空調(diào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)間隙檢查系統(tǒng)開發(fā)

黃 堅(jiān)，葉務(wù)占，周 馳，柯愛心

（1.珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519070；2.華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州 510641）

空調(diào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)間隙檢查系統(tǒng)開發(fā)

黃 堅(jiān)1，葉務(wù)占1，周 馳2，柯愛心2

（1.珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519070；2.華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣東廣州 510641）

隨著企業(yè)的產(chǎn)品日益向高檔化、精致化發(fā)展，出于外觀、運(yùn)行平穩(wěn)性、產(chǎn)品壽命等方面的考慮，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的配合間隙控制提出了越來越高的要求。針對(duì)空調(diào)行業(yè)的應(yīng)用，利用Pro/TOOLKIT二次開發(fā)技術(shù)，研發(fā)出一套高效的基于Pro/E平臺(tái)的產(chǎn)品間隙控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)間隙檢查表自動(dòng)輸出和更新，達(dá)到了減少設(shè)計(jì)重復(fù)工作、提高產(chǎn)品開發(fā)效率的目的。

空調(diào)行業(yè)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；Pro/E平臺(tái)；間隙控制

0 引言

空調(diào)產(chǎn)品是一個(gè)典型的機(jī)電產(chǎn)品，其零件眾多，形狀復(fù)雜，存在著外觀零件配合間隙、內(nèi)部結(jié)構(gòu)裝配間隙以及部件運(yùn)動(dòng)行程間隙。在實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)過程中，為保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，項(xiàng)目組在完成3D設(shè)計(jì)之后，對(duì)裝配模型中的關(guān)鍵零件配合間隙進(jìn)行測(cè)量并填寫間隙檢查表。在設(shè)計(jì)驗(yàn)證和修改過程中，還需對(duì)上述間隙進(jìn)行反復(fù)檢查。目前空調(diào)設(shè)計(jì)中間隙控制主要存在的問題是：（1）靜態(tài)間隙的數(shù)量龐大，人工檢查費(fèi)時(shí)，手動(dòng)填寫檢查表工作量大；（2）當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更時(shí)，需要重新進(jìn)行間隙測(cè)量定義，多人重復(fù)多次相同操作，效率較低。

Pro/E是目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)的通用工具軟件，但并無針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)間隙管理的專門解決方案。本文利用Pro/TOOLKIT二次開發(fā)技術(shù)[1]，在Pro/E平臺(tái)上開發(fā)出一套高效的空調(diào)產(chǎn)品可視化間隙檢查系統(tǒng)。本系統(tǒng)可以測(cè)量定義各類間隙、自動(dòng)記錄間隙檢查數(shù)據(jù)、輸出間隙檢查表以及實(shí)現(xiàn)可視化評(píng)審，從而減少重復(fù)工作量，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作效率，成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專用工具。

1 空調(diào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)流程

現(xiàn)如今由于空調(diào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段出現(xiàn)數(shù)量龐大的配合間隙，而驗(yàn)證階段的間隙檢查往復(fù)次數(shù)可能多達(dá)幾十次，導(dǎo)致研發(fā)周期過長(zhǎng)，成本增加，這已經(jīng)成為了該行業(yè)的一個(gè)業(yè)務(wù)瓶頸。

圖1為空調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的間隙控制業(yè)務(wù)流程圖，其中虛線框內(nèi)的部分即為需要進(jìn)行間隙控制和管理的往復(fù)過程，包括詳細(xì)設(shè)計(jì)階段和驗(yàn)證階段。

在整個(gè)業(yè)務(wù)流程中有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員和審查人員這兩個(gè)角色分工，首先結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在零部件以及裝配設(shè)計(jì)過程中對(duì)各外觀零件配合間隙、內(nèi)部結(jié)構(gòu)裝配間隙以及運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)行程間隙等尺寸進(jìn)行測(cè)量定義；當(dāng)完成所有間隙定義之后，創(chuàng)建間隙報(bào)告并輸出定制模板格式的Excel文件；之后審查人員與設(shè)計(jì)人員在同一個(gè)平臺(tái)中，對(duì)定義的測(cè)量特征和間隙報(bào)告進(jìn)行核查，檢查產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理以及間隙值是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。若檢查通過則完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過程，可進(jìn)行下一步的制造流程；若檢查不通過，對(duì)于有問題的地方在Excel文件標(biāo)記或者注釋修改建議，反饋給設(shè)計(jì)人員，設(shè)計(jì)人員根據(jù)修改建議對(duì)不合要求的間隙進(jìn)行重新設(shè)定，甚至修改產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，完成修改后重新輸出間隙報(bào)告，并再次交由審查人員進(jìn)行設(shè)計(jì)審查。如此往復(fù)驗(yàn)證直至產(chǎn)品設(shè)計(jì)完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

