基于Creo软件的标准支吊架设计研究

武相 黄捷 孙冠宇 赵千里 干依燃

【摘 要】标准支吊架因其零部件通用性高，便于规模生产，被广泛应用于工程实际。本文基于Creo软件，从模型数据库、用户界面、力学校验及工程图纸输出四个方面探讨了标准支吊架设计方法，并提出一种基于Creo软件的标准支吊架设计思路和方法，以满足工程实际需求。

【关键词】标准支吊架;Creo;模型数据库;用户界面;力学校验;图纸输出

中图分类号： TP311.52文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）06-0065-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.06.023

【Abstract】Standard support and hanger is widely used in actual manufacture for the universality and convenience of mass production .In this paper， how standard support and hanger design in Creo was studied in four aspects： model database establishment， user interface interaction， mechanical performance testing and engineering drawing output. Finally a thinking process and approach was put forward to design support and hanger to satisfy the requirements of engineering projects.

【Key words】Standard support and hanger; Creo; Model database; User Interface; Mechanical performance testing; Drawing output

0 引言

支吊架主要功能为承受管道载荷、限制管道位移、控制管道振动，是保证系统管道安全运行的重要措施，被广泛应用于核电、火电、化工、船舶、航天等众多领域。支吊架分为标准支吊架和非标支吊架两类，由于标准支吊架的零部件通用性高，便于大规模生产，绝大部分的实际工程设计采用了标准支吊架。

支吊架设计通常是根据其功能及载荷输入，在手册中选用满足其承载要求、布置要求的零部件完成组合后，再进行力学校验即可完成定型设计。在实际的工程设计过程中，支吊架用量相当庞大，仅一个系统就可能存在上千张图纸，因此，支吊架详细设计是一项费时、费力、工作量巨大的工作。根据工程设计经验反馈，传统的基于AutoCad的“二维”设计手段，不仅效率低、出错率高，而且占用大量的人力资源，无法满足实际的工程设计需求。目前，大部分领域已应用三维设计手段开展支吊架设计，其不仅在可视化方面具有明显优势，而且实现了力学校验的自动化，同时可以完成校验报告及支吊架图册的自动化输出，减少了人为出错的概率，提升了资源利用率，提高了设计效率。

本文基于Creo三维设计软件，针对标准支吊架设计及应用加以探讨，并提出一种可行的标准支吊架设计的开发思路或方法。

1 常用标准支吊架设计软件简述

目前，标准支吊架设计采用的软件种类较多，如EHS、AUTOPHS、LICAD、PDSOFT.SUPPORT及PDMS-NPHS等，其特点如下：

（1）EHS为查表选型类软件，数据库基于标准支架零部件手册和标准生根手册;EHS以AutoCad为图形平台，数据结构主要用C语言实现;EHS通过导出数据库中的零部件搭建支吊架，并生成平面图和清单;EHS通过开发与其它三维软件（如PDMS）、力学分析软件（如CAESARⅡ）的接口，实现支吊架三维实体的创建及力学结果的输出。

（2）AutoPHS是UESOFT开发的自动管道支吊架设计软件，亦为查表选型类软件，数据库基于标准支架零部件手册和标准生根手册;该软件可根据用户输入的参数信息，通过规则判断组合最优的支架结构;软件能够搭建三维实体模型，自动生产二维支吊架组装图;根据标准手册，能够自动计算弹簧和恒力弹簧。

（3）LISEGA为查表选型类软件，其标准件的数据库为LISEGA产品库，其支吊架设计模式与EHS类似。

（4）PDSOFT为三维工厂设计软件，在支吊架设计上为查表选型类软件。该软件以PDSOFT 3DPiping为平台，在3DPiping软件建立的管道模型和构筑物模型基础上进行三维支吊架设计，包括支吊架数据库管理、支吊架图形库管理、支吊架建模、材料统计和支吊架图纸自动生成。

（5）PDMS为三维工厂设计软件，其支吊架设計主要由管道支吊架结构设计软件-NPHS（中国核动力研究设计院自主设计开发）实现。NPHS数据库基于标准支架零部件手册和标准生根手册，其主要包括四个功能：a.支吊架三维标准零部件库;b.支吊架三维结构设计;c.可批量地支吊架出图;d.可批量地支吊架材料清单生成。根据实际核电工程的应用反馈，使用NPHS设计的支吊架图纸内容精确、直观易懂、表达清晰美观，获得设计同行、业主及施工单位的广泛好评[1]。

2 Creo软件简介

Creo软件是美国PTC公司在Pro/ENGINEER软件基础上开发的一款三维设计软件，在全相关性、模型参数化、装配管理等方面具有明显的优势。该软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据库管理等。该软件还提供目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。

此外，Creo软件提供了采用标准Windows“部件對象模式（COM）”技术和“对象连接的潜入（OLE）”技术的应用程序接口，使用户可以对软件进行二次开发，以满足自身需求[2]。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]。

