【摘 要】数据库是支吊架设计系统的核心，主要由规则库、工程数据库及模型数据库组成，其中模型库主要涉及支吊架零部件库的创建。本文基于Creo软件，探讨了模型数据库设计的关键技术，提出一种基于Creo软件的支吊架模型数据库的设计方法。
【关键词】支吊架;Creo;模型数据库;参数化控制;族表
中图分类号： TL353.11 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）07-0037-003
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.07.015
【Abstract】The database is the core of support and hanger design system. It is mainly composed of the rule base ，engineering database and model database. The model databate mainly involves the creation of the parts library.In this paper，the key techology of model database was analysed based on Creo，and a thinking process and approach was put forward to design model database of support and hanger.
【Key words】Support and hanger;Creo;Model database;Parametric design;Family table
0 引言
三維设计可以更直观、准确的表达设计者的设计意图，随着三维技术不断地发展，其在人机交互、可视化、参数化、分析计算、成本及效率等方面相比传统的二维设计具有越来越明显的优势。目前，支吊架设计已逐渐采用三维设计方法，且部分行业甚至借助三维设计平台及二次开发工具，开发出适用性较强的支吊架设计系统，以满足行业自身的设计需求。
支吊架设计系统涉及数据管理、用户界面、数据接口、信息提取、数据连接及基础数据库等多个方面，其中数据库是设计系统的基础，也是关键所在。数据库又包括规则库、工程数据库及模型数据库。规则库主要涉及造型控制规则（装配关系）等、干涉分析、强度校验及优化规则等;工程数据库主要涉及标准手册、材料库、企业规范及设计实例库等;模型库主要涉及零部件模型库、设计实例等[1]。
本文基于Creo软件，主要探讨支吊架模型数据库的创建，并提出一种标准支吊架零部件模型数据库的创建方法。
1 Creo软件简介
Creo软件是由美国最新推出的一套博大精深的机械三维CAD/CAM/CAE参数化软件系统，整合了PTC公司的Pro/ENGINEER的参数化技术、CoCreate的直接建模技术和ProductView的三维可视化技术。Creo具备互操作性、开放、易用三大特点，其内容涵盖了产品从概念设计、三维模型设计、分析计算、动态模拟仿真、工程图输出到生产加工成品的全过程，应用范围涉及航空航天、汽车、机械、数控加工以及电子等诸多领域。
此外，Creo软件还提供了强大的二次开发工具，主要包括族表（Family Table）、用户定义特征（UDF）、Pro/Program、J-link、Creo/ToolKit等[2]。其中族表（family table）工具是根据标准件的相似性原理，通过对样本零件参数的驱动，派生出相应的系列化零件，常用于开发各种结构的标准件库。
2 支吊架模型数据库设计
2.1 总体思路
支吊架模型数据库的创建主要涉及零部件的模型设计及系列化，其关键在于以下4个方面：
（1）模型单位、材料、精度及属性参数等的配置
