参数化造型技术的发展历程及其应用介绍

CAD三维造型技术的发展经历了线框造型、曲面造型、实体造型、参数化造型以及变量化造型几个阶段。

最初的是线框造型技术，即由点、线集合方法构成的线框式系统，这种方法符合人们的思维习惯，很多复杂的产品往往仅仅用线条勾画出基本轮廓，然后逐步细化。这种造型方式数据存储量小，操作灵活，响应速度快，但是由于线框的形状只能用棱线表示，只能表达基本的几何信息，因此在使用中有很大的局限性。图1-8所示是利用线框造型做出的模型。

1.曲面造型

20世纪70年代，在飞机和汽车制造行业中需要进行大量的复杂曲面的设计，如飞机的机翼和汽车的外形曲面设计，由于当时只能够采用多截面视图和特征纬线的方法来进行近似设计，因此设计出来的产品和设计者最初的构想往往存在很大的差别。法国人在此时提出了贝赛尔算法，人们开始使用计算机来进行曲面的设计，法国的达索飞机公司首先进入了第一个三维曲面造型系统“CATIA”，是CAD发展历史上一次重要的革新，CAD技术有了质的飞跃。

2.实体造型

曲面造型技术只能表达形体的表面信息，要想表达实体的其他物理信息如质量、重心、惯性矩等信息的时候，就无能为力了。如果对实体模型进行各种分析和仿真，模型的物理特征是不可缺少的。在这一趋势下，SDRC公司于1979年发布了第一个完全基于实体造型技术的大型“CAD/CAE”软件―“I-DESA”。实体造型技术完全能够表达实体模型的全部属性，给设计以及模型的分析和仿真打开方便之门。

图1-8 线框模型

3.参数化实体造型(www.xing528.com)

线框造型、曲面造型和实体造型技术都属于无约束自由造型技术，进入20世纪80年代中期，CV公司内部提出了一种比无约束自由造型更新颖、更好的算法——参数化实体造型方法。从算法上来说，这是一种很好的设想。它主要的特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改。

（1）基于特征：指在参数化造型环境中，零件是由特征组成的，所以参数化造型也可成为基于特征的造型。参数化造型系统可把零件的结构特征十分直观地表达出来，因为零件本身就是特征的集合。图1-9是用Autodesk公司的Inventor软件做的零件图，左边是零件的浏览器，显示这个零件的所有特征。浏览器中的特征是按照特征的生成顺序排列的，最先生成的特征排在浏览器的最上面，这样模型的构建过程就会一目了然。

图1-9 Inventor中的零件图以及零件模型

（2）全尺寸约束：指特征的属性全部通过尺寸来进行定义。比如在Inventor软件中进行打孔，需要确定孔的直径和深度；如果孔的底部为锥形的话，需要确定锥角的大小；如果是螺纹孔，那么还需要指定螺纹的类型、公称尺寸、螺距等相关参数。如果将特征的所有尺寸都设定完毕，那么特征就可成功生成，并且以后可任意地进行修改。

（3）全数据相关：指模型的数据如尺寸数据等不是独立的，而是具有一定的关系。举例说设计一个长方体，要求其长length、宽width和高height的比例是一定的（如1:2:3），这样长方体的形状就是一定的，尺寸的变化仅仅意味着其大小的改变。那么在设计的时候，可将其长度设置为L，将其宽度设置为2L，高度设置为3L。这样，如果以后对长方体的尺寸数据进行修改的话，仅仅改变其长度参数就可了。如果分别设置长方体的三个尺寸参数的话，以后在修改设计尺寸的时候，工作量就增加了3倍。

（4）尺寸驱动设计修改：指在修改模型特征的时候，由于特征是尺寸驱动的，所以可针对需要修改的特征，确定需要修改的尺寸或者关联的尺寸。在某些“CAD”软件中，零件图的尺寸和工程图的尺寸是关联的，改变零件图的尺寸，工程图中对应的尺寸会自动修改，一些软件甚至支持从工程图中对零件进行修改，也就是说修改工程图中的某个尺寸，则零件图中对应特征会自动更新为修改过的尺寸。