin，J.. Feature extraetion of maehine sound using wavelet and its applieation infault diagnosis[J]. Ndt&E International，2001，34（1）：25-30.
[2]王荣杰，胡清.基于知识的故障诊断方法的发展现状与展望[J].微计算机，2006，22（3）：220-223.
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[4]David K. Barton. 南京电子研究所译. 雷达系统分析与建模[M].电子工业出版社，2007.
[5]高原.基于Petri网的间歇过程智能监控技术研究[D].北京：北京化工大学，2009.
[6]席素梅.基于Petri网的知识表示方法研究[D].济南：山东大学，2009.
篇6
关键词：参数化设计 复杂结构件 CATIA
中图分类号：TP29 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（b）-0003-02
飞机结构设计中复杂结构件的三维设计建模过程一般比较复杂，在进行设计更改时复杂的建模过程以及建模过程中产生的大量内部特征交联关系给模型更改带来了很大困难。复杂的建模过程使得模型建模过程的可读性差，大量内部特征交联关系在模型更改时出现交联错误报告的概率大大提升，这些都使得飞机复杂结构件在设计过程中模型更改及设计迭效率低下。
CATIA是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM一体化软件，广泛应用于航空航天、汽车、造船和电子设备等行业。CATIA V5三维设计软件提供了强大的参数化设计功能，参数化设计可以很好的提高飞机复杂结构件模型更改的效率，增强复杂构件模型的可读性。该文基于CATIA V5三维设计软件，针对飞机复杂结构件进行参数化设计建模分析，介绍参数化建模思想及方法。
1 参数化设计建模分析
参数化设计建模是将模型主要几何特征与参数关联，使零件特征“参数化”。“参数化”的零件更改不再基于特征命令工具来完成，只要对相应的参数进行更改即可。参数化设计建模将特征参数的变化准确、严格地映射到几何模型，然后通过控制特征参数来实现模型几何特征的自动更改，提高复杂结构模型的可读性及建模效率。该文作者通过对参数化设计的原理分析，再结合实际工作经验，总结出要进行飞机复杂结构件的参数化设计前必须进行以下工作。
（1）分析明确需要参数化控制的几何特征。
（2）根据几何特征确定所需对应的特征参数。
（3）分析明确特征参数和几何特征之间严格的映射关系。
因此，飞机复杂结构件参数化设计建模流程应采用以下逻辑顺序。
（1）零件几何特征要素分析。
（2）建立特征参数。
（3）零件几何体建模。
（4）特征参数与几何特征关联。
下面举例说明参数化设计建模方法及过程。
2 某飞机框类零件参数化建模过程
2.1 零件特征要素分析
在零件建模前应分析零件的各特征要素，以及预期可能的更改，分析哪些几何特征需要设立参数。以图1零件为例，该零件是典型的飞机框类零件，该零件的主要特征有：缘条、腹板、筋条。根据设计经验存在的设计不确定性主要在于几何厚度尺寸、筋条分布范围和数量、腹板高度等方面，计划设置参数有：外缘条厚度、上半框内缘条厚度、上半框筋条厚度、上半框腹板厚度、上半框腹板高度、上半框筋条对称分布角度、上半框筋条数量、下半框内缘条厚度、下半框筋条厚度、下半框腹板厚度、下半框筋条数量。
2.2 建立特征参数
在经过零件特征要素分析确定参数设置后，根据对应特征选择适当类型的参数，并在CATIA软件中建立相应的参数。使用“知识工程”工具栏中的“公式”创建特征参数并给相关参数赋值，如图2。
