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数学模型设计格式
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你可能喜欢基于SolidWorks&的参数化设计
由于通用CAD
软件注重功能的全面性，几乎涵盖了制造业的方方面面，但是专业针对性差，并不能很好地满足特定企业的设计要求，所以在通用CAD
软件的基础上，结合企业实际需要进行二次开发、已经成为CAD
取得实效的关键环节，甚至可以说，没有进行二次开发，实现用户化、本地化的CAD 就不能在真正意义上发挥效能。通用CAD
的二次开发性能优劣，已经成为评价该CAD 软件的重要指标，二次开发已经被视为第4 代CAD 系统的一个
CAD 二次开发的目的，在于提高通用 CAD 的针对性，以便更好地满足企业设计要求，更好地发挥CAD 的效能。通过对CAD
软件的二次开发，可使CAD 软件实现专业化、本地化。
1 SolidWorks 简介
SolidWorks 是美国SolidWorks
公司开发的出色的三维参数化特征造型CA])软件，其技术内核基于先进的Parasolid 图形语言平台。SolidWorks
自从1995 年11 月问世以来，已成为微机平台上的三维机械设计CAD
软件的主流产品，在企业中得到了广泛的应用。本文选用SoildWorks 作为系统开发平台，主要是基于SolidWorks
在以下几方面的突出优点:
·强大的参数化特征造型功能。SolidWorks
的参数化和特征造型技术，能方便、快捷地创建几乎任何复杂形状的实体，可以满足绝大部分的工程设计的需要;SolidWorks
采用统一的内部数据库，全数据相关，任何一个功能模块中对零件的修改都会自动反映到其他模块中;
·界面友好，操作简便。SolidWorks 采用典型的Windows
软件风格，在所有的国外三维CAI)软件中提供了最优秀的中文支持;
·拥有开放的体系结构。SolidWorks
拥有丰富的第三方支持软件，提供了开放的数据结构和方便的二次开发环境，为企业今后广泛的工程应用提供了良好的基础平台;
·优异的性能价格比。SolidWorks 是一款中端CAD 系统，企业使用SolidWorks
可以花较小的投人满足设计的要求，因此SolidWorks 特别适合于中小企业的产品设计。
2 VB 开发SolidWorks 的参数化程序编制
根据特定的设计要求，用VB 对SolidWorks 进行二次开发，创建SolidWorks 插件的一般方法是:在 VB
中创建ActiveX DLL 工程，根据开发的具体功能要求编制相应的程序代码和设计用户界面，并在工程中添加对SolidWorks
类库的引用，将应用程序编译连接为DLL 文件。该文件在注册过以后，就可以作为SolidWorks
的插件使用了。用户可以根据具体的设计要
求开发出若干插件，每一个插件的功能又由至少一个菜单条嵌人到SolidWorks
系统中，每一个菜单条包括若干菜单项，每个菜单项对应一个功能模块。这样的层次体系反映了二次开发程序编制的过程，也是一个自顶向下和自底而上结合的过程，先根据功能要求分析确定总体结构，再从底层各功能模块的程序编制开始实施。
参数化程序的编制，就是要实现特定零部件的参数化设计，并在SolidWorks
中建立专用设计环境。编程实现零部件参数化的方式有尺寸驱动法和程序驱动法两种，在基于SolidWorks
的二次开发中其程序编制方法是不同的。
尺寸驱动法程序编制:由于尺寸驱动法通过修改CAD 系统建模时自动生成的设计变量来驱动零件，所以程序的代码非常简捷。SolidWorks
在零件建模时，将根据建模的过程自动创建设计变量，并给每个变量赋以相应的名称，尺寸驱动程序只需修改这些变量的值。这种程序的算法流程如图1
图1 流程图
以下是一段尺寸驱动法参数化程序的代码：
尺寸驱动参数化通常处理形状结构相同但尺寸不同的零件，运行速度快，效率高，但一般缺乏变型设计能力，零件如有局部结构差异，则需另建模型进行驱动，对于系统无法生成设计变量的参数也不能处理，而且这种方法对建模过程有严格的要求，必须生成与零件实际参数相应的设计变量，并且建模方法需与零件的设计要求相吻合。
