基于Pro/E参数化骨架建模的风冷机组盘管设计

□庄薇

英格索兰亚太工程技术中心 上海 200051

1 研究背景

随着社会的发展，人民生活水平不断提高，空调行业及其技术得到了长足发展，人们对空调的设计提出了更高的要求。对于风冷机组而言，盘管结构优化及盘管设计效率将直接影响产品在市场中招投标的成功率。

空调设计一般采用三维设计软件进行建模和出图，Pro/E作为一款功能强大的设计软件，被广泛应用于空调行业［1-3］。对风冷机组盘管部件进行设计，基本沿用自下而上的设计方式，无论是创建组件还是零部件，均为单独设计，相互之间仅有装配关系，而没有任何其它关联［4-5］。一旦总体设计需要变更，或某一个零部件需要尺寸变化，对于有装配关系的其它零部件，必须逐一进行修改，并需要设计人员自行判断、排查是否有遗漏处［6］。笔者在深入研究Pro/E建模方法的基础上，结合空调研发过程特点，总结了一套适合于风冷机组盘管设计的参数化骨架建模方法。

2 参数化骨架建模方法

参数化骨架建模方法在最上层组件中建立产品的总体设计相关信息，通过数据发布，传递至各个后续创建的零部件，从而确保当发生设计变更时，仅需要更改最上层的设计数据，即可联动传递至下级的各个零部件，使各个零部件随之发生变化和更改［7］。自上而下的参数化骨架建模方法主要包括骨架模型创建、参数定义与传递、零部件创建三部分工作。

（1）骨架模型创建［8］。骨架模型是整个自上而下参数化骨架建模的基础。通过对骨架模型的规划和创建，可以定义整个设计框架、装配三维布局、零部件外形特征，以及装配关系信息。

（2） 参数定义与传递［9-10］。参数定义与传递是整个设计的桥梁，通过参数的合理定义与适当的数据发布方式，可以将整个参数和信息数据传递至每个下级的产品零部件，为之后的设计变更提供便利。

（3）零部件创建。零部件创建是整个自上而下参数化骨架建模的输出。通过前期的骨架创建和参数定义与传递，可以快速生成所需要的零部件。由于零部件所有数据采用了骨架或参数的发布方式，首次创建完成后，有设计变更时，仅需要进行更新和刷新操作，而无需删除或重新创建特征信息。

3 实际应用步骤

理清层次关系是参数化骨架建模的关键。在设计之初，需要对产品做结构规划，确定骨架中需要草绘的部分，以及对应需要整合和发布的内容，称为发布几何。根据发布几何，设计对应的零部件。图1所示为风冷机组V型盘管组件骨架模型关系图，图中清晰显示了所有骨架与模型之间的关系。由图1可发现，对于自上而下的设计，所有数据均赋予骨架，通过骨架信息的发布，传递至下级各零部件。各零部件之间没有任何参照和联系，从而做到调整和更改零部件时，其它零部件不会受影响。相反，一旦骨架中某个草绘或发布几何发生变化，信息将传递至各个相关的下级零部件，并确保同时发生变化，且没有遗漏。

建立框架结构后，便可进行骨架模型创建与参数定义。

▲图1 风冷机组V型盘管组件骨架模型关系图

▲图2 盘管草绘信息图

（1）创建骨架模型总装，依据拟定的框架结构，建立首个草绘信息［9］。在项目设计过程中，首先建立盘管草绘信息，如图2所示。盘管草绘信息中不仅包含了盘管的截面信息，而且包含了整个盘管组件的的外观信息。盘管草绘信息对于其它部件草绘空间做了一定的限制，从而也为自上而下的参数化骨架建模提供了条件。

（2）建立骨架模型关系图中的其它草绘和平面信息，如图3所示。一般而言，除了第一个草绘信息较为关键，需要把握盘管的一些关键信息外，其它草绘信息的顺序没有很严格要求，通常按照每个设计人员的设计习惯或在骨架建模过程中不断调整得到。但需要指出的是，由于所有参数和信息传递需要通过骨架的发布几何，后续更改均需通过骨架更新来实现，因此为了简化后续操作及减小出错的可能性，在每个草绘信息创建过程中，均需要参照之前相关的草绘信息，如盘管支撑板的外形尺寸是通过盘管边草绘偏移一定距离得到的。另外，在草绘信息的设计过程中，应尽量使用对称、整列、镜像等几何关系，以及相等、相切、水平、垂直等约束关系，从而减少后续参数定义和赋值过程中的数量，避免赋值过多和遗漏导致后续更新报错。

