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參數化建模范文第1篇

關鍵詞：轉向器；齒輪齒條；參數化；建模

0引言

根據某車的性能參數、市場需求及價格定位來對該車的轉向系統進行設計，結合同級車型的轉向器的選取將本次設計的轉向器確定為齒輪齒條式轉向器。對本次設計的轉向器的結構形式和在汽車中的布置形式進行分析確定。

1選型

由于直齒圓柱齒輪和直齒齒條嚙合會使轉向器的運轉平穩性下降，沖擊增大，工作噪聲增加等，本次設計采用的是斜齒圓柱齒輪與斜齒齒條嚙合，可以使轉向器的重合度增加，運轉穩定、沖擊力和工作噪聲都有所減小，并且這樣設計使齒輪軸軸線與齒條的軸線之間的夾角更符合本次的設計要求，降低了設計難度，簡化了設計過程。從上述分析可以看出，齒條圓形斷面不僅滿足了本次的設計要求，而且制作工藝比較簡單，結構也比較簡單；有效地降低了設計難度和制造成本。所以選擇的是齒條斷面形狀為圓形[1-2]。最終的方案確定為：側面輸入兩端輸出的輸出形式；齒輪齒條為斜齒；齒條斷面形狀為圓形。

2參數化建模

CATIA是法國達索公司于1975年起開始發展的一套完整的3DCAD/CAM/CAE一體化軟件。在對于小齒輪的建模主要用到起3D建模功能。由于采用包絡原理仿真法建模，以小齒輪作為刀具，齒輪的建模精度直接影響到齒條的精度。通過熟悉軟件的相關功能，并根據齒輪的相關幾何特征，參考其他軟件中的建模方法，總結出的CATIA建模方法，主要步驟如下[3-4]：在CATIA中的f（x）工具輸入齒輪參數，通過fog功能定制齒輪漸開線的公式，繪制基圓、分度圓、齒根圓、齒頂圓及漸開線。將輪廓線與齒根圓倒角。建立一個平面A（通過z軸和漸開線與分度圓的交點），再建新平面B與A平面成一夾角，轉角基準為Z軸，將輪廓線關于新建的對稱平面做鏡像，將輪廓線剪裁出來。平移和旋轉工具，做出另一端面的輪廓線，用多截面曲面multisections做出齒曲面，插入零件設計模塊，用closesurface命令分別將兩個曲面閉合成實體，用環形陣列將齒輪的所有輪齒陣列出來得到齒輪。在零件設計模塊中制作出的齒輪軸三維模型。結合齒輪和齒條的尺寸和配合尺寸，在考慮加工和輕量化等條件下進行建模。支架和齒條套建模。在catia轉配設計模塊中將上面所有零件進行裝配，裝配出的轉向器三維模型如圖1所示。

3結論

本設計通過資料的查詢，了解到轉向器的結構、原理以及國內外的發展，對轉向器的分類和不同車型上的使用進行了分析。同時對轉向器的設計也有了初步的方案；對轉向器的類型的確定—齒輪齒條式轉向器。

參考文獻：

[1]胡海峰.轉向器齒輪齒條設計與受力分析[J].科技創新與應用，2013.

[2]賈巨民，張蕾，唐天元，吳宏基，劉健.汽車變速比齒輪齒條式轉向器的嚙合原理[J].機械科學與技術，1998.

[3]鄒光明，尹志朋，王東雄，劉源泂，汪豪蒂.基于不完全齒輪齒條機構的小車轉向系統研究[J].機械工程師，2014.

參數化建模范文第2篇

一、三種傳統參數化建模方法及其缺陷

方法一：使用特征與參數相結合的方式完成回轉支承結建模，是最基礎的參數建模方法，僅適用單種結構形式。

方法二：使用特征、參數、關系相結合的方式建模，運用Pro/PROGRAM對模型特征進行顯隱控制來完成單種系列的回轉支承建模。這種建模方式雖實現了回轉支承的參數化建模，但存在以下問題：①建模者必須依據相關標準或將自己定義的回轉支承參數輸入到基礎模型中，再生模型。②建立的各回轉支承模型間，除建模方式一致外，無關聯，無法體現模型的系列化。③在主機廠的設計過程中，對回轉支承選型方面，無法提供幫助。本文所提及的方法一定程度上借鑒了該方法，并對其進行了改良，以實現更多的功能。

方法三：通過結合Pro/Toolkit與VC++對Pro/ENGINEER進行二次開發實現回轉支承建模。此方法的開發難度較大，開發成本高，開發者需熟練運用三項軟件，另外Pro/Toolkit不屬于Pro/ENGINEER標準模塊，且該模塊價格昂貴。

二、標準與模型特征結構分析

以JB2300-1999為例，該標準將回轉支承按照滾道形式的不同，分為單排四點接觸球式、雙排異徑球式、單排交叉滾柱式、三排滾柱式四個系列；又分為三種傳動形式，即無齒式、外齒式、內齒式；另外安裝孔形式也分為螺紋孔和通孔。

回轉支承根據所屬系列的不同、傳動形式的不同、安裝孔形式的不同可衍生出二十四種結構形式。雖結構形式較多，但可結合J B2300-1999的型號編制方法與基本參數表來表示其結構尺寸，同時這方面也就形成了回轉支承的參數化建模與族表管理的基礎。

另外，在JB2300-1999參數表中出現了齒輪變位系數x ，而沒有規定x 數值，但規定了齒頂圓d a直徑。根據相關公式進行換算可得x=0.4，但實際應取x=0.5，原因為目前各回轉支承制造廠商均以x =0.5進行齒輪變位，再以參數表中d a值對內外圈加工。

