参数化设计在产品设计中(一)
参数化设计在产品造型设计中的应用研究
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参数化设计在产品造型设计中的应用研究 作者：王男 王佩国
来源：《设计》2014年第07期
摘要：参数化设计在建筑形体造型上得到了很大的突破，各种异形，复杂的建筑逐渐出现在人们的视野里，但在产品外观造型领域的应用不太广泛，本文阐述了参数化设计相对于传统设计方法的优势，提出了参数化设计在造型上应用的理论模型，并分析了具体应用的实例，对产品造型的创新有重要意义。
关键词：参数化设计 参数关系理论模型 产品造型设计 设计思维
当代科学的研究已经从线性转向非线性，同时随着计算机编程技术的发展和生产加工技术的提高，参数化设计逐渐受到重视，一些年轻、有敏锐触觉的设计师热衷于这种设计方法，甚至一些激进派设计师认为参数化主义是继现代主义之后的一个崭新的设计思潮。参数化设计给产品造型带来了更大的自由空间，设计师开始使用自由形式的曲线和曲面来表达内心的情感，产品造型设计已经从功能至上到复杂、多元化的发展。
1 参数化设计与传统设计方法
参数化设计的本质是数据，是将数据操作赋予一切单纯的设计形式，所有的设计形式都可以根据数学逻辑构造。参数化设计应用在造型设计上的理论基础源自于非线性科学，是在非线性科学的理论基础上将影响设计的多方面的复杂因素作为参数并建立关联，形成参数模型，运用计算机技术来完成方案。其中，非线性科学领域中的算法逻辑或几何逻辑是参数化设计在造型中最有价值的应用。
传统设计方法是根据设计师的直接或间接经验，首先头脑风暴，在脑海中产生产品的大致形态轮廓，然后再进行手绘草图绘制大致的产品造型，再使用三维设计软件建模，在这个过程中会出现反复的调整和修改，最后输出为符合工程制造的图纸，这一设计过程是从整体到局部，在设计过程分了几个阶段，在上一阶段做完之后才能进入下一阶段，一旦其中的一步需要修改，返回去就会引起很繁琐的工作量。这种设计方法和设计过程要求设计师具有丰富的三维想象力和空间造型能力，并且很难在较短的时间内生成大量可供选择的方案。
工业设计需要更新其设计方式以适应多元化社会的需求，而参数化设计相对于传统的设计方法有很大的优势。首先，参数化设计依照算法逻辑或几何逻辑等逻辑规则让所有影响造型设计的参数形成一种关系，从而构建设计方案，改变不同的参数而不改变关系，或者改变逻辑关系而参数不变就可以迅速生成大量的设计方案，而传统的设计方法由于依靠经验和手工操作占主要部分，所以整个推敲过程在同等时间内产生的方案是有限的。其次，参数化设计整个流程的每个环节都可以修改的，一个环节的修改，其他环节就会自动的变化，而传统的设计流程各个阶段是线性的，一旦一个环节需要修改，则它之后的环节将完全被推翻，一切重头设计就会
参数化设计在产品设计中(二)
产品参数化设计理论与技术
中文摘要：本文概括性的介绍了在不同年代，不同时期国内外在产品参数化设计方面的研究历程，及其研究现状，根据产品参数化设计的研究方向与主要研究方法，确定了研究重点，并加以剖析，总结出产品参数化设计中存在的主要问题，详细介绍了产品参数化设计在机车顶盖结构的设计、CAD及钉枪零部件等设计中的应用。
关键词：产品参数化；历程；现状；发展方向；研究重点；应用
Abstract：This paper introduced the research progress of product parametric design at home and abroad in different time and different periods, and its research status. According to the research direction and main methods of product parametric design, researching priorities were determined, and analyzed. Summarizing the main problem existed in parametric design, detailing product parametric design application of gun parts design of the nail in the design, CAD and locomotive roof structure.
