参数化设计概述

参数化设计(Parametric Design)，就是根据产品零部件的性能参数，确定

其几何形状或结构尺寸的一种设计方法。也就是说把这些尺寸看成是“设计条

件”的函数，当设计条件改变时，零、部件图形的尺寸可以随时得到相应改变。

参数化设计有两种涵义：

(1)绘图软件本身具有参数化功能。

任何交互式的尺寸改动都会导致整个模型的改变，也就是说，只要修改了模

型中的某一个尺寸，则整个图形中与此相关的尺寸都会自动更新。这种方法主要

适用与结构不是太复杂的图形。

(2)应用程序具有参数化功能。

通常由用户或第三方开发出的一些应用程序，主要针对某一领域具体问题，

进行参数化设计。

即该应用程序负责与用户交互，当需要修改某一尺寸时，应用程序负责更新

该尺寸及与之相关的其他尺寸。这种方法的编程量很大，另外，要修改图形时，

需要重新运行程序。

目前，尚无将这两种方式结合起来的软件系统，一般所说的参数化设计均指

第二种方式。

参数化设计的基本思想

参数化设计系统中涉及到的基本技术和思想主要有：轮廓(Profile)、草绘

(Sketching)、尺寸驱动(Dimension Drive)、变量驱动、设计合理性检查和动态

导航(Dynamic Navigator)等。

1.用轮廓法体现设计思想

参数化设计系统引入了轮廓的概念，轮廓由若干首尾相接的直线或曲线组

成，用来表达实体模型的截面形状或扫描路径。轮廓上的线段(直线或曲线)不能

断开、错位或者交叉。整个轮廓可以是封闭的，但也可以是不封闭。

虽然轮廓与生成轮廓的原始线条看上去几乎一模一样，但是它们有本质的区

别。轮廓上的线段不能随便被移到别处，而生成轮廓的原始线条可以随便地拆散

和移走。这些原始线条与通常的二维绘图中的线条本质上是一样的。

2.尺寸驱动

如果给轮廓加上尺寸，同时明确线段之间的约束，计算机就可以根据这些尺

寸和约束控制轮廓的位置、形状和大小。计算机如何根据尺寸和约束正确的控制

轮廓是参数化的一个技术关键。

所谓尺寸驱动就是当设计人员改变了轮廓尺寸数值大小时，轮廓将随之发生

相应的变化。

3.变量驱动

变量驱动也叫做变量化建模技术。变量驱动将所有的设计要素如尺寸、约束

条件、工程计算条件甚至名称都视为设计变量，同时允许用户定义这些变量之间

的关系式以及程序逻辑，从而使设计的自动化程度大大提高。变量驱动进一步扩

展了尺寸驱动这一技术，给设计对象的修改增加了更大的自由度。

4.相互制约

所有的零件在装配中都不是孤立存在的，在参数化设计系统中，一个零件的

尺寸可以用其他零件上的尺寸和位置参数来确定，这样做可以保证这些零件装配

后自动具有相吻合的尺寸，从而减少人为的疏忽。

5.合理性检查

在传统的人工设计工程中，尺寸不足、多余和相互矛盾是很难避免的，然而

在参数化设计系统中，计算机能够帮助设计人员正确地标注尺寸，过多和过少的

尺寸都能被计算机发觉，计算机会在适当的时候向设计人员显示提示信息。

6.动态导航

动态导航提供了一种指导性的参数化作图手段，与设计人员达成某种默契，

从而提高设计效率。根据当前光标位置，动态导航能猜测用户意图，然后用直观

的图标将所猜测的约束显示在相关图形的附近。

7.结构规划

在进行产品的设计前，根据产品的设计要求，对产品的整个设计需要进行大

概的勾勒。这种前瞻性的勾勒主要是确定产品的重要参数，而不涉及产品的具体

细节，属于概念设计的范畴，这被称为结构规划。在以后的设计中，产品的装配

和零件设计可以引用结构规划中定义的参数，这样从总体上保持设计的一致性。

参数化设计的原理

参数化绘图的原理是，首先分析图形的特点，确定图形的基本要素及特征点

的序列，建立图形的几何尺寸和结构尺寸的关系，此时尺寸约束作为变量来定义。

在工程设计中，所以图形都可以分解为点、直线、圆和圆弧这四种基本图元，在

二维图形中，几何信息表示为图形元素的关键点(如点的坐标、直线的起点和终

点、弧的起点和终点和圆的圆心)，基本图元用多种参数表示，程序开发人员将

这些拓扑关系及控制变量信息编制成程序，这样就设计出一组在形状和功能上具

有相似性的产品模型，当修改图形数据库时即可生成不同尺寸的图形实体。因此，

参数化绘图也可叫做参数化编程。

参数化技术的主要方法

目前参数化技术大致可分为如下三种方法：(1)基于几何约束的数学方法;(2)

