行为建模技术

3. 行为建模应用
1）单目标设计
[设计实例1] 矿泉水容器设计
容积设计问题是常遇到的问题， 其容积是抽壳前、后的体积差， 但要保证指定体积（如容积为5 公升）却很困难，而用行为建 模方法却较简单。
基本过程： （1）设计矿泉水容器 （2）建立分析特征（在抽壳前）
（3）建立另一分析特征（在抽壳后）
（4）建立一分析特征（建立抽壳前后体积关系） 最后再建立一个分析特征inner_volume，类型为“关系”，给出抽 壳前后体积关系，即矿泉水瓶的内部容积等于抽壳前的实体体积 减去抽壳后的实体体积。 关系式的名称 = {参数名称}：fid_{特征名称}-{参数名称}：fid_{特征名称} 写成式子为： inner_volume= one_side_vol:fid_solid_volume-one_side_vol:fid_shell_volume
该记录模型数据与原始模型数据比较情形如表所示。
目标变量 V_LENGTH H_LENGTH V_MINR H_MINR DIST_V_H 设计变量 D11 D12 D13 D14 D15 D16 原始数据 146.098 136.997 47.656 19.309 9.904 原始数据 62.00 66.00 80.00 58.00 74.00 40.00 筛选数据 148.050 130.875 33.522 20.417 7.798 筛选数据 59.812 55.062 83.437 40.812 60.562 50.312 意义 基准点V_PNT至水平管左端的距离 基准点V_PNT至垂直管下端的距离 基准点V_PNT至基准面的距离 基准点H_PNT至水平管左端的距离 基准点H_PNT至垂直管下端的距离 基准点H_PNT至基准面的距离 意义 曲线长度(垂直管) 曲线长度(水平管) 曲线最小曲率半径(垂直管) 曲线最小曲率半径(水平管) 两管壁间最短距离
本模型已建立了五个分析特征如表所示
特征名称
参数名称
参数值
意义 曲线长度(垂直管) 曲线长度(水平管) 曲线最小曲率半径(垂直管) 曲线最小曲率半径(水平管) 两管壁间最短距离
V_LENGTH V_LENGTH 146.098 H_LENGTH H_LENGTH 136.997 V_MINR H_MINR DIST_V_H V_MINR H_MINR DIST_V_H 47.656 19.309 9.904
在该条件下，对主表进行筛选，筛选结果形成衍生表MIN-_D_R。
（5）过滤衍生表数据 如图所示，对主表筛选的结果，产生了满足目标条件、含有33 个记录的新衍生表，故仍需进一步筛选。在该衍生表中的“与平 行”环境下，选取目标变量V_LENGTH为最小化，目标变量 H_LENGTH为最小化，其它目标变量保持不变，如图所示。
（2）关于在多目标设计研究中使用的术语 ） “多目标设计”研究使用下列术语： ·试验 - 一个取样事件，其目的是要达到设计变量特殊组合的 试验 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 主表 所在的表。试验的数量取决于试验开始和结束的数量。 ·衍生表 - 为了选取能满足一定条件的试验，而用特殊方法从 衍生表 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与最大值 约束方法 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 方法 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。这种方法可以给出多种优化解决方案：当一 个解决方案给出一个目标的最好结果时，另一个解决方案为 另一个目标的生成更好的结果。因为每一个Pareto解决方案都 是最好的，所以系统会让您决定哪一个方案更可取。
求解过程如下： （1）建立一个多目标设计研究
（2）生成主表、选取设计目标与设计变量
（3）建立实验次数并计算主表 本设计实例设定实验数目40件，过滤主表数据 由于上述实验数据过多，不便于分析，故要对主表进行筛选。 在衍生表中的“约束”环境下，选取目标变量DIST_V_H， 设定最小值为6，最大值为12；选取目标变量V_MINR，最 小值不变，最大值为40；选取目标变量H_MINR，设定最小 值为14，最大值为22；其它目标变量保持不变，如图所示。
（5）进行灵敏度分析 此处进行灵敏度分析，即考察矿泉水瓶的内部容积 inner_volume与矿泉水瓶高度尺寸d96的关系和矿泉水瓶的内 部容积inner_volume与矿泉水瓶下方直径d0的关系。
（6）进行可行性分析
通过上面的灵敏度分析，确定出能满足容积设计要求的设计 变量为矿泉水瓶下方直径尺寸d0，故使用可行性分析来确定 满足要求的设计变量d0的具体尺寸。
多重目标设计研 究
设计目标
设计变量
实验次数
建立[主表]
建立[衍生表]
结果不理想
完成
（4）多重目标设计实例 ） 本实例是处理两支靠近的风管的设计情况，目的是使风管长 度最短、弯曲半径最佳与最短距离指定下，在数个设计变量冲 突下，找出最佳的设计参数。 原始设计如图所示，两风管管壁间有一条最短距离线，表示 两支风管管壁距离，如图所示。
②评估模型的可行性、灵敏性或优化程度，并理解更改设计目 标所带来的效果。行为建模技术能让工程师通过设计研究来评 估设计的行为，设计研究可以提供对更改如何影响模型的深入 了解。另外，它还可以确定想要进行的更改是否可行。通过实 时设计更新和易读的图形结果. 其中包括图表和彩色框图. 可以 传递这一数据。另外，工程师还可以研究通过交互式拖曳和用 户定义的运动来制作部件动画的动态效果。而且，获取离散测 量的行为特征可以用于优化设计。这样建立的设计更多地考虑 了环境因素。
