【摘 要】以參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)插箱的設(shè)計(jì)為例，較為詳細(xì)地論述了Pro/ENGINEER在參數(shù)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】Pro/ENGINEER 插箱 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，通信產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，各大電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)通信產(chǎn)品的外觀、質(zhì)量等提出了更高、更嚴(yán)的要求。不但要求外形美、質(zhì)量高，而且對(duì)產(chǎn)品研發(fā)周期的要求也越來越短。為了達(dá)到上述要求，企業(yè)只有采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，運(yùn)用科學(xué)的管理手段，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。筆者公司某事業(yè)部工藝結(jié)構(gòu)部從2002年4月開始，在部門內(nèi)推廣使用三維實(shí)體設(shè)計(jì)工具——Pro/ENGINEER，并先后應(yīng)用該軟件對(duì)移動(dòng)定位終端系統(tǒng)、告警箱、參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)插箱和各種機(jī)柜等通信產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，取得了不小的成績(jī)。下面以參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)插箱的設(shè)計(jì)、開發(fā)為例，就Pro/ENGINEER軟件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用作簡(jiǎn)要探討。

1 設(shè)計(jì)需求

（1）行參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)插箱設(shè)計(jì)的目的是為了極大提高后續(xù)設(shè)計(jì)者的工作效率。
（2）插箱設(shè)計(jì)尺寸要求為標(biāo)準(zhǔn)的19'和24'。
（3）所有零部件的設(shè)計(jì)要求均按IEC 60297的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
（4）要求包括不同橫梁、導(dǎo)軌、側(cè)耳和上下網(wǎng)板等在內(nèi)的所有零部件，相互之間都能夠自由進(jìn)行替換。
（5）要求插箱尺寸只能在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)、按標(biāo)準(zhǔn)系列變換，各安裝尺寸不得隨意改變。
（6）設(shè)計(jì)過程中需要考慮EMC。
（7）在BOM表中能夠區(qū)分借用與非借用件。

2 設(shè)計(jì)分析

從設(shè)計(jì)需求中可知，參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)插箱的設(shè)計(jì)，是為了使后續(xù)設(shè)計(jì)者能在較短的時(shí)間內(nèi)，按照IEC 60297的標(biāo)準(zhǔn)完成各種不同類型插箱的設(shè)計(jì)工作，包括工程圖的繪制，同時(shí)避免出錯(cuò)。在實(shí)際的運(yùn)用過程中，還要求能夠做到橫梁、側(cè)耳等的截面形狀可以自由替換，也就是說，不同形狀的橫梁、側(cè)耳等在裝配中能夠自由得到選用。

設(shè)計(jì)中可變的參數(shù)主要有：插箱高度、插箱深度、插箱的寬度、插箱所用的槽位數(shù)和橫梁根數(shù)等，需要考慮EMC、有無上下網(wǎng)板和插箱通風(fēng)的方式等。

3 設(shè)計(jì)思路

結(jié)合軟件本身的特點(diǎn)，擬采用Top-down方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，用Layout控制零件的選用，在設(shè)計(jì)過程中穿插使用Family_Table、Relation和Program對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行控制，并用Interchange實(shí)現(xiàn)零件的替換。

4 設(shè)計(jì)步驟

（1）建立各零部件的Part文件模型，如橫梁、螺母條和側(cè)板等。
（2）按照IEC 60297標(biāo)準(zhǔn)，用Family_Table形式控制各種零件的外形尺寸。
（3）創(chuàng)建Layout文件，用Layout文件控制多個(gè)文件，并使之相互關(guān)聯(lián)，便于進(jìn)行參數(shù)控制。
（4）建立*.asm、*.skeleton文件，在*.asm文件中，主要依靠skeleton控制各零件的裝配關(guān)系。
（5）在*.skeleton文件中寫入各種關(guān)系式，對(duì)各種相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行控制。
（6）在*.asm文件中，修改裝配Program，通過Interchange的使用來實(shí)現(xiàn)各零件之間的相互調(diào)用。
（7）調(diào)試、運(yùn)行、修改。
（8）出工程圖，并制作各種模板文件。

5 詳細(xì)設(shè)計(jì)

5.1 創(chuàng)建Part文件模型

在設(shè)計(jì)過程中，按照IEC 60297的標(biāo)準(zhǔn)，用Family Table的形式，建立各個(gè)零部件的Part文件模型。

5.1.1 前、后橫梁

對(duì)于前、后橫梁來說，需要控制其長(zhǎng)度、扳手受力孔的數(shù)量、第一條格局線的位置等，而橫梁的具體截面形狀可后續(xù)設(shè)計(jì)，因此在Family Table中控制的參數(shù)如圖1所示。其中，d2控制橫梁的長(zhǎng)度，d138控制第一條安裝格局線的位置，p141控制扳手受力孔的Pattern數(shù)量。

圖1 前、后橫梁控制的參數(shù)

