SolidWorks与GH协同的产品多方案设计技术

符 莎

（中山市技师学院，中山 528403)

在现代产品设计中，为了达到特殊的功能或视觉造型效果，经常会使用重复元素进行设计。例如，电器产品的散热孔设计一般会采用镂空的圆孔重复排列，手握式工具的把手通常会用凸起的圆点排列以达到防滑的效果等。在SolidWorks、Creo等工程软件中实现类似的效果，一般会采用阵列等方式。在工程软件中，阵列一般是指以单个设计特征作为源进行线性、圆周或其他形式的排列，使源特征大量重复出现，并按照某种规则排列。阵列工具非常方便，方式多样，基本上可以满足产品设计的需求。但是，阵列工具产生的设计结果往往较为生硬，且阵列工具存在一定缺陷，一旦特征重复数量过高，或源特征、草图较为复杂时，操作将会非常缓慢，甚至可能文件报错导致软件最终崩溃。如果需要对阵列的源特征和参数进行修改，则需要花费大量时间，导致效率低[1]。针对上述问题，需要对SolidWorks进行二次开发[2]，协同外部工具，实现更复杂多变的类似阵列效果。不仅能够达到基本的阵列效果，而且在形式上更加多变。

1 技术流程

SolidWorks中提供了丰富的阵列工具，包含线性阵列、圆周阵列、曲线驱动阵列、草图驱动阵列、表格驱动阵列、填充阵列及变量阵列等，其中线性阵列和圆周阵列较为常用。图1为以圆孔为源特征的几种基本阵列效果。

图1 SolidWorks中以圆孔为源特征的几种基本阵列

这类阵列效果相对单一，仅对圆孔这一源特征按照规则进行简单的重复。从图2的音箱产品图中可以看出，它采用了线性阵列和圆周阵列，设计内容相对呆板，并不能满足设计需求。

图2 基本阵列产品案例

在现代产品设计中，人们对产品形式的个性化需求越来越高。越来越多的产品设计会在产品的造型、材料、表面工艺上做更多创意，使产品能够在众多同类产品中脱颖而出[3]。本文针对SolidWorks阵列结果相对单调的情况，以图2的音箱产品为例，借助外部工具Grasshopper（简称GH）协同，使设计结果更加自然，并产生多种设计方案以供选择。

GH是一种基于Rhino平台的可视化编程语言，具备两大优势：一是通过可视化的程序流，使计算机自动生成可视化结果；二是大量具有逻辑的演化过程被程序循环运算代替，参数的修改直接反映在最终模型结果上，大大提高了设计师的工作效率[4]。如图3所示，程序可迅速获得随机的阵列效果，相对原始的圆形阵列而言更自然和有机[5]。

图3 阵列形式的变形

SolidWorks与GH协同设计的技术流程如图4所示。

图4 协同设计流程

（1）在SolidWorks中选择要进行设计的面，使用展开工具展开该面，并将展开图以DXF格式导出。一般情况下，展开面可以为平面、投影曲面、圆锥曲面以及样条回转曲面等。

（2）将展开图导入Rhino平台，打开GH工具，通过程序块连接方式进行可视化编程，并不断调整参数，获得多组满意的设计图形，以DXF格式导出图形。

（3）在SolidWorks中重新导入新生成的图形，通过包覆工具将图形闭合至所选的面上，选择浮雕、蚀刻或刻画3种模式完成设计。

2 技术实现

通过技术流程的分析可以看出，实现该技术主要有3个环节，其中2个环节在SolidWorks平台上进行，1个环节利用GH工具完成。在SolidWorks平台中完成的内容需要进行二次开发，以便用户快速操作[6]。

2.1 生成导出工具

最终需要在SolidWorks中采用包覆工具对模型进行处理，因此在前期准备过程中需要选择包覆工具支持的曲面类型，即能够为展开的曲面和为输出DXF格式的展开图提供基准面。编写以下代码以供用户创建基准面，展开选择的曲面，并借助工程图工具将展开图以工程图文件DXF格式导出。

设置基准面的程序代码为

程序编写完毕后需生成单独的工具图标，以供用户直接使用。

2.2 GH参数化编程

不同于传统编程工具，GH是一种基于Rhino平台运行的可视化编程语言，主要通过连接预先提供好的各类算法模块形成程序流，最终完成二维图形或三维模型的设计。GH提供了大量算法模块，可以产生不同的造型结果，目前大量应用于产品设计和建筑设计。本文以图2的音箱产品圆周曲面为基础进行造型设计。为导入的音箱侧面圆柱面图形增加如图5所示的程序模块，并设置“孔洞数”“孔洞随机值”“重构曲线控制点数”“重构曲线控制点权重”“曲线缩放值”等参数，用以生成不同形式的曲线。可以看出，调整参数生成的不同曲线如图6所示。

图5 可视化编程

图6 不同参数生成的结果

2.3 生成导入工具

这一环节主要由用户选择曲面，导入GH生成的DXF文件，并将图形包覆在所选的曲面上，默认为蚀刻方式。用户获得结果后，仍可以切换为其他包覆模式。编写以下代码实现导入文件及包覆功能。

在第一个环节中生成的基准面上导入DXF文件的程序代码为

程序编写完毕后生成单独的工具图标，以供用户直接使用，至此面向SolidWorks的二次开发完成。用户可以在SolidWorks一键导出图形，在GH中形成多种图形方案，然后在SolidWorks一键导入图形，最终生成产品的多种方案，效果如图7所示。

图7 产品多方案设计结果

3 结语

GH工具利用参数化思想可以快速生成大量不同的图形结果，与其协同设计可以大大提高SolidWorks的工作效率。该技术流程可适用于各类工程设计软件工具，具有较好的可拓展性，对现代产品设计具有较高的参考价值。