基于几何原理的人工智能方法;(3)基于特征模型的造型方法。其中数学方法又分

为初等方法和代数方法。初等方法利用预先设定的算法，求解一些特定的几何约

束。这种方法简单、易于实现，但仅适用于只有水平和垂直方向约束的场合。代

数法则将几何约束转换成代数方程，形成一个非线性方程组。该方程组求解较困

难，因此实际应用受到限制。人工智能方法是利用专家系统，对图形中的几何关

系和约束进行理解，运用几何原理推导出新的约束，这种方法的速度较慢，交互

性不好。特征造型方法是随着三维实体造型技术的发展而产生的。

参数化绘图

几何和尺寸约束帮助确保在对象修改后还保持特定的关联及尺寸。创建和管

理几何和尺寸约束的工具在“参数化”功能区选项卡，它在二维草图和注释工作

空间中均自动显示出来。

建立几何关系

几何约束建立和维持对象间、对象上的关键点或和坐标系间的几何关联。同一对

象上的关键点对或不同对象上的关键点对均可约束为相对于当前坐标系统的垂

直或水平方向。例如，你可指定两个圆一直同心、两条直线一直水平，或矩形的

一边一直水平等。

应用几何约束

几何关系通过几何约束来定义，它位于功能区的“参数化”选项卡的“几何”面

板上，或直接使用 GEOMCONSTRAINT 命令。当使用约束后，光标的旁边会出现一

个图标以帮助你记住你所选定的约束类型。

在约束到点时，当光标移动到对象上时，会在最接近的点上出现一个临时的标记

以做识别。它通常与可作为对象捕捉的点相一致。

无论选择对象或对象上的点进行约束，点取位置的顺序将影响对象怎样更新：选

定的第二个对象将按照约束的条件进行更新。在使用约束后，不管哪个对象做过

修改，另外的对象将会更新。

自动约束

你可使用“自动约束”功能来进行自动约束，它在“参数化”选项卡的“几何”

