時間：2023-06-04 10:48:35
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇參數(shù)化設計，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：參數(shù)化設計；建筑設計；優(yōu)勢；劣勢
Abstract: with the development of computer, parametric design for the modern architectural design the inevitable trend of development. This paper expounds the meaning of parametric design, and then from two aspects discusses the quality of architecture design parametric design, with strong prospective and scientific nature, to promote the development of architectural design.
Keywords: parametric design; Architecture design; Advantages; disadvantage
中圖分類號： TU2文獻標識碼：A文章編號：
1參數(shù)化設計的含義
建筑不是孤立在客觀環(huán)境之外的，這些限制條件就是德勒茲所說的“力”，建筑是處理了這些“力”的關系之后的結(jié)果，建筑師同樣拿來德勒茲“抽象機器”的概念，將建筑對應這臺“抽象的機器”，將這些“力”從“機器”的一端輸入，而“機器”的另一端就會輸出相應的結(jié)果，這個過程同時也對應了建筑設計過程。建筑師的主要工作不是在紙上涂抹、畫概念草圖，而是將影響建筑設計的限制條件轉(zhuǎn)化成這種“力”，并建立一臺“抽象的機器”，而表達建筑的工作是由計算機來完成的，對計算機而言，這些“力”被稱為“參數(shù)”或“參變量”，“抽象的機器”被稱為“參數(shù)化模型”，參數(shù)化設計就可以表示為將參數(shù)輸入?yún)?shù)化模型并由計算機生成建筑形體的過程。
徐衛(wèi)國教授對參數(shù)化設計做過如下定義：“它把影響建筑設計的因素看作參數(shù)，然后找到一種關系，那這些影響建筑設計的參數(shù)組織到一起，借助于計算機編程和計算機的軟件將其組織在一起，形成一個參數(shù)模型。參數(shù)中包括了各種各樣的影響因素，有些因素是可變的，稱為參變量，有一些參數(shù)是固定不變的。當改變參變量的量的時候，就能得到不同的結(jié)果，這個結(jié)果就是設計的雛形，也就形成了參數(shù)設計的結(jié)果。”
參數(shù)模型的建立需要很多的工具，這些工具很多都來源于其他學科，分形理論、涌現(xiàn)理論、元胞自動機理論都是組成參數(shù)化工具箱的工具，對于同一個建筑設計師選擇的工具可以是不同的，建筑生成的結(jié)果會根據(jù)選取工具的不同而不同，對于不同的建筑采取相同的工具由于參數(shù)的不同也會產(chǎn)生不同的結(jié)果，這些都完全取決與建筑師個人的選擇。
有些時候已經(jīng)存在的工具并不能滿足建筑師的要求，那么就要建筑師首先設計這個工具，也就是編寫程序，因此，腳本語言的編寫相對來說具有更大的靈活性和適應性。
2參數(shù)化設計的優(yōu)勢
2.1體驗的改變
參數(shù)化設計帶來的體驗上的改變是最直接、最明顯的，這種改變不僅是對建筑的使用者、來說的，對建筑師來說，在設計過程中的體驗也是跟傳統(tǒng)設計完全不同的。
對建筑師而言，傳統(tǒng)設計的思路是建立對中心性、完形態(tài)的之高審美追求至上的，建筑師進行的所有工作都是在不斷加深、加強這個追求，并使之最終得以實現(xiàn)，換句話說，建筑師總是在進行真正的設計之前在腦子里想象出建筑的只言片語，然后再著手設計，之后所有的工作不過是盡量實現(xiàn)這些只言片語的組合而已。修改設計的過程同樣如此，建筑師只有在最初的幾次修改時會充滿激情，多次之后的修改過程會顯得相當乏味。而參數(shù)化設計的過程卻恰恰相反，我們在腦海里會根據(jù)設計條件首先定義好一些規(guī)則，如果這些規(guī)則不夠詳細而足以控制整個設計的進行時，我們就要多加上一些限制條件（或稱規(guī)則）。運行參數(shù)模型（很多模型在運行之后，其結(jié)果是動態(tài)生成的（如迭代），這與傳統(tǒng)的設計過程十分不同），如果結(jié)果不是我們想要的，那么就改變參數(shù)或是調(diào)整規(guī)則，參數(shù)的改變、規(guī)則的調(diào)整都會產(chǎn)生完全不同的結(jié)果，甚至有些參數(shù)模型（如涌現(xiàn)）每次的運行結(jié)果都不相同，就是在這些調(diào)整的過程中，建筑師才真正找到了參數(shù)化設計的樂趣。
對建筑的使用者或觀察者而言，參數(shù)化設計的作品給他們帶來的更多的是造型上的視覺沖擊力，空間上的非凡感受。由于參數(shù)化設計的結(jié)果常常伴隨著漸變、強流動感形體、互動式功能等等，這些元素都與傳統(tǒng)的幾何造型給人們帶來的心理感受完全不同，因此，動感、不穩(wěn)定感甚至費解都是參數(shù)化設計帶來的不同體驗。
另外，由于參數(shù)化設計結(jié)果本身的特點，傳統(tǒng)建筑材料的使用受到了很大限制，新材料的應用同樣從質(zhì)感、顏色、光影上給使用者帶來了大不相同的感受。
2.2效率的提高
效率提高是建筑設計作為實際工程而非藝術品的最大優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下方面：
①精確的完成復雜形體的設計
以往的建筑設計總是基于對基本幾何體的處理，而面對復雜的形體建模時，我們借助傳統(tǒng)設計工具會顯得無能為力，有時還并不準確，而在參數(shù)化設計中，通過參數(shù)模型的幫助使輸入?yún)?shù)和輸出形體之間建立精確、可控的聯(lián)系就使復雜形體的設計、建模成為可能。比如深圳雙年展項目，沒有計算機的幫助，生成的結(jié)果必然無法準確的表達。
②快速的生成多個方案
優(yōu)化設計方案，為客戶提供多種備選方案是建筑設計中必要的工作，對傳統(tǒng)的設計方式來說，這一工作會十分繁重，每個備選方案的設計都是一次設計過程的重復，其中還會消耗設計師大量的靈感，而參數(shù)化設計的關鍵是建立參數(shù)模型，一旦參數(shù)模型建立，建筑設計的方案階段就進行大半了。對于同一個參數(shù)模型，輸入不同的參數(shù)會輸出不同的設計結(jié)果，備選方案的多少僅取決于輸入?yún)?shù)的多少，因為對于計算機來說，生成10個結(jié)果的時間和1000個的幾乎是相同的，不同的只是我們輸入1000組參數(shù)可能會比10組更加耗時而已。
③方便的修改方案
傳統(tǒng)設計中，我們總是從總圖出發(fā)一步一步的進行推敲、深化、修改、再推敲、再深化、再修改，并最終使設計方案得以實現(xiàn)，在這個過程中，所有的再推敲、再深化、再修改的工作都是上一輪的設計過程的重復，而這些工作卻有可能只是在調(diào)整容積率或是標準層面積這樣的小問題。在參數(shù)化設計中建筑設計的過程都是以一個參數(shù)模型來體現(xiàn)的，而容積率或是標準層面積僅僅是參數(shù)模型中的變量而已，建筑師所要的做得僅僅是調(diào)整輸入的參數(shù)或是在我們的程序里再加入幾行或十幾行腳本語言而已，至于修改的工作，那是由計算機來完成的，一切都會變快捷、高效，雖然在我們建立參數(shù)模型時候會有那么一點麻煩。
④專業(yè)之間的精確對接
建筑師關心的往往是建筑的平面功能、交通流線、立面造型，相應的我們需要的就是建筑的平面圖、立面圖、透視圖等等；而對于結(jié)構(gòu)工程師來說，他們往往關注的就是柱網(wǎng)的密度、跨度、梁柱的尺寸等，相對應的就是需要柱網(wǎng)平面、配筋圖等等；而設備工程師可能就僅僅需要某些位置的剖面或節(jié)點而已。各個專業(yè)對同一個項目的關注重點各不相同，所使用的評價標準也不一樣，因此，下一個專業(yè)就需要將上一個專業(yè)的圖紙轉(zhuǎn)化為本專業(yè)可讀的圖紙，能否讓設計圖紙在各個專業(yè)中精確的傳遞對一個工程的進度至關重要。以往的設計中，每次這樣的專業(yè)交接都意味著專業(yè)設計師要進行新的圖紙設計，工程周期中大半的時間都花費在了專業(yè)交接的工作上，而且，在這些過程中并不能保證精確無誤。而在參數(shù)化設計過程中，建筑師可以通過一個參數(shù)化模型到導出幾乎所有專業(yè)所需的技術圖紙，甚至是節(jié)點詳圖。在這方面，DP（Digital Project）是發(fā)展最為完善的參數(shù)化設計軟件，“在DP的參數(shù)化建模環(huán)境中，三維環(huán)境是和二維環(huán)境以及構(gòu)件物理屬性清單聯(lián)系在一起的，只要改變?nèi)S模型的任何部分，二維的技術圖紙和構(gòu)件物理屬性清單都會自動更新。反之你還可以通過改變和三維模型建立聯(lián)系的Excel的數(shù)據(jù)來改變?nèi)S模型的形態(tài)。”建筑師可以將參數(shù)模型貫穿于整個項目的設計過程中，包括方案設計、初步設計甚至施工圖設計。
3參數(shù)化設計的劣勢
新型設計手段的產(chǎn)生總會帶來這一領域很大程度上的進步，但是任何設計手段或是設計思維的總有其兩面性，參數(shù)化設計也是一樣，其優(yōu)勢不言而喻，但其劣勢同樣明顯，社會、文化、技術、經(jīng)濟等因素是目前參數(shù)化設計仍為少數(shù)建筑師使用的主要原因。
3.1社會、文化因素
參數(shù)化設計思維并不遵循上千年以來人們習慣的中心性、完形態(tài)的審美規(guī)律，其理論溯源恰恰與其相反――遵循的是復雜性科學和后現(xiàn)代思潮中的后結(jié)構(gòu)主義哲學，正因為如此，設計作品往往與大眾品味相左。這點在國內(nèi)的表現(xiàn)尤為突出，當代中國正在大力發(fā)展經(jīng)濟，在自然科學領域內(nèi)取得了長足的進步，但在人文科學領域還很落后，人民的思想意識水平仍然比較低下，對世界上新興哲學思想、理論幾乎接觸不到，更加難以接受。普遍的情況是，各個城市紛紛效仿歐洲活中式建筑風格、盲目復古，客戶對建筑意識還停留在“歐式=羅馬柱”、“中式=大屋頂”的建筑符號的層面。
對建筑師來說，中國建筑界其實并未經(jīng)歷過真正的現(xiàn)代主義洗禮，而現(xiàn)在培養(yǎng)起來的建筑師至多是在新現(xiàn)代的思潮下進行創(chuàng)作，對后現(xiàn)論的探索僅僅處于邯鄲學步的狀態(tài)，實踐就更加鳳毛麟角了。況且，參數(shù)化設計在國內(nèi)的研究大都是由一些先鋒派建筑師從國外引入的，國內(nèi)大量的建筑師對其理論背景、思維基礎都不了解，甚至難以接受。
建筑師們尚且如此，社會大眾的接受程度也就可想而之。就是在這樣的社會、文化條件下，參數(shù)化設計想要獲得真正的社會認同還需要很長的一段時間。
3.2技術因素
參數(shù)化設計在技術上的限制主要在兩個方面：
