参数化窗洞设计（精选6篇）
参数化窗洞设计 篇1
一、背景
随着人们对舒适的室内环境、建筑节能设计的需求和计算机辅助建筑设计的发展, 参数化建筑节能设计得到了极大的发展。然而建筑师在方案设计与能耗模拟的工作过程中出现了一个“断口”, 即方案设计的建模平台与能耗模拟平台之间的断口。能耗模拟平台的建模能力远不能满足建筑师的建筑造型设计要求, 而且二次建模与模型格式转换过程中难免出现错误, 同时需要浪费一定的工作时间。随着参数化建筑节能设计的发展, 建筑能耗模拟与建筑方案设计需进行多次“设计、计算、反馈、调整”, 这个“断口”便成了极大的阻碍。因此, 发展一套紧密的参数化建筑节能设计流程成为一项迫在眉睫的任务。
二、Geco简介
Geco是由奥地利因斯布鲁克的设计小组uto所开发的插件, 用于连接犀牛平台下的Grasshopper插件和绿色建筑分析软件Ecotect。目前该插件提供两方面模拟, 日照计算 (Insulation Calculations) 和采光计算 (Lighting Calculations) 。它能够快速导出犀牛建立的复杂几何体, 将其导入Ecotect进行计算, 得到能耗模拟数据, 并将结果反馈给Grasshopper。本文将以实验方式介绍一套应用Geco的参数化建筑节能设计方法。
三、案例模拟
下面通过案例模拟, 具体展现Geco在参数化建筑节能设计中的表现。为了体现该方法的优点、克服Ecotect只能进行简单建模的缺点、满足建筑师对于复杂形体的追求, 我们以BIG事务所设计的哈萨克斯坦阿斯塔纳国家图书馆为实验案例。图1介绍了该方案以其表面的日均入射太阳直射辐射量 (后文简称热辐射量) 为参数, 控制其表面的开洞面积, 使得建筑室内获得较为均匀的热辐射量, 从而达到节能目的。
1. 通过Grasshopper建立模型, 该模型抽象为一个断面为矩形的连续莫比乌斯环。
通过以点穿线放样曲面、转化为网格体, 其中具体做法不做赘述。由于Ecotect的限制, 必须将其转换为网格物体。使用犀牛中的“Mesh”命令转换, UV方向进行等分设置, 将转化后的网格物体连接到参考网格物体上。
2. 通过Geco将Ecotect与Grasshopper连接起来。
连接布尔开关模块至Eco Link模块和Eco Mesh Export模块, 按错误!未找到引用源。1进行参数设置。连接布尔开关模块至Eco Sol Cal模块, 按表2错误!未找到引用源。进行参数设置。将Eco Sol Cal模块输出端D连接Eco Object Request模块E参数, 当模拟完成后返回模拟结果至Grasshopper, 按表3进行参数设置。
3. 运行并观察模拟结果。
将布尔开关Export Model切换为True, 将网格物体导入Ecotect。将布尔开关Run Simulation切换为True, 让Ecotect进行模拟。可以看到模型导入Ecotect正确且进行了模拟, 并且Geco将模拟值返回至Eco Object Request模块的输出端V。根据模拟值对相应的网格赋予颜色并在犀牛模型空间显示出来。由图2可以看到, Geco将ecotect的计算结果准确地返回到了Grasshopper。
4. 参数化窗洞设计及其验证
通过Grasshopper设计并编写各个网格面的窗洞大小, 每个网格面的一个顶点向其对角方向移动从而控制窗洞大小。图3中右侧为参数化窗洞设计实验, 各网格面一顶点根据其网格面的热辐射量移动位置来控制窗洞大小, 使得入射至室内的热辐射量较为均匀。图中左侧为对比实验, 即各网格面一顶点移动的比例一致为0.25。同时设置室内参考面, 在两个实验模型的相同高度 (实验中取模型总高的一半) 处设置室内参考平面。分别计算两个模型参考平面的热辐射量, 反映其室内接收到的热辐射量。参数设置保持与表1、表2、表3一致。
从上述实验结果中可以看到, 经过参数化窗洞设计模型的参考平面热辐射量颜色较为均匀, 其值较为集中于1 200~1 800 Wt/m2。而右侧的参考模型的热辐射量颜色很不均匀, 其值分散于200~1 800 Wt/m2之间。可证实, 经过该参数化窗洞设计的模型在节能实验中有更好的表现。
在整个实验中, Geco为我们非常顺利地连接了Rhino和Ecotect, 使建筑方案设计与建筑能耗模拟之间的设计、计算、反馈和调整可集中在Grasshopper中完成。这套方法能极大地帮助建筑师在方案设计阶段迅速了解了建筑的能耗表现, 从而消除了方案设计与能耗模拟间“断口”。因此, 可拓展Geco的日照计算和采光计算以及其它功能, 来帮助建筑师完成参数化窗洞设计、遮阳设计甚至形体设计等。利用Grasshopper中的hoop snake (for循环) 和Galapagos (遗传算法) 等模块, 能进行一系列的方案优化, 从而真正实现参数化建筑节能设计。
参数化窗洞设计 篇2
基于强度约束的叶片榫头参数化设计
针对榫头的.设计要求,介绍了榫头的设计方法和过程.以榫头重量最轻和满足静强度约束为基点,确定榫头的控制参数,实现了人机交互的榫头参数化设计.
