空调管路在PRO/E中参数化设计的研究

张宏立

广东省江门市三菱重工金羚空调器有限公司，广东江门 529040

在传统设计中，设计者根据设计任务的要求，参考已有经验和资料，进行构思设计方案、建立设计模型、计算、分析、绘图、反复修改等过程，最后设计出满足要求的方案，并绘出图样和编制设计文件。在设计过程中，有创造性的思维劳动，有综合性的分析及判断，也有复杂的计算及精密的绘图等，工作量大，而且要做很多重复性的烦琐劳动，要由设计者来完成所有环节的工作，设计效率低。

产品几何信息与产品设计过程中信息的集成是CIMS发展的必经之路，在这过程中有一点是值得我们探讨的，那就是产品最终的设计结果怎样反馈回CAD软件中的初始设计几何模型，驱动其再生成为详细设计的最终模型。目前所采用的方法是由设计人员手动把设计结果一个一个通过键盘输入的方法，这种方法效率低而且容易出错，最重要是这种方法不利于信息集成。本项目的根本目的就是解决在CAD软件中存在的这一问题。本文研究的方法基于大型CAD软件Pro/Engineer，特别是使用了Pro/Program模块对典型零件进行参数化建模，参数化建模的一个显著特点是修改方便，因此就为零件乃至整个产品的自动化驱动更新提供基础。

1 CAD技术的应用

中国加入WTO后，制造业都面临着持续多变和不可完全预测的全球化市场竞争，竞争的核心是以知识为基础的新产品的竞争，企业必然十分重视新产品设计问题，因此，先进的设计技术必然成为先进制造技术的核心之一。先进设计技术离不开CAD技术，其已成为衡量国家科技与工业现代化的重要标志之一，成为企业信息化的重要技术基础，也是企业进入国际市场的入场卷。

1.1 现阶段CAD系统存在的不足

制造业信息化的过程中，产品的数字化设计是关键环节，主要是进一步强化二维CAD的推广普及和三维CAD的应用。目前正在应用的机械CAD系统，就其功能确切地说，只支持机械零、部件几何形体的描述和显示，即仅能描述零件结构的几何信息，对于设计意图、功能要求、装配关系等非几何信息则无法表达，因此CAD系统存在以下方面的不足：

1）仅能对零件结构的几何信息进行描述和显示,而不是进行设计；

2）设计参数与几何模型分离；

3）装配关系的描述只限于几何元素间的低级关联信息,零件之间缺乏内在的联系和装配约束。

1.2 课题提出的意义及影响

制造企业为了在竞争中求生存，必须尽力缩短产品开发周期和提高产品质量，以优良的性能价格比参与竞争。而实现产品的自动化设计是缩短产品的开发周期、在竞争中保证有利位置的重要因素。

管路模型的快速参数化设计的提出及开发应用既充实和完善了产品的信息建模理论又具有实践意义。它可以极大提高新产品开发设计效率和质量，缩短新产品开发设计周期；能够为新产品的合理化设计提供素材和基础，为设计开发经验的计算机处理奠定基础；这一概念和技术，是总结了产品集成信息模型中产品装配模型结构和实现技术而提出的，必将大大推动CAD技术和产品集成建模技术的发展。

2 管路模型的设计与更新

空调管路是空调制冷系统中重要的组成部分，主要围绕以下功能进行设计：

1）各铜管的互相焊接形成一个密闭回路，使冷媒（俗称的冰种）在回路中形成循环流动，实现热量的交换；

2）起到冷媒调节分配的作用。不同管径及长度的连管在回路中形成的流动阻力是不同的，因而使冷媒通过主回路进入各分支回路的冷媒量也不同，起到调节作用；

3）结构性作用。管路在空调中的分布结构对自身管路件起到重要的支撑作用，管路分布的不合理会使某部分铜管受力变形、损坏，从而影响或破坏回路的分配，导致空调器不能正常制冷。

