基于Pro_E行为建模技术的产品变型设计研究

煤矿机械

CoalMineMachinery

Vol.31No.02

Feb.2010

基于Pro/E行为建模技术的产品变型设计研究

刘

斌，李泽超，张

力

（北京工商大学机械工程学院，北京100048）

摘要：以三维参数化技术为基础，采用Pro/E环境下的行为建模技术作为优化设计方法，实

现产品变型设计，并以饮料瓶产品为例，利用上述方法完成了产品变型设计实例，为相关产品的变型设计提供了技术参考。

关键词：参数化设计；行为建模；变型设计中图分类号：TP391.7;TB482

文献标志码：A

文章编号：1003－0794（2010）02－0179－03

StudyonVariantDesignofProductsBasedonPro/EBehavioral

Modeling

LIUBin,LIZe-chao，ZHANGLi

(CollegeofMechanicalEngineering,BeijingTechnologyandBusinessUniversity,Beijing100048，China)

Abstract:Basedonthe3Dparameterizeddesigntechnology,theoptimizationdesignmethodofPro/E’sbehavioralmodelingisputforwardtorealizethevariantdesignofproducts.Themethodissuccessfullyusedintheparameterizedvariantdesignoftheplasticbottles.Itcanprovideaneffectivevariantdesigningmethodforthekindofproducts.

Keywords:parametricdesign;behavioralmodeling;variantdesign1

参数化的产品变型设计原理和过程

基于参数化的产品变型设计首先利用CAD系统创建三维产品的参数化模型；然后对产品模型几何参数进行分析，建立几何参数与用户需求参数间的关联和约束；最后应用参数变型设计思想，通过用户需求参数反向驱动产品模型的设计参数，对产品模型的部分尺寸参数或局部结构进行调整，完成产品变型设计。

基于参数化的产品变型设计过程如图1所示，反映了产品设计从功能域分析→行为域分析→结构域分析的映射过程。产品变型设计主要涉及产品

结构域分析和调整（图中虚框部分)：通过分析用户需求参数的定制，在保证和维护变型产品工作原理方案的正确性和不变性的基础上，实现对产品局部结构的调整、变更。变型设计的结果体现在结构域上的变化，产品内在原理方案是产品外在结构变化的主要依据，原理方案信息和产品原型机构的设计决定了结构变型的方向和范围，控制着变型设计的全过程。

2行为建模技术

行为建模（BM）技术是参数化三维CAD系统

Pro/E中特有的功能，是一种参数优化辅助设计工

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁大提高了立式往复真空泵的设计效率，减少了设计失误。绘图软件运行可靠，界面清晰，在往复真空泵的设计制造中具有重要的实用价值。

参考文献：

［1］江洪，李仲兴，刑启恩.SolidWorks二次开发基础与实例教程［M］.

北京：电子工业出版社，2003.

［2］崔虹燕，顾芸.基于VB的SolidWorks的二次开发与应用［J］.精

密制造与自动化，2006，4（6）：48-50.

［3］康凯敏，陈卫红，吴大鸣.用VB实现SolidWorks对挤出机新型螺

杆的参数化设计［J］.塑料，2007，6（36）：94-96.

［4］李善茂等.VisualBasic6.0高级编程技巧［M］.北京：电子工业出

版社，1999.

［5］白亮亮，唐良宝.基于Solidworks二次开发的活塞压缩机零件参

数化设计［J］.压缩机技术，2007，6(4)：61-63.

作者简介：郝利军（1986-），四川成都人，在读硕士研究生，主要从事往复真空泵的研究与CAD二次开发，电子信箱：haohe-

图4立式往复真空泵的装配总图

4结语

以三维造型软件SolidWorks2006为软件开发

平台介绍了往复真空泵主要零件之一的活塞参数化设计方法，开发了往复真空泵的绘图软件，能完成往复真空泵的主要零部件的三维零件图及工程图的自动生成，并且能完成真空泵总图的装配，大

qiao@163.com.