作 者：姚利兵 莫蓉 刘红军 常智勇 作者单位：西北工业大学现代设计与集成制造教育部重点实验室刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(8)分类号：V2关键词：航空发动机 榫头 参数化设计 强度 约束
参数化窗洞设计 篇3
关键词：Inventor；参数化设计；数据库；自动建模
1 概述
随着市场竞争的加剧，产品投放市场的速度要求也越来越高，从产品设计、虚拟仿真装配到最终工程图和BOM表，这一过程往往占据了整个产品设计生产周期的很大比例。而如今同一行业的产品设计，往往是在某一相似结构的产品上进行设计修改，修改其中几个关键的尺寸参数，就可以产生新零件的设计。
本文对Inventor零件参数化设计方法进行了深入研究，通过将设计参数存放于Excel文件中，利用Excel强大的数学计算能力并配以VBA编程，然后将Excel文件内嵌到Inventor中实现数据关联，最终实现利用Inventor强大的三维功能进行快速建模，以达到提高零件和产品设计效率之目的。
2 Inventor软件fx参数功能表
fx参数功能表是Inventor软件参数化设计的核心部分，它相当于Inventor数据存储和交互的一个容器，显示并定义模型的参数，从而达到对模型形态及运动状态的全参数控制。当修改任何一个参数功能表中的数值时，都可以改变三维模型的表现。
所以通常情况下可以选取零件的关键参数，并且在参数表中设置它们为用户参数，这样每当需要生成新的零件时，我们只需修改这些关键参数，Inventor就会自动计算数值和生成新的模型。但是在具体的应用过程中，还存在很多尚待解决的问题，例如：
①哪些参数不能随便修改；
②能修改参数的取值范围为多少；
③遇到用户参数比较多的零件，使用者是否知道从哪个参数入手进行修改等等。而这些问题用Inventor的fx参数功能表的现有功能是难以解决的。
我们利用Excel强大的数字处理能力并结合VBA编程，把Excel文件内嵌到fx参数功能表中从而有效解决这些问题。
3 内嵌Excel参数化设计实现流程
内嵌Excel参数化设计的过程如下。
3.1 建立通用的Excel电子表格。创建参数表格时，针对零件的几个需要修改的关键尺寸，要分别进行自定义命名，以便后期容易区分，这也是建立模型的依据，如图1所示。
3.2 创建基础零件模型。利用Inventor的3D模型功能（如拉伸，旋转等）等基本命令生成三维实体。在具体建模过程中，应确定合理的建模顺序和尽量考虑到与Excel数据链接的方便性和可行性。比如，如果零件有倒角特征，应采用拉伸-切除功能来实现，而不是直接使用Inventor自带的倒角命令。
3.3 对刚刚建立的Excel表格进行VBA编程，使之具有我们希望的数字处理功能，比如自动计算、锁定数值、非法输入警告等。
3.4 将调试好的Excel表格嵌入到Inventor fx参数功能表当中，并且确保零件模型的关键尺寸命名与Excel中的同一尺寸名称相同。
3.5 这样就可以允许用户在内嵌的Excel中输入设计数据和修改参数，而此参数又与Inventor相关联，从而快速准确的得到用户所需的新三维零件模型。
具体流程如图2所示。
4 开发实例
通过一个普通的导向零件，对如何运用内嵌Excel到Inventor中实现快速的零件参数化设计过程进行详细介绍。
