基于ExcelVBA實現空調箱離心風機段自動排布的程序設計

張文曉

摘要：該文旨在介紹一種如何利用編程的方法，實現空調箱離心風機段的自動排布，以及參數輸出。并且利用Excel調用AutoCAD，利用輸出數據自動畫布局圖，從而對輸出數據進行檢驗。

關鍵詞：空調箱;離心風機;Excel VBA;字典;CAD自動畫圖

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1009-3044（2019）01-0100-04

1 概述

隨著市場競爭越來越白熱化，如何全方位地滿足客戶需求受到越來越多賣方的關注。他們不僅比過去更關注客戶的真實需求，而且千方百計地去滿足這些需求，以期占領更多的市場。在空調制造行業，特別是商用機領域降低成本、縮短交貨周期是客戶非常關注需求。而在空調箱這塊市場，由于入門的門檻低，技術優勢不明顯，越來越多的中小企業加入這一產品的競爭中。在此市場形勢下，如何完善產品型譜，為客戶提供盡可能多的可選配置，成了空調箱產品的發展方向。但是，組合數的增加，對于設計來說往往意味著工作量的增加，那么，如何找到一種辦法進行批量設計，成為亟待解決的問題。

例如本文中所述設計實例，以空調箱尺寸、風機型號、電機型號為變量的組合數，有將近4萬種之多。由于數據量龐大，在傳統是設計中，往往是以尺寸把產品分為幾個段，然后成立幾個項目分別設計。但這種方法的弊端是——設計周期長，前后設計不能遵循一致的設計原則，產品不能標準化。在具體的實現手段上，傳統設計往往是在Excel中用公式進行尺寸計算，從而選擇風機電機的排布方案。但面對復雜邏輯時，公式會變得異常復雜難以閱讀，并且很容易出錯，也不利于后期擴展。

基于這種現狀，本文介紹一種如何在Excel中搭建數據結構，并且用VBA編程的方法，將整個設計的邏輯用程序語言寫出來，以便實現大量數據的批量計算，同時方便后續的擴展。并且在數據檢驗的時候，程序可以調用AutoCAD，實現自動創建布局圖，使得數據檢驗可視化。

2 解決方案

2.1 背景介紹

2.1.1 設計輸入與輸出

風機段是空調箱產品的重要功能段，離心式風機是末端機組常用到的風機類型。每一個size的空調箱，對應多種長寬尺寸（用模數表示），每個size可選的風機有多種，而每種風機可選的電機又有多種，電機本身又分IE2，IE3，變頻等類型，將每個變量的個數累乘即為可選的組合數。離心風機以及電機的選型，風機廠商都有專業的選型軟件，本文不再贅述。本文主要針對的情況是——風機、電機型號已經選定的前提下，如何利用程序生成配置表，并驗證每種配置是否存在，如果存在該如何合理地排布。

因此，設計輸入為：

a） Size與模數配對表;

b） Size與風機配對表;

c） 風機與電機配對表;

d） 風機尺寸表;

e） 電機尺寸表;

f） 其他輔助尺寸表。

設計輸出為：

A. 所以可能組合配置表;

B. 每種組合下的風機、電機排布方式（左右/前后）;

C. 確定排布方式下的風口位置尺寸;

D. 風機段段長。

2.1.2 出風方式

組合空調機組的風機和電機是一起安裝在同一個風機架焊件上的，按風機的出口位置及其出風方式有下圖所示形式：

2.1.3 風機、電機排布

風機、電機的主要排布方式為：

1） 左右排布：

2） 前后排布：

由于前后排布會造成段長增加，從而增加成本。所以，在排布的時候優先選用左右排布，如果左右排布空間不足，再考慮前后排布。

2.1.4 風機出風口位置

箱體內風機位置的正確布置與否，關系到風機進風口和出風口的氣流是否順暢，如果受到一定的阻礙或限制，為了補償由此而產生的靜壓損失就需要相應提高風機的轉速，同時也會相應增加了風機的噪聲、軸功率。

