機械設計中的EXCEL應用

黃毅

摘要：介紹在機械設計的工程中，用Excel代替查表，計算，校核等功能的應用。結合換熱器設計需要查表的相關數(shù)據(jù)，實例演示給出解決方案。解決了應用VB輔助機械設計中，繁瑣的編程和復雜的計算，以及用EXCEL實現(xiàn)簡單的建立數(shù)據(jù)庫以及檢索功能。

關鍵詞：機械設計；機械制圖；EXCEL應用

問題介紹

我國國內(nèi)機械設計、機械制造行業(yè)的自動化程度在近幾年有了顯著挺高。為了與時俱進，讓機械設計工程中的查表和計算實現(xiàn)自動化，應用EXCEL的公式功能，可以輕松實現(xiàn)自動查表。

Excel是微軟公司的辦公軟件Microsoft office的組件之一，是自動化辦公中非常重要的一款軟件，在日常工作中，EXCEL可以輕松實現(xiàn)制作報表和進行一些簡單數(shù)據(jù)的計算和統(tǒng)計，廣泛地應用于管理、統(tǒng)計財經(jīng)、金融等眾多領域。然而巧妙運用EXCEL中的公式，能解決我們工作領域的很多繁瑣的數(shù)據(jù)計算，數(shù)據(jù)查找等工作，大大提高了工作效率。下面以換熱器設計為例，研究探索EXCEL在換熱器設計中的應用。

輔助機械設計中EXCEL常用的核心函數(shù)

EXCEL內(nèi)部嵌入了簡單的VBA程序，使操作變得更快捷，編碼變得更簡單。甚至在表格中直接寫入公式即可立即顯示計算結果。在表格中公式的應用一般是由開頭的“=”開始的，等于號之后可以是簡單的加減乘除計算。當有些計算無法簡單輸入或者擁有多個計算參數(shù)，更復雜一些的就需要用到“函數(shù)調(diào)用，例如開平方根就需要用的函數(shù)：SQRT（numberl，方差用的是函數(shù)VAR（number1，[number2]，…）。在結合機械設計的過程中，一般有以下幾個最重要、最常用的函數(shù)，

IF函數(shù)

IF函數(shù)是Excel中最常用的函數(shù)之一，它可以對值和期待值進行邏輯比較。IF函數(shù)最簡單的形式表示：

如果（判定內(nèi)容是否為真，為真則執(zhí)行某些操作，否則就執(zhí)行其他操作）

舉例：“=IF（C2=1，“是”，”否”）如果“C2”格子中的數(shù)字等于1，就顯示“是”，否則就顯示“否”。

在機械設計中，if也是最常用的，多個if嵌套可以對指定數(shù)據(jù)進行分類別檢索。例如《熱交換器GB/T151-2014》（以下簡稱《GB/T151》）中折流板管孔允許偏差：

管孔的直徑函數(shù)就可以直接寫成：=if（and（d<=32，L>900），d+0.4，d+0.7）

注：其中“and”函數(shù)是一個邏輯函數(shù)，判定測試中是否所有條件都為“真”。相當于中文字的“且”。以及“or”相當于中文里的“或”。

Index函數(shù)

INDEX函數(shù)可用于返回表格或區(qū)域中的指定行列值或值的引用。函數(shù)形式：

INDEX（array，row_num，[column_nilm]）

在機械設計應用中，常用于查找指定行列的值。只要我們告訴電腦在一個區(qū)域里，低幾行，第幾列，他就可以幫助我們完成查表。

Match函數(shù)

使用MATCH函數(shù)可在“范圍單元格”中搜索特定的項，然后返回該項在此區(qū)域中的相對位置。例如，如果AI：A3區(qū)域中包含值5、25和38，那么公式=MATCH（25，A1：A3，0）返回數(shù)字2，因為25是該區(qū)域中的第二項。

這個函數(shù)在也是用來查表，可以輕松的讓表格自己判斷要查找的數(shù)據(jù)在第一行。

機械設計中EXCEL應用實例，

壓力容器式熱換熱器設計是屬于壓力容器設計的一個分支，其設計要求比其他壓力容器略復雜，它具有占地面積小，排布經(jīng)湊，現(xiàn)場安裝簡單等特點。強制性法規(guī)要求，圖紙中必須分別給定出以下參數(shù)的數(shù)值：管板孔橋允許寬度，最小寬度。以及在設計工程中經(jīng)常需要涉及到偏差的內(nèi)容。這些數(shù)值大部分結合了查圖標，然后再更具數(shù)據(jù)計算得出。

