屈英前 王尚武 劉紅倩 袁志敏 白曉峰

摘 要 參數(shù)化設(shè)計技術(shù)已成為產(chǎn)品設(shè)計過程中一種最重要的設(shè)計方法?；赨G WAVE技術(shù)的參數(shù)化設(shè)計方法對堆內(nèi)構(gòu)件進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計。參數(shù)化設(shè)計可及時為其他相關(guān)專業(yè)提供模型，更能方便、快捷地更新模型。并且支持并行設(shè)計，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計，基于此可建立設(shè)計平臺，把熱工水力計算、力學(xué)計算、流場分析等融為一體，以提高設(shè)計效率，加快產(chǎn)品的設(shè)計。

關(guān)鍵詞 參數(shù)化設(shè)計;UG WAVE;堆內(nèi)構(gòu)件

引言

早期的CAD系統(tǒng)是先繪制出圖形，然后通過人際交互進(jìn)行尺寸標(biāo)注，其缺點主要表現(xiàn)在[1]：①不支持草圖設(shè)計;②不能支持全部設(shè)計過程;③缺乏對產(chǎn)品內(nèi)部不同組件關(guān)系的表示;④信息表達(dá)不完整，在不同的設(shè)計階段表現(xiàn)出不同的設(shè)計屬性;另一方面，這些數(shù)據(jù)信息又表現(xiàn)出多樣性;⑤不能進(jìn)行變動和系列化設(shè)計。參數(shù)化設(shè)計正是針對這些不足應(yīng)運(yùn)而生的。目前，參數(shù)化設(shè)計已成為CAD中最熱門的應(yīng)用技術(shù)之一，能否實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計也稱為評價CAD系統(tǒng)優(yōu)劣的重要技術(shù)指標(biāo)，這是因為它更符合和貼近現(xiàn)代CAD中概念設(shè)計以及并行設(shè)計思想。

本文介紹了參數(shù)化設(shè)計技術(shù)及其在UG軟件中的實現(xiàn)方式，闡述了基于UG WAVE技術(shù)的參數(shù)化設(shè)計方法，并進(jìn)行了堆內(nèi)構(gòu)件的參數(shù)化設(shè)計。

1參數(shù)化設(shè)計方法

參數(shù)化是指將設(shè)計要求、設(shè)計原則、設(shè)計方法和設(shè)計結(jié)果用靈活可變的參數(shù)來表示，以便在人際交互的過程中根據(jù)實際情況隨時加以更改。參數(shù)化設(shè)計與傳統(tǒng)方法最大的不同在于它存儲了設(shè)計的整個過程，設(shè)計人員的任何修改都能快速反應(yīng)到幾何模型上，并且能設(shè)計出一族形狀相似而不是單一的產(chǎn)品模型。

2UG參數(shù)化設(shè)計的實現(xiàn)方法

2.1 系統(tǒng)參數(shù)與尺寸約束

UG NX具有完善的系統(tǒng)參數(shù)自動提取功能，它能在草圖設(shè)計時，將輸入的尺寸約束作為特征參數(shù)保存起來，并且在此后的設(shè)計中進(jìn)行可視化修改，從而達(dá)到最直接的參數(shù)驅(qū)動建模的目的。UG的尺寸約束的特點就是將形狀與尺寸聯(lián)合起來考慮，通過尺寸約束實現(xiàn)對幾何形狀的控制。設(shè)計時必須以完整的尺寸參考為出發(fā)點（全約束），不能漏注尺寸或多尺寸。

2.2 使用表達(dá)式驅(qū)動圖形

表達(dá)式是UG NX中參數(shù)化設(shè)計的一個重要的工具，在零件的參數(shù)化設(shè)計中起著很重要作用。使用表達(dá)式可以定義和控制零件的尺寸參數(shù)，通過建立算術(shù)和條件表達(dá)式可以控制一個零件之間的尺寸和位置關(guān)系，也可以控制幾個草圖之間的相互關(guān)系的設(shè)計，使之產(chǎn)生相關(guān)項。使用表達(dá)式很容易對零件進(jìn)行修改，也容易實現(xiàn)零件的系列化設(shè)計。

2.3 利用電子表格驅(qū)動圖形

UG的電子表格（Spreadsheet）提供了一個Microsoft Excel與UG間的智能接口。在建模應(yīng)用模塊中，UG電子表格式是較為高級的表達(dá)式編輯器，可以將參數(shù)信息從部件提取到Excel中，在更新部件前可進(jìn)行手工處理。事實上，表格驅(qū)動的界面及內(nèi)部函數(shù)為相關(guān)的參數(shù)化設(shè)計提供了方便而有力的工具。