第一、在建筑設計的層面，目前所進行的參數(shù)化設計主要集中在規(guī)模較小的建筑或建筑小品上，對于一些大型的、功能相對復雜的建筑依然采取傳統(tǒng)的設計手段，即使運用參數(shù)化設計也僅用于設計中的某些階段，并不起指導作用。這主要是由于規(guī)模較小的建筑其限制條件也會相對簡單，參數(shù)模型的建立較為可行，當面對大規(guī)模的建筑設計是，大量的、繁雜的限制條件的轉(zhuǎn)化對建筑師甚至是程序員來說都會比較頭疼。
第二、是指一個項目從方案階段到實施階段的技術，這些技術包括施工技術，材料加工技術等等。雖然目前有數(shù)控機床技術，但它只能對一些小尺度的構(gòu)建進行加工，在國內(nèi)，很多情況下建筑構(gòu)建的加工過程是人工進行的，在精確度、效率上都達不到設計的要求。
3.3經(jīng)濟因素
經(jīng)濟因素是參數(shù)化設計的實現(xiàn)過程中最大的限制條件，參數(shù)化設計作品往往會比傳統(tǒng)的建筑作品造價高出幾倍甚至十幾倍，很多情況下，客戶即使接受了先進的設計理念、建筑造型也接受不了高額的預算（由于經(jīng)營困難，開發(fā)商迪拜薩馬公司取消了扎哈•哈迪德事務所設計的投資8230萬英鎊的迪拜歌劇院項目）。
主要原因是由于，參數(shù)化設計所需的構(gòu)件并不想傳統(tǒng)建筑那樣大量重復，相反卻強調(diào)漸變、流動感，因此構(gòu)建種類、生產(chǎn)精度要求高，所有構(gòu)建都需要一一加工，這不僅耗費大量的人力物力、而且需要先進加工技術的支持，所有的一切沒有經(jīng)濟的保證是無法進行的（鳥巢最初的設計預算為40億人民幣，經(jīng)過大幅瘦身之后達到了30億，鋼結(jié)構(gòu)用鋼量達5萬噸，結(jié)構(gòu)構(gòu)件多為彎扭構(gòu)件，安裝時需要時，施工現(xiàn)場需要7000名工人共同完成）。
結(jié)語
參數(shù)化設計的優(yōu)勢顯而易見，但限制因素也是多方面的，主要原因是參數(shù)化設計目前依然很不成熟，畢竟還是先鋒的設計手段，也正式因為這種不成熟性、先鋒性才會另越來越多的建筑師為之著迷，才會是其引領未來建筑設計的趨勢。
參考文獻：
[1]高巖，參數(shù)化設計--更高效的設計技術和技法[J]，世界建筑，2008.05
關鍵詞：參數(shù)化設計 產(chǎn)品形態(tài) 邏輯構(gòu)成 結(jié)構(gòu)構(gòu)成肌理構(gòu)成
中圖分類號：TB47
文獻標識碼：A
文章編號：1003-0069（2016）02-0024-02
參數(shù)化設計目前在現(xiàn)代設計中的應用比較廣泛，在各類造型領域的探索中，建筑行業(yè)的應用已經(jīng)取得了較為顯著的成績。隨著技術的不斷進步，參數(shù)化設計的應用面在不斷擴大，逐漸由建筑領域擴展到其他領域，初步展開在產(chǎn)品形態(tài)設計中的應用，并出現(xiàn)一些相關設計作品，但對于設計方法和應用路徑的研究還不完善。基于應用路徑的研究一定程度上對推動設計創(chuàng)新具有重要的現(xiàn)實意義。
1 參數(shù)化設計概述
參數(shù)化設計其實就是參變量化設計，即把設計參變量化，每個參變量控制或表明設計結(jié)果的某種重要性質(zhì)，改變參變量的值會改變設計結(jié)果。
參數(shù)化設計的最大特點表現(xiàn)在參數(shù)的即時調(diào)節(jié)和與之相對應數(shù)字模型的即時反饋。在參數(shù)化設計系統(tǒng)中，不變參數(shù)通過一定的邏輯規(guī)則形成設計基礎，再通過可變參數(shù)的數(shù)值調(diào)節(jié)進行方案的調(diào)整和優(yōu)化，最終生成設計結(jié)果。在這個過程中，各種影響因素被數(shù)據(jù)化和關聯(lián)化，并通過規(guī)則和邏輯貫穿在一起。參數(shù)化的這種可變和易于調(diào)節(jié)的特點，使設計變得更加方便和靈活，設計師只需要調(diào)節(jié)規(guī)則邏輯中的參數(shù)就能迅速調(diào)整方案的呈現(xiàn)效果。參數(shù)化設計的運用可以在短時間內(nèi)生成一系列方案，設計師或用戶可以根據(jù)設計要求或?qū)徝澜?jīng)驗進行方案選擇，這在一定程度上帶來更為豐富、多變的體驗，促進基于互聯(lián)網(wǎng)的個性定制的發(fā)展和完善，為設計行業(yè)帶來新的活力。
2 參數(shù)化設計與產(chǎn)品形態(tài)設計
數(shù)理邏輯又稱“符號邏輯”，是一門用數(shù)學方法研究思維的形式結(jié)構(gòu)及其規(guī)律的學科。數(shù)理邏輯在形態(tài)塑造中的運用能夠體現(xiàn)比例與尺度、對稱與均衡、節(jié)奏與韻律、統(tǒng)一與變化等形式美法則。從古至今，一些簡單而經(jīng)典的數(shù)理邏輯被廣泛運用到設計當中，最為人們熟知的就是黃金分割比，古代的埃及金字塔、印度泰姬陵到現(xiàn)代蘋果公司的很多產(chǎn)品設計都以黃金分割比為內(nèi)在邏輯，這些設計無不被人奉為經(jīng)典。
當代，計算機技術的快速發(fā)展與3D打印技術的進步，使復雜數(shù)理邏輯的呈現(xiàn)成為可能，參數(shù)化設計便是其中之一，其作為一種新的設計方法在現(xiàn)代設計中的探索極為引入注目。尤其在產(chǎn)品形態(tài)設計領域，參數(shù)化設計使原來不可能實現(xiàn)的復雜結(jié)構(gòu)與形式得以呈現(xiàn)，形態(tài)的內(nèi)在數(shù)理邏輯性使產(chǎn)品展現(xiàn)出變化豐富、充滿律動的形式美感，既能豐富產(chǎn)品的視覺呈現(xiàn)效果，又可以滿足用戶的個性化需求。參數(shù)化設計正逐漸應用于產(chǎn)品形態(tài)設計中，并呈現(xiàn)出一個新的發(fā)展潮流“。
3 參數(shù)化設計在產(chǎn)品形態(tài)設計中的應用路徑
參數(shù)化設計在產(chǎn)品形態(tài)設計中的應用主要表現(xiàn)為邏輯構(gòu)成形態(tài)、結(jié)構(gòu)構(gòu)成形態(tài)和肌理構(gòu)成形態(tài)三個方面。
3.1 邏輯構(gòu)成形態(tài)
邏輯構(gòu)成形態(tài)是指以符合或接近數(shù)理邏輯關系的規(guī)則塑造的形體，著重強調(diào)形態(tài)的邏輯性。參數(shù)化的產(chǎn)品邏輯構(gòu)成形態(tài)設計的基本流程如下：（1）確定設計目標；（2）找出對設計目標具有影響的各類因素，將這些因素轉(zhuǎn)化為有效的參量，通過研究和邏輯推理，確定參數(shù)之間的基本關系；（3）運用某種規(guī)則系統(tǒng)（即算法）構(gòu)筑參數(shù)關系，逐步實施算法生成產(chǎn)品的設計原型；（4）通過對算法中關鍵變量的調(diào)整，生成海量方案，這一環(huán)節(jié)如果達不到理想效果，則返回去進一步修改算法，進行新一輪的實施和迭代，從而得到另一類可能性，在算法的反復實施和迭代中生成理想的設計結(jié)果；（5）設計師或用戶在生成的一系列方案中進行方案挑選。整個流程可以概括為：設計目標――參量設定――算法構(gòu)建――參數(shù)調(diào)整――評價――確定。
例如由美國設計師Matthias Pliessnig為私人客戶所設計的阿瑪達長凳（圖1），是參數(shù)化的產(chǎn)品邏輯構(gòu)成形態(tài)設計的一個典型案例。其設計目標是一個貫穿空間的寬大流動的長凳，設計師首先運用曲線干擾、細分等規(guī)則營造一個高低起伏、凹凸有致的流動效果，構(gòu)造出長凳的設計原型；其次通過對整體尺寸、細分次數(shù)等參數(shù)數(shù)值的調(diào)節(jié)，生成一系列的形態(tài)結(jié)果。最后根據(jù)自己的經(jīng)驗、審美或腦海中的預想等進行方案評估和挑選，得到令人滿意的視覺形態(tài)。
3.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)成形態(tài)
對于參數(shù)化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)成形態(tài)設計，一方面可以通過相關參數(shù)化軟件對現(xiàn)有產(chǎn)品進行拓撲優(yōu)化，以達到某種經(jīng)濟或生態(tài)效益；另一方面也可以運用參數(shù)化設計方法研究及模擬自然界和傳統(tǒng)人工物中的結(jié)構(gòu)，賦予產(chǎn)品以新的結(jié)構(gòu)形式。
3.2.1 拓撲優(yōu)化
拓撲優(yōu)化算法主要用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化。基于設計目標的拓撲優(yōu)化可以將材料均質(zhì)的模型優(yōu)化為材料在空間中的最佳分布模型，也可以從力學角度出發(fā)對原有產(chǎn)品模型進行拓撲變形，通過這兩種方式的反復迭代優(yōu)化，最終產(chǎn)生一種新的結(jié)構(gòu)形態(tài)。可以總結(jié)為：設計目標――力學分析――變形優(yōu)化――評價――確定。
例如德國設計師Marco Hemmerling和Ulrich Nether設計的這款衍生椅（圖2），即是參數(shù)化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的典型案例。其設計目標是在原材料減少的同時保證座椅的穩(wěn)定性及舒適度。設計師在設計構(gòu)建時主要采用有限元建模軟件，對座椅的結(jié)構(gòu)性能、材料特性、人機工程學數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)加工工藝等參數(shù)進行綜合分析，并通過反復迭代，生成一個最優(yōu)化的方案模型，最終呈現(xiàn)的是經(jīng)過計算機邏輯運算之后的結(jié)構(gòu)，亦是座椅的最終形態(tài)。衍生椅設計通過參數(shù)化軟件的運用，在功能優(yōu)化的基礎上，實現(xiàn)了產(chǎn)品的形態(tài)創(chuàng)新和制造的經(jīng)濟性。
3.2.2 結(jié)構(gòu)模擬
大自然中的諸多結(jié)構(gòu)不僅具有科學的力學法則，并且擁有和諧的美感，前人通過學習、模仿和研究自然界中的生物結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造了很多優(yōu)秀的人工結(jié)構(gòu)，流傳至今。參數(shù)化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)成形態(tài)設計的另一種方式就是研究自然界和傳統(tǒng)人工物中的結(jié)構(gòu)，將影響產(chǎn)品及結(jié)構(gòu)構(gòu)件的要素轉(zhuǎn)化為多個參數(shù)，設定模擬算法，并進行優(yōu)化與創(chuàng)新，在反復迭代中生成最終的結(jié)構(gòu)形態(tài)。即：設計目標――研究現(xiàn)有結(jié)構(gòu)――模擬優(yōu)化――評價―確定。
例如荷蘭Studio Drift工作室設計的可以動態(tài)變化的吊燈――TheShylights（羞羞燈）（圖3），便是通過對自然界中優(yōu)秀結(jié)構(gòu)的模擬，所實現(xiàn)的產(chǎn)品創(chuàng)新。綻放是花最美的瞬間，然而到了夜間，美麗的花朵便害羞般的閉合起來，The Shylights（羞羞燈）正是模擬花瓣盛開和閉合這兩個動作，即垂下綻放時燈具打開，向上收縮時燈具關閉。其設計的關鍵是利用參數(shù)化軟件模擬花的開合，為燈具制作了可伸縮并極其精密的機械骨架，以此生動地呈現(xiàn)花朵綻放時所展現(xiàn)出的自然生命力。
