参数化设计技术开始于七十年代,美国人 Requicha利用图表描述尺寸与几何图形之间的关联关系;Gpin在此基础上利用图表描述产品模型,并且通过图表修改模型的尺寸和形状,但是他们只是使用简单几何元素建立几何模型。到80年代, Gossard教授提出了变量化设计理论,通过对非线性方程组联合求解,设置初始值后再利用牛顿迭代法精化。它最大优点是对于方程组的内容没有限制,但是其缺点非常明显,即非线性方程组可能无法求解。到了80年代中后期,研宄人员提出了作图规则匹配法, Sande以此通过定义图形尺寸来约束产品草图。国内的研宄人员研究出了辅助线作图法,此方法主要应用于二维模型的设计,该法的主要思想是利用各种辅助线实现模型的图形约束,并通过链表将各几何元素和约東连接到一起,从而提高利用约東求解的响应速度。对于实体模型以及三维曲面的设计,主要是采用基于结构生成法,工作原理为:将所需要的几何数据转换成可变参数,当修改参数值时,随之更新模型,从而生成同一系列不同规格的产品。
(1)参数化设计
技术的基本特点全尺寸约東:利用尺寸约東将零部件的尺寸与形状关联在一起,通过编辑可变参数,达到控制模型的目的。全尺寸约束中的尺寸参数必须是完整的,即必须为全约束,不能漏标尺寸和多标尺寸基于特征:提取模型中可体现产品特点的几何形状,将其定义为特征,把它全部尺寸设置成可变参数,形成实例特征,并将其保存为特征模板,由此来实现复杂零件模型的构建尺寸驱动:修改可变参数的值可使得模型的形状做出变动利用此技术的重点是产品的所有几何形状都将以尺寸的形式被紧紧的控制住,完全摆脱了自由建模的无约束状态,如改变一个圆柱体只需要修改其底面直径与高度即可。
目前市场上的CAD软件一般都具有尺寸驱动的建模功能,如Solid Works以方程式的形式实现尺寸驱动,Auto CAD以标注约束的形式实现尺寸驱动。尺寸驱动的工作原理十分简单,使用此功能可将设计人员从繁琐的绘图工作上解脱出来。
对于工程关系如:强度、重量、材料等重要特征信息,无法当做约束条件直接运用到产品设计中,需要利用如方程式等方法对其进行处理,变成一个可直接影响产品模型生成的参数。
(2)变量化设计
变量化设计是根据参数化技术特点做出创新之后提出的,它不仅包含了参数化技术的基于特征与尺寸驱动,而且在尺寸约束方面做出了关键改变。
变量化设计是根据参数化技术特点做出创新之后提出的,它不仅包含了参数化技术的基于特征与尺寸驱动,而且在尺寸约束方面做出了关键改变。
变量化设计将尺寸“参数”分为形状约束和尺寸约束,并单独处理,而不是在建模过程中仅通过尺寸约束控制模型的形状。在设计新产品时,研发人员最初需要研究的是产品的设计思想与用途,并在模型之中进行表达。在产品设计初期,这些几何形状之间的确切尺寸和装配关系难以全部确定,所以设计者希望在此阶段不用实现尺寸的全约束。同时在新产品设计初期,由于零件的各种基准要素和尺寸参数的控制方法还没有全部确定,只能在得到更多的设计思想时,逐渐利用已知条件获得处理方式的最佳选择。
变量化设计可通过约束驱动产品模型的生成,即利用工程关系驱动模型几何形状发生变化。