第5章 行 为 建 模
在按照概念设计中的外形创建好零件的三维模型后，摆在设计人员面前的问题是：此零件目前的技术性能是怎样的(如重量、体积、表面曲率等)？哪些尺寸影响这些技术性能？这些尺寸对某项技术性能的影响程度如何？目前的状态是否能达到技术要求？怎样进行优化设计？等等。
Pro/ENGINEER的行为建模功能(behavioral modeling extension)就是用来解决这些问题的，此功能能够按需要的解决方案来修改模型的设计。它采用信息收集和迭代求解的智能化方法，使设计人员能够从容面对不断变化的设计要求，从而可提供高效的、完善的设计。
行为建模概述
行为建模的功能
使用“行为建模”工具可以完成下列工作。
创建基于模型测量和分析的特征参数。
创建基于模型测量和分析的几何图元。
创建符合特殊要求的测量的新类型。
分析变量尺寸和参数改变时测量参数的行为。
自动查找满足所需的模型行为的尺寸和参数值。
分析指定设计空间内测量参数的行为。
行为建模的功能
行为建模的基本构成如下。
域点。
分析特征。
持续分析显示。
用户定义分析。
敏感度、可行性和优化研究。
优化特征。
多目标设计研究。
外部分析。
运动分析。
行为建模的一般过程
行为建模的一般过程如图5-1所示，包括以下几个步骤。
(1)建模。
(2)参数。
(3)进行敏感度分析。
(4)进行可行性/优化分析和多目标设计研究。
(5)判断参数。
分 析 特 征
分析特征概述
分析特征是Pro/ENGINEER中的一种基准特征，其建立的目的在于设计优化或参数分析。分析特征可作为可行性/优化设计和多目标设计研究的设计目标。使用分析特征可以分析模型的物理特性、曲面特性、自定义特性以及Pro/MECHANICA特征等。
利用菜单中的“测量”、“模型”、“几何”、“机械分析”、“Excel分析”、“用户自定义分析”命令可创建各种类型的分析特征，如图5-2所示。
测量分析特征
在“分析”→“测量”子菜单中可进行的分析有：“距离”、“长度”、“角”、“区域”、“直径”等。下面以创建距离分析特征为例，学习此种类型分析特征的创建方法。
步骤1：准备模型
步骤2：创建分析特征
测量分析特征的参数名见表5-1。
测量曲线或曲面的直径
DIAMETER
直径
测量选定表面的面积或整个零件的表面积等
AREA
区域
测量两个图元或特征之间的角度
ANGLE
角
测量所选边或曲线的长度
LENGTH
长度
测量两图元或特征的距离
DISTANCE
距离
作 用
缺省参数名
测量项目
模型分析特征
在“分析”→“模型”子菜单中可进行的分析有：“质量属性”、“剖截面质量属性”、“单侧体积”、“配合间隙”等。下面以创建质量属性分析特征为例，学习此种类型分析特征的创建方法。
步骤1：准备模型
步骤2：创建分析特征
几何分析特征
在“分析”→“几何”子菜单中可进行的分析有：“点”、“半径”、“曲率”、“着色曲率”、“拔模检测”、“斜率”等，其中又分为“曲线分析”和“曲面分析”。下面以创建曲率和着色曲率分析特征为例，学习这两种类型分析特征的创建方法。
步骤1：准备模型
步骤2：创建分析特征
其他分析特征
敏感度分析
敏感度分析可以用来分析模型尺寸或独立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。
下面将举例说明敏感度分析的创建方法。
步骤1：准备模型
步骤2：创建分析特征
步骤3：创建敏感度分析
可行性研究
可行性研究是在用户给出设计约束和设计变量后，系统将迭代求解，直到得到一个符合设计要求的解。
下面将举例说明可行性分析的操作方法，本例中要求模型的质量为定值1kg。
步骤1：准备模型
步骤2：创建分析特征
步骤3：进行可行性分析
优 化 设 计
