基于AutoCAD参数化设计实现方法研究

来源:用户上传      作者: 冯超　林琳

　　摘 要：针对传统的CAD软件缺乏变参数设计功能，不能支持变型化、系列化设计，使得设计周期长，设计费用高、设计中存在大量重复劳动的问题，提出采用参数化设计来解决问题。本文阐述了参数化设计的概念，并通过对参数化设计的理论方法、实现方法进行比较，确定了基于几何约束的数学方法为理论依据，结合尺寸驱动技术为基础，不采用较为繁琐的单独开发一款软件的方式，以对系统兼容度最高、开发最为便利的Auto LISP为编程语言为例，实现参数化设计。
　　【关键词】AutoCAD 参数化设计 模块化 几何约束
　　1 引言
　　在机械设计已全面进入计算机时代的今天，如何创新且快速地设计成了企业持续发展的灵魂。只有快速地将产品设计出来，才能迅速占领市场制高点。机械设计作为一种充满创造性的工作，必然要在继承以往设计的基础上，经过反复地修改好完善。同时，机械设计往往是系列化设计，常常需要借鉴以往的设计结果。据不完全统计，机械零件的结构要素90%以上是通用或标准化的，零件有70%-80%是相似的，参数化设计的概念由此应运而生。本文对基于AutoCAD软件平台的几种实现参数化设计方法进行分析，并选用AutoLISP编程环境对其进行参数化开发。
　　2 参数化设计的概念
　　参数化设计（Parametric Design），也称尺寸驱动（Dimension-Driven），是通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸，或者修改已经定义好的参数，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现对图形的驱动。事实上，参数化设计的意义不仅仅在于可以提高设计效率，而且也是提高设计质量的有效途径。AutoCAD软件作为通用CAD设计软件，更注重功能的全面性，几乎涵盖了制造业的方方面面，缺乏专业针对性。有效地对其二次开发，实现专业化、本地化，才能真正意义上实现基于CAD技术的参数化设计。
　　3 参数化设计方法
　　3.1 参数化设计理论方法比较
　　参数化设计的理论方法主要有以下四种。
　　3.1.1基于几何约束的数学方法
　　此种方法利用尺寸约束建立方程式，通过数学方法解方程组，一次解出所有特征点的坐标值，确定出几何细节。采用该方法必须输入充分且一致的尺寸约束，才能求解约。但由于非线性方程组求解过程本身的不足，求解稳定性还需提高。
　　3.1.2基于辅助线的建模方法
　　将几何图形轮廓建立在辅助线基础上，通过对辅助线的约束来得到所需图形。
　　3.1.3基于几何推理的人工智能法
　　建立在经验数据基础上，利用扩展的数据结构实现几何约束的推理。
　　3.1.4基于特征的实体造型方法
　　使用几何特征取代直线、圆弧等基本几何要素建立方程式。
　　目前后两种理论方法仅停留在理论阶段，辅助线建模的方法又相对繁琐，基于几何约束的数学方法更具有操作性，是当今参数化设计的首选方式。
　　3.2 参数化设计实现方法比较
　　参数化设计的实现，有两种常用的方法：一是依靠现有的软件平台进行二次开发；二是自己开发软件。第一种方法开发者不需要具备很深的软件开发方面的造诣就可以做到，门槛较低。自己开发软件则需要具备很多的软件开发的知识和很强的编程能力。本文以第一种方式实现参数化设计。
　　AutoCAD软件是一种开放式结构，它提供了多种开发接口，让使用者充分发挥创造力，根据自己的需要对其进行二次开发。这也让AutoCAD软件经久不衰。
　　在AutoCAD环境下，实现参数化设计通常采用如下三种方法。
　　3.2.1通过图形交换文件实现参数化
　　首先需要编写与AutoCAD的接口程序，并把所需要处理的模型写成接口文件。再通过接口文件调用命令来实现。这种方法对于高级语言比较熟悉的人来说比较容易掌握，但兼容性较易出现问题。
　　3.2.2通过编程接口实现参数化
　　AutoCAD提供多个编程接口，可以使用VBA、Object ARX等语言编写程序，并通过编程接口对软件数据结构、内部命令直接访问。
　　3.2.3使用LISP语言编程实现参数化
　　AutoCAD官方推荐的编程环境为AutoLISP编程环境。此开发环境集成在AutoCAD内部，并根据软件特点加入了一系列专用函数。这些函数可以直接访问软件内部数据库、调用全部命令，还能实现实时处理，使设计绘图融为一体。
　　3.3 模块化的设计思想
　　模块化顾名思义就是将需要实现的功能分成不同子功能，互相独立，这样就能具备更好的多样性与创造性，可以根据需要“拼”出想要的功能，还能在编程的时候保持清醒的头脑，不易出错。
　　4 实现参数化设计方法举例
　　将此程序保存为“.lsp”文件后，载入CAD系统，通过输入命令“huitu”，再输入直线的长度“L”，就能自动绘制一条直线。通过输入不同的参数，即可驱动程序自动绘制不同长度的直线。
　　5 结论
　　本文在系统分析了基于AutoCAD软件平台实现参数化的理论方法和实现方法的优缺点后，提出以AutoLISP编程环境实现参数化设计的基本范例，为实现参数化设计提供一种思路。
　　参考文献
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　　[4] 王玉琨，任卫红，茅艳，王狂飞.CAD二次开发技术及其工程应用[M].北京：清华大学出版社，2008.
　　作者简介
　　冯超（1985年-），男，汉族，黑龙江省明水县人。硕士学历，研究方向为机械电子工程。现为北京航天发射技术研究所工程师。
　　林琳，女，1984年出生，汉族，硕士学历。研究方向为机械电子工程。现为达涅利冶金设备（北京）有限公司工程师。
　　作者单位
　　1.北京航天发射技术研究所 北京市 100076
　　2.达涅利冶金设备（北京）有限公司 北京市 100076
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