基于Teamcenter的航空发动机外部管路设计与管理方法探析

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　　摘 要 本文通过在Teamcenter平台上对某型航空发动机电子样机进行结构设计与管理所取得的经验与教训，对发动机外部管路装配、管路扩口处理、管路系统总图表示等一系列问题给出了理想的解决方案。
　　关键词 Teamcenter；航空发动机；外部管路
　　引言
　　随着信息化应用工作的普及，在航空发动机领域已开始实施PDM系统。由德国西门子公司开发的Teamcenter（简称TC）平台是目前全球应用最为广泛的PLM系统之一，它可对产品全生命周期进行统一管理，非常适用于航空发动机的设计、制造、维护等过程中的数据及业务流程管理。作为产品全生命周期的管理平台，TC平台拥有稳定且开放的系统架构，严谨而成熟的业务模型。这种管理模式与之前相对简单、灵活的产品管理模式间存在着一定差异，因而设计人员在使用该平台对发动机进行外部管路设计、装配的过程中，会暴露出一些问题，需要合理的解决方案[1]。
　　1 发动机外部管路设计与管理问题
　　在航空发动机设计领域，通常使用的三维建模软件是UG NX，该软件与TC平台均隶属于西门子公司，因而两者具有很好的兼容性。在TC平台中运用UG NX制图软件对航空发动机外部管路进行设计、装配时主要存在以下几个问题：
　　（1）如何进行外部管路布置，如何正确获取管路图号；
　　（2）如何正确表达管路扩口；
　　（3）在保证装配结构层次关系正确的前提下，如何进行外部管路装配；
　　（4）如何正确表示管路系统总图。
　　2 解决方案
　　2.1 管路布置及图号获取
　　单独使用UG NX制图软件绘制发动机外部管路的方法是在整机装配模型上，通过“机械管路布置”定出管路路线，再扫掠形成管路三维模型；而管路的二维工程图则另行绘制，若在TC平台中采取上述方式，会造成装配状态下的管路模型与管路自身二维模型编号（Item号）不一致，与TC平台中“一物一码”的准则相违背。
　　以某型航空发动机（代号00.950）燃油系统（代号08.950）为例，在管路设计上采用“自底向上”的设计思想。其中包含有燃油管（代号08.001）的单件，和装配有燃油管以及平管嘴、外套螺母等通用件的燃油管组件（代号08.813），具体设计思路如下：
　　（1）在TC平台中分别新建两个名为08.001和08.813的空白零组件模型，并添加到尚未绘制外部管路的发动机整机模型（00.950）中；
　　（2）将08.001设为工作部件，运用机械管路设计模块扫掠得到管路，即得到代号为08.001的燃油管模型；
　　（3）在08.001模型上添加并装配平管嘴、外套螺母等通用件；在装配导航器中，将08.001燃油管及其标准件剪切到08.813下，形成其子结构树，得到名為08.813的燃油分配器供油管模型。通过以上方式，得到“自底向上”的装配结构，符合TC的产品结构管理要求，同时也获取到了与其对应的管路图号。
　　2.2 管路扩口表达
　　对于装配状态下需要扩口的管路，在TC平台上要解决在同一个Item号下，管路在零件状态下不带扩口，在装配状态下需带扩口的问题。同样以发动机燃油系统（08.950）为例，通过实践归纳出方法如下：
　　（1）先绘制不带扩口的08.001管路模型；
　　（2）预先做好与管路08.001相应的扩口模型（仅扩口，无管路）；
　　（3）以08.001模型中的管路端口截面中心为中心点，管路中心线为法线方向，导入扩口模型，并使其与管路正确对接；
　　（4）最后设置引用集，一个引用集为带有扩口的管路，另一个引用集则为不带扩口的管路，这样就可以解决TC平台中管路扩口的表示问题。
　　2.3 系统总图表示
　　以燃油系统为例，燃油系统包括燃油管、燃油分配器、燃油滤、燃油泵和燃油伺服控制装置等，在TC平台上需要根据其装配层次关系及装配数量来准确地构建EBOM，而在对燃油系统进行装配时，若无发动机整机外部轮廓，燃油系统将无法通过图纸合理表示出组件位置，根据应用情况总结归纳出以下方法：
　　（1）在TC平台中新建空的燃油系统图号（08.950），将整机模型（00.950）导入进来，按前述方法绘制出管路08.001及08.813，形成完整的装配结构树；但此时的结构树中仍包含有整机模型；
　　（2）删除燃油系统以外的其他整机零件模型，得到悬空状态下的燃油系统模型；
　　（3）将燃油系统图（08.950）导入到尚未安装燃油系统的整机模型（00.950）中，将燃油系统图设置为工作部件，使用UG NX中的“WAVE”指令，“WAVE”出需要显示的外部轮廓件；
　　（4）最后设置引用集，一个引用集仅显示燃油系统部件，另一个引用集则包含有发动机的外部轮廓。这样结构树中仅包含有燃油系统的各零组件，同时又可显示出发动机的外部轮廓；通过该方法可在工程图中准确反映出零件的装配位置关系。
　　另外，也可以采用以下流程：先在本体模型中创建空的08.950，然后将本体轮廓通过“WAVE”拷贝至空的08.950零组件中，再在08.950中进行装配建模，最后设置引用集。
　　这种方法也可用以解决发动机各部件间共用件的问题；例如：若涡轮轴零件隶属于涡轮组部件中，但同时压气机系统总图也需要通过涡轮轴来表示出其相对位置，在这种情况下，即可以将传动轴“WAVE”到压气机系统总图中去。
　　采取“自底向上”的设计思想以及运用设置引用集的方式，可以顺利解决发动机外部管路装配结构树与EBOM表相对应问题。
　　3 结束语
　　本文结合实际运用，针对TC平台中发动机外部管路设计与管理中出现的突出问题，总结出了一系列操作性较强的解决方案，同时可为基于该平台其他类产品的设计和管理工作提供借鉴与参考。
　　参考文献
　　[1] 李志尊.UG NX7.5基础应用与范例解析[M].北京：机械工业出版社，2011：37.
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