圖1 間隙控制業(yè)務(wù)流程圖

2 空調(diào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)間隙檢查系統(tǒng)功能模塊

為實(shí)現(xiàn)上述業(yè)務(wù)，開發(fā)了基于PTC的Creo2.0平臺(tái)的裝配間隙控制及管理系統(tǒng)。系統(tǒng)提供的功能模塊主要包括：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師使用的定義間隙和創(chuàng)建間隙報(bào)告功能，結(jié)構(gòu)審查工程師依據(jù)間隙報(bào)告對(duì)模型進(jìn)行間隙檢查功能。當(dāng)因設(shè)計(jì)變更導(dǎo)致產(chǎn)品模型變化時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)已定義的間隙進(jìn)行檢查，并再次輸出間隙報(bào)告，報(bào)告中的間隙值隨產(chǎn)品模型的變更而自動(dòng)更新，最后結(jié)構(gòu)審查工程師再次通過間隙報(bào)告確認(rèn)變更后的間隙值，如此多次反復(fù)直至產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)完全達(dá)到要求。

2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的間隙分類及計(jì)算

圖2為一個(gè)家用掛壁式空調(diào)裝配圖的主要機(jī)構(gòu)爆炸示意圖，圖中裝配元件主要包括基座、外殼、冷凝器、導(dǎo)風(fēng)葉片基座、接水盤、水平導(dǎo)風(fēng)葉片以及垂直導(dǎo)風(fēng)葉片。在此空調(diào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在多種間隙要求，包括靜態(tài)間隙和運(yùn)動(dòng)間隙，如空調(diào)外殼與基座之間的外觀間隙、接水盤與葉片基座卡扣之間的配合間隙以及導(dǎo)風(fēng)葉片與基座的運(yùn)動(dòng)間隙等。

圖2 空調(diào)裝配機(jī)構(gòu)爆炸圖

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)于間隙的管理和計(jì)算，可將空調(diào)產(chǎn)品的常見間隙類型分為如下幾類：A)平面間隙（剖面間隙）;B)空間幾何對(duì)象間隙;和C)空間元件對(duì)象間隙(管道間隙)。平面間隙主要針對(duì)在裝配體的某一個(gè)剖面上對(duì)裝配零件的空間間隙要求?？臻g幾何對(duì)象間隙是指三維空間中裝配體上兩個(gè)幾何對(duì)象之間的間隙，屬于空間幾何距離。當(dāng)構(gòu)成間隙的兩個(gè)對(duì)象中至少有一個(gè)為元件對(duì)象時(shí)的間隙稱為空間元件對(duì)象間隙。

對(duì)于A、B兩種間隙類型，都屬于幾何元素（包括點(diǎn)、線、面）之間的距離，其計(jì)算相對(duì)比較簡(jiǎn)單，文獻(xiàn)[2]提出了點(diǎn)到曲線最小距離的幾種算法，文獻(xiàn)[3]利用Hausdorff距離計(jì)算曲線到曲線曲面之間的距離，曲面之間的最小距離主要是通過分裂算法來實(shí)現(xiàn)[4]；對(duì)于C類間隙的計(jì)算方法，主要采用空間凸多面體之間的距離計(jì)算[5-6]。

本系統(tǒng)利用Pro/TOOLKIT接口中所提供的ProFitClearanceCompute()函數(shù)和 ProSelectionDis?tanceEval()函數(shù)，計(jì)算兩個(gè)元件對(duì)象之間的最小距離以及兩個(gè)幾何對(duì)象之間的最小距離。

2.2 系統(tǒng)功能模塊

2.2.1 間隙定義功能

本系統(tǒng)對(duì)間隙的定義是通過Pro/ENGINEER平臺(tái)中創(chuàng)建注釋來實(shí)現(xiàn)的，包括尺寸注釋和文字注釋這兩種方式。如圖3所示，創(chuàng)建的注釋特征隨裝配模型一起保存。

圖3 Pro/E注釋特征

2.2.2 創(chuàng)建間隙報(bào)告功能

按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)流程，在完成所有間隙定義之后，需要輸出間隙報(bào)告，本系統(tǒng)采用Excel表格的形式來統(tǒng)計(jì)所有間隙信息，通過遍歷當(dāng)前模型中所有的注釋特征，篩選出符合間隙定義條件的注釋特征，然后依次將篩選出的注釋特征所包含的間隙信息分別輸入到Excel表格中，表格以裝配圖的名稱命名并保存在裝配模型所在路徑下。間隙報(bào)告流程如圖4所示。

圖4 創(chuàng)建間隙報(bào)告流程

當(dāng)設(shè)計(jì)更新或者間隙改變之后，重新輸出報(bào)告，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將當(dāng)前測(cè)量間隙值添加到表格對(duì)應(yīng)間隙的右側(cè)一列中，且每次輸出報(bào)告都會(huì)記錄當(dāng)前間隙的輸出時(shí)間。