3.3 肌理構(gòu)成形態(tài)
肌理是物體表面組織結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式，是產(chǎn)品形態(tài)的重要組成部分。參數(shù)化的產(chǎn)品肌理構(gòu)成形態(tài)設計的基本流程如下：（1）確定設計目標；（2）找出影響特定產(chǎn)品肌理設計的各種因素，將其轉(zhuǎn)化為參（變）量，并基于對這些參（變）量的分析確定具體的設計元素；（3）設定該元素自身的變化及組合邏輯（算法），通過算法的逐步實施構(gòu)造出設計原型；（4）確定變量，調(diào)節(jié)變量數(shù)值，推敲方案；（5）通過對參數(shù)的綜合調(diào)節(jié)進一步優(yōu)化方案，并在比較的基礎上挑選最終效果。該流程可以概括為：設計目標――確定設計元素――基于元素的變化及組合邏輯（算法）構(gòu)建――變量數(shù)值調(diào)節(jié)――評價――確定。
例如由馬薩諸塞州的Nervous System實驗室設計的Hyphae Lamps（圖4），是參數(shù)化的產(chǎn)品肌理構(gòu)成形態(tài)設計的一個典型案例。HyphaeLamps是系列化的有機臺燈設計，以自然界中的生物生長規(guī)律為元素，設定生長算法，從最初的種子和一個基面，通過節(jié)點的不斷分支與合并，生長為一個有機的鏤空網(wǎng)絡。同時，算法可以隨著參數(shù)數(shù)值的調(diào)整而發(fā)生改變，每個燈都是基于這些類似算法而單獨種植的，因此，這一系列有機臺燈中的每一個都是獨一無二的，其自然化的肌理可以通過LED燈向墻上或天花板上投射獨特的圖案，創(chuàng)造一種空靈和有機的氛圍。
4 結(jié)論
關鍵詞：古建筑；參數(shù)化設計
一、建筑參數(shù)化設計的概念
一種建筑設計的方法就是參數(shù)化設計。將建筑設計的全要素都變成某個函數(shù)的變量，通過對函數(shù)的改變，或者說對算法的改變，人們能夠?qū)Σ煌慕ㄖO計方案進行獲得，簡單理解為一種可以通過計算機技術自動生成設計方案的方法就是這個方法的核心思想。
二、參數(shù)化設計的初始化設置
1、基本繪圖參數(shù)
不管是對機械加工圖、建筑施工圖進行繪制，還是對服裝剪裁圖進行繪制，比例、線形、圖紙幅面、文字樣式等內(nèi)容都會存在于圖中，我們一般就會統(tǒng)稱這些內(nèi)容是繪圖環(huán)境。古人在建筑設計中，圖畫圖樣就已經(jīng)開始進行運用了，這種方式是在春秋和戰(zhàn)國時期進行采取的；而使用百分之一比例尺的圖樣和木制模型，這種方式是在隋唐的時候開始使用的。在《營造法式》中，“殿閣地盤分槽圖”就是平面圖的名稱（如圖1）。圖中有很清晰的柱網(wǎng)，對于柱子立的位置要有明確的位置，也就是建筑平面的布置，“地盤”就是這里指建筑所占有的面積。
圖1
2、臺基放線定位
對古建筑臺基的放線方法進行研究，就可以對古建筑平面的朝向和總體布置進行確定，也就只能是在把計算機參數(shù)化方法進行引入的時候，才可以將基礎的坐標參照系建立起來。長方形、六邊形、八邊形、五邊形、圓形以及復合形都是包含在古建筑的平面形式中，下面就介紹其中幾種放線方法：
2.1長方形臺基
古建筑中最常用的平面形式就是長方形臺基，也是較為重要方法。它的放線步驟如下：
2.1.1把臺基所有尺寸包括灰土壓槽的總尺寸作為依據(jù)，對建筑平面的大致位置進行確定，并且將放線用的“海將子”或者下“龍門樁”、釘上“龍門板”，在適當?shù)奈恢眠M行砌筑。其中，應該保持龍門板的上皮水平，并且保持一個高度與臺基的平水；
2.1.2把建筑群的“中”作為依據(jù)，對這個建筑的“中”進行確定，然后，再對通面闊和通進深的“中”以及各間的面闊、進深“中”進行確定，并且在龍門板上用小釘釘上這些“中”，用筆標識清楚；
2.1.3根據(jù)面闊、進深“中”，將里包金、外包金、出山、下出以及灰土壓槽的位置找出來，并且把它釘在龍門板上；
2.1.4把所需要的點用墜子引至灰土表面，隨著基礎的砌筑，把需要的點逐漸引至基礎墻體上，并且隨之將標記畫出。把這些標記馬磉、包砌臺明和安裝柱頂石作為依據(jù)。
2.2六邊形臺基
2.2.1對中心點進行確定；
2.2.2將十字線彈出；
2.2.3以十字線為中心將兩個矩形彈出，矩形的短邊和面闊相同；
2.2.4將兩個矩形連接成八邊形。
三、古建筑臺基部分的參數(shù)化設計
1、臺基的建造方法
從建筑結(jié)構(gòu)的角度進行分析，基礎就是在屋身以下的建筑部分，建筑物的地下結(jié)構(gòu)部分就是基礎，它對于建筑物的壓力進行承擔并且傳遞，是對周圍穩(wěn)固的重要部分的保證，它又分為以下三個部分：
1.1地基。建筑物基礎以下的土層就是地基，它對于全部建筑物的重量進行承擔，可以分為人工地基和自然地基；
1.2基礎。木柱以下的部分就是古建筑的基礎，它的構(gòu)成由柱礎、磉墩以及磉墩下面的人工地基；
1.3臺基。建筑物的基座就是臺基，也就是建造在地面以上的方座部分。室內(nèi)地平就是臺基的上平，“臺幫”就是四周邊，在臺內(nèi)包砌柱礎、磉墩、攔土墻，將臺基構(gòu)成。
2、軸線網(wǎng)的參數(shù)化
在古建筑的建造過程中，在嚴格的模數(shù)制度上，建立一切建筑尺寸，要對古建筑的平面設計進行完成，首先必須對古建筑平面軸線的組成關系進行掌握，但是這些平面尺寸又都在其臺基的設計之中進行反映，所以，對臺基的參數(shù)化設計進行完成是整個建筑參數(shù)化設計過程中相當重要的一步。
四、古建筑屋身部分的參數(shù)化設計
古建筑的垂直受力構(gòu)件就是柱子，用于支撐梁架。在所有落地的柱子上，屋頂梁架上的重要全部分散傳遞，再由柱子向柱頂石上進行傳遞，最后傳遞到基礎上，還有一類不落地的短柱，安裝在梁與梁之間，也是傳遞力的構(gòu)件。這些柱子的名稱是以柱子的位置確定的。
1、柱子的名稱和尺度
1.1檐柱。它的位置一般在房屋前、后檐最外一排，前檐柱和后檐柱是其分為的兩個形式。檐柱所處于的位置就是確定每個檐柱名稱的依據(jù)；
1.2角柱。方形在大多數(shù)的古建筑平面中都會運用到，至于“角柱”，就是處于四角位置的柱子；
1.3金柱。它的位置在檐柱以內(nèi)，平行于檐柱，梁架是其上面所要承受的，但是建筑中線上的一列柱子也不處于，這就是“金柱”。“前檐金柱”就是在前檐的柱子，“后檐金柱”就是在后檐的柱子，若是建筑的進深比較大，則有金柱和里圍金柱之分。
2、柱式的參數(shù)化生成
在中國古建筑中，我們最容易發(fā)現(xiàn)的就是其柱子的三大組成部分會與古希臘和古羅馬的柱式定義及其相似，因此，我們就對古代歐洲對柱子構(gòu)件整體的稱呼進行借用，盡管，會比較明確古今柱式的名稱位置和尺寸的規(guī)定，但是，針對于計算機來講，想要進行處理困難那是相當大的，所以，我們一定要簡化對它進行處理，以便可以把計算機處理的難度和錯誤發(fā)生的幾率降低到最小。我們通過認真的分析，認為從構(gòu)成成分上看古建筑柱子是尤為簡便的，柱礎、柱身和斗拱是組成每一根柱子的三個部分，但是構(gòu)建它的直徑位置和長短尺寸，都要把古時的構(gòu)造規(guī)律作為依據(jù)來進行。
參考文獻：
【1】陳越.中國古建筑參數(shù)化設計[D].重慶大學碩士論文2002，（05）.
【2】張雯燕.現(xiàn)象學視角下，當代建筑設計策略的再思考[D].深圳大學碩士論文2011，（05）.
1 參數(shù)化設計研究
掘進機截割頭截齒參數(shù)參數(shù)化設計分三個步驟，首先，根據(jù)截齒切割原理及不同截割頭外形確定每個截齒的空間姿態(tài)，即計算出截齒軸向距離、切割半徑、圓周角、倒角及轉(zhuǎn)角五個參數(shù)，然后根據(jù)這些參數(shù)通過自編程序軟件利用三維實體軟件進行自動虛擬裝配，為截割頭實體仿真提供建模模型，最后通過自編程序軟件生成二維平面圖紙，供車間加工生產(chǎn)使用。
縱軸式掘進機截割頭截齒數(shù)據(jù)參數(shù)化設計。
根據(jù)截割頭外形尺寸和截齒外形尺寸，通過編程，設計截割頭截齒參數(shù)計算程序（程序界面見圖1），該程序能夠根據(jù)輸入的相關外形尺寸自動計算截齒的空間參數(shù)，同時計算截齒齒尖包絡線，并且自動計算內(nèi)噴霧水孔位置坐標。生成的相關參數(shù)自動保存，供截齒自動化虛擬裝配使用。
縱軸式掘進機截割頭截齒自動化虛擬裝配。
由于截齒虛擬裝配過程復雜，所以開發(fā)了截齒安裝程序（程序界面見圖2），截齒虛擬裝配為了進一步檢驗截齒參數(shù)的合理性，同時為截割頭實體仿真提供建模模型，通過虛擬裝配，設計人員可以直觀了解每個截齒的空間姿態(tài)，自動化虛擬裝配完全省去設計人員手工定位截齒的過程，降低工作強度。
縱軸式掘進機截割頭圖紙自動化生成。
截割頭截齒自動化虛擬裝配后，就可以利用截割頭參數(shù)設計軟件自動生成二維圖紙如圖3所示，供車間加工生產(chǎn)使用。至此，縱軸式掘進機截割頭參數(shù)化設計全部完成。
2 結(jié)語
通過對縱軸式掘進機截割頭參數(shù)化設計研究，開發(fā)了這套設計軟件，該軟件還能夠自動確定內(nèi)噴霧水孔位置參數(shù)和導煤葉片的參數(shù)，使截割頭設計工作效率得到了很大提升，縮短產(chǎn)品設計開發(fā)周期。
參考文獻
關鍵詞：CATIA 板金 有序 參數(shù)化
中圖分類號：U46 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）07（c）-0083-02
車身板金件，從設計到投產(chǎn)，有多種方案且不斷優(yōu)化，這些方案需要在不同時期不斷切換、更改或融合，對于一個工程師來說，能夠及時準確的完成數(shù)據(jù)，就是效率、就是產(chǎn)品的生命！
1 設計思路
板金的設計就是做好零件表面。零件表面都是由基本平面和（或）曲面構(gòu)成：點動成線，線動成面，面連成體。即零件表面設計時，要控制好點、線、面，按一定的規(guī)則保留相互之間的參數(shù)關系。
2 建模規(guī)則
2.1 草繪
草繪在border的基本平面上，特殊情況下可新建平面再草繪，草繪要求完全約束且只能用border的元素作為約束條件。
2.2 倒角
若無變半徑等特殊倒角要求最好采用面-面倒角命令，倒角命名規(guī)則可以按照其邏輯關系也可按照其功能命名，方便后續(xù)修改查找。
2.3 修邊
在Final Part中創(chuàng)建Cutting Line特征。修邊面是一相切連續(xù)的曲面，且曲面可由參數(shù)驅(qū)動。
2.4 切孔
在Final Part中創(chuàng)建Hole Feature特征。創(chuàng)建全約束的草圖，拉伸出孔特征。
2.5 其它
有序參數(shù)化建模是一個有序建模過程，在建模過程中要打開Keep Mode功能。
3 常用模版
模版主要是為了讓大家養(yǎng)成一定的習慣，常用特征放在固定的位置，方便不同工程師修改數(shù)據(jù)。常用模版結(jié)構(gòu)樹見圖1。