Key words：product parametric design;progress;present situation; development direction;research priorities;application
目录
第1章产品参数化设计的概念、发展历程及研究现状 ............................................................... 4
1.1 产品参数化设计概念 ...................................................................................................... 4
1.2 产品参数化设计理论与技术的发展历程 ...................................................................... 4
1.2.1 60~70年代中期产品参数化设计的萌芽期 ........................................................ 4
1.2.2 70年代后~80年代初产品参数化设计的开创时期 ........................................... 4
1.2.3 80年代中期~90年代初产品参数化设计的发展时期 ....................................... 5
1.2.4 90年代中期至今产品参数化设计的发展 .......................................................... 6
1.3 产品参数化设计理论与技术的研究现状 ...................................................................... 9
1.3.1 参数化设计和数据驱动的理论方法 ................................................................... 9
1.3.2 基于几何约束的变量几何法 ............................................................................. 10
1.3.3 基于几何推理的人工智能法 ............................................................................. 10
1.3.4 基于构造过程的构造法 ..................................................................................... 11
1.3.5 基于辅助线法 ..................................................................................................... 11
第2章产品参数化设计未来发展方向、研究重点 ..................................................................... 12
2.1 产品参数化设计理论与技术未来发展方向 ................................................................ 13
2.1.1 特征参数化设计 ................................................................................................. 13
2.1.2 知识驱动的智能化设计 ..................................................................................... 14
2.2 产品参数化设计理论与技术研究重点 ........................................................................ 15
2.2.1 欠约束问题的有效处理 ..................................................................................... 15
2.2.2 参数化设计应当与产品功能设计联系在一起 ................................................. 15
2.2.3 参数化设计要向系统集成化方向发展 ............................................................. 15
2.2.4 研究协同设计环境下基于约束的参数化设计模型 ......................................... 16
2.3 产品参数化设计中存在的问题及以后的研究重点 .................................................... 16
2.3.1 产品参数化设计中存在的问题 ......................................................................... 16
2.3.2 产品参数化设计以后的研究重点 ..................................................................... 17
第3章产品参数化设计理论与技术应用举例 ............................................................................. 18
3.1 顶盖结构及参数化设计 ............................................................................................... 18
3.2 机车顶盖结构的参数化设计过程 ................................................................................ 19
3.2 参数化设计在CAD 中的应用 ...................................................................................... 22
3.2.1 变量驱动图形 ..................................................................................................... 22
