CAD系统中的参数化设计技术

　　本文介绍了CAD绘图的参数化设计的定义、基本思想、原理、主要技术方法和参数化绘图技术。其中，参数化设计系统中涉及到的基本技术和思想主要有：轮廓、草绘、尺寸驱动、变量驱动、设计合理性检查和动态导航等。同时，作者还介绍了参数化编程的原理及步骤，以及图形参数化程序的四种控制参数和图形参数选取的原则。

　　传统的CAD绘图技术用固定的尺寸值定义几何元素，输入的每一条线都有确定的位置，在修改和编辑已有图形时，只能一个图元一个图元地修改，反复进行大量的删除和重画操作。因此，从某种意义上说，一般的CAD系统只是做到了将制图员的工作环境从图板上移到了计算机上。传统的CAD技术在几何造型和工程图的发展中起了相当大的作用，但在实际应用中，人们逐渐发现它们存在着某些严重不足，主要表现在以下几个方面。

　　(1)无法支持快速的设计修改和有效地利用以前的设计结果。传统的CAD只记录了产品的形状坐标信息，这样一来，即使一个很小的设计修改也往往会导致对以前大量设计努力的放弃。

　　(2)无法很好地支持设计的一致性维护工作。传统的CAD系统没有记录下设计对象内部元素相互之间的关系，在设计修改时，某一局部的改动不能自动反映到相关部分的变动，需要设计人员手工修改，这样往往不能保证设计要求在设计反复时得到可靠的保证。

　　(3)不符合工程设计人员的习惯。

　　工程设计往往是通过定义一个结构草图作为原型，通过一些高层次的设计指令不断定义约束和调整参数值，逐步细化以达到最佳的设计结果。而传统CAD系统面向具体几何形状，所能处理的只是图形元素的几何信息，仅仅记录了几何形体的精确坐标信息，而大量丰富的具有实际工程意义的几何拓扑、尺寸约束信息和功能要求信息均被丢弃，其应用仅局限于产品的详细设计阶段。

　　(4)无法支持并行设计过程。一个复杂的设计对象，需要多个设计人员多方面、多层次和多阶段设计活动的参与，这就要求从一开始就考虑到产品从设计到最终消亡的整个生命周期的所有因素，强调设计过程的并行协调。传统CAD系统支持的只是顺序的设计方法，无法支持并行的设计过程。

　　在CAD系统中采用参数化设计技术可以克服以上四个方面的不足。

一、参数化设计概述

　　最初CAD系统所构造的产品模型是几何图素（点、线和圆等）的简单堆叠，仅仅描述设计产品的可视形状，不包含设计者的设计思想，因而难以对模型进行改动，生产新的产品实例。参数化的设计方法正是解决这一问题的有效途径。

　　参数化设计(Parametric Design)，就是根据产品零部件的性能参数，确定其几何形状或结构尺寸的一种设计方法。也就是说把这些尺寸看成是“设计条件”的函数，当设计条件改变时，零、部件图形的尺寸可以随时得到相应改变。

　　参数化设计有两种涵义：

　　(1)绘图软件本身具有参数化功能任何交互式的尺寸改动都会导致整个模型的改变，也就是说，只要修改了模型中的某一个尺寸，则整个图形中与此相关的尺寸都会自动更新。这种方法主要适用与结构不是太复杂的图形。

　　(2)应用程序具有参数化功能。通常由用户或第三方开发出的一些应用程序，主要针对某一领域具体问题，进行参数化设计。即该应用程序负责与用户交互，当需要修改某一尺寸时，应用程序负责更新该尺寸及与之相关的其他尺寸。这种方法的编程量很大，另外，要修改图形时，需要重新运行程序。

　　目前，尚无将这两种方式结合起来的软件系统，一般所说的参数化设计均指第二种方式。

二、参数化设计的基本思想

　　参数化设计系统中涉及到的基本技术和思想主要有：轮廓(Profile)、草绘(Sketching)、尺寸驱动(DimensionDrive)、变量驱动、设计合理性检查和动态导航(Dynamic Navigator)等。

六、结束语

　　参数化是智能化、集成化CAD系统的核心技术之一。参数化绘图技术克服了交互式绘图的缺点，尤其在定制标准化、系列化和通用化比较高的通用产品方面有很大的优势，效率高、可靠性好，原理简单、适用面广，因而得到设计界的广泛应用。它的缺点是不能像交互式绘图方式那样方便地对图形进行局部修改。

　　在机械设计中，通过对基本结构相似的零部件进行规格、系列化的整理和分类，分别输入到参数化设计系统中，设计人员只要在屏幕上输入相应的参数，计算机就可以自动进行设计，同时生成零件图和装配图。人工设计需要几天的时间，现在只需几分钟，所以采用参数化技术后能够大大提高工作效率和设计的准确性。参数化技术在我国已得到了广泛应用，并且取得了显著的经济效益和社会效益。