管板孔橋寬度計算公式如下：

允許寬度

最小寬度

其中：

dh——管板管孔直徑mm

S——換熱管中心間距mm

A1——孔橋偏差mm

——當換熱管外徑d<16 mm時，△1=2 △2+0.51

——當換熱管外徑d≥16 mm時，△1=2 △2+0.51

△₂——鉆頭偏移量，

mm

δ——管板厚度mm

其中管孔直徑查“dh”和換熱管中心間距S，需要查《GB/T151》中表8-2里的數(shù)據(jù)，這樣傳統(tǒng)的工作方式，每次都需要重復著無數(shù)這樣繁瑣的方式：查公式，查表，計算。而且設計過程中有很多這樣的地方。我們可以使用EXCEL簡化計算，實現(xiàn)一次完成所有的復雜計算。

首先建立數(shù)據(jù)庫

為了減少VBA程序的外部調(diào)用送帶來的復雜性，我們將所有的數(shù)據(jù)和計算全部寫在同一個EXCEL工作表里。來自標準中不同頁面的數(shù)據(jù)可以歸納在同一個表格里便于計算，下圖中是我們EXCEL輔助機械設計的一個數(shù)據(jù)組，頂部OPQ…是對應列號，左側123…是對應行號。

計算區(qū)域的建立主要分兩個部分。第一部分是界面設計，界面的布局這在之后的過程中也可以不斷完善，通過多次的調(diào)試和改進最后形成了圖三中的計算表格面板。可以涵蓋很多設計過程中復雜的查表過程。簡化熱交換器設計過程中的部分工作，并且實現(xiàn)圖形的可視化。圖三中下半部分的圖形比單純的數(shù)據(jù)更直觀，是結合了AutoCAD和EXCEL的跨平臺功能。數(shù)據(jù)是從圖二的數(shù)據(jù)表獲取并加以計算。

編寫計算區(qū)函數(shù)或程序

第二部分是函數(shù)的編寫，這一部分是實現(xiàn)機械設計自動化、可視化的關鍵。圖三在E4到E7著色區(qū)域表示設計條件、基礎數(shù)據(jù)。綠色區(qū)域的數(shù)值是根據(jù)標準自動修正的值。

以前面提到的管板孔橋允許寬度、最小寬度的計算來舉例。根據(jù)前面列出的管板孔橋允許寬度、最小寬度的計算方法。我們在圖二的單元格P3中先計算名義孔橋的值，再在單元格Q3中計算孔橋偏差，最后再在圖三K2、K3單元格中計算寬度就可以完成。函數(shù)和計算方法如下：

單元格P3：=INDEX（07：R18，MATCH（E5，07：018），4）

單元格Q3：=IF（E5<16，0.082*E4/E5+0.51，0.082*E4/E5+0.76）

單元格KI：允許孔橋=ROUND（P3-Q3，3）

單元格K2：最小寬度=0.6*P3

這樣就完成了用EXCEL自動計算“管板允許孔橋寬度”，“管板孔橋最小寬度”兩項數(shù)值。圖中其他部分的數(shù)值也是相同的計算方法實現(xiàn)的。

總結

本方法將所有的數(shù)據(jù)庫和操作界面設計在同一張EXCEL，并且減少外部VB的輔助編程，有效的簡化了編程的復雜性。減少了EXCEL中鏈接和數(shù)據(jù)引用的錯誤。更能在實際設計中，優(yōu)化設計步驟。另外，將EXCEL和AutoCAD結合使用，夸平臺操作，來實現(xiàn)了機械設計的圖形可視化。在換熱器設計方面簡化了繁瑣的工作量，并且把可視化圖形設計成便于打印的結構形式，來保證計算結果可輸出，可移植。

在工程的實際運用中，應用Excel和AutoCAD相結合處理大批量的圖表數(shù)據(jù)，其優(yōu)點更為顯著，可大大地提高設計人員的工作效率。