3.2.2 尺寸驱动图形 ..................................................................................................... 23
3.2.3 参数化图库的建立 ............................................................................................. 24【参数化设计在产品设计中】
3.3 钉枪零部件的参数化设计 ........................................................................................... 25
3.3.1 零部件的特征分析 ............................................................................................. 25【参数化设计在产品设计中】
3.3.2 零部件的参数化实现过程 ................................................................................. 27
分工说明......................................................................................................................................... 29
个人感受......................................................................................................................................... 30
雷明佳个人感受 ..................................................................................................................... 30
赵恒个人感受 ......................................................................................................................... 30
揭超个人感受 ......................................................................................................................... 31
参考文献......................................................................................................................................... 32
附录 ................................................................................................................................................ 34
附录1、面向并行工程的机械产品参数化协同设计流程图 .............................................. 34
附录2、基于并行工程的桥式起重机参数化设计流程图 .................................................. 35
附录3、ProE的齿轮参数化模型库二次开发流程图 ......................................................... 36
附录4、参数化程序设计语言简介（APDL） ..................................................................... 36
第1章 产品参数化设计的概念、发展历程及研究现状
1.1产品参数化设计概念
参数化设计是Revit Building的一个重要思想，它分为两个部分：参数化图元和参数化修改引擎。在计算机辅助设计领域，设计人员对同一零件或相似零件的重复设计不仅耗费时间精力，而且造成产品数据库过大，不易管理，且容易出现问题。面对上述问题，可以在产品模型设计的各个方面完成参数化设计，实现产品结构的可控性。例如利用特征建模的方式创建零件系列的模板，同时创建该零件族的数据库，通过改变数据库中的参数可以快速准确地生成该系列零件中的任何一个。类似于上述方法的解决方案称为参数化设计，广义的参数化设计涵盖了从零件到产品的整个设计过程。
1.2产品参数化设计理论与技术的发展历程
根据参数化设计方法在不同时期的主要特点，可以将参数化的研究分为以下几个阶段：
1.2.1 60~70年代中期产品参数化设计的萌芽期
这一阶段以Sutherland为代表，他在Sketehpad(1963)系统中提出利用约束作为辅助手段进行零件的生成，但没有使用约束定义和修改几何模型，对模型的修改只是一个单向过程，一旦模型生成后约束不能反过来限制模型。
1.2.270年代后~80年代初产品参数化设计的开创时期
提出了一些参数化设计的基本思想和理论，并逐渐形成了不同的参数化方法。以Hillyard提出变量几何和几何约束思想，并由Gossard及其研究小组进一步发展和完善了这一方法为标志。
R.C.Hillyard(1978)等把尺寸和公差视为特征点间约束，通过尺寸和视图指定零部件的形状，利用给定的尺寸方案来判定零件图是欠约束、过约束还是约束
完备的。
美国麻省理工学院计算机辅助实验室D.C.Gossard(1981)教授提出变量几何的概念，几何约束是通过绘图命令中引入约束信息来取得，并给出利用多维线性方程组进行变量几何法求解的基本原理和方法。
美国的Robert Light和David Gossard(1982)提出修改实体的变量几何法，将尺寸约束等式划分为水平距离、垂直距离、线性距离、点线距离和角度尺寸等多种类型，利用柔性过程来定义和修改尺寸模型，尺寸变量决定几何模型的形状和大小，通过修改尺寸变量来修改模型，并将该方法应用于草图和系列化零件的设计。
1.2.380年代中期~90年代初产品参数化设计的发展时期
这一时期的一个重要特征是将AI技术引入参数化设计中，人们分别将几何推理、神经网络等人工智能方法应用到设计中去，同时，将参数化技术应用到实体造型形成特征造型技术，以B.Aldefeld、Suzuki、A.Verroust提出的基于专家系统方法为主要代表。
B.Aldefeld（1988）提出一种基于符号操作和推理机处理一般几何模型的方法，二维几何模型被表示成一系列几何元素和定义约束计划的原子规则集，他将约束分为结构约束与公制约束，并用一阶谓词表示这些约束，通过构造计划、规则库与推理机进行求解。