2.3 零件几何体建模
利用CATIA软件完成模型几何体建立。
几何体建模是参数化设计过程中的重要一环，它不仅是参数化设计的载体和对象，而且几何体模型的造型方法对参数化设计有着显著影响，甚至有可能决定着某一几何特征能否按原计划实现参数化建模。基于CATIA的几何特征建模可以通过多种方式方法完成创建，但是建模过程必须考虑参数化设计的实现，尽量采用便于参数使用，逻辑思路简洁清晰的方法，采用最便利的功能模块进行。对机复杂结构件建模更是如此，涉及的几何特征越多，造型越复杂，设立的特征参数越多，几何体建模的思路、方式方法就显得越关键。
2.4 参数与模型特征关联
CATIA软件允许参数之间通过函数关系进行关系互联，对于有量纲量、无量纲量，甚至是点、线等都可以通过参数间的函数关系参与飞机复杂结构件参数化建模过程，为飞机复杂结构件建模提供了极大的空间和便利性，有力的支持复杂几何特征的参数化过程。
使用“知识工程”工具栏中的“公式编辑器”创建特征参数与对应的模型几何特征的关联关系。通过“知识工程”工具栏为模型几何特征创建以参数为自变量的函数，关联后特征参数与对应的模型几何特征建立了函数映射关系，特征参数为自变量，模型几何特征为因变量。函数关系创建过程如图3。
2.5 参数化设计结果
参数与模型特征关联后，特征参数的更改会引起模型几何特征的相应更改，更改过程简洁、有效。通过参数进行模型几何特征更改效果见图4。
3 结语
飞机复杂结构件采用参数化设计方法可以提高设计更改效率，提高零件模型的可读性，缩短设计建模周期，减轻设计人员建模负担。参数化设计方法对机复杂结构件的三维设计建模具有很好的借鉴意义。
参考文献
[1] 武文轩.基于CATIA Automation实现的螺母参数化建模[J].精密制造与自动化，2014（4）：12-14.
[2] 刘万春，袁伟，张琦.面向制造的CATIA结构建模方法研究[J].航空制造技术，2014（5）：40-42.
篇7
关键词 桥梁设计 三维建模 桥梁建模
中图分类号：TB21 文献标识码：A
近些年来，随着社会生产的不断进步，桥梁结构也日渐复杂，在桥梁设计中涉及到的知识也日渐广泛。在传统的设计方法指导下，桥梁结构的设计不能完全直观展现，而且在设计质量方面也无法获得有效保障。当前，越来越多的桥梁设计单位开发了关于桥梁结构设计的软件系统，将计算机三维技术与桥梁建模技术进行有效的结合，提高了桥梁设计的有效性。三维桥梁建模技术是桥梁结构设计中应用的一种技术，本文就从截面设计、截面参数化和截面容错、三维建模基本方法、与AUTOCAD的交互操作等几个方面对三维桥梁建模关键技术进行分析。
1截面设计
桥梁构件的形式大多为拉伸形态，所以在桥梁设计时对构件的截面参数表达是一个重要的环节，一方面能够对截面进行统一的容错设计，另一方面可以促进三维图形的精准性。在桥梁结构设计中，一般截面的设计方法有两种，一种是参数化设置，另一种是导入DXF文件。在进行三维建模时，通常可以设计一个专门的截面类，用来对设计参数和三维坐标进行映射，对桥梁设计中常用的截面类型进行分析和分别定位，便可以实现有效的应用。对于实心截面的设计，一般可以直接对坐标点进行设置，通过二维布尔运算的方式来实现多点交叉运算，哪够实现对其中任何一个截面的定义。
2截面参数化和截面容错
在设计软件中反映出来的截面结构，通常是以截面的空间坐标点形式存在的，通过截面的计算，能够在三维空间内形成多个坐标点的互相映射，进而通过参数化的形式表现出来，用户便可以根据设计的实际需要，输入相应的参数，以此实现截面的设计过程。用户在进行截面尺寸参数的输入时可能会由于参数错误而对系统的正常运行产生影响，因此需要对参数的判断给予相应的提示。常见的截面参数错误类型，主要有：①截面上的每条边应当与截面前后接壤的边相交，如果与截面的其他边相交则视为错误；②如果在截面上存有孔洞，则孔不能与截面的外边缘相交，相交则视为错误；③如果截面上的孔以多层嵌套的形式存在，则视为错误；④孔的面积大于截面面积，则视为错误。