三、參數化建模

1.參數類型及定義

首先，根據回轉支承的基本參數表定義結構參數，如圖1和表1。其次規劃漸開線齒輪繪制所需要的齒輪參數，如表2。表2的參數需通過表1，結合齒輪與漸開線繪制的相關公式計算生成。最后，規定安裝及傳動參數，如表3。

特殊用途參數定義的目的是為了使參數化建模更簡捷方便。如外圈安裝孔，當外圈安裝孔為螺紋孔時，采用dm1=M14，L=28mm；外圈安裝孔為通孔時，dn1=16mm，通孔無孔深，但實際上孔的深度等于內外圈高度即L =50mm，如此應兩組參數對應兩個孔特征。為簡化建模步驟，在此省略螺紋孔的繪制，用盲孔替代，設定ASM_ND1參數為安裝孔徑，ASM_NH1為安裝孔深度。在后續的關系設定中通過結構形式的判定，對孔徑、深度進行賦值，如此即可用一個孔特征來完成該步驟建模，如圖2。

2.全特征基礎建模

在J B2300-1999標準的基本參數表中挑選一組參數，進行相關計算后將參數填入之前創建的參數表，在“Part_No”參數中填寫“BASE”標識該模型為基礎模型。然后依據填寫的參數尺寸，對內外圈分別進行建模，內外圈建議建模順序為：①結構體基礎拉伸；②安裝孔及其陣列；③外（內）齒輪特征組；④黃油孔及其陣列；⑤中心滾道的旋轉實體去除。

建模中應該注意以下幾點：①確保二十四種結構的任何一種特征都存在于模型中。例如，同時在內圈和外圈中創建齒輪；各種黃油孔特征都放置在模型上，如01系無齒、內齒結構形式的黃油孔放置在外圈圓柱表面，01系的外齒結構放置在外圈下表面，而在本模型中兩處都應放置；②除結構體基礎拉伸外，其他特征建立完成后應進行隱含，防止特征間的參照問題導致后續模型的再生失敗，待建模完全結束后恢復各隱含特征；③齒輪特征組的制作在其他文獻中已有詳細描述。結果如圖3所示。

同時，需建立滾動體模型，即鋼球、滾柱兩種模型，并根據J B2300-1999中鋼球、滾柱的規定及參數表對模型創建族表。若無特殊需求，如主機廠設計者并不需要對回轉支承的內部結構進行分析，則建議省略滾動體及其陣列特征，甚至是滾道特征，以減少在Pro/ENGINEER的內存消耗。

3.參數化驅動模型

完成基礎建模后，打開Pro/ENGINEER工具菜單中的“關系”，在查找范圍中選擇特征（對于旋轉及拉伸特征建議選擇截面），并依次對各個特征的尺寸參數等進行參數賦值，實現參數化驅動，如圖4。

4.關系運算及參數賦值

參數化驅動完成后，打開Pro/ENGINEER工具菜單中的“關系”，在組件中創建關系公式。參數化建模階段，完成組件參數關系需進行以下三個步驟。

第一，根據“Part_No”選項判定模型的結構形式，并賦值于參數P_Ty pe。在關系中僅可以運用“If...EndIF”語句進行條件判定，判定的依據為讀取“Part_No”中的字符串類型。其中需多次運用到函數extract（提取的字符串，提取起始位，提取位數）來提取“Part_No”中的信息，如If extract（Part_No，1，2）==”10”；P_Type0=1；Endif；本語句用于判定該結構形式是否屬于單排四點接觸球式系列，同理對其他系列、傳動方式、安裝孔及黃油孔的布置方式進行一一判定。

第二，根據“P_Type2”的類型為條件，對齒輪參數、安裝孔參數賦值。

If P_Type2==1；

判定該模型為外齒輪傳動形式，如果為真則進行下列計算；

分度圓直徑CL_1_D=JB_M×JB_Z；

齒頂高CL_HA=（1+JB_X）×JB_M；

齒頂圓直徑CL_1_DA=CL_1_D+2×CL_1_HA；

基圓直徑CL_1_RB=CL_1_D×cos（20）/2；

齒根高CL_1_HF=（1+0.5-JB_X）×JB_M；

齒根圓直徑CL_1_DF=CL_1_D-2×CL_1_HF；

Endif；

結束判定。

同理判定無齒、內齒輪傳動形式。

判定內外圈的安裝孔形式，通孔形式：

If P_Type2==0；

ASM_ND1=JB_DN1；

ASM_DH1=JB_OH1/2；

Endif；

螺紋孔形式：If P_Type2==1；

ASM_ND1=JB_DM1；

ASM_DH1=JB_L；

Endif。

第三，將建立的運算關系及所有參數進行復制，拷貝到內外圈零件中。實現零件與組件的同步。

5.Pro/GROGRAM的特征顯隱驅動

打開內圈零件，記錄齒輪特征組的特征ID，從工具選項卡中選擇“程序”，開啟Pro/PROGRAM，搜索記錄的齒輪特征組特征ID，并在其代碼END FEATURE前，增加語句：If P_Type1==1 | Part_No==”BASE”；尋找特征組中的最后一個特征，在其END FEATURE后添加EndIF。以上做法實現后，如果判定模型傳動形式為外齒輪或者模型為基礎模型（基礎模型顯示全特征），則創建外齒輪特征。同理，我們可以用這種方法來判定應創建的滾道類型、黃油孔類型等，如圖5。

