空調產品結構設計間隙檢查系統開發

黃 堅，葉務占，周 馳，柯愛心

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

空調產品結構設計間隙檢查系統開發

黃 堅1，葉務占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.華南理工大學機械與汽車工程學院，廣東廣州 510641）

隨著企業的產品日益向高檔化、精致化發展，出于外觀、運行平穩性、產品壽命等方面的考慮，對產品設計中的配合間隙控制提出了越來越高的要求。針對空調行業的應用，利用Pro/TOOLKIT二次開發技術，研發出一套高效的基于Pro/E平臺的產品間隙控制系統，實現設計間隙檢查表自動輸出和更新，達到了減少設計重復工作、提高產品開發效率的目的。

空調行業；結構設計；Pro/E平臺；間隙控制

0 引言

空調產品是一個典型的機電產品，其零件眾多，形狀復雜，存在著外觀零件配合間隙、內部結構裝配間隙以及部件運動行程間隙。在實際產品開發過程中，為保證設計質量，項目組在完成3D設計之后，對裝配模型中的關鍵零件配合間隙進行測量并填寫間隙檢查表。在設計驗證和修改過程中，還需對上述間隙進行反復檢查。目前空調設計中間隙控制主要存在的問題是：（1）靜態間隙的數量龐大，人工檢查費時，手動填寫檢查表工作量大；（2）當產品設計變更時，需要重新進行間隙測量定義，多人重復多次相同操作，效率較低。

Pro/E是目前產品設計的通用工具軟件，但并無針對結構設計間隙管理的專門解決方案。本文利用Pro/TOOLKIT二次開發技術[1]，在Pro/E平臺上開發出一套高效的空調產品可視化間隙檢查系統。本系統可以測量定義各類間隙、自動記錄間隙檢查數據、輸出間隙檢查表以及實現可視化評審，從而減少重復工作量，提高產品設計工作效率，成為結構設計的專用工具。

1 空調產品結構設計相關流程

現如今由于空調產品結構復雜，結構設計階段出現數量龐大的配合間隙，而驗證階段的間隙檢查往復次數可能多達幾十次，導致研發周期過長，成本增加，這已經成為了該行業的一個業務瓶頸。

圖1為空調產品設計中的間隙控制業務流程圖，其中虛線框內的部分即為需要進行間隙控制和管理的往復過程，包括詳細設計階段和驗證階段。

在整個業務流程中有結構設計人員和審查人員這兩個角色分工，首先結構設計人員在零部件以及裝配設計過程中對各外觀零件配合間隙、內部結構裝配間隙以及運動部件運動行程間隙等尺寸進行測量定義；當完成所有間隙定義之后，創建間隙報告并輸出定制模板格式的Excel文件；之后審查人員與設計人員在同一個平臺中，對定義的測量特征和間隙報告進行核查，檢查產品結構設計是否合理以及間隙值是否達到設計要求。若檢查通過則完成產品設計的過程，可進行下一步的制造流程；若檢查不通過，對于有問題的地方在Excel文件標記或者注釋修改建議，反饋給設計人員，設計人員根據修改建議對不合要求的間隙進行重新設定，甚至修改產品的結構，完成修改后重新輸出間隙報告，并再次交由審查人員進行設計審查。如此往復驗證直至產品設計完全達到設計要求。

圖1 間隙控制業務流程圖

2 空調產品結構設計間隙檢查系統功能模塊

為實現上述業務，開發了基于PTC的Creo2.0平臺的裝配間隙控制及管理系統。系統提供的功能模塊主要包括：結構設計工程師使用的定義間隙和創建間隙報告功能，結構審查工程師依據間隙報告對模型進行間隙檢查功能。當因設計變更導致產品模型變化時，系統自動對已定義的間隙進行檢查，并再次輸出間隙報告，報告中的間隙值隨產品模型的變更而自動更新，最后結構審查工程師再次通過間隙報告確認變更后的間隙值，如此多次反復直至產品結構的設計完全達到要求。

2.1 產品結構設計中的間隙分類及計算

圖2為一個家用掛壁式空調裝配圖的主要機構爆炸示意圖，圖中裝配元件主要包括基座、外殼、冷凝器、導風葉片基座、接水盤、水平導風葉片以及垂直導風葉片。在此空調產品結構設計中存在多種間隙要求，包括靜態間隙和運動間隙，如空調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風葉片與基座的運動間隙等。