3三维建模基本方法
在三维建模操作中，一般有移动、复制、拉伸和渐变几种基本的操作方式，拉伸是其相对较为复杂的一个过程，其主要是针对已经定义好的二维图形进行连接操作。具体的三维建模方法主要有：
（1）直线型拉伸。在三维建模过程中，拉伸是应用相对较多的一种操作方法，其主要是针对直线型实体，因此一般构件的顶部和底部是相同的。这种直线型的拉伸方式操作起来较为简单，只需要在定义好的对象中输入相应的拉伸系数，便可以实现建模。
（2） 曲线形拉伸。在桥梁设计中需要用到曲线形构建，如弯桥的桥面构件、曲线桥拱等，因此在三维建模时就需要通过曲线形拉伸来实现构件的设计。对于曲线形构建的参数设定，要根据曲线方程进行科学的计算，在此基础上根据指定的截面沿着曲线的方向进行拉伸，以此实现曲线形建模。曲线形建模在一定意义上可以理解为多个直线型拉伸的结合，但是与单面拉伸不同的是，曲线形拉伸在输入参数时需要将两个相似的截面作为顶部和底部，实现连接拉伸。曲线形拉伸的效果，与曲线结构的直线划分数量有着密切的关系。
（3）渐变处理。在建模时，根据不用截面的受力需求，在不同的构件结构的截面也往往有着不同的拉伸需求，所以对于直线型构件和曲线形构建，都需要对其截面进行必要的渐变处理，才能保证建模的科学性。
4与AUTOCAD的交互操作
AUTOCAD技术是当前土木工程领域中一种常用的制图工具，在三维桥梁建模的过程中引用AUTOCAD技术，形成与AUTOCAD的交叉口接口，能够实现DXF文件的建立和读取。DXF接口主要是用来对桥梁构建的截面进行绘制，对于一些特殊的结构和内置截面则可以通过AUTOCAD来实现，通过AUTOCAD将截面用计算机设计出来，然后通过该接口导入到三维建模体系中，需要注意的是，从DXF导入的图形属性大多为线形对象，因此需要对其进行转化处理之后，才能在三维建模系统中顺利使用。
5结束语
随着科学技术的快速发展，三维桥梁建模技术也将不断的进步，其在桥梁工程中的广泛应用，能够促进桥梁设计质量的提升，进而促进我国桥梁工程的持续发展。
参考文献
[1] 吴学毅，刘军收.基于参数化设计的三维桥梁模型构建[J].图学学报，2013（02）.
篇8
关键词：CAD（计算机辅助设计） 机械设计 应用0. 前言
在机械设计中，CAD已经获得了普遍了应用，其中CAD建模技术便是具体表现之一。所谓的机械设计CAD建模，主要是指利用计算机以及CAD软件实现机械产品的可视化设计，并且能够通过进一步的分析功能和修改功能来获得模拟加工的实体模型。从设计角度来看，不管是何种类型的机械产品，它们均是各种各样的3D几何形状（三维几何形状）构成的几何体。正是基于此种认识，CAD设计主要是利用“Geometric Mode（即几何模型）”来对机械产品的切片、结构、位置、尺寸、形状等几何信息以及纹理、颜色等机械产品的属性信息进行描述，进而能够获得可视化的、富有真实感的3D图形。
1. 基于CAD的机械设计建模方法
1.1 机械产品设计的特征建模方法
特征建模方法强调依靠CAD/CAE的集成化处理，在机械产品设计的全部生命周期的每一个阶段分别依照需求的不同来描述产品特征，确保机械产品信息描述的全面性、系统性以及完整性，使得此零件模型能够为不同的应用软件提供所需的各种类型的信息。特征建模方法对特征事例以及特征事例之间关系的描述与表达主要是依据逻辑上的相互影响、相互关联的语义网络。基于CAD的机械产品设计的特征建模方法所表达的实体是具有功能意义的高层次实体，因此，该建模方法的操作对象重点是机械产品的功能要素、管理信息以及技术信息，而非最为基本的几何元素。
