CAD系統中的參數化設計技術(shù)

　　本文介紹了CAD繪圖的參數化設計的定義、基本思想、原理、主要技術(shù)方法和參數化繪圖技術(shù)。其中，參數化設計系統中涉及到的基本技術(shù)和思想主要有：輪廓、草繪、尺寸驅動(dòng)、變量驅動(dòng)、設計合理性檢查和動(dòng)態(tài)導航等。同時(shí)，作者還介紹了參數化編程的原理及步驟，以及圖形參數化程序的四種控制參數和圖形參數選取的原則。

　　傳統的CAD繪圖技術(shù)用固定的尺寸值定義幾何元素，輸入的每一條線(xiàn)都有確定的位置，在修改和編輯已有圖形時(shí)，只能一個(gè)圖元一個(gè)圖元地修改，反復進(jìn)行大量的刪除和重畫(huà)操作。因此，從某種意義上說(shuō)，一般的CAD系統只是做到了將制圖員的工作環(huán)境從圖板上移到了計算機上。傳統的CAD技術(shù)在幾何造型和工程圖的發(fā)展中起了相當大的作用，但在實(shí)際應用中，人們逐漸發(fā)現它們存在著(zhù)某些嚴重不足，主要表現在以下幾個(gè)方面。

　　(1)無(wú)法支持快速的設計修改和有效地利用以前的設計結果。傳統的CAD只記錄了產(chǎn)品的形狀坐標信息，這樣一來(lái)，即使一個(gè)很小的設計修改也往往會(huì )導致對以前大量設計努力的放棄。

　　(2)無(wú)法很好地支持設計的一致性維護工作。傳統的CAD系統沒(méi)有記錄下設計對象內部元素相互之間的關(guān)系，在設計修改時(shí)，某一局部的改動(dòng)不能自動(dòng)反映到相關(guān)部分的變動(dòng)，需要設計人員手工修改，這樣往往不能保證設計要求在設計反復時(shí)得到可靠的保證。

　　(3)不符合工程設計人員的習慣。

　　工程設計往往是通過(guò)定義一個(gè)結構草圖作為原型，通過(guò)一些高層次的設計指令不斷定義約束和調整參數值，逐步細化以達到最佳的設計結果。而傳統CAD系統面向具體幾何形狀，所能處理的只是圖形元素的幾何信息，僅僅記錄了幾何形體的精確坐標信息，而大量豐富的具有實(shí)際工程意義的幾何拓撲、尺寸約束信息和功能要求信息均被丟棄，其應用僅局限于產(chǎn)品的詳細設計階段。

　　(4)無(wú)法支持并行設計過(guò)程。一個(gè)復雜的設計對象，需要多個(gè)設計人員多方面、多層次和多階段設計活動(dòng)的參與，這就要求從一開(kāi)始就考慮到產(chǎn)品從設計到最終消亡的整個(gè)生命周期的所有因素，強調設計過(guò)程的并行協(xié)調。傳統CAD系統支持的只是順序的設計方法，無(wú)法支持并行的設計過(guò)程。

　　在CAD系統中采用參數化設計技術(shù)可以克服以上四個(gè)方面的不足。

一、參數化設計概述

　　最初CAD系統所構造的產(chǎn)品模型是幾何圖素（點(diǎn)、線(xiàn)和圓等）的簡(jiǎn)單堆疊，僅僅描述設計產(chǎn)品的可視形狀，不包含設計者的設計思想，因而難以對模型進(jìn)行改動(dòng)，生產(chǎn)新的產(chǎn)品實(shí)例。參數化的設計方法正是解決這一問(wèn)題的有效途徑。

　　參數化設計(Parametric Design)，就是根據產(chǎn)品零部件的性能參數，確定其幾何形狀或結構尺寸的一種設計方法。也就是說(shuō)把這些尺寸看成是“設計條件”的函數，當設計條件改變時(shí)，零、部件圖形的尺寸可以隨時(shí)得到相應改變。

　　參數化設計有兩種涵義：

　　(1)繪圖軟件本身具有參數化功能任何交互式的尺寸改動(dòng)都會(huì )導致整個(gè)模型的改變，也就是說(shuō)，只要修改了模型中的某一個(gè)尺寸，則整個(gè)圖形中與此相關(guān)的尺寸都會(huì )自動(dòng)更新。這種方法主要適用與結構不是太復雜的圖形。

　　(2)應用程序具有參數化功能。通常由用戶(hù)或第三方開(kāi)發(fā)出的一些應用程序，主要針對某一領(lǐng)域具體問(wèn)題，進(jìn)行參數化設計。即該應用程序負責與用戶(hù)交互，當需要修改某一尺寸時(shí)，應用程序負責更新該尺寸及與之相關(guān)的其他尺寸。這種方法的編程量很大，另外，要修改圖形時(shí)，需要重新運行程序。

　　目前，尚無(wú)將這兩種方式結合起來(lái)的軟件系統，一般所說(shuō)的參數化設計均指第二種方式。

二、參數化設計的基本思想

　　參數化設計系統中涉及到的基本技術(shù)和思想主要有：輪廓(Profile)、草繪(Sketching)、尺寸驅動(dòng)(DimensionDrive)、變量驅動(dòng)、設計合理性檢查和動(dòng)態(tài)導航(Dynamic Navigator)等。

六、結束語(yǔ)

　　參數化是智能化、集成化CAD系統的核心技術(shù)之一。參數化繪圖技術(shù)克服了交互式繪圖的缺點(diǎn)，尤其在定制標準化、系列化和通用化比較高的通用產(chǎn)品方面有很大的優(yōu)勢，效率高、可靠性好，原理簡(jiǎn)單、適用面廣，因而得到設計界的廣泛應用。它的缺點(diǎn)是不能像交互式繪圖方式那樣方便地對圖形進(jìn)行局部修改。

　　在機械設計中，通過(guò)對基本結構相似的零部件進(jìn)行規格、系列化的整理和分類(lèi)，分別輸入到參數化設計系統中，設計人員只要在屏幕上輸入相應的參數，計算機就可以自動(dòng)進(jìn)行設計，同時(shí)生成零件圖和裝配圖。人工設計需要幾天的時(shí)間，現在只需幾分鐘，所以采用參數化技術(shù)后能夠大大提高工作效率和設計的準確性。參數化技術(shù)在我國已得到了廣泛應用，并且取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。