基于SolidWorks的道路信號控制機參數化設計

毛克成 沈旻昊

（南京萊斯信息技術股份有限公司，江蘇 南京210007）

0 引言

隨著我國道路交通的飛速發展、城市化水平的不斷提高，道路交通管理對信號控制機的需求日益擴大，此外，不同地區、不同路段對交通信號控制機的性能要求也各不相同，因此需要研發多系列多型號的信號機以滿足市場需求。

在多系列多型號信號機結構設計過程中，僅尺寸發生變化或可以共用的零部件都需重新建模，如此勢必占用額外的存儲空間，造成重復設計，導致效率降低。因此，本文基于Solid－Works研究道路交通信號控制機參數化設計的方法。

1 零部件參數化設計方法

SolidWorks是一套多功能的集成系統，可用于產品的設計、分析和加工等過程，此外還具有良好的功能擴充性和開發性接口。

基于SolidWorks的零部件參數化設計有以下3種方法：（1）通過自身配置功能并結合Excel建立系列零件設計表來完成參數化設計，其基本流程如圖1所示；（2）采用宏技術通過內部編程操作原始模型，建立標準零件庫；（3）利用尺寸驅動原理，采用外部編程平臺（如VB、VC＋＋）在模型原有基礎上改變尺寸參數，生成新的零部件。第一種方法靈活應用了自身參數化的設計功能，使用方便，不需外部軟件開發，非常便于修改、維護和擴展，適用于簡單形體的參數化設計。后兩種方法開發、維護成本較高，適用于復雜形體的設計。

圖1 基于配置的參數化設計

道路交通信號控制機的組成零部件不繁雜，結構形式也比較簡單。綜上所述，本文采用第一種方法對信號機進行參數化設計。

2 道路信號控制機結構的參數化設計

根據交通信號控制機的功能可將其分成機柜、組件箱、接口板組件、電源控制組件和接線端子排組件這五大模塊，如圖2所示。

對于各型信號機，相應模塊的尺寸大小和空間分布不同，且沒有一定的規律，但是結構形式相同。此外，大部分模塊采用插箱式結構。因而我們可采用分模塊參數化設計，再手動增刪修部分零部件，最后進行整體裝配。如此對計算機性能要求不高，還提高了設計效率，降低了加工成本，便于維修和調試。

圖2 交通信號機結構圖

機柜模塊是信號機的結構主體，因而首先對其進行參數化設計。機柜由機柜框架、門部件、內立柱、手控盒和機頂蓋等組成，如圖3所示。

圖3 交通信號機機柜

在建模前，首先根據機柜的功能確定其總體設計參數，一般機柜的變型都是外形尺寸的改變或是增刪零部件，因而將機柜高度、深度、寬度作為總體設計參數；其次確定自頂向下的模型樹以及各零部件間的裝配關系。

按確定好的模型樹建立機柜模型，這里尤其要注意的是，對于有陣列特征的零部件，在編輯陣列特征時需勾選添加間距尺寸和顯示實例記數。這樣才能將陣列尺寸作為驅動尺寸，為之后的參數化建模奠下基礎。然后對各零部件進行參數化設計。

由于各零部件參數化設計過程基本一致，因而這里僅詳述機柜框架參數化設計的過程：（1）右擊設計樹的注解，勾選顯示特征尺寸并查看尺寸名稱；（2）重命名特征尺寸，遵循顧名思義的原則，例如將尺寸1 156mm命名為機柜高度，這樣便于變型設計時尺寸參數的修改；（3）將相應的尺寸進行鏈接，以減少參數的個數；（4）在配置菜單列表下，創建并編輯系列零件參數表，定義各驅動參數，命名各配置名稱并修改驅動尺寸；（5）顯示所需要的零件配置。

在機柜各零件的參數化模型均建好后，在機柜裝配體的配置菜單下創建系列零件設計表。設計表應包含各零件的相應配置及裝配關系。其中應將各零件配置“＄狀態＠零件”手動改為“＄配置＠零件”，然后在相應列填寫該零件的配置名稱。如此，機柜的參數化模型便建好了。

若對信號機進行變型設計，將機柜的寬度由原來的375mm改為450mm，高度由原來的1 156mm改為1 300mm，僅需修改設計參數。首先確定這兩個參數對機柜的哪些零部件有影響，機柜寬度和高度的改變會影響機柜框架的寬度和高度、長加強筋的高度、機頂蓋的寬度、機柜門的高度；然后對這些零部件的系列零件設計表進行相應尺寸的修改，從而生成新的配置，完成變型設計，如圖4所示。

圖4 信號機配置前后對比圖

依此對信號機的其他模塊進行參數化設計。在進行新型信號機設計時，驅動參數生成各模塊的新配置，再手動裝配各模塊。若需增刪零部件，再手動進行修改。

3 結語

本文根據交通信號機的功能對其采用分模塊參數化設計，并詳述了通過SolidWorks自身配置進行參數化設計的過程。隨著參數化模塊和標準零件庫的建立，不僅可以繼承已有的技術成果，減少重復設計，實現各型號共用；還能節省經費，縮短開發周期；而且可以提供一個變型設計平臺，以滿足用戶的個性化需求，從而有利于保證型號研制的總體質量。

［1］石宇航.智能交通信號控制機［D］.北京：北方工業大學，2008.

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