▲图3 盘管组件骨架模型关系图

（3）参数定义和关联。在“工具”下“参数”选项中，追加所有需要的参数名称和数值，并对需要人工锁定的参数进行手动锁定访问列选项，如图4所示。之后选择“工具”下“d=关系”选项，逐一将每个草绘信息和平面的所有尺寸关联到参数，或在关系中定义某一值与其它尺寸值的关系，如图5所示。整个参数定义和关联的状态在操作中是动态循环的，如在初步完成参数定义后，在关联关系时发现缺少某个参数，则可通过追加参数的方式进行完善。此外，在关系定义中，为了方便后续修改时找到对应参数在模型中的位置，可以通过“/*”加草绘信息或平面名称的方式来进行识别，得到参数关系在实际应用时对应的特征。

（4）创建发布几何。通过“工具”下“发布几何”选项，选择需要发布的曲面集、链和参考，完成发布。按照初期的框架结构规划，整个骨架模型数据通过底部支撑发布几何、盘管信息发布几何与其它钣金发布几何发布到下级的各个零部件。对于需要重复使用的草绘信息、面等，可以同时发布到几个发布几何中，以供后续零件参照使用。

（5）建立零部件和组件模型。在零件模式下，通过选择“模型”下“复制几何”选项导入所需要的发布几何，依据导入的骨架信息，创建各个特征。在组件模式下，选择骨架模型，通过组装方式可直接将骨架导入模型。图6、图7所示为盘管组件及部分零部件模型。

▲图4 参数定义截图

▲图5 参数关系定义截图

▲图6 盘管组件模型

▲图7 盘管组件零部件模型

（6）创建、组装零部件模型。创建新零件后，通过“模型”下“复制几何”选项，选择骨架模型及需要发布到本零件的发布几何。利用骨架模型中传递的信息，逐一创建需要的特征。完成创建后，将零部件装入总装。由于使用了外部参照，所有的装配选择均为默认安装方式。

（7）零部件参数赋值。在参数化骨架建模中，所有重要的参数信息均事先存放于骨架模型中，通过骨架模型传递至各个零部件。参数信息是无法通过发布几何传递到所有零部件的，因此，参数的传递需要通过“工具”下“d=关系”选项来实现。对于组件，可以直接在关系界面中选择本模型的参数，之后通过“插入”下“列表”选项，选择骨架中所需要的参数。对于零件，由于零件中没有对应的骨架模型，因此需要在上一级组件界面下，选择“d=关系”选项中的元件，并在模型树中点选并激活所需要的元件参数尺寸，再通过与组件同样的方式插入所需要的骨架参数即可。

4 实际应用效果

盘管组件包括翅片、换热管、支撑板等，这些部件相互之间的关系密切。在最初概念设计时，由于性能模拟及设计变更等情况，盘管的角度，以及支撑板等部件的位置极有可能发生变动，而一旦发生变更，就会牵涉到所有相关零部件的变更，以及相应装配位置的调整。一些变更导致的模型更新时间更是几乎与新建时间相同。

应用参数化骨架建模后，所有特征及装配定位通过骨架驱动，并导入相对应的模型，若有变更，只需要编辑骨架，然后更新零件模型即可。这一方法的优点包括：①可以节省变更所需要的时间；②保证所有关系在变更后依然存在，减少检查的工作量和时间；③所有关键尺寸及关系在骨架中赋值，可以更直观地进行确认。

5 结束语

应用参数化骨架建模方法，在风冷机组盘管的实际设计中体现了框架清晰、装配准确、更改便利、出错率低等优点，同时可以简化设计流程，提高设计效率。应用这一方法可以取得较好的效果。

［1］姜雄飞，张瑞亮，颜天晓，等.多骨架模型的自顶向下设计方法研究［J］.机械设计与制造，2016（6）：204-207.

［2］常云朋，朱德荣.基于Pro/E的工装快速设计研究［J］.机械制造， 2008，46（4）：66-68.

［3］李安虎，刘立人，王利娟.AutoCAD及Pro/E间图形交互的应用［J］.机械制造，2005，43（11）：39-41.

［4］刘华.基于Pro/E的掘进机模块化+Top-Down设计方法研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.

［5］崔琼瑶，齐从谦.基于参数化技术的自顶向下设计及其应用［J］.同济大学学报（自然科学版）， 2002，30（9）：1087-1090.

［6］田蕴，张慧.基于Top-down数字化装配模式的产品设计［J］.机械设计与制造， 2005（4）：60-61.

［7］王凯，李柏林，陈黎丽，等.基于知识的自顶向下参数化设计与应用［J］.制造业自动化，2009，31（9）：163-165，178.

［8］吴刚，闫洪元，朱庆波，等.Pro/E骨架建模法在液压支架设计中的应用［J］.机械工程与自动化，2011（1）：158-159，162.

［9］孟祥旭，徐延宁.参数化设计研究［J］.计算机辅助设计与图形学学报， 2002，14（11）：1086-1090.

［10］向华平，唐敖.基于双骨架模型的自顶向下设计方法［J］.四川兵工学报，2011，32（2）：90-92.