Koichi Kondo（1990）将约束与对模型的操作联系起来，几何关系是由对模型的操作顺序确定的，能够根据尺寸的变化对模型进行修改。基于这种构造过程的几何造型系统PIGMOD可应用于线框、曲面和实体模型。
日本东京大学Suzuki（1990）用规则来表示二维尺寸约束，用约束传播等技术进行模型参数化，给出了几何模型和约束的逻辑框图，以及几何推理机制。
美国Syracuse大学U.Roy和普度大学C.R.Liu（1991）将变量技术和实体造型技术相结合并成功应用于尺寸与公差的表示、公差分析与合成、公差控制以及尺寸与公差在CAM中的应用。
A．Verroust（1992）等提出基于专家系统来处理约束等式，将所有约束分为角度约束与距离约束，通过构造规则、三角形规则、平行规则将求解模型分为
参数化设计在产品设计中(三)
参数化设计
参数化设计
目录
概述
参数化设计是Revit Building的一个重要思想，它分为两个部分：参数化图元和参数化修改引擎。Revit Building中的图元都是以构件的形式出现，这些构件之间的不同，是通过参数的调整反映出来的，参数保存了图元作为数字化建筑构件的所有信息。参数化修改引擎提供的参数更改技术使用户对建筑设计或文档部分作的任何改动都可以自动的在其它相关联的部分反映出来，采用智能建筑构件、视图和注释符号，使每一个构件都通过一个变更传播引擎互相关联。构件的移动、删除和尺寸的改动所引起的参数变化会引起相关构件的参数产生关联的变化，任一视图下所发生的变更都能参数化的、双向的传播到所有视图，以保证所有图纸的一致性，毋须逐一对所有视图进行修改。从而提高了工作效率和工作质量。 参数化设计在CAD中的应用
用CAD方法开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产品开发效率的关键。产品开发初期，零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验证、性能分析和数控编程之后才能确定。这就希望零件模型具有易于修改的柔性。参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。
在CAD中要实现参数化设计，参数化模型的建立是关键。参数化模型表示了零件图形的几何约束和工程约束。几何约束包括结构约束和尺寸约束。结构约束是指几何元素之间的拓扑约束关系，如平行、垂直、相切、对称等；尺寸约束则是通过尺寸标注表示的约束，如距离尺寸、角度尺寸、半径尺寸等。工程约束是指尺寸之间的约束关系，通过定义尺寸变量及它们之间在数值上和逻辑上的关系来表示。
在参数化设计的本质及意义
在参数化设计系统中，设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。要满足这些设计要求，不仅需要考虑尺寸或工程参数的初值，而且要在每次改变这些设计参数时来维护这些基本关系，即将参数分为两类：其一为各种尺寸值，称为可变参数；其二为几何元素间的各种连续几何信息，称为不变参数。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数。因此，参数化模型中建立的各种约束关系，正是体现了设计人员的设计意图。
参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。目前，参数化设计中的参数化建模方法主要有变量几何法和基于结构生成历程的方
法，前者主要用于平面模型的建立，而后者更适合于三维实体或曲面模型。 常用的参数化设计软件
目前常用的参数化设计CAD软件中，主流的应用软件有Pro/Engineer、UG NX、CATIA和Solidworks四大软件，四大软件各有特点并在不同的领域分别占据一定的市场份额。Pro/Engineer是参数化设计的鼻祖，参数化设计的实现最先就是由Pro/Engineer实现，而Pro/Engineer也因为参数化的特点在横空出世后迅速抢占了传统CAD软件巨头UG和CATIA的部分市场份额，目前主要应用于消费电子、小家电和日用品、发动机设计等行业；UG和CATIA两个传统的软件巨头也不甘落后，紧随Pro/Engineer之后加入了参数化设计的功能，目前在传统的制造行业比如汽车、航空航天等行业上两个软件占据绝对的市场份额。
第1章 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0概述
Pro/ENGINEER Wildfire 4.0是一个参数化CAD设计软件，可根据特征的模型进行直观的创建和修改。本章将简单介绍现代CAD设计的一般流程以及Pro/ENGINEER Wildfire 4.0的主要模块和操作界面等内容。
本章要点
CAD设计的一般流程 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0基本模块及应用领域 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0用户界面 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0菜单介绍 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0工具栏介绍
Pro/ENGINEER Wildfire 4.0系统的基本设置
Pro/ENGINEER Wildfire 4.0基本操作【参数化设计在产品设计中】
1.1 CAD设计的一般流程
从20世纪80年代早期发展至今，工程设计制图发生了重大的转变，这主要得益于计算机辅助设计（computer-aided design，CAD）技术的不断进步。今天的CAD设计已经不再是单纯地使用计算机绘图，而是融入了产品的外形构思、功能设计、结构分析、虚拟现实以及加工制造等过程。
由于三维CAD技术更加符合人们的思维习惯，所以随着计算机技术的不断发展，三维技术逐渐代替了原来的二维设计技术。现在，用户能在三维模式下完成整个产品的设计开发过程。Pro/ENGINEER Wildfire 4.0就是一个能满足现代用户设计要求的现代CAD软件。
在使用Pro/ENGINEER等CAD软件进行设计前，用户需要清楚地了解表1-1中的几个基本概念。
表1-1 CAD设计的基本概念
了解了表1-1中的相应概念后，可开始使用Pro/ENGINEER进行设计，其基本流程如图1-1所示。
图1-1 Pro/ENGINEER设计基本流程
图1-1中，前两步内容是设计方案和方法的确定问题，需要结合机械设计和机械原理等知识来进行设计；本书后续各章将对图1-1中后面3步——如何使用Pro/ENGINEER Wildfire 4.0设计进行详细介绍。
1.2 Pro/ENGINEER Wildfire 4.0基本模块及应用
领域
http://m.zhuodaoren.com/shenghuo366420/
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