1 前言

隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，空調(diào)制造業(yè)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)呈現(xiàn)出與往不同的特點(diǎn)。提升產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，縮短產(chǎn)品的生命周期，降低產(chǎn)品開發(fā)成本，豐富產(chǎn)品的品種等成為了各個(gè)空調(diào)廠家市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。隨著國(guó)際國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，各個(gè)空調(diào)廠家在某種型號(hào)的空調(diào)器上都必須匹配多種壓縮機(jī)，而隨之而來(lái)制冷系統(tǒng)管路的自主重新設(shè)計(jì)在以往傳統(tǒng)二維軟件如 AU-TOCAD 平臺(tái)下存在著周期長(zhǎng)，效率低，偏差大等缺點(diǎn)，所以目前已有很多廠家開始使用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。三維軟件以它形象生動(dòng)的交互介面，高度參數(shù)化的設(shè)計(jì)理念，智能化的分析能力，特別以PRO/ENGINEER為例，擺脫了以往二維設(shè)計(jì)的枯燥、實(shí)體感和空間感不強(qiáng)的缺點(diǎn)，為高效高質(zhì)開發(fā)提供了可能性。

2 利用 PRO/E 對(duì)管路實(shí)體進(jìn)行設(shè)計(jì)

PRO/ENGINEER 提供了專用的管理設(shè)計(jì)模塊 PRO/Piping 。根據(jù)已設(shè) 計(jì)好 的 室外鈑金模型(圖1)，我們利用 PRO/Piping 功 能 進(jìn)行空調(diào)室 外管路 設(shè)計(jì)(圖3)。傳統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)方 法主 要 是在實(shí) 物上測(cè)量，然后反復(fù)制作配管樣品裝機(jī)校核，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。而使用 PRO/Piping 進(jìn)行管路設(shè)計(jì)很好地解決了這一問題，由于其全 參 數(shù)的 三維設(shè)計(jì)模式，使得工程開發(fā) 人員在 進(jìn)行管 路設(shè)計(jì)的時(shí)候，不但對(duì)管路的工藝性、三維空間的位置都有了全局性的考慮，同時(shí)還能更全面地考慮到管路由于跌落及運(yùn)輸帶來(lái)的震動(dòng)和噪音等方面的影響，因此提高了管路設(shè)計(jì)的一次成功率及管路的可靠性，縮短了開發(fā)的時(shí)間。

同時(shí)由于零部件的高度通用化及標(biāo)準(zhǔn)化，加之壓縮機(jī)外觀的大同小異，我們可以利用 PRO/ASSEMBLY 的 Restructure 對(duì)四通閥部件(圖2)進(jìn)行重新構(gòu)建,然后在 Save a Copy 新建一個(gè)四通閥部件，接著利用 MATE、ALIGN、INSERT、ORIGN 等進(jìn)行裝配。再修改管路的參數(shù)，很快就能初步構(gòu)建好新的四通閥部件，這樣大大減少了前期對(duì)管路部件構(gòu)思和設(shè)計(jì)的時(shí)間。這也是 PRO/E 高度參數(shù)化帶來(lái)的好處。

由于 PRO/E 在設(shè)計(jì)上有如上的特點(diǎn)，所以在縮短開發(fā)周期中，保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)，也大大減少樣件的數(shù)量。這對(duì)開發(fā)成本的降低是很明顯的。同樣利用 PRO/E 的 Assembly Mass Properties,可以通過輸入組件的材料密度后，得到體積、曲面面積和質(zhì)量等數(shù)據(jù)(圖4)，這對(duì)于前期對(duì)管路部件進(jìn)行成本預(yù)算是很有用的。特別是近期的原材料價(jià)格大幅度上漲，材料成本的控制成為了成本控制的一大環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)開發(fā)人員可以利用該功能在設(shè)計(jì)初期就對(duì)成本進(jìn)行有效的控制。

3 利用 PRO/E 對(duì)管路實(shí)體進(jìn)行有限元分析

上面主要通過對(duì) PRO/ENGINEER 在從機(jī)械方面對(duì)管路設(shè)計(jì)的作用進(jìn)行探討，很明顯，其在管路的模型設(shè)計(jì)還有前期的成本控制、管路部件的合理定位、設(shè)計(jì)更改等都表現(xiàn)得尤為突出，是二維軟件不可同日而語(yǔ)的。而管路內(nèi)部情況，振動(dòng)情況怎樣呢？我們接著以管路分析為例，探討一下 PRO/ENGINEER 在功能模擬方面 PRO/MECHANICA 的思路。

