基于Pro/E參數化骨架建模的風冷機組盤管設計

□莊薇

英格索蘭亞太工程技術中心 上海 200051

1 研究背景

隨著社會的發展，人民生活水平不斷提高，空調行業及其技術得到了長足發展，人們對空調的設計提出了更高的要求。對于風冷機組而言，盤管結構優化及盤管設計效率將直接影響產品在市場中招投標的成功率。

空調設計一般采用三維設計軟件進行建模和出圖，Pro/E作為一款功能強大的設計軟件，被廣泛應用于空調行業［1-3］。對風冷機組盤管部件進行設計，基本沿用自下而上的設計方式，無論是創建組件還是零部件，均為單獨設計，相互之間僅有裝配關系，而沒有任何其它關聯［4-5］。一旦總體設計需要變更，或某一個零部件需要尺寸變化，對于有裝配關系的其它零部件，必須逐一進行修改，并需要設計人員自行判斷、排查是否有遺漏處［6］。筆者在深入研究Pro/E建模方法的基礎上，結合空調研發過程特點，總結了一套適合于風冷機組盤管設計的參數化骨架建模方法。

2 參數化骨架建模方法

參數化骨架建模方法在最上層組件中建立產品的總體設計相關信息，通過數據發布，傳遞至各個后續創建的零部件，從而確保當發生設計變更時，僅需要更改最上層的設計數據，即可聯動傳遞至下級的各個零部件，使各個零部件隨之發生變化和更改［7］。自上而下的參數化骨架建模方法主要包括骨架模型創建、參數定義與傳遞、零部件創建三部分工作。

（1）骨架模型創建［8］。骨架模型是整個自上而下參數化骨架建模的基礎。通過對骨架模型的規劃和創建，可以定義整個設計框架、裝配三維布局、零部件外形特征，以及裝配關系信息。

（2） 參數定義與傳遞［9-10］。參數定義與傳遞是整個設計的橋梁，通過參數的合理定義與適當的數據發布方式，可以將整個參數和信息數據傳遞至每個下級的產品零部件，為之后的設計變更提供便利。

（3）零部件創建。零部件創建是整個自上而下參數化骨架建模的輸出。通過前期的骨架創建和參數定義與傳遞，可以快速生成所需要的零部件。由于零部件所有數據采用了骨架或參數的發布方式，首次創建完成后，有設計變更時，僅需要進行更新和刷新操作，而無需刪除或重新創建特征信息。

3 實際應用步驟

理清層次關系是參數化骨架建模的關鍵。在設計之初，需要對產品做結構規劃，確定骨架中需要草繪的部分，以及對應需要整合和發布的內容，稱為發布幾何。根據發布幾何，設計對應的零部件。圖1所示為風冷機組V型盤管組件骨架模型關系圖，圖中清晰顯示了所有骨架與模型之間的關系。由圖1可發現，對于自上而下的設計，所有數據均賦予骨架，通過骨架信息的發布，傳遞至下級各零部件。各零部件之間沒有任何參照和聯系，從而做到調整和更改零部件時，其它零部件不會受影響。相反，一旦骨架中某個草繪或發布幾何發生變化，信息將傳遞至各個相關的下級零部件，并確保同時發生變化，且沒有遺漏。

建立框架結構后，便可進行骨架模型創建與參數定義。

▲圖1 風冷機組V型盤管組件骨架模型關系圖

▲圖2 盤管草繪信息圖

（1）創建骨架模型總裝，依據擬定的框架結構，建立首個草繪信息［9］。在項目設計過程中，首先建立盤管草繪信息，如圖2所示。盤管草繪信息中不僅包含了盤管的截面信息，而且包含了整個盤管組件的的外觀信息。盤管草繪信息對于其它部件草繪空間做了一定的限制，從而也為自上而下的參數化骨架建模提供了條件。

（2）建立骨架模型關系圖中的其它草繪和平面信息，如圖3所示。一般而言，除了第一個草繪信息較為關鍵，需要把握盤管的一些關鍵信息外，其它草繪信息的順序沒有很嚴格要求，通常按照每個設計人員的設計習慣或在骨架建模過程中不斷調整得到。但需要指出的是，由于所有參數和信息傳遞需要通過骨架的發布幾何，后續更改均需通過骨架更新來實現，因此為了簡化后續操作及減小出錯的可能性，在每個草繪信息創建過程中，均需要參照之前相關的草繪信息，如盤管支撐板的外形尺寸是通過盤管邊草繪偏移一定距離得到的。另外，在草繪信息的設計過程中，應盡量使用對稱、整列、鏡像等幾何關系，以及相等、相切、水平、垂直等約束關系，從而減少后續參數定義和賦值過程中的數量，避免賦值過多和遺漏導致后續更新報錯。