从本质意义上来讲，特征建模方法着重体现设计人员在设计方案中的设计意图，重点关注可以将形状和结构复杂的机械产品模型分解成为多少个“特征”元素，而实际的具体实体模型的获得则需要通过特征之间的运算来逐步获得。总而言之，对于特征建模方法而言，零件特征是其关照的最为基本的对象；对它而言，机械产品便是由功能属性特征、工程含义特征等因素描述而成的信息集成。
1.2 机械产品设计的参数化建模方法
所谓的参数化建模方法，其主旨就是应用工程关系、几何约束等信息来描述机械产品模型的一种建模方法。其具体的设计流程是，①第一，构建机械产品图形和尺寸参数之间的约束关系，利用一个被赋予默认值的待标变量来表示不同的可变尺寸参数。②第二，在实际绘图操作的过程中，想要规格不同的图样时，直接对尺寸参数进行相应地修改即可。
对于参数化建模方法而言，机械产品的几何建模的定义与调整均需要通过约束来实现，约束的主要内容是进行机械产品设计时必须要考虑的因素，包括工程约束、拓扑约束以及尺寸约束等三种形式。并且，参数化建模方法当中的约束和参数之间存在特定的关系，参数的变化可以构建新的约束关系，进而获得新的几何建模。所以，几何建模的改变和修改仅仅通过参数的修改便可以实现，如此一来，设计人员便可以对新型的机械产品实施富有创造性的、动态性的产品设计。
参数化建模方法主要分为变量设计和尺寸驱动两种模式。变量设计则涵盖了几何建模的全部约束条件，包括了工程应用和图形变动的约束条件，所以使其具备了更加广泛的设计适用领域。尺寸驱动则仅仅考虑包括拓扑约束和尺寸约束在内的几何约束，则工程约束则不在它的关照范围内；在尺寸驱动模式下，不同的设计参数分别对应着不同的约束，所以仅仅通过改变参数的方式便可以实现几何图形的变化。变量设计和尺寸驱动有着不同的侧重点，变量设计更加倾向于更高一级的设计特征，而尺寸驱动则更加关注基础的设计特征。
2. CAD技术在机械设计中的应用
2.1 零件与装配图的实体生成。
CAD的三维建模方法有三种，即线框模型、表面模型和实体模型。在许多具有实体建犊功能的CAD软件中，都有—些摹本体系。如在CAD的三维实体造型模块中，系统提供了六种基本体系，即立方体、球体、圆柱体、圆锥体、环状体和楔形体。对简单的零件，可通过对其进行结构分析，将其分解成若干基本体，对基本体进行三维实体造型，之后再对其进行交、并、差等布尔运算，便可得出零件的三维实体模型。对于有些复杂的零件，往往难以分解成若干个基本体，使组合或分解后产生的基本体过多，导致成型困难。所以，仅有基本体系还不能完全满足机器零件三维实体造型的要求。为此，可在二维几何元素构造中先定义零件的截面轮廓，然后在三维实体造犁中通过拉伸或旋转得到新的“基本体”，进而通过交、并、差等得到所需要零件的三维实体造型。
2.2 机械CAE软件的应用
机械CAE系统的主要功能是：工程数值分析、结构优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学、运动学仿真等。CAD技术在解决造型问题后，才能由CAE解决设计的合理性、强度、寿命、刚度、材料、结构合理性、运动特性、干涉、碰撞问题和动态特性等。
3. 结束语
总体而言，CAD（计算机辅助设计）在机械设计领域的应用，实现了机械产品设计快速化的目标，更加为后续的机械产品的分析、检验、快速原型制造提供了信息支持。三维特征建模拓展了设计人员的创造性，比传统的实体建模有更好的设计效果，最重要的是真正符合数据交换规范的产品建模。
参考文献：
[1]王丽敏，计小辈. 模具设计制造中CAD/CAE/CAM技术的应用研究[J]. 现代制造技术与装备，2008，（04）：122-124.
