空調(diào)管路在PRO/E中參數(shù)化設(shè)計(jì)的研究

張宏立

廣東省江門(mén)市三菱重工金羚空調(diào)器有限公司，廣東江門(mén) 529040

在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，參考已有經(jīng)驗(yàn)和資料，進(jìn)行構(gòu)思設(shè)計(jì)方案、建立設(shè)計(jì)模型、計(jì)算、分析、繪圖、反復(fù)修改等過(guò)程，最后設(shè)計(jì)出滿足要求的方案，并繪出圖樣和編制設(shè)計(jì)文件。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，有創(chuàng)造性的思維勞動(dòng)，有綜合性的分析及判斷，也有復(fù)雜的計(jì)算及精密的繪圖等，工作量大，而且要做很多重復(fù)性的煩瑣勞動(dòng)，要由設(shè)計(jì)者來(lái)完成所有環(huán)節(jié)的工作，設(shè)計(jì)效率低。

產(chǎn)品幾何信息與產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中信息的集成是CIMS發(fā)展的必經(jīng)之路，在這過(guò)程中有一點(diǎn)是值得我們探討的，那就是產(chǎn)品最終的設(shè)計(jì)結(jié)果怎樣反饋回CAD軟件中的初始設(shè)計(jì)幾何模型，驅(qū)動(dòng)其再生成為詳細(xì)設(shè)計(jì)的最終模型。目前所采用的方法是由設(shè)計(jì)人員手動(dòng)把設(shè)計(jì)結(jié)果一個(gè)一個(gè)通過(guò)鍵盤(pán)輸入的方法，這種方法效率低而且容易出錯(cuò)，最重要是這種方法不利于信息集成。本項(xiàng)目的根本目的就是解決在CAD軟件中存在的這一問(wèn)題。本文研究的方法基于大型CAD軟件Pro/Engineer，特別是使用了Pro/Program模塊對(duì)典型零件進(jìn)行參數(shù)化建模，參數(shù)化建模的一個(gè)顯著特點(diǎn)是修改方便，因此就為零件乃至整個(gè)產(chǎn)品的自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)更新提供基礎(chǔ)。

1 CAD技術(shù)的應(yīng)用

中國(guó)加入WTO后，制造業(yè)都面臨著持續(xù)多變和不可完全預(yù)測(cè)的全球化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)的核心是以知識(shí)為基礎(chǔ)的新產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)必然十分重視新產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題，因此，先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)必然成為先進(jìn)制造技術(shù)的核心之一。先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)離不開(kāi)CAD技術(shù)，其已成為衡量國(guó)家科技與工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一，成為企業(yè)信息化的重要技術(shù)基礎(chǔ)，也是企業(yè)進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的入場(chǎng)卷。

1.1 現(xiàn)階段CAD系統(tǒng)存在的不足

制造業(yè)信息化的過(guò)程中，產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要是進(jìn)一步強(qiáng)化二維CAD的推廣普及和三維CAD的應(yīng)用。目前正在應(yīng)用的機(jī)械CAD系統(tǒng)，就其功能確切地說(shuō)，只支持機(jī)械零、部件幾何形體的描述和顯示，即僅能描述零件結(jié)構(gòu)的幾何信息，對(duì)于設(shè)計(jì)意圖、功能要求、裝配關(guān)系等非幾何信息則無(wú)法表達(dá)，因此CAD系統(tǒng)存在以下方面的不足：

1）僅能對(duì)零件結(jié)構(gòu)的幾何信息進(jìn)行描述和顯示,而不是進(jìn)行設(shè)計(jì)；

2）設(shè)計(jì)參數(shù)與幾何模型分離；

3）裝配關(guān)系的描述只限于幾何元素間的低級(jí)關(guān)聯(lián)信息,零件之間缺乏內(nèi)在的聯(lián)系和裝配約束。

1.2 課題提出的意義及影響

制造企業(yè)為了在競(jìng)爭(zhēng)中求生存，必須盡力縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和提高產(chǎn)品質(zhì)量，以優(yōu)良的性能價(jià)格比參與競(jìng)爭(zhēng)。而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)化設(shè)計(jì)是縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期、在競(jìng)爭(zhēng)中保證有利位置的重要因素。

管路模型的快速參數(shù)化設(shè)計(jì)的提出及開(kāi)發(fā)應(yīng)用既充實(shí)和完善了產(chǎn)品的信息建模理論又具有實(shí)踐意義。它可以極大提高新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)周期；能夠?yàn)樾庐a(chǎn)品的合理化設(shè)計(jì)提供素材和基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)處理奠定基礎(chǔ)；這一概念和技術(shù)，是總結(jié)了產(chǎn)品集成信息模型中產(chǎn)品裝配模型結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)而提出的，必將大大推動(dòng)CAD技術(shù)和產(chǎn)品集成建模技術(shù)的發(fā)展。

2 管路模型的設(shè)計(jì)與更新

空調(diào)管路是空調(diào)制冷系統(tǒng)中重要的組成部分，主要圍繞以下功能進(jìn)行設(shè)計(jì)：

1）各銅管的互相焊接形成一個(gè)密閉回路，使冷媒（俗稱(chēng)的冰種）在回路中形成循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱量的交換；

2）起到冷媒調(diào)節(jié)分配的作用。不同管徑及長(zhǎng)度的連管在回路中形成的流動(dòng)阻力是不同的，因而使冷媒通過(guò)主回路進(jìn)入各分支回路的冷媒量也不同，起到調(diào)節(jié)作用；

3）結(jié)構(gòu)性作用。管路在空調(diào)中的分布結(jié)構(gòu)對(duì)自身管路件起到重要的支撐作用，管路分布的不合理會(huì)使某部分銅管受力變形、損壞，從而影響或破壞回路的分配，導(dǎo)致空調(diào)器不能正常制冷。