圖2 空調裝配機構爆炸圖

為了實現對于間隙的管理和計算，可將空調產品的常見間隙類型分為如下幾類：A)平面間隙（剖面間隙）;B)空間幾何對象間隙;和C)空間元件對象間隙(管道間隙)。平面間隙主要針對在裝配體的某一個剖面上對裝配零件的空間間隙要求。空間幾何對象間隙是指三維空間中裝配體上兩個幾何對象之間的間隙，屬于空間幾何距離。當構成間隙的兩個對象中至少有一個為元件對象時的間隙稱為空間元件對象間隙。

對于A、B兩種間隙類型，都屬于幾何元素（包括點、線、面）之間的距離，其計算相對比較簡單，文獻[2]提出了點到曲線最小距離的幾種算法，文獻[3]利用Hausdorff距離計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現[4]；對于C類間隙的計算方法，主要采用空間凸多面體之間的距離計算[5-6]。

本系統利用Pro/TOOLKIT接口中所提供的ProFitClearanceCompute()函數和 ProSelectionDis?tanceEval()函數，計算兩個元件對象之間的最小距離以及兩個幾何對象之間的最小距離。

2.2 系統功能模塊

2.2.1 間隙定義功能

本系統對間隙的定義是通過Pro/ENGINEER平臺中創建注釋來實現的，包括尺寸注釋和文字注釋這兩種方式。如圖3所示，創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 創建間隙報告功能

按照產品設計的業務流程，在完成所有間隙定義之后，需要輸出間隙報告，本系統采用Excel表格的形式來統計所有間隙信息，通過遍歷當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。間隙報告流程如圖4所示。

圖4 創建間隙報告流程

當設計更新或者間隙改變之后，重新輸出報告，系統會自動將當前測量間隙值添加到表格對應間隙的右側一列中，且每次輸出報告都會記錄當前間隙的輸出時間。

2.2.3 間隙自動更新

間隙檢查系統不僅可以快速定義需要測量的間隙，并且可以將間隙值保存在模型中隨著模型的修改而自動更新。間隙定義的兩種方式中尺寸注釋的本身具有被驅動的功能，當模型更改時，尺寸注釋特征將根據記錄的對象句柄和標識號重新計算距離值，然后自動更新注釋特征并隨模型一起保存。而文字注釋方式沒有驅動和被驅動的功能，因此必須二次開發使文字注釋方式所定義的間隙也能夠自動更新，這就需要在Pro/E中建立一個消息響應的機制。

Pro/E系統中提供了一個通知函數ProNotifica?tionSet()[7]，利用此函數可以設置系統中某些事件的消息響應，本課題正是利用此函數設置了模型重生的響應事件。首先需要在響應函數中定義一個遍歷函數，遍歷獲取模型中所有文字注釋特征，然后對文字注釋特征所關聯的兩個對象之間的距離進行重新計算，再將計算得到的距離值轉換為字符形式替代該文字注釋之前的內容。每當模型重生時，該消息函數就會自動被觸發執行，所有文字注釋特征就實現了自動更新。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，本系統都能實現模型更改后的間隙自動監測，即設計更改遵循Pro/E造型原則，當再生模型后，重新輸出間隙報告，間隙表中會對間隙變化進行記錄，從而提示審核人員間隙發生變化以便及時確認變化的正確性。

3 結語

本文主要介紹了一個針對空調行業的結構設計間隙檢查系統，系統是一種基于Pro/E定制開發的專用工具，通過該系統可以完善設計、審查，提高產品設計質量和開發工作效率。目前該系統已經在企業上線應用。

［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.求點到空間參數曲線最小距離的幾種算法［J］.機械設計與制造，2011（9）：15-17.

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

［4］姜鵬.NURBS曲面間最小距離算法研究及其計算機實現［D］.南京：南京航空航天大學，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，熊有倫.一個直接計算多面體之間距離的快速算法［J］.機器人，1996，18（1）：1-10.

［7］李世國.Pro/TOOLKIT程序設計［M］.北京：機械工業出版社，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，女，1965年生，廣東南海人，中專，助理工程師。研究領域：家電產品。已發表論文2篇。

(編輯：向 飛)

2014－04－02