6.基于標準構建族表

接下來在Pro/ENGINEER中選擇“族表”，并創建族表。選擇表1中的參數以及內圈、外圈、滾動體元件作為族表的列。添加結束后，選擇用Excel編輯，將JB2300-1999標準中參數表中的所有參數進行填寫，保存并退出Excel，族表編輯完畢。在此應注意，“Part_No”列需根據J B2300-1999的命名標準進行填寫，并在IFJB參數中填寫“是”。完成后校驗族表，至此已經完成J B2300-1999參數列表中所有回轉支承的建模。

7.標準件選用與非標件創建

打開基礎模型，根據設計者的需要選擇結構尺寸、系列等，然后直接打開選定的回轉支承標準件的模型。同時也可以使用族表中的查找功能進行篩選選取。

對于非標件，可以在普通模型的族表下增加行，填寫參數，即可生成模型。值得注意的是Part_No參數應該根據命名標準進行填寫，并在IFJB參數中填寫“否”，以此來區分標準件和非標件。非標件建立后，選用方式與標準件相同。

四、輔助回轉支承選型計算

利用參數建模、族表管理等方法，可以創建所有回轉支承標準模型。同樣也可以利用這種方法來輔助設計選型。

首先，在參數中添加回轉支承選型用參數，如表4；并添加到族表列中。然后將回轉支承性能方面的計算公式添加到關系中。

以挖掘機回轉支承選型計算為例， 存在經驗公式D02*d0/2T =f （f= 1 ～ 1 . 1 ）。因此在關系參數中添加“P _FMin=（JB_0DL/1000）2*JB_0DW/1.8、P_FMin=（JB_0DL/1000）2*JB_0DW/2.4。”

注：D0的單位為m，d 0的單位為mm；因為初次選型，故再次將安全系數范圍擴大到0.9～1.2。

完成上述定義后，對族表進行重新校驗，然后選擇查找功能，輸入選定條件P_MminEXT；其中，EXT為所設計挖掘機的目標噸位。族表過濾器將會推薦符合經驗公式的回轉支承供設計者選擇，并提供所推薦回轉支承的其他性能參數。圖7中列出了滿足30噸挖掘機的01系列、安裝孔均為通孔的內齒輪回轉支承。

參數化建模范文第3篇

【關鍵詞】人機工程；眼點；SGRP；參數化；Catia

一、前言

任何產品最終面向的客戶都是人，產品給人帶來的感受決定了產品的市場占有率。因此所有產品的設計也就優先要考慮人機工程。可以說汽車造型決定客戶看不看車，而人機工程則決定客戶買不買車。汽車的人機設計的目的就是要開發出對于絕大部分百分位人體來說具有駕駛操縱高效、方便、舒適、不易疲勞、安全的乘坐駕駛環境。因此人機工程的設計也成為整車設計中主要的性能之一。目前也有很多專業用于人機設計軟件例如：UG，RAMSIS等。但是作為設計人員來講這些專門的軟件有一定的弊端：或者是價格昂貴、或者與數據建模的軟件版本不兼容需要轉換數據、或者因為這些專業軟件的設計過程都是固化的靈活性不能讓設計師滿意。使用Catia參數化設計可以完成人機設計和法規校核等工作，并且可以直接修改參數更新數模一勞永逸。本文將以內后視野設計為例進行參數化設計。

二、汽車人機工程設計內容介紹

三、后視野設計Catia參數化建模步驟

1.內后視鏡法規要求

a.后視鏡必須能在其反射面上繪出一個以高度為40mm底邊長為a的矩形，其中：

，如圖1所示。

b.后視鏡必須為球狀凸面鏡或平面鏡鏡。

c.r值對于I類內后視鏡必須大于1200mm。

d.反射面邊緣在框架內，框架周邊點C值≧2.5mm；若不在框架內，則其周邊點C值≧2.5mm，且突出部位在50N的作用力下，能回到框架內。

e.內后視鏡應在駕駛員位置上可以調節。

f.在駕駛員眼點后60000mm處能看見20000mm的視野區域。如圖2所示。

g.對內后視鏡：遮擋部分在與汽車縱向基準面垂直的鉛垂面上時，其總和占所規定視野的15%以下。

h.后視鏡的位置應保證駕駛員在正常駕駛狀態下，能看清汽車后方和兩側道路上的路況。

2.Catia繪制步驟

1）輸入從項目組得到的處于整車坐標系下后視鏡數據。

2）在后視鏡鏡面上繪制國標要求矩形區域（如圖1所示）。

3）確定駕駛員的眼點（如圖3所示）。

4）確定后視鏡旋轉軸線（如圖4所示）。

在常規曲面設計中用提取鉸接軸銷，并用繪制鉸接軸銷中心點，用繪制以中心點為原點，方向分別為z軸和y軸的兩條線段，此兩條線段即為旋轉軸線（提示：應根據實際情況確定軸線）；