3 基于Creo软件的标准支吊架设计

3.1 总体思路

在实际的工程中，标准支吊架设计主要包含以下4个方面：

（1）结构设计

支吊架的结构设计主要涉及功能、结构形式及其零部件选型，不同行业或企业因其应用环境的不同，支吊架及零部件采用的标准及使用经验不径相同，因此，支吊架的设计存在适用性的问题。通常采取创建与行业或者企业相匹配的标准支吊架数据库，其中包括标准、规范、常用材料及模型数据库等，以满足行业或企业自身的设计需求。

（2）用户界面

目前，常用支吊架设计软件均开发了相对友好人机交互界面，以方便设计者快捷的完成支吊架结构设计。一个友好的用户界面，不仅能够使设计者快速的检索、调用各种需要的支吊架资料及模型特征参数信息，并能够根据实际需求输入和变更相关设计参数，提高设计效率;同时，设计者不需要了解三维应用软件深层次的工作原理、程序源代码等知识，仅掌握软件的基本应用技能，即可完成支吊架设计。

（3）力学校验

实际的支吊架设计过程，其在结构定型前，通常需要开展力学校验，以判断其是否满足力学性能要求，即支吊架结构设计和力学校验之间存在迭代过程。只有通过了力学校核的结构才能最终实现支吊架定型设计。

（4）工程图纸输出

目前，由于三维设计中模型精度及覆盖率不足、非几何信息表达的完整性和透明性不足等问题，三维设计系统尚不能完全取代工程图实现实际工程中各个环节的无纸化操作，二维工程图仍然是企业沟通和交流的主要工具。因此，实现三维与二维之间的有效转换至关重要。

综上所述，本文主要从以上4个方面存在的设计需求出发，探讨标准支吊架设计方法和应用。

3.2 模型数据库的开发

支吊架模型数据库的设计关键在于标准零部件库的开发，其中涉及零部件种类的划分、命名规则、模型创建及系列化等内容。在建立标准零部件库时，可结合行业或企业实际需求，采用各自常用的标准规范、支吊架设计手册等的零部件种类划分准则、命名习惯及系列化参数特点等建立模型数据库，其更符合设计者的设计思路和应用习惯，有利于设计者更快更好的完成设计。

在Creo软件的二次开发工具中，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，且系列化零件的特征参数存储在表格中。记录特征参数的表格可自由编辑，使创建系列化零件变得简单易行，且方便管理。因此，族表工具常用于开发各种结构的标准件库。

本文中提及的支吊架标准件库采用族表工具进行开发，根据支吊架设计手册内容，选取样本零件，创建三维模型，并通过族表创建系列化零件，形成支吊架标准件库。以三孔管夹为例，图1、图2显示了三孔管夹系列化零件的创建过程。图1中，d0、d1、d2、d3为样本零件特征参数，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”为样本零件衍生出来的单个零件模型名称。通过驱动样本零件特征参数和族表工具，即可派生出所需要的系列化零件。

友好的人机交互界面可以清楚的引导用户实现需要的功能，快捷的实现软件与用户之间的信息交流。本文中提及的支吊架设计依托于Creo平台，无需独立的运行系统，因此开发的交互界面以对话框为主。对话框的创建常用两种方法来实现，一种是采用Creo/ToolKit提供的用户界面对话框（User Interface Dialog Boxes，简称UI对话框）技术，另一种是采用MFC（Microsoft Foundation Class）可视化对话框技术。两种方法的说明详见表1[3]。

根据两种方法的优劣，支吊架设计的用户界面采用MFC的可视化对话框技术。

Visual Studio 2010（简称VS2010）是运行于Windows操作系统交互式可视化集成开发环境，出自微软公司，提供了多种开发语言，并集成了视窗程序设计（API）和MFC库，为程序设计者提供了简单友好的开发界面和一系列辅助开发工具，用户只需要按照向导界面的提示，输入程序建立的一些要求，就可以自动得到一个有基本功能的、完整的应用程序。

本文选用VS2010集成开发环境和MFC面向对象工具对支吊架设计用户界面进行编程和界面设计。

此外，用户界面的信息提取采用动态链接技术，主要为DLL文件的生成、编译和注册，该文件可通过VS2010、Creo/ToolKit进行编译。用户界面与数据库信息参数交互过程详见图3。

3.4 支吊架力学校验

Creo软件不仅具备模型设计功能，而且具备结构的分析计算、运动仿真等功能，其Simulate产品线提供两个模块，即“结构”模块和“热”模块，每种模块都针对不同系列的机械特性解决问题。其中，结构 （Mechanical）用于评估零件或装配的结构特性。此模块允许为模型创建结构载荷和约束，然后执行静态分析、模态分析、预应力分析、失稳分析和振动分析。还可以评估模型的疲劳寿命和解决接触问题。热 （Thermal）用于评估零件或装配的热行为。此模块允许对模型施加热载荷、规定的温度和对流条件，然后执行稳态或瞬态热分析。通过上述两个模块，Creo软件可以对各种大型复杂结构的力学开展分析计算。