空調(diào)管路的設(shè)計(jì)受多方面的約束，包括有限的空間布局，管路之間的安全距離，管路的走向，應(yīng)力，加工工藝，焊接工藝，裝配工藝等等，因而在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮相關(guān)的制約因素，在反復(fù)優(yōu)化完善的修改過(guò)程中才能找到合適的管道設(shè)計(jì)。利用PRO/E中參數(shù)化設(shè)計(jì)更新，則可減少設(shè)計(jì)人員時(shí)間以及精力的消耗，更可提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率及精度。

管路件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上大致可以分為兩種類(lèi)型，一類(lèi)是結(jié)構(gòu)上有相似、重復(fù)的、有規(guī)律可循的部分，例如U管、毛細(xì)管等，另一類(lèi)是結(jié)構(gòu)上沒(méi)有特定的形狀，根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)的，例如普通的連管。根據(jù)兩種不同的類(lèi)型，我們可以將結(jié)構(gòu)上大部分的特征具有共有性，代表性的管路劃分為典型零件，另外那種結(jié)構(gòu)上不具有代表性的劃分為非典型零件。

2.1 典型零件的參數(shù)化建模

1）Pro/Program工具

在Pro/E系統(tǒng)中，每建立一個(gè)模型，都會(huì)有一個(gè)宏文件記錄模型產(chǎn)生的過(guò)程，如果能夠?qū)@個(gè)宏文件進(jìn)行修改，則可以控制模型的建立過(guò)程，從而控制所生成的模型。Pro/PROGRAM就是這樣一個(gè)控制并修改該宏文件的工具。運(yùn)用Pro/PROGRAM，可以修改一切與模型建立過(guò)程相關(guān)的參數(shù)（包括尺寸參數(shù)、特征或零件存在性參數(shù)、特征或零件之間的關(guān)系參數(shù)以及質(zhì)量參數(shù)等），從而控制所要生成的零件或組件。修改好Pro/PROGRAM文件后，相應(yīng)輸入各參數(shù)變量，便可以自動(dòng)生成不同的模型，進(jìn)而可以將這些模型例化為獨(dú)立的模型。

2）典型零件的建模

鑒于每種典型零件大都具有相似的結(jié)構(gòu)，但尺寸需經(jīng)常改變，如果采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法建立圖形程序庫(kù)，調(diào)出后賦以一組新的尺寸參數(shù)就能生成一個(gè)新的圖形，就能縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)間，并且利于零件的變動(dòng)修改。制冷循環(huán)系統(tǒng)中毛細(xì)管（如圖1）最主要起到分配冷媒、消聲等作用，不同的分配毛細(xì)管最主要的區(qū)別在于內(nèi)徑和長(zhǎng)度不同，基于結(jié)構(gòu)、安裝方式和加工方法等都大部分相似，在制作毛細(xì)管的實(shí)體模型時(shí)，使用Pro/E功能最為強(qiáng)大的參數(shù)化造型更為方便快捷，利用 Pro/PROGRAM記錄模型制作時(shí)的相關(guān)變量參數(shù)（如內(nèi)徑、外徑、彎曲半徑、結(jié)構(gòu)圈數(shù)等，如圖2），從而在使用其他規(guī)格的毛細(xì)管時(shí)則可以輸入相關(guān)變量參數(shù)自動(dòng)生成不同的模型。

圖1

2.2 非典型零件的參數(shù)化建模

制冷循環(huán)組件中的連管起到輸送冷媒的作用，根據(jù)不同的壓縮機(jī)的大小，空間回路結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行時(shí)實(shí)際振動(dòng)應(yīng)力的情況，設(shè)計(jì)合適的管路，由于該管路存在的共性較少，不同的管路存在的差異較大，難以定性為典型零件，因此使用Pro/PROGRAM不能有效地自動(dòng)生成所需的模型。由于在Pro/E中創(chuàng)建的三維模型是一種全參數(shù)化的三維模型，在討論普通模型的更新方法時(shí)，主要關(guān)注的是幾何特征怎樣由尺寸參數(shù)表現(xiàn)出來(lái)以及怎樣由尺寸驅(qū)動(dòng)。

制作非典型零件的管路模型原則是基于如何方便正確修改模型的參數(shù)，在更新后滿足幾何特征滿足設(shè)計(jì)的意圖。設(shè)計(jì)過(guò)程中必須將不會(huì)變動(dòng)的尺寸（例如管口的相對(duì)位置、插入深度、參照的相對(duì)位置等）先行鎖定或定義，確保在更新過(guò)程中裝配的相對(duì)位置正確。

3 結(jié)論與展望

參數(shù)化設(shè)計(jì)的提出以及應(yīng)用，不僅僅能提高設(shè)計(jì)人員的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而且還能給企業(yè)帶來(lái)強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，立足市場(chǎng)先機(jī)。采用參數(shù)化設(shè)計(jì)使得結(jié)果明確，可以為產(chǎn)品設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)，它能夠清楚的表達(dá)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)條件與最終結(jié)果的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以保存為設(shè)計(jì)實(shí)例，作為新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的借鑒。目前非典型零件的參數(shù)化相對(duì)于典型零件的參數(shù)化更新來(lái)講，還是比較煩瑣，不能象典型零件那樣的迅速、方便，因此非典型零件的參數(shù)化過(guò)程也不是零件的最佳研究方法，它還有待于更加深入的研究。

[1]劉愛(ài)華.數(shù)據(jù)庫(kù)與Pro/Engineer二次開(kāi)發(fā)相結(jié)合在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2005，41：189-192.

[2]李世國(guó)，何建軍基于Pro/E零件模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2003(3)：36-37.