1 引言（介绍）

   　 随着世界制造业的重心逐步向中国转移，空调作为白色家电中的主要产品，每年正在以20%的速度快速增长，中国已经成为世界主要的空调生产、消费、出口基地。压缩机作为空调的“心脏”，对空调的性能和质量起着至关重要的作用。作为空调行业的核心部件供应商，因应空调发展的良机，空调压缩机行业发展极为迅速。空调配管振动分析专用软件系统能协助企业因应挑战，迅速的响应全球化竞争的需要、迅速响应客户化的需求，最大限度的减低产品的综合成本，更好的实现企业的战略目标。系统是应用先进制造技术，以产品技术和CAD/CAE技术为核心，结合虚拟仿真理念和网络技术，进行“网络上漫游”，通过网络到达地球的任何一个角落，与任何一个客户进行逼真的远程会面，进行并行设计、优化参数、完成协同工作。就压缩机产品销售前的有关技术问题进行远程地沟通和交流，进行网络化并行设计、优化工作，也可以就产品销售后的有关问题进行技术服务方面的沟通和交流。

    2 系统运行架构

    　本系统采用CAD客户端/网络中间层/监控及分析服务器模式。空调器企业客户只需要具有普通功能的三维CAD软件平台(SolidEdge)，安装上本系统的CAD客户端模块即可使用；监控及分析服务器位于上海日立公司内部网，有大型CAE分析软件MSC.Patran(前后处理)/Nastran(求解器)作为服务支撑，空调器企业以低投入获得高性能的分析服务；网络中间层用于连接企业内部专用网(VPN)与Internet，保证服务器安全可靠运行。

  　  空调配管振动分析专用软件分别对SolidEdge和MSC.Patran两种软件进行二次开发，形成一套空调管路设计分析集成系统。系统在SolidEdge环境中实现了管路的快速设计，提供多种管路的编辑修改功能，达到快速高效的目的。系统支持远程分析功能，远程客户端发送分析请求，分析服务器通过接收到的数据文件在MSC.Patran中进行建模、网格划分、约束添加、求解、后处理，最后将分析结果以报表的形式传送到客户端。分析服务器支持本地菜单交互和远程自动分析两种运行方式。针对压缩机和配管系统，借助CAE工具进行动力学分析，用以确定压缩机和配管系统性能，如振动加速度，最大位移，振动烈度等参数，据此评价方案优劣。该系统CAE分析采用MSC.Patran进行有限元模型生成，分析结果数据处理等前后处理工作，用MSC.Nastran进行模型解算。

图一：系统运行架构

    3 系统的模块和功能

   　 根据功能要求，系统划分为以下四个模块：

    3.1 CAD设计模块

   　 根据设计要求，选择合适的压缩机；装配定位压缩机、四通阀在机箱中的位置；对连接压缩机、四通阀等的管路进行设计时，根据进、排气管路等功能要求的不同，结合设计经验知识进行管路路径计算，获得几个优化的设计方案供用户修改完善。
      

（a）客户端界面                  （b）部件指定 / 快速装配

（c）管路路径生成                   （d）参数指定及管路生成   

3.2 数据提取模块

    　为满足CAE分析对数据的要求，并实现快速的参数优化分析，只提取必要的一组参数用于CAE分析使用。通过SolidEdge中几何和拓扑的Vtable接口对模型进行遍历，获取模型的特征参数，如压缩机壳体直径、高度、壁厚等，生成供CAE分析用的任务数据文件。
       

（e）简化泵体数据                       （f）特征数据提取

    3.3 CAE分析模块

  　  服务端监控服务程序收到客户提交的任务后，启动MSC.Patran，利用开发的PCL功能包执行分析过程；根据任务数据生成几何模型，划分、变换网格、设定材料及属性，添加约束，施加载荷，形成有限元分析模型；由Nastran执行适当类型的求解；将后处理结果生成HTML格式报表。
              

（g）指引分析菜单                  （h）CAE分析界面流程

    3.4 网路传输模块

    　由客户端程序及服务端监控服务程序组成。客户端程序负责客户的登录，压缩机资源、设计资料等的下载更新，提交分析任务，获取及显示分析结果。监控程序响应用户的登录、下载、分析等请求，维护账户及多用户下的多个分析任务队列。
      

（i）登录远程服务器                      （j）服务端管理界面
图二：系统的模块和功能示意图

4 工程应用

   　 某空调生产厂家反映自己设计的管路与我公司压缩机匹配时，发现噪音振动严重，经分析发现吸气管和排气管设计不合理，造成系统固有频率落在1～4倍运转频率点附近，发生共振，通过改进设计方案，借助本系统对参数进行优化，最终明显改善了噪音振动性能。
         

空调器原始配管图                  改进的吸气管       改进的排气管

图三：空调器配管改进前后示意图

    　该压缩机为60Hz电源，正常运转时其转速大致为3450~3470rpm，对应频率为57.5~57.8Hz。下图给出改进前后的系统频率响应特性谱：
         

 原始配管方案的位移频率响应特性谱          改进配管方案的位移频率响应特性谱
图四：改进前后的系统频率响应特性谱

    5 结论

    　“空调配管振动分析专用软件”项目应用当前国际较为先进的制造技术(KBE技术、CVP技术)、CAD\CAE以及相关的计算机技术、网络技术，以空调和压缩机产品技术为基础，建立一套面向空调客户网络化设计、优化、服务系统，以实现基于知识的分析优化压缩机产品匹配设计、虚拟仿真压缩机匹配空调的振动及应力性能和网络化异地之间的技术交流、设计对话，从而以最快的速度和最优的方案完成压缩机与空调的匹配设计。

   　 通过“空调配管振动分析专用软件”实施，使上海日立对空调器厂家的技术服务得到延伸，使各系列压缩机与整机厂家的空调匹配开发时能及时进行分析并处理各种问题，最终使空调整机与压缩机产品能实现非常好的匹配，空调整机的振动指标降低、性能指标得到提高，产品的设计周期加快，提高我国空调产品在国际市场上的快速应对能力和竞争力，其经济效益是非常巨大的。(E-works)