当前参数化和变量化设计技术最新发展动向的综述

参数化技术与变量化技术的发展综述

参数化设计是PTC(Pro/E)为代表。参数化技术用“顺序方法”对约束求解。达到全数据相关、全尺寸约束、用尺寸设计结果的修改。

变量化设计是前SDRC(I-DEAS)为代表。变量化技术有“几何图形约束和工程议程耦合”来求解。达到将参数化技术中的全尺寸约束细分为“尺寸约束”和“几何约束”，而工程关系就可以直接与几何约束耦合处理，实现基于装配关系的关联设计。

两者的主要不同在于，是否需要全尺寸约束，是否可以在装配树中进行增删，用什么方法实现完事约束。

参数化技术必须事先礼义好了求解过程、苛求有序求解和全约束的基础条件，这就是明确的父子关系，因此软运行比较稳定，但是对于自顶向下的创成设计，也因此支持得不是很好，很难在装配创建全新零件，而设计的更改将完全依赖于尺寸驱动。

变量化技术实际上是参数化技术的扩展，是参数化技术方法的超集

能处理局部约束的更改、能基于工程关系求解能显示处理约束……因此更容易理解、更适合于完成工程师原始设计构思的表达和实现创成设计提供了有效的支持，可以基于装配关系，利用再有结构全新零件。设计更改可以依赖于尺寸驱动和装配约束两种方法。

目前学术界认为变量化技术能够更好地表达人的设计思维规则，能够更好地在几何设计的全过程中实现辅助的功能。而软件的使用者也能体会到：变量化技术能在更完事的程度上表达人的设计思维。尤其是对创成设计中自顶向下的设计过程，有更好的支持。

参数化设计是CAD技术在实际应用中提出的课题，它不仅可使CAD系统具有交互式绘图功能，还具有自动绘图的功能。目前它是CAD技术应用领域内的一个重要的且待进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，可以大大提高设计速度，并减少信息的存储量。

由于上述应用背景，国内外对参数化设计做了大量的研究，目前参数化技术大致可人为如下三种方法：1、基于几何约束的数学方法2、基于几何原理的人工智能方法3、基于特征模型的造型方法。

其中数学方法又分为初等方法和代数方法。初等方法利用预先设定的算法，求解一些特定的几何约束。这种方法简单，易于实现，但仅适用于只有水平和垂直方向约束的场合：代数法则将几何约束转换成代数方程，形成一个非线性方程组。该方程组求解较困难，因此实际应用受到限制：人工智能方法是利用专家系统，对图形中的几何关系和约束进行理解，运用几何原理推导出新的约束，这种方法的速度较慢，交互性不好：特征造型法是三维实体造型技术的发展，目前正在探讨之中。

参数化设计有一种驱动机制即参数，参数驱动机制是基于对图形数据的操作。通过参数驱动机制，可以对图形的几何数据进行参数给修改，但是，在修改的同时，还要满足图形的约束条件，需要约束间关联性的驱动手段即约束联动，约束联运是通过约束间的关系实现的驱动方法。对于一个图形，可能的约束十分复杂，而且数量很大。而实际由用户控制的，即能够独立变化的参数一般只有几个，称之为主参数或主约束；其他约束可由图形结构特征确定或主约束有确定关系，称它们为次约束。对主约束是不能简化的，对次约束的简化可以有图形特征联动和相关参数联动两种方式。

所谓图形特征联动就是保证在图形拓扑关系不变的情况下，对次约束的驱动，亦即保证lpxf相切、垂直、平等关系不变。反映到参数驱动过程就是要根据各种几何相关性准则去判识与被动点有上述拓扑关系的实体及其几何数据，在保证原关系不变的前提下，求也新的几何数据。称这些几何数据为从动点。这样，从动点的约束就与驱动参数有了联系。依这一联系，从动点等到了驱动点的驱动，驱动机制则扩大了其作用范围。

所谓相关参数联去就是建立资助约束与主约束在数值上和逻辑上的关系。在参数驱动过程中，始终要保持这种关系不变。相关参数的联动方法使某些不能用拓扑关系判断的从动点与驱动点建立的联系。使用这种方式时，常引入驱动树，以建立主动点，从动点等之间的约束关系的树形表示，便于直观地判断图形的驱动与约束情况。

由于参数驱动是基于对图形数据的操作，因此供给制一张图的过程，就是在建立一个参数模型。绘图系统将图形映射到图形数据库中，设置也图形实体的数据结构，参数驱动时将这些结构中填写也不同内容，以生成所需要的图形。