程序驱动法程序编制:程序驱动法直接通过程序调用API
对象绘制图形，图形完全由程序生成，所以代码量大，程序编制难度较大，而且每次生成零件时都需运行一次程序，速度不如尺寸驱动法快。但由于它可以处理非设计变量的参数，具备变型设计的能力，所以往往用作尺寸驱动法的辅助手段。
一个采用程序驱动法的程序，实际上就是一个绘图程序。其参数化的途径是根据用户指定的值或程序计算出的值作为API
对象的函数变量的值，并按该值绘制出图形。理论上这种方法可以进行所有零件的参数化驱动，对于尺寸驱动法无法处理的问题可以用该方法解决。以下是一段程序驱动法的程序代码：
图2 程序驱动法程序运行结果示意
由上可见，这种方法程序的代码相当长，虽然SolidWorks
有宏录制功能，减轻了编程的负担，但仍不如尺寸驱动法简捷。但这种程序具备一定的变型设计能力，如上述程序，若程序给 i 赋0 值或非0
值，将决定是否执行cutl 子例程，构造的零件也就会不同，如图2 所示。
以SolidWorks 为平台，阐述了SolidWorks 参数化设计的相关技术，并且以VB
作为编程语言，详细说明了尺寸驱动法和程序驱动法两种参数化设计的程序编制方法。
基于SolidWorks 的系列零件参数化设计
本文探讨了以三维设计软件Solidworks 为平台，利用系列零件设计表对零件模型进行驱动，从而实现系列零件的快速化设计。
近年来，由于科学技术飞跃发展及市场竞争口益激烈，机械工业企业的产品更新越来越快，产品品种口益增多，而每种产品的批量却越来越少。这就造成多品种约占机械工业企业总数75%~80%的中小批生产企业，劳动生产率比较低、生产周期长，产品成本高，不利于竞争的结果。德国阿亨工业大学曾在矿山机械、纺织机械、机床26
个不同性质的企业中选取45000 种零件进行分析，结果表明，任何一种机械产品中的组成零件都可以分为三类:A
类:复杂件或特殊件，这类零件结构复杂，产值高，约占零件总数的5%~10%; B
类:相似件，这类零件相似程度高，多为中等复杂程度，种类多，数量大，约占零件总数的70%;C
类:简单件或标准件，这类零件结构简单，约占零件总数的20%~25%。为了缩短中小批生产企业产品的设计开发时间，针对相似件和简单件或标准件，以三维设计软件
SolidWorks 为平台，利用系列零件设计表对零件模型进行驱动，从而实现系列零件的快速化设计。
一、SolidWorks 软件的特点
在众多的三维CAD 系统中，以创新著称的、windows 原创的Solidworks 软件系统独树一帜。成立于1993
年的SolidWorks
公司，虽然其价格低廉，功能却非常强大。它能让使用者以熟悉的操作方式进行高效的产品设计，避免了设计人员需要花大量时间学习软件和操作系统的局面，而且是目前CAD
软件中性价比最高的，易于为中小企业使用。Solidworks 的特点和主要功能:
(1)可编辑性。产品的设计过程是一个反复循环过程。使用Solidworks
可以方便地进行反复设计修改。在零件设计、装配设计或工程制图的任何一种情况下，均可进行编辑草图、修改尺寸、改变原来的特征定义等。
(2)集成下的全参数化装配体和零件建模。Solidworks
提供了两种装配模型:一种是完全的自由设计模式-自顶向下，同时对装配进行布局设计和零件设计，修改布局参数，则零件的相对位置关系即改变;另一种是自底向上的装配设计，先完成零件设计，再进行装配，并可预演机构的动态运动。在装配环境下还提供了部件阵列、相似件替换、干涉检查和组件功能。Solidworks
全参数化的装配设计意味着在装配环境里对零件设计的修改，将会引起装配休的自动改变。
(3)特征管理器,Solidworks 的特征管理器类似于Microsoft
的文件管理器，它是产品模型结构的图形表不，它同具体的实体模型是实时的动态联接，可在特征管理器的设计历史树上选取特征，也可直接在模型上选取特征来进行各种操作，非常方便。
(4)工程制图。完成三维模型的零件和装配设计后，设计工作并未完成。以前需要手工绘制的二维工程图，利用Solidworks