5）抽取鏡面及鏡面邊界。

在常規曲面設計中用命令抽取內后視鏡鏡面，并用相同的命令抽取內后視鏡鏡面邊界。

6）作鏡面邊界等分點。

用命令等分左右鏡面邊界，一般等分為30-50個點為宜。

7）通過等分點作鏡面的垂線（鏡像入射光線時會用到）。

用命令中的選項，依次通過每個等分點做鏡面的垂線，長度自定（建議取30mm-50mm）。（結果如5圖所示）

8）通過左右眼點作入射光線。

用命令中的選項，依次連接駕駛員左右眼點和鏡面邊界等分點。如圖6所示（提示：在作入射光線時，左右眼點所發出入射光線顏色最好不一致，以免在以后的校核過程中出現錯誤）

9）通過鏡面邊界等分點垂線作入射光線的反射光線。

用命令依次將左右眼點的入射光線通過各自的鏡面鉛垂線進行鏡像操作（如圖7所示）。

10）延長反射光線并調整后視鏡位置。

用命令中的選項，依次延長各條反射線。（提示：因后視野有風擋玻璃黑邊等遮擋物建議此反射光線延長至車長即可。）

若反射光線區域不在后風擋玻璃中心區，用命令轉動鏡面使反射光線中心區處于后風擋玻璃中心區。判斷：若反射光線包含玻璃黑邊則等分玻璃黑邊，連接左右眼點的虛像與玻璃黑邊并延長70m處地面。若不包含則直接延長反射光線至70m處地面。

11）作地平面。

根據R點到地平面的距離，用命令創建平面，并在該平面內作地平面。

12）作地平面與反射光線的交點并以此連接交點。

雙擊命令，依次選擇地平面和反射光線，作出地平面和反射光線的交點，用命令，依次選擇反射線與地平面的交點。作出的曲線如下圖所示（如圖8所示）。

13）繪制國標規定可見區域。

選擇地平面，通過進入草圖繪制界面，根據國家標準繪制下圖所示線框區域。

14）判斷后視野是否滿足相關國家標準。

觀察上一步驟繪制的線框是否在反射光線與地平面交點所連接曲線之內。若在內，則表明該汽車后視野滿足國家標準；若線框落在交點連接曲線之外（如9圖所示）則表明該汽車后視野不能滿足相關國家標準，需要進行調整或加大鏡片等后續操作。

15）若因設計變更需要調整內后視鏡布置位置或者更換鏡面時可直接在結構樹上修改參數和替換鏡面曲面即可（如圖10、11）。

四、總結

本文只是一內后視鏡視野設計為例簡單說明了Catia參數化設計在人機工程設計中的應用。上文中所有人機設計均可采用catia參數化設計，不再依賴UG、RAMSIS等專業的人機設計軟件。運用參數化設計使得設計和修改過程變得十分簡單，節省大量工作時間提高項目進展效率。

作者簡介：

衣麗（1987—），女，遼寧撫順人，工學學士，助理工程師，現供職于遼寧曙光汽車集團股份有限公司，主要從事汽車研發及工業生產過程控制。

田欣（1987—），男，遼寧錦州人，工學學士，助理工程師，現供職于遼寧曙光汽車集團股份有限公司，主要從事汽車研發及工業生產過程控制。

參數化建模范文第4篇

一、前言

在企業Pro/ENGINEER三維基礎標準件庫中，有大量螺栓、螺母和墊圈等外形相近的系列族表件模型，標準件庫中族表建模與完善也是提高設計效率至關重要的一環。其中，有一類族表，其子實例是隨著設計尺寸輸入而定的，甚至還需要進行計算。隨著設計產品的增加，其實例也不斷增加，族表數據也越來越多，如果每次增加的實例都用手工輸入，不僅增加工作量，而且容易產生重復實例及一物多碼的現象。即使對于專門的標準件人員也需要對照圖樣逐個核對并計算，極大地影響了生產效率和產品設計周期，也加大了非設計因素錯誤。對于設計者，隨著實例的增加，族表中的數據會變得非常龐大，設計時難以找到所需求的實例。

本文就以實際應用中“L”型管系為例，建立分層族表，加入參數關系的應用減少不必要的數據輸入和計算，使其適用三維零件在Windchill標準件庫中通用化、系列化要求。

二、L型管系族表模型的建立

1.模型分析

如圖1所示 “L”型管系，該不銹鋼彎管圖號為：QBA-00-01；材料為：WC1Cr18Ni9Ti-d1×t； d1為27mm， L3為600mm， L4為350mm；彎管名稱為：彎管27×600×350。

要建立該彎管的族表模型，如果把所有族表數據放在一起，如圖2所示，標準件人員需要逐個輸入彎管的外壁、厚度、長度和名稱等各個參數，不但工作量大，也容易出錯，隨著產品實例的增加，設計者難以查找和使用。

2.分層族表

為提高設計效率和設計的準確性，減少標準件人員的工作量及非設計性因素的錯誤，可以采用分層族表形式，按照公稱通徑將外壁、厚度、折彎半徑和材質等參數固定在第一級族表，如圖3所示。而變化的參數則放在二級族表中，如圖4所示。采用分層族表結構后，將一級族表鎖定，其數據參數也不需要再重復輸入，設計人員使用起來也很簡潔方便。

3.關系式

分層族表建模后，為減少手工輸入數據的工作量及非設計性錯誤，尤其是將實例名規范統一，避免一物多碼的現象，利用尺寸驅動采用全參數化設計，標準件人員只需要輸入L3和L4兩個參數，校驗后，其余參數通過添加關系式由系統自動計算生成。其中，在關系中添加程序如下：

WLJC=CNAME

TH="QBA-00-01"

