引言
随着市场竞争的激烈化，变形设计和系列化设 计对产品的多样化设计提供了方便，便于满足客户 的个性化要求。如果能够加快产品系列化和多样化 的开发周期，将会降低企业设计成本，提高企业的竞争 力和应变市场的能力。
传统计算机辅助设计大多采用自下而上的设计 思路，其设计过程是建立在几何建模的基础上，依 靠零件实体造型先期设计出产品装配体中的各零部 件，再进行各零部件的装配组装成产品。在产品装 配完成后零部件的结构尺寸及与产品的配置关系和 约束关系不便于修改和更新，使自动装配难以进行。 因此采用自顶向下的设计思路，为使产品具有 联动修改效应，在修改、变更中自动维护产品数据的 一致性。将知识工程、参数化特征造型融入到自顶 向下的设计中，因此建立基于知识驱动的在骨架模
型基础上来实现产品的设计与自动装配。
1产品基于知识的参数化骨架模型及 零部件设计
1．1骨架模型及骨架模型的知识表达 产品的骨架模型是指在考虑产品功能的基础
上，在产品的概念设计阶段将产品的总体结构布局、
设计约束、参照基准及其布局等抽象出来。并用空 间的点、线、面及参数草图等构建出来，能反映产
品的空间布局，零部件间的空间位置形状、拓扑关
系和装配关联关系等要求的主要框架的空间线框架 构。
骨架模型的知识表达，就是在骨架模型的设计 中引入知识来对其管理和控制变更。在设计时使上 游建立的骨架模型能表示出下游零部件设计所需的 定位基准、设计基准和参考特征等。使其能为下游 设计所参照使用和共享，建立面向下游设计的知识 骨架模型。这里知识的表示可以是以下几种方式。
6、BoxProfile(箱体轮廓) 图1柴油净化器骨架模型
将骨架模型中的关键尺寸和设计变量作为知
识，以参数来表示。可以为每个建立的参数输入一
收稿日期：2009—03•03
作者简介：王凯(1982一)，男，四川成都人，硕士研究生，研究方向为CAD／CAM、信息化制造。
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万方数据
族数据，进而形成一张设计变量表格存人数据库中。 根据用户的选择和规则定义获取其尺寸值。如图1 (柴油净化器骨架模型)中，箱体轮廓6的高度值的 取值由参数h驱动，改变h的值进而能驱动箱体外 形高度的变化。再如，参数SkeletonShape(该参数 为多值字符串参数，其值分别为键槽形、圆角矩形、 圆形，如图2所示)，将其作为面向对象的知识。用 户根据不同的设计意图选择该参数的不同值，所要 传递的设计意图是使柴油净化器的箱盖和箱体的外 形应变形为键槽形、圆角矩形、圆形等形状，如图
4所示。
{
整和细化。最后通过骨架模型实现产品的结构、设 计意图的变更和传递，完成整个产品的参数化设计 过程，实现产品的变形设计。
因此，通过对基于知识的骨架模型在宏观和微 观上的细化、修改和调整，来传递设计意图可以高 效而方便的实现设计者的意图，使产品的功能结构 的变化满足设计需求。知识与骨架模型的关联关系 如图3所示。
CenterCurve=霉部件几何体、sweepspinel
else i f SkeletonShape==“圆角矩形”
{
CenterCuzve=霉部件几何体、SweepSpine2
else i f SkeletonSh a：pe：=“圆形“ CenterCturve=零部件几何体、SweepSpine3
图2骨架模型参数编辑框及参数的选择规则
将骨架模型中的几何约束和设计变量约束及设 计变量的关联关系等作为知识，可以是以等式约束 体现的各种公式来表示；以经验性知识等规则约束 体现的规则来表示；体现约束变量之间函数约束关 系的函数来表示，也可以是体现限制约束的检查等 来表示。这里将多值字符串参数SkeletonCurve与曲 线参数CenterCurve通过规则建立二者之间的关联关 系。当图2中多值字符串参数SkeletonCurve依次选 择“键槽形”、“圆角矩形”、“圆形”这一字符串值 时，曲线参数CenterCurve的值由图2所示规则定义 赋值。这样曲线参数CenterCurve依次取值为图1骨 架模型中的S W e e P S P i n e 1(键槽形脊线)、 SweepSpine2(圆角矩形脊线)、SweepSpine3(圆形 脊线)。
运用知识将产品的功能规格管理转化为对设计 变量(参数)、设计变量约束、零部件装配约束的管 理。将知识与骨架模型关联起来，通过设计变量、设 计变量约束等来驱动控制骨架模型的修改、局部调
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图3知识与骨架模型的关联关系
1．2基于骨架模型的零部件装配设计 零部件的装配设计包括对产品中各零部件模型
的形状特征信息和工程特征信息的表达，特征及其
属性的创建和管理。在骨架模型的基础和参照基础 上应用参数化特征造型完成各零部件的具体设计。
将已建立的骨架模型中的草图、设计基准、几 何特征、相关参考等参考复制(不同于简单的复制， 其目的是实现为各零部件的设计提供统一的设计标 准)到各零部件的设计中。这实际上是将骨架模型 中的信息共享到零部件的设计中。这样各零部件设 计所需的设计基准、参照轴系统、参考的特征均来 自所搭建的同一个骨架模型，后续的各零部件的设 计均参照这些已建立的设计基准完成。可实现特征、 设计基准、参数的共享和变更的传递，其他设计人 员可以方便地调用共享特征进行并行的局部零部件 设计。
在骨架模型中已对各零部件间的装配约束关系 作了统一的定义，因此零部件间的位置配合关系在 零部件设计完成后也一并确定完成，自动实现各零 部件间的装配。如果骨架模型的参数或特征发生变 化时，所有并行的局部零部件设计都可以实现相应
的设计更新。这样就将产品顶层的设计思想和概念
设计阶段要实现的产品功能通过骨架模型传递到了 底层，实现了产品自顶向下的设计。
1．3基于知识驱动的骨架模型的实质 骨架模型很好的体现了自顶向下的设计思路，
其好处是不需要像传统产品的装配设计那样，先设
计出各零部件，再建立各零部件间的约束关系(同 轴约束、接触约束、偏移约束、角度约束等)，最后 将各零部件装配起来组装成产品。比如，柴油净化 器的箱体、箱盖装配用的螺栓孔的位置关系都是通 过其骨架模型中定位曲线和其上的定位点品。比如， 柴油净化器的箱体、箱盖装配用的螺栓孔的位置关 系都是通过其骨架模型中定位曲线和其上的定位点 (如图1中6所示)的位置关系所确定的。如改变箱 盖上螺栓的定位孔的直径(直径放大，直径放小)。 箱盖上的螺栓定位孔的直径以及螺栓螺帽的直径， 都会根据骨架模型中所定义的参数及几何变量关系 和约束关系等得到自动更新，联动改变。保证其装 配关系不变和设计的更新，防止箱体、箱盖间螺栓 装配的失效和产生干涉。(如图4中①所示)(责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）