（3）多目标设计研究的流程 ） 多目标设计研究由 Master Table（主表）和 Derived Table （衍生表）按其分层顺序 组成。设计研究初期，指定 Design Goals（设计目标）、 Design Variables（设计变量），给定 Experiment（实验）次数， 系统开始进行实验且写人记录至 Master Table（主表）中。
③设计研究。设计模型一旦建立，行为建模技术就根据那些模 型的特定目标和标准来改进设计。换句话说，行为建模技术可 以自动完成工程师不得不用手工进行的所有的设计反复。例如， 为了获得最佳的引擎性能，工程师可以把入口管道的恒定流量 指定为一个目标，行为建模技术将根据这一目标，自动建立一 组研究设计空间的设计。
目标驱动设计 聪颖模型 开放型的延伸环 境
行为建模
关联性
特征基础
参数化
2）．行为建模器的组成 行为建模器是一种分析工具，需要建立分析特征（Analysis Feature），利用分析特征对模型进行若干的物理性质、曲线性质、 曲面性质、运动情况等测量，由于特征参数（Feature Parameter）的产生，清楚定义设计变量与设计目标后，系统会寻 找出合理的参考解答。 另一种分析特征为用户自定义分析——User-Defined Analysis， ——User-Defined Analysis 简称：UDA。这是由数个特征（如基准、曲面或实体特征）组成局 部群组，可再配合域点（Field Point），形成适合特定情况的分析 特征。 分析特征建立后，依设计需求有四种解析模式供选择： （1）灵敏度分析——Sensitivity Analysis （2）可行性研究——Feasibility （3）最优化分析——Optimization （4）多目标设计研究一一Multi－Objective Design Study
在该条件下，对衍生表进行筛选，筛选结果形成衍生表 MIN-_LENGTH。
（6）查看结果 通过对衍生表的筛选，满足目标条件的新生成的衍生表 MIN-_LENGTH只剩下3个记录（16#、84#、115#）。对这些记 录一一显示模型并旋转模型，发现16#、84#模型中，两管发生 干涉，115#模型满足要求，如图所示。
2 行为建模器 行为建模器——Behavioral Modeling是一种分析工具，在特定 的设计意图、设计约束前提下，经一系列测试参数迭代运算后， 可使工程师能获取最佳的设计建议。 1）．行为建模器的特性 行为建模器的运作过程包括三项特性： l）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。 2）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，工程师仍可获得最佳化的解决方案。 3）Open Extensible Environment 开放型的延伸环境，能轻易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。
2）多目标设计研究 ） （1）引言 ） 多目标设计研究一一Multi-Objective Design Study是专门用来处 理因大量的设计变量与设计约束潜在矛盾，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，尚可避免使用可行性／ 最佳化分析所发生的局部解。 通过多目标设计研究功能，利用建立清单（ Table）方式列举 可能出现的解答，再经由过滤（Filter）程序，筛选出满足某些设 计约束下有用的解决方案。 多目标设计研究能够帮助寻找满足多个设计准则（设计目标） 的最佳化解决方案，可以提供下列帮助： ·帮助寻找最适合搜寻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 得到的数据来缩小这个范围。
（2）建立分析特征csys_cog,，类型为“模型分析”， 以此求出零件的质量属性数据，并确定重心坐标。
（3）建立“测量”分析特征
（4）灵敏度分析 通过灵敏度分析，确定可满足目标的参数。
(5) 可行性分析 由以上分析可知，通过改变变量来达到设计目标是可行的， 故优化过程如下： 选取可行性/优化性条目，研究类型选择优化、可行性均可， 如选择可行性，设计参数选择名称为cog_axis_的距离参数 为设计目标，设计变量选择d7和d31。这样可求出一组可行 方案：R49.83和64.89，此时质量重心与回转轴间的距离为 6.735e-16mm。
计算结果d0为170.66mm，设计前后矿泉水瓶如图所示。
[设计实例2] 曲柄轴设计
在设计曲柄轴时，曲柄必须符合静态平衡，即在曲柄轴不转 动的时候，以手动方式可旋转至任意位置都回停止，不会因 为重力而发生旋转。所以要求曲柄轴的重心要与轴的旋转中 心重合。
具体求解过程如下： （1）设计出的曲柄轴如图所示
抽壳前的实体体积
抽壳后的实体体积
inner_volume=one_side_vol:FID_SOLID_VOLUMEone_side_vol:FID_SHELL_VOLUME /* inner_volume——关系变量 /* one_side_vol——该分析特征的参数名称 /* FID_SOLID_VOLUME——分析特征名称 /* /* one_side_vol——该分析特征的参数名称 /* FID_SHELL_VOLUME——分析特征名称
行为建模技术
1 行为建模概述 行为建模技术是在设计产品时，综合考虑产品所要求的功能 行为、设计背景和几何图形，采用知识捕捉和迭代求解的一 种智能化设计方法。通过这种方法，设计者可以面对不断变 化的要求，追求高度创新的、能满足行为和完善性要求的设 计。
行为建模包括: ①定义行为特征。这些特征可以用于推动设计本身的进展。例 如，捕获想得到的重量或体积的行为特征，可以用于设计剪草 机油箱的大小。或者，可以在一个用于设计表面曲率的行为特 征中，测量和获取表面的反射角。另外，也可以对能够方便地 获取这些复杂或定制的尺寸的行为特征进行分组，并将它们保 存在库中，以供设计小组成员再用或访问。