本文闡述了利用Pro/E 軟件設計真空裝置管路系統的方法。對于簡單的管路系統可采用普通的畫法來設計。針對比較復雜的管路系統，可采用Pro/E 軟件的管道模塊來設計，此方法布線方式靈活、多樣、便捷，大大提高了設計工作的效率。

　　一套真空裝置能夠正常使用，不僅要有一套真空獲得系統，還需要其他的輔助配套系統，例如冷卻水系統和壓縮空氣系統等。真空裝置的真空獲得系統主要由主抽泵、前級抽氣機組以及連接它們的管路和各種閥門組成。根據使用要求和場地條件，前級抽氣機組和輔助配套系統一般會離真空裝置比較近，管路長度比較短，便于安裝調試、操作使用以及后續的保養維修。但是對于一些有特殊使用要求，或因場地條件限制無法把前級機組和輔助配套系統就近安裝的真空裝置，其管路系統的布置則需要根據裝置自身的使用要求及場地條件來設計。

　　以往的管路設計都是使用CAD制圖，根據制圖標準繪制管線示意圖和閥門管件，管路的實際施工安裝，大部分還是要現場放樣、制作，管線圖作為參考，實際尺寸與圖紙尺寸存在較大誤差，工作效率較低。自從三維設計軟件成為主流設計軟件后，我們所設計的任何零部件和裝置，包括管路系統，都可以用三維形式來體現，從而能夠更加直觀地表現出空間立體效果，設計效率得到大幅提高。

1、Pro/E 軟件簡介

　　Pro/E 是美國PTC 公司開發的一套三維設計軟件，是一個參數化、基于特征的實體造型系統，并且具有單一數據庫功能，是新一代的產品造型系統。Pro/E 是一套從設計、分析到制造的機械設計集成軟件解決方案。它的模塊眾多，主要包含：實體模型，產品裝配，工程圖制作，模具設計，管路設計，鈑金設計，鑄造設計，NC 數控加工，逆向工程，焊接設計，運動機構仿真，有限元分析等模塊功能， 是當今世界上應用最為廣泛的高端CAD/CAE/CAM 軟件之一。由于它強大的功能、全參數化的設計，被廣泛用于機械、汽車、航天、電子家用電器和工程機械等行業中。本篇文章主要介紹在Pro/E 5.0 的軟件平臺下，利用管路模塊對真空裝置的管路系統進行設計建模。

2、管路系統的建模方法及特點

　　管路系統的建模方法主要有三種，分別是軌跡掃描法、管道特征法和管道模塊法。

　　2.1、軌跡掃描法

　　軌跡掃描法是利用零件的掃描特征來建模。根據要求在草繪平面上繪出管路的走向軌跡，包括轉彎的角度和半徑，然后繪制管路的截面，最后掃描成型。當管路是空間三維走向時，則需要建前一段管路的法向平面，并指定此法向平面為草繪平面，隨后繼續繪制管路走向。若接下來管路的走向垂直于當前的草繪平面，則需要繪制當前平面的垂直平面作為下一段管路的草繪平面。因此，軌跡掃描法更適用于簡單的二維方向管路。若用于在三維空間內走向較為復雜的管路，則需要建立很多草繪平面，特別是在管路方向相反的情況下，還需要修改草繪平面的位置，方案修改相對繁瑣。

　　2.2、管道特征法

　　管道特征法是利用零件的高級特征———管道特征來建模。通過空間建立的點，把管線一段一段地連接起來，然后給出管路的外徑和壁厚，最終形成實體管路。此方法重點在于建立用于連接管線的特征點，特征點的建立可以選取空間內已有的點，也可以根據尺寸要求新建特征點，若新建特征點則需要建立一些輔助平面和輔助軸。因此，對于一些空間走向比較復雜的管路來說，建立特征點的過程會相對復雜一些，所以此方法比較適用于連接特征點比較明確，空間走向相對簡單的管路建模。管道特征法和軌跡掃描法在編輯修改上都較為繁瑣。

