基于SpaceClaim与Excel的参数化建模及应用
案例主要探讨Space Claim中的参数化能力，并结合实际的分析案例说明如何高效利用其参数化能力。
ANSYS参数化建模
不同于传统的3D软件的建模方式和Design Modeler基于特征的建模方式（图1），可以看到其建模会保留相应的特征建模树。ANSYS Space Claim则采用直接建模方式，可以灵活地堆模型进行快速的修改，并不记录任何模型的修改过程（图2），其参数化可以通过创建组来实现，其具体实现方式是拉动工具或移动工具被激活的状态下，选择集 合相关的尺寸，即可将该尺寸创建组保存为参数化的驱动尺寸，以备后续在ANSYS的具体分析中用作参数。通过以下对比（表1）可以发现，基于特征的建模和基于Space Claim的动态建模之间的差异。
表1 Space Claim建模与Design Modeler建模的对比
图1 Design Modeler基于特征建模 图2 Space Claim建模
ANSYS Space Claim中支持的参数化方式主要有以下几类：
1) 尺寸参数化：将模型的几何尺寸定义为参数，通常借助拖动工具来实现;
2) 位置参数化：将需要参数化的零部件的位置设定为参数，通常借助移动工具来实现；
3) 参数间函数：借助EXCEL的计算和函数来驱动尺寸和位置参数的改变；
4) 表达式：在建模的过程中直接利用表达式来定义需要参数化的尺寸。
打开ANSYS Space Claim默认情况下，菜单栏中并没有EXCEL(如图3所示),需要通过以下设置以实现在菜单栏中显示EXCEL（如图6所示）。
1) 在file中选择Space Claim options（如图4）；
2) 在Space Claim options中，选择Add-Ins，然后选择Excel Dimension Editor（如图5所示）；
图3 ANSYS Space Claim默认菜单栏
图4 ANSYS Splace Claim options选项 图5 Excel Dimension Editor
图6 ANSYS Space Claim菜单栏（Excel显示）
打开Excel dimension editor后，即可在ANSYS Space Claim中创建基于EXCEL的参数化模型，通常需要以下步骤：
1) 创建驱动尺寸，选择相应的特征进行拖拉或者选择部件进行移动，将其尺寸或者位置参数进行参数化；
2) 将所有的参数定义完毕后，选择菜单栏中的Excel，鼠标左键单击create按钮；
3) 创建好的驱动尺寸以Excel表的形式显示；
4) 在Target Value一栏直接键入新的尺寸值或者通过表达式计算键入新的尺寸值。
5) 设定完新的尺寸后，单击Excel下的update按钮即可更新模型。
Crash Frame的参数化建模
在产品的租赁使用场景中，机组经常需要从一个地方运输到另外一个地方，为了提高运输和机组安装的效率，设计团队考虑为机组增加专门用于机组安装和吊运的框架结构（图7），称之为crash frame。结合机组的结构设计，框架结构的设计需要考虑以下方面：
1) 机组中不同部件的重量差异较大，因此在考虑和选择机组与其安装框架的减振器规格时，传统的解决方案是对一台机组，根据其重量的分布，选择不同规格的减震器。这样在安装现场容易出现的问题是，减震器的位置安装错误；
2) 机组产品的模块化和系列化设计，需要考虑为系列化的机组长度提供不同长度的安装和吊运框架；在框架结构的设计中，需要合理为不同长度的机组确定其叉车槽位置、底部和顶部吊运孔位置、减震器的支撑位置。
由于Crash frame的主要功能是在机组的租赁使用中方便机组的高效安装，调运。其结构设计除了满足强度和刚度的要求，还需要考虑支撑机组的减震器（一般为6个~10或者12个橡胶减震器）安装位置，crash frame的叉车搬运，吊车从底部或者顶部的调运。因此，还需要从安装的角度考虑，确保crash frame各个功能部件之间留有允许的安装空间。通常这部分工作由结构设计团队来完成，然后将设计模型作为输入给结构分析团队进行分析确认，然后再将分析结果以及相应的改进方案反馈给设计团队，如此反复，直到找到满足安装要求，强度要求，刚度要求的结构设计方案。然而这种协作方式效率非常低下，完全不能满足当前缩短产品开发周期，快速响应市场的要求。
因此结构分析团队采用建立参数化模型的方式，快速建立参数化模型，基于参数化模型实现设计方案的优化。同时利用space claim与Excel之间的参数交互，可以在Excel中快速修改参数Target Value的值即可更新模型。以下仅以减震器的位置参数化为例简要说明crash frame参数化建模的过程。
1) 将减震器的安装位置设定为优化的参数；因此可以通过移动减震器的支撑，然后将其位置定义为参数，需要定义完所有减震器的支撑位置参数，然后在选择Excel菜单栏，然后创建基于Excel的参数化驱动模型。下图（图8）为完成参数化的模型。
2) 选择菜单栏EXCEL，然后单击create即可快速生成带有参数的excel，如下图（图9）所示，在excel中可以增加相应的备注，以说明参数的含义（如下表2所示）。
图9 创建基于Excel的参数化模型
表2 自动创建基于Excel的参数化模型的参数
3) 在Target Value一栏直接键入新的尺寸值或者通过表达式计算键入新的尺寸值。然后直接点击update即可更新模型。当前也可以选中Auto update则可以实现自动实时更新（图10）。表3列出了对应的current value以及target value的值。更新完成后current value即为Target value，可以修改target value完成新的参数化模型的更新，更新完成后的减震器位置如图11所示。
图10 基于Excel更新参数化模型
表3 自动创建基于Excel的参数化模型的参数
图11 减震器位置更新后的参数化模型
4) 在Excel中除了可以增加相应的备注外，还可以利用excel的函数功能，强大的计算功能以及利用excel来快速确认crash frame主要结构部件之间的距离，以满足部件安装空间的要求。在本案例中，结合机组的重心位置先确定叉车槽的位置，以及底部顶部调运时相应部件的位置，最后优化减震器的位置时，要求减震器的位置离相应部件的距离保持合理的安装空间距离，以便现场安装。
结论
1) ANSYS Space Claim提供了高效的直接建模工具，可以通过对特征的拖拉以及部件的移动来快速修改模型，并建立参数化的模型.
2) 利用Excel可以方便管理和分析参数化模型的相关参数，并且可以充分利用Excel的功能，对模型的参数进行可视化的显示；
3) 基于Space Claim及Excel不仅可以高效建立参数化的模型，同时也方便后期的设计方案优化以及确定不同参数之间的关系（参数见关系可能对应结构设计中的允许安装空间）。
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