5.1.2 側(cè)耳

很顯然，對(duì)于側(cè)耳來說，由于插箱尺寸的改變勢(shì)必引起側(cè)耳的截面形狀、側(cè)耳的高度、安裝孔間距及位置的變化，而這些尺寸的變化受標(biāo)準(zhǔn)的限制，因此在Family Table中需對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行控制。如圖2所示。其中，d4控制側(cè)耳的高度，d1控制側(cè)耳寬度方向的截面尺寸，d10、d11、d15則控制側(cè)耳安裝面上安裝孔的位置及間距。

圖2 側(cè)耳控制的參數(shù)

5.1.3 側(cè)板

對(duì)于插箱側(cè)板來說，由于受插箱高度（按U的倍數(shù)增加，1U=44.45mm）和插箱深度（按60mm的整數(shù)倍增加）尺寸的影響，因而在Family Table中由其產(chǎn)生的Instance則比較多。如圖3所示。

圖3 側(cè)板控制的參數(shù)

在本例中，主要通過d0控制側(cè)板的深度，d2控制側(cè)板的高度。

采用同樣的方法可以創(chuàng)建其他零件，如中間橫梁、上下網(wǎng)板等的Part文件。在建立Part文件時(shí)，為了保證零件特征的關(guān)聯(lián)性，應(yīng)在Part文件中加入Relation，以便控制這些特征的相互關(guān)系及存在與否！如側(cè)耳上安裝孔的特征，部分關(guān)系式如下。

VERSION
REVNUM 861
LISTING FOR GENERIC PART MOUNTING_FLANGE
INPUT
END INPUT
RELATIONS
PWEIGHT=MP_MASS("")
New_Name=Lookup_inst("mounting_flange.prt"，0，"D1"，Mounting_Flange_Width，"D4"，H1)
D14=D15/2
END RELATIONS

這部分Relation主要控制：側(cè)耳上中間兩個(gè)安裝孔的位置關(guān)系和通過D1、D4和H1的數(shù)值選用不同的側(cè)耳Instance文件名，以備在裝配時(shí)進(jìn)行文件的調(diào)用。

IF D4>260
ADD FEATURE (initial number 7)
INTERNAL FEATURE ID 161
PARENTS = 5(#3) 39(#5)
CUT: Extrude
NO. ELEMENT NAME INFO STATUS
1 Attributes One Side Defined
2 Section Sk. plane - Surface of feat #5 (PROTRUSION) Defined
3 MaterialSide Inside section Defined
4 Direction Defined
5 Depth Through All Defined
SECTION NAME = S2D0001
FEATURE IS IN LAYER(S) :
02___PRT_ALL_AXES - OPERATION = SHOWN
20_ALL_FEATURES - OPERATION = BLANKED
03_ALL_AXES - OPERATION = SHOWN
FEATURE'S DIMENSIONS:
d14 = 38.1
d15 = 76.2
d16 = 10.3
d17 = 13.5
d18 = 10.3
d19 = 13.5
d20 = 3.4R (weak)
END ADD
END IF

這部分關(guān)系式主要是控制側(cè)耳上中間兩個(gè)安裝孔的顯示與否：當(dāng)D4>260時(shí)，顯示安裝孔特征，即側(cè)耳上將有4個(gè)安裝孔；否則，中間2個(gè)孔不顯示（weak），即側(cè)耳上只顯示上下2個(gè)安裝孔。

5.2 各零件的Interchange

對(duì)各零件進(jìn)行Interchange的目的是為了保證在裝配體中，各零件能夠按照各自的裝配基準(zhǔn)互相替換，而不影響整個(gè)裝配件的生成。

5.3 創(chuàng)建Layout文件

Layout文件作為整個(gè)設(shè)計(jì)過程中的核心文件，它控制插箱組件中所有零件自身的特征，如外形尺寸的大小、Feature特征的有無等 ；同時(shí)還決定究竟采用哪個(gè)零件（Family Table中的Instance）來進(jìn)行裝配。

在設(shè)計(jì)Layout文件時(shí)，通常將其分成不同的頁（sheets），每頁側(cè)重不同的內(nèi)容，將所有的可變參數(shù)都設(shè)置在該文件中，并用簡(jiǎn)單的圖形將參數(shù)的意義表達(dá)出來，以便于后續(xù)設(shè)計(jì)者理解、使用。

在本設(shè)計(jì)中，Layout文件被分成5個(gè)不同的頁面：第一頁用來確定需要設(shè)計(jì)的插箱種類、高度和深度；第二頁用來確定是否需要使用上下屏蔽網(wǎng)板以及屏蔽網(wǎng)板的類型、開孔情況；第三頁用來確定插箱是否需要增加中間橫梁以及前后橫梁的截面形狀；第四頁用來確定插箱側(cè)耳、側(cè)板和導(dǎo)軌類型；第五頁用來確定插箱導(dǎo)軌的數(shù)量，并計(jì)算、檢驗(yàn)所有數(shù)據(jù)是否正確，數(shù)據(jù)輸入是否完成。
如圖4所示，為L(zhǎng)ayout文件的第一頁，主要讓設(shè)計(jì)者確定插箱的類型、高度、深度。 由于Layout文件在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中的核心作用，因此在該文件中，應(yīng)利用關(guān)系式和簡(jiǎn)短的C程序?qū)υO(shè)計(jì)中所遇到的所有參數(shù)、變量加以控制，并對(duì)它們之間的關(guān)系進(jìn)行設(shè)定。通常在參數(shù)化設(shè)計(jì)中，Layout的設(shè)計(jì)以及所有參數(shù)之間關(guān)系式的設(shè)定是設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，是參數(shù)化設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵所在！