[2]陈建勇. 模具CAD/CAM软件的应用与开发现状[J]. 中国高新技术企业，2007，（03）：69-71.
篇9
在计算机图形学中，物体的造型一般分为传统几何建模和物理建模两大类。传统几何建模采用线框、表面和实体等造型技术，只描述物体的外部几何特征，适合静止刚体的造型。物理建模则是将物体的物理特征和行为特征融进传统的几何模型中，既包含了表达物体所需要的几何信息，又包含了物体材料的物理性能参数。
在现实世界中，服装的运动受织物材料特性和人体运动的共同影响。人体运动所产生的肢移造成人体皮肤表面和服装布料之间的碰撞，力的相互作用驱动服装跟随人体运动。由于用计算机模拟人体与服装真实效果的复杂性，在三维人体与服装的造型中出现了几何建模技术、物理建模技术、结合几何与物理的混合建模技术。
1 三维人体与服装的几何建凄掺术
1．1人体
三维虚拟人体的几何建模技术主要是曲面建模，又称表面建模，这种建模方法的重点是由给出的离散数据点构成光滑过渡的曲面，使这些曲面通过或逼近这些离散点。在人体曲面建模时，主要采用基于特征的和参数化的人体曲面建模两种具体建模方法。
1．1．1基于特征的人体曲面建模
基于特征的人体曲面建模根据人体的整体结构，将人体模型划分为若干个基本的结构特征。为进行曲面造型，针对每个结构特征可定义相应的造型特征。造型特征分为主要造型特征(即人体模型中指定的特征)和辅助造型特征(即为了精确表达人体模型的较细节几何特点所定义的造型特征)。该方法的优点在于．它使得人体模型的曲面建模更加灵活，可以针对人体模型不同部位的几何特征，选择最适合的曲面建模方法，而不必拘泥于某一种曲面表达方式。此外，还可较方便地改进人体模型建模方法。根据人体模型尺寸表，可定义一系列的特征曲线，曲线的生成通过相关特征点(根据人体物理特性定义的点)和模型样本点(根据人体模型曲面造型需要定义的点)来得到。仅靠特征曲线还不足以表达人体模型的所有几何形状，需补充定义几何造型曲线，与特征曲线共同构造出曲线网络。网络曲线多采用3次b样条曲线表达，人体曲面模型的构建则采用b样条曲面。
1．1．2参数化的人体曲面建模
参数化的人体曲面建模采用几何约束来表达人体模型的形状特征，从而获得一簇在形状上或功能上相似的设计方案。即在建模过程中应结合人机工程学原理，利用人体各部分固有的比例关系，从人体模型的众多特殊尺寸中提取出起决定性作用的参数。一旦几何特征参数确定下来，系统将根据人机工程学原理，修改相应的主要造型特征，使其满足新的尺寸要求。同时，利用人体模型主、辅造型特征问的关联结构，修改相关的辅助造型特征，获得新的人体模型造型特征，对新的人体模型造型特征进行曲面造型，最终得到用户所需的人体模型。参数化建模是一种更为抽象化的建模方法，它以抽象的特征参数表达复杂人体的外部几何特征，依托于常规的几何建模方法，使设计人员能够在更高、更抽象的层面上进行人体设计。
nm thalmann和dthalmann最早使用多边形表面生成虚拟人marilynmonroe，之后又提出jld算符用于对人体表面的变形。forsey将分层b样条技术用于三维人体建模。douros等使用b样条曲面重构三维扫描人体模型。曲面模型的优点是速度较快，缺点是不考虑人体解剖结构，取得非常逼真的模拟效果比较困难。提高表面模型的逼真性是目前的研究热点之一。
尽管曲面建模技术已经能够完整地描述人体的几何信息和拓扑关系，但所描述的主要是人体的外部几何特征，对人体本身所具有的物理特征和人体所处的外部环境因素缺乏描述，对于人体动态建模仍有一定的局限性。
