一種新的客制化空調(diào)箱機(jī)組參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用

叢日升

（特靈科技亞太研發(fā)中心，上海 20050）

1 引言

隨著近幾年國內(nèi)空調(diào)箱產(chǎn)品市場總量的不斷增大，客戶對于空調(diào)箱的多樣化需求也越來越多，于是大多數(shù)空調(diào)箱廠商也開始開發(fā)自己的客制化空調(diào)箱產(chǎn)品。相對標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組，客制化顧名思義就是為客戶定制，客戶可以在一定程度上提出自己的需求，如特殊結(jié)構(gòu)形狀、特殊外形尺寸（非定制化機(jī)組模數(shù)）和特殊性能需求等，包括風(fēng)量、機(jī)外全壓和保溫要求等。近幾年由于空調(diào)箱市場細(xì)分加劇，也呈現(xiàn)出客制化機(jī)組越來越多樣化的趨勢。

2 問題提出

筆者作為空調(diào)箱一線設(shè)計(jì)人員，一直關(guān)注空調(diào)箱的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)。就空調(diào)箱設(shè)計(jì)方法而言，客制化機(jī)組與標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組相比設(shè)計(jì)方法完全不同。針對標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組，很多廠商有各自的一整套參數(shù)化設(shè)計(jì)方法；而針對客制化機(jī)組則不太容易應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組的設(shè)計(jì)方案來進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。原因是有些客制化需求使得空調(diào)箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜甚至異形，機(jī)組尺寸超常規(guī)等，因此設(shè)計(jì)時難以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的參數(shù)化設(shè)計(jì)。異形結(jié)構(gòu)客制化機(jī)組如圖1所示。

圖1 異形結(jié)構(gòu)客制化機(jī)組

為給讀者直觀印象，這里簡述某廠商的一般標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)計(jì)方案，即運(yùn)用VB程序設(shè)計(jì)開發(fā)出一套與CREO進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的軟件系統(tǒng)——參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，如圖2所示。此系統(tǒng)可以按照預(yù)設(shè)模型圖樣模板集成相應(yīng)的規(guī)則文件，自動生成機(jī)組中全部面板（Casing）零組件、大部分機(jī)座零組件（Base）及部分支撐零組件（Internal Parts），并且自動輸出加工所需的圖樣，物料等參考文件傳輸給工廠加工設(shè)備。

一般而言，應(yīng)用此方法需要將一臺空調(diào)箱定義為若干功能段，設(shè)計(jì)者需要針對每個功能段分別應(yīng)用此數(shù)據(jù)交互軟件并適當(dāng)維護(hù)數(shù)據(jù)。

讀者不難發(fā)現(xiàn)，這種標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組的參數(shù)化設(shè)計(jì)方案很難在客制化機(jī)組設(shè)計(jì)上應(yīng)用，需要找到新的方法。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組設(shè)計(jì)思路

3 新設(shè)計(jì)方法的提出

由于客制化機(jī)組的上述問題難以解決，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作時需要找到新的替代辦法。以下行文中所述的新設(shè)計(jì)方法，規(guī)定為客制化設(shè)計(jì)方法，區(qū)別于圖2所示標(biāo)準(zhǔn)化（機(jī)組）設(shè)計(jì)方法。

3.1 客制化設(shè)計(jì)方法思路

客制化設(shè)計(jì)方法并不定義機(jī)組的功能段，而是定義機(jī)組的設(shè)計(jì)步驟，在每個步驟中有自己的相對獨(dú)立的設(shè)計(jì)任務(wù)。

定義每個客制化機(jī)組的設(shè)計(jì)步驟為布局設(shè)計(jì)、機(jī)座設(shè)計(jì)、面板設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)，在各個設(shè)計(jì)步驟中分別引入優(yōu)化工具或參數(shù)化程序完成設(shè)計(jì)任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)自動化，快速化設(shè)計(jì)的目的。客制化機(jī)組設(shè)計(jì)步驟如圖3所示。

圖3 客制化機(jī)組設(shè)計(jì)步驟

3.2 設(shè)計(jì)步驟中的客制化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用

3.2.1 布局設(shè)計(jì)中的客制化設(shè)計(jì)方法

布局設(shè)計(jì)是將客戶的需求轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路的過程，是客制化設(shè)計(jì)方法實(shí)施的開始，這里使用Auto CAD軟件實(shí)現(xiàn)。

