基于Pro/E參數(shù)化骨架建模的風(fēng)冷機組盤管設(shè)計

□莊薇

英格索蘭亞太工程技術(shù)中心 上海 200051

1 研究背景

隨著社會的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，空調(diào)行業(yè)及其技術(shù)得到了長足發(fā)展，人們對空調(diào)的設(shè)計提出了更高的要求。對于風(fēng)冷機組而言，盤管結(jié)構(gòu)優(yōu)化及盤管設(shè)計效率將直接影響產(chǎn)品在市場中招投標(biāo)的成功率。

空調(diào)設(shè)計一般采用三維設(shè)計軟件進行建模和出圖，Pro/E作為一款功能強大的設(shè)計軟件，被廣泛應(yīng)用于空調(diào)行業(yè)［1-3］。對風(fēng)冷機組盤管部件進行設(shè)計，基本沿用自下而上的設(shè)計方式，無論是創(chuàng)建組件還是零部件，均為單獨設(shè)計，相互之間僅有裝配關(guān)系，而沒有任何其它關(guān)聯(lián)［4-5］。一旦總體設(shè)計需要變更，或某一個零部件需要尺寸變化，對于有裝配關(guān)系的其它零部件，必須逐一進行修改，并需要設(shè)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(chǔ)上，結(jié)合空調(diào)研發(fā)過程特點，總結(jié)了一套適合于風(fēng)冷機組盤管設(shè)計的參數(shù)化骨架建模方法。

2 參數(shù)化骨架建模方法

參數(shù)化骨架建模方法在最上層組件中建立產(chǎn)品的總體設(shè)計相關(guān)信息，通過數(shù)據(jù)發(fā)布，傳遞至各個后續(xù)創(chuàng)建的零部件，從而確保當(dāng)發(fā)生設(shè)計變更時，僅需要更改最上層的設(shè)計數(shù)據(jù)，即可聯(lián)動傳遞至下級的各個零部件，使各個零部件隨之發(fā)生變化和更改［7］。自上而下的參數(shù)化骨架建模方法主要包括骨架模型創(chuàng)建、參數(shù)定義與傳遞、零部件創(chuàng)建三部分工作。

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

（2） 參數(shù)定義與傳遞［9-10］。參數(shù)定義與傳遞是整個設(shè)計的橋梁，通過參數(shù)的合理定義與適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)發(fā)布方式，可以將整個參數(shù)和信息數(shù)據(jù)傳遞至每個下級的產(chǎn)品零部件，為之后的設(shè)計變更提供便利。

（3）零部件創(chuàng)建。零部件創(chuàng)建是整個自上而下參數(shù)化骨架建模的輸出。通過前期的骨架創(chuàng)建和參數(shù)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(shù)據(jù)采用了骨架或參數(shù)的發(fā)布方式，首次創(chuàng)建完成后，有設(shè)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(chuàng)建特征信息。

3 實際應(yīng)用步驟

理清層次關(guān)系是參數(shù)化骨架建模的關(guān)鍵。在設(shè)計之初，需要對產(chǎn)品做結(jié)構(gòu)規(guī)劃，確定骨架中需要草繪的部分，以及對應(yīng)需要整合和發(fā)布的內(nèi)容，稱為發(fā)布幾何。根據(jù)發(fā)布幾何，設(shè)計對應(yīng)的零部件。圖1所示為風(fēng)冷機組V型盤管組件骨架模型關(guān)系圖，圖中清晰顯示了所有骨架與模型之間的關(guān)系。由圖1可發(fā)現(xiàn)，對于自上而下的設(shè)計，所有數(shù)據(jù)均賦予骨架，通過骨架信息的發(fā)布，傳遞至下級各零部件。各零部件之間沒有任何參照和聯(lián)系，從而做到調(diào)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(fā)布幾何發(fā)生變化，信息將傳遞至各個相關(guān)的下級零部件，并確保同時發(fā)生變化，且沒有遺漏。

建立框架結(jié)構(gòu)后，便可進行骨架模型創(chuàng)建與參數(shù)定義。

▲圖1 風(fēng)冷機組V型盤管組件骨架模型關(guān)系圖

▲圖2 盤管草繪信息圖

（1）創(chuàng)建骨架模型總裝，依據(jù)擬定的框架結(jié)構(gòu)，建立首個草繪信息［9］。在項目設(shè)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(shù)化骨架建模提供了條件。

（2）建立骨架模型關(guān)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(guān)鍵，需要把握盤管的一些關(guān)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(shè)計人員的設(shè)計習(xí)慣或在骨架建模過程中不斷調(diào)整得到。但需要指出的是，由于所有參數(shù)和信息傳遞需要通過骨架的發(fā)布幾何，后續(xù)更改均需通過骨架更新來實現(xiàn)，因此為了簡化后續(xù)操作及減小出錯的可能性，在每個草繪信息創(chuàng)建過程中，均需要參照之前相關(guān)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(shè)計過程中，應(yīng)盡量使用對稱、整列、鏡像等幾何關(guān)系，以及相等、相切、水平、垂直等約束關(guān)系，從而減少后續(xù)參數(shù)定義和賦值過程中的數(shù)量，避免賦值過多和遺漏導(dǎo)致后續(xù)更新報錯。

