平臺化設(shè)計在商用空調(diào)冷水機組產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

陳賓賓, 徐燕華

（英格索蘭亞太研發(fā)中心，江蘇 太倉215400）

0 引 言

平臺化設(shè)計已普遍應(yīng)用于汽車行業(yè)，就目前而言，汽車行業(yè)的平臺化設(shè)計主要集中在發(fā)動機和電氣技術(shù)的平臺化，以及車架、底盤設(shè)計的結(jié)構(gòu)平臺化。即一個平臺的車系中，是在同一個動力總成和電氣技術(shù)平臺、車架和底盤結(jié)構(gòu)平臺上進行設(shè)計的，同一平臺的動力總成技術(shù)、電氣技術(shù)、車架結(jié)構(gòu)和底盤結(jié)構(gòu)形式一般基本相同，通過造型、配置和簡單的結(jié)構(gòu)變化，同一平臺上可以衍生出幾種或十幾種車型，以滿足不同客戶群體的需求[1]。

另外，汽車行業(yè)由于采用平臺化設(shè)計，產(chǎn)品設(shè)計更多的是在原平臺技術(shù)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行簡單的修改（MODIFY）而不是重新設(shè)計（NEW），這使得產(chǎn)品設(shè)計和零部件開發(fā)的工作量減少，零部件的通用化率提高、采購成本降低。同樣，對于工藝設(shè)計來說，工藝方法、流程和設(shè)備更通用化，降低制造成本[1]。由此可見，在平臺化下，產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)、采購等更具通用性，以此降低成本和提升效率。目前商用空調(diào)普遍存在產(chǎn)品開發(fā)周期較長、產(chǎn)品平臺較為單一的情況。那么商用空調(diào)是否也可以借鑒汽車行業(yè)的平臺化設(shè)計，以此縮短開發(fā)周期、豐富產(chǎn)品系列呢？下面我們就來探討其可行性。

1 商用空調(diào)冷水機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

冷水機組的四大核心部件為壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器和節(jié)流裝置。四大部件細分后有多種類型，常用的種類如圖1所示。

2 傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)流程

圖1 冷水機組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

圖2 新產(chǎn)品需求定義

傳統(tǒng)設(shè)計流程如圖2所示，先由產(chǎn)品經(jīng)理根據(jù)客戶或市場需求，總結(jié)歸納出需要開發(fā)的產(chǎn)品的具體性能目標、冷量范圍、應(yīng)用場合、成本需求等，并提交給項目團隊。當上述需求確立后，四大核心部件類型已基本明確，項目團隊便按照需求設(shè)計開發(fā)零部件和產(chǎn)品（如圖3）。此種開發(fā)模式可以認為是定向開發(fā)、趨近于定制化的需求，不會過多考慮現(xiàn)有的產(chǎn)品、技術(shù)，通用性和標準化設(shè)計也只限定于本項目中的多個機組之間，這樣就導致了零部件數(shù)量較多、開發(fā)周期較長的問題，按照此前的經(jīng)驗，新產(chǎn)品的開發(fā)周期通常會在2 a以上，有的甚至達到5 a之久。很顯然，面對不斷變化的市場和客戶需求，這樣的新產(chǎn)品開發(fā)周期會使得產(chǎn)品滯后于市場，以至于不能達到產(chǎn)品開發(fā)之初訂立的商業(yè)目標。

起初，為了讓產(chǎn)品更快地投向市場，首先想到的是從項目管理角度出發(fā)，分階段來開發(fā)產(chǎn)品、分階段投放市場，并逐步完善產(chǎn)品選型配置，但歸根結(jié)底，此方法并未從根本上解決整個產(chǎn)品的開發(fā)周期問題。于是，跨界思考給了我們新的啟示，通過借鑒汽車行業(yè)的平臺化設(shè)計，開始思考、總結(jié)，并形成新的適用于商用空調(diào)領(lǐng)域的平臺化開發(fā)設(shè)計思路，下面我們就來探討平臺化設(shè)計與商用空調(diào)相結(jié)合的應(yīng)用案例。

3 新平臺化開發(fā)流程

3.1 模塊化設(shè)計

為了滿足平臺化開發(fā)的需求，首先我們需要對現(xiàn)有的主要功能性零部件做模塊化配置，可引入?yún)?shù)化設(shè)計概念，減少建模和圖樣等設(shè)計工作量。主要功能性零部件包括風機模塊、盤管V形模塊、蒸發(fā)器模塊、壓縮機模塊等。

1）風機模塊。可以使用相同的Fan Deck和葉片設(shè)計，配合不同的電動機、風罩、控制邏輯，將現(xiàn)有的風冷機組的風扇模塊標準化。

圖4 風機模塊

2）盤管V形模塊。盤管作為風冷機組的核心部件，盤管的大小直接決定機組的換熱量。傳統(tǒng)的定制化產(chǎn)品設(shè)計時，通常根據(jù)機組的冷量需求，單獨設(shè)計盤管尺寸，造成不同產(chǎn)品、不同冷量的盤管尺寸不同、型號多樣，生產(chǎn)、采購、堆料等都耗費較大資源。現(xiàn)設(shè)計標準化的V形模塊，然后通過V形模塊拼接的方式，適配不同產(chǎn)品、不同冷量的機組。