4.1 零件实体建模
如圖3所示的导向块，中间导槽的宽度、深度和多个孔的大小都会根据实际通过产品的不同而进行改变。所以这里需要根据实际零件的外形特征，决定合理的建模顺序，使用正确的Inventor高效功能来创建特征对象。值得注意的是，后期与Excel数据表有联动关系的特征（如此处的导槽），应使此类特征的尺寸数量和完成的步骤尽可能少，特征结构尽可能简单，这样在将来的尺寸驱动时效率会更高，出现错误的几率也会降低。
4.2 建立Excel参数表
在Inventor中嵌入Excel表格实际上相当于一个小型的数据库被依附在零件文件中，所以在建立Excel参数表时，要做到关键参数明晰，需要修改的设计尺寸要尽可能排列在一起，这样可以为以后的编程带来方便。但值得注意的是，填写在Excel中的数据项可以按行或按列进行输入，不过还是必须按照正确的顺序，否则嵌入到Inventor fx参数表中后，软件会读取失败。所以，在这里还是建议从Excel的A1单元格开始输入数据，且自左向右按照如下顺序：参数名称、值或表达式、度量单位、备注等，如图4所示。
4.3 编写程序代码
现以图4为例，对创建好的Excel数据表格进行VBA编程，并且希望完成后的表格有如下功能：①灰色高亮显示可供修改的数据，其余数据全部锁定，不允许设计使用者进行数据输入；②填入新的参数后，在Excel中可以自动生成零件描述；③Excel中的零件描述可以自动更新到Inventor中。
要把内嵌Excel表格中的数据自动更新到Inventor中，这里需要用到Inventor自带的iLogic模块。iLogic是自Inventor2011被正式列为Inventor功能序列的，它实际上类似于一个简化功能版的Inventor API，可以用它进行简单的二次开发。关于iLogic的功能与使用在这里就不再叙述。
在iLogic编辑框中，输入如图5所示的代码，就会自动把如，零件描述、设计者姓名、设计时间等自动更新到Inventor中，在设计者生成二维图纸时这些信息都会被自动读取，设计者无须手动填入。
[图5 iLogic程序]
5 结束语
本文以Autodesk Inventor 2014为基础平台，通过将Excel内嵌到Inventor三维零件文件中，并基于VBA编程实现Inventor零件参数化设计，以一个简单导向零件为例介绍了零件参数设计实现流程，包括建立标准实体，创建和内嵌Excel数据库文件，以及利用Excel-VBA和Inventor自带的iLogic模块对数据库进行开发，经过调试和运行，达到了预期的目的和效果，使得内嵌数据库的Inventor在参数化、标准化、简单化方面都有了很大的提高。同时也给设计人员带来了极大的便利，大大提升了设计效率。
参考文献：
[1]李爱平，胡永亮，刘雪梅.基于Inventor的三维参数化部件库系统的开发方法[J].计算机工程与应用，2007，43（3）：84-86.
[2]叶晓乐，王毅刚.基于InventorAPI的家具三维造型设计[J].计算机工程与设计，2008，29（2）：496-499.
[3]Autodesk，Inc.AutodeskInventor2011进阶培训教程[M].北京：电子工业出版社，2011.
[4]杜峰坡，穆希辉.基于Inventor的三维实体造型设计[J].湖北汽车工业学院学报，2003，17（4）：8-10.