参数驱动可以被看作是沿驱动树操作数据库内容，不同的驱动树，决定了参数驱动不同

的操作。由于驱动树根据参数模型的图形特征和相关参数构成的，所以绘制参数模型意识地利用图形特征，并根据实际需要标注相关参数，就能在参数驱动时，把握以数据库的操作，以控制图形的变化，绘图者不仅可以定义图形结构，还能控制参数化过程，就像是用计算机语言编程一样，定义数据，控制程序流程这种建立图形模型，定义图形结构，控制程序手段称作图形编程。

在图形参数化在，图形编程是建立在参数驱动机制、约束联动和驱动树基础上的。利用参数驱动机制对图形数据进行操作，由约束联动和驱动树控制驱动机制的运行。晕与以往的参数化方法不同，它不把图形转化成其他表达形式，如方程，符号等待也不问绘图过程。而是着重去理解图形本身，把图形看作是一个模型，一个参数化的依据，作为与绘图者交流信息的媒介。绘图都通过图形把自己的意图告诉参数化程序，参数化程序返回绘图都所需要的图形。它关心的是图形的，也就是图形数据库的内容，边理解，边操作，因此运行起来简洁明了；实现起来也较方便。

参数驱动是一种新的参数化方法，其基本特征是直接对数据库进行操作。因此它具有很好的交互性，用户可以利用绘图系统全部的交互功能修改图形及其属性，进而控制参数化的过程；与其他参数化方法相比较，参数驱动方法具有简单、方便、易开发和使用的特点，能够在再有的绘图系统基础上进行二次开发。而且适用面广，对三维问题也同样适用。

变量化方法

长期以来，变量化方法只能在二维上实现，三维变量化技术由于技术较复杂，进展缓慢，一起困扰着CAD用户和厂商。

全国首届CAD应用工程博览会上，一种新兴技术收起了与会者的广泛关注。这一补业界称为21世纪CAD领域具有革命性突破的新技术就是VGX.这是变量化方法的代表。VGX 是超变量化几何，它是由SDRC公司独家推出的一种CAD软件的核心技术。我们在进行机械设计手工艺设计时，总是希望零部件能够让我们随心所欲地构建，可以随意拆卸，能够让我们在平面的显示器上，构造也三维立体的设计作品，而且希望保留每一个中间结果，以备反复设计和优化设计时使用。VGX实现的就是这样一个完事的三维数字产品从几何造型、设计过程，特征，到设计约束，都可以进行实时直接操作。对于设计人员而言，采用VCX 就像拿捏一个真实的零部件面团一样，可以随意塑其形状，而且，随着设计的深化，CGX 可以保留每一个中间设计过程的产品信息。美国一家著名的专业咨询评估公司 D.H.Brown 这样评价VGX：自从10 年前第一次运用参数化基于特征的实体建模技术之后，VGX可能是最引人注目的一次革命。VGX为用户提出了一种交互操作模型的三维环境，设计人员在零部件上定义关系时，不在关心二维设计信息如何变成三维，从而简化了设计建模的过程。采用VGX的长处在于，原有的参数化基于特征的实体模型，在可编辑性及易编辑性方面等到极大的改善和提高。当用户准备作预期的模型修改时，不必深入理解和查询设计过程。与传统二维变量给技术相比，VGX的技术突破主要表现在以下两个方面。

第一、VGX提供了前所未有的三维变量给控制技术。这一技术可望成为解决长期悬而未决的尺寸标注问题的首先技术。因为传统面向设计的实体建模软件，无论是变量化的，参数化的。不是基于特征的基尺寸驱动的，其尺寸标注方式通常并不是根据实际加工需要面设，往往是根据软件的规则来确定，显然，这在用户证实技术的时代势必不能令用户满意。采用VGX的三维变量化控制技术，在不必重新生成几何模型的前提下，能够任意改变三维尺寸标注方式，这也为寻求面向制造的设计解决方案提供了一条有效的途径。

第二、VGX将两种最佳的造型技术即直接几何描述和历史树描述结合起来，从而提供了易学易用的特性。设计人员可以针对零件睥任意特征直接进行图形化的编辑、修改，这就使得用户对其三维产品的设计更为直观和实时。用户在一个主模型中，就可以实现动态地捕捉设计，分析和制造的意图

在SDRC公司1997年6月20日宣布的新版软件I-DEAS Master Serise5中，已经用到了这一技术。而且，这一产品自在美国宣布之日起，已经在北美、欧洲和亚太等地区，引起了不小的冲击波。福特汽车公司已经决定把I-DEAS Master Serise5软件应用到开发完事产品的数字样车的各个方面，认为这一包含诸多新技术的产品是实现该公司ford2000目标的关键。在同年7月北京展览馆的全国首届CAD应用工程博览会上，I-DEAS Master Serise5再度掀起热浪,其VGX技术已经初露锋芒。