一种新的客制化空调箱机组参数化设计方法的应用

丛日升

（特灵科技亚太研发中心，上海 20050）

1 引言

随着近几年国内空调箱产品市场总量的不断增大，客户对于空调箱的多样化需求也越来越多，于是大多数空调箱厂商也开始开发自己的客制化空调箱产品。相对标准化机组，客制化顾名思义就是为客户定制，客户可以在一定程度上提出自己的需求，如特殊结构形状、特殊外形尺寸（非定制化机组模数）和特殊性能需求等，包括风量、机外全压和保温要求等。近几年由于空调箱市场细分加剧，也呈现出客制化机组越来越多样化的趋势。

2 问题提出

笔者作为空调箱一线设计人员，一直关注空调箱的参数化设计方法的改进。就空调箱设计方法而言，客制化机组与标准化机组相比设计方法完全不同。针对标准化机组，很多厂商有各自的一整套参数化设计方法；而针对客制化机组则不太容易应用标准化机组的设计方案来进行参数化设计。原因是有些客制化需求使得空调箱的结构复杂甚至异形，机组尺寸超常规等，因此设计时难以实现机组的参数化设计。异形结构客制化机组如图1所示。

图1 异形结构客制化机组

为给读者直观印象，这里简述某厂商的一般标准化产品参数化设计方案，即运用VB程序设计开发出一套与CREO进行数据交互的软件系统——参数化设计系统，如图2所示。此系统可以按照预设模型图样模板集成相应的规则文件，自动生成机组中全部面板（Casing）零组件、大部分机座零组件（Base）及部分支撑零组件（Internal Parts），并且自动输出加工所需的图样，物料等参考文件传输给工厂加工设备。

一般而言，应用此方法需要将一台空调箱定义为若干功能段，设计者需要针对每个功能段分别应用此数据交互软件并适当维护数据。

读者不难发现，这种标准化机组的参数化设计方案很难在客制化机组设计上应用，需要找到新的方法。

图2 标准化机组设计思路

3 新设计方法的提出

由于客制化机组的上述问题难以解决，在实际设计工作时需要找到新的替代办法。以下行文中所述的新设计方法，规定为客制化设计方法，区别于图2所示标准化（机组）设计方法。

3.1 客制化设计方法思路

客制化设计方法并不定义机组的功能段，而是定义机组的设计步骤，在每个步骤中有自己的相对独立的设计任务。

定义每个客制化机组的设计步骤为布局设计、机座设计、面板设计和零件设计，在各个设计步骤中分别引入优化工具或参数化程序完成设计任务，从而实现自动化，快速化设计的目的。客制化机组设计步骤如图3所示。

图3 客制化机组设计步骤

3.2 设计步骤中的客制化设计方法应用

3.2.1 布局设计中的客制化设计方法

布局设计是将客户的需求转化为实际产品设计思路的过程，是客制化设计方法实施的开始，这里使用Auto CAD软件实现。

（1）设计任务。

用AutoCAD 做出一张机组的平面图，可用三视或多视表达，以简洁准确为标准。

需要在图上明确机组运输分段（Shippinggroup）的数量、尺寸和排布关系及各种开口尺寸。需要明确各个运输分段内部各个面发泡面板、功能零件、内部单层安装板及电器零部件的尺寸、位置及其相互关系。同时还需要明确机组机座的总体支撑及局部支撑形式及排布关系。

（2）参数化工具。

利用CAD的程序接口，开发出一系列的易于实现局部制图功能的VB、Visual Lisp小程序；利用动态块功能制作机组功能模块库，快速调入常用功能模块。简而言之，布局设计就是要引入以上三种提高效率的参数化工具，完成图样的局部设计，以期效率提升。布局设计中运用的参数化工具见表1。

表1 布局设计中运用的参数化工具

VB小程序可以自动化完成一些局部设计任务，如功能段外形各个视图设计等；动态块可以快速调用参数化的图形图块，可迅速地提高设计效率和准确性。Visual Lisp可以按照设定图形样式，交互输入需要的新信息，快速生成新的图形图块，VB小程序一旦加入软件的启动文件中将惠及所有设计人员。图4中分别列举了动态块及Visual Lisp的应用。

图4 动态块及Visual lisp 的应用

3.2.2 机座设计中的客制化设计方法

机座设计需要参考布局设计中已经定义好的整体支撑及局部支撑的位置和排布信息。它是由上文提到的参数化设计系统与Inventor 进行交互，调用相关模版和规则文件，自动生成所需要样式的机座零组件。然后辅以必要的人工修改即可生成想要的机座样式。

