黄 坚，叶务占，周 驰，柯爱心

（1.珠海格力电器股份有限公司，广东珠海 519070；2.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510641）

空调产品结构设计间隙检查系统开发

黄 坚1，叶务占1，周 驰2，柯爱心2

（1.珠海格力电器股份有限公司，广东珠海 519070；2.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510641）

随着企业的产品日益向高档化、精致化发展，出于外观、运行平稳性、产品寿命等方面的考虑，对产品设计中的配合间隙控制提出了越来越高的要求。针对空调行业的应用，利用Pro/TOOLKIT二次开发技术，研发出一套高效的基于Pro/E平台的产品间隙控制系统，实现设计间隙检查表自动输出和更新，达到了减少设计重复工作、提高产品开发效率的目的。

空调行业；结构设计；Pro/E平台；间隙控制

0 引言

空调产品是一个典型的机电产品，其零件众多，形状复杂，存在着外观零件配合间隙、内部结构装配间隙以及部件运动行程间隙。在实际产品开发过程中，为保证设计质量，项目组在完成3D设计之后，对装配模型中的关键零件配合间隙进行测量并填写间隙检查表。在设计验证和修改过程中，还需对上述间隙进行反复检查。目前空调设计中间隙控制主要存在的问题是：（1）静态间隙的数量庞大，人工检查费时，手动填写检查表工作量大；（2）当产品设计变更时，需要重新进行间隙测量定义，多人重复多次相同操作，效率较低。

Pro/E是目前产品设计的通用工具软件，但并无针对结构设计间隙管理的专门解决方案。本文利用Pro/TOOLKIT二次开发技术[1]，在Pro/E平台上开发出一套高效的空调产品可视化间隙检查系统。本系统可以测量定义各类间隙、自动记录间隙检查数据、输出间隙检查表以及实现可视化评审，从而减少重复工作量，提高产品设计工作效率，成为结构设计的专用工具。

1 空调产品结构设计相关流程

现如今由于空调产品结构复杂，结构设计阶段出现数量庞大的配合间隙，而验证阶段的间隙检查往复次数可能多达几十次，导致研发周期过长，成本增加，这已经成为了该行业的一个业务瓶颈。

图1为空调产品设计中的间隙控制业务流程图，其中虚线框内的部分即为需要进行间隙控制和管理的往复过程，包括详细设计阶段和验证阶段。

在整个业务流程中有结构设计人员和审查人员这两个角色分工，首先结构设计人员在零部件以及装配设计过程中对各外观零件配合间隙、内部结构装配间隙以及运动部件运动行程间隙等尺寸进行测量定义；当完成所有间隙定义之后，创建间隙报告并输出定制模板格式的Excel文件；之后审查人员与设计人员在同一个平台中，对定义的测量特征和间隙报告进行核查，检查产品结构设计是否合理以及间隙值是否达到设计要求。若检查通过则完成产品设计的过程，可进行下一步的制造流程；若检查不通过，对于有问题的地方在Excel文件标记或者注释修改建议，反馈给设计人员，设计人员根据修改建议对不合要求的间隙进行重新设定，甚至修改产品的结构，完成修改后重新输出间隙报告，并再次交由审查人员进行设计审查。如此往复验证直至产品设计完全达到设计要求。

图1 间隙控制业务流程图

2 空调产品结构设计间隙检查系统功能模块

为实现上述业务，开发了基于PTC的Creo2.0平台的装配间隙控制及管理系统。系统提供的功能模块主要包括：结构设计工程师使用的定义间隙和创建间隙报告功能，结构审查工程师依据间隙报告对模型进行间隙检查功能。当因设计变更导致产品模型变化时，系统自动对已定义的间隙进行检查，并再次输出间隙报告，报告中的间隙值随产品模型的变更而自动更新，最后结构审查工程师再次通过间隙报告确认变更后的间隙值，如此多次反复直至产品结构的设计完全达到要求。

2.1 产品结构设计中的间隙分类及计算

图2为一个家用挂壁式空调装配图的主要机构爆炸示意图，图中装配元件主要包括基座、外壳、冷凝器、导风叶片基座、接水盘、水平导风叶片以及垂直导风叶片。在此空调产品结构设计中存在多种间隙要求，包括静态间隙和运动间隙，如空调外壳与基座之间的外观间隙、接水盘与叶片基座卡扣之间的配合间隙以及导风叶片与基座的运动间隙等。