在我們常用的機組中，風機有時由于安裝空間有限，箱體兩側的面板很靠近風機進口，這就會限制進風空氣的流動，會使風機性能和送風量有不同程度的降低，為了使風機進口和出口的氣流順暢，最大限度地減少進出口氣流的壓力損失，風機進風口與側面板的距離應該大于最小許用距離，即WL&WR（圖4）≥最小許用距離。

因此，WL&WR的取值，也是判斷風機、電機組合能否放置到箱體里的重要條件。并且，如果空間允許，應盡量讓風口居中放置，這樣有利于進風口空氣流動。

2.2 設計流程

2.2.1 數據結構與程序模塊

基礎數據表格格式：

1） 第一列為數據查詢ID（不能有重復，便于后面裝入字典對象）;

2） 數據區域應該為連續區域，不應有空行或者空列;

3） ID列格式設為文本，數據區域設為數值;

4） 將與某個部件相關的尺寸放在一張表里，不要離散到其他表;

5） 刪除其他冗余數據，保持數據整潔，格式統一。

程序模塊與操作界面：

注意，從操作界面中可以看到，在Class Modules里，建了風機、電機、風機之間等類，這樣在調用數據的時候，可以利用VBA的字典對象，將多列數據裝入字典來模擬微型數據庫功能，加快數據檢索、查詢速度，從而加快程序運行速度。由于篇幅有限，如何實現，會在另外一篇文章中加以闡述。

除此之外，在編碼的時候，可以直接調用類里面的屬性，增加代碼的可讀性。例如，在Fan類里，可以定義FanW，FanH等屬性，代表風機的寬和高，這樣在編碼的時候，即可直接調用FanW，FanH屬性。如下圖9所示：

2.2.2 算法介紹

2.2.2.1 遍歷所有組合，生成配置表

在Excel VBA編輯器的Modules里插入Config模塊（如圖7所示），并編寫程序遍歷每一個Size、Module、風機、電機、電機類型組合。其本質是遍歷如圖10所示樹型數據結構，把所有可能分支展開。

2.2.2.2 驗證空間安裝，并求安裝方式

如何排布風機與電機，是此次程序設計算法的核心。如圖8所示，在Modules里插入Calculation模塊，并在此模塊下添加代碼。代碼主要功能是實現排布方式判斷、風口位置及段長計算，以及結果數據輸出。

驗證風機、電機空間空調箱截面里能否放下邏輯如下（詳見程序流程圖11）：

1） 水平方向判斷（判斷電機尾部距離面板間隙）

風機電機左右放置，判斷能否放下;

由于左右放置的時候段長最短，所以如果左右放置空間夠，優先選擇左右放置。

如果左右放不下，判斷前后放置能否放下;

如果都放不下，此組合不存在。

2） 高度方向判斷（判斷風機支架頂部與頂部面板之間間隙）

如果高度方向能放下，則可以確定排布代碼;

如果高度方向放不下，則此組合不存在。

2.2.2.3 根據安裝方式求開口位置

如果排布方式計算結果為左右排，則WL（見圖4）為：

1） 求能放下此風機+電機的最小箱體寬度;

2） 算出當前機型寬度與最小寬度差值，左右均分給WL和WR。

如果排布方式計算結果為前后排，則WL為：

3） 如果風口居中，空間滿足，則令WL=WR=箱體寬-風口寬;

4） 如果風口居中，空間不足，則令WR=最小許用距離，即風機電機移動到最右，

如果滿足，則WR=最小許用距離，WL=箱體寬-風口寬-WR。

2.2.2.4 根據安裝方式，求段長

在計算段長時，要事先設計好每種風機、電機組合的風機底盤。并且根據2.2.2.2求得的排布代碼，檢索出風機底盤的長度，并在進風口、出風口預留一定空間，從而算出段長L1。當然，在設計風機底盤的時候，已經考慮了皮帶輪、皮帶的選型，以及風機電機中心距。理想化地，可以將風機、電機中心距計算、風機底盤長度的計算也一并用程序實現，但在本例中，由于風機底盤之前已經設計好，故程序只需要調用風機底盤的數據即可。段長（L1）的在不同出風方式下的計算示意圖如下：

