介绍了基于参数化技术的自顶向下设计过程和实施方法，提出了以“顶层基本骨架”——TBS模型作为自顶向下设计时信息传递纽带的思想，并以三维参数设计软件Pro/ENGINEER为平台，结合产品设计实例，实现了以“顶层基本骨架”为核心自顶向下的零件设计和模具设计过程。该设计思想和方法支持并行工程及工作组之间的协同设计和相关设计。

1 参数化技术与TBS模型

1.1 参数化技术与自顶向下设计

在CAD中，参数化技术是采用参数预定义的方法建立图形的集合约束集，指定一组尺寸作为参数使其与几何约束集相关联，并将所有的关联式融入到应用程序中，然后以人机交互方式修改参数尺寸，通过参数化尺寸驱动实现对设计结果的修改。参数化设计过程中，参数与设计对象的控制尺寸有明显的对应关系，并具有全局相关性。参数化设计不同于传统的设计，它储存了设计的整个过程，能设计出一族而非单一的在形状和功能上具有相似性的产品模型。正是有了这种参数化建模技术，才使得数据的改变在不同层次（如：不同的子装配系统和不同的零件）之间的传递变得唯一和即时。这样，才有了真正意义上的“自顶向下”设计，及以这种设计为基础的并行设计，后者是团队设计的基础。图1描述了这种“自顶向下”设计方法的工作流程。

1.2 “顶层基本骨架”概念的提出

自顶向下设计是首先从产品的顶层开始，通过在装配中建立零件来完成整个产品设计的方法，这种设计方法在产品的概念设计环节尤为重要[1~3]。为此，我们在产品设计的最初阶段，按照该产品的最基本功能和要求，在设计顶层构筑一个“基本骨架”，称之为“顶层基本骨架”（Top Basic Skeleton——TBS），随后的设计过程基本上都是在该“顶层基本骨架”的基础上进行复制、修改、细化、完善并最终完成整个设计的过程。

传统的装配是零件之间的互相贴合，定位或者对齐。而在自顶向下设计中的装配则是子装配及零件都装配在同一基准即顶层基本骨架（它包括基准点、线、面；空间的点、线、面或者是产品的点、轮廓线、轮廓面等）上，最后用这个可以不断变更、发展的顶层基本骨架来控制整个产品的设计（包括设计的变更）。

1.3 TBS的主要功能

1.3.1管理

顶层基本骨架可以被用来管理大型的装配设计，允许设计者仅仅调出顶层装配的的基本骨架到内存中，来控制整个产品的设计及其更改。顶层基本骨架包含了重要的设计基准，如：基座的位置，产品的外形、子装配、零件、及设计参数（如：最重要的尺寸所需要的空间要求）。可以在顶层对基本骨架进行更改，而这些更改将会被传递到其下的所有子系统中。

1.3.2 组织

顶层基本骨架可以增强零件在装配中的相互关联和依赖性。这些存在于实际装配之中的相互关联和依赖关系可以很好地在最初的总体布局中被捕获并抽取出来，构成顶层基本骨架，为子装配和零件所享用。在稍后举出的手机产品和模具的设计实例中，将体现出这种组织上的“关联性”：手机的按钮是由面板上的孔所定位，两者的形状和位置都由面板所控制。于是，当面板的形状和它上面的孔的位置改变时，按钮的形状和位置会跟着作相应的变更。

1.3.3 共享数据

一个有组织的装配骨架允许信息在不同层次间能够被共享，如果在某一层发生改变，那麽和它相关联的装配和零件都能够获得这种最新的改变。这种好处是使得团队合作成为可能，在这个团队中有不同的子团体和个体，他们分别在进行不同的子装配和零件设计，由于这种数据的共享和在内存中存在的唯一性，使得一个复杂的装配设计在早期就可以分解成不同的、简单的子装配和零件，进而分配给不同的子团体和个人。从而体现出“顶层基本骨架”设计思想对并行工程的支持。

1.3.4 变更的传递

可以用顶层基本骨架来控制变更。产品的变更结果是在零件中产生而在产品的顶层实施。具体方法是：在装配的顶层通过对捕捉到的设计意图进行更改，再通过参数设计的关联性将这种变更传递给下一级子装配或零件以及相应的模具，直至反映到NC加工的程序编制中。

以顶层基本骨架作为信息传递纽带，实现自顶向下设计的工作原理如图2所示。

2 “TBS”的建模方法

2.1 构建“骨架模型”

顶层基本骨架的最初构思是受到二维设计中2D Layout的启发，即在产品设计的最初阶段，按照该产品的最基本功能和要求，在顶层构筑一个骨架模型，用来定义一个装配体的基本功能要求、基本结构和全局参数及参数之间的顺序依赖关系，其零部件可以是一个概念上的三维图形或参数草图，然后建立参数、尺寸之间的关系和零部件自动定位所需的全局基准。

骨架模型是一个组件式的框架，它定义各组件设计的框架、空间要求、界面及其它几何、物理属性，是“顶层基本骨架”的重要组成部分，但骨架模型并不顾及组件的具体尺寸和细节。在构筑骨架模型时，更注重在最初的产品总体布局中捕获和抽取各子装配和零件间的相互关联性和依赖性。在设计后期，使用置换功能，用一个个具有实际功能形状的复杂零部件替换原始三维草图中的简单图形，从而实现自顶向下设计的全过程。

2.2 复制“几何参照”和“基准参照”

通过“复制”机制实现骨架模型在三维空间中的映射。复制的重点是：基准点、线、面；空间的点、线、面或者是产品的点、轮廓线、轮廓面等。包括：

1. 内部复制几何参照 对于主装配的“顶层基本骨架”而言，其几何参照的复制在系统内部产生。

2. 外部复制几何参照 对于子装配的“顶层基本骨架”而言，其几何参照的复制在系统之间或零件之间产生。

3. 基准参照的复制 构建“顶层基本骨架”时，点、线、面及坐标系等的复制。

通过在系统内部或系统之间复制几何参照，可以在整个装配或子装配内建立统一的设计标准，并且为传递大量信息提供一个简单易行的方法。

2.3 顶层基本骨架的内涵