空调管路的设计受多方面的约束，包括有限的空间布局，管路之间的安全距离，管路的走向，应力，加工工艺，焊接工艺，装配工艺等等，因而在设计过程中需要考虑相关的制约因素，在反复优化完善的修改过程中才能找到合适的管道设计。利用PRO/E中参数化设计更新，则可减少设计人员时间以及精力的消耗，更可提高产品的设计效率及精度。

管路件在结构设计上大致可以分为两种类型，一类是结构上有相似、重复的、有规律可循的部分，例如U管、毛细管等，另一类是结构上没有特定的形状，根据实际的情况进行设计的，例如普通的连管。根据两种不同的类型，我们可以将结构上大部分的特征具有共有性，代表性的管路划分为典型零件，另外那种结构上不具有代表性的划分为非典型零件。

2.1 典型零件的参数化建模

1）Pro/Program工具

在Pro/E系统中，每建立一个模型，都会有一个宏文件记录模型产生的过程，如果能够对这个宏文件进行修改，则可以控制模型的建立过程，从而控制所生成的模型。Pro/PROGRAM就是这样一个控制并修改该宏文件的工具。运用Pro/PROGRAM，可以修改一切与模型建立过程相关的参数（包括尺寸参数、特征或零件存在性参数、特征或零件之间的关系参数以及质量参数等），从而控制所要生成的零件或组件。修改好Pro/PROGRAM文件后，相应输入各参数变量，便可以自动生成不同的模型，进而可以将这些模型例化为独立的模型。

2）典型零件的建模

鉴于每种典型零件大都具有相似的结构，但尺寸需经常改变，如果采用参数化设计的方法建立图形程序库，调出后赋以一组新的尺寸参数就能生成一个新的图形，就能缩短产品的设计时间，并且利于零件的变动修改。制冷循环系统中毛细管（如图1）最主要起到分配冷媒、消声等作用，不同的分配毛细管最主要的区别在于内径和长度不同，基于结构、安装方式和加工方法等都大部分相似，在制作毛细管的实体模型时，使用Pro/E功能最为强大的参数化造型更为方便快捷，利用 Pro/PROGRAM记录模型制作时的相关变量参数（如内径、外径、弯曲半径、结构圈数等，如图2），从而在使用其他规格的毛细管时则可以输入相关变量参数自动生成不同的模型。

图1

2.2 非典型零件的参数化建模

制冷循环组件中的连管起到输送冷媒的作用，根据不同的压缩机的大小，空间回路结构以及运行时实际振动应力的情况，设计合适的管路，由于该管路存在的共性较少，不同的管路存在的差异较大，难以定性为典型零件，因此使用Pro/PROGRAM不能有效地自动生成所需的模型。由于在Pro/E中创建的三维模型是一种全参数化的三维模型，在讨论普通模型的更新方法时，主要关注的是几何特征怎样由尺寸参数表现出来以及怎样由尺寸驱动。

制作非典型零件的管路模型原则是基于如何方便正确修改模型的参数，在更新后满足几何特征满足设计的意图。设计过程中必须将不会变动的尺寸（例如管口的相对位置、插入深度、参照的相对位置等）先行锁定或定义，确保在更新过程中装配的相对位置正确。

3 结论与展望

参数化设计的提出以及应用，不仅仅能提高设计人员的工作效率和产品质量，而且还能给企业带来强大的竞争力，立足市场先机。采用参数化设计使得结果明确，可以为产品设计积累经验，它能够清楚的表达产品的设计条件与最终结果的对应关系，可以保存为设计实例，作为新产品开发的借鉴。目前非典型零件的参数化相对于典型零件的参数化更新来讲，还是比较烦琐，不能象典型零件那样的迅速、方便，因此非典型零件的参数化过程也不是零件的最佳研究方法，它还有待于更加深入的研究。

[1]刘爱华.数据库与Pro/Engineer二次开发相结合在产品开发中的应用.计算机工程与应用，2005，41：189-192.

[2]李世国，何建军基于Pro/E零件模型的参数化设计研究[J].机械设计与研究，2003(3)：36-37.