作者简介：
朱献悦（1984-），男，江苏苏州人，工程硕士，研究方向为虚拟装配，CAD/CAM技术。
参数化窗洞设计 篇4
穆传冰 王庆丰 章平李顺弟
（北京首钢国际工程技术有限公司 焦化设计室 北京 100043）
摘 要：介绍了利用三维参数化机械设计软件对喷淋式饱和器进行了参数化建模设计，与传统的二维设计相比做到了精确表达尺寸和,直观的反映其结构特点，利用关键参数控制模型尺寸，可以依据化工工艺专业的需要进行快速精准设计,并基于该三维模型的设计成果利用流体分析软件对喷淋式饱和器的内部流场进行了数值模拟并对其结果进行了讨论。关键词：喷淋式饱和器；三维参数化；设计；有限元；数值模拟
Three-dimensional Parametric Design and internal flow field numerical stimulation of Spray Saturator
Mu-Chuanbing Wang-Qingfeng Zhang-Ping Li-Shundi(Coking design division, Beijing Shougang International Engineering Technology Co., Ltd.Beijing 100043, China)
Abstract: Introduced parametric modeling of Spray Saturator by three-dimensional design software, precision and intuitionist expressed dimension, and structure-characteristic compare with traditional two-dimensional drawing, dispensed with complex calculation by controlling model dimension used key-parameter, precision and rapid design according to the requirement of technique and engineering, carrying on numerical stimulation by using hydrodynamic analysis software according to this three-dimensional parametric model.Key words: Spray Saturator;Three-dimensional Parametric;Design;FEM;Numerical stimulation 概述
喷淋式饱和器是焦炉煤气净化过程中半直接法生产硫酸铵的主要设备，自上世纪90年代由法国引进后，得到了广泛的应用，其材质一般选用316L超低碳不锈钢焊接制造，对于母液循环喷洒部分一般采用904L超级不锈钢制作,具有设备使用时间长，煤气系统阻力小，结晶颗粒大，硫酸铵质量好，工艺流程短，易操作等诸多优点[1]。但是由于其结构较为复杂，采用传统二维图纸对其结构的表达不够清晰和直观。在设备制造过程中，其复杂零件尺寸控制的问题也一直困扰着设备制造单位。
随着计算机技术的发展，三维参数化机械设计软件逐渐得到了广泛的应用，利用简单的几何约束关系和关键参数驱动就能完成设备的三维设计，并快速给出工程图，省去了传统二维制图复杂的投影关系的转换和尺寸计算，特别适用于喷淋式饱和器这种形状特殊复杂的结构设计。本文以某煤气净化回收工程设计的喷淋式饱和器为例进行三维参数化设计，并对其内部流场进行了数值模拟和与探讨。喷淋式饱和器的结构
喷淋式饱和器一般分为上段和下段，上段为吸收室，下段为结晶室。两室间采用锥形封头隔开，吸收室又分为前室、环形区域和后室三部分，结晶室由外筒体和降液管组成，通过降液管与吸收室相连。在吸收室内置除酸器，除酸器为旋风分离器结构，由内外套筒两部分组成，外套筒开切线方向的方孔与吸收室的后室相连通[1]。喷淋式饱和器的结构如图1所示：
(a）主视图
(b）左视图
(c）俯视图
图1 喷淋式饱和器的结构