（1）Part Number由各主機廠根據(jù)國標或?qū)嶋H情況定義，一般由數(shù)字或字母組成。（2）Part Body存放板金加厚特征。（3）Control由Border和Sketches兩部分組成。Border由一個坐標點和九個平面組成，控制繪圖區(qū)域；Sketches由（零件坐標下）X、Y、Z三個基本平面上預設的草繪約束（如：X草繪由Border中與X平面垂直的6個平面相交形成的一個“田”字形線框）。（4）External Reference存放外部參考曲面，僅用于過程數(shù)據(jù)。外部參考曲面不能與其他幾何圖集中幾何元素存在參數(shù)關系。（5）Input Data存放與設計有關的周邊零件，命名需要帶零件號、零件名、日期；（如圖1）。（6）Main Sections存放結(jié)構(gòu)主要特征斷面，指導概念設計，不能與其它幾何圖形集中元素有參數(shù)關系。（7）Part Definitions由Wireframe、Basic Surface和Main Body Final Operations組成。Wireframe存放構(gòu)成零件的相關點、線的幾何圖集、Basic Surface存放零件主體曲面、Main Body Final Operations存放構(gòu)成零件的局部特征，其中包括翻邊，焊接曲面，功能凸臺以及加強筋等。（8）Final Part由Edge Fillet、Hole Feature、Cutting Line、Finished Model和Tooling Info組成。Edge Fillet存放Part Definitions中各曲面之間的連接倒角特征；Hole Feature存放零件需要開孔的特征；Cutting Line存放切邊用特征；Finished Model存放上述三種特征綜合的過程及最終零件曲面；Tooling Info用線條指示零件曲面加厚方向。（9）EXPORT存放零件帶參數(shù)的抽取面，作為其它零件設計輸入（如焊接邊、對稱件等）并自動映射更新。
4 應用案例
拿前圍板（見圖2）的全參建模流程為例進行說明。雙擊Keep Mode命令，保持常開。首先需要分析前圍板構(gòu)成的基本曲面，其中有前端、下端和左右輪罩四個主體面，另外就是焊接邊、安裝特征面，最后再開孔、切邊、加厚。
4.1 調(diào)入約束
根據(jù)輪胎包絡、三踏板、空調(diào)和動力總成等約束確定前圍板在整車中的位置，設定Border中的參考元素。需要TOP、DOWN、REAR、FRONT、INNER、OUTER六個平面形成一個立方體，繪制前圍板的特征不能超出立方體的范圍。
4.2 繪制主體面
（1）應用Sketches、Extrude、Sweep、Fillet，得到Front side main surface和Down main surface主體面。
（2）應用Extract、Parallel、Split等，得到左右輪罩面。
（3）繪制好的四個主體面，并行存放于Basic surface。
4.3 繪制功能面
4.3.1 焊接邊
應用Sketches、Offset、Intersect等，得到焊接邊。
4.3.2 安裝特征和輔助特征
前圍板上需要安裝的零件已經(jīng)存放在Input data，每個安裝零件需要一個獨立的特征面。為了增加零件剛度，需要增加一定的輔助特征，如加強筋、過渡面。
4.4 完善特征
針對4.2節(jié)和4.3節(jié)中所完成的曲面，利用Fillet、Trim、Edge Fillet，得到RAW曲面并存放于Edge Fillet文件夾中。
4.5 開孔修邊
應用草繪完成此特征。
4.6 零件曲面
在RAW的基礎上，開孔、切邊后即得零件曲面Final part。經(jīng)過加厚Final part，即完成零件設計工作。
5 結(jié)語
按此方法設計的零件，任何一個曲面特征、孔特征在Edge Fillet之前都是相互獨立且可編輯，很大程度地提高了后期零件更改效率。另外需要考慮以下幾點。
5.1 零件特征要拆分明確，思路清晰
5.2 每一個特征完成后，都以Inverse命令結(jié)束
目的是防止其修改后，面的方向發(fā)生變化，影響后面特征更新，另外可隨時更換其父項。
5.3 盡量少的使用命令種類
常用的有Sketches（草繪）、Extrude（拉伸）、Sweep（掃描）、Fillet（倒角）、Split（修剪）、，其中Edge Fillet（變倒角），在更新特征后容易出現(xiàn)錯誤，盡量避免使用。
參考文獻
[1]游立明.CATIA V5曲面設計從入門到精通[M].電子工業(yè)出版社，2006（7）.
為了有效地縮短設計周期，避免人為大量計算、校對過程中出現(xiàn)錯漏，提高設計準確性及合同應對能力、降低設計不良，因此對公交型扶梯進行參數(shù)化設計勢在必行。
關鍵詞：公共交通型扶梯、準確率、效率、參數(shù)化設計
1.背景與目的
公交型扶梯主要使用于地鐵、BRT、火車站、輕軌等公共交通場所。隨著市場的不斷擴大，公交型扶梯使用數(shù)量不斷提高，業(yè)務也不斷地提升。
當前，公交型扶梯合同設計中，都會對扶梯的各變化部件進行一次新的計算、校對、審核等參數(shù)確定過程。流程過多地依賴手工計算，重復性操作較多，這樣，不但設計周期長，而且參數(shù)計算過程中出錯率也比較高，設計人員工作負擔過大。
而且，目前公交型扶梯變化部件一碼多物的問題，是由設計人員在合同基礎設計書內(nèi)采用ATO（assemble to order）指引來解決，才能達到下游部門完成生產(chǎn)定制的需要。
EPD（elevator parametric design）參數(shù)化設計系統(tǒng)是專門針對電梯行業(yè)開發(fā)的產(chǎn)品設計系統(tǒng)。可自動生成整個電梯的三維模型、二維工程圖紙、鈑金展開圖、整梯及各部件的物料清單，完成材料、圖號、成本核算等生產(chǎn)所需相關信息的匯總。能快速提高產(chǎn)品及零部件的系列化及標準化程度，降低非標設計比例，提高設計準確率、設計效率，可在最短時間內(nèi)為后續(xù)生產(chǎn)、采購、倉儲提供準確數(shù)據(jù)。EPD參數(shù)化設計系統(tǒng)已在直梯和商用扶梯中投入使用。
公交型扶梯設計中前述的問題要得到解決和改善，需通過對公交型扶梯的EPD參數(shù)化設計系統(tǒng)開發(fā)，才能達到縮減設計周期，避免繁瑣的計算出現(xiàn)錯漏，在采用EPD參數(shù)化設計系統(tǒng)對公交型扶梯開展設計工作后，通過系統(tǒng)功能驅(qū)動三維模型變化，達到不同變化部件一物一碼的目的。實現(xiàn)公交型扶梯合同自動生成基礎設計書。
2.分析公共交通型扶梯變化規(guī)律
公共交通型（公交型）扶梯的設計高度必須按土建實際尺寸開展，同時需要精確到1mm，采用參數(shù)化設計是開展此類提升高度要求的有效設計方案。
EPD參數(shù)化設計系統(tǒng)具有良好的人機界面，其參數(shù)化設計思想與公交型扶梯參數(shù)化設計相契合，并能與PLM系統(tǒng)中龐大的數(shù)據(jù)庫相關聯(lián)，在PLM中原有的部件均可直接引用。公交型扶梯EPD參數(shù)化設計系統(tǒng)開發(fā)前，按系統(tǒng)要求，需確定公交型扶梯的變化部參數(shù)的變化規(guī)律，并將這些規(guī)律用合理簡化的主要基本參數(shù)計算。
目前公共交通型扶梯產(chǎn)品的合同設計是在PLM系統(tǒng)上完成，鑒于提升高度精確化的特殊性，變化的零部件一碼對應多物，不利于下游部門直接生成MBOM。在基礎設計書中，需對出現(xiàn)參數(shù)變化的各個零部件進行具體數(shù)值化指引，借助制作指引欄、備注欄輔助完成變化零部件的具體值。公交型扶梯合同基礎設計書需作備注指引的主要有桁架、中間導軌、欄桿三大部分。
經(jīng)過對桁架、導軌、欄桿等各變化部的數(shù)據(jù)分析，我們可以了解公交型扶梯的變化規(guī)律。通過一個具體的提升高度H，將需要作ATO指引的變化部參數(shù)關聯(lián)在一起，從而實現(xiàn)參數(shù)化設計。把計算公式應用到EPD系統(tǒng)中，作為系統(tǒng)的腳本參數(shù)及賦值邏輯。
3.公交型扶梯參數(shù)化設計系統(tǒng)應用
經(jīng)過對公交型扶梯三大部分中間變化部參數(shù)變化規(guī)律及參數(shù)數(shù)據(jù)分析，完成了公交型扶梯采用EPD參數(shù)化設計系統(tǒng)進行參數(shù)化設計的數(shù)據(jù)前處理。在公交型扶梯進行產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化的前提下，EPD系統(tǒng)內(nèi)進行公交型扶梯腳本邏輯編制，完善參數(shù)化模型設計，實現(xiàn)在EPD系統(tǒng)自動生成工號基礎設計書。
公交型扶梯在PLM系統(tǒng)可將其零部件進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分類，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由桁架、導軌、桁架小部件及安全裝置、主傳動系統(tǒng)、扶手帶驅(qū)動系統(tǒng)、樓層板、欄桿、電氣系統(tǒng)組成。在EPD設計系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進一步細化和分層。
公交型扶梯的結(jié)構(gòu)層就像“金”字塔結(jié)構(gòu)一樣，每層間傳遞著參數(shù)的相關信息。此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層為EPD系統(tǒng)中公交型扶梯大架構(gòu)。在此大架構(gòu)下，將各部件細分形成產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，再將細分后的各部件編碼化，使其在EPD系統(tǒng)最后生成的基礎設計書內(nèi)的各部件按產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)架構(gòu)有序排列。
通過對公交型扶梯內(nèi)容的信息數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)信息測試完成后，可在EPD系統(tǒng)生成基礎設計書，但此生成的基礎設計書，還不能生成生產(chǎn)所必需的ATO指引，還必須對相關的變化參數(shù)部件，即需作ATO指引的部件進行變量賦值。根據(jù)公共交通型扶梯變化規(guī)律，編制變化部裝配腳本邏輯。
完成公交型扶梯產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、基本信息錄入、腳本邏輯編制后，運行EPD系統(tǒng)，可在EPD系統(tǒng)中自動生成公交型扶梯基礎設計書，并以EXCEL的格式顯示。
4.擴展
在EPD系統(tǒng)中，完整的腳本邏輯應包含編制變化部裝配腳本邏輯和驅(qū)動3D模型腳本邏輯。前者能夠自動生成公交型扶梯的基礎設計書，后者可以驅(qū)動各個變化零件參數(shù)變化。
在編寫模型腳本邏輯前，需要對各個零部件進行三維模型創(chuàng)建。參照原有的公交型扶梯參數(shù)化設計思想，借助Solidworks三維輔助設計工具進行模型的建模，模型經(jīng)EPD系統(tǒng)腳本控制驅(qū)動后，可實現(xiàn)各個變化部子件的參數(shù)化設計，得到各個子件的基本信息，實現(xiàn)一物一碼的目標。