责任编辑：于淑清

179

收稿日期：2009－08－04

Vol.31No.02基于Pro/E行为建模技术的产品变型设计研究———刘

结果。

斌，等第31卷第02期

具，可根据用户期望的特定参数要求，如：面积、容积和体积等，优化计算产品模型的几何参数，改变产品局部外形结构，从中找出满足需求的结构优化参数，实现以设计目标参数驱动产品模型的结构形式，能够为产品变型设计提供高效、智能的设计工具。

产品需求分析概念设计原理方案产品原型结构设计

用户需求参数的定制

基于原型结构的参数化产品变型设计

以行为建模为基础的变型设计方法的具体步骤如图3所示。

产品原型结构设计及建模产品模型的几何结构特征分析创建几何造型参数的约束条件

敏感度分析

多目标设计研究用户需求参数的定制

功能域分析行为域分析

可行性/优化分析获得优化解决方案修改产品模型参数

结构域分析

变型产品1变型产品2变型产品N

图3基于行为建模的变型设计

本文以饮料瓶系列化产品设计为例，在产品原

变型产品1

变型产品2

变型产品N

型结构分析和建模的基础上，将瓶体容积和瓶身高度尺寸作为一组关联参数，以行为建模作为优化分析手段，利用定容设计目标驱动产品模型，完成变型设计，快速实现产品系列化设计。

由于饮料瓶体结构通常为异形特征，当瓶体容积参数变化时，需重构产品模型以满足定容设计。利用行为建模技术可以大大简化产品变型设计过程，具体变型设计包括3部分内容：（1）产品原型结构建模；（2）建立设计容积与结构参数的关联，创建分析特征和结构优化参数；（3）进行优化计算，根据定容分析特征反向计算结构参数的优化解，驱动产品模型改变，实现变型设计。

图1产品变型设计过程

2.1行为建模的特性及结构

行为建模技术具有3个主要特征：智能模型（SM）、

目标驱动式设计（Obj-ective-DrivenDesign）工具和开放式的扩展环境(OpenExtensibleEnvironment)。

行为建模的整体结构如图2所示。

目标驱动设计

智能模型

开放型的扩展环境

行为建模

关联性

特征基础

参数化

33.1

饮料瓶变型设计实例产品原型结构分析和建模

饮料瓶的形体构成由螺纹瓶口、瓶身和瓶底3

图2行为建模的整体结构

部分组成，如图4所示。

螺纹瓶口

2.2基于行为建模的产品变型设计方法

基于行为建模的变型设计方法根据变型设计

的原则和思路，利用行为建模技术的优化设计工具快速、优质、高效地完成系列产品的变型设计。

产品原型结构模型是变型设计的基础参数模型，设计者根据用户需求参数的定制，完成对产品模型的几何结构特征分析，创建几何造型参数的约束条件，最后采用行为建模技术的分析手段：敏感度分析（SensitivityAnalysis）、可行性研究与最优化分析（FeasibilityAnalysis/Optim-izationAnalysis）、多目标设计研究（Multi-ObjectiveDesignStudy）对约束参数进行优化计算，获得优化解决方案，驱动需要修改的几何建模参数，完成系列产品的变型设计