STANDTH=TH /*二維圖號生成關系式*/

DJZL=MP_MASS（""）

if DJZL

num_dec_place=4

else

num_dec_place=2

endif

CMASS=ceil（DJZL，num_dec_place） /*質量生成關系式*/

IF D==17

DT=10

ELSE

IF D==21

DT=15

……

ENDIF

TT3=FLOOR（L3）

TT4=FLOOR（L4）

IF（TT3！=L3&TT4==L4）

CNAME ="彎管"+ITOS（D）+"X"+ITOS（L3 -1）+".5"+"X"+ITOS（L4）

實例名=" QBA-00-01_DN"+ITOS（DT）+"_"+ITOS（L3-1）+"-5"+"X"+ITOS（L4）

……

ELSE

CNAME="彎管"+ITOS（D）+"X"+ITOS（L3）+"X"+ITOS （L4） /*名稱生成關系式*/

實例名=" QBA-00-01_DN"+ITOS（DT）+"_"+ITOS（L3） +"X"+ITOS（L4） /*實例名生成關系式*/

ENDIF

三、L型管系裝配族表模型的建立

1.模型分析

如圖5所示“L”型組裝管系圖號：QBA-00-00；當 d1為27mm， L3為600mm， L4為350mm；兩端均凸法蘭的組裝管系名稱為：彎管組成DN20 A 27×614×364。

對于該組裝管系，可以把所有參數放在一個族表數據中。在實際應用中，該方法不僅耗費了大量的精力去輸入族表數據，還產生了很多尺寸計算的錯誤，也影響后期的編碼和生產。

2.分層族表

如圖6所示，按照法蘭組合形式及管徑將一級族表固定下來，這樣標準件人員不需要對照圖樣去逐個選型，輸入實例和其余變化的參數，如序號2彎管放置在二級族表中，打開DN32A為例，如圖7所示，其中序號2零件M56模型實例名（可直接復制）輸入后，利用關系式進行校驗即可自動生成其他參數。

3.關系式

建立分層族表后，利用關系式將序號2尺寸傳遞到組裝族表實例，法蘭組合形式類型可以從組裝族表實例名稱中添加關系式提取，所以標準件人員需要什么規格族表實例時，只需要將序號2中管系實例名直接復制到圖7的M56實例中，校驗后系統可以自動計算名稱、重量和組件實例名等。采用該方式族表建模，在設計過程中可以很方便地修改實例尺寸，不會因為忘記修改參數變量而出現二維圖錯誤，很適合設計人員的使用要求，也極大地減少了建模的工作量。其中，二維圖生成關系式、質量關系式和零件類族表類似；不同的是，裝配族表件參數化過程中，需要提取零件參數，部分關系如下：

IF D：CID_56==17

DT=10

ELSE

IF D：CID_56==21

……

ENDIF

NAME1=REL_MODEL_NAME：1（）

JTLX=EXTRACT（NAME1，15，1） /*提取A、B、C法蘭組合型號代碼*/

TT3=FLOOR（L3：CID_56）

TT4=FLOOR（L4：CID_56）

IF（TT3！=L3：CID_56&TT4==L4：CID_56）

CNAME="彎管組成DN"+ITOS（DT）+" "+JTLX+" "+ITOS（L3：CID_56+14-1）+".5"+"X"+ITOS（L4：CID_56+14）

實例名="QBA-00-00_DN"+ITOS（DT）+JTLX+"_"+ITO S（L3：CID_56+14-1）+"-5"+"X"+ITOS（L4：CID_56+14）

4.零件編碼和撓性設置

族表建模完成后，零件編碼（LJBM）在Windchill升級時自動生成，其中，加入關系式后，CNAME和CMASS也可以不顯示在族表中。同時，由于Windchill識別的唯一性，在裝配時需滿足兩端法蘭連接可以圍繞彎管隨意調整角度，同一管系在裝配不同角度時，二維圖中顯示必須是同一個件，而不是兩個不同件，這里，建模時還需加入角度和撓性設置，建模如圖8所示。

四、族表在Windchill庫中的使用和效果

實際應用中，包括杠桿、拉桿和其他各型管系等尺寸不斷變化的標準件都可以采用上述方法進行參數化建模，即使是設計人員在本機上進行修改和添加實例時，因其參數化、規范化實例命名，也能夠和Windchill服務器得到很好的更新和應用，而不必等標準化人員先輸入實例再設計，節約了設計的時間和成本，也減少了人工輸入的錯誤，提高了設計人員的工作效率和裝配的準確性，應用效果如圖9所示。

參數化建模范文第5篇

基金項目：教育部人文社會科學研究項目“基于產業鏈一體化視角下的中國經濟圈能源效率差異研究”（10YJA790053）、四川循環經濟研究中心項目（XHJJ-1028）、四川高校科研創新團隊建設計劃（13TD0009）資助おおお

摘 要：基于時變參數狀態空間模型，以人均GDP和工業增加值占GDP的比重作為衡量工業化階段的主要指標，以單位能耗GDP作為能源效率的衡量指標，實證分析工業化不同階段對能源效率的影響。研究結果表明：在工業化發展的初期，工業成為經濟發展的主導產業，工業對能源的巨大需求導致經濟發展對能源的依賴性增強，人均GDP和工業增加值占比對能源效率的影響均較為明顯；在工業化發展的中期，人均GDP對能源效率的影響趨于穩定，工業增加值占比對能源效率的影響逐漸趨于零。產業結構調整對改善能源效率的作用很小，加強區域間和國家間的節能技術合作可有效改善能源利用效率。

關鍵詞：能源效率；時變參數；狀態空間模型；產業結構；人均GDP

中圖分類號： F206文獻標志碼： A 文章編號：16720539(2014)04007406

自改革開放以來，中國經濟迅猛發展，能源消費量快速增長。2011年6月，中國能源消費量占世界消費總量的20.3%，超出美國19%，成為世界能源消費第一大國。中國高速的經濟增長來自于重工業發展優先的經濟發展戰略，能源消費總量中工業能源消耗占比也較高。2011年起，中國工業能源消耗占能源消費總量的70%。中國工業發展 “高投入、低產出”導致中國能源利用效率遠低于美國、日本等發達國家。隨著工業化、城鎮化進程逐步加快，經濟發展與資源環境之間的矛盾日益加劇，提高能源效率成為中國一個亟待解決的問題。

