參數(shù)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代CAD軟件的核心技術(shù)。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)手段可使設(shè)計(jì)人員從大量繁瑣的設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖工作中解脫出來，提高了設(shè)計(jì)效率，可以在實(shí)際制造物理樣機(jī)之前通過虛擬來方便地修改設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本，增強(qiáng)市場競爭力。對基于CATIA的三維參數(shù)化建模方法及其技術(shù)進(jìn)行了研究，詳細(xì)地闡述了三維參數(shù)化建模的基本方法和一般步驟。并介紹了在CATlAV5中進(jìn)行鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)參數(shù)化、可視化和虛擬裝配設(shè)計(jì)的方法，并對該四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了干涉分析和運(yùn)動仿真分析。詳細(xì)介紹了針對設(shè)計(jì)要求通過實(shí)時修改構(gòu)件參數(shù)實(shí)現(xiàn)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)“一模多型”的虛擬裝配設(shè)計(jì)方法。以可視化的形式實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，提高了設(shè)計(jì)速度和質(zhì)量。

　　CATIA系統(tǒng)是法國達(dá)索(Dassault)飛機(jī)公司DassaultSystems工程部開發(fā)的產(chǎn)品。該系統(tǒng)是在CADAM系統(tǒng)(原由美國洛克希德公司開發(fā)，后并入美國IBM公司)基礎(chǔ)上擴(kuò)充的，經(jīng)過幾年努力，形成了商品化的系統(tǒng)，是一個高檔CAD/CAM/CAE系統(tǒng)，廣泛用于航空、汽車等領(lǐng)域。CATIA具有統(tǒng)一的用戶界面、數(shù)據(jù)管理以及兼容的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序接口。采用特征造型和參數(shù)化造型技術(shù)，允許自動指定或由用戶指定參數(shù)化設(shè)計(jì)、幾何或功能化約束的變量化設(shè)計(jì)。它具有卓越的知識智能、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、有限元分析、NC編程、數(shù)字化虛擬樣機(jī)等強(qiáng)大的功能模塊，為許多用戶所青睞。CATIAV5的知識智能模塊較好地解決了長期困擾各行業(yè)的知識重用和保留的重要問題。它通過可視化的特征樹及各種可視工具，使得三維參數(shù)化建模更加簡單易學(xué)。目前通用的CAD/CAM軟件大多數(shù)具有參數(shù)化建模的功能，但是有些需要通過與軟件的接口編程來實(shí)現(xiàn)，要求開發(fā)人員具有較高的編程水平;有些則不能進(jìn)行可視化的操作，需要設(shè)計(jì)人員熟練掌握軟件的有關(guān)命令和操作。CATIAV5的可視化工具能使設(shè)計(jì)人員在可視化的環(huán)境下，高速高效地完成三維建模工作。

1、三維參數(shù)化建模的特點(diǎn)

　　三維參數(shù)化建模與二維參數(shù)化建模相比，其主要區(qū)別在于三維模型更能清晰地表達(dá)實(shí)物，其模型參數(shù)也能更好地反映實(shí)物特征參數(shù)。三維模型的空間視圖可以從任意方向觀看模型，比二維模型的各個平面投影視圖更易于直觀考察零件的結(jié)構(gòu)和其間的干涉，使設(shè)計(jì)人員將工作重點(diǎn)放在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化方面。參數(shù)化建模一直都是CAD設(shè)計(jì)人員探索的問題，其關(guān)鍵是如何用實(shí)物的特征參數(shù)來自動控制和生成實(shí)物三維模型，而且特征參數(shù)發(fā)生改變能夠自動地反映到三維模型中。這一技術(shù)不僅給機(jī)械產(chǎn)品中的標(biāo)準(zhǔn)件、常用件和系列化產(chǎn)品的設(shè)

　　計(jì)帶來極大的便利，而且它也是近來提出的“大量定制”MC生產(chǎn)方式中敏捷設(shè)計(jì)的一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)。“大量定制”是現(xiàn)代化制造業(yè)的發(fā)展趨勢，它要求產(chǎn)品不僅能滿足正常的功能，而且還要能融入不同客戶所需的個性化特征。這種個性化的特征可以用參數(shù)的形式表達(dá)出來，在客戶需要時及時反映到零部件中去，并能指導(dǎo)生產(chǎn)。總之，三維參數(shù)化建模技術(shù)是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作，它比二維參數(shù)建模更能體現(xiàn)產(chǎn)品特征，更適應(yīng)時代發(fā)展的需要。它將極大地促進(jìn)機(jī)械、電子等各行業(yè)發(fā)展。

2、三維參數(shù)化建模的實(shí)現(xiàn)方法

　　參數(shù)化建模的關(guān)鍵在于用參數(shù)、公式、表格、特征等驅(qū)動圖形以達(dá)到改變圖形的目的，在CATIAV5中可通過如下的方法來實(shí)現(xiàn)。

