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基于ExcelVBA实现空调箱离心风机段自动排布的程序设计

范文

张文晓

摘要：该文旨在介绍一种如何利用编程的方法，实现空调箱离心风机段的自动排布，以及参数输出。并且利用Excel调用AutoCAD，利用输出数据自动画布局图，从而对输出数据进行检验。

关键词：空调箱;离心风机;Excel VBA;字典;CAD自动画图

中图分类号：TP311? ? ? 文献标识码：A? ? ? ?文章编号：1009-3044（2019）01-0100-04

1 概述

随着市场竞争越来越白热化，如何全方位地满足客户需求受到越来越多卖方的关注。他们不仅比过去更关注客户的真实需求，而且千方百计地去满足这些需求，以期占领更多的市场。在空调制造行业，特别是商用机领域降低成本、缩短交货周期是客户非常关注需求。而在空调箱这块市场，由于入门的门槛低，技术优势不明显，越来越多的中小企业加入这一产品的竞争中。在此市场形势下，如何完善产品型谱，为客户提供尽可能多的可选配置，成了空调箱产品的发展方向。但是，组合数的增加，对于设计来说往往意味着工作量的增加，那么，如何找到一种办法进行批量设计，成为亟待解决的问题。

例如本文中所述设计实例，以空调箱尺寸、风机型号、电机型号为变量的组合数，有将近4万种之多。由于数据量庞大，在傳统是设计中，往往是以尺寸把产品分为几个段，然后成立几个项目分别设计。但这种方法的弊端是——设计周期长，前后设计不能遵循一致的设计原则，产品不能标准化。在具体的实现手段上，传统设计往往是在Excel中用公式进行尺寸计算，从而选择风机电机的排布方案。但面对复杂逻辑时，公式会变得异常复杂难以阅读，并且很容易出错，也不利于后期扩展。

基于这种现状，本文介绍一种如何在Excel中搭建数据结构，并且用VBA编程的方法，将整个设计的逻辑用程序语言写出来，以便实现大量数据的批量计算，同时方便后续的扩展。并且在数据检验的时候，程序可以调用AutoCAD，实现自动创建布局图，使得数据检验可视化。

2 解决方案

2.1 背景介绍

2.1.1 设计输入与输出

风机段是空调箱产品的重要功能段，离心式风机是末端机组常用到的风机类型。每一个size的空调箱，对应多种长宽尺寸（用模数表示），每个size可选的风机有多种，而每种风机可选的电机又有多种，电机本身又分IE2，IE3，变频等类型，将每个变量的个数累乘即为可选的组合数。离心风机以及电机的选型，风机厂商都有专业的选型软件，本文不再赘述。本文主要针对的情况是——风机、电机型号已经选定的前提下，如何利用程序生成配置表，并验证每种配置是否存在，如果存在该如何合理地排布。

因此，设计输入为：

a） Size与模数配对表;

b） Size与风机配对表;

c）风机与电机配对表;

d）风机尺寸表;

e）电机尺寸表;

f）其他辅助尺寸表。

设计输出为：

A. 所以可能组合配置表;

B. 每种组合下的风机、电机排布方式（左右/前后）;

C. 确定排布方式下的风口位置尺寸;

D. 风机段段长。

2.1.2 出风方式

组合空调机组的风机和电机是一起安装在同一个风机架焊件上的，按风机的出口位置及其出风方式有下图所示形式：

2.1.3 风机、电机排布

风机、电机的主要排布方式为：

1）左右排布：

2）前后排布：

由于前后排布会造成段长增加，从而增加成本。所以，在排布的时候优先选用左右排布，如果左右排布空间不足，再考虑前后排布。

2.1.4 风机出风口位置

箱体内风机位置的正确布置与否，关系到风机进风口和出风口的气流是否顺畅，如果受到一定的阻碍或限制，为了补偿由此而产生的静压损失就需要相应提高风机的转速，同时也会相应增加了风机的噪声、轴功率。

