□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(huì)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(zhǎng)足發(fā)展，人們對(duì)空調(diào)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。對(duì)于風(fēng)冷機(jī)組而言，盤(pán)管結(jié)構(gòu)優(yōu)化及盤(pán)管設(shè)計(jì)效率將直接影響產(chǎn)品在市場(chǎng)中招投標(biāo)的成功率。

空調(diào)設(shè)計(jì)一般采用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模和出圖，Pro/E作為一款功能強(qiáng)大的設(shè)計(jì)軟件，被廣泛應(yīng)用于空調(diào)行業(yè)［1-3］。對(duì)風(fēng)冷機(jī)組盤(pán)管部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，基本沿用自下而上的設(shè)計(jì)方式，無(wú)論是創(chuàng)建組件還是零部件，均為單獨(dú)設(shè)計(jì)，相互之間僅有裝配關(guān)系，而沒(méi)有任何其它關(guān)聯(lián)［4-5］。一旦總體設(shè)計(jì)需要變更，或某一個(gè)零部件需要尺寸變化，對(duì)于有裝配關(guān)系的其它零部件，必須逐一進(jìn)行修改，并需要設(shè)計(jì)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(guò)程特點(diǎn)，總結(jié)了一套適合于風(fēng)冷機(jī)組盤(pán)管設(shè)計(jì)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(jì)相關(guān)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)布，傳遞至各個(gè)后續(xù)創(chuàng)建的零部件，從而確保當(dāng)發(fā)生設(shè)計(jì)變更時(shí)，僅需要更改最上層的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，即可聯(lián)動(dòng)傳遞至下級(jí)的各個(gè)零部件，使各個(gè)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(gè)自上而下參數(shù)化骨架建模的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)骨架模型的規(guī)劃和創(chuàng)建，可以定義整個(gè)設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)的橋梁，通過(guò)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(gè)參數(shù)和信息數(shù)據(jù)傳遞至每個(gè)下級(jí)的產(chǎn)品零部件，為之后的設(shè)計(jì)變更提供便利。

（3）零部件創(chuàng)建。零部件創(chuàng)建是整個(gè)自上而下參數(shù)化骨架建模的輸出。通過(guò)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(jì)變更時(shí)，僅需要進(jìn)行更新和刷新操作，而無(wú)需刪除或重新創(chuàng)建特征信息。

3 實(shí)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(jì)之初，需要對(duì)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(duì)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(jì)對(duì)應(yīng)的零部件。圖1所示為風(fēng)冷機(jī)組V型盤(pán)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(duì)于自上而下的設(shè)計(jì)，所有數(shù)據(jù)均賦予骨架，通過(guò)骨架信息的發(fā)布，傳遞至下級(jí)各零部件。各零部件之間沒(méi)有任何參照和聯(lián)系，從而做到調(diào)整和更改零部件時(shí)，其它零部件不會(huì)受影響。相反，一旦骨架中某個(gè)草繪或發(fā)布幾何發(fā)生變化，信息將傳遞至各個(gè)相關(guān)的下級(jí)零部件，并確保同時(shí)發(fā)生變化，且沒(méi)有遺漏。

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

▲圖1 風(fēng)冷機(jī)組V型盤(pán)管組件骨架模型關(guān)系圖

▲圖2 盤(pán)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(gè)草繪信息［9］。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先建立盤(pán)管草繪信息，如圖2所示。盤(pán)管草繪信息中不僅包含了盤(pán)管的截面信息，而且包含了整個(gè)盤(pán)管組件的的外觀信息。盤(pán)管草繪信息對(duì)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(gè)草繪信息較為關(guān)鍵，需要把握盤(pán)管的一些關(guān)鍵信息外，其它草繪信息的順序沒(méi)有很?chē)?yán)格要求，通常按照每個(gè)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)習(xí)慣或在骨架建模過(guò)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(guò)骨架的發(fā)布幾何，后續(xù)更改均需通過(guò)骨架更新來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此為了簡(jiǎn)化后續(xù)操作及減小出錯(cuò)的可能性，在每個(gè)草繪信息創(chuàng)建過(guò)程中，均需要參照之前相關(guān)的草繪信息，如盤(pán)管支撐板的外形尺寸是通過(guò)盤(pán)管邊草繪偏移一定距離得到的。另外，在草繪信息的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)盡量使用對(duì)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(guò)程中的數(shù)量，避免賦值過(guò)多和遺漏導(dǎo)致后續(xù)更新報(bào)錯(cuò)。

