PRO/E在空调制冷系统管路设计中的应用

　　1 前言

　　随着先进制造技术的不断涌现，空调制造业激烈的市场竞争呈现出与往不同的特点。提升产品的市场竞争力，缩短产品的生命周期，降低产品开发成本，丰富产品的品种等成为了各个空调厂家市场竞争的焦点。随着国际国内市场的不断扩大，各个空调厂家在某种型号的空调器上都必须匹配多种压缩机，而随之而来制冷系统管路的自主重新设计在以往传统二维软件如 AU-TOCAD 平台下存在着周期长，效率低，偏差大等缺点，所以目前已有很多厂家开始使用三维设计软件进行空调制冷系统的设计。三维软件以它形象生动的交互介面，高度参数化的设计理念，智能化的分析能力，特别以PRO/ENGINEER为例，摆脱了以往二维设计的枯燥、实体感和空间感不强的缺点，为高效高质开发提供了可能性。

　　2 利用 PRO/E 对管路实体进行设计

　　PRO/ENGINEER 提供了专用的管理设计模块 PRO/Piping 。根据已设 计好 的 室外钣金模型(图1)，我们利用 PRO/Piping 功 能 进行空调室 外管路 设计(图3)。传统的管路设计方 法主 要 是在实 物上测量，然后反复制作配管样品装机校核，设计周期长。而使用 PRO/Piping 进行管路设计很好地解决了这一问题，由于其全 参 数的 三维设计模式，使得工程开发 人员在 进行管 路设计的时候，不但对管路的工艺性、三维空间的位置都有了全局性的考虑，同时还能更全面地考虑到管路由于跌落及运输带来的震动和噪音等方面的影响，因此提高了管路设计的一次成功率及管路的可靠性，缩短了开发的时间。

　　同时由于零部件的高度通用化及标准化，加之压缩机外观的大同小异，我们可以利用 PRO/ASSEMBLY 的 Restructure 对四通阀部件(图2)进行重新构建,然后在 Save a Copy 新建一个四通阀部件，接着利用 MATE、ALIGN、INSERT、ORIGN 等进行装配。再修改管路的参数，很快就能初步构建好新的四通阀部件，这样大大减少了前期对管路部件构思和设计的时间。这也是 PRO/E 高度参数化带来的好处。

　　由于 PRO/E 在设计上有如上的特点，所以在缩短开发周期中，保证了设计质量的同时，也大大减少样件的数量。这对开发成本的降低是很明显的。同样利用 PRO/E 的 Assembly Mass Properties,可以通过输入组件的材料密度后，得到体积、曲面面积和质量等数据(图4)，这对于前期对管路部件进行成本预算是很有用的。特别是近期的原材料价格大幅度上涨，材料成本的控制成为了成本控制的一大环节。设计开发人员可以利用该功能在设计初期就对成本进行有效的控制。

　　3 利用 PRO/E 对管路实体进行有限元分析

　　上面主要通过对 PRO/ENGINEER 在从机械方面对管路设计的作用进行探讨，很明显，其在管路的模型设计还有前期的成本控制、管路部件的合理定位、设计更改等都表现得尤为突出，是二维软件不可同日而语的。而管路内部情况，振动情况怎样呢?我们接着以管路分析为例，探讨一下 PRO/ENGINEER 在功能模拟方面 PRO/MECHANICA 的思路。

　　图5 为 PRO/MECHANICA 对管路进行性能模拟的流程图：

　　(1)通过 PRO/E 建立管路的几何模型，这在前面我们已经讲过。

　　(2)在 PRO/M 的登录介面选择模型的类型，PRO/M 默 认 的类型为实体。我们通过 PRO/E 设计的管路一般都为实体。

　　(3)为模型设定特性，并非模型每个部分的特性都得设置得一样，例如，在四通阀部件这个组件下面，我们可以把四通阀设置为黄铜，而其它管路则设置为紫铜。而对于管路的应力分析，则必须设置杨氏模数和泊松比等必要的参数 PRO/M 的软件包里的数据库有常规材料(如铜、铝、铁等等)的数据可供调用。确定模型的约束。如在应力分析中，可将某些确定的点，或者沿某一指定方向可自由移动的点设置为约束。PRO/CUSTOMLOADS进行自定义载荷输入。

　　(4)当确定好模型的各个参数之后，接着可以用 PRO/MESH自动生成管路的有限元网格。也就是它自动地将实体模型划分成有限元素，以便有限元分析用，所有参数化应力和范围条件可直接在实体模型上指定，即允许设计者定义参数化载荷和边界条件，并自动生成四边形或三角形实体网格 。载荷、边界条件与网格都直接与基础设计模型相关联，并能像设计时一样进行交互式修改。

　　(5)通过 PRO/M 进行管路的有限元分析后，产生的数据可以通过其绘图功能，用图表表现出来。这可以让我们更为清晰的连接管路各个部分的应力分布等情况，这为稳健式开发提供了开发基础，为后期的更改提供了分析的依据。

　　(6)最后，我们应该重新检讨我们的分析得到的结果。软件会根据分析得到的结果在模型上生动地表现出来，例如由于应力产生的形变等等。但是 “FEA makes a good engineer better and a poor engineer dangerous”因为工程软件内部运作比较复杂，如果仅仅依赖它来对管路进行确认，可能会离“危险边缘“很近，不要忘了多年的工作经验也是设计确认过程中一个很重要的因素。所以说利用 PRO/M 进行管路分析，除了需要一定的有限元知识外，还需要一定的工程知识。只有这样才能充分地利用PRO/M。

　　4 结论

　　采用 PRO/ENGINEER 三维软件对空调制冷系统管路进行优化设计和有限元分析，使得开发的环境得到改善，从而提高了开发的效率和产品的质量。特别是它参数化的设计思想和强大的分析功能让我们认识到对开发工具应用的全面提升，不但有着巨大的经济效益，而且保持了我们工程设计人员持久的创新力和学习力。