（1）設(shè)計(jì)任務(wù)。

用AutoCAD 做出一張機(jī)組的平面圖，可用三視或多視表達(dá)，以簡潔準(zhǔn)確為標(biāo)準(zhǔn)。

需要在圖上明確機(jī)組運(yùn)輸分段（Shippinggroup）的數(shù)量、尺寸和排布關(guān)系及各種開口尺寸。需要明確各個運(yùn)輸分段內(nèi)部各個面發(fā)泡面板、功能零件、內(nèi)部單層安裝板及電器零部件的尺寸、位置及其相互關(guān)系。同時還需要明確機(jī)組機(jī)座的總體支撐及局部支撐形式及排布關(guān)系。

（2）參數(shù)化工具。

利用CAD的程序接口，開發(fā)出一系列的易于實(shí)現(xiàn)局部制圖功能的VB、Visual Lisp小程序；利用動態(tài)塊功能制作機(jī)組功能模塊庫，快速調(diào)入常用功能模塊。簡而言之，布局設(shè)計(jì)就是要引入以上三種提高效率的參數(shù)化工具，完成圖樣的局部設(shè)計(jì)，以期效率提升。布局設(shè)計(jì)中運(yùn)用的參數(shù)化工具見表1。

表1 布局設(shè)計(jì)中運(yùn)用的參數(shù)化工具

VB小程序可以自動化完成一些局部設(shè)計(jì)任務(wù)，如功能段外形各個視圖設(shè)計(jì)等；動態(tài)塊可以快速調(diào)用參數(shù)化的圖形圖塊，可迅速地提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。Visual Lisp可以按照設(shè)定圖形樣式，交互輸入需要的新信息，快速生成新的圖形圖塊，VB小程序一旦加入軟件的啟動文件中將惠及所有設(shè)計(jì)人員。圖4中分別列舉了動態(tài)塊及Visual Lisp的應(yīng)用。

圖4 動態(tài)塊及Visual lisp 的應(yīng)用

3.2.2 機(jī)座設(shè)計(jì)中的客制化設(shè)計(jì)方法

機(jī)座設(shè)計(jì)需要參考布局設(shè)計(jì)中已經(jīng)定義好的整體支撐及局部支撐的位置和排布信息。它是由上文提到的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)與Inventor 進(jìn)行交互，調(diào)用相關(guān)模版和規(guī)則文件，自動生成所需要樣式的機(jī)座零組件。然后輔以必要的人工修改即可生成想要的機(jī)座樣式。

（1）設(shè)計(jì)任務(wù)。自動生成機(jī)座零組件。

（2）參數(shù)化工具：參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。此參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心功能如圖5所示。

Define Casing：參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)與Auto CAD 交互，選取機(jī)組總體外形尺寸及各個運(yùn)輸段的尺寸。

Add Objects：參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)與Auto CAD 交互，選取每段內(nèi)機(jī)座上的特性信息如基座開口，機(jī)組接水盤開口等。

Get BOM From Inventor：參數(shù)化系統(tǒng)與Inventor 數(shù)據(jù)交互，可以自動從Inventor項(xiàng)目文件夾中讀取機(jī)座零件清單。

Export BOM: 參數(shù)化系統(tǒng)以EXCEL形式輸出參數(shù)化系統(tǒng)讀取的機(jī)座零件清單。

Create base drawing:自動化的創(chuàng)建機(jī)座2D的核心Inventor圖樣。

圖5 參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心功能

除上述Define Casing 及Add Objects 所輸入的信息，還需要輸入機(jī)組的機(jī)座高度、機(jī)座橫縱向支撐材料及高度、機(jī)座上下面板的材料及形式等信息，當(dāng)輸入這些信息后即可按照模板生成以機(jī)組運(yùn)輸段為單位的各個組件。

3.2.3 面板設(shè)計(jì)中的客制化設(shè)計(jì)方法

面板設(shè)計(jì)依然需要參考布局設(shè)計(jì)中的內(nèi)外面板樣式、位置、尺寸和開口情況信息。它依然是由參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)與Inventor 及CAD進(jìn)行交互，同樣調(diào)用相關(guān)模版和規(guī)則文件，自動生成所需要的各種內(nèi)外面板結(jié)構(gòu)零組件。

（1）設(shè)計(jì)目的。選取面板長度，在選取的長度上自動生成機(jī)組內(nèi)外面板零組件。

（2）參數(shù)化工具：參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。要想準(zhǔn)確有效地生成各種機(jī)組面板，在程序設(shè)計(jì)時要遵循以下規(guī)則：機(jī)組面板按照位置進(jìn)行分類，見表2；對于每一類面板再按照具體應(yīng)用情況分為若干規(guī)則見表3；在程序中輸入面板位置分類信息、使用規(guī)則文件及按照預(yù)定方向選取面板長度，如圖6所示。