　　2.1、利用系統(tǒng)參數(shù)與尺寸約束驅(qū)動圖形

　　CATIAV5具有完善的系統(tǒng)參數(shù)自動提取功能，它能在草圖設(shè)計(jì)時，將設(shè)計(jì)人員輸入的尺寸約束作為特征參數(shù)保存起來，并且在此后的設(shè)計(jì)中可視化地對它進(jìn)行修改，從而達(dá)到最直接的參數(shù)驅(qū)動建模的目的。用系統(tǒng)參數(shù)驅(qū)動圖形的關(guān)鍵在于如何將從實(shí)物中提取的參數(shù)轉(zhuǎn)化為CATIA中，用來控制三維模型的特征參數(shù)。尺寸驅(qū)動是參數(shù)驅(qū)動的基礎(chǔ)，尺寸約束是實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動的前提。CATIAV5的尺寸約束的特點(diǎn)是將形狀和尺寸聯(lián)合起來考慮，通過尺寸約束來實(shí)現(xiàn)對幾何形狀的控制。設(shè)計(jì)時必須以完整的尺寸參數(shù)為出發(fā)點(diǎn)(全約束)，不能漏注尺寸(欠約束)，不能多注尺寸(過約束)。尺寸驅(qū)動是在二維草圖———Sketcher空間下實(shí)現(xiàn)的。草圖中的V和H坐標(biāo)軸是尺寸約束中的參照基準(zhǔn)，只有草圖中的圖形相對于V、H軸的所有位置關(guān)系都確定后，該圖形才能完全約束(無過約束也不欠約束)。圖形完全約束后，其尺寸和位置關(guān)系才能協(xié)同變化，系統(tǒng)會直接將尺寸約束轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)參數(shù)。草圖修改可通過編輯系統(tǒng)參數(shù)直接驅(qū)動幾何形狀的改變，為三維參數(shù)驅(qū)動提供基礎(chǔ)。例如在草圖工作界面中畫一個圓，并且標(biāo)注其直徑尺寸，此后在草圖中用鼠標(biāo)雙擊標(biāo)注，彈出尺寸編輯對話框就能修改尺寸大小。總之，三維參數(shù)化建模的好壞很大程度上取決于二維圖形中的尺寸約束與實(shí)物參數(shù)的符合程度。只有抓住CATIA建模特點(diǎn)并采取合理的二維和三維建模方法，才能建立理想的模型。

　　2.2、利用用戶參數(shù)和公式驅(qū)動圖形

　　CATIAV5不僅具有系統(tǒng)定義的參數(shù)，而且還有用戶自定義參數(shù)。設(shè)計(jì)人員通過用戶自定義參數(shù)和公式的工具，可以很方便地定制出客戶所要的各種各樣的參數(shù)以及約束這些參數(shù)的公式。CATIAV5中有幾何參數(shù)(如點(diǎn)、線、曲線、曲面等)、物理參數(shù)(如長度、質(zhì)量、速度、溫度、密度等)、無量綱參數(shù)(如整數(shù)、實(shí)數(shù))、字符型參數(shù)及布爾型參數(shù)等40多種類型的參數(shù)可供用戶自行選擇。用戶自定義公式是CATIAV5中聯(lián)系系統(tǒng)參數(shù)與用戶參數(shù)樞紐。用戶參數(shù)定義后，設(shè)計(jì)者可針對用戶參數(shù)與三維模型中對應(yīng)的特征參數(shù)建立相應(yīng)的公式，從而通過用戶參數(shù)驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)而控制圖形的尺寸。

　　2.3、利用表格數(shù)據(jù)驅(qū)動圖形

　　機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的尺寸可通過查表獲得，在CATIAV5中可應(yīng)用表格驅(qū)動幾何圖形實(shí)現(xiàn)這一功能。應(yīng)用表格驅(qū)動幾何圖形，首先應(yīng)將與零件尺寸有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)以表格的形式存放在相應(yīng)的文件中，并建立表中數(shù)據(jù)與三維模型特征參數(shù)的聯(lián)系。通過選擇表中不同記錄達(dá)到改變幾何尺寸，獲得所需零件的模型。在CATIA的參數(shù)化設(shè)計(jì)中，可以使用的圖表有兩種，一種是文本格式的圖表文件，一種是Excel格式的圖表文件。客戶僅須將產(chǎn)品的特征參數(shù)制成文本型或Excel型表格，通過CATIAV5本身自帶的工具———DesignTable對表格的各條記錄進(jìn)行訪問，從而達(dá)到修改尺寸、改變形狀的目的。

　　2.4、利用規(guī)則與檢驗(yàn)控制特征驅(qū)動圖形

　　CATIAV5可通過規(guī)則和檢驗(yàn)對三維模型的特征進(jìn)行控制和檢查。規(guī)則是由用戶定義的在一定條件下控制某些參數(shù)、特征和事件的指令。用VBScript語言可以方便地編寫規(guī)則，控制參數(shù)、特征和事件。檢驗(yàn)只是用戶編寫的一條簡單的指令，不影響參數(shù)值。檢驗(yàn)被執(zhí)行時，它會針對圖形中參數(shù)的異常變化，警示設(shè)計(jì)人員，防止不符合要求的參數(shù)破壞原有的三維模型。

3、結(jié)束語

　　鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的所有零件均采用參數(shù)化設(shè)計(jì)，便于在機(jī)構(gòu)裝配設(shè)計(jì)和運(yùn)動仿真時的實(shí)時修改，實(shí)現(xiàn)“一模多型”的多樣化設(shè)計(jì)。利用CATIAV5軟件進(jìn)行可視化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，能夠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就對不合理的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，比如產(chǎn)品的可裝配性和可拆卸性，同時，在產(chǎn)品的試驗(yàn)階段，可以減少對物理原型的需要，根據(jù)干涉檢查結(jié)果分析干涉原因，并按給出的干涉提示進(jìn)行及時修正。采用這樣的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，無疑可以縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)成本。