可自动生成。
二、设计实例
刮板输送机是综采设备的主要运输设备，主要由以下各部分组成：机头部、承载部、刮板链、挡煤板、铲煤板、无链牵引装置，另外机头、机尾还设有推移装置等。其中刮板链是刮板输送机输送煤炭的牵引推移机构。目前绝大多数重型刮板输送机都采用中双链刮板链。中双链刮板链由圆环链、刮板、压板、螺栓、螺母、接链环等零件组成。其中圆环链的尺寸、规格、材料和性能已有统一的国际和国家标准，不同功率和不同型式的刮板输送机，配有相应规格和强度等级的圆环链。Solidworks
里虽然包含了数百个预先设计好的常用组件，但没有综采设备上的常用零件圆环链，本文以三维设计软件Solidworks为平台，利用系列零件设计表对圆环链模型进行驱动，实现圆环链快速化设计。具体过程如下:圆环链的三维实体建模与尺寸标注。利用扫描特征对国产圆环链的一种产品进行实体建模，井标注尺寸。
(2)在图形区域中双击扫描特征，使该特征的尺寸显示在图形区域中
(3)在圆环链的直径尺寸上，单击鼠标右键选择快捷菜单中[属性]命令，在[尺寸属性]对话框中修改尺寸名称为"直边直径d"，并复制全名:"直边直径d@草图3"
(4)打开Excel 软件，将复制内容粘上。
(5)用同样的方法修改其它特征尺寸名称，依次为"节距p"和"内宽a"，并复制全名在Excel 文件，将复制内容粘上。
(6)设计表格，输入圆环链所有规格尺寸，存盘为:yhl.xls.
(7)选择[插人][新建系列零件设计表]命令，在[源]中选取来自文件，打开文件yhl.xls.图形区域中即嵌入Excel
软件界面如图1 所示。
(8〕在图形区域excel 表外的区域单击鼠标，系统提示生成的系列零件的数量和名称。如图2 所示。
(9)在管理器窗口上方，按侧切换到模型配置系统为零件自动添加一系列的配置。在模型配置中，双击[34 x 126]
,即得到尺寸为34x126 圆环链的模型。如图3 所示。
三、结束语
本文以三维设计软件Solidworks
为平台，利用系列零件设计表对圆环链模型进行驱动，从而实现圆环链的快速化设计。采用这种方一法可以对相似件、简单件和标准件进行快速化设计，从而缩短中小批生产企业产品的设计开发时间，提高其市场竞争力基于SolidWorks
的部件参数化设计方法的研究
为了提高产品的设计质量和设计效率，提高企业市场竞争力，多年来，许多企业一直致力于产品参数化设计的研究。三维机械设计软件的出现使产品参数化设计产生质的飞跃，SolidWorks
就是优秀的三维参数化设计软件之一。采用SolidWorks
软件进行产品设计有两种基本的设计路线，即：自底向上和自顶向下。自顶向下设计关注的是零部件之间的约束关系，而不是零件的结构细节，从而为部件级三维参数化建模提供了一种方法。本文就部件级三维参数化建模进行探讨，同时利用部件参数化设计建立SolidWorks
部件库，为企业实现敏捷的产品设计提供资源。
采用参数化设计技术，可以大大提高产品的设计速度。在大多数工程设计中，一个产品往往是多个零件的组合。将零件参数化的思想扩展到部件参数化设计中，实现部件整体参数化设计，无疑会更大程度地提高设计效率，为企业创造经济效益。
部件参数化设计的实现以各组成零件的参数化设计为基础，但又不是组成部件的各零件的参数化的简单累加。部件的参数化问题除需解决各组成零件的参数化设计以外，还必须解决参数化时的同步更新问题。所谓的同步更新，是指当进行部件的参数化设计时，对其中某一个零件进行了更改，要求能够引起与之关联的一个或者多个零件的同步更新。同步更新主要有两方面要求，一是部件参数化设计中，各零件的相对位置关系要始终保持正确，二是各零件之间有配合关系的尺寸参数始终保持正确。
2.部件参数化设计方法
本文采用了一种基于装配体的参数化设计方法，来实现部件的参数化。其基本思想是:在参数化零件的基础上，引入零件装配关系作为约束，合理地建立零件之间的装配约束关系，以确保零件之间的相对位置关系;同时，建立零部件相互关联的参数之间的关系，以保证参数之间能够联动。这样就可以实现同步更新，在此基础上建立部件的装配布局图，最终实现整个部件的参数化设计。
2.1 产品结构的划分