在我们常用的机组中，风机有时由于安装空间有限，箱体两侧的面板很靠近风机进口，这就会限制进风空气的流动，会使风机性能和送风量有不同程度的降低，为了使风机进口和出口的气流顺畅，最大限度地减少进出口气流的压力损失，风机进风口与侧面板的距离应该大于最小许用距离，即WL&WR（图4）≥最小许用距离。

因此，WL&WR的取值，也是判断风机、电机组合能否放置到箱体里的重要条件。并且，如果空间允许，应尽量让风口居中放置，这样有利于进风口空气流动。

2.2 设计流程

2.2.1 数据结构与程序模块

基础数据表格格式：

1）第一列为数据查询ID（不能有重复，便于后面装入字典对象）;

2）数据区域应该为连续区域，不应有空行或者空列;

3） ID列格式设为文本，数据区域设为数值;

4）将与某个部件相关的尺寸放在一张表里，不要离散到其他表;

5）删除其他冗余数据，保持数据整洁，格式统一。

程序模块与操作界面：

注意，从操作界面中可以看到，在Class Modules里，建了风机、电机、风机之间等类，这样在调用数据的时候，可以利用VBA的字典对象，将多列数据装入字典来模拟微型数据库功能，加快数据检索、查询速度，从而加快程序运行速度。由于篇幅有限，如何实现，会在另外一篇文章中加以阐述。

除此之外，在编码的时候，可以直接调用类里面的属性，增加代码的可读性。例如，在Fan类里，可以定义FanW，FanH等属性，代表风机的宽和高，这样在编码的时候，即可直接调用FanW，FanH属性。如下图9所示：

2.2.2 算法介绍

2.2.2.1 遍历所有组合，生成配置表

在Excel VBA编辑器的Modules里插入Config模块（如图7所示），并编写程序遍历每一个Size、Module、风机、电机、电机类型组合。其本质是遍历如图10所示树型数据结构，把所有可能分支展开。

2.2.2.2 验证空间安装，并求安装方式

如何排布风机与电机，是此次程序设计算法的核心。如图8所示，在Modules里插入Calculation模块，并在此模块下添加代码。代码主要功能是实现排布方式判断、风口位置及段长计算，以及结果数据输出。

验证风机、电机空间空调箱截面里能否放下逻辑如下（详见程序流程图11）：

1）水平方向判断（判断电机尾部距离面板间隙）

风机电机左右放置，判断能否放下;

由于左右放置的时候段长最短，所以如果左右放置空间够，优先选择左右放置。

如果左右放不下，判断前后放置能否放下;

如果都放不下，此组合不存在。

2）高度方向判断（判断风机支架顶部与顶部面板之间间隙）

如果高度方向能放下，则可以确定排布代码;

如果高度方向放不下，则此组合不存在。

2.2.2.3 根据安装方式求开口位置

如果排布方式计算结果为左右排，则WL（见图4）为：

1）求能放下此风机+电机的最小箱体宽度;

2）算出当前机型宽度与最小宽度差值，左右均分给WL和WR。

如果排布方式计算结果为前后排，则WL为：

3）如果风口居中，空间满足，则令WL=WR=箱体宽-风口宽;

4）如果风口居中，空间不足，则令WR=最小许用距离，即风机电机移动到最右，

如果满足，则WR=最小许用距离，WL=箱体宽-风口宽-WR。

2.2.2.4 根据安装方式，求段长

在计算段长时，要事先设计好每种风机、电机组合的风机底盘。并且根据2.2.2.2求得的排布代码，检索出风机底盘的长度，并在进风口、出风口预留一定空间，从而算出段长L1。当然，在设计风机底盘的时候，已经考虑了皮带轮、皮带的选型，以及风机电机中心距。理想化地，可以将风机、电机中心距计算、风机底盘长度的计算也一并用程序实现，但在本例中，由于风机底盘之前已经设计好，故程序只需要调用风机底盘的数据即可。段长（L1）的在不同出风方式下的计算示意图如下：