由图1可以看出，使用二维工程图设计的喷淋式饱和器并不能清晰的表达其结构，二维工程图一般采用局部剖切视图等方法来分视图表达内部结构，但是往往效果不明显，过多的剖切视图会增加制造者按图施工的难度，特别是结晶室的后室与除酸器的外筒的连接部分更加难以清晰表达，对于设计单位和制造厂家而言都造成了困难，而且不能直观的表达出设备各部分准确位置关系。喷淋式饱和器的三维参数化设计
3.1 设计参数的确定
三维参数化设计软件进行喷淋式饱和器的设计，首先需要找出该设备的主要几何参数和设备各部分的几何约束关系，由于设备的复杂性导致参数过多，表1中只列出设备外形尺寸的关键参数：
表1 喷淋式饱和器外形尺寸关键参数
名称 煤气出口 结晶室 除酸器外筒体 除酸器内筒体 降液管 锥体
外径D 1220 4616 3116 1220 666 4616/666
壁厚t 8 8 8 8 8 8
长度L 250 2785 5335 3875 3875 1145
利用上述关键参数再结合各零部件之间几何约束关系和定位尺寸，使用拉伸和旋转等常规建模方式将设备的这几部分模型率先建立，饱和器结构最复杂的吸收室的后室与除酸器的外筒的连接部分是不规则曲面体，这部分的建模采用常规建模和三维曲面切割实体的方法得到，保证了后室的曲面与除酸器外筒体的相切，真实表达了该部分的结构。设备上的接管等零部件可以通过各自的几何参数和定位尺寸较为简单的生成，在建模过程中还要充分考虑各参数之间的关联关系，把握好参数间的关联才能真正做到参数化设计。
3.2 三维参数化设计的结果
经过上述步骤，可以得到如图2所示的三维参数化模型：
图2 喷淋式饱和器三维参数化模型
3.3 有关结果的讨论
从图2可以看出，利用三维设计软件的装配透视功能，设备内部的复杂结构可以得到清晰的表达，该模型可以通过参数的修改快速得到不同尺寸的模型结果，以满足化工工艺专业根据不同规模工程的设计选型的需求。和传统二维设计相比，设计精度更容易得到保证，基于该模型的工程图的尺寸和标注也可跟随参数的变化做相应的调整，省去了繁琐的尺寸修改和标注的过程，因此设计效率也得到了很大的提高。在设备制造过程中，可以将三维参数化模型中的各零部件分别输出快速给出工程图尺寸，作为设备零部件的下料尺寸，保证了制造精度。在设备零部件安装过程中，该模型可以进行爆炸分解，可以起到安装指导的作用。需要指出的是，该三维参数化模型未考虑零部件焊接尺寸的影响，为此在设计时留有尺寸裕量。在实际制造过程中需要制造单位依据相应的焊接标准规范等对焊接坡口尺寸进行设计和加工。喷淋式饱和器内部流场的数值模拟
4.1 工艺参数的确定
根据工艺计算结果和实际生产条件，确定了工艺参数见表2所示：
表2 喷淋式饱和器的工艺参数
名称
煤气入口速度 m/s 煤气出口压强 Pa 参考压强 Pa 煤气温度 ℃
数值 15 2x101x105
焦炉煤气各组份的含量见表3所示：
表3 焦炉煤气的组成
名称 体积百分含量 %
H2 60
CH4 30
其它（CO、CO2、O2等）4.2 内部流场模型的建立
为了准确进行内部流场数值模拟，首先要了解煤气在设备内的流动过程，煤气在的煤气进过预热后进入喷淋式饱和器的吸收段的前室，分成两股沿饱和器水平方向进入吸收段的环形室做环形运动，然后汇合后进入吸收段的后室，再以切线方向进入内置除酸器，然后通过设备中心出口管离开饱和器[2.3]。
由于饱和器内部有复杂的相交曲面结构，传统的专业有限元软件的建模功能难以胜任，为保证建模效果，本次模拟将利用三维设计软件的设计结果得到流场模型，导入有限元软件进行相应调整，进行划分网格，定义边界条件，得到的流场模型结果如图3所示：
图3 喷淋式饱和器内部流场有限元模型
需要指出的是，本模型只包含喷淋式饱和器的吸收段，主要模拟煤气在吸收段的流动情况，并做了以下几个简化和假设：
1.模型的下部边界是以喷淋式饱和器的水封高度为依据确定； 2.除煤气出入口以外，所有界面均为刚性光滑表面； 3.不考虑喷洒液体对煤气流动的影响； 4.省略了喷洒管、接管等附属结构； 5.焦炉煤气组分仅为H2和CH4组分；
模拟采用稳态模式（既不考虑时间对结果的影响），煤气入口采用速度初始条件，煤气出口采用平均压强初始条件，这样的设置更容易得到收敛的结果[4.5]。
4.3 数值模拟的计算结果
