空調管路在PRO/E中參數化設計的研究

張宏立

廣東省江門市三菱重工金羚空調器有限公司，廣東江門 529040

在傳統設計中，設計者根據設計任務的要求，參考已有經驗和資料，進行構思設計方案、建立設計模型、計算、分析、繪圖、反復修改等過程，最后設計出滿足要求的方案，并繪出圖樣和編制設計文件。在設計過程中，有創造性的思維勞動，有綜合性的分析及判斷，也有復雜的計算及精密的繪圖等，工作量大，而且要做很多重復性的煩瑣勞動，要由設計者來完成所有環節的工作，設計效率低。

產品幾何信息與產品設計過程中信息的集成是CIMS發展的必經之路，在這過程中有一點是值得我們探討的，那就是產品最終的設計結果怎樣反饋回CAD軟件中的初始設計幾何模型，驅動其再生成為詳細設計的最終模型。目前所采用的方法是由設計人員手動把設計結果一個一個通過鍵盤輸入的方法，這種方法效率低而且容易出錯，最重要是這種方法不利于信息集成。本項目的根本目的就是解決在CAD軟件中存在的這一問題。本文研究的方法基于大型CAD軟件Pro/Engineer，特別是使用了Pro/Program模塊對典型零件進行參數化建模，參數化建模的一個顯著特點是修改方便，因此就為零件乃至整個產品的自動化驅動更新提供基礎。

1 CAD技術的應用

中國加入WTO后，制造業都面臨著持續多變和不可完全預測的全球化市場競爭，競爭的核心是以知識為基礎的新產品的競爭，企業必然十分重視新產品設計問題，因此，先進的設計技術必然成為先進制造技術的核心之一。先進設計技術離不開CAD技術，其已成為衡量國家科技與工業現代化的重要標志之一，成為企業信息化的重要技術基礎，也是企業進入國際市場的入場卷。

1.1 現階段CAD系統存在的不足

制造業信息化的過程中，產品的數字化設計是關鍵環節，主要是進一步強化二維CAD的推廣普及和三維CAD的應用。目前正在應用的機械CAD系統，就其功能確切地說，只支持機械零、部件幾何形體的描述和顯示，即僅能描述零件結構的幾何信息，對于設計意圖、功能要求、裝配關系等非幾何信息則無法表達，因此CAD系統存在以下方面的不足：

1）僅能對零件結構的幾何信息進行描述和顯示,而不是進行設計；

2）設計參數與幾何模型分離；

3）裝配關系的描述只限于幾何元素間的低級關聯信息,零件之間缺乏內在的聯系和裝配約束。

1.2 課題提出的意義及影響

制造企業為了在競爭中求生存，必須盡力縮短產品開發周期和提高產品質量，以優良的性能價格比參與競爭。而實現產品的自動化設計是縮短產品的開發周期、在競爭中保證有利位置的重要因素。

管路模型的快速參數化設計的提出及開發應用既充實和完善了產品的信息建模理論又具有實踐意義。它可以極大提高新產品開發設計效率和質量，縮短新產品開發設計周期；能夠為新產品的合理化設計提供素材和基礎，為設計開發經驗的計算機處理奠定基礎；這一概念和技術，是總結了產品集成信息模型中產品裝配模型結構和實現技術而提出的，必將大大推動CAD技術和產品集成建模技術的發展。

2 管路模型的設計與更新

空調管路是空調制冷系統中重要的組成部分，主要圍繞以下功能進行設計：

1）各銅管的互相焊接形成一個密閉回路，使冷媒（俗稱的冰種）在回路中形成循環流動，實現熱量的交換；

2）起到冷媒調節分配的作用。不同管徑及長度的連管在回路中形成的流動阻力是不同的，因而使冷媒通過主回路進入各分支回路的冷媒量也不同，起到調節作用；

3）結構性作用。管路在空調中的分布結構對自身管路件起到重要的支撐作用，管路分布的不合理會使某部分銅管受力變形、損壞，從而影響或破壞回路的分配，導致空調器不能正常制冷。