圖5 為 PRO/MECHANICA 對(duì)管路進(jìn)行性能模擬的流程圖：

(1)通過 PRO/E 建立管路的幾何模型，這在前面我們已經(jīng)講過。
(2)在 PRO/M 的登錄介面選擇模型的類型，PRO/M 默 認(rèn) 的類型為實(shí)體。我們通過 PRO/E 設(shè)計(jì)的管路一般都為實(shí)體。
(3)為模型設(shè)定特性，并非模型每個(gè)部分的特性都得設(shè)置得一樣，例如，在四通閥部件這個(gè)組件下面，我們可以把四通閥設(shè)置為黃銅，而其它管路則設(shè)置為紫銅。而對(duì)于管路的應(yīng)力分析，則必須設(shè)置楊氏模數(shù)和泊松比等必要的參數(shù) PRO/M 的軟件包里的數(shù)據(jù)庫(kù)有常規(guī)材料（如銅、鋁、鐵等等）的數(shù)據(jù)可供調(diào)用。確定模型的約束。如在應(yīng)力分析中，可將某些確定的點(diǎn)，或者沿某一指定方向可自由移動(dòng)的點(diǎn)設(shè)置為約束。PRO/CUSTOMLOADS進(jìn)行自定義載荷輸入。
(4)當(dāng)確定好模型的各個(gè)參數(shù)之后，接著可以用 PRO/MESH自動(dòng)生成管路的有限元網(wǎng)格。也就是它自動(dòng)地將實(shí)體模型劃分成有限元素，以便有限元分析用，所有參數(shù)化應(yīng)力和范圍條件可直接在實(shí)體模型上指定，即允許設(shè)計(jì)者定義參數(shù)化載荷和邊界條件，并自動(dòng)生成四邊形或三角形實(shí)體網(wǎng)格 。載荷、邊界條件與網(wǎng)格都直接與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)模型相關(guān)聯(lián)，并能像設(shè)計(jì)時(shí)一樣進(jìn)行交互式修改。
(5)通過 PRO/M 進(jìn)行管路的有限元分析后，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以通過其繪圖功能，用圖表表現(xiàn)出來(lái)。這可以讓我們更為清晰的連接管路各個(gè)部分的應(yīng)力分布等情況，這為穩(wěn)健式開發(fā)提供了開發(fā)基礎(chǔ)，為后期的更改提供了分析的依據(jù)。
(6)最后，我們應(yīng)該重新檢討我們的分析得到的結(jié)果。軟件會(huì)根據(jù)分析得到的結(jié)果在模型上生動(dòng)地表現(xiàn)出來(lái)，例如由于應(yīng)力產(chǎn)生的形變等等。但是 “FEA makes a good engineer better and a poor engineer dangerous”因?yàn)楣こ誊浖?nèi)部運(yùn)作比較復(fù)雜，如果僅僅依賴它來(lái)對(duì)管路進(jìn)行確認(rèn)，可能會(huì)離“危險(xiǎn)邊緣“很近，不要忘了多年的工作經(jīng)驗(yàn)也是設(shè)計(jì)確認(rèn)過程中一個(gè)很重要的因素。所以說(shuō)利用 PRO/M 進(jìn)行管路分析，除了需要一定的有限元知識(shí)外，還需要一定的工程知識(shí)。只有這樣才能充分地利用PRO/M。

4 結(jié)論

采用 PRO/ENGINEER 三維軟件對(duì)空調(diào)制冷系統(tǒng)管路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和有限元分析，使得開發(fā)的環(huán)境得到改善，從而提高了開發(fā)的效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。特別是它參數(shù)化的設(shè)計(jì)思想和強(qiáng)大的分析功能讓我們認(rèn)識(shí)到對(duì)開發(fā)工具應(yīng)用的全面提升，不但有著巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而且保持了我們工程設(shè)計(jì)人員持久的創(chuàng)新力和學(xué)習(xí)力。