经过有限元软件计算得到了煤气在设备内的流体轨迹线、速度、压强等结果。为了直观的显示饱和器内部流畅的结果，选取了三个截面，分别是YZ截面，对应于X方向；XZ截面，对应于Y方向；XY平面在环形区域的平行截面，对应于Z方向，分别赋予流体轨迹、线速度、压强等结果，如图4~图6所示
1．流体轨迹线
X向轨迹线
Y向轨迹线
Z向轨迹线
图4 流体在喷淋式饱和器内部的轨迹线
由流体轨迹线的三向视图可以得到焦炉煤气在喷淋式饱和器吸收段的流动情况，首先在环形室分成两股流，在后室汇合后以切线方向进入内置除酸器，沿外筒壁面向下做旋转运动，最后进入内置除酸器内筒以螺旋流动的方式从顶部出口流出；
2．速度分布
X向截面速度分布
Y向截面速度分布
Z向截面速度分布
图5 流体在喷淋式饱和器截面的速度分布
由速度分布图X、Y向视图可知，流体在环形室中的流动速度较慢，这样更利于煤气与循环喷洒液的充分接触，以利于氨的吸收，在煤气进入除酸器后流速明显加快，最大流速出现在除酸器内筒入口处，而在除酸器外筒底部中心部位流速很慢甚至出现速度为零的区域，在从Z向图中可以看出煤气在环形室的流动并不呈现对称分布的形态；
3．压强分布
X向截面压强分布
Y向截面压强分布
Z向截面压强分布
图6 流体在喷淋式饱和器截面的压强分布
由压强分布图可以看知，在煤气入口、环形室、除酸器外筒体近壁面处压强较大，环形室部分压强分布较为均匀。除酸器内部压强沿径向梯度分布，外筒边缘压强最大，最小压强出现在除酸器内筒进口部位； 结论
喷淋式饱和器自上世纪90年代从国外引进以来，已经经历了近20年发展，其设计和制造经验已经相当丰富，但是利用三维参数化设计手段精准设计和焦炉煤气在其内部流动状态的研究模拟还存在着不足。
随着计算机技术的发展，三维参数化设计和计算流体力学等设计手段和研究方法不断的进步可以推动对其研究的不断深入。通过三维参数化设计手段的运用可以更直观的了解喷淋式饱和器的结构特点，可以通过改变关键参数来快速得到三维模型结果，了解各个参数的变化对模型外形尺寸的影响规律；利用流体计算软件可以得到煤气在设备内部的流动状态，掌握煤气的流动规律，为设备结构的改进提供理论依据。
由于篇幅所限，本文的喷淋式饱和器内部流场的模拟只是对于吸收段进行的，得到了初步的计算结果并进行了讨论。但对于并未考虑喷洒液体对气体流动的影响，对计算结果还缺乏深入探讨，今后，还将在其基础之上不断改进，如采用两相流计算模型，优化除酸器结构等，在模型应用的普遍性、快捷性方面取得更好的结果。
参 考 文 献
[1] 何建平，李辉.炼焦化学产品回收技术[M].冶金工业出版社, 2006：68-69 [2] 丁玲.喷淋式饱和器法煤气脱氨生产中问题分析[J].冶金动力, 2009, 134(4): 37-42 [3] 杨永利，张管，陈涛.煤气中氨脱除喷淋式饱和器的改进[J].煤化工, 2009, 144(5): 49-52 [4] 张亚军.CFD技术在化工机械设计中的应用[J].贵州化工, 2006, 31(3): 47-50 [5] 封跃鹏，姜大志.旋风分离器在结构上的改进[J].燃料与化工, 2009, 40(2): 9-11
服装纸样参数化设计及应用探讨 篇5
关键词：服装纸样；衣领；参数化；尺寸
引言
据以往经验来看，服装设计人员个人的工作经验在很大程度上决定了服装纸样设计的质量和效率。但是除了个人经验之外，还需要一些技术上的支持，才能完全实现服装纸样设计的标准化和规范化，并采用科学的方法对其进行设计。针对这个问题，服装纸样参数化设计（将计算机辅助技术同服装纸样设计理论进行有机结合）便很好地解决了这一技术难题。
一、参数化设计概述
参数化设计，即首先采用一组参数来对几何图形的尺寸数值进行定义，并约定各个尺寸之间的关系，并将该尺寸关系提供给设计人员以便几何造型使用，如果想要修改设计结果，则只需修改设计参数即可。而所谓的服装纸样参数化设计方法，就是利用一组参数对应地约束服装纸样的一组结构尺寸，两者之间存在某种映射关系，服装纸样随着参数的改变而发生细节上的改变。
参数化设计方法最显著的一个特点便是约束，它是基于约束而存在的一种设计方法。此种方法可以应用于参数驱动和型体的设计，以联网的数据库技术为执行基础，只要对参数重新赋值，便可以产生一个新的型体，因此也叫它一次性设计方法。过去的自由建模方法没有任何约束，而现行的参数化设计方法彻底改变了这种局面，利用参数的约束和驱动作用稳稳地控制纸样的变化趋势。