（1）设计任务。自动生成机座零组件。

（2）参数化工具：参数化设计系统。此参数化设计系统的核心功能如图5所示。

Define Casing：参数化设计系统与Auto CAD 交互，选取机组总体外形尺寸及各个运输段的尺寸。

Add Objects：参数化设计系统与Auto CAD 交互，选取每段内机座上的特性信息如基座开口，机组接水盘开口等。

Get BOM From Inventor：参数化系统与Inventor 数据交互，可以自动从Inventor项目文件夹中读取机座零件清单。

Export BOM: 参数化系统以EXCEL形式输出参数化系统读取的机座零件清单。

Create base drawing:自动化的创建机座2D的核心Inventor图样。

图5 参数化设计系统的核心功能

除上述Define Casing 及Add Objects 所输入的信息，还需要输入机组的机座高度、机座横纵向支撑材料及高度、机座上下面板的材料及形式等信息，当输入这些信息后即可按照模板生成以机组运输段为单位的各个组件。

3.2.3 面板设计中的客制化设计方法

面板设计依然需要参考布局设计中的内外面板样式、位置、尺寸和开口情况信息。它依然是由参数化设计系统与Inventor 及CAD进行交互，同样调用相关模版和规则文件，自动生成所需要的各种内外面板结构零组件。

（1）设计目的。选取面板长度，在选取的长度上自动生成机组内外面板零组件。

（2）参数化工具：参数化设计系统。要想准确有效地生成各种机组面板，在程序设计时要遵循以下规则：机组面板按照位置进行分类，见表2；对于每一类面板再按照具体应用情况分为若干规则见表3；在程序中输入面板位置分类信息、使用规则文件及按照预定方向选取面板长度，如图6所示。

表2 机组面板位置分类

表3 机组顶板面板程序运行规则

图6 机组面板选取方向

简而言之，以顶板面板为例，同一个机组顶板上，可能会有不同的局部面板在程序生成零件时具有不同的零件尺寸或特征信息，故在程序设计时必须加以区别。

由上可知，在生成面板之前需要用户根据不同局部区域选择对应规则，且有几种局部区域程序就须生成几次。此方法看上去并不十分智能，但却可以完成非常复杂的异形面板的结构设计。

另外，还需要考虑已经选择的两段面板相邻处的相接形式，因为程序做了很多种相邻端的相接形式，当然这实际上与面板的具体结构设计息息相关。除此之外，还需考虑面板面板的强度、材料、尺寸和一些必要的偏移设置。图7为参数化设计系统的面板设计交互选项界面。

图7 面板设计交互选项界面

3.2.4 零件设计中的客制化设计方法

这里说的零件是指机组中很多起支撑、密封、连接等作用的零组件，比如表冷器在机组内部的支撑架、滤清器的挡风板、机组中单层板与四周面板的连接零件等。零件设计与布局设计类似，用CAD来实现，同样是需要用Visual Lisp或者VBA程序实现自动化目的。这里不再赘述。

4 客制化设计方法展望

4.1 客制化设计方法与标准化设计方法的比较

显而易见，客制化设计方法与标准化设计方法在效率上确实要逊色一些。按照本文所述的客制化设计方法，从布局设计开始到完成一般复杂程度的机组设计文件，平均需要1周左右的时间，而运用标准化设计方法来设计标准化机组则非常快速。因此本文所述的客制化设计方法还需进一步优化，争取最大限度地减少设计时间，提高设计时效。但它可以处理标准化设计方法所不能处理的异形复杂结构设计问题。程序设计简单，易于编辑更新。正如“新的技术发明后，总要通过一定的使用技法应用到实例中，得到反馈，经过不断更新完善后，才能成为有效的技法。”本文所述的客制化设计方法虽无法完全上升到高岩先生所说之技术层次，但需要在实践中一步一步完善，道理是完全一致的。

一般复杂机组示意图如图8所示。

图8 一般复杂程度机组示意图

4.2 客制化设计方法与普通设计方法（非参数化设计方法）的比较

客制化设计方法与非参数设计方法相比优势明显，即节约了大量建模出图样的时间，可大大减少产品的前导时间，也可以使设计团队有更多的时间关注机组整体设计而不用在具体建模的细节中花很多精力，更有助于设计工作质量的提升。

当然相比于非参数设计方法也有缺点。主要是需要相对专业化的团队来维护更新部分设计数据。

5 结语

本文主要阐述一种按客户要求设计的复杂客制化机组的参数设计新方法。此方法相较于普通非参数设计方法显然是先进的；相较于标准化机组应用的全自动参数化设计方法效率仍需提高。但它可以很有效地解决全自动参数化设计中难以解决的异形复杂结构机组问题。客制化设计方法需要程序时时与用户交互，用户像是程序的大脑，而程序则为用户的四肢。对于解决特别复杂多变的情况，此设计思路值得推广。