ProENGINEER的行为建模技术应用

一、行为建模的特性描述

行为建模的运作过程包括三相特性。

Smart Models:聪颖模型，内含工程智能。利用全新的特征基础的建模技术，能够捕捉几何、规格、设计意图等知识进行设计。

Objective-Driven Design:目标驱动设计，即使面临许多的设计变量、限制条件与设计准则，仍可获得最佳化的解决方案。

Open Extensible Environment:开放型的延伸环境，能轻松与外部应用软件达成双向沟通，确保设计模型自动反映出结果。

二、行为建模的具体步骤和整体结构

模型参数(Model Parameter)属于基准特征的一种，其目的是对要设计优化或是可行的参数进行分析。分析模型的物理特性、曲线特性、曲面特性和模型运动特性等，是行为建模前的关键一步。

敏感度分析(Sensitivity Analysis )可以用来分析模型尺寸或模型参数在指定范围内改变时，多种测量数量〔参数)的变化方式。结果每一个选定的参数得到一个图形，把参数值显示为尺寸函数。

可行性研究与最优化分析(Feasibility Analysis/Optimization Analysis)可以使系统计算尺寸值，这些尺寸值使得模型能够满足某些用户指定约束，系统会寻找出可行的最佳解决方案。

多目标设计研究(Multi-ObjectiveDesign Study)是专门用来处理因大量设计变量与设计约束矛盾，产生众多设计目标的情况，能够寻找出为数不少的解决方案，还可避免使用可行性/最佳化所发生的局部解。

三、示例

下面以机轴零件的重心定位示例来说明敏感度分析、可行性研究和优化研究来达到设计目标。

问题:为了优化平衡，机轴零件的重心必须与它的旋转中心重合。虽然曲柄的旋转轴不能改变，但是其他设计条件能够改变，如曲轴的宽度。在该零件中，要使得零件质量达到最小时，轴与质量中心之间的距离应最小。

步骤:

1)创建一个分析特征来执行模型分析以确定质量属性、计算质量，并在重心创建一个坐标系和一个基准点以及"质量"参数。打开模型，单击分析特征图形钮，出现分析对话框，输人一个相应的名字(Csys_cog)，选择模型分析(Model Analysis)类型(Type)，进人下一步保持模型质量属性(Model Mass Properties) ,最后计算出一系列质量属性数据。

返回上一步，此时仅产生"YES"一个特征参数:体积(VOLUME)，将其改为"NO"，建立模型质量参数"MASS"设置为"YES。

2)创建一个分析特征来测量位于重心的基准点与旋转轴之间的距离。根据测量的结果，创建一个距离参数。执行与步骤1)相同的操作，将类型"TYPE"改为测量"Measure"，下一步改为距离"Distance"，选择基准轴此时系统会立即计算出两者距离。

3)执行敏感度分析以确定"半径"尺寸的改变如何影响重心的位置.进人敏感度分析对话框，选择半径尺寸，输人最小值和最大值(此为X轴的范围)。选择Parameters To Plot和Distance为Y轴的对应值。最后将模型改变成动画，计算可以得到一定半径对应重心和旋转轴的距离。

4)执行敏感度分析以确定"高度"尺寸的改变如何影响重心的位置。

执行与步骤3)相同的操作，选择"高度"尺寸，输人最小值和最大值(此为X轴的范围)。选择Parameters To Plot和Distance为Y轴的对应值。最后将模型改变成动画，计算可以得到一定高度对应重心和旋转轴的距离。

图3 曲轴

5)创建一个分析特征以测量轴肩与零件轮廓外边缘之间的距离。用测量来定义可行性研究中的约束。在距离线的起始点和末端点创建基准点。

6)执行可行性研究以确定使重心与旋转轴重合是否可行。在研究中，在保持零件的轴肩与起外边轮廓之间是距离不变的同时，可以改变半径和高度尺寸。执行可行性分析，进行设计约束(DesignConstraints )，设置距离为0，此时求解可获得一组可行方案值，模型也做了相应的更新，同时可以通过模型信息来查看距离分析特征。

7)执行优化研究以使在保持与步骤6)所述的约束相同的同时，零件的质量最小(目标函数)。执行最优化分析，新增目标(Goal )，质量最小化，求解出一组可行方案。同时可以通过模型信息来查看距离分析特征，与前面的数值进行比较。对于模型重心类的分析，在工程中使用的程度非常广泛。例如，起重机在装配环境下的情况，为了能确定起重机的承载能力，可以建立一个模型零件作为起吊物体。在优化性/可行性分析中，可以设定重心不能超过某个范围，从而求得起吊物体的体积尺寸，在通过对优化后的起吊物体的体积尺寸分析，最后求得起吊物体的质量，从而确定起重机的承载能力。

四、小结

利用行为建模技术的自动求解，能在最短的时间内找到满足工程标准的最佳设计。相对于传统的手工反复操作的方法，行为建模的完全自动处理有很多优点。对于简单的问题可以方便的求解，复杂的问题则可以在很短的时间内完成寻找解决方案的任务。

行为建模的主要功能是对模型的物理特性作分析，通过优化设计来改变模型的特征尺寸等数据。而在优化设计中，没有考虑模型中有材料受力所带来的内部应力，因此，无法处理应力场，如结构应力、热应力等的问题。处理这些应力问题，可以使用Pro/MECHANICA，对其作有限元分析。