黃再超　王勇

摘 要：當(dāng)熱泵熱水器面臨改進和變更時，傳統(tǒng)通過編輯草圖和特征來進行修改的方式無疑會產(chǎn)生大量的重復(fù)勞動，且不同設(shè)計師的設(shè)計方法和設(shè)計習(xí)慣往往影響到其他設(shè)計師對零件的修改，影響企業(yè)內(nèi)部標準化進程的推進。

關(guān)鍵詞：變更；重復(fù)；標準化

1 參數(shù)化思想的引用和借鑒

1.1 參數(shù)化設(shè)計的定義和要求

參數(shù)化設(shè)計方法就是將模型中的定量信息變量化，使之成為任意調(diào)整的參數(shù)。對于變量化參數(shù)賦予不同數(shù)值，就可得到不同大小和形狀的零件模型。

在參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)中，設(shè)計人員根據(jù)工程關(guān)系和幾何關(guān)系來指定設(shè)計要求。要滿足這些設(shè)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(shè)計參數(shù)時來維護這些基本關(guān)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(shè)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(guān)系，正是體現(xiàn)了設(shè)計人員的設(shè)計意圖。

1.2 熱泵熱水器的參數(shù)化設(shè)計

從熱泵熱水器的設(shè)計流程和產(chǎn)品衍化的方向來看，將參數(shù)化的設(shè)計思想帶入到產(chǎn)品零件的設(shè)計中一方面適合于公司對產(chǎn)品不斷改進，不斷優(yōu)化的設(shè)計追求，另一方面也滿足了同種零部件不同尺寸規(guī)格的多樣化驅(qū)動。從結(jié)果上來說，就是提高了研發(fā)效率，縮短了研發(fā)周期。“以一到多”的參數(shù)化設(shè)計途徑可以更好地滿足現(xiàn)在的熱泵熱水器企業(yè)在設(shè)計和生產(chǎn)過程中的需求。通過對基礎(chǔ)模型的數(shù)字化研究，將模型的部分變量參數(shù)化，建立參數(shù)化的產(chǎn)品模型。通過參數(shù)的修改和重新設(shè)置，得到新的參數(shù)化模型的設(shè)計思路也更適合于中國的熱泵熱水器企業(yè)。

從建模方法和設(shè)計規(guī)范上來說，參數(shù)化的設(shè)計過程要求有著更加標準的建模方式和更加規(guī)范的約束方法。這雖然在一定層面上制約了設(shè)計師在零部件設(shè)計中的自由度，但也規(guī)范了企業(yè)整體的設(shè)計要求，一定程度上避免了由于不同設(shè)計師設(shè)計習(xí)慣的不同而在零部件修改中發(fā)生的約束更替，定義重置以及改動報錯等。這對于企業(yè)標準化進程的推進也有著一定的理論和應(yīng)用價值。

2 參數(shù)化設(shè)計的方法和建模思路

2.1參數(shù)化建模

2.1.1 參數(shù)化零部件建模

零部件建模過程中主要的參數(shù)變量為草圖參數(shù)和特征參數(shù)。草圖參數(shù)為各零件在草圖繪制中所定義的尺寸參數(shù)；特征參數(shù)為零部件草圖的各種特征變化中所賦予的尺寸參數(shù)。任何部分參數(shù)的變動都會對零部件的尺寸特征產(chǎn)生影響。

2.1.2 參數(shù)化裝配體建模

從廣義上來說，參數(shù)化裝配體建模包含了參數(shù)化裝配以及參數(shù)化自上而下的設(shè)計。參數(shù)化裝配是簡單地對現(xiàn)有的零部件或裝配體進行裝配尺寸變量的參數(shù)化，從而通過參數(shù)化的驅(qū)動來改變裝配體的安裝尺寸。

2.2 參數(shù)化驅(qū)動

從一定層面上來說，參數(shù)化驅(qū)動正是參數(shù)化建模的最終目的和構(gòu)建目標。一個參數(shù)化建立的產(chǎn)品模型也必須通過參數(shù)化的驅(qū)動來保證模型自身的通用性以及驗證模型設(shè)計的標準化程度。

2.2.1 函數(shù)和約束關(guān)系驅(qū)動

作為最為簡單和智能的約束和驅(qū)動方式，函數(shù)和約束關(guān)系的配合驅(qū)動方式可以在產(chǎn)品模型構(gòu)建的初始階段就對產(chǎn)品的參數(shù)尺寸起到一個很好的定量和定性的驅(qū)動方式。這貫穿于整個模型構(gòu)建和驅(qū)動階段，通過函數(shù)和約束關(guān)系的插入從一定角度上也簡化了參數(shù)化數(shù)據(jù)，通過各數(shù)據(jù)的連帶關(guān)系得到更加簡潔智能化的驅(qū)動形式，提高效率。因此可以說，這也是參數(shù)化建模和驅(qū)動的必要組成部分之一。