▲圖3 盤管組件骨架模型關(guān)系圖

（3）參數(shù)定義和關(guān)聯(lián)。在“工具”下“參數(shù)”選項中，追加所有需要的參數(shù)名稱和數(shù)值，并對需要人工鎖定的參數(shù)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(guān)系”選項，逐一將每個草繪信息和平面的所有尺寸關(guān)聯(lián)到參數(shù)，或在關(guān)系中定義某一值與其它尺寸值的關(guān)系，如圖5所示。整個參數(shù)定義和關(guān)聯(lián)的狀態(tài)在操作中是動態(tài)循環(huán)的，如在初步完成參數(shù)定義后，在關(guān)聯(lián)關(guān)系時發(fā)現(xiàn)缺少某個參數(shù)，則可通過追加參數(shù)的方式進行完善。此外，在關(guān)系定義中，為了方便后續(xù)修改時找到對應(yīng)參數(shù)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(shù)關(guān)系在實際應(yīng)用時對應(yīng)的特征。

（4）創(chuàng)建發(fā)布幾何。通過“工具”下“發(fā)布幾何”選項，選擇需要發(fā)布的曲面集、鏈和參考，完成發(fā)布。按照初期的框架結(jié)構(gòu)規(guī)劃，整個骨架模型數(shù)據(jù)通過底部支撐發(fā)布幾何、盤管信息發(fā)布幾何與其它鈑金發(fā)布幾何發(fā)布到下級的各個零部件。對于需要重復(fù)使用的草繪信息、面等，可以同時發(fā)布到幾個發(fā)布幾何中，以供后續(xù)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(fù)制幾何”選項導(dǎo)入所需要的發(fā)布幾何，依據(jù)導(dǎo)入的骨架信息，創(chuàng)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(dǎo)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(shù)定義截圖

▲圖5 參數(shù)關(guān)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(chuàng)建、組裝零部件模型。創(chuàng)建新零件后，通過“模型”下“復(fù)制幾何”選項，選擇骨架模型及需要發(fā)布到本零件的發(fā)布幾何。利用骨架模型中傳遞的信息，逐一創(chuàng)建需要的特征。完成創(chuàng)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(shù)賦值。在參數(shù)化骨架建模中，所有重要的參數(shù)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(shù)信息是無法通過發(fā)布幾何傳遞到所有零部件的，因此，參數(shù)的傳遞需要通過“工具”下“d=關(guān)系”選項來實現(xiàn)。對于組件，可以直接在關(guān)系界面中選擇本模型的參數(shù)，之后通過“插入”下“列表”選項，選擇骨架中所需要的參數(shù)。對于零件，由于零件中沒有對應(yīng)的骨架模型，因此需要在上一級組件界面下，選擇“d=關(guān)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(shù)尺寸，再通過與組件同樣的方式插入所需要的骨架參數(shù)即可。

4 實際應(yīng)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(guān)系密切。在最初概念設(shè)計時，由于性能模擬及設(shè)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(fā)生變動，而一旦發(fā)生變更，就會牽涉到所有相關(guān)零部件的變更，以及相應(yīng)裝配位置的調(diào)整。一些變更導(dǎo)致的模型更新時間更是幾乎與新建時間相同。

應(yīng)用參數(shù)化骨架建模后，所有特征及裝配定位通過骨架驅(qū)動，并導(dǎo)入相對應(yīng)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(yōu)點包括：①可以節(jié)省變更所需要的時間；②保證所有關(guān)系在變更后依然存在，減少檢查的工作量和時間；③所有關(guān)鍵尺寸及關(guān)系在骨架中賦值，可以更直觀地進行確認。

5 結(jié)束語

應(yīng)用參數(shù)化骨架建模方法，在風(fēng)冷機組盤管的實際設(shè)計中體現(xiàn)了框架清晰、裝配準確、更改便利、出錯率低等優(yōu)點，同時可以簡化設(shè)計流程，提高設(shè)計效率。應(yīng)用這一方法可以取得較好的效果。

［1］姜雄飛，張瑞亮，顏天曉，等.多骨架模型的自頂向下設(shè)計方法研究［J］.機械設(shè)計與制造，2016（6）：204-207.

［2］常云朋，朱德榮.基于Pro/E的工裝快速設(shè)計研究［J］.機械制造， 2008，46（4）：66-68.

［3］李安虎，劉立人，王利娟.AutoCAD及Pro/E間圖形交互的應(yīng)用［J］.機械制造，2005，43（11）：39-41.

［4］劉華.基于Pro/E的掘進機模塊化+Top-Down設(shè)計方法研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

［5］崔瓊瑤，齊從謙.基于參數(shù)化技術(shù)的自頂向下設(shè)計及其應(yīng)用［J］.同濟大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2002，30（9）：1087-1090.

［6］田蘊，張慧.基于Top-down數(shù)字化裝配模式的產(chǎn)品設(shè)計［J］.機械設(shè)計與制造， 2005（4）：60-61.

［7］王凱，李柏林，陳黎麗，等.基于知識的自頂向下參數(shù)化設(shè)計與應(yīng)用［J］.制造業(yè)自動化，2009，31（9）：163-165，178.

［8］吳剛，閆洪元，朱慶波，等.Pro/E骨架建模法在液壓支架設(shè)計中的應(yīng)用［J］.機械工程與自動化，2011（1）：158-159，162.

［9］孟祥旭，徐延寧.參數(shù)化設(shè)計研究［J］.計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報， 2002，14（11）：1086-1090.

［10］向華平，唐敖.基于雙骨架模型的自頂向下設(shè)計方法［J］.四川兵工學(xué)報，2011，32（2）：90-92.