空調管路的設計受多方面的約束，包括有限的空間布局，管路之間的安全距離，管路的走向，應力，加工工藝，焊接工藝，裝配工藝等等，因而在設計過程中需要考慮相關的制約因素，在反復優化完善的修改過程中才能找到合適的管道設計。利用PRO/E中參數化設計更新，則可減少設計人員時間以及精力的消耗，更可提高產品的設計效率及精度。

管路件在結構設計上大致可以分為兩種類型，一類是結構上有相似、重復的、有規律可循的部分，例如U管、毛細管等，另一類是結構上沒有特定的形狀，根據實際的情況進行設計的，例如普通的連管。根據兩種不同的類型，我們可以將結構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，另外那種結構上不具有代表性的劃分為非典型零件。

2.1 典型零件的參數化建模

1）Pro/Program工具

在Pro/E系統中，每建立一個模型，都會有一個宏文件記錄模型產生的過程，如果能夠對這個宏文件進行修改，則可以控制模型的建立過程，從而控制所生成的模型。Pro/PROGRAM就是這樣一個控制并修改該宏文件的工具。運用Pro/PROGRAM，可以修改一切與模型建立過程相關的參數（包括尺寸參數、特征或零件存在性參數、特征或零件之間的關系參數以及質量參數等），從而控制所要生成的零件或組件。修改好Pro/PROGRAM文件后，相應輸入各參數變量，便可以自動生成不同的模型，進而可以將這些模型例化為獨立的模型。

2）典型零件的建模

鑒于每種典型零件大都具有相似的結構，但尺寸需經常改變，如果采用參數化設計的方法建立圖形程序庫，調出后賦以一組新的尺寸參數就能生成一個新的圖形，就能縮短產品的設計時間，并且利于零件的變動修改。制冷循環系統中毛細管（如圖1）最主要起到分配冷媒、消聲等作用，不同的分配毛細管最主要的區別在于內徑和長度不同，基于結構、安裝方式和加工方法等都大部分相似，在制作毛細管的實體模型時，使用Pro/E功能最為強大的參數化造型更為方便快捷，利用 Pro/PROGRAM記錄模型制作時的相關變量參數（如內徑、外徑、彎曲半徑、結構圈數等，如圖2），從而在使用其他規格的毛細管時則可以輸入相關變量參數自動生成不同的模型。

圖1

2.2 非典型零件的參數化建模

制冷循環組件中的連管起到輸送冷媒的作用，根據不同的壓縮機的大小，空間回路結構以及運行時實際振動應力的情況，設計合適的管路，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不能有效地自動生成所需的模型。由于在Pro/E中創建的三維模型是一種全參數化的三維模型，在討論普通模型的更新方法時，主要關注的是幾何特征怎樣由尺寸參數表現出來以及怎樣由尺寸驅動。

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，在更新后滿足幾何特征滿足設計的意圖。設計過程中必須將不會變動的尺寸（例如管口的相對位置、插入深度、參照的相對位置等）先行鎖定或定義，確保在更新過程中裝配的相對位置正確。

3 結論與展望

參數化設計的提出以及應用，不僅僅能提高設計人員的工作效率和產品質量，而且還能給企業帶來強大的競爭力，立足市場先機。采用參數化設計使得結果明確，可以為產品設計積累經驗，它能夠清楚的表達產品的設計條件與最終結果的對應關系，可以保存為設計實例，作為新產品開發的借鑒。目前非典型零件的參數化相對于典型零件的參數化更新來講，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化過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]劉愛華.數據庫與Pro/Engineer二次開發相結合在產品開發中的應用.計算機工程與應用，2005，41：189-192.

[2]李世國，何建軍基于Pro/E零件模型的參數化設計研究[J].機械設計與研究，2003(3)：36-37.