完成模型腳本邏輯后，能實現(xiàn)不同高度3D模型，能直觀地了解各部件之間的裝配，減少因二維制圖設計帶來的干涉、錯誤。另外，還能運用ansys對模型進行有限元分析，對扶梯的受力、強度等進行檢驗和校對。另一方面，也可以通過腳本邏輯輸出二維圖紙而非三維模型。這樣，既可以減少設計人員圖紙輸出強度，也減少3D模型設計的時間和難度。并且，不但符合企業(yè)發(fā)展的業(yè)務要求，也可以減少維護人員的負擔。
參考文獻：
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[3] 濮良貴 紀名剛主編 《機械設計》 高等教育出版社；
【關鍵詞】Pro/E二次開發(fā) 參數(shù)化設計 Pro/Toolkit VC++2008
1 引言
1998年，美國參數(shù)技術公司（PTC）推出Pro/E這款集CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件——Pro/E，有單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關的特點，廣泛用于機械、電子、模具、汽車、航天、家電等各個行業(yè)。但要滿足更高層次的要求，必須借助高級開發(fā)工具包Pro/Toolkit。基于Pro/E的應用程序模塊，通過C程序代碼擴充Pro/E的功能，從而滿足用戶或第三方的特定要求，還可利用Pro/Toolkit提供的UI對話框、菜單以及VC的可視化界面技術，設計方便實用的人機交互界面，大大提高系統(tǒng)的使用效率。
2 Pro/E參數(shù)化設計基本原理
Pro/E是最先實現(xiàn)參數(shù)化設計的鼻祖。基本原理是采用三維實體模型與Pro/Toolkit應用程序控制二者相互結(jié)合的方式，利用交互式產(chǎn)生三維實體模型，建立一組可完全控制三維模型形狀和大小的設計參數(shù)。Pro/Toolkit應用程序針對設計參數(shù)進行編程，可實現(xiàn)設計參數(shù)的檢索、修改，還可根據(jù)新參數(shù)值生成新的三維實體模型。
3 三維實體模型的創(chuàng)建
Pro/E參數(shù)化設計的實現(xiàn)，必須正確建立三維實體模型。手機前殼包括電池槽、電源插孔、耳機插孔、卡槽、攝像孔、按鍵、顯示屏口等。手機后蓋包括攝像頭孔、卡頭、散熱孔、天線口等。創(chuàng)建步驟如下：
（1）啟動Pro/E Wildfire 5.0軟件，選擇“文件>新建”命令，系統(tǒng)打開“新建”對話框。單擊“零件”單選按鈕，在“子類型”區(qū)域中選擇“實體”。勾去“使用缺省模板”后，選擇mns_part_solid模板，系統(tǒng)進入零件環(huán)境。
（2）在繪圖區(qū)，選擇FRONT為參照平面，單擊“草繪”按鈕，進入草繪環(huán)境。繪制手機前殼、后蓋的草圖，單擊右工具欄的打鉤按鈕，退出草繪環(huán)境，進入拉伸環(huán)境。
（3）在操控板中選擇拉伸深度類型，修改合適的深度值，單擊打鉤按鈕，成功完成手機前殼、后蓋的拉伸操作。
（4）在手機前殼或后蓋的平面上，進入新的草繪環(huán)境，繪制新草圖。設置合適的深度值，創(chuàng)建去除材料特征。通過創(chuàng)建拉伸、旋轉(zhuǎn)、抽殼等一系列基礎特征，初步創(chuàng)建手機前殼、后蓋三維實體模型。
（5）使用右工具欄的工具對手機前殼、后蓋進行倒圓角、倒角等一系列操作，對手機前殼、后蓋進一步修飾美化，還可對手機前殼、后蓋進行著色、渲染等一系列后期處理，最終獲得所需創(chuàng)建效果的零件。
4 用VC++2008創(chuàng)建Pro/Toolkit應用程序
有兩種方式可以創(chuàng)建Pro/Toolkit應用程序：一種利用Make文件創(chuàng)建；一種利用VC++2008向?qū)?chuàng)建。Make文件創(chuàng)建程序必須進行手工修改，程序的設計和調(diào)試不便，且無法使用MFC類庫，不能充分利用VC的資源，特別是在人機交互界面設計時不能直接進行對話框的可視化設計。因此，本文采用VC++2008向?qū)В☉贸绦蛟O計向?qū)ppWizard和類向?qū)lassWizard）設計、創(chuàng)建和調(diào)試程序，不僅有系統(tǒng)要求的初始化部分和終止部分，還有完成應用程序預定功能的一個或多個CPP源程序。
采用工程（project）管理所有C++源程序、頭文件、庫文件及各種資源，程序的設計、編譯和調(diào)試會非常方便。先利用VC++2008應用程序設計向?qū)Х奖憧旖莸貏?chuàng)建Pro/Toolkit應用程序的基本框架，再在程序的基本框架上，添加必要的函數(shù)代碼，增加新的CPP源文件以及新的資源，構(gòu)成一個完整的程序。創(chuàng)建步驟如下：
4.1 設置VC++2008開發(fā)環(huán)境
（1）設置包含文件路徑
在VC++2008集成開發(fā)環(huán)境中，選擇“工具>選項”命令，系統(tǒng)彈出“項目和解決方案”對話框，選擇“VC++目錄”選項卡，在“顯示以下內(nèi)容的目錄：”下拉列表框中選擇“包含文件”，新建一個文件夾，加入“……＼protoolkit＼includes”一項，設置Pro/Toolkit頭文件所在文件夾，重建一個文件夾，加入“……＼prodevelop＼includes”一項。
（2）設置庫文件路徑
在“顯示以下內(nèi)容的目錄：”下拉列表框中選擇“庫文件”，新建一個文件夾，加入“……＼protoolkit＼i486_nt＼obj”一項，設置Pro/Toolkit庫文件所在文件夾，重建一個文件夾，加入“……＼prodevelop＼i486_nt＼obj”一項。
4.2 新建項目解決方案
在“新建”對話框中，選擇“MFC AppWizard（dll）”工程，輸入工程的名稱和路徑。在“MFC AppWizard”對話框中，選擇“使用共享MFC DLL的規(guī)則”單選框。
4.3 設置項目屬性
關鍵詞：UG 齒輪軸 有限元分析
中圖分類號：TD402 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）07-0156-03
1 引言
UG是集CAD/CAM/CAE 于一體的軟件系統(tǒng)，提供強大的實體建模功能，提供了高效能的曲面建構(gòu)能力，完成復雜的實體造型設計。UG軟件中的參數(shù)化設計中的圖元都是以構(gòu)件的形式出現(xiàn)，參數(shù)化修改引擎提供的參數(shù)更改技術使用戶對設計或文檔部分作的任何改動都可以自動的在其它相關聯(lián)的部分反映出來。任一視圖下所發(fā)生的變更都能參數(shù)化的、雙向的傳播到所有視圖，以保證所有圖紙的一致性。從而提高了工作效率和工作質(zhì)量。
有限元分析也稱為有限單元法或有限元素法，基本思想是將物體（即連續(xù)求解域）離散成有限個且按一定方式相互連接在一起的單元組合，來模擬和逼近原來的物體，從而將一個連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題求解的數(shù)值分析法。
本文主要利用大型三維建模分析軟件UG對齒輪軸進行了三維建模，并在此基礎上應用一種新型方法對輪齒進行了更加準確的加載和有限元分析。[1][3]
2 齒輪軸參數(shù)化建模
UG完成復雜的實體造型設計包括建模模塊、裝配模塊和制圖模塊等，可以方便的建立各種復雜結(jié)構(gòu)的三維參數(shù)化實體裝配模型和部件詳細模型，并自動生成用于加工的平面工程圖紙。以齒輪軸為例設計參數(shù)參照其進行分析。[1][3][4][6]
2.1 齒輪軸實體造型
（1）建立齒輪實體。進入草圖模式，建立齒坯實體。如（圖1）所示
（2）計算漸開線長度理論公式；齒輪輪廓漸開線的長度是基圓與齒頂圓所截得漸開線的長。根據(jù)漸開線的形成原理，為了便于計算轉(zhuǎn)化，建立漸開線的直角坐標方程為：
其中，L為漸開線長度，為積分起始角，為積分終角；
（3）利用參數(shù)化建模功能，建立齒輪模型。在表達式對話框中依次輸入各項參數(shù)名稱及其值。如（圖2）所示。 主要輸入表達式如下：
生成漸開線，如（圖3）所示。
創(chuàng)建基圓、分度圓、齒根圓、齒頂圓，并生成齒槽輪廓。如（圖4）為鏡像后的漸開線。
創(chuàng)建齒輪的基本實體及輪齒的三維實體模型，如（圖5）所示。創(chuàng)建完成后，該齒輪模型就形成了參數(shù)化驅(qū)動模型。只要給出不同的模數(shù)、壓力角， 就可以自動生成三維齒輪實體模型。
軸的參數(shù)設計跟齒輪一樣，如（圖6）所示。
生成軸的實體圖，如（圖7）所示。
2.2 齒輪軸有限元分析
將建立的模型導入ANSYS WORKBENCH，如果在安裝ANSYS的時候選擇了與UG內(nèi)接，就可以在UG中直接打開，如（圖8）所示。
（1）軸的工作能力理論分析；對于只傳遞扭轉(zhuǎn)的圓截面軸，強度條件為：
（2）施加載荷；在用ANSYS WORKBENCH中進行分析時，加載方案的確定是很關鍵的一部分。針對齒輪，加載方式可選擇線載荷對線段加載和面載荷（壓強）對面進行加載。由于齒輪在嚙合過程中其接觸區(qū)域?qū)嶋H上是一個小面，且在ANSYS WORKBENCH中線載荷對齒面的作用方向亦很難精確定位，所以本文選用面載荷對面進行加載。選擇面載荷加載方式的關鍵是確定加載位置和接觸區(qū)域面積。在此確定加載位置所采用的方法是：首先計算出齒輪齒廓漸開線的總曲線長度L，然后設定加載位置距離漸開線起始位置的曲長度Lx，通過Lx和L比例值來確定。齒輪嚙合過程中接觸區(qū)域可看作一個長度為寬b，寬度為輪齒接觸寬度t 的微小矩形，所以其面積可求。
（3）幾何模型的有限元網(wǎng)格劃分；有限元網(wǎng)格劃分是將幾何模型轉(zhuǎn)化為由節(jié)點和單元構(gòu)成的有限元模型。為了保證計算的精度，輪齒與齒根圓過渡部分的網(wǎng)格需要進行細化處理。得到有限元模型如（圖9）所示。
2.3 求解及后處理
利用ANSYS WORKBENCH豐富的數(shù)圖表后處理功能，得到它的應力云圖（如圖10所示）、變形云圖（如圖11所示）。
從圖中可以看出齒輪跟軸所受最大應力為5371.3MP，而齒輪和軸現(xiàn)在的所受的應力為3580.9（黃色區(qū)域），所以齒輪跟軸不會過載折斷。[1][2][5]
3 結(jié)語
通過本文從參數(shù)化建模到有限元分析的探討，參數(shù)化建模的功能非常方便，利用參數(shù)可以精確控制模型的輪廓。而且任何參數(shù)發(fā)生變化時，只需要在“表達式”對話框中進行修改即可，不必再重新進行公式的編輯等繁雜操作。
在ANSYS WORKBENCH分析過程中，利用漸開線長度和某時刻接觸寬度的比值確定了加載的具置。利用ANSYS WORKBENCH中以線劃分面的功能實現(xiàn)了載荷的準確定位，使得分析結(jié)果與實際工作狀況更加貼近。
參考文獻
[1]張悅刊，鐘佩思，楊俊茹.對直齒圓柱齒輪Pro/E 參數(shù)化設計及ANSYS 有限元分析[J].煤礦機械，2006（4）：627-629.
[2]段進，倪棟，王國業(yè).ANSYS 10.0 結(jié)構(gòu)分析從入門到精通.北京：兵器工業(yè)出版社.2006.
[3]范小剛，徐輔仁，隋鵬，全世欣.基于齒數(shù)的漸開線直齒輪參數(shù)化建模[J].航空精密制造技術，2005（1）：60-62.
[4]肖愛民，潘海彬.三維機械設計實例教程[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.