表2 機(jī)組面板位置分類

表3 機(jī)組頂板面板程序運(yùn)行規(guī)則

圖6 機(jī)組面板選取方向

簡而言之，以頂板面板為例，同一個機(jī)組頂板上，可能會有不同的局部面板在程序生成零件時具有不同的零件尺寸或特征信息，故在程序設(shè)計(jì)時必須加以區(qū)別。

由上可知，在生成面板之前需要用戶根據(jù)不同局部區(qū)域選擇對應(yīng)規(guī)則，且有幾種局部區(qū)域程序就須生成幾次。此方法看上去并不十分智能，但卻可以完成非常復(fù)雜的異形面板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

另外，還需要考慮已經(jīng)選擇的兩段面板相鄰處的相接形式，因?yàn)槌绦蜃隽撕芏喾N相鄰端的相接形式，當(dāng)然這實(shí)際上與面板的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)息息相關(guān)。除此之外，還需考慮面板面板的強(qiáng)度、材料、尺寸和一些必要的偏移設(shè)置。圖7為參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的面板設(shè)計(jì)交互選項(xiàng)界面。

圖7 面板設(shè)計(jì)交互選項(xiàng)界面

3.2.4 零件設(shè)計(jì)中的客制化設(shè)計(jì)方法

這里說的零件是指機(jī)組中很多起支撐、密封、連接等作用的零組件，比如表冷器在機(jī)組內(nèi)部的支撐架、濾清器的擋風(fēng)板、機(jī)組中單層板與四周面板的連接零件等。零件設(shè)計(jì)與布局設(shè)計(jì)類似，用CAD來實(shí)現(xiàn)，同樣是需要用Visual Lisp或者VBA程序?qū)崿F(xiàn)自動化目的。這里不再贅述。

4 客制化設(shè)計(jì)方法展望

4.1 客制化設(shè)計(jì)方法與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法的比較

顯而易見，客制化設(shè)計(jì)方法與標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法在效率上確實(shí)要遜色一些。按照本文所述的客制化設(shè)計(jì)方法，從布局設(shè)計(jì)開始到完成一般復(fù)雜程度的機(jī)組設(shè)計(jì)文件，平均需要1周左右的時間，而運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組則非常快速。因此本文所述的客制化設(shè)計(jì)方法還需進(jìn)一步優(yōu)化，爭取最大限度地減少設(shè)計(jì)時間，提高設(shè)計(jì)時效。但它可以處理標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法所不能處理的異形復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。程序設(shè)計(jì)簡單，易于編輯更新。正如“新的技術(shù)發(fā)明后，總要通過一定的使用技法應(yīng)用到實(shí)例中，得到反饋，經(jīng)過不斷更新完善后，才能成為有效的技法。”本文所述的客制化設(shè)計(jì)方法雖無法完全上升到高巖先生所說之技術(shù)層次，但需要在實(shí)踐中一步一步完善，道理是完全一致的。

一般復(fù)雜機(jī)組示意圖如圖8所示。

圖8 一般復(fù)雜程度機(jī)組示意圖

4.2 客制化設(shè)計(jì)方法與普通設(shè)計(jì)方法（非參數(shù)化設(shè)計(jì)方法）的比較

客制化設(shè)計(jì)方法與非參數(shù)設(shè)計(jì)方法相比優(yōu)勢明顯，即節(jié)約了大量建模出圖樣的時間，可大大減少產(chǎn)品的前導(dǎo)時間，也可以使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)有更多的時間關(guān)注機(jī)組整體設(shè)計(jì)而不用在具體建模的細(xì)節(jié)中花很多精力，更有助于設(shè)計(jì)工作質(zhì)量的提升。

當(dāng)然相比于非參數(shù)設(shè)計(jì)方法也有缺點(diǎn)。主要是需要相對專業(yè)化的團(tuán)隊(duì)來維護(hù)更新部分設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

5 結(jié)語

本文主要闡述一種按客戶要求設(shè)計(jì)的復(fù)雜客制化機(jī)組的參數(shù)設(shè)計(jì)新方法。此方法相較于普通非參數(shù)設(shè)計(jì)方法顯然是先進(jìn)的；相較于標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組應(yīng)用的全自動參數(shù)化設(shè)計(jì)方法效率仍需提高。但它可以很有效地解決全自動參數(shù)化設(shè)計(jì)中難以解決的異形復(fù)雜結(jié)構(gòu)機(jī)組問題。客制化設(shè)計(jì)方法需要程序時時與用戶交互，用戶像是程序的大腦，而程序則為用戶的四肢。對于解決特別復(fù)雜多變的情況，此設(shè)計(jì)思路值得推廣。