▲圖3 盤管組件骨架模型關系圖

（3）參數定義和關聯。在“工具”下“參數”選項中，追加所有需要的參數名稱和數值，并對需要人工鎖定的參數進行手動鎖定訪問列選項，如圖4所示。之后選擇“工具”下“d=關系”選項，逐一將每個草繪信息和平面的所有尺寸關聯到參數，或在關系中定義某一值與其它尺寸值的關系，如圖5所示。整個參數定義和關聯的狀態在操作中是動態循環的，如在初步完成參數定義后，在關聯關系時發現缺少某個參數，則可通過追加參數的方式進行完善。此外，在關系定義中，為了方便后續修改時找到對應參數在模型中的位置，可以通過“/*”加草繪信息或平面名稱的方式來進行識別，得到參數關系在實際應用時對應的特征。

（4）創建發布幾何。通過“工具”下“發布幾何”選項，選擇需要發布的曲面集、鏈和參考，完成發布。按照初期的框架結構規劃，整個骨架模型數據通過底部支撐發布幾何、盤管信息發布幾何與其它鈑金發布幾何發布到下級的各個零部件。對于需要重復使用的草繪信息、面等，可以同時發布到幾個發布幾何中，以供后續零件參照使用。

（5）建立零部件和組件模型。在零件模式下，通過選擇“模型”下“復制幾何”選項導入所需要的發布幾何，依據導入的骨架信息，創建各個特征。在組件模式下，選擇骨架模型，通過組裝方式可直接將骨架導入模型。圖6、圖7所示為盤管組件及部分零部件模型。

▲圖4 參數定義截圖

▲圖5 參數關系定義截圖

▲圖6 盤管組件模型

▲圖7 盤管組件零部件模型

（6）創建、組裝零部件模型。創建新零件后，通過“模型”下“復制幾何”選項，選擇骨架模型及需要發布到本零件的發布幾何。利用骨架模型中傳遞的信息，逐一創建需要的特征。完成創建后，將零部件裝入總裝。由于使用了外部參照，所有的裝配選擇均為默認安裝方式。

（7）零部件參數賦值。在參數化骨架建模中，所有重要的參數信息均事先存放于骨架模型中，通過骨架模型傳遞至各個零部件。參數信息是無法通過發布幾何傳遞到所有零部件的，因此，參數的傳遞需要通過“工具”下“d=關系”選項來實現。對于組件，可以直接在關系界面中選擇本模型的參數，之后通過“插入”下“列表”選項，選擇骨架中所需要的參數。對于零件，由于零件中沒有對應的骨架模型，因此需要在上一級組件界面下，選擇“d=關系”選項中的元件，并在模型樹中點選并激活所需要的元件參數尺寸，再通過與組件同樣的方式插入所需要的骨架參數即可。

4 實際應用效果

盤管組件包括翅片、換熱管、支撐板等，這些部件相互之間的關系密切。在最初概念設計時，由于性能模擬及設計變更等情況，盤管的角度，以及支撐板等部件的位置極有可能發生變動，而一旦發生變更，就會牽涉到所有相關零部件的變更，以及相應裝配位置的調整。一些變更導致的模型更新時間更是幾乎與新建時間相同。

應用參數化骨架建模后，所有特征及裝配定位通過骨架驅動，并導入相對應的模型，若有變更，只需要編輯骨架，然后更新零件模型即可。這一方法的優點包括：①可以節省變更所需要的時間；②保證所有關系在變更后依然存在，減少檢查的工作量和時間；③所有關鍵尺寸及關系在骨架中賦值，可以更直觀地進行確認。

5 結束語

應用參數化骨架建模方法，在風冷機組盤管的實際設計中體現了框架清晰、裝配準確、更改便利、出錯率低等優點，同時可以簡化設計流程，提高設計效率。應用這一方法可以取得較好的效果。

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