中车唐山机车车辆有限公司 河北唐山 063035
摘要：随着我国轨道车辆迅猛发展，对企业研发生产能力也提出了更高的要求。基于CAD软件开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产品开发效率的关键。本文以空调送风道为例，介绍一种参数化建模方法，极大地提高设计效率，缩短设计周期。
关键词：轨道车辆；送风道；参数化建模
1 研究背景
当我国提出“一带一路”国家战略以来，铁路成为推动“一带一路”战略的重要工具，使相关国家和地区贸易与人员的来往以及经济融合的实现更为便利。“一带一路”战略给我国铁路发展带来良好的机遇，但也在机车车辆公司的研发和生产等技术能力各个方面有了更高的要求。尽管，当前中国的机车车辆企业大幅提升了自主生产的技术能力，但是依旧不可能在短期内响应多样化、个性化的市场需求，开发出具有先进水平的机车车辆。由此，在设计产品的时候要具有充足的柔性，同时，要在设计阶段使其模型可能精准的反应出设计的具体活动，还可以加快重构的速度，从而促使可以重用产品的设计信息。目前行业主要基于CAD软件来进行产品的开发，而决定产品综合开发效率核心则在于零件设计模型的创建速度。本文以380BL空调送风道建模为例，介绍一种参数化设计方法。
2 参数化设计概述
参数化设计是通过对图形的部分大小进行调整，或者对已经定义好的参数进行改动，使图形的改动自动形成，由此完成对图形的驱动。参数化设计的核心在于约束造型、特点在于尺寸驱动，而建立参数化模型正是在CAD中实现参数化设计的重点所在。将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。与传统的自由约束的设计方法相比，参数化设计技术可以完全实现几何拓扑结构一样或者类似的工程体系产品和工艺设备所需要的参数化设计，因为其通过强大的尺寸驱动，对图形的功能进行了修改，由此为原始产品的设计、产品模型的构建、系列产品设计的修改带来更为有效的方法。
参数化模型表示了零件图形的几何约束和工程约束。几何约束包括结构约束和尺寸约束。尺寸约束则是通过尺寸标注表示的约束，如距离尺寸、角度尺寸、半径尺寸等。工程约束是指尺寸之间的约束关系，通过定义尺寸变量及它们之间在数值上和逻辑上的关系来表示。
3 空调送风道参数化设计
3.1 模型划分参数
分析组件模块的结构。对模块的几何尺寸、结构布局、内部所有零部件的装配约束关系进行分析；分析各模块的结构、性能差异；分析各模块在设计阶段中可能出现的变化趋势。综合模块结构分析结果，确定模块的变型需求，提取出重要度高的变型需求作为模块必须优先满足的基本变型需求。
根据模块的基本变型需求，将模块中响应这些基本需求的参数划分为模块的输入参数。其余受模块恒定结构影响的参数划分为模块的固定参数
输入参数是在模块参数化模板中尺寸值会发生变化的参数，而固定参数是在模块参数化模板中尺寸值固定不变的参数，模块通过输入参数以及自适应参数的变化来实现参数化变型。
以380BL客室送风道为例，进行分析。客室送风道由若干节风道拼接而成，通过控制风道模块的数量和长度可组成不同长度的客室风道。送风道上有多个出风口，空调系统处理过的空气经过客室风道由出风口进入车体内，出风口的位置根据车内布置方案确定。在不同的使用情况下，风道的断面尺寸需要作适当变化。在风道模块中，通常还安装有导流板和密封垫等附件，同时为了满足安装车内其他设备的要求，如电视等多媒体设备，部分风道上还设有相应的安装孔，安装孔的位置根据车内布置方案确定。
送风道模块的三维模型如图1所示。
根据送风道的变型要求，送风道的安装座特征和出风口特征的数量和位置也是不确定的，但由于这些特征的位置的变化是不规律的，因此这些特征不能通过尺寸约束的方式实现参数化变型。在参数化模板的开发中，需要以阵列表的方式对这些特征进行特殊处理。安装座和出风口特征变型参数如图3及表4所示：
图3 风道不规则变化特征变型参数示意图
（b）送风道尺寸约束关系
图4 送风道参数化
针对风道安装座和出风口特征，通过阵列表的方式进行参数化设计。此处以左侧风道安装座为例。对左侧风道安装位特征进行阵列，选择以“表”的方式进行阵列；然后选择安装座中心与风道端部距离作为需要控制的阵列尺寸；最后点击“编辑”按钮，打开阵列表编辑器，创建表阵列。在阵列表编辑器中，第一列表示阵列特征的序号，第二列表示阵列尺寸的值。输入每个阵列特征的参数值和序号，完成阵列。
为了后续的快速参数化设计，将风道的附件装配到风道上，如导流板和密封垫。导流板包括长导流板和短导流板两种形式，导流板的数量和位置呈不规则变化，同样以阵列表的方式进行处理。密封垫包括风道密封垫和电视安装孔密封垫，其中，风道密封垫的长度和宽度随风道的长度和宽度变化而变化，可以通过参数传递的方式实现参数化变型。
3.3 组件模块参数化
在装配体中定义系统输入参数。在装配体程序编辑器中定义装配体与风道之间的参数传递程序。完成风道参数化三维模型模板。根据送风道参数化三维模型，建立送风道模块参数化二维工程图。
4 结语
本文重点研究了轨道车辆空调风道参数化设计，若通过强劲的尺寸驱动，对图形功能进行修改，能够对轨道空调风道的原始产品的设计、产品模型的构建、系列产品设计的修改带来更为有效的方法，从而可以完全实现几何拓扑结构一样或者类似的工程体系产品和工艺设备所需要的参数化设计，产品设计者利用控制设计约束风道的参数就能够更为灵活的满足产品的功能。
参考文献
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[2]杨俊峰，付永胜．列车集便系统使用现状及污水资源化新思路[J]．北京联合大学学报（自然科学版），2007，3（21）：24-28.
论文作者:张萌,于玉超,丁大龙
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第16期
论文发表时间:2017/11/22
标签：参数论文; 风道论文; 模块论文; 尺寸论文; 阵列论文; 模型论文; 特征论文; 《建筑学研究前沿》2017年第16期论文;