复杂的产品按照功能和企业的生产组织特点分解为一系列的部件，而每个部件可能还会进一步划分为子部件和零件，尤其在民用飞机、汽车等产品中，产品构成十分复杂，涉及到机械、电气、液压、附件(如座椅、轮胎等)多方面的功能部件，需要进行细致和准确的产品规划和配置。产品结构的划分就是在对产品的结构进行分析的基础上把大型装配体分成若干个一级子装配体，一级子装配体包含了若干个二级子装配体和零件，二级子装配体中包含了若干个三级子装配体和零件依此类推直到最后的零件。部件和产品归根结蒂都是由若干个零件组成，在参数化CAD
中都可以视为装配体。产品结构的划分是为部件级参数化建模整理产品、部件和零件三者之间的装配约束关系。
2.2 尺寸的分类
部件参数化的关键是将尺寸进行合理的分类，分类的依据是产品设计时尺寸的不同功能。在产品模块化的基础上，理清产品各个零件与零件之间、零件与部件之间、部件与部件之间、部件与产品(总装配体)之间的尺寸约束关系，并确定出驱动尺寸(主动尺寸)和从动尺寸。其中驱动尺寸又分为外部驱动尺寸和内部驱动尺寸，前者是指为满足来自产品外部或者产品内部其它部件间的约束关系而可以手动修改的尺寸，后者是指部件内部可以手动修改的尺寸。在SolidWorks
中，产品模型的驱动尺寸越多，模型就越复杂，同时会增大模型更新出错的机率。驱动尺寸的确定必须准确，SolidWorks
建模是不允许驱动尺寸重复，否则会导致过定义;驱动尺寸少于从动尺寸会使得相关要素不会及时更新，达不到部件参数化的目的。
2.3 基于装配约束的部件参数化建模技术
与零件参数化建模相比，部件参数化设计除要考虑抽象出相同的尺寸参数外，还需考虑零件之间的配合关系。SolidWoks
中部件参数化建模是通过参数关联构成基于装配体的参数化模型，也就是采用自顶向下设计方法进行参数化建模。下面通过实例研究SolidWorks
环境下基于装配约束的部件参数化建模技术。
关联设计。关联设计就是在装配体环境参照已经安装到位的零部件中设计新零件的过程。其优点在于新零件的设计可充分借助已有零部件形成的空间参照，从而能够设计出在独立零件环境下很难完成的一些结构件，尤其是过渡零件和框架零件。如图
1 中的装配体由接头c、管件 a 和管件 b 三个零件组成，其中管件 b 和接头 c
的建模就是利用关联设计实现的，同时在装配体中建立管件a 管径与管件 b 管径的尺寸关联，使得改变管件 a的直径(驱动尺寸)相应改变管件
b 的直径(从动尺寸) 。这种部件参数化建模不但降低了管件 b 不规则端面建模的难度，而且自动添加了管件 a 和管件 b
的配合约束(在 Solid2Works 中系统会自动给管件 a 和管件 b 添加一个“在位”配合关系) 。2)
基于布局草图的装配体设计。首先在装配体环境中绘制反映零部件空间关系的草图，这些草图称为布局草图。然后再参照布局草图完成零部件的安装，从而在布局草图和零部件位置之间形成参照关系，通过调整布局草图，能够快速地调整装配体形态。如图
2 中的装配体是布局草图驱动的装配体，通过布局草图 e 调整各个子装配体和零件在总装配体的布局改变布局草图中的定位尺寸， e
就相当于改变部件 d、零件 b、和零件 c 的位置尺寸。
2.4 零部件之间的关联参数
在完成了基于装配约束的部件参数化建模以后，接下来就应该考虑零件与零件、零件与部件、部件与部件之间尺寸参数的联动。SolidWorks
中确定关联零部件关系有添加约束(即2.3 中介绍的基于装配约束的部件参数化设计完成的工作)
、添加方程式和编写控制程序三种方式。添加约束的过程实际上就是装配的过程;用添加方程式和编写控制程序来关联尺寸实际上就是用驱动尺寸来驱动从动尺寸的过程。添加方程式就是在零部件的几何尺寸之间添加数学关系，SolidWorks
中采用数学关系可以在跨越特征、零件和装配零部件的尺寸之间建立关联性。
编写应用程序建立参数关联实际上就是利用 Solid2Works 的二次开发实现方程式的功能。任何支持 OLE(Object
Linking and Embedding ，对象的链接与嵌入) 和COM(Component Object Model