支吊架实体模型所采用的单位、材料、精度及参数等属性直接决定了支吊架零部件实际的结构尺寸，同时还影响支吊架的力学分析校核结果，是开展支吊架力学分析设计的输入条件。因此，上述模型属性的配置是模型数据库创建的首要问题。
（2）支吊架及零部件的分类
支吊架及其零部件的类型多样，结构形式多变，规格数量庞大，且单一零件又成系列化设计，仅靠单一零件数量化的建库方法无法实现支吊架模型数据库的创建。因此，通过合理的支吊架及零部件分类，创建零部件模型，并实现零部件模型的系列化，是模型数据库创建的关键。
（3）零件特征参数选择及参数化控制
支吊架单个零件的结构复杂程度与其特征参数数量正相关，且零件特征参数的驱动、调用等过程的效率亦与其数量正相关。此外，零件特征参数的驱动控制与零件的系列化相关联。因此，合理的零件特征参数选取和参数化控制是创建零件三维模型，提高模型数据库运行效率及实现零件系列化的关键。
（4）部件特征参数选择及参数化控制
部件由不同规格、不同种类的零件组装而来。在实际的工程设计中，支吊架随设计环境条件的改变而改变，仅靠单一支吊架模型结构的重建，实现支吊架设计，会耗费设计人员相当多的精力和时间，且效率很低。因此，通过合理的部件特征参数的选择和参数化控制，实现支吊架结构的即时调整，是模型数据库创建的关键。
综上所述，本文主要从以上4个方面存在的需求出发，探讨支吊架模型数据库的设计方法，并通过以下步骤创建模型数据库：
（1）不同类型零件数据库的创建，如管夹、吊杆、支撑板等。
（2）单一零件不同规格尺寸的参数化、系列化。
（3）通过零件的组装，完成不同类型部件的创建，形成部件数据库。
（4）借助零件库、部件库，完成支吊架不同类型、不同形式支吊架模型的创建。
2.2 建模环境参数配置
为适应国内设计人员的使用习惯、支吊架设计标准、规范及设计手册等，本文通过修改系统配置文件config.pro，对模型单位、材料、精度、显示、输入输出、使用界面、绘图环境等进行配置。其中模型单位采用国家标准“毫米千克秒”，材料选用国内支吊架设计手册中常用材料（如Q235A、Q245R、槽钢），并通过Creo材料库的扩展，增加材料属性文件，其格式为*.mtl。其它参数的设置根据企业自身的应用习惯进行配置。
2.3 零件库的创建
零件库的创建主要存在以下两个问题：
（1）零件的分类和命名规则。
（2）零件特征参数的选取和参数化控制。
为适应国内用户的应用习惯，本文参考核电、火电等常用支吊架手册中支吊架零件的分类方法对支吊架零件进行分类，主要按功能进行划分，例如单孔吊板、单孔垫板、加强板、肋板、花兰螺丝、异径接头、吊环螺母、立管管卡、铰接杆等[3]。零件命名规则以包含零件名称、材料、编码、规格等信息为原则。
本文根据零件分类原则建立不同种类的零件模型，且单一类型的模型零件均为样本零件，其特征参数在同类型零件中具备代表性和包络性，可通过特征参数的控制，衍生出其它同类零件模型。
本文中单一零件的系列化主要基于样本零件，通过Creo软件的族表工具实现零件特征的参数控制和系列化。
在实际的标准支吊架设计手册中，系列化零件的特征参数并不是每一个参数都发生变化，且部分特征参数之间还存在一定的函数关系，如管夹的厚度并不发生变化，倒角与其它尺寸特征存在函数关系。因此，在特征参数选取的过程中，应选取样本零件在系列化过程中发生变化的特征参数作为驱动参数;此外，存在函数关系的特征参数不作为驱动参数，可通过设置函数关系式，实现其参数的系列化。通过上述方法，可最大限度的减少软件需要控制的零件模型参数特征，提高模型数据库的运行效率。
以三孔管夹为例，零件的命名规则如下：
样本零件的命名规则：SKGJ-000
系列化零件的命名规则：SKGJ-000-HGR-Q345B-110-001
其中第一个“-”之前的编码代表零件名称的拼音缩写，之后的编码代表零件不同类型的编号，第二个“-”之后的编码代表零件在支吊架标准手册中的标号，第三个“-”之后的编码代表零件的材料编号，第四个“-”之后的编码代表零件的规格，最后一个“-”之后的编码代表单个零件的编号。