2.2.3 结果数据输出

将上述步骤中计算得到的排布代码、WL&WR、段长L1、风口尺寸等参数，输出到Output表单里。

注意，为了加快程序运行速度，因把结果数组数据，一次性赋值给区域，而不应逐个单元格赋值。

2.2.4 数据检验

2.2.4.1 Excel驱动CAD实现自动排图

在结果数据输出以后，经过数据检验程序，如果检验出问题数据如何验证？直观的办法就是在CAD里作图，看排布的情况到底如何。那么如果程序能够根据结果数据，调用CAD自动画排布图，那么会使问题数据的检验、甄别非常高效。

如图7所示，在VBA程序编辑器的modules里插入Draw模块，用于编写画图代码。自动画图实现的手段为：

1）先将风机、电机做成图块，存在一个固定模板里;

2）利用程序调用此模板，并调用2.2.3输出的结果数据，实现图块的自动组装;

3）与此同时，完成箱体边框、风口的绘制，以及尺寸的标注等过程。

生成Layout图形如图13所示：

3 优势分析

3.1 效率的提高

當数据量足够大，计算逻辑十分复杂的时候，再用传统手段在Excel中用公式计算，会使整个计算过程变得更加复杂。过程中产生很多中间参数，会使计算表单的数据量更加庞大，从而使操作变得异常卡顿。并且用公式索引数据也会造成公式不具有可读性（过长），为以后调试以及修改造成很大困难。

程序对于处理大数据计算无疑是最好的选择，一旦程序设计好，运行时间是可以忽略的。尤其在设计要变更，逻辑变化的时候，只需要修改少量代码即可实时地得到运算结果。

3.2 设计过程标准化

传统设计手段在面临如此大数据量的时候，只能通过分段，分项目逐次设计的办法实现。但这样很难保证两次设计的一致性，从而使设计不能按照统一原则进行。为以后统型、修改带来不便。

如果用程序设计，程序代码本身就是对整个设计过程的很好记录。程序运行可以保证结果数据是按照统一规则得到，可以大大降低错误发生率。

3.3 方便后续扩展

用传统的设计手段，如果想新增模数、风机、电机型号，那意味着要重复整个设计过程。而用程序设计，只需要扩展基础数据表，再运行一下程序，即可得到结果，大大方便了后续数据的扩展。

并且，本例中是研究离心风机的排布，如果是直连风机或者其他型号风机的项目，只需要把核心计算模块部分的代码加以修改，整个程序框架不需要改动，即可在短时间内完成新程序设计。

4 结束语

本文主要阐述了如何将一个离心风机排布的设计过程程序化，并且用程序的手段，将数据快速地变成AutoCAD中的图形，以便实时进行数据可视化检验。

需要说明的是，本文旨在介绍一种设计思路，对计算过程中的细节没有一一列举。读者可根据具体项目完成自己的算法设计。

当然，此设计思路仍然具有扩展空间。例如，在可以增加其他程序模块，来计算风机底盘、槽板以及其他内部零件的尺寸，并且将这些尺寸以一定格式输出到Excel表单。如果用Creo软件进行建模、出图，那么可以将数据格式设计成和Creo里的族表里参数格式一致。这样，从Excel里输出的数据，作为三维建模时的输入，直接复制到族表里，即可驱动Creo实现批量模型生成。如此，即可完成从设计输入（参数表），到设计输出（模型、图纸）的整个过程的参数化、自动化。

参考文献：

[1] 张帆，郑立楷，王华杰.AutoCAD VBA 开发精彩实例教程[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2] Excel Home.Excel VBA 实战技巧精粹[M]. 北京：人民邮电出版社，2013.

【通联编辑：梁书】

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