以1978年不變價的GDP計算，1978年-2012年間，中國單位能耗GDP的變化趨勢如圖1所示。從總體上來看，中國單位能耗GDP逐步增加，由1978年的638元/t標準煤上升至2012年的2442元/t標準煤。從分段情況來看，1978年-1988年和1989年-1998年間，單位能耗GDP均處于上升趨勢，但是后者的上升速度快于前者，這兩個階段均處于中國工業化發展的起步階段。在2002年-2004年間，單位能耗GDP存在一定程度的下降，隨后又出現增長，這一階段對應于中國的工業化中期。目前，中國工業占比正在逐步下降，服務業快速發展，能源效率又將發生變化。中國工業化過程中，工業化的變動與能源效率是否存在一定的關系，兩者之間的作用機制是什么？這是本文將要解決的問題。

一、研究綜述

關于能源效率，國內外學者都進行了大量的研究，成果豐富。能源效率的評價與測算，主要分為兩類：一類是單要素能源效率評價，通過計算能源強度或能源生產率進行測算和比較［1］；一類是全要素能源效率評價，主要基于生產函數進行測度［2］。能源效率影響因素是國內外學者研究的熱點，經濟發展水平［3］、產業結構［4］、技術進步［5］、能源價格［6］、對外開放程度［7］、市場化水平［8］等都是影響能源效率最主要的因素。

圖1 1978年-2012年中國單位能耗GDP變化趨勢

（以1978年為不變價格）

關于產業結構對能源效率產生影響的論斷最早源于結構紅利的假說，是基于Lewis的二元經濟模型［9］提出來的。隨后，學者們進行了深入研究。研究發現，在不同的經濟發展階段，工業化水平高低與能源消費強度（能源利用效率的倒數）的變化關系存在差異，即在經濟發展水平較低時期，工業能源強度幾乎為零；當工業化水平處于最高峰時期，由于技術革新、新工藝的采用以及新興部門的出現和發展，能源強度開始上升并逐漸穩定，之后呈現下降趨勢；當經濟發展進入后工業化時期，服務業逐漸成為主導產業，能源強度持續下降［10］。實證研究證明，產業結構對能源效率存在影響，然而這種影響因研究方法、樣本數據選取等因素的存在而有所不同。

目前，研究產業結構對能源效率影響的實證方法主要有兩種：一種是采用因素分解法，該方法將能源效率分解為結構影響和技術影響［11］；一種是通過構建不變參數計量模型來驗證產業結構對能源效率的影響［12］。由此，對于產業結構對能源效率的影響，不同學者有不同的結論。部分學者認為，就全國總體情況而言，產業結構對能源效率提高的促進作用比較明顯［13］；也有學者認為，與技術進步相比，產業結構對能源效率提升的作用不顯著［14］。除此之外，還有學者認為，隨著經濟發展階段的不同，產業結構對能源效率的作用存在差異［15］。

通過對相關研究文獻的總結，大多數學者采用不變參數的計量模型實證分析產業結構對能源效率的影響機制，但卻忽略了產業結構在時間階段上對能源效率的影響存在差異。本文將構建時變參數狀態空間模型［16］，以人均GDP和產業結構作為衡量中國工業化階段變化的主要指標，進而分析1978年~2012年中國人均GDP和產業結構對能源效率的動態影響，為提高能源效率提供政策性建議。

二、時變參數狀態空間模型的構建

一般而言，變量之間的關系用不變參數的模型進行回歸估計就可以滿足研究的需求，然而為了更加深入地分析變量之間的關系（如在不同階段的關系），不變參數的模型越來越跟不上研究的步伐，于是引入狀態空間模型。狀態空間模型主要用于估計不可觀測的時間變量，描述的是變量之間隨時間變化的動態關系。下面將對狀態空間模型的形式進行描述。

狀態空間模型包括兩個方程：一個是量測方程，描述的是變量之間的數量關系；另一個是狀態方程，描述的是變量前系數隨時間的變化關系。

設yt是包含kЦ鼉濟變量的k×1維可觀測向量，ZtП硎驚k×mЬ卣螅得到如下方程：

yt=Ztαt+dt+μtВ1）

其中，tП硎狙本長度，即時間期間；Е聯tП硎驚m×1維向量，是解釋變量前系數，描述其與被解釋變量之間的數量關系；dtП硎窘鼐嘞睿是k×1維向量；Е酞t為隨機擾動項，這里假設其均值為0，協方差為HtАU飧齜匠壇莆量測方程。

一般而言，Е聯t是不可觀測的，但是可以表示為一階馬爾科夫過程，式子如下：

Е聯t=Ttαt－1+ct+RtεtВ2）

其中，TtП硎驚m×mЬ卣螅描述Е聯t隨時間變化的系數；ctП硎驚m×1維向量，為截距項；RtП硎驚m×gЬ卣螅華Е弄tП硎驚g×1向量，為隨機擾動項，假設其均值為0，協方差為QtАU飧齜匠壇莆狀態方程。

當模型構建完成之后，模型中的參數需要得到估計值。可用卡爾曼濾波法解決這一問題，其計算原理是：當擾動項和初始狀態向量服從正態分布時，通過預測誤差分解計算似然函數，估計未知參數，并且在新的觀測值得到后連續的修正狀態向量。