二、服装纸样参数化设计的实现
所谓的参数化设计问题，实际上就是约束满足问题，即对给定结构、功能以及工艺等方面进行约束描述，并以此求得设计对象的细节特征等。在整个服装纸样的参数化设计过程中，可以通过不断地改变设计参数来循环求精，直到满足所有的设计要求，即从约束设定到约束满足的过程。对服装纸样中的各个几何元素进行约束分析是服装纸样参数化设计的核心步骤，主要包括约束条件的提取、表达和求解三个部分。根据约束对象的不同，又可以将约束分为几何拓扑约束以及数值约束。
数值约束又名显性约束，一般是通过具体的测量数值来限制服装纸样中几何元素的大小、角度以及坐标等，诸如衣长、袖长以及三围等。某些情况下，还可以利用一个关系式进行约束来实现数值约束，该关系式主要由变动的数值和其他相关参数组成，比如前后肩宽之间便可设置一个关系式。如此一来，设计者便可以通过关系式更加形象地了解设计的功能要求。实际设计中，除了精确的数值方面的约束之外，还有平行、垂直以及相切等位置关系的限制，这时便需要几何拓扑约束来发挥作用。几何位置关系往往是隐式的，并未直接给出，因此几何拓扑约束又被称为隐性约束。参数驱动的过程为：通过数值约束来改变纸样，同时通过几何拓扑约束来保证纸样改变前后的几何拓扑关系不变。
三、实际案例分析
服装纸样参数化设计的大致过程为：首先仔细分析服装纸样的设计原理，然后分别找出纸样中各个结构点之间的约束关系，并将固定尺寸参数化，最后只需利用参数驱动便可实现纸样的参数化重建。
①通过建立坐标系来确定各个结构点之间的约束关系，如图1所示为立领纸样。
②画上下领口的曲线。如图1（左）所示，领子前端曲线弧度的变化基本上决定了上领口造型的变化。该曲线弧度可以通过图1（右）中的B样条曲线来加以调整。首先将（2）、（7）、（12）、（13）、（11）、（14）作为控制点，画出立领的上领口曲线，然后将0、（5）、（6）、（4）作为控制点，画出立领的下领口曲线，最后连接0点与（2）点，完成后中心线便结束了立领纸样的参数化设计。
接下来，便可以通过改变a、b值的大小，来改变控制点的位置变化，从而实现不同的领口造型。根据经验所知：当点（13）与（12）重合，且点（14）与（4）重合时，为大圆领；当a=2.0，b=2.0时为小圆领，如图2为大、中、小圆领示意图。
当前、后领高、领大以及a、b点确定之后，便可以确定立领的基本样式，如果将这些数值进行参数化，便可以通过改变参数的值来从细节方面改变立领的样式。
四、结语
服装纸样参数化设计对我国服装产业的发展起到了积极的推动作用，该方法的采用有利于实现服装纸样的一次性设计，提高了服装设计的效率，节约了反复修改所浪费的时间，并且为日后纸样建模的实现奠定了坚实的基础。
【参考文献】
[1]张鸿志，赵锘平，谢朝.服装纸样计算机辅助设计[M].北京：中国纺织出版社， 2002.
[2]孙家广编.计算机辅助设计技术基础（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2000：212～226.
参数化窗洞设计 篇6
摘 要：文章介绍了钢制机床导轨防护罩行程排列的计算方法，给出了各参数之间的相互关系；利用VB语言编写计算程序及应用算法，并实例说明防护罩行程排列参数化设计方法以及实际工作应用效果。
关键词：机床导轨防护罩；行程排列；参数化；VB
中图分类号：TG502.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）17-0009-02
钢制机床导轨防护罩（下称“防护罩”）是数控机床重要的功能部件，在加工过程中能够有效保护机床导轨、丝杠等精密部件，优化车间工作环境。防护罩主要包括低速拖拽式结构和高速同动式结构两大类，拖拽式结构系借着一片推动一片产生位移，适用于30 m/min以下的低速运行；同动式结构依靠同动机构实现防护罩的快移，从而满足数控机床的快速移动要求。目前生产机床部件的中小企业在设计过程中主要依靠设计人员的实践经验或参照市场上已有的产品进行设计，同时在防护罩设计之初计算行程排列时，需手工反复排列计算。