漢字的參數(shù)化設計方法，有可能為現(xiàn)代技術與文化語境下的信息傳播，打上個人的印記。
關鍵詞：漢字 筆畫 結(jié)構(gòu) 參數(shù) 設計
中圖分類號：TB47
文獻標識碼：A
文章編號：1003-0069（2016）01-0115-03
1 引言
21世紀，移動互聯(lián)網(wǎng)進入人們的生活，人們的閱讀方式發(fā)生了根本性的變化，電子閱讀成為人們閱讀的主要方式，信息交流方式發(fā)生了根本性變革。技術革命在帶來信息迅捷傳達及便利的同時，也或多或少抹殺了，人的個性特征，使情感交流“快餐化”；在文字的載體從有形逐步走向無形的進程中，如何去保留文字之個性的、情感的、審美的價值，是值得深思的問題。
在文化傳播日益繁榮的大環(huán)境下，文字作為文化傳播與交流的基本載體，其作用日益凸顯；而從文化傳承與發(fā)展的視角看，相關于文字的設計與研究同樣不可或缺。
2 漢字設計
2.1 文字的屬性
文字的屬性，主要體現(xiàn)為：1）可視性與可讀性。文字以視覺表義符號的形式，再現(xiàn)口語的聲音；文字的基本個體是“字”；2）文化傳承與思想交流的載體。文字可以突破口語的時間和空間限制，記錄知識、傳達思想；3）再約定與再設計。文字是人類約定創(chuàng)造的視覺形式，必要的時候可以重新約定，從而形成文字改革；而形式的設計則基于應用之需求。
2.2 漢字設計的方法
漢字設計作為漢文化傳播的重要手段之一，已經(jīng)形成了豐富的設計成果，其設計應用領域也已得到有效拓展。傳統(tǒng)的漢字設計一般分為兩大類，即漢字字庫設計和基于漢字的圖形設計。
漢字字庫設計
專門的漢字設計者根據(jù)某種漢字結(jié)構(gòu)或者外形的特點，系統(tǒng)地設計整套字庫。其設計周期較長，一個字庫中的每個字都必須有統(tǒng)一的細節(jié)特點。典型的設計思路是：1）以宋體或黑體作為基礎字體，加工改造設計新的字體；2）由一些手寫體延伸而來，手寫體的作者先進行書寫，再由專業(yè)的字體設計師對掃描后的手寫體進行再設計與規(guī)范，最后錄入字庫中，從而得到具有個人特色的整套手寫字體，比較著名的如方正徐靜蕾體。
伴隨技術的進步，電腦應用字體設計得到迅速的發(fā)展。目前我國常用的電腦字庫有十幾種，每種字庫都有幾十種到上百種不等的字體。
基于漢字的圖形設計
設計者只是對單個字或幾個字進行圖形上的改變，根據(jù)字的具體特點，通過對漢字的結(jié)構(gòu)、色彩、肌理的創(chuàng)造性改變，得到具有良好視覺效果的設計字體；這種設計賦予字更多的傳播寓意，可運用于標志、招貼、包裝等設計中。
漢字設計思維
漢字兼有圖形與文字兩種屬性。現(xiàn)有的漢字設計研究主要關注漢字的圖形屬性；而德國漢學家雷德侯在《萬物》一書中提出漢字的“模件體系”，將漢字結(jié)構(gòu)分解為“模件”系統(tǒng)，“模件”可以反復組合構(gòu)成，這是從形式邏輯的角度來審視中國的藝術與社會文化的設計思維方式。
2.3 現(xiàn)代社會與技術語境下的漢字設計需求
隨著社會環(huán)境和技術條件的變化，人們對漢字字體應用的要求也在發(fā)生變化，既有的漢字字體已經(jīng)無法滿足新的要求。
漢字設計需求的用戶心理機制
今天，主要的文字應用方式已經(jīng)轉(zhuǎn)向基于數(shù)字技術的信息傳遞與記錄，人的情感表達因為文字“可拷貝”，而使原先帶有個人印跡的交流方式顯得彌足珍貴。
漢字記錄功能演變帶來的新設計需求
“漢字是漢語的書寫與表示符號，作為一種符號必須要求其本身能夠完整地反映所要表示的內(nèi)容，并且能夠準確地傳達所要指示的信息。”當基于移動互聯(lián)網(wǎng)絡的社交模式成為人們社會生活的重要組成部分，當QQ、微信中充斥了新鮮語匯時，漢字的記錄職能也隨之發(fā)生轉(zhuǎn)移。這種職能轉(zhuǎn)移對漢字結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)為，運用變異字形、增加構(gòu)件和重新造字等手段創(chuàng)造新字或者新用法，從而引起記錄某個語詞的漢字結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
文化資源保護和傳承的需要
在中華文明發(fā)展的漫長進程中，積累了大量的文字設計資源；如何利用這些文化資源完成漢字文化的再創(chuàng)造，將帶來漢字設計與研究的新需求與新視角。
3 參數(shù)化漢字設計的方法
3.1 漢字解構(gòu)與結(jié)構(gòu)特征分析
3.1.1 漢字結(jié)構(gòu)分析
漢字的形體結(jié)構(gòu)可以分為漢字、部件、筆畫、筆形四個層次（從落筆到抬筆即為一筆，稱為筆畫，筆畫的具體形狀叫筆形）。 （表1）
3.1.2 漢字的結(jié)構(gòu)類型
根據(jù)漢字中部件的多少，漢字可分為獨體字和合體字。獨體字只有一個部件，獨體字具有如表2所示的結(jié)構(gòu)特點。
而合體字有多個部件，根據(jù)部件之間的方位關系，合體字結(jié)構(gòu)主要有12種，如表3所式：
所有漢字的部件組合都可以歸類到上述的某一結(jié)構(gòu)形式。
3.2 漢字的形狀參數(shù)
根據(jù)漢字構(gòu)成的結(jié)構(gòu)層次關系，設定形狀參數(shù)以描述漢字的筆畫、筆形。
常用的漢字筆畫共有31種，如表4所示。
3.2.1 筆畫的分類
筆畫是組成漢字的基本單元，同樣的筆畫又因為筆畫長短、角度、彎曲形態(tài)等屬性的差異，會形成不同的筆形（如上表1中，撇就有3種不同的筆形）；不同筆畫可設置的參數(shù)數(shù)量、形式也不相同。基于這樣的思想，我們先對筆畫進行分類；分類原則如下：
單一基本筆畫包括橫、豎、撇、捺、點、提6種；
復合筆畫按照起始第一筆分類；
帶有“彎”的復合筆畫較為復雜，單獨作為一類。
據(jù)此，形成如表5所示的漢字筆畫類別；根據(jù)筆畫對應的縱橫數(shù)值，形成筆畫的特定代碼（如“J”的代碼就是31），以實現(xiàn)后續(xù)設計程序中的筆畫調(diào)用：
3.2.2 樣條曲線引入描述筆形
為了準確描述漢字筆畫中為數(shù)不少的曲線筆畫，我們引入樣條曲線（NURBS）。所謂樣條曲線（Spline Curves）是指給定一組控制點而得到一條曲線，曲線的大致形狀由這些點予以控制。樣條曲線不僅通過各有序型值點，并且在各型值點處的一階和二階導數(shù)連續(xù)，也即該曲線具有連續(xù)的、曲率變化均勻的特點；而這種特點恰恰能夠很好地描述漢字筆畫的曲線特征，并為筆形的調(diào)整留下設計契機（如圖6）。
3.2.3 筆形參數(shù)的設定
筆形參數(shù)的設定，主要依據(jù)筆畫分類進行：
單一基本筆畫之橫、豎、點、提的參數(shù)，用首末兩端的相對位置描述；而撇、捺之筆形表現(xiàn)出一定的曲率，所以還應加入一組樣條曲線型值點說明其特征。
根據(jù)表4復合筆畫的分類與構(gòu)成情況看，所有的復合筆畫都可以看成由基本筆畫構(gòu)成；因此筆形參數(shù)的設定，包含3類點的位置：1）筆畫的首末端點；2）轉(zhuǎn)折點；3）樣條曲線型值點。（如圖7）。實現(xiàn)對這3類點位的控制與調(diào)整，就可以有效改變筆形。而筆畫代碼的導入，則明確了相應的筆形參數(shù)點的數(shù)量。
3.3 漢字的結(jié)構(gòu)參數(shù)
根據(jù)前文對漢字結(jié)構(gòu)的解析，明確漢字的結(jié)構(gòu)參數(shù)，既是對漢字部件的組成形式與筆畫的構(gòu)成關系的描述。
3.3.1 漢字的第一類結(jié)構(gòu)問題：漢字類型和結(jié)構(gòu)形式
漢字分獨體字與合體字兩大類，漢字獨體字的結(jié)構(gòu)特征完全由組成字體的筆畫關系所表達；而合體字共有12種結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特征不僅取決于筆畫關系，還與結(jié)構(gòu)形式直接關聯(lián)。
定義第一類結(jié)構(gòu)參數(shù)，以實現(xiàn)以下目標：1）區(qū)分字體的類型（獨體字的代碼為“10”/合體字的代碼為“2a”…“21”）；2）在明確合體字的結(jié)構(gòu)類型的前提下，形成部件調(diào)節(jié)參數(shù)（按部件移動、縮放）。
3.3.2 漢字的第二類結(jié)構(gòu)問題：筆畫的結(jié)構(gòu)關系
漢字筆畫的結(jié)構(gòu)關系其實就有兩種：相交或者不相交（如表1中的“秋”字，其間橫豎筆畫相交，點則不與其他筆畫相交）；所以，可以用筆畫之間是否存在交點，說明兩筆畫之間的關系。第二類結(jié)構(gòu)參數(shù)就應該包括兩類：1）漢字及部件對應筆畫的數(shù)量（單體字只有筆畫總數(shù)；合體字則是各部件對應的筆畫數(shù)量）；2）交點存在于否及其位置，說明筆畫之間的相對關系；通過筆畫平移、旋轉(zhuǎn)、縮放可以調(diào)整筆畫之間的結(jié)構(gòu)關系；3）筆畫尺度關系（比例、方向）。
3.3.3 漢字設計的效果參數(shù)
漢字設計的效果參數(shù)主要用于控制漢字的基本特征。漢字的外形是矩形，可以通過把字形拉長、壓扇、左斜、右斜，或酌情使用圓弧、梯形等方式，使?jié)h字的外形輪廓、高寬比發(fā)生變化，形成新的設計效果。
3.4 構(gòu)建參數(shù)化漢字設計的技術解決方案
3.4.1 建立漢字參數(shù)化設計的參照系
建立漢字參數(shù)化的設計參照系是描述筆畫位置、調(diào)整筆畫與字體形狀的基礎；設定一個500*500px的圖框，每個漢字在設計過程中，將被置入該設計框內(nèi)：以此為依據(jù)調(diào)整筆畫、部件位置及比例關系。當完成整個字體的設計后，通過調(diào)整該框的整體形態(tài)、高寬比，可以調(diào)整整字的設計效果。
3.4.2 漢字參數(shù)化設計的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
解決漢字的參數(shù)化設計問題，不僅需要探討筆畫的形狀，還需要探討筆畫或部件之間的位置、比例關系。如同筆畫的形狀可以用3類型值點表達一樣，漢字的部件與構(gòu)成筆畫也需要事先加以表達。不同的是，漢字筆畫的數(shù)量有限，而常用漢字的數(shù)量就有數(shù)干。
具體的解決思路是，分別建立漢字設計的筆畫形態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)包括表3所列筆畫的編碼、對應3類型值點的數(shù)量與位置）、基礎漢字庫（存儲于云端，具有開放的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以滿足數(shù)據(jù)信息的擴充和數(shù)據(jù)信息的共享；其主要功能在于提供漢字參數(shù)化設計“元”；存儲兩類漢字結(jié)構(gòu)參數(shù)）、自定義字庫（設計完成的個性化字體，可以存入該數(shù)據(jù)庫，以便用戶調(diào)用）。
漢字個性化設計基礎數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)積累，可以通過如下兩條途徑形成：1）在建立基礎數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的同時，錄入常用漢字的基本數(shù)據(jù)信息；2）建立開放的“眾籌”數(shù)據(jù)信息端口，不斷擴充數(shù)據(jù)信息；即提供對常用漢字以外的“新字”自主搭建的功能，并將就此形成的數(shù)據(jù)導入到存儲在云端的基礎數(shù)據(jù)庫中；從而不斷充實字體設計的基礎數(shù)據(jù)庫。漢字擁有數(shù)千年的歷史，人們對漢字的造型和筆劃結(jié)構(gòu)已經(jīng)熟知。這是漢字基礎數(shù)據(jù)庫“眾籌”模式得以實現(xiàn)的文化基礎。
3.4.3 漢字參數(shù)化設計的應用程序模塊
以黑體為設計參照，漢字參數(shù)化設計應用程序應考慮“新字搭建”、“字體設計”和“字體信息輸入與判定”3種不同功能需要，設計應用程序架構(gòu)和流程（如圖8），其中“存入字庫”的操作，可對應“基礎漢字庫”和“自定義字庫”；所提供的操作具有選擇性，即可選擇“存入”/“不存入”相應的數(shù)據(jù)庫。
3.5 漢字參數(shù)化設計應用程序的交互特征分析
本文的研究，旨在為普通用戶提供開展?jié)h字設計、賦予漢字個性化特征的技術解決方案與相關應用程序。因此，漢字參數(shù)化設計的應用程序應體現(xiàn)出如下特點：1）注重保障漢字結(jié)構(gòu)的規(guī)律性，使設計生成的漢字可辨識；2）注重設計過程中的人機交互特征，從操作程序和界面設計兩方面，提供用戶友好的操作感受；3）在尊重用戶個人意愿的前提下，通過云端數(shù)據(jù)庫提供用戶共享字體設計信息的便捷；4）關注設計過程的趣味性，通過字體設計成果體現(xiàn)用戶的個性與審美取向。
4 結(jié)論
Abstract: According to the Machinery Design Handbook, the Involute Gear Transmission Parameterized Design System IGTPDS is developed with Visual LISP and DCL under AutoCAD. The interactive interface is established by DCL program and droved by the Visual LISP program, then the real-time design data transfer and transmission design and checking algorithm and Parametric Drawing algorithm are accomplished. The involute gear transmission parameterized design system IGTPDS is easy to use and accords with engineering personnel's habit and improves the design efficiency and reduces the repetitive time.