▲圖3 盤(pán)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(xiàng)中，追加所有需要的參數(shù)名稱和數(shù)值，并對(duì)需要人工鎖定的參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)鎖定訪問(wèn)列選項(xiàng)，如圖4所示。之后選擇“工具”下“d=關(guān)系”選項(xiàng)，逐一將每個(gè)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(gè)參數(shù)定義和關(guān)聯(lián)的狀態(tài)在操作中是動(dòng)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(shí)發(fā)現(xiàn)缺少某個(gè)參數(shù)，則可通過(guò)追加參數(shù)的方式進(jìn)行完善。此外，在關(guān)系定義中，為了方便后續(xù)修改時(shí)找到對(duì)應(yīng)參數(shù)在模型中的位置，可以通過(guò)“/*”加草繪信息或平面名稱的方式來(lái)進(jìn)行識(shí)別，得到參數(shù)關(guān)系在實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)應(yīng)的特征。

（4）創(chuàng)建發(fā)布幾何。通過(guò)“工具”下“發(fā)布幾何”選項(xiàng)，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(gè)骨架模型數(shù)據(jù)通過(guò)底部支撐發(fā)布幾何、盤(pán)管信息發(fā)布幾何與其它鈑金發(fā)布幾何發(fā)布到下級(jí)的各個(gè)零部件。對(duì)于需要重復(fù)使用的草繪信息、面等，可以同時(shí)發(fā)布到幾個(gè)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(guò)選擇“模型”下“復(fù)制幾何”選項(xiàng)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(gè)特征。在組件模式下，選擇骨架模型，通過(guò)組裝方式可直接將骨架導(dǎo)入模型。圖6、圖7所示為盤(pán)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(pán)管組件模型

▲圖7 盤(pán)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(guò)“模型”下“復(fù)制幾何”選項(xiàng)，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(rèn)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(guò)骨架模型傳遞至各個(gè)零部件。參數(shù)信息是無(wú)法通過(guò)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(guò)“工具”下“d=關(guān)系”選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)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(guò)“插入”下“列表”選項(xiàng)，選擇骨架中所需要的參數(shù)。對(duì)于零件，由于零件中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的骨架模型，因此需要在上一級(jí)組件界面下，選擇“d=關(guān)系”選項(xiàng)中的元件，并在模型樹(shù)中點(diǎn)選并激活所需要的元件參數(shù)尺寸，再通過(guò)與組件同樣的方式插入所需要的骨架參數(shù)即可。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

盤(pán)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(jì)時(shí)，由于性能模擬及設(shè)計(jì)變更等情況，盤(pán)管的角度，以及支撐板等部件的位置極有可能發(fā)生變動(dòng)，而一旦發(fā)生變更，就會(huì)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(shí)間更是幾乎與新建時(shí)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(guò)骨架驅(qū)動(dòng)，并導(dǎo)入相對(duì)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(diǎn)包括：①可以節(jié)省變更所需要的時(shí)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(shí)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(jìn)行確認(rèn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用參數(shù)化骨架建模方法，在風(fēng)冷機(jī)組盤(pán)管的實(shí)際設(shè)計(jì)中體現(xiàn)了框架清晰、裝配準(zhǔn)確、更改便利、出錯(cuò)率低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，提高設(shè)計(jì)效率。應(yīng)用這一方法可以取得較好的效果。

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