图2 空调装配机构爆炸图

为了实现对于间隙的管理和计算，可将空调产品的常见间隙类型分为如下几类：A)平面间隙（剖面间隙）;B)空间几何对象间隙;和C)空间元件对象间隙(管道间隙)。平面间隙主要针对在装配体的某一个剖面上对装配零件的空间间隙要求。空间几何对象间隙是指三维空间中装配体上两个几何对象之间的间隙，属于空间几何距离。当构成间隙的两个对象中至少有一个为元件对象时的间隙称为空间元件对象间隙。

对于A、B两种间隙类型，都属于几何元素（包括点、线、面）之间的距离，其计算相对比较简单，文献[2]提出了点到曲线最小距离的几种算法，文献[3]利用Hausdorff距离计算曲线到曲线曲面之间的距离，曲面之间的最小距离主要是通过分裂算法来实现[4]；对于C类间隙的计算方法，主要采用空间凸多面体之间的距离计算[5-6]。

本系统利用Pro/TOOLKIT接口中所提供的ProFitClearanceCompute()函数和 ProSelectionDis⁃tanceEval()函数，计算两个元件对象之间的最小距离以及两个几何对象之间的最小距离。

2.2 系统功能模块

2.2.1 间隙定义功能

本系统对间隙的定义是通过Pro/ENGINEER平台中创建注释来实现的，包括尺寸注释和文字注释这两种方式。如图3所示，创建的注释特征随装配模型一起保存。

图3 Pro/E注释特征

2.2.2 创建间隙报告功能

按照产品设计的业务流程，在完成所有间隙定义之后，需要输出间隙报告，本系统采用Excel表格的形式来统计所有间隙信息，通过遍历当前模型中所有的注释特征，筛选出符合间隙定义条件的注释特征，然后依次将筛选出的注释特征所包含的间隙信息分别输入到Excel表格中，表格以装配图的名称命名并保存在装配模型所在路径下。间隙报告流程如图4所示。

图4 创建间隙报告流程

当设计更新或者间隙改变之后，重新输出报告，系统会自动将当前测量间隙值添加到表格对应间隙的右侧一列中，且每次输出报告都会记录当前间隙的输出时间。

2.2.3 间隙自动更新

间隙检查系统不仅可以快速定义需要测量的间隙，并且可以将间隙值保存在模型中随着模型的修改而自动更新。间隙定义的两种方式中尺寸注释的本身具有被驱动的功能，当模型更改时，尺寸注释特征将根据记录的对象句柄和标识号重新计算距离值，然后自动更新注释特征并随模型一起保存。而文字注释方式没有驱动和被驱动的功能，因此必须二次开发使文字注释方式所定义的间隙也能够自动更新，这就需要在Pro/E中建立一个消息响应的机制。

Pro/E系统中提供了一个通知函数ProNotifica⁃tionSet()[7]，利用此函数可以设置系统中某些事件的消息响应，本课题正是利用此函数设置了模型重生的响应事件。首先需要在响应函数中定义一个遍历函数，遍历获取模型中所有文字注释特征，然后对文字注释特征所关联的两个对象之间的距离进行重新计算，再将计算得到的距离值转换为字符形式替代该文字注释之前的内容。每当模型重生时，该消息函数就会自动被触发执行，所有文字注释特征就实现了自动更新。文字注释方式所定义的间隙更新流程如图5所示。

图5 文字注释特征更新流程

因此无论是尺寸注释方式还是文字注释方式来定义间隙，本系统都能实现模型更改后的间隙自动监测，即设计更改遵循Pro/E造型原则，当再生模型后，重新输出间隙报告，间隙表中会对间隙变化进行记录，从而提示审核人员间隙发生变化以便及时确认变化的正确性。

3 结语

本文主要介绍了一个针对空调行业的结构设计间隙检查系统，系统是一种基于Pro/E定制开发的专用工具，通过该系统可以完善设计、审查，提高产品设计质量和开发工作效率。目前该系统已经在企业上线应用。

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

［2］伍丽峰，陈岳坪，谌炎辉，等.求点到空间参数曲线最小距离的几种算法［J］.机械设计与制造，2011（9）：15-17.

［3］白彦冰.自由曲线到自由曲线曲面Hausdorff距离近似值的计算［D］.北京：清华大学，2011.

［4］姜鹏.NURBS曲面间最小距离算法研究及其计算机实现［D］.南京：南京航空航天大学，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］秦志强，熊有伦.一个直接计算多面体之间距离的快速算法［J］.机器人，1996，18（1）：1-10.

［7］李世国.Pro/TOOLKIT程序设计［M］.北京：机械工业出版社，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

黄 坚，女，1965年生，广东南海人，中专，助理工程师。研究领域：家电产品。已发表论文2篇。

(编辑：向 飞)

2014－04－02