二维CAD中参数化设计的应用

二维中参数化设计的应用CAD一个完整的系统，应由科学计算、图形系统和工程数据库等组成。若加入人工智能CAD和专家系统技术，可大大提高设计的自动化水平，可对产品进行总体方案设计，实现对产

品设计的全过程提供支持。科学计算包括有限元分析、可靠性分析、动态分析、产品的常

规设计和优化设计等图形系统包括几何特征造型、自动绘图二维工程图、三维实体(( );图、动态仿真等工程数据库对设计过程中需要使用和产生的数据、图形、文档等进行存) ;贮和管理。

传统意义上的系统软件技术已进入了成熟的发展时期，今后技术的总体发CAD) CAD (

展趋势是不断地向设计、产品、开发和应用的全过程拓展其内涵，在更高的层次上、更广

泛的范围内，向智能化与一体化、集成化与并行工程、通用化与标准化以及商品化与实用

化等方向发展。

目前软件一般分为三维造型设计软件和二维工程设计或绘图软件，它们的参数() CAD化设计方法也不同。三维造型设计软件用于产品的实体造型，其主要技术为参数化特征造

型构造三维模型技术，代表产品为、、、等等。GS-CADDS-(5)Por/Engineer CAD2000I-Deas二维工程设计绘图软件用于产品的工程图二维平面设计，其主要技术为构造几何约束))( (以实现尺寸驱动的参数化设计和绘图，代表产品为、、GS-Sigraph-desghnDesignerAutoCAD

等等。ZDDS在二维系统中，系统参数化技术分为参数化设计和参数化绘图CAD Design)(Parameric

两种。该两种技术所代表的设计思路不同，即参数化设计以设定驱动)(Parameric Drawing参数和尺寸驱动为主要技术原理，而参数化绘图则以计算机高级语言编程使具体图形实现

参数化为主要技术原理。

一参数化设计概述.参数化设计的主体思想是用几何约束、工程方程与关系来说明产品模型的形状特征，

从而达到设计一簇在形状或功能上具有相似性的设计方案。目前，能处理的几何约束类型

基本上是组成产品形体的几何实体公称尺寸关系和尺寸之间的工程关系，因此，参数化造

型技术又称初次驱动几何技术。参数化实体造型中的关键是几何约束关系的提取和表达、

几何约束的求解以及参数化几何模型的构造。目前二维参数化技术已发展得较为成熟，在

参数化设计与绘图方面已得到了广泛应用。

⒈何谓参数化设计

参数化设计也称变量化设计是美国麻省理工学院Design)(Variational(Parameric Design)

教授提出的，它是领域里的一大研究热点。近十几年来，国内外从事研CAD Gossard CAD 究的专家学者之所对其投入极大的精力和热情进行研究，是因为参数化设计在工程实际中

有广泛的应用价值。

在有关的科技书刊或论文中经常出现下列术语：参数化设计、草图设计、参数化CAD绘图、图形参数化等。何谓参数化设计为了回答这个问题，首先要搞清参数化设计的目?的。软件设计者无论采用何种方法，基于何种环境开发参数化设计系统，其目的都是通过

图形驱动或尺寸驱动方式在设计绘图状态下修改图形。参数化设计通常是指软件设计者) (为绘图及修改图形提供一个软件环境，工程技术人员在这个环境下所绘制的任意图形均可

以被参数化，修改图中的任一尺寸，均可实现尺寸驱动，引起相关图形的改变。

草图设计是近十年出现的新提法，具有草图设计功能的系统，允许用户在设计绘图中

首先进行草图设计，即不必关心线段连续是否准确，线段是否水平或垂直，在草图上标出

从而实现尺寸驱动。草图设计与参重要的尺寸，系统会自动使线段连接准确及位置准确，

数化设计的目的是相同的，尽管草图设计的设计阶段有一定的灵活性，但有些系统已CAD具备正交功能和目标捕捉功能，因此，草图设计实质上也可以统一到参数化设计上来。

⒉参数化设计的实现方法

近十几年来，国内外学者对参数化设计，从方法上做了大量的研究和尝试，取得了重

大成果，目前参数化设计方法主要有以下几种：

⑴基于几何约束的数学方式.利用尺寸约束建立方程组，将几何约束转变为一系列以特征点为变元的非线性方程

组，对于给定的约束，通过数值方法解非线性方程组，一次解出所有特征点的坐标值，确

定出几何细节。采用该方法必须输入充分且一致的尺寸约束，才能求解约束方程组。

⑵基于几何推理的人工智能方法.人工智能的发展，促进了参数化设计方法的发展，产生了几何推理法。这种方法又有

两个方面：一是建立在专家系统的基础上，采用谓语表示几何约束，通过推理机制导出几

何细节。这种方法可检验几何约束模型的合理性并能处理局部修改，但系统庞大，对递归

约束无法处理。二是扩展现有的数据结构，使其包含拓扑信息，并通过程序实现从几何约

束到几何细节的推理。

⑶基于特征的实体造型方法.特征是作为捕捉设计者意图的方式而提出的，以取代用直线、圆弧、圆等基本几何元

素构图的方式。特征实体具有一定的智慧，它们不但具有明确的工艺特征结构，而且能始

终记忆自己的功能属性和与其它相关实体的适应关系。修改某一特征实体，会自动引起整

个设计模型的相关变化，其中包括实体本身的物理量如质心和惯性矩等数据的变化。例)(

如，孔特征会始终记忆自己当前的形状、位置和负体积特征，机械设计师能利用自己熟悉

的工艺特征如孔、倒角、倒圆等，而非纯几何意义上的体素来组织设计意图，使设计变)(

得容易。

⑷基于关系的建模方法.以关系型数据结构构造参数化模型是德国西门子公司首先提出来的。在系统内，关系

可建立在所在系统能识别的对象之间，也可在任意大的模型中建立任意复杂的关系模型，

这种关系的建立过程是以符合设计师设计习惯的、非常简便自然的方式进行的。关系模型

的建立能方便地进行修改以适应不同用户的特殊要求，从而大大提高设计速度。⑸基于.作图辅助线法

工程设计人员在设计绘图时，往往先画一些基准线，称为辅助线，由辅助线出发一步

步绘图，先勾画总体轮廓，然后再作细化处理完成图纸的绘制。系统把几何约束及矢量图

等方法，交互地建立工程图纸的参数化模型上，实现对任意尺寸的参数化设计。

二参数化绘图概述.带有参数化设计功能的系统固然在设计绘图上有某些显著特点，如不需要编程就CAD可实现图形的参数化，修改图形及其方便，工作量小，且可由草图生成正式图。然而，当

零件结构非常复杂及形状极不规则时，参数化设计就显得力不从心。为了区别于参数化设

计，把应用高级语言编程使具体图形实现参数化称为参数化绘图，在参(ParamericDrawing)数化绘图中，图中的部分尺寸或全部尺寸被事项定义为参数尺寸，当交互输入参数值)(后，即可画出图形。

参数化绘图是通过编程实现具体图形参数化的，因此要求设计者具备编程能力，存在

工作量大，修改图形不方便等问题。但它应用灵活，适应面广。对某些应用参数化设计系

统解决不了的问题，通常可采用参数化绘图的方法加以解决，例如在开发某些机器的CAD

系统时，要求设计、计算、查表、绘图一体化时，显然适合采用参数化绘图的方法加以解决。．