2.2.3 間隙自動(dòng)更新

間隙檢查系統(tǒng)不僅可以快速定義需要測(cè)量的間隙，并且可以將間隙值保存在模型中隨著模型的修改而自動(dòng)更新。間隙定義的兩種方式中尺寸注釋的本身具有被驅(qū)動(dòng)的功能，當(dāng)模型更改時(shí)，尺寸注釋特征將根據(jù)記錄的對(duì)象句柄和標(biāo)識(shí)號(hào)重新計(jì)算距離值，然后自動(dòng)更新注釋特征并隨模型一起保存。而文字注釋方式?jīng)]有驅(qū)動(dòng)和被驅(qū)動(dòng)的功能，因此必須二次開發(fā)使文字注釋方式所定義的間隙也能夠自動(dòng)更新，這就需要在Pro/E中建立一個(gè)消息響應(yīng)的機(jī)制。

Pro/E系統(tǒng)中提供了一個(gè)通知函數(shù)ProNotifica?tionSet()[7]，利用此函數(shù)可以設(shè)置系統(tǒng)中某些事件的消息響應(yīng)，本課題正是利用此函數(shù)設(shè)置了模型重生的響應(yīng)事件。首先需要在響應(yīng)函數(shù)中定義一個(gè)遍歷函數(shù)，遍歷獲取模型中所有文字注釋特征，然后對(duì)文字注釋特征所關(guān)聯(lián)的兩個(gè)對(duì)象之間的距離進(jìn)行重新計(jì)算，再將計(jì)算得到的距離值轉(zhuǎn)換為字符形式替代該文字注釋之前的內(nèi)容。每當(dāng)模型重生時(shí)，該消息函數(shù)就會(huì)自動(dòng)被觸發(fā)執(zhí)行，所有文字注釋特征就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)更新。文字注釋方式所定義的間隙更新流程如圖5所示。

圖5 文字注釋特征更新流程

因此無論是尺寸注釋方式還是文字注釋方式來定義間隙，本系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)模型更改后的間隙自動(dòng)監(jiān)測(cè)，即設(shè)計(jì)更改遵循Pro/E造型原則，當(dāng)再生模型后，重新輸出間隙報(bào)告，間隙表中會(huì)對(duì)間隙變化進(jìn)行記錄，從而提示審核人員間隙發(fā)生變化以便及時(shí)確認(rèn)變化的正確性。

3 結(jié)語

本文主要介紹了一個(gè)針對(duì)空調(diào)行業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)間隙檢查系統(tǒng)，系統(tǒng)是一種基于Pro/E定制開發(fā)的專用工具，通過該系統(tǒng)可以完善設(shè)計(jì)、審查，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和開發(fā)工作效率。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在企業(yè)上線應(yīng)用。

［1］Parametric Technology Corporation.Pro/TOOLKIT User's Guide［M］.USA：PTC公司，2010.

［2］伍麗峰，陳岳坪，諶炎輝，等.求點(diǎn)到空間參數(shù)曲線最小距離的幾種算法［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011（9）：15-17.

［3］白彥冰.自由曲線到自由曲線曲面Hausdorff距離近似值的計(jì)算［D］.北京：清華大學(xué)，2011.

［4］姜鵬.NURBS曲面間最小距離算法研究及其計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2004.

［5］Chakraborty N，Peng J，Akella S，et al.Proximity que?ries between convex objects：An interior point approach for implicit surfaces［J］.IEEE Transactions on Robot?ics，2008，24（1）：211-222.

［6］秦志強(qiáng)，熊有倫.一個(gè)直接計(jì)算多面體之間距離的快速算法［J］.機(jī)器人，1996，18（1）：1-10.

［7］李世國(guó).Pro/TOOLKIT程序設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

A Clearance Inspection System for Air Conditioning Structural Design

HUANG Jian1，YE Wu-zhan1，ZHOU Chi2，KE Ai-xin2
（1．Gree Electric Appliances，Inc.of Zhuhai，Zhuhai519070，China；2.School of Mechanical and Automotive Engineering，South China University of Technology，Guangzhou510641，China）

The products of electric appliances are becoming more and more high-grade and elaborate.It brings higher requirements on the controlling of fit clearance，considering appearance，smoothness of operation and product life.Focused on the requirement of air conditioning industry，an efficient product clearance controlling system was developed using the Pro/TOOLKIT API.The system achieved the aims of reducing duplicate works and improving the efficiency of product developing by automatically generating and updating the clearance inspection table.

air conditioning；structural design；Pro/E platform；clearance controlling

TU831.7

A

1009－9492(2014)05－0073－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.05.018

黃 堅(jiān)，女，1965年生，廣東南海人，中專，助理工程師。研究領(lǐng)域：家電產(chǎn)品。已發(fā)表論文2篇。

(編輯：向 飛)

2014－04－02