關鍵詞：漸開線圓柱齒輪；二次開發(fā)；參數(shù)化設計；Visual LISP
Key words: involute gear；development；parameterized design；Visual LISP
中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）13-0038-02
0 引言
齒輪傳動被廣泛應用于機械傳動機構(gòu)中，可用于傳遞任意兩軸之間的動力和運動，具有傳動比不變、壽命長和傳遞功率大等特點。對于圓柱齒輪傳動系統(tǒng)的設計傳統(tǒng)方式主要依靠反復查閱設計手冊和大量人工計算，設計過程不但繁瑣，且易出錯，導致設計周期長。隨著計算機技術的發(fā)展與應用，為將現(xiàn)代CAD技術應用于齒輪傳動的參數(shù)化設計提供了必要的技術支持，另一方面，國內(nèi)關于齒輪類零件CAD設計的研究主要集中在參數(shù)化繪圖方面[1,2]，且所開發(fā)的CAD軟件，功能單一，將設計、校核和繪圖集成一體的齒輪傳動CAD系統(tǒng)更少。因此，本文依據(jù)《機械設計手冊》[3,4]，采用AutoCAD二次開發(fā)技術，研究并開發(fā)了外嚙合漸開線圓柱齒輪的參數(shù)化設計系統(tǒng)，該系統(tǒng)操作便捷，設計流程符合工程習慣，能實現(xiàn)齒輪傳動的強度設計與校核，并據(jù)此完成齒輪結(jié)構(gòu)圖的繪制，因而提高了齒輪傳動設計效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。
1 系統(tǒng)總體框架
為使所開發(fā)的齒輪參數(shù)化設計系統(tǒng)具有可擴展性以及便于維護，本文采用模塊化設計方法進行系統(tǒng)開發(fā)，功能模塊包括：用戶管理界面模塊、初步設計計算模塊、強度校核模塊、參數(shù)化繪圖模塊和設計數(shù)據(jù)管理模塊，每個功能模塊又包括多個子模塊，其中初步設計計算模塊、強度校核模塊和參數(shù)化繪圖模塊作為核心算法模塊分別單獨開發(fā)形成各自獨立功能，用戶管理界面模塊采用DCL開發(fā)，創(chuàng)建多級交互式用戶界面，用于引導用戶確定設計數(shù)據(jù)并進入核心功能模塊完成齒輪傳動設計流程，設計數(shù)據(jù)管理模塊將中間設計結(jié)果和關鍵參數(shù)進行分類管理，便于齒輪傳動設計過程的管理和核心模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞，由此，各主要功能模塊通過用戶管理界面模塊和數(shù)據(jù)管理模塊構(gòu)成整個參數(shù)化設計系統(tǒng)的總體框架。
2 漸開線圓柱齒輪傳動參數(shù)化設計系統(tǒng)的實現(xiàn)
一般齒輪的失效形式主要表現(xiàn)為點蝕、膠合、磨損、塑性和斷齒變形等情況，根據(jù)本文所開發(fā)系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，對于漸開線圓柱齒輪傳動設計主要解決三方面問題：一是由強度設計計算確定齒輪輪齒的基本幾何尺寸，如模數(shù)、齒數(shù)等；二是由結(jié)構(gòu)設計確定齒輪的輪緣、輪輻和輪毅的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸等，設計一般使用的齒輪傳動時，通常只按保證齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度兩準則進行設計計算[5]；三是根據(jù)設計結(jié)果確定的齒輪幾何尺寸，繪制漸開線齒輪基本結(jié)構(gòu)圖，漸開線圓柱齒輪傳動參數(shù)化設計系統(tǒng)的實現(xiàn)如圖1所示。該系統(tǒng)中對于初步設計計算算法和強度校核算法采用Visual LISP[6]程序進行設計分別形成初步設計計算模塊和強度校核模塊。對于初步設計、強度校核和齒輪幾何尺寸的計算結(jié)果由專門的設計數(shù)據(jù)管理模塊以文本文件的形式保存，并輸入給參數(shù)化繪圖模塊，而參數(shù)化繪圖模塊利用Visual LISP程序能夠調(diào)用繪圖命令，采用基于尺寸驅(qū)動的參數(shù)化方法實現(xiàn)齒輪基本結(jié)構(gòu)圖的繪制。
3 系統(tǒng)開發(fā)關鍵技術
3.1 用戶管理界面與系統(tǒng)驅(qū)動程序設計 在AutoCAD 2004的開發(fā)環(huán)境Visual LISP中，本文采用DCL語言創(chuàng)建漸開線圓柱齒輪傳動設計系統(tǒng)的用戶管理界面又多個界面窗口組成，每個功能模塊都有對應的交互界面，每個界面的設計都是根據(jù)其所對應的功能模塊中設計參數(shù)和設計計算的特點來選擇相應控件并進行有效布局而構(gòu)成，根據(jù)齒輪傳動設計流程和功能模塊之間的關系用戶界面之間也形成順序或父子關系。由于所創(chuàng)建的DCL對話框只是用戶界面的描述，必須開發(fā)Visual LISP程序來驅(qū)動它以實現(xiàn)指定設計動作的執(zhí)行。通過利用Visual LISP提供的各類管理對話框的函數(shù)，系統(tǒng)的驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)包括：加載，顯示和終止對話框，初始化控件動作并激活界面，獲取用戶輸入和實現(xiàn)用戶交互操作等驅(qū)動流程，實現(xiàn)漸開線圓柱齒輪傳動設計流程的進行。
3.2 設計計算與強度校核算法 由于一般的齒輪傳動只按保證齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度兩準則進行設計計算，根據(jù)《機械設計手冊》[3]采用式（1）進行齒面接觸疲勞強度設計和校核，采用式（2）進行齒根彎曲疲勞強度校核
參考文獻：
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關鍵詞：參數(shù)化設計；二元對立；非線性；數(shù)學分析
Abstract: by comparing the parametric design technique and traditional design technique, to reflect the superiority of parametric design technique, make the building's colleagues have a new understanding of parametric design, in order to be able to cause the Chinese School of architecture of the parametric design technique of attention, in order to cultivate a number of social responsibility feeling, dare to challenge the architect.
Keywords: parametric design; the two opposite; nonlinear; mathematical analysis
中圖分類號：文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2013）
自然界的萬物都是不規(guī)則的，而大自然的人造物大部份卻都是規(guī)則規(guī)范的幾何形體，也許是人類生產(chǎn)能力有限，技術條件不夠，而靠僅有的生產(chǎn)技術能力只能創(chuàng)造出簡單的標準的人造物體。進入20世紀以來，非線性科學理論的不斷發(fā)明，突破了線性科學對人類的束縛。模糊理論，混沌學，耗散結(jié)構(gòu)理論，涌現(xiàn)理論，非標準數(shù)學分析等理論的建立，給人們展現(xiàn)了遠離平衡態(tài)下的動態(tài)的穩(wěn)定化有序機構(gòu)；解釋了自然界豐富的復雜性潛力；清楚了時間與空間的二元對立，表現(xiàn)了時空統(tǒng)一共呈的狀態(tài)燈等。當然建筑物也像其他人造物一樣受這些新的科學理論的影響，開始擺脫規(guī)則標準幾何形體的枷鎖，走向非線性的發(fā)展道路，可以推測，其目標將是向著接近自然萬物的方向。
一、參數(shù)化設計與傳統(tǒng)設計的對比
1、參數(shù)化設計的定義
在中國鳥巢，水立方，廣州塔，廣州歌劇院等建筑取得巨大成功之后，參數(shù)化設計也走進了中國，參數(shù)化設計是一種全新的建筑設計方法，該方法的核心思想是，把建筑設計中的全要素都變成某個函數(shù)的變量，設計師們能夠通過改變函數(shù)變量，或者改變算法來獲得不同的建筑設計方案.
2、參數(shù)化設計與傳統(tǒng)設計的對比
參數(shù)化設計方法與傳統(tǒng)的設計方法也是完全不同的，傳統(tǒng)的設計方法可以簡單敘述為建筑師拿到任務書然后對項目進行分析構(gòu)思，然后完成方案，這種方法是不可控的非常感性的而且這種設計方案是基于建筑師當時的知識積累而設計出來的，傳統(tǒng)的設計方法產(chǎn)生的結(jié)果往往是非常單一的，而參數(shù)化設計建筑師也會拿到任務書，然后對項目進行分析構(gòu)思，然后我們并不是急于設計出設計方案而是編寫一個工具箱用這個工具箱來描述事物之間的關聯(lián)，然后再由工具箱生成設計結(jié)果，一個工具箱往往可以給我們生成幾十種甚至幾百種結(jié)果，然后建筑師再通過計算機技術或者人工篩選出最優(yōu)解就完成了設計方案，參數(shù)化設計大大的拓寬了設計師的思維平臺，也給設計帶來了多種可能性，同時也使的設計非常理性化,通過這種理性的設計建造出來的空間更具有舒適性和合理性，舉個例子說明。（如圖1所示）
這個例子是SOM的一個項目，使用的軟件是由蓋里公司開發(fā)的DP，這個建筑的內(nèi)在邏輯是根據(jù)當?shù)氐慕ㄖ砻娴臒彷椛淞縼砩烧陉柊澹瑥亩_到最舒適合理的室內(nèi)環(huán)境，這也體現(xiàn)了參數(shù)化設計的可控性和邏輯性，當其中
圖1
某一種元素發(fā)生改變時，其他元素也會相應的做出改變，如形體的改變或者建筑選址的改變等等建筑的遮陽板都會自動更新一遍，始終使建筑具有最舒適合理的室內(nèi)環(huán)境，這點也反應出了參數(shù)化設計的核心思想。參數(shù)化設計關心的是事物與事物之間的內(nèi)在關聯(lián)性而并非形式，形式只是在關聯(lián)性下的副產(chǎn)物，但有很多人有種錯誤的認識，認為參數(shù)化設計就是做異形建筑，只為了追求個性而形式，也不考慮與周圍建筑的和諧，也不考慮當?shù)氐奈幕鹊葐栴}其實不是的，這種認識是不正確的，參數(shù)化設計
圖2圖3
不關心形式，形式都是在那種事物內(nèi)在關聯(lián)性下產(chǎn)生的結(jié)果，并不是為了形式而形式。參數(shù)化設計出來的建筑并不是于環(huán)境不適應而是最適應環(huán)境的，再舉個例子這個建筑是哈薩克斯坦的一個圖書館（如圖2.圖3所示），這個建筑的原型是莫比烏斯環(huán)，表皮是大小不同的漸變開窗，有些人認為這是為了表皮的美觀性而做的大小漸變，其實不是這樣的，這個建筑的開窗大小是根據(jù)當?shù)氐年柟庹丈渎实拇笮黹_的窗，把當?shù)氐恼丈渎蕯?shù)值導入?yún)?shù)化軟件，再利用這些數(shù)值進行的開窗。能直射的照射率大的開窗就小，不能直射的照射率小的開窗就大，為了讓更多的陽光進入室內(nèi)產(chǎn)生更舒適合理的室內(nèi)環(huán)境，這種利用自然來設計的建筑是非常合理的。在此希望那些對參數(shù)化設計有誤解的人糾正那種錯誤的認識。
二、參數(shù)化設計軟件
1、參數(shù)化設計軟件的發(fā)展
參數(shù)化設計的工具是隨時間的發(fā)展和參數(shù)化設計的廣泛應用而發(fā)展的，由一開始應用于其他領域的軟件 發(fā)展到應用于建筑領域的軟件如動畫專業(yè)的3dmax，maya雖然這些軟件是為動畫專業(yè)人士設計的，但這些軟件中有大量功能可以用來定義物體間的幾何邏輯，當建筑師發(fā)現(xiàn)可專門用來定義物體間幾何關系的軟件時，類似于CATIA,UG,TOP等都擁有明確的幾何邏輯，強大的造型控制力，極為準確的建模功能以及直接將模型轉(zhuǎn)化為施工圖紙的建造服務功能，它們雖然是工業(yè)設計軟件卻被用來輔佐建筑設計，還有一些是專為建筑師開發(fā)的軟件或插件，如以CATIA為平臺由蓋里公司開發(fā)的DP以及以犀牛為平臺開發(fā)的grasshopper，以Micro Station為平臺開發(fā)的Generative Component等上訴軟件可被應用于項目的不同階段也有各自的優(yōu)勢，如grasshopper因為其自身具有的可視化優(yōu)點和便于調(diào)節(jié)性，所以grasshopper比較適合用于方案構(gòu)思階段的快速實驗，而DP則是整個工程全面設計，生產(chǎn)，管理的較好選擇，建筑師根據(jù)自己的情況和興趣選擇學習和使用軟件的種類，有興趣的建筑師也可以嘗試腳本程序的編寫，如maya的Mel ,Rhion 的rhionscript,還有各種軟件里通用的VB和C#等，由于腳本程序是伊純代碼的形式呈現(xiàn)，相對比較抽象，但同時也正因如此，它帶給設計師的是前所未有的自由度和廣闊的發(fā)揮空間，另外，和計算機專業(yè)技術人員合作也是一種很好的溝通方式，這樣可以更好地將各專業(yè)領域的知識進行結(jié)合，從而在設計上取得突破.
