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(chǎng)總量的不斷增大，客戶對(duì)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(duì)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(chǎng)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(shì)。

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(duì)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(duì)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(shí)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(jiǎn)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(dòng)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(dòng)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(tái)空調(diào)箱定義為若干功能段，設(shè)計(jì)者需要針對(duì)每個(gè)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(shí)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(gè)步驟中有自己的相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)任務(wù)。

定義每個(gè)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(gè)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(dòng)化，快速化設(shè)計(jì)的目的?？椭苹瘷C(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(jiǎn)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(gè)運(yùn)輸分段內(nèi)部各個(gè)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(shí)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(dòng)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(jiǎn)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(dòng)化完成一些局部設(shè)計(jì)任務(wù)，如功能段外形各個(gè)視圖設(shè)計(jì)等；動(dòng)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(dòng)文件中將惠及所有設(shè)計(jì)人員。圖4中分別列舉了動(dòng)態(tài)塊及Visual Lisp的應(yīng)用。

圖4 動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(zhǎng)度，在選取的長(zhǎng)度上自動(dòng)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(shí)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(duì)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(zhǎng)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(jiǎn)而言之，以頂板面板為例，同一個(gè)機(jī)組頂板上，可能會(huì)有不同的局部面板在程序生成零件時(shí)具有不同的零件尺寸或特征信息，故在程序設(shè)計(jì)時(shí)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(duì)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(dòng)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(shí)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(zhēng)取最大限度地減少設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)時(shí)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(jiǎn)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?！北疚乃龅目椭苹O(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(shì)明顯，即節(jié)約了大量建模出圖樣的時(shí)間，可大大減少產(chǎn)品的前導(dǎo)時(shí)間，也可以使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)有更多的時(shí)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(duì)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(dòng)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(dòng)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?？椭苹O(shè)計(jì)方法需要程序時(shí)時(shí)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(duì)于解決特別復(fù)雜多變的情況，此設(shè)計(jì)思路值得推廣。