1 前言

隨著先進制造技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，空調(diào)制造業(yè)激烈的市場競爭呈現(xiàn)出與往不同的特點。提升產(chǎn)品的市場競爭力，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空調(diào)廠家市場競爭的焦點。隨著國際國內(nèi)市場的不斷擴大，各個空調(diào)廠家在某種型號的空調(diào)器上都必須匹配多種壓縮機，而隨之而來制冷系統(tǒng)管路的自主重新設(shè)計在以往傳統(tǒng)二維軟件如 AU-TOCAD 平臺下存在著周期長，效率低，偏差大等缺點，所以目前已有很多廠家開始使用三維設(shè)計軟件進行空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)計。三維軟件以它形象生動的交互介面，高度參數(shù)化的設(shè)計理念，智能化的分析能力，特別以PRO/ENGINEER為例，擺脫了以往二維設(shè)計的枯燥、實體感和空間感不強的缺點，為高效高質(zhì)開發(fā)提供了可能性。

2 利用 PRO/E 對管路實體進行設(shè)計

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

同時由于零部件的高度通用化及標準化，加之壓縮機外觀的大同小異，我們可以利用 PRO/ASSEMBLY 的 Restructure 對四通閥部件(圖2)進行重新構(gòu)建,然后在 Save a Copy 新建一個四通閥部件，接著利用 MATE、ALIGN、INSERT、ORIGN 等進行裝配。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管路部件構(gòu)思和設(shè)計的時間。這也是 PRO/E 高度參數(shù)化帶來的好處。

由于 PRO/E 在設(shè)計上有如上的特點，所以在縮短開發(fā)周期中，保證了設(shè)計質(zhì)量的同時，也大大減少樣件的數(shù)量。這對開發(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)，這對于前期對管路部件進行成本預(yù)算是很有用的。特別是近期的原材料價格大幅度上漲，材料成本的控制成為了成本控制的一大環(huán)節(jié)。設(shè)計開發(fā)人員可以利用該功能在設(shè)計初期就對成本進行有效的控制。

3 利用 PRO/E 對管路實體進行有限元分析

上面主要通過對 PRO/ENGINEER 在從機械方面對管路設(shè)計的作用進行探討，很明顯，其在管路的模型設(shè)計還有前期的成本控制、管路部件的合理定位、設(shè)計更改等都表現(xiàn)得尤為突出，是二維軟件不可同日而語的。而管路內(nèi)部情況，振動情況怎樣呢？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 對管路進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 的類型為實體。我們通過 PRO/E 設(shè)計的管路一般都為實體。
(3)為模型設(shè)定特性，并非模型每個部分的特性都得設(shè)置得一樣，例如，在四通閥部件這個組件下面，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，或者沿某一指定方向可自由移動的點設(shè)置為約束。PRO/CUSTOMLOADS進行自定義載荷輸入。
(4)當(dāng)確定好模型的各個參數(shù)之后，接著可以用 PRO/MESH自動生成管路的有限元網(wǎng)格。也就是它自動地將實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體模型上指定，即允許設(shè)計者定義參數(shù)化載荷和邊界條件，并自動生成四邊形或三角形實體網(wǎng)格 。載荷、邊界條件與網(wǎng)格都直接與基礎(chǔ)設(shè)計模型相關(guān)聯(lián)，并能像設(shè)計時一樣進行交互式修改。
(5)通過 PRO/M 進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。這可以讓我們更為清晰的連接管路各個部分的應(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。軟件會根據(jù)分析得到的結(jié)果在模型上生動地表現(xiàn)出來，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”因為工程軟件內(nèi)部運作比較復(fù)雜，如果僅僅依賴它來對管路進行確認，可能會離“危險邊緣“很近，不要忘了多年的工作經(jīng)驗也是設(shè)計確認過程中一個很重要的因素。所以說利用 PRO/M 進行管路分析，除了需要一定的有限元知識外，還需要一定的工程知識。只有這樣才能充分地利用PRO/M。

4 結(jié)論

采用 PRO/ENGINEER 三維軟件對空調(diào)制冷系統(tǒng)管路進行優(yōu)化設(shè)計和有限元分析，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)計思想和強大的分析功能讓我們認識到對開發(fā)工具應(yīng)用的全面提升，不但有著巨大的經(jīng)濟效益，而且保持了我們工程設(shè)計人員持久的創(chuàng)新力和學(xué)習(xí)力。