除曲面建模方法外，还有棒状体建模和实体建模方法。棒状体建模是最早出现的虚拟人体几何建模方法，人体表示为分段和关节组成的简单连接体，使用运动学模型来实现动画模拟，实现人体的大致动作。实体模型使用简单的实体集合模拟身体的结构与形状，例如圆柱体、椭球体、球体等，然后采用隐表面的显示方法，其计算量大，且建模过程非常复杂。在三维人体模型结构中，实体模型和棍棒体模型基本上已较少使用。
1．2服装
服装的几何建模方法着重模拟布料的几何表象，尤其是波纹、褶皱等，不考虑服装面料的物理特性，将织物视为可变形对象，用几何方程表达并模拟虚拟现实环境中的织物动画效果。目前常用b样条曲面、bezier曲面：inurbs曲面来进行服装曲面造型。
lalfeur等开始用简单的圆锥曲面代表一条裙子，并穿着在一个虚拟模特上，以人体周围生成的排斥力场来模拟碰撞检测。hinds等将人体模型的上半躯干进行数字化图像处理以获得基础人形，提出了在人体模型上定义一系列位移曲面片的、典型的几何三维服装建模方法，用三维数字化仪取得人体模型上的三维空间点，然后用双3次b样条曲面拟合得到数字化的人体模型，服装衣片被设计成围绕人体模型的曲面，然后将之展开到二维，这些服装衣片是通过几何建模得到的。
此方法计算速度较快，模拟出的服装具有其形态特点，生成的图形具有一定的织物视觉效果，但不能代表特定的服装织物，仿真效果较差。
2三维人体与腑装的物建模技术
2.1人体
为使三维人体动画仿真效果更佳，ahbarr提出了物理建模思想，将人体的物理特性加入到其几何模型中，通过数值计算对其进行仿真，人体的行为则在仿真过程中自动确定。
物理建模方法具有更加真实的建模效果，能有效地描述人体的动态过程，采用微分方程组的数值求解方法来进行动态系统的计算，计算更为复杂。
2．2织物和服装
服装的物理建模对服装进行三角、网格或粒子划分，通过构造织物对象的结构力学模型，进行能量、受力分析，用计算机图形技术可视化地模拟三维形态，能较真实地模拟柔性物体的特性。物理建模与织物的微细结构有关，需要确定织物物理力学参数。模拟结果与真实织物的接近程度取决于所用的数学模型和计算方法。
由于织物微结构的数学模型各不相同，物理模型可分为连续模型和离散模型两类。计算方法可分为力法和能量法。力法用微分方程表达织物内部微元之间的力，进行数值积分以获取每一时间步长下微元的空间位置，从而得到整个织物在该时间步长下的变形形态。能量法通过方程组计算整片织物的能量，然后移动织物结构内的微元使之达到最量状态，从而确定织物的最终变形形态。通常，能量法多用于织物静态悬垂的模拟，而力法用于动态悬垂的模拟。
2．2．1连续模型
连续模型将织物看作是由大量微元素相集合的连续体，运用研究连续体的力学方法对织物进行力学分析和研究。通常用变形壳体、弯板、薄片、薄膜单元或变形粱单元代表织物的微元。在连续模型中使用有限元方法是目前发展的一个趋势。
最早shanahan等以材料片／板理论对织物建模。在19世纪80年代，lloyd采用基于膜元素的有限元模型，feynman使用弹性片理论，terzopoulos等基于弹性理论的变形模型，collier把织物看作正交各向异性的膜元素，采用几何非线性有限元法。2o世纪90年代，ascough使用简单变形梁元素，yamazaki等在粱元素基础上，加入外部力。2000年后，kang等提出基于连续壳理论的显式动态有限元分析方法实现了一套三维服装悬垂形状预言快速反应系统，jinlianhu等提出有限体积法(fvm)。