瓶底建模式瓶底模型；

瓶身建模

图4

瓶身

瓶底

饮料瓶结构分析

根据饮料瓶的结构特点，其建模过程如下：

瓶底为球面内凹型棱柱，基础特征

为拉伸棱柱，然后在基础特征上切除半球获得内凹

瓶身包括瓶身主体和瓶肩2部分：

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瓶身主体的基础特征为拉伸倒锥台，其成型方式为

第31卷第02期基于Pro/E行为建模技术的产品变型设计研究———刘斌，等Vol.31No.02

底部截面拉伸后定义拔模斜度。瓶肩的成型方式类似于瓶身，由多边形拉伸为棱柱基础特征，然后定义拔模斜度所形成。主体与瓶肩的拔模斜度方向相反；

瓶口建模

瓶口包括瓶颈伸出部分和螺纹2

部分，伸出部分基础特征为拉伸圆柱，螺纹则采用添加螺旋扫描方式成型；

创建螺纹特征之前应先完成抽壳特征。图5为饮料瓶产品原型结构的建模过程。

将液体灌装面设于螺纹瓶口与瓶身交界处，创建定容参考面，并将瓶身底部端面作为基准面，建立饮料瓶瓶身的定容分析模型V，如图6所示的分析模型V。

（2）结构参数优化

根据定容设计目标，设定定容分析模型V为设计约束参数，瓶身高度H为待优化的结构设计变量。本例中设定瓶身容积分别为500ml、450ml和

400ml，设定瓶身高度H的变化范围90～130mm。

根据定容约束条件，可对瓶身高度参数H进行反向优化计算。经过可行性优化分析及计算，即可获得优化后瓶身高度H的准确值：125.93mm、

瓶底建模瓶身建模

105.34mm和84.92mm。

4结语

根据产品变型设计思路，以饮料瓶产品系列化设计为例，针对产品结构特点，引入Pro/E的建模技术作为设计手段，将用户定制的需求参数作为设计目标优化产品模型的结构参数，从而驱动产品模型的结构变型，实现产品变型设计。该方法在保证用户定制需求的同时，能够快速、准确地实现系列化产品的结构设计，大大缩短产品开发周期。本文所采用的技术方法可为确定容量、质量和重心位置等产品的变型设计提供了一种高效可行的实用设计思路。

参考文献：

［1］汪永辉.基于产品工作原理的变型设计技术研究［D］.上海：上海

交通大学,2007:10.

［2］吴伟伟，唐任仲，候亮，等.基于参数化的机械产品尺寸变型设计

研究与实现［J］.中国机械工程,2005,16(3):218-219.

［3］刘斌,白皛,吴雪.Pro/E行为建模技术在包装容器设计中的应用

驱动参数H变化后的产品模型

完成后的产品原型模型

瓶口建模

图5产品原型结构建模

3.2行为建模分析

由于饮料瓶的产品模型多为异形结构，完成产

品的原型建模后，模型精确容积的计算较难实现，而客户通常需要瓶身容积为某一定量值。因此产品模型设计完成后，不但能精准计算模型的容积，还可根据定容设计目标驱动模型结构实现产品的变型设计。基于行为建模的产品变型设计流程如图6所示。

行为建模优化设计

瓶身高度H灌装容积V

设计目标V驱动参数H

分析模型V

［J］.包装工程,2009,30(4):71-72.

［4］唐静静,董海祥.Pro/ENGINEER在包装容器结构设计中的应用

［J］.包装工程,2005,26(6):92-93.

［5］张云杰,白皛.中文版Pro/ENGINEERWildfire2.0机械设计［M］.

北京：希望电子出版社,2006.

作者简介：刘斌（1974-），江苏淮安，在读博士，北京工商大学讲师，发表学术论文10余篇，研究方向是工程图学、机械设计等，电子信箱：liubin@th.btbu.edu.cn.

图6基于行为建模的产品变型设计流程

（1）定容分析特征的创建

为了实现以瓶身容积反求瓶身高度，应首先建立瓶身容积与瓶身高度的关联，创建定积分析特征，利用定容设计目标优化瓶身高度参数，驱动模型结构变化。

责任编辑：于淑清收稿日期：2009－09－15

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!BCG1-200/6000高压连接器的改进

由于BCG1-200/6000高压连接器的电缆芯线接线端子结构设计不尽完善，存在检修较麻烦和使用中易虚接短路故障。为此，兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿研究出了更换局部元件的行之有效解决方案。

他们发现，BCG1-200/6000高压连接器和BCG1-200/6000高压连接器的连接芯座和导电棒形状正好是相反的，而前者的芯线座连接部位是实心的，检修方便，其导电棒是元件，如果不合格只须更换即可。根据这2种连接器芯线接线端子、导电棒、绝缘本体及防爆外壳的尺寸与测量数据得出，仅需要改进BCG1-200/6000高压连接边器芯线接线端子与导电棒就能达到

BCG9L－315/6000连接器的使用效果。将BCG1-200/6000连接器电缆芯线座与导电棒连接器的部位尺寸加大与BCG9L－315/6000连接器电缆芯线座与导电棒直径一致，工作电流比原先提高45A。改进后，2种连接器的导电棒是完全一样的，因此可以

互换。当需要2种不同型号的电缆进行连接时，不再需要专门制作2种不同型号的连接器来过渡。

（李剑峰）

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