2.2.3 結果數據輸出

將上述步驟中計算得到的排布代碼、WL&WR、段長L1、風口尺寸等參數，輸出到Output表單里。

注意，為了加快程序運行速度，因把結果數組數據，一次性賦值給區域，而不應逐個單元格賦值。

2.2.4 數據檢驗

2.2.4.1 Excel驅動CAD實現自動排圖

在結果數據輸出以后，經過數據檢驗程序，如果檢驗出問題數據如何驗證？直觀的辦法就是在CAD里作圖，看排布的情況到底如何。那么如果程序能夠根據結果數據，調用CAD自動畫排布圖，那么會使問題數據的檢驗、甄別非常高效。

如圖7所示，在VBA程序編輯器的modules里插入Draw模塊，用于編寫畫圖代碼。自動畫圖實現的手段為：

1） 先將風機、電機做成圖塊，存在一個固定模板里;

2） 利用程序調用此模板，并調用2.2.3輸出的結果數據，實現圖塊的自動組裝;

3） 與此同時，完成箱體邊框、風口的繪制，以及尺寸的標注等過程。

生成Layout圖形如圖13所示：

3 優勢分析

3.1 效率的提高

當數據量足夠大，計算邏輯十分復雜的時候，再用傳統手段在Excel中用公式計算，會使整個計算過程變得更加復雜。過程中產生很多中間參數，會使計算表單的數據量更加龐大，從而使操作變得異?？D。并且用公式索引數據也會造成公式不具有可讀性（過長），為以后調試以及修改造成很大困難。

程序對于處理大數據計算無疑是最好的選擇，一旦程序設計好，運行時間是可以忽略的。尤其在設計要變更，邏輯變化的時候，只需要修改少量代碼即可實時地得到運算結果。

3.2 設計過程標準化

傳統設計手段在面臨如此大數據量的時候，只能通過分段，分項目逐次設計的辦法實現。但這樣很難保證兩次設計的一致性，從而使設計不能按照統一原則進行。為以后統型、修改帶來不便。

如果用程序設計，程序代碼本身就是對整個設計過程的很好記錄。程序運行可以保證結果數據是按照統一規則得到，可以大大降低錯誤發生率。

3.3 方便后續擴展

用傳統的設計手段，如果想新增模數、風機、電機型號，那意味著要重復整個設計過程。而用程序設計，只需要擴展基礎數據表，再運行一下程序，即可得到結果，大大方便了后續數據的擴展。

并且，本例中是研究離心風機的排布，如果是直連風機或者其他型號風機的項目，只需要把核心計算模塊部分的代碼加以修改，整個程序框架不需要改動，即可在短時間內完成新程序設計。

4 結束語

本文主要闡述了如何將一個離心風機排布的設計過程程序化，并且用程序的手段，將數據快速地變成AutoCAD中的圖形，以便實時進行數據可視化檢驗。

需要說明的是，本文旨在介紹一種設計思路，對計算過程中的細節沒有一一列舉。讀者可根據具體項目完成自己的算法設計。

當然，此設計思路仍然具有擴展空間。例如，在可以增加其他程序模塊，來計算風機底盤、槽板以及其他內部零件的尺寸，并且將這些尺寸以一定格式輸出到Excel表單。如果用Creo軟件進行建模、出圖，那么可以將數據格式設計成和Creo里的族表里參數格式一致。這樣，從Excel里輸出的數據，作為三維建模時的輸入，直接復制到族表里，即可驅動Creo實現批量模型生成。如此，即可完成從設計輸入（參數表），到設計輸出（模型、圖紙）的整個過程的參數化、自動化。

參考文獻：

[1] 張帆，鄭立楷，王華杰.AutoCAD VBA 開發精彩實例教程[M].北京：清華大學出版社，2004.

[2] Excel Home.Excel VBA 實戰技巧精粹[M]. 北京：人民郵電出版社，2013.

【通聯編輯：梁書】