面板上。自动约束将自动应用约束到指定公差内的几何形状。例如，应用自动约

束到由四条线段组成的矩形，生成合适的相等、水平、平等和垂直约束以在各种

编辑后维持矩形形状。你可控制哪个约束为可用，按哪种次序应用，而公差是确

定哪种约束为自动应用。这些控制在约束设置对话框中的“自动约束”选项卡中

可以修改，该对话框可通过“参数化”选项卡或 CONSTRAINTSETTINGS 命令进行

访问。

约束标记

约束标记显示了应用到对象的约束。你可使用 CONSTRAINTBAR 命令来控制约束

标记的显示，也可以通过在“参数化”功能区选项卡的“几何”面板上的“显

示”、“全部显示有”、“隐藏”选项来控制。

当约束标记显示后，你可将光标对准约束标记来查看约束名称和约束到的对象。

你也可以通过约束设置对话框中的“几何”选项卡来控制约束标记的显示。选项

包括可调节哪种类型的约束显示在约束标记中、设置透明度以及应用约束到选定

对象后自动显示约束标记而不管当前约束标记的可见性设置。

建立尺寸关系

尺寸关系设置的是几何体尺寸的限制。例如，你可使用尺寸约束来指定圆弧的半

径、直线的长度或两个平行线间的距离一直保持一定的距离。更改尺寸约束的值

将会迫使几何体改变。

你可通过“参数化”选项卡上的“尺寸”面板或 DIMCONSTRAINT 命令来创建尺

寸约束。有 7种类型的尺寸约束，它与不同类型的标注相似：线性、对齐、水平、

垂直、角度、 半径和直径。实际上，你可使用 DIMCONSTRAINT 命令来转换传统

的村注尺寸到对应的尺寸约束。

尺寸约束在创建时会分配一个名称。尺寸约束的文字或显示其名称、值或它的名

称和公式(名称=公式或方程或值)。一个“锁定”图标显示会显示在所有尺寸约

束的侧面以帮助你在视觉上与常规的标注尺寸相区别。默认下，尺寸约束按照固

定的系统样式显示出来，它不随缩放而变化。

你可控制尺寸约束的显示，包括锁定图标的可见性，设置可在约束设置对话框中

的尺寸选项卡中。

编辑尺寸约束很简单，使用夹点或双击尺寸文字并输入值。当双击时，约束名和

表达式将自动显示而不管约束格式的设置是怎样。你可只输入值、或使用“名称

=值”的格式输入名称和值(例如，宽度=1.5 或 宽度=长度/3)。你可重命名尺寸

约束，并使用那些在公式中定义了的名称来设置其它约束的值。例如，如果有一

矩形带有名称为“长度”和“宽度”的约束名，你即可定义“宽度”的值为“长

度/3”来约束矩形的宽度为长度的 1/3长。

用户定义参数

在功能区的参数管理，除了可管理尺寸约束外，还可以创建和管理自定义参数。

你可为某一参数提供一个有意义的名称并给出数值或带表达式的公式。参数的表

达式可引用其它参数以便其它参数值更改时该值也会自动更新。

约束形式

尺寸约束可表现有两个形式之一：注释或动态。两种形式都通过相同方式控制几

何形状，但他们在外观和管理方法上有所不同。

动态尺寸约束不规定做为打印注释，它们有预先定义的不能修改的样式。显示的

高度受 BPARAMETERSIZE 系统变量控制。动态约束的可见性可用各种方式控制。

第一，可用功能区上的两个图标来控制所有动态约束的显示或隐藏。第二，就算

动态约束是隐藏的，也可以在选定约束对象时，使用约束设置对话框中的复选框

或 DYNCONSTRAINTMODE 系统变量来显示它。最后，就算动态约束设置为“显

示所有”，也只有所约束对象中的某一个可见的情况下(对象所在的图层为打开

状态和解冻状态)，它才能显示。

注释约束看起来就象是标注对象，管理方法也是一直的。它与常规标注尺寸有一

样的属性，包括样式。注释约束规定做为打印尺寸约束。

你可指定默认情况下使用哪种约束形式，它通过 CONSTRAINTFORM 系统变量来指

定。还有，当使用 DIMCONSTRAINT命令创建新的尺寸约束时，可指定约束形式。

甚至在创建了尺寸约束后，也可通过属性选项板来更改约束形式。

参数化：几何约束

参数化特性是 AutoCAD 2010 中新增的功能，这个功能能够使 AutoCAD 对象变得比以往更

加智能！参数化绘图的两个重要组成部分就是几何约束和尺寸约束——现在都已经集成在

AutoCAD 中。几何约束支持对象或关键点之间建立关联。传统的对象捕捉是暂时性的，而

现在，约束被永久保存在对象中，以能够更加精确的实现设计意图。例如，您可能希望两条

线段始终保持垂直状态，或使一个弧形和一个圆形始终保持同心状态。Ribbon 是定义几何

约束的有效方式。我们可以利用“参数化”选项卡添加和控制几何约束。同时也可以使用“几

何约束”进行命令，方法多样，就看咱们习惯用哪个了。

添加约束

添加约束时只需选择一个几何约束工具（例如“平行”），然后选择两个我们希望保持平行关

系的对象。选择的第一个对象非常重要，因为第二个对象将根据第一个对象的位置进行平行

调整。所有的几何约束都遵循这个规则。

约束特性快速入门：

对象上的几何图标表示所附加的约束。可以将这些约束栏拖动到屏幕的任意位置，也可以通

过选择 ribbon 界面上的“隐藏全部”或“显示全部”功能将其隐藏或恢复。“显示”选项选择希望

显示约束栏的对象。还可以利用“约束设置管理器”对多个约束栏选项进行管理。

自动约束

这是一款有史以来最棒的工具！选定一组之前绘制的对象后，AutoCAD 将自动根据我们的

需求对其进行约束。利用“约束设置管理器”中的“自动约束”选项卡，能够设置优先级和容限

等参数，同时如果我们不想使用 ribbon，“约束设置”命令也可以实现相同的效果。

参数化：尺寸约束

AutoCAD 中的几何体和尺寸参数之间始终保持一种驱动的关系。我们绘制一条长度适当的

线段，然后修改它的尺寸参数。根据尺寸对几何体进行驱动意味着什么？当我们改变尺寸参

数值时，几何体将自动进行相应更新！这正是 AutoCAD 2010 的新特性之一。“尺寸约束”位

于 ribbon 界面中“参数化”选项卡的中部。同样我们也可以使用“尺寸约束”命令。

我们可以在这里找到标准类型的尺寸，而且这些尺寸能够对几何体进行驱动。例如，我们使

用“半径”选项改变一个圆形的尺寸，然后通过简单地改变尺寸参数值对该圆形进行控制。如

此，对几何体进行尺寸约束、尺寸变更和尺寸限定就变得容易很多了。当两个孔需要始终保

持 3mm 的间距时，就可以通过尺寸约束强制保持此距离，而几何体其它部分发生的任何变

化都不会对其产生影响。同时，我们可以使用“尺寸限定（DIMCONSTRAINT）”命令将传

统的尺寸转化为新的约束尺寸。

“锁定”图标能有效区分约束尺寸和传统尺寸。它们的尺寸是恒定缩放的（始终保持同一尺

寸），几何约束尺寸不可变更。每个图标都指定一个名称，例如 D1 或 Ang1。可以通过参数

管理器对这些名称进行全面定制，此外，我们还能创建我们自己的用户参数。同时可以根据

其它参数值对表达式进行设置。

约束设置管理器能够对尺寸约束的显示进行控制。可以利用其只显示参数值而不显示表达

式，或关闭“锁定”图标。

通过双击尺寸文本或在参数管理器中改变参数值，对尺寸约束进行编辑也会变得非常简单快

捷。还可以将约束更名为我们更喜欢或者更恰当的名称。变更为标注尺寸尺寸约束可以打印

吗？一般来说都会产生疑问，但是只需选定希望打印的尺寸，然后使用“特性管理器”将其

转化为标注尺寸即可。您还可以控制样式和大小。

而且令人高兴的是，它们仍为标注智能几何约束，这意味着我们依旧可以简单方便地通过双

击改变这些参数值！

同时要提醒大家，如果您希望从一开始就使用标注尺寸，请将“CCONSTRAINTFORM”系统

变量设为“1”或在“尺寸约束”命令中选择“形状”选项。