本文主要介绍防护罩行程排列方法，并实现防护罩行程排列参数化设计。
1 防护罩行程排列方法
钢制防护罩各层罩板重叠具有伸缩性，因此从结构和尺寸上对机床部件空间布局有一定影响，同时满足机床主机的行程要求。防护罩的行程设计主要根据机床主机大件（或整体）结构尺寸及主机的行程确定，同时根据防护罩自身结构确定防护罩拉板、筋板材质及规格、刮屑条结构、运动附件等内部细节结构尺寸。一般情况下，防护罩在达到理论最大拉伸与最小压缩极限位置后相应各增加3～5倍丝杠导程的“冗余量”，以保证防护罩运行性能及安全性，保障机床主机稳定运行。防护罩行程设计，如图1所示。
相关参数命名：
Lmax为防护罩最大拉伸长度；
Lmin为防护罩最小压缩长度；
n为防护罩层数；
P1为第1层罩板与第2层罩板的相对行程，以下以此类推；
Pn-1：第n层罩板与第n-1层罩板的相对行程；
P为防护罩总行程（含冗余量），P=P1+P2+……+Pn-1；
t1为与机床连接板规格（注：可选项）；
t2为筋板厚度规格；
b1为与机床内部安装安全距离；
b2为相邻两个筋板距离（不含t2），根据运动部件不同设定不同值；
a1为第1层罩板与第2层罩板最小压缩状态下的层错位量，以此类推至第n-2层罩板与第n-3层罩板；
a2为第n-1层罩板与第n层罩板最小压缩状态下的层错位量；
L1为第1层防护罩板长度；
Li为第i层防护罩板长度（2≤i≤n-1）；
Ln为第n层防护罩板长度；
tzl：为安装调整量包括刮屑板（tzl1）、缓冲垫（tzl2）等安装尺寸，通常为常数；
通过式（1）和式（9）可得到最大拉伸、最小压缩、行程及层数之间的相互转化，输入其中已知两项就可以得出其他两项的参数，同时可根据式（5）、式（6）、式（7）得出各层罩板的长度，实现防护罩行程的参数化设计。
2 防护罩行程排列参数化设计
利用VB6.0编写防护罩行程排列辅助设计程序，该程序主要分为计算模式选择、防护罩类型选择、数据输入和数据计算输出四部分。防护罩行程参数化计算主要有三种模式，即：
①输入最大拉伸与最小压缩计算输出行程与层数；
②输入最小压缩与行程计算输出最大拉伸与层数；
③输入层数与行程计算输出最大拉伸与最小压缩。
防护罩类型选择预制了5种标准行程排列结构（含同动式）及1种自由输入的行程排列结构，根据防护罩所配套机床类型、运行速度等相关因素选择适合的行程排列类型。数据输入则根据选择的计算模式及防护罩类型进行数据输入，经过计算在数据输出相应的行程排列运算结果。
2.1 模式1：输入最大拉伸与最小压缩求解层数与行程
当（3B+A）2-4BC<0或n<0时，数据输入出现逻辑错误，需重新输入。在实际工作中层数n为一个正整数，因此输出的层数n为计算结果舍弃小数点后取整并加1。
当然当计算的结果非常接近（大于或小于）整数时，可凭设计者的工作经验，微调输入数据以获得满足设计要求的行程排列。此时防护罩可根据层数计算结果带入式（2）、式（3）、式（4）计算新的实际行程。
2.2 模式2：输入最小压缩与行程求解最大拉伸与层数
此计算模式适用于机床设计者或防护罩制造厂的一次设计，能够满足机床一定空间限定下防护罩行程的优化设计。当输入最小压缩Lmin与行程P求解最大拉伸Lmax与层数n时，由式（1）和式（9）可得：
同模式1，当（3B+A）2-4BD<0或n<0时候，数据输入出现逻辑错误，需重新输入。计算层数n按上述方法获得所需数据并获得相应满足设计要求的行程排列。
2.3 模式3：输入层数与行程求解最大拉伸与最小压缩
此计算模式适用于机床设计者或防护罩制造厂的一次设计，能够有效控制机床的内部空间，优化防护罩行程设计。当输入层数n与行程P求解最小压缩Lmin和最大拉伸Lmax与时，由式（1）及式（9）可得
以上三种计算模式适用于不同的防护罩行程计算方法，并可以相互间进行转化计算，能够快速解决行程排列问题。
3 结 语
防护罩行程排列设计是防护罩设计前期最重要的工作，在设计过程中结合主机的具体结构及防护罩的特点进行综合权衡，具体问题具体分析，灵活运用该软件提供的计算模式。经实际工作测试，利用该软件进行设计取得了良好的效果。
参考文献：
[1] 程焰.机床导轨防护罩的设计[J].齐齐哈尔大学学报：自然科学版，2008，（6）.