關鍵詞：電梯；3D 設計；參數(shù)化
中圖分類號： TU857文獻標識碼：A 文章編號：
在激烈競爭的市場環(huán)境中，很少有公司能夠自己設計、生產(chǎn)所需的所有產(chǎn)品零部件。在公司內(nèi)部，也很少由一個設計工程師設計所有的產(chǎn)品零部件。為加速產(chǎn)品的上市過程，產(chǎn)品往往基于以往的設計進行改型，并大量使用標準的外購件，以降低重復設計成本并節(jié)省時間。為提高客戶滿意度并降低材料成本，盡可能優(yōu)化設計方案，產(chǎn)品的更改必不可少。為了保持優(yōu)勢，超前的研發(fā)投資和知識保護變得尤為重要，而企業(yè)的設計過程離不開數(shù)據(jù)的管理。所以，與單一零件設計相比，工程師面臨的更大挑戰(zhàn)是如何在計算機中高效地協(xié)同設計和仿真虛擬的產(chǎn)品，如何有效地管理產(chǎn)品設計中所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，并能在有限的硬件資源上進行這樣的操作。設計工程師需要3DCAD系統(tǒng)提供更高效的裝配設計、仿真和管理功能。 在許多世界級大企業(yè)中，被廣泛應用的計算機輔助三維設計(CAD)的高端主流軟件SolidWorks的裝配模塊，就采用了虛擬裝配技術，即便是在產(chǎn)品設計的初期階段，所產(chǎn)生的最初模型也可放人虛擬環(huán)境進行實驗，可在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建產(chǎn)品模型，使產(chǎn)品的外表、形狀和功能得到模擬，而且有關產(chǎn)品的人機交互性能也能得到測試和校驗，產(chǎn)品的缺陷和問題在設計階段就能被及時發(fā)現(xiàn)并加以解決。一、虛擬裝配的實施方案和步驟 虛擬裝配是新興的虛擬產(chǎn)品開發(fā)研究的重要內(nèi)容。采用虛擬裝配技術，可在設計階段驗證零件之間的配合和可裝配性，保證設計的正確性。隨著社會的發(fā)展，虛擬制造成為制造業(yè)發(fā)展的重要方向之一。而虛擬裝配技術作為虛擬制造的核心技術之一，也越來越引人注目。虛擬裝配的實現(xiàn)，有助于對產(chǎn)品零部件進行虛擬分析和虛擬設計，有助于解決零部件從設計到生產(chǎn)出現(xiàn)的技術問題，以達到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本及優(yōu)化產(chǎn)品性能等目的。根據(jù)電梯產(chǎn)品設計的特點，其裝配要求很高，對其安裝有一系列安裝與檢測國家標準，所以在虛擬安裝設計時，要求零件精度很高，特別注重裝配順序、裝配關系，對裝配結(jié)果要做干涉檢查等。因為電梯產(chǎn)品零部件很多，為快速設計，對有些是外構(gòu)件，如繩輪組件、限速器組件等。在裝配過程中，只需知道其外部形狀及裝配關系即可，還有些是標準件、通用件，如六角螺栓、槽鋼等。像此類零部件可統(tǒng)一設計在庫里，以求工程設計人員都能調(diào)用，提高效率。二、零件3D參數(shù)化設計技術 機械產(chǎn)品的3D設計，主要包括產(chǎn)品零件的3D建模與設計、虛擬裝配與干涉檢查、關鍵零部件的結(jié)構(gòu)有限元分析與優(yōu)化、2D工程圖的轉(zhuǎn)換和參數(shù)標注等。三維參數(shù)化設計軟件的思想，是零件尺寸的參數(shù)驅(qū)動，即在設計零件之初，只要給出零件外形輪廓，后續(xù)只需通過簡單的表達式來給變量賦值，定義幾何尺寸。SolidWorks不僅記錄了建模過程中的尺寸定義，而且將整個建模過程中的特征操作，完整地記錄下來，只需給尺寸變量賦值，就可以實現(xiàn)模型更新。當然，參數(shù)化設計也是要遵循一定規(guī)律的，并不是針對任何零部件都可以進行參數(shù)化設計，只有結(jié)構(gòu)尺寸相對標準化、系列化，國標或廠標對其有準確描述的零件，才可以進行參數(shù)化設計。例如電梯主機部件中所使用的各種墊片、螺釘、螺母、軸承以及齒輪等部件，就完全可實現(xiàn)參數(shù)化設計。利用SolidWorks簡單、快速的建模功能，在最短時間里按照客戶提供的外部接口尺寸和性能要求，設計出合適的零件。三、基于特征的產(chǎn)品虛擬裝配設計 電梯運行的質(zhì)量，取決于電梯的安裝質(zhì)量，而主機機房單元的安裝，在電梯安裝中占有重要地位。
四、3D 參數(shù)化方法優(yōu)勢
目前，電梯行業(yè)的產(chǎn)品圖紙主要還是以 2D 圖紙為主。2D 圖紙的一個特點是彼此之間不存在關聯(lián)。譬如，部件 A1 下的零件 B1 需要維護時，A1 和 B1 的圖紙需要逐一修改；參考 A1、B1、C1 進行新品設計 A2、B2、C2 時，A2、B2、C2 的圖紙也需要重新繪制；當 A1、A2 等逐漸形成部件族后，若進行共性的改進，操作也是機械而重復的。
就是將設計要求、設計原則、設計方法和設計結(jié)果用靈活可變的參數(shù)來表示，以便根據(jù)實際情況隨時加以更改。在 CAD 中，要實現(xiàn)參數(shù)化設計，參數(shù)化模型的建立是關鍵。參數(shù)化模型表示了零件圖形的幾何約束和工程約束。幾何約束包括結(jié)構(gòu)約束和尺寸約束。結(jié)構(gòu)約束是指幾何元素之間的拓撲約束關系，如平行、垂直、相切、對稱等；尺寸約束則是通過尺寸標注表示的約束，如距離尺寸、角度尺寸、半徑尺寸等。工程約束是指尺寸之間的約束關系，通過定義尺寸變量及它們之間在數(shù)值上和邏輯上的關系來表示。在參數(shù)化設計系統(tǒng)中，設計人員根據(jù)工程關系和幾何關系來指定設計要求。
要滿足這些設計要求，不僅需要考慮尺寸或工程參數(shù)的初值，而且要在每次改變這些設計參數(shù)時來維護這些基本關系，即將參數(shù)分為兩類：其一為各種尺寸值，稱為可變參數(shù)；其二為幾何元素間的各種連續(xù)幾何信息，稱為不變參數(shù)。參數(shù)化設計的本質(zhì)是在可變參數(shù)的作用下，系統(tǒng)能夠自動維護所有的不變參數(shù)。
因此，參數(shù)化模型中建立的各種約束關系，正是體現(xiàn)了設計人員的設計意圖。參數(shù)化設計可以大大提高模型的生成和修改的速度，在產(chǎn)品的系列設計及相似設計方面具有很大的應用價值。而在電梯領域，無論是零件還是部件，恰恰都很容易形成高度近似的族，即彼此間的“參考”十分顯著。其特點是，同一類的零件，其特征的有無有相似性，而特征的數(shù)量、數(shù)值和位置往往是變化的；同一類的部件，其零件的數(shù)量配置和裝配關系有相似性，而零件的具體選型是變化的。這就希望零部件的模型具有易于修改的柔性，并且在部件中能夠很方便地實施零件的替換。與 2D 圖紙方法相比，使用 3D 參數(shù)化方法進行初次設計時，零部件對象的數(shù)量（部件 A1、零件 B1、零件 C1）是相同的，此外還必須實施參數(shù)化操作（據(jù) A1、數(shù)據(jù) B1、數(shù)據(jù) C1），然后，以此為基礎的參考設計和圖紙維護就會便利許多。譬如，當需要參考“零件 B1”新設計“零件 B2”時，僅需人工編制一組新的“數(shù)據(jù) B2”，即可自動實現(xiàn)由“零件 B1”到“零件B2”的變形；當需要對“零件 C1”和“零件 C2”進行共性修改時，僅需人工改動“零件 C1”的特征，而“零件C2”則可依據(jù)原有的“數(shù)據(jù) C2”獲得更新。這樣，在進行 3D 參數(shù)化設計時，零部件間的“參考”關系就獲得了有效的管理和運用。
五、3D 參數(shù)化方法示例
目前常用的參數(shù)化設計 CAD 軟件中，主流的應用軟件有 Pro/Engineer、NX、CATIA 和 Solidworks 四大軟件，其中，NX 目前在傳統(tǒng)的制造行業(yè)比如汽車、航空航天等行業(yè)上兩軟件占據(jù)絕對的市場份額。以下將以 NX 為例，介紹一些 3D 參數(shù)化方法在電梯設計中的示例。NX 的電子表格提供了在 MS Excel 或 Xess 與NX 間的一個智能接口
事實上，表格驅(qū)動的界面及機內(nèi)函數(shù)為相關的參數(shù)化設計提供了方便而有力的工具。當一個部件被載入時，在 NX 的用戶入口(Gateway)應用中，選擇“工具”“電子表格”可存取Gateway 的電子表格。該電子表格與部件一起存儲，可用于存儲有關的非幾何體數(shù)據(jù)。電子標的強大功能之一就是能夠用來定義部件的變異，根據(jù)表格里可能的系列參數(shù)數(shù)據(jù)來更新部件。這種操作可以代替部件家族功能，生成家族成員部件，并賦予他們讀寫權限，還可以單獨編譯。除能夠影響當前的工作部件之外，NX 的電子表格還能管理裝配組合體。電子表格函數(shù)允許抽取部件的屬性值，并將它賦予組件下級部件的電子表格，以產(chǎn)生由頂級裝配決定的變異。也就是說，合理設計后的組件，即使包含了多層次多數(shù)量的下屬零件，也
僅需要在唯一的頂級裝配中調(diào)整參數(shù)，就能自動引起整個組合體的改變。以下是一組兩塊參數(shù)化設計的轎箱門板組件。
結(jié)語：綜上所述，隨著電梯產(chǎn)量的快速上升，客戶需求的極度多樣化，設計部門需出具的新增圖紙、需維護的歷史圖紙的數(shù)量都在急速增長，各廠家大量寶貴的高知人力不得不羈絆消耗于此。如何升級設計手段，提高工作效率，是本行業(yè)共同面臨的一項挑戰(zhàn)。而尋找新型的設計軟件，探索新穎的設計方法，或能成為一條可行的途徑。在研究分析軸孔磨損的過程中，改變配合方式就能夠降低軸孔磨損和軸振動；更換軸的材質(zhì)或增加轉(zhuǎn)軸的尺寸也能夠很好的降低軸裂的發(fā)生率；軸承的損壞可以通過改變軸承類型來滿足要求。
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