圖5 盤管V形模塊

3）蒸發(fā)器模塊。蒸發(fā)器也是商用空調(diào)機組的核心部件，其大小也直接取決于機組冷量。對于殼管式蒸發(fā)器，可以通過筒體直徑和長度變化來改變換熱量；對于板式換熱器，選定幾種常用的板式換熱器型號，通過變換片數(shù)來滿足換熱量需求。

4）渦旋壓縮機模塊。通用一款渦旋壓縮機，選用了3個冷噸型號的渦旋壓縮機，通過并聯(lián)，可得到十幾種冷噸配置，以滿足不同大小機組的需求，且保證單壓縮機零件采購批量大、通用性強。

3.2 平臺化產(chǎn)品系列

通過零部件模塊化，新的產(chǎn)品平臺搭建可參考表1來進行部署。同一產(chǎn)品中不同選型和冷量的系列化機組，通用性高、結(jié)構(gòu)一致性強。通過平臺化設(shè)計，不同產(chǎn)品也具備一定的相似性，例如水冷磁懸浮，僅是在水冷螺桿B上通過變更壓縮機、局部調(diào)整管路走向，便實現(xiàn)了高能效低GWP HFO類制冷劑的適配；再例如風冷渦旋A、B、C三款產(chǎn)品，通過冷凝器、蒸發(fā)器的變化，突破了產(chǎn)品應(yīng)用場所的限制，對于一些水側(cè)環(huán)境較惡劣的地區(qū)或客戶，蒸發(fā)器可以不采用板式換熱器，而是采用殼管式蒸發(fā)器的風冷渦旋產(chǎn)品C。同樣，對于一些惡劣氣候條件的區(qū)域，客戶仍傾向傳統(tǒng)的翅片盤管的產(chǎn)品，平臺化的產(chǎn)品既可以滿足不同客戶的需求，又不會對生產(chǎn)、采購造成庫存、工藝的負擔。

表1 新平臺化產(chǎn)品系列

從成本上看，基礎(chǔ)平臺搭建后，新零件的數(shù)量僅占30%，70%為沿用件或共用件，且核心零部件均為沿用件或共用件，大大降低了零部件的開發(fā)成本（測試費用）和生產(chǎn)成本(連續(xù)生產(chǎn)的費用是最低的)、改造成本（生產(chǎn)線只需局部改造，可共線生產(chǎn)）、管理成本(如庫存和物流成本)、配件成本等。

從時間上看，由于大部分核心零部件不需要重新開發(fā)，也不需要重新做零部件的驗證工作，這樣就使得測試驗證的工作量明顯變少，開發(fā)周期大大縮短，于是整個產(chǎn)品的設(shè)計、制造、驗證、投產(chǎn)的周期也變短。而生產(chǎn)過程不需要大的變動，生產(chǎn)線的設(shè)計與驗證時間也大大縮短。

從質(zhì)量上看，沿用成熟的通用件不僅可以減少新開發(fā)件的前期故障和質(zhì)量風險，還可以通過增加產(chǎn)能來增加重復性，以此提高產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

3.3 產(chǎn)品的升級與迭代

在產(chǎn)品平臺建立后，為了給客戶提供更多的選擇、滿足客戶個性化的需求，也可以借鑒產(chǎn)品迭代更新的理念，即在產(chǎn)品發(fā)布上市后，通過更新控制軟件，增加一些功能性零部件，改造現(xiàn)有產(chǎn)品等方式，可實現(xiàn)客戶端既有產(chǎn)品的升級，例如超靜音改造、變頻改造、新制冷劑適配改造、集成控制等。

4 新平臺化設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計的開發(fā)周期對比

為了更好地了解平臺化設(shè)計對項目開發(fā)周期的影響，我們按照圖6對項目進行了大、中、小的劃分，并根據(jù)項目的實際運作情況，統(tǒng)計出表2所示的平均項目運作周期。

5 結(jié) 語

綜上所述，對于商用空調(diào)產(chǎn)業(yè)而言，該平臺化的設(shè)計突破了原來各廠家產(chǎn)品平臺單一、種類不多的情況，隨著平臺化的進一步完善和推廣，相信產(chǎn)品系列可以更加多樣化，更具個性化。 核心零部件的沿用與共用，也大大降低了故障率和質(zhì)量風險，為生產(chǎn)企業(yè)帶來更高的生產(chǎn)效率、更大的收益，也為客戶帶來更穩(wěn)定的產(chǎn)品、更具特色的升級服務(wù)。

圖6 項目大小劃分

表2 新平臺化設(shè)計和傳統(tǒng)設(shè)計的開發(fā)周期對比 a