2.4 基于Wave的自頂向下裝配設(shè)計

從設(shè)計人員的思維角度來說，設(shè)計是一個不斷細(xì)化求解、從全局到局部的過程，這是一種稱為“Top-Down”的自頂向下的設(shè)計過程。

本文使用表達(dá)式結(jié)合WAVE技術(shù)來實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計，其優(yōu)點在于：可利用WAVE的更新機(jī)制，通過修改總體參數(shù)進(jìn)行可控制的更新;其參數(shù)化設(shè)計及控制結(jié)構(gòu)支持并行設(shè)計，各零部件細(xì)節(jié)設(shè)計可同時展開，相互不影響;控制結(jié)構(gòu)的建立有利于產(chǎn)品設(shè)計的管理與控制。

3堆內(nèi)構(gòu)件參數(shù)化設(shè)計

3.1 建立堆內(nèi)構(gòu)件的控制結(jié)構(gòu)和裝配結(jié)構(gòu)，抽取總體參數(shù)

①抽取總體參數(shù)。堆內(nèi)構(gòu)件的總體參數(shù)是指堆芯幾何尺寸（堆芯當(dāng)量半徑、堆芯活性段高度）、吊籃筒體內(nèi)外徑等，根據(jù)這些參數(shù)來開展堆內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計?？紤]整個堆內(nèi)構(gòu)件控制結(jié)構(gòu)時，以堆芯為中心，在徑向、軸向和周向三個方向上分別確定各設(shè)備、部件之間的約束和重要數(shù)值，從而確定出堆內(nèi)構(gòu)件的總體參數(shù)。將抽取的總體參數(shù)輸入到UG表達(dá)式里。②劃分堆內(nèi)構(gòu)件主要的子系統(tǒng)。堆內(nèi)構(gòu)件的子系統(tǒng)主要包括可拆接頭組件、壓緊彈簧組件、壓緊組件和吊籃組件等。為了簡化控制結(jié)構(gòu)，4個主要的子系統(tǒng)（設(shè)備）下不再分成較小的子系統(tǒng)。③建立堆內(nèi)構(gòu)件控制結(jié)構(gòu)圖。建立三個絕對基準(zhǔn)面和三個絕對基準(zhǔn)軸。其中+ZC指向上，為堆芯中心線;XC和YC面為絕對基準(zhǔn)面，即堆芯活性段上端面。同時建立所需要的徑向、軸向和周向參考面，如壓緊筒體內(nèi)徑參考面、吊籃內(nèi)徑參考面等。

3.2 建立起始部件和鏈接部件

根據(jù)堆內(nèi)構(gòu)件的子系統(tǒng)劃分和各子系統(tǒng)中的主要零部件，建立起始部件和鏈接部件。建立起始部件時，選擇相應(yīng)的基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸和參考面，將控制結(jié)構(gòu)中的參數(shù)傳遞給起始部件，使其含有重要的位置、幾何信息，通過引用集的方式傳遞給鏈接部件，也就是實際的零部件。對于鏈接部件，使用參數(shù)化的特征建模技術(shù)完成部件的細(xì)節(jié)設(shè)計，期間依然可以引用已定義的總體參數(shù)。

3.3 堆內(nèi)構(gòu)件三維模型裝配

利用自頂向下裝配建模的方法，完成各級系統(tǒng)的裝配工作。因為兩部件中已經(jīng)含有了位置信息，因此在裝配時使用絕對坐標(biāo)，不使用配對關(guān)系進(jìn)行定位。在裝配時，只需裝配鏈接部件。

3.4 設(shè)計評估及模型更新

整個堆內(nèi)構(gòu)件裝配完成后，可以計算堆內(nèi)構(gòu)件的重量、重心等物理屬性。利用堆內(nèi)構(gòu)件的實體模型，開展力學(xué)計算、流場分析、虛擬制造、虛擬安裝/拆卸、虛擬維修等方面的工作。

當(dāng)堆內(nèi)構(gòu)件模型評估結(jié)果與設(shè)計要求不符時，需要更改模型。此時只需修改頂級總體參數(shù)，利用WAVE的更新機(jī)制，進(jìn)行可控制的更新，包括實時更新、局部更新，預(yù)測總體參數(shù)變更影響到哪些零部件。

4結(jié)束語

基于UG WAVE技術(shù)的參數(shù)化設(shè)計方法可及時為其他相關(guān)專業(yè)提供模型，方便、快捷地更新模型。并且支持并行設(shè)計，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計，基于此可建立設(shè)計平臺，把熱工水力計算、力學(xué)計算、流場分析等融為一體，可提高設(shè)計效率，加快產(chǎn)品的設(shè)計。

參考文獻(xiàn)

[1] 董玉德，譚建榮，趙韓.基于約束參數(shù)化的設(shè)計技術(shù)研究現(xiàn)狀分析[J].中國圖像圖形學(xué)報，2002（6）：532-537.