优化设计除了能指定可行性研究的参数，还能够指定目标函数。与可行性研究不同，在可行性研究中可能有一组数据组为可行解，可行性研究只要找到一个数据组就停止迭代，而优化设计是在可行范围内继续寻找满足目标函数的最优解，其目标是将特定的分析特征参数最小化和最大化。在优化设计中若有可行解，则目标只存在一个优化解决方案，模型可以得到优化并按新的配置改变。
下面将举例说明可行性分析的操作方法，假设本例中此模型用作容器，要求质量为1kg，并尽量使表面积最大以满足散热要求。
步骤1：准备模型
步骤2：创建分析特征
步骤3：进行优化设计
多目标设计研究
“多目标设计研究”是一种用来寻找满足多个设计目标时最优值的优化解决方案。例如，可以研究零件的可能形状来将零件的质量和重心位置保持在所需的范围内。
多目标设计研究具有下列优点。
帮助寻找最适合搜索优化解决方案的设计变量的优化范围。
寻找实际上可能是相矛盾的多设计目标的解决方案。
如果存在多个优化解决方案，那么研究会提供出结果以便选择首选解决方案。
可以展开取样设计目标的范围，或者使用不同方法分析试验中得到的数据来缩小该范围。
与多目标设计研究相关的术语
试验：一个取样事件，其目的是要达到设计变量特殊组合的设计目标。
主表：设计变量(尺寸)指定范围内所引导的所有试验记录所在的表。
衍生表：为了选取能满足一定条件的试验，用特殊方法(“约束”或 Pareto)从父表中衍生出的表。
约束方法：通过指定每一个选定设计目标的最小值或最大值而创建衍生表的方法。系统检查父表来查找满足条件的试验。
Pareto方法：通过选取要优化(最小化或最大化)的设计目标来创建衍生表的方法。系统检查父表来查找其结果在优化范围内的试验。
多目标设计研究实例
下面将举例说明多目标设计研究的操作方法。本例中的模型竖立放置，要求重心尽可能低，对重量也有要求，限制在1～，厚度限制在4～6mm之间，高度150mm不能改变。
步骤1：准备模型
步骤2：创建分析特征
步骤3：进行多目标设计研究
行为建模实例一
背景：
某家企业开发的小型工程机械使用内燃机作为动力以便在没有电源的环境下工作，为了使结构紧凑、外形美观，油箱的形状如图5-26所示。油箱用半透明塑料制成，为了直观地观察油箱内所剩燃料的多少，需要在油箱表面上标明刻度。
行为建模实例一
具体操作步骤如下。
第一阶段：创建用来表示油面的基准平面
步骤1：准备模型
步骤2：创建基准平面
第二阶段：创建抽壳前的单侧体积分析
步骤1：调整基准平面和插入点的特征顺序
步骤2：创建单侧体积分析
第三阶段：创建抽壳后的单侧体积分析
步骤1：调整插入点的特征顺序
步骤2：再次创建一个单侧体积分析
第四阶段：创建敏感度分析
第五阶段：创建结果数据
步骤1：导出数据
步骤2：创建结果数据的Excel报告
行为建模实例二
背景：
两冲程发动机的曲轴简化图形如图5-45所示，为了使转动时尽可能平稳，应尽量保证曲轴的重心点在旋转中心线上。虽然曲柄上的连杆轴线的位置不允许改变，但是曲柄的外形尺寸可以改变。为了满足设计要求并最大限度减少材料使用以节省成本，需要对曲柄的外形参数进行优化设计。
行为建模实例二
具体操作步骤如下。
第一阶段：创建分析特征
步骤1：准备模型
步骤2：创建质量分析特征
步骤3：创建距离分析特征
第二阶段：敏感度分析
步骤1：分析宽度尺寸100的敏感度
步骤2：分析高度尺寸55的敏感度
步骤3：分析半径尺寸150的敏感度
第三阶段：可行性分析
第四阶段：优化设计
行为建模实例三
背景：
某种设备为实现往复运动使用了曲柄滑块机构，曲柄顺时针旋转，如图5-57所示。要求设计曲柄的长度，使滑块的行程控制在150mm。
行为建模实例三
这是一个运动机构，设计目标是行程，行程是与运动相关的数据，因此这里要借助运动分析来获得机构的运动数据。然后以求得的行程为设计目标，以曲柄长度70为设计变量，建立一个可行性分析，即可求出曲柄长度。
步骤1：准备模型
步骤2：创建距离分析特征
步骤3：创建运动分析
步骤4：行程分析
步骤5：可行性分析