設at－1П硎凈于信息集合Yt－1У莫Е聯t－1У墓蘭屏浚Pt－1П硎竟蘭莆蟛畹莫m×m協方差矩陣，即有：

Pt－1=E[(αt－1－at－1)(αt－1－at－1)′]

（3）

由此，當給定at－1Ш酮Pt－1時，Е聯tУ奶跫分布的均值為Е聯t|t－1=Ttαt－1+ctА9蘭莆蟛畹男方差矩陣為

Pt|t-1 = Tt Pt-1 T\prime t + Rt Qt R\prime t （4）

其中t=1,2,…,TАI鮮雋絞匠莆預測方程。得到了新的預測值后，可以得到修正的估計值，進而得到更新方程為：

αt = αt|t-1 + Pt|t-1 Z\prime t F-1t(yt -Zt αt|t-1 -dt )（5）

Pt = Pt|t-1 -Pt|t-1 Z\prime t F-1tZt Pt|t-1 （6）

其中，Ft = Zt Pt|t-1 Z\prime t + Ht ，t=1,2,…,TА＊

為了研究工業化的不同階段產業結構變動對能源效率的影響，可構建相關變量之間的狀態空間模型來滿足研究需要。為了描述工業化的不同階段，這里用人均GDP和工業增加值占GDP的比重作為工業化階段變遷的總量因素和結構因素。能源效率采用單位能耗GDP來衡量，即用GDP除以能源消費總量。相關經濟數據來源于1978年-2012年全國統計年鑒和相關年份的《中國能源統計年鑒》。由于統計年鑒中GDP和工業增加值都是名義值，因此采用1978年為不變價格，對名義值進行平減。為了解決模型異方差，對人均GDP、工業增加值比重以及能源效率進行對數化處理。由于狀態空間模型無法解決多重共線性的問題，因此一個狀態空間模型中只包含一個解釋變量和一個被解釋變量。本文需要構建2個狀態空間模型。

Yt=Xtαt+μtВ7）

其中Yt為被解釋變量，即能源效率；Xt為對數化后的人均GDP或者工業增加值占比；Е聯t為T×1У南凳向量；隨機擾動項Е酞tУ姆講釵Е要2μВ華tП硎臼奔淝間為1到TА8媚P褪橇坎夥匠獺＊

由于上述模型中的系數序列是不可觀測的，為此可表示為一階馬爾科夫過程為：

Е聯t=ρ0+ρ1αt－1+εtВ8）

其中Е血0Ш酮Е血1П硎敬估參數；Е弄tХ從均值為0，方差為Е要2εУ惱態分布。該模型為狀態方程。

在狀態空間模型中，假設Е弄tФ懶⒂詎Е酞tВЕ弄tв氌Е酞tУ姆植既縵攏邯

μtう弄t~N00,σ2μ 00 σ2ε〖HL)〗〖JB))〗〖JB))〗И

其中，NП硎頸淞糠從正態分布；隨機擾動項Е酞tАЕ弄tУ姆講罘直鷂Е要2μАЕ要2εА＊

三、人均GDP、產業結構對能源效率的影響實證分析

上面已經對狀態空間模型進行了詳細的闡述，下面將對狀態空間模型的參數進行估計，采用的計量分析軟件為Eviews7.0。

（一）人均GDP對能源效率的影響

首先，對人均GDP和能源效率進行統計描述分析。參考陳佳貴等［17］（2012）、張同斌等（2013）對工業化階段的劃分：1978年-2001年為工業化初期階段，其中1978年-1994年為工業化初期的前半階段，輕工業發展迅速，1995年-2001年為工業化初期的后半階段，重化工業逐漸占主導；2002年以后為工業化中期階段，2002年-2010年為工業化中期前半階段，重化工業加速發展；2011年以后為工業中期后半階段。

表1 1978年-2012年中國人均GDP和能源效率的統計描述數據

工業化初期階段（1978-2001） 工業化中期階段（2002以后）

前半階段（1978-1994） 后半階段（1995-2001） 前半階段（2002-2010） 后半階段（2011以后）

平均值

人均GDP 1309.98 6820.82 18051.16 36828.63

能源效率 973.35 1762.82 2038.29 2399.37

方差

人均GDP 1023.17 1203.80 7228.42 2306.36

能源效率 216.41 191.70 156.65 59.43

最大值

人均GDP 4044.00 8621.71 30015.05 38459.47

能源效率 1397.93 1994.61 2309.82 2441.39

最小值

人均GDP 381.23 5045.73 9398.05 35197.79

能源效率 638.00 1482.93 1856.97 2357.34

注：人均GDP/元；能源效率/元?噸標準煤-1

數據來源：1979年-2013年的《中國統計年鑒》、《中國能源統計年鑒》的相關數據加工整理而來。

由表1可以看到，隨著人均GDP的增長，能源效率也有大幅度的提高。在工業化初期的前半階段，人均GDP的均值為1309.98元，能源效率均值為973.35元/噸標準煤，而在工業化初期的后半階段，人均GDP的均值為6802.82元，遠遠大于前半階段的均值，同時，能源效率的提升幅度較大。從工業化初期的前半階段和后半階段的方差來看，前半階段的差異較大。在工業化中期階段，人均GDP保持高速增長，同時，方差變為59.43，人均GDP和能源效率的變化逐漸平穩。由此可以初步判斷，從總量來看，隨著工業化階段的變遷，能源效率變化趨勢有差異。下面用狀態空間模型進行進一步的證明。回歸估計式如下：

lnYt=4.9608+αtlnGDPt+μt(9)

αt=0.005+0.9αt－1+εt(10)

