基于Creo Parametric软件的产品结构优化设计浅析

摘 要：本文应用Creo Parametric软件的行为建模功能，对产品结构进行优化设计分析。本文以产品的重心为约束条件，以产品中长方体的定位尺寸为设计变量，以产品重心X坐标值为0作为设计目标值，进行优化设计，最终获得定位尺寸的优化值。该优化设计方法操作简单、优化结果可靠。为产品开发中的优化设计提供了新的思路。

关键词：Creo Parametric；优化设计；行为建模；重心

产品优化设计是从多种产品设计方案中选择最佳方案的设计方法。通常产品设计方案可以用一组参数来表示，这些参数有些已经给定，有些没有给定，需要设计人员在设计过程中对结果进行优选，这些参数称为设计变量。在设计过程中需要找到在允许范围内的最优设计变量值，使得产品的结构最合理、性能最好、质量最高、成品最低及有很强的市场竞争力。传统的优化设计需要人工计算大量的数据，即耗时又耗力，极大的增加了产品的研发周期和产品的成本。

Creo Parametric是美国PTC公司研发的一款三维CAD/CAE/CAM软件，该软件除了具有强大的参数化三维建模功能外，还具有强大的CAE功能，可以进行结构仿真、热能仿真及有限元分析等，是一款非常优秀的三维软件。它同时还可以对与产品的相关参数进行优化设计，可进行单目标和多目标优化设计，操作简单，可在产品研发的过程中随时进行优化设计，大大缩短了产品的研发周期和提高产品的性能[1-2]。

1 Creo Parametric 产品优化流程

针对传统采用解析法对产品进行优化设计，提出了应用Creo Parametric软件中的行为建模功能对产品进行尺寸优化设计。该方法的一般设计流程如图1所示。

2 产品模型的建立與分析特征的创建

Creo Parametric软件具有强大的三维建模功能，除此之外该软件还具有强大的测量和分析功能。利用拉伸、扫描、倒圆角等工具创建产品的实体模型，如图2所示。为了防止模型倾倒，需使整个产品的重心落到底座的投影范围内，因为产品的结构为沿XZ平面对称，因此产品重心在XY平面投影的Y坐标值始终为0，零件的坐标系在底座的最左面，要想整个产品不倾倒，则需要重心坐标的X值要大于等于0，临界值为0。确定产品重心X坐标值为优化目标值，长方体的定位尺寸为尺寸变量。

要想优化产品的尺寸，则需要先获取需要优化的目标值。通过质量属性工具可以获取产品的体积、曲面面积、质量、主惯性矩、重心坐标等等。在本例中需要获取产品重心的X坐标值，在对话框中勾选XCOG选项，单击确定，创建重心属性分析特征。产品重心属性如图3所示，重心属性分析特征的名称为“MASS_PROP_1”。

3 产品尺寸的优化设计

在对产品进行优化设计之前，需要确定目标尺寸变量的大致范围，为此Creo Parametric软件提供了敏感度分析，如图4所示。选取敏感度分析工具后，出现敏感度分析对话框，然后选取长方体的定位尺寸100，变量范围设定为最小100，最大120，目标为产品重心的X坐标，步数设置为50，其含义为在变量范围内进行50次差值，然后进行迭代计算。

单击计算后，软件进行迭代计算，计算的结果如图5所示。计算结果的横坐标为设计变量范围，纵坐标为对应的产品重心的X坐标值。此例产品重心X坐标值的目标值为0，它所对应的定位尺寸为105～115之间。

Creo Parametric中的优化设计功能可以指定目标函数与可行性研究参数，通过在可行范围内的迭代计算寻找目标函数的最优方案。参数条件设置如图6所示，设置产品重心X坐标值为0，变量的最小值为105，最大值为115。

单击计算后，软件通过计算得出优化目标收敛结果，如图7所示。软件经过优化后，长方体的定位尺寸优化值在产品中自动更新。

最后再查看Creo Parametric软件提供的产品重心属性报告，得到重心坐标为-2.5e-04，结果接近理想的结果0。

Creo Parametric提供的优化设计方法操作简单，此外软件创建的物理模型的细节与实际产品基本一致，不用对模型进行简化处理，因此与构建数学模型相比模型误差更小，对于造型复杂的产品的优化设计更具有优势。

4 结论

Creo Parametric软件提供的行为建模功能对产品进行结构优化设计，其操作简单且直观，在开发结构复杂的产品时，不需要对产品进行简化处理和建立繁琐的数学模型，只需要按尺寸要求建立精确的模型即可随时对产品进行优化设计，在实际产品开发中具有很大的推广价值。

参考文献：

[1] Samal D.Product Design[EB/OL].（2009-09-23）.http：//www.samaldesign.com/pages/dzmitry

_samal9.html.

[2] Yanko Desing.Twist and Trash the Can[EB/OL].（2009-10-28）.http：//www.yankodesign.com/

2009/10/28/twist-and-trash-the-can.

作者简介：

周宇阳（2000-），男，汉族，江苏盐城人，研究方向机械设计。