在目前的使用中，织物的微观非连续结构与有限元素的分割尺寸相比很小，将织物看作连续体，并忽略织物在微元水平内的相互作用，在一定范围内具有合理性。即使是如此简化，连续模型的计算量仍相当大，计算过程繁琐耗时，不能用于服装的实时仿真。
2，2．2离散模型
织物是由大量纤维、纱线形成的复杂结构体，是非连续的，宜使用离散的方法建立模型。1994年breen等提出采用相互联系的粒子系统模型模拟织物的悬垂特性，1996年eberhardt等发展了breen的粒子模型，体现了织物的滞后效应，增加了风动、身动等外力对服装面料的影响。在粒子系统的基础上，由provot和howlett先后提出的质点一弹簧模型结构简单，容易实现，计算效率较高，取得了较好的应用效果。该模型将服装裁片离散表达为规则网格的质点～弹簧系统。每一个质点与周围相连的若干个质点由弹簧相连，整个质点一弹簧系是一个规则的三角形网格系统。desbrun等对质点～弹簧模型加以延伸、扩展和改进，综合显式、隐式积分，提出一种实时积分算法，可实现碰撞和风吹等检测和反应。刘卉等也用改进的质点一弹簧模型完成了模拟服装的尝试。
物理建模方法虽然仿真效果更接近真实状态，但因模型中包含的有效织物力学结构参数很难确定，加之运算时间太长，应用受到了限制。
人体多层次模型是最接近人体解剖结构的模型，通常使用骨架支撑中间层和皮肤层，中间层包含骨骼、肌肉、脂肪组织等，因此人体从内到外分成骨架、骨头、肌肉、脂肪和皮肤等几个层次，可分别采用不同的建模技术。骨头层可看成刚性物体，采用几何模型。皮肤层属于最外层，需要较多的真实性，可采用基于物理的模型，指定皮肤层每个顶点的质量、弹性、阻尼等物理参数，计算每个点的运动特性，实现皮肤的变形。皮肤需要匹配到骨架上，其动态挤压和拉伸效果由底层骨架运动及肌肉体膨胀、脂肪组织的运动获得，附着于骨头上的肌肉和脂肪也得适当地采用物理建模方式形成。
chadwick等提出了“人体分层表示法”的概念。在此基础上，thalmann等提出一种更加高效的、基于解剖学的分层建模算法来实现人体的建模与仿真。通过这种方法建立的人体模型从生理学和物理学角度都能实现更加逼真的效果，但模型复杂度高，人体变形时计算量大。
几何建模能赋予服装更灵活的形状，可以方便地修改服装的长短胖瘦、结构线等外观形状，模型简单，执行速度快，但不能通过参数控制服装的悬垂及质感。物理建模允许通过选择参数值较为直观地控制服装的悬垂及质感，如增加质量参数值将得到厚重织物，但模型复杂，计算费时。服装的混合建模技术吸取了几何和物理的优点。通常在图形生成或模拟过程中，先用几何方法获得大致轮廓，再用物理约束和参数条件进行局部结构细化，从而获得逼真、快速的模拟图形。
kunii和godota使用混合模型实现了对服装皱褶的模拟。rudomin在进行模拟时先使用几何逼近的方法，在人体的外围生成…个3dj]~装凸包，给出了悬垂织物的大致形状，后利用terzopoulos的弹性形变模型对织物的形态进行细化处理。
在实际应用中，混合建模技术更适合于织物和服装变形形态的模拟，既能满足对服装三维效果的仿真，且能在一定程度上实现三维交互设计，计算时间也将显著缩短，可以满足实时的要求，是目前较好的选择。
在三维人体建模上，对静止人体的实现主要采用面建模技术，重点描述人体的外表面，即皮肤的外形。为了实现人体的动态仿真，需要考虑人体本身的物理特征(如质量、密度、材料属性等)和行为特征，使得计算机模拟的人体活动符合真人的运动效果，采用了物理建模技术，但由于人对人体解剖结构、自身组织及器官的物理特性、人体运动及动力学行为等研究和了解得并不充分，很难建立起完整的三维人体物理模型。