　　2.3、管道模塊法

　　管路模塊法是利用Pro/E 軟件的管道模塊來建模。其功能非常強大，主要分為規范化創建管路和非規范化創建管路。規范化創建管路主要適用于工業大型管路系統設計或大型工業管網的建立。此方法需要前期建立主類別文件、管接頭庫文件和工程數據庫文件等數據庫文件，前期數據庫建立得越詳細對于后期的系統建立越方便。通過設置管路的Config 文件并結合RSD 布線系統的使用還可以實現自動化創建管路。非規范化創建管路主要是指機械管路設計或是設備、裝置配套系統的管路設計。此方法主要是將管路系統作為整個機械系統的一個組件來設計。首先要建立與管路系統相關聯的部件的模型，然后建立管路中所需要的各種管接頭或管件的模型，包括閥門、彎頭、法蘭、密封圈等，常用的管接頭或管件可以建立標準件庫方便調用，第三步定義管線的規格參數，第四步繪制管線同時插入所需要的管接頭，最后生成管路實體。管路系統以組件的形式裝配到總系統中，進行查看或編輯，根據需要查看管路信息，最終生成工程圖投入加工。此次真空裝置管路系統的設計就是采用非規范化創建管路的建模方法。

3、應用實例

　　3.1、背景介紹

　　根據科研工作的需要，我們設計加工了一套容積為45m³ 的真空裝置，配備了5 臺K-900C 的油擴散泵作為主抽泵，工作真空度要求達到1.3×10^-3 Pa。為了裝置能夠正常使用，需要設計一套管路系統與之匹配。通常我們使用的真空裝置管路系統主要包括真空管路系統，冷卻循環水系統，工藝排風系統和壓縮空氣系統。由于工作場地面積有限，同時考慮到空間布局的緊湊性和工藝使用要求，裝置需要靠一側墻壁放置，裝置后側擴散泵出口法蘭的邊緣距墻壁只有400 mm，四大系統的運行機組放置在另外的輔助間。我們要在裝置與輔助機組之間，設計布置各個系統的管路。由于空間有限，真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為必須通過Pro/E 軟件進行模擬裝配，給出精確的尺寸，方便施工人員安裝。

　　3.2、管路系統設計流程

圖1 管路系統設計流程圖

　　此流程最重要的部分是管路方案設計和管路參數計算，在設計過程中利用Pro/E 的參數化建模功能結合管路參數的計算結果調整修改設計方案，形成最終的方案。

　　3.3、管路建模方法

　　第一步，創建總裝配體，命名并保存。第二步，建立已有真空裝置和工作場地的模型，可將零部件很多的真空裝置進行收縮包絡，收縮包絡是多個零件表面的集合體，用于管道零部件的安裝和定位。將它們作為默認組件裝入總裝配體。

圖2 真空裝置布局示意圖　圖3 真空裝置局部尺寸示意圖

　　第三步，根據工藝使用要求建立管道零部件的模型，包括各種閥門、過渡接管、波紋管、法蘭、密封圈、三通等。在零件和各管道接口上創建坐系，坐標系要求在管道中心線上，與外端面留有偏距，偏距用來確定管子的確切終止位置，坐標系Z軸朝向接頭外側(管子的進入位置)。

圖4 創建坐標系的真空閥門示意圖

　　第四步，創建管道裝配體，四個系統可分別命名并保存。在管道裝配體中裝配與真空裝置連接的第一個零部件———過渡接管(五個過渡接管對應五個油擴散泵)。

圖5 創建管道裝配體示意圖

　　第五步，定義管路參數，包括管路材料、截面形狀、外徑壁厚、折彎半徑、折彎角度等，根據管路的尺寸規格可以建立管線庫，以備使用。第六步，管道布線，首先設置起點，然后根據方案繪制管線，通過指定坐標系相對偏移進行布線，可以手工拖動或輸入具體值，此方法對于后期的方案修改十分便利。

　　第七步，在需要的位置插入三通、法蘭等管件，最后生成管路實體。將四個分系統裝配體裝入總裝配體中。

圖6 繪制管線示意圖　圖7 最終方案示意圖

　　四套系統中，冷卻循環水系統的管路較短，并且是由五節管路連接到一起的，所以此部分建模是利用管道特征法完成的。方案最終確定后再進行細節設計，出加工圖。因為此次設計的管路系統在安裝過程中很多都是高空作業，并且空間狹小，施工人員需要完全按照圖紙進行零部件加工和現場裝調。

4、結論

　　利用Pro/E 軟件的管道模塊完成真空裝置管路系統的設計，大大提高了設計工作的效率，尤其在方案設計階段，編輯修改起來十分便利。Pro/E 軟件的管道模塊的特點：1. 方便定義管理多種管線;2.布線方法靈活、多樣、便捷;3.便于提取管路信息;4. 可建立不同種類的管件庫，便于隨時調用;5.適用于管路較為復雜的裝配設計。