，组件对象模型)的编程语言都可以作为SolidWorks 的二次开发工具，如:Delphi C，C++ ，Visual C ++ ，C
# ，VBA ，Visual Basic ，Visual Basic。NET
等开发工具。编写控制程序建立参数关联的方法是建立零部件的关联参数之间的函数关系表，在设计中通过用户交互的方式，激活应用程序的检查关联机制，根据函数关系表对零部件的关联参数进行验证，如不满足函数关系则进行修改，使之满足函数关系，从而实现参数的联动。对零部件之间关联参数函数关系的管理，通常在应用程序中用程序代码实现，或借助于数据库技术。
3.部件库的构建
为了完善部件参数化设计的工作，有必要将产品中的已参数化的部件管理起来，用于产品设计的改进设计、变型和产品的系列化设计。下面就用一个实例来说明部件库构建过程。
3.1 部件库的层次结构
构建部件库之前，利用前面所讲的产品的模块化，对不同的部件进行参数化设计。例如我们课题中的产品分解为四个部件(ZH ，HU
，XFT，HC) ，各个部件的建模都充分利用了前面所介绍的部件参数化设计方法。
3.2 部件库的创建
使用部件库进行产品设计的过程，主要是调用库里的部件进行组装，并在需要的时候对库里的部件进行添加和修改。为此，我们利用部件参数化设计方法开发了一个可扩充的产品部件库，以
C # 为开发工具，结SolidWorks 提供的 API (Application Pro2gramming Interface
，运用程序接口) 函数，开发了一个部件库管理系统，此系统是以SolidWorks 插件的形式设计的。SolidWorks
插件的开发就是对SolidWorks 的二次开发，本文不再讨论SolidWorks
的二次开发的方法，具体的方法可参阅参考文献[4]。在图5 中，用户可以根据产品的功能要求进行产品部件选型，其中
ZH、HU、XFT、HC 四个部件就存放在部件库(如图 6)中。图 6 中显示 ZH 部件的整个系列，这表明基于SolidWorks
的部件参数化设计可以利用SolidWorks
提供的一种称为配置的方法来描述相似零部件，所谓相似零部件，就是基本结构相同，只是在某些细节和尺寸规格有所差异的零部件簇。系统根据用户对部件配置的选择，调用部件库中的四个部件的不同配置和装配布局图，其中的装配布局图就相当于前面所提到的布局草图，系统通过程序自动按装配布局图将被调用的四个部件装配成一套产品，实现部件(产品)的整体参数化设计。
在参数化设计方法中，部件参数化设计思想是对零件参数化设计思想的扩展。本文利用SolidWorks
软件研究部件参数化技术，通过部件间的约束关联和尺寸关联构成基于装配约束的参数化设计思想，实现部件参数化设计，这无疑会更大程度的地提高产品设计质量和设计效率。部件库的建立是对部件参数化建模的延伸，有利于产品设计的后续修改和产品的系列化。但是，在部件参数化设计过程中并不提倡每个细节都建立参数控制，只需注重装配位置参数和驱动尺寸参数的控制，做到合理的参数化设计。
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。1997年全国大学生数学建模竞赛题目 A题 零件的参数设计 优秀论文及其matlab程序_百度知道
1997年全国大学生数学建模竞赛题目 A题 零件的参数设计 优秀论文及其matlab程序
我在百度上看见你有 能给我发过来不啊
提问者采纳
这个我可以帮你找一下！留个邮箱，不过最好给我点悬赏……
额 我已经搞出来了 谢谢
提问者评价
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在零件的参数优化设计中的数学建模
零件参数的选取是一个最优化问题.假定产品与零件的参数为正态分布的随机变量.在此基础上,以零件的标定值和容差为决策函数,以产品的总费用为目标函数构造一个非线性规划的模型.首先,用计算机程序选择适当的零件标定值使产品参数的平均值达到标定值;而后,再用计算机程序对容差的选取方式逐步尝试,选择最优的容差方式使得总费用最小.
作者单位：
湖南株洲中南林学院
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