回歸估計式（9）是量測方程，描述了能源效率與人均GDP之間的總體回歸關系。回歸估計式（10）是狀態方程，描述人均GDP對能源效率影響隨時間變化的具體關系，可以看到該參數的自回歸系數為0.9，狀態序列具有顯著的持續依賴特征。序列隨時間變化的趨勢圖如圖2所示。

圖2 人均GDP對能源效率的動態影響

由圖2可以看到，人均GDP對能源效率的影響系數變化范圍為0.28～0.31。1978年起，工業開始發展，工業對能源的巨大需求導致經濟發展對能源的依賴加大；1978年-1984年之間，工業化初期的前半階段，能源消耗帶來的經濟生產總量提高迅速，能源效率持續提高；1984年-1992年，經濟發展對能源效率的提升作用有所降低。其原因可能是能源的邊際生產率有所下降，節能技術無法跟上生產的步伐，經濟生產逐漸落入“高能耗、低效率”的粗放型生產方式中；1992年-1996年，經濟發展的影響經過短暫的上升、回落后，開始迎來了提升的階段，而該階段是工業化初期的后半階段。出現這一現象的原因可能是，工業化初期后半階段，工業生產的技術有所提高和購買了國外先進的生產設備，能源利用效率有所提高，工業的快速發展再次帶來了能源利用效率的快速提升。當工業發展進入中期階段，“高能耗、低效率”的粗放型生產方式再次凸顯，由于工業生產中節能技術的落后以及先進生產設備的缺乏，經濟發展對能源效率的提升作用受到影響，且影響作用逐漸下降。

（二）產業結構對能源效率的影響

產業結構與能源效率之間的狀態空間模型回歸結果如下：

ИlnYt=9.4334+αtlnGYt+μt(11)

Е聯t=0.006+0.9αt－1+εt(12)

回歸估計式（11）是量測方程，描述了能源效率與產業結構之間的總體回歸關系；回歸估計式（12）是狀態方程，描述了產業結構對能源效率影響隨時間變化的具體關系。可以看到該參數的自回歸系數為0.9，狀態序列具有顯著的持續依賴特征。序列隨時間變化的趨勢圖如圖3所示。

圖3 產業結構對能源效率的動態影響

由圖3可以看到，產業結構對能源效率的影響隨著時間的推進而逐漸降低。系數的變化區間為-0.4~-0.01。根據系數的符號，工業增加值占GDP的比重越大，能源效率越低。1978年-2001年是工業化初期階段，在這一時期，產業結構調整對能源效率的影響作用逐漸降低；1978年-1990年，工業發展開始起步，工業經濟發展對能源消耗的需求逐漸增加，然而中國工業發展始終是依靠大量的能源消耗換取經濟總量增長的粗放型發展方式，產業結構中工業占比的增加對能源效率的影響始終是負面的；1991年-2001年，系數的下降速度加快，原因可能是出口逐漸成為拉動經濟增長的主力，而出口產品中工業初級產品的比重較高，從而導致工業增加值進一步擴大，粗放型經濟發展方式進一步凸顯，產業結構的變動對能源效率的負面影響減弱；2002年-2004年，產業結構對能源效率的影響有所增強，原因是服務業開始發展，產業結構中工業占比的下降帶來了能源效率的提高；同時，服務業占比的提高能夠為工業生產提供節能技術研發等服務，從而促進能源效率的改善。自2005開始，產業結構對能源效率的負面影響越來越小，這也驗證了部分學者的觀點，這可能是影響能源效率的因素中技術進步成為主導。以往，中國工業生產主要是依靠能源消耗，在進行產業結構調整時，促使高能效的行業發展能夠帶來能源效率的提升，然而當調整達到一定的程度后，這種影響會越來越小，因此從產業自身的角度進行節能技術的研發、購買節能設備、共享節能研發成果等方式能更加有效地改善能源利用效率。

四、結論

本文采用狀態空間模型，以人均GDP和工業增加值占GDP的比重作為工業化階段變遷的主要指標，以單位能耗GDP作為能源效率的衡量指標，實證分析工業化階段變遷對能源效率的影響。研究結果表明：人均GDP對能源效率的影響為正，而工業增加值占比對能源效率的影響為負；人均GDP對能源效率的影響隨時間的變化呈“M”型變化，而工業增加值占比對能源效率的影響總體隨時間逐漸減弱；在工業化發展的初期，工業成為經濟發展的主導產業，工業對能源的巨大需求導致經濟發展對能源的依賴性增強，人均GDP和工業增加值占比對能源效率的影響均較為明顯；在工業化發展的中期，人均GDP對能源效率的影響趨于穩定，工業增加值占比對能源效率的影響逐漸趨于零。

由于在工業化發展的不同階段，能源效率所受到的影響存在差異，因此在制定提高能源效率政策的時候也要根據具體的經濟發展階段有所區別。目前，經濟發展對能源效率的影響趨于穩定，但是經濟發展對能源的依賴仍然較高，因此限制能源使用的能源保護政策可以控制能源的消耗，但是會影響經濟的發展。與“拉閘限電”類似的方式并不利于經濟的發展。而現如今產業結構調整對改善能源效率的作用很小，因此需要從提高行業自身素質方面提高行業能源利用效率。同時應鼓勵節能技術開發，加強區域間和國家間的節能技術合作，這樣可以有效地改善能源利用效率，節省生產過程中消耗的能源總量。

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A Research on Chinese Energy Efficiency Based on the

TimeVarying State Space Model

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WU Hao，GAO Hui

(School of Business, Chengdu University of Technology, Chengdu Sichuan 610051, China)

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