如下所示，兩個(gè)循環(huán)語句決定了插箱的種類、側(cè)耳的寬度以及所選用前梁的類型。

HP=5.08
U=44.45
if Subcrack_Type==1
mounting_flange_width=27.79
SUBCRACK_WIDTH=431.8
else
if Subcrack_Type==2
mounting_flange_width=25.25
SUBCRACK_WIDTH=563.88
else
warning_0="輸入錯(cuò)誤，請(qǐng)重新輸入"
endif
endif
if Front_Horizontal_Type==0
NAME_01=Lookup_Inst("Front_Horizontal_Member.prt"，0，"D2"，SUBCRACK_WIDTH)
Front_Horizontal_NAME=NAME_01
ENDIF

圖4 Layout文件第一頁

5.4 建立Skeleton文件

所謂Skeleton文件，是一種由點(diǎn)、線、面等組成的骨架文件，它可以包含所有零件的特征信息以及裝配體中各零件的裝配信息。在本例的設(shè)計(jì)中，為滿足設(shè)計(jì)的需要，Skeleton文件僅僅只包含零件的裝配信息。如圖5所示，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，可以增加更多的基準(zhǔn)面（Datum Plane），以及曲線（Curve）等，作為輔助的定位基準(zhǔn)。

圖5 可增加更多基準(zhǔn)面

5.5 建立*.asm文件

建立好各零件的Part文件、Layout文件以及Skeleton文件后，將各零件以Skeleton上提供的面、線作為參考進(jìn)行裝配，組成插箱的裝配文件，這樣進(jìn)行的目的是為了防止零件安裝面意外修改而導(dǎo)致裝配失敗。

圖6 插箱尺寸

所有的零件裝配好后，再修改*.asm文件中的Program，確保Layout變化時(shí)，*.asm裝配文件能找到具有正確文件名的零件Instance。以下為修改后的Program，注意括號(hào)內(nèi)的文件名參數(shù)以及條件語句的使用。

ADD PART (REAR_HORIZONTAL_NAME)
INTERNAL COMPONENT ID 59
PARENTS = 43(#1)
END ADD
IF HORIZONTAL_NUM==0
ELSE
ADD PART (MIDDLE_HORIZONTAL_NAME)
INTERNAL COMPONENT ID 495
PARENTS = 43(#1)
END ADD

ADD PART (MIDDLE_HORIZONTAL_NAME)
INTERNAL COMPONENT ID 500
END ADD
END IF

5.6 運(yùn)行與調(diào)試

依次打開Layout文件、*.asm文件，按照Layout中的提示，輸入?yún)?shù)值。若輸入錯(cuò)誤，系統(tǒng)將根據(jù)輸入的值進(jìn)行判斷、計(jì)算，并給出相應(yīng)的錯(cuò)誤提示；若輸入正確，系統(tǒng)將提示進(jìn)行下一步的輸入，直到最后一頁最后一欄中出現(xiàn)“輸入結(jié)束，請(qǐng)修改工程圖，并完成設(shè)計(jì)”提示時(shí)，表明所有的參數(shù)輸入符合標(biāo)準(zhǔn)，并能夠生成正確的*.asm、*.drw文件。如圖7所示。

圖7 運(yùn)行、調(diào)試

5.7 完成設(shè)計(jì)

在Layout文件中完成所有輸入后，只需重新生成*.asm文件，并修改一些與*.prt文件對(duì)應(yīng)的*.drw文件，生成相應(yīng)零部件的工程圖，就可以完成所有的設(shè)計(jì)。

6 結(jié)論

采用參數(shù)化的模板以后，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)插箱的設(shè)計(jì)時(shí)，只需在Layout文件中按照提示進(jìn)行參數(shù)的輸入，就能完成設(shè)計(jì)，且所有的設(shè)計(jì)尺寸均按照IEC 60297的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，減少了出錯(cuò)率，確保了設(shè)計(jì)尺寸的準(zhǔn)確性，較大地提高了設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)效率。

Pro/ENGINEER軟件由于具有面向?qū)ο蟮膯我粩?shù)據(jù)庫和參數(shù)化設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)，因此，尤其適用于具有標(biāo)準(zhǔn)化、系列化特征的通信產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如通用模塊、標(biāo)準(zhǔn)插箱和標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，可以極大地提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)、研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。總之，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，合理使用Pro/ENGINEER中的各功能模塊，將給我們的設(shè)計(jì)帶來極大的收獲！