三孔管夹系列化过程见图1和图2。图1中，d0、d1、d2、d3为选取的样本零件特征参数，与图4-2中的选取的特征参数一一对应。图2中红色标识“SKGJ-000”为样本零件名称，蓝色标识“SKGJ-000-HGR-Q345B-110-001”為样本零件衍生出来的单个零件模型名称。
依据上述方法，即可创建标准支吊架零件模型数据库。
2.4 部件库的创建
部件库的创建主要存在以下两个问题：
（1）部件的分类和命名规则。
（2）部件特征参数的选取和控制。
与零件分类方法相同，支吊架部件的分类方法亦按功能进行分类，分别为根部件、功能件、管道连接件，如弹簧吊架三个部件分别对应悬臂梁、弹簧和管夹[3]。单个部件依据分类原则，调用零件库多个零件进行组装而成。部件命名规则以包含部件功能、名称、编码等信息为原则。
以根部件的命名为例，部件的命名规则如下：
单一部件的命名规则：004-GENBU-LDB1-0000
系列化部件的命名规则：004-GENBU-LDB1-0000-02-200
第一个“-”之前的编码代表部件的序号，之后的编码代表部件的拼音全称，第二个“-”之后的编码代表支吊架标准手册中的标号，第三个“-”之后的编码代表部件的主用材料，第四个“-”之后的编码代表系列化部件的编号，第五个“-”之后的编码代表部件的关键尺寸规格。如图3所示，红色框为根部部件的名称，蓝色框为单一规格部件的名称，并且公用名称栏可以添加部件的文字描述。
部件的特征参数选择和控制分为两个部分，第一部分特征参数的选取和控制与零件一致，选取原则为：部件实际应用过程中涉及修改的所有特征参数。控制方法借助Creo软件的族表功能来实现，如图3。第二部分的特征参数主要根据支吊架安装的实际情况，是否添加可变项的控制而进行选取，即局部结构的柔性控制，主要涉及槽钢、H型钢、吊杆、支撑管等的挠性定义，即结构的可伸缩性定义。
部件的创建主要是方便支吊架零件的整体更换，减少支吊架装配的复杂性，提高数据库的使用效率。
以弹簧吊架的管夹部件为例，弹簧吊架在安装过程中，受到安装空间的限制，随时需要调整吊点位置和结构尺寸，通过管夹组件的挠性设计，可快速改变弹簧吊架的整体尺寸，满足实际设计的需求。
弹簧吊架管夹组件的更换示意图见图4，挠性设计见图5。
2.5 支吊架库的创建
支吊架主要通过零件、部件的系列化组合而来，支吊架库的创建存在以下两个问题：
（1）支吊架的分类及命名规则。
（2）支吊架的管理。
支吊架的分类根据功能的不同进行分类，如弹簧吊架、限位支架、紧固支架等。
支吊架的命名规则以包含功能、规格、编码信息为原则。
以弹簧吊架为例，支吊架的命名规则为：SV02-DN65-001。
第一个“-”之前编码代表支吊架功能及类别序号，之后的编码代表管路规格，第二个“-”之后的编码代表支吊架的编号。
根据已建立的零件库、部件库，经过系列化组合，创建不同类型支吊架典型结构的装配体，完成支吊架库的创建。
支吊架库的管理采用常规的文件夹管理模式，将不同功能、不同形式和规格的支吊架存入不同的文件夹下，并以文件夹名称加以区分即可。
3 结论
本文基于Creo软件，采用族表开发工具，实现支吊架零部件模型及系列化设计，该技术为成熟技术，已在其它标准机构设计中得到应用。此外，针对支吊架模型数据库设计过程中存在的关键点进行分析，模型设计环境、支吊架及零部件分类和命名规则等参考国内常用支吊架设计标准、规范及手册，更符合国内设计人员的应用习惯，为未来开发完整、高效的支吊架设计系统奠定基础。
本文仅对支吊架模型数据库设计进行了研究，存在局限性。为建立完整的支吊架数据库，尚需开展支吊架规则库及工程数据库设计研究。
【参考文献】
[1]王所紧，莫蓉，常智勇，杨海成.基于KBE的管道支吊架设计系统[J].中国制造业信息化.2007，36（7）：51.
[2]刘靓.面向企业应用的CREO软件工程图的二次开发[D].合肥：合肥工业大学，2014.6：8.
[3]核电站标准支吊架手册，北京：中国核电工程有限公司，2009.