篇10
【关键词】变差函数 变差函数求取 变差函数参数设置
图1 变差函数示意图
在变差函数图中有几个重要的参数：a、c、c0 及cc，其中a为变程，反映区域化变量在空间上的变化程度，在随机地质建模中主要反映储层参数在空间上的相关性，当h≤a时储层参数具有相关性，且相关性随h的变大而减小；当h≥a时储层参数不具有相关性，变程a越大连续性越好。c为基台值，反映储层参数在研究区范围内的变异强度，为先验方差。c0为块金效应值，为距离h很小时两点间的差异，块金值越大连续性越差。随机地质建模过程中认为地层内距离很小的两点间的接触关系为渐变接触，所以随机地质建模过程中通常认为块金常数为零。cc为拱高，表示在取得有效数据的尺度上，可观测得到的变异性幅度大小，当块金值等于零时，基台值即为拱高。
2 随机建模过程中变差函数参数的设置
在主流地质建模软件中，变差函数的参数主要是通过调整搜索方锥获得变差函数图与实验变差函数图进行拟合来求取。在搜索方锥中需要设定的主要参数有方位角、容差角、搜索距离、滞后距、滞后距容差、带宽等。方位角为搜索主方向，主方向是样点间相关性最好的方向[3]，在随机建模过程中方位角一般给定为砂体连通性最好的方向（物源方向）。由于工区内井点数据多为不规则分布，在指定方向上很难搜索到足够多的数据点，所以引入了容差角（Δφ）。作用是使搜索方向上（φ+Δφ）范围内的井点数据都被认为在有效的搜索范围内。容差角要根据井点规则程度来设置，一般可设为π/8。搜索距离可设为搜索方向上是远的两个数据点的距离。滞后距一般设为搜索方向上的平均井距，滞后距须由调整滞后距个数来确定，滞后距=搜索距离/滞后距个数。滞后距容差也是因井网的不规则而引入的，参数大小应依据井点分布的规则程度来确定。容差角的引入使我们在面对不规则分布的样品时有了更多的搜索空间，但随之而来的缺点是在一定的容差角范围内，如搜索步长过大搜索的方向性会受到一定的影响[4]。为保证搜索方向性，加入了带宽这一参数，通常将带宽设置为1倍井距。
3 应用效果
苏里格气田苏11区块，沉积背景为辫状河沉积，储层连续性较差，沿河道方向砂体规模1200米，垂直河道方向砂体规模800米。本次选取区块内17排到27排共116口井进行地质建模研究，所选井区内井点分布较规则，基本符合600m*600m菱形井网。以盒8下6小层河道相主变程求取为例，根据上述搜索方锥参数设置原则与拟合情况，分别设置主方向6°、搜索距离为6800、容差角为π/8、滞后距为630、带宽600。下面为主变程的搜索方锥（图2）和变差函数拟合效果图（图3）。从变差函数拟合结果来看，拟合效果较好。
利用上述原则得出盒8下4、5、6小层变差函数参数求取结果（表1）。经分析，本次所求得的各小层的变程等参数与前期地质认识相符合，说明本次变差函数求取可靠性较高。
4 结论及认识
（1）变差函数主要为随机建模提供可靠的参数，同时通过变程、基台值、块金值等参数可以判断出储层的非均质性。
（2）主流地质建模软件中变差函数是通过调整搜索方锥来求取的，搜索方锥所需参数与井点数据分布规则程度密切相关。充分考虑井点数据规则程度能使求得的变程等参数更加忠实可靠。
图3 盒8下6小层主变程变差函数拟合图
（3）搜索方锥中参数的设置可根据拟合情况做出适当的增减，以保证求出较小块金值和合理变程的变差函数。
（4）拟合出的主方向、变程等参数应与研究区的地质情况相符合。
参考文献