2.2.2到Excel表格驅(qū)動

最為簡潔實用的驅(qū)動方式，其基本方法就是通過excel來統(tǒng)計和歸納各尺寸及相關(guān)配合尺寸的參數(shù)數(shù)據(jù)，通過Solidworks軟件自帶的設(shè)計表功能完成由外接程序至模型的驅(qū)動。以表格的方式將產(chǎn)品的各參數(shù)進行規(guī)范，并成為參數(shù)化驅(qū)動的媒介和重要組成部分。因此，可以說，設(shè)計表的驅(qū)動方式一方面大大簡化了驅(qū)動形式，提高了驅(qū)動效率，另一方面也以最為直觀的方式來影響著參數(shù)化數(shù)據(jù)的輸入和輸出。這對于整個產(chǎn)品的研發(fā)過程的意義是十分明確的，受益者不僅僅是設(shè)計部門，也是管理和規(guī)范部門。

2.2.3 API驅(qū)動

這里的API驅(qū)動指的就是主要通過API接口進行二次開發(fā)，利用相應(yīng)的VB或其他程序進行后臺驅(qū)動。API驅(qū)動需要編寫相應(yīng)的代碼程序，對于產(chǎn)品的開發(fā)階段而言可能會占用額外的時間，同時零部件特征和拓撲關(guān)系的變化也會影響到代碼的修改，且后期的維護也需要投入一定的精力。從產(chǎn)品的開發(fā)角度來說確實增加了一定的成本。但從后期驅(qū)動和使用過程來說確實最為簡單和直觀的，對應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)和特征變量通過操控程序面板可以進行完整而直接的表現(xiàn)，在各參數(shù)輸入和驅(qū)動的角度而言是速度最快，目的性最強的方法。

3 復(fù)雜裝配體裝配體的設(shè)計和驅(qū)動

3.1 復(fù)雜裝配零件所面臨的設(shè)計和驅(qū)動問題

熱泵熱水器的設(shè)計過程相對于普通熱水器產(chǎn)品而言更加復(fù)雜和多樣，同時往往也包含著多個子裝配體和子零件。通常來說，熱泵熱水器的層積包含水箱模塊和熱泵模塊兩個子模塊以及其他例如外殼的維修蓋，導(dǎo)風(fēng)罩等子零件，他們作為一級裝配體或一級零件。在水箱和熱泵模塊下包含多個子模塊或子零件，包括風(fēng)機導(dǎo)風(fēng)罩組件、蒸發(fā)器組件、四通閥組件等。通常一款熱泵熱水器的BOM等級可以展開到7至8級甚至更多，這也很好地解釋了在單純采用API接口進行二次開發(fā)的前提下所帶來的工作難度。設(shè)計師不僅必須對于參數(shù)設(shè)計的順序，層級關(guān)系的設(shè)置，零件特征有著很好的把握，更需要有著扎實的語言功底。況且這些都是在滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和外殼鈑金，塑料件的設(shè)計和成型要求的前提下的，實際的實現(xiàn)難度會更上一個臺階。

3.2 多方式進行參數(shù)化驅(qū)動

對熱泵熱水器來說，采用單一設(shè)計建模方式很難保證各零部件特征參數(shù)的可驅(qū)動性以及裝配體裝配參數(shù)的可控性。各種參數(shù)化的方法也有著自身的優(yōu)勢和局限性。針對熱泵熱水器的復(fù)雜裝配體進行參數(shù)化零件庫設(shè)計的過程中必須兼顧各零件以及裝配關(guān)系的參數(shù)配置。單一使用一種參數(shù)驅(qū)動法容易造成局限，鉆進死胡同。而不同的參數(shù)驅(qū)動法的運用及取舍在模型構(gòu)建初期就必須有十分清晰的邏輯思考，并且任何方法的整理和歸類例如參數(shù)表，二次開發(fā)程序面板，關(guān)系式方程，約束及定義等都要有著明確的分工，以保證在參數(shù)化驅(qū)動的過程中能夠保證連續(xù)性和智能化，從而減少工作量，保證整個模型零件庫的實適用性和可靠性。

4 結(jié)束語

對于參數(shù)化設(shè)計來說，熱泵熱水器都是一個比較特殊的設(shè)計對象，因此在整機參數(shù)化的過程中難免遇到各種問題：約束過定義，驅(qū)動沖突或者重置報錯等。但由于針對熱泵熱水器參數(shù)化相關(guān)的參考思路和文章很少，因此更多地需要我們自己在設(shè)計的過程中去思考和挖掘。文章也是以一個優(yōu)化研發(fā)流程，推進標準化發(fā)展的視角來對其進行剖視和解讀，希望可以通過設(shè)計流程的優(yōu)化來縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，增強產(chǎn)品的競爭力。

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作者簡介：黃再超（1992-），男，江蘇省南京市人，工作單位：南京林業(yè)大學(xué)，職務(wù)：學(xué)生，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計。