非标自动化设备设计开发过程探析

非标自动化设备设计开发过程探析

邹子豪  ,潘高峰

一拖（洛阳）汇德工装有限公司    河南洛阳    471000

摘要：在现阶段的制造行业中，非标自动化设备的广泛应用为企业带来了发展商机，其设备质量的优劣，由设备设计开发人员决定，体现出设计开发的科学性、合理性。非标自动化设备整合了多种技术，对电气、材料、通信、计算机和工艺等技术加以整合，并将多种技术融入总体工程设计的一个过程。文章对非标自动化设备进行简单介绍，探讨其设计开发的过程与方法，希望供以参考。

关键词：设计开发；非标自动化设备；过程探析

前言：自动化设备的应用不仅提升企业的生产效率，还促进了社会的发展与进步。而非标自动化设备是按照用户的实际需求，专门设计与开发的集成设备，但是因部分企业难以实现对自动化设备的应用，对其内部的生产造成不良影响，同时还影响企业的整体运营效率，而且还无法保证所生产的产品质量与进度，对企业的可持续发展造成不利影响。

1.非标自动化设备简要介绍

非标自动化设备强调定制化设计与服务，先由用户提供需求，相关企业给出设计方案，企业与用户进行双向沟通，直至用户满意后才开始投入生产与制造。由此可见，它是一种非市场流通且专门为用户定制位移的自动化系统集成设备。严格来讲，非标自动化设备也是根据国家颁布的行业标准与规格制造的单元设备，不同客户对它的工艺要求都各不相同。在一小部分企业在生产产品期间，对其自身的自动化设备，市场上还没有和其工作性质相同，倘若将市场上现有的自动化设备投入生产，那么就会造成参数、规格、体积与尺寸不符合等问题，不利于生产效率的提升，而非标自动化设备的出现正是弥补这些不足。非标自动化设备由于其自身的广泛性，也决定了其在应用中的广泛性，主要应用生产输送与包装、物流仓储设施、电子电器生产线产品输送等行业[1]。

2.非标自动化设备市场环境与行业现状

在工业大变革的大环境下，行业对工人的需求大幅增加，特别是企业的生产部门，工人工资是一笔很大的支出，并且成本也只增不减。在确保产品质量的前提下，不仅要制作出更优质的产品，还要尽可能地降低生产成本，而且人工的工作量与速度是有限的，无论在哪个工位、哪类产品都需要机器完成相应操作，非标自动化设备可以完成人工无法完成的工作，如危险类、化学腐蚀类、重量类等工作。

目前非标自动化机械制造业主要面临资金、专业人才、市场等方面的挑战，只有处理好这三者的关系，才能发现市场发展的机遇。国内非标自动化机械企业规模较小、数量较多，呈现出技术滞后、竞争同质化的特点。相关企业必须遵循“信誉为本，客户至上、质量优先”的经营原则，更好地服务于每一位客户，从而为其提供专业的解决方案，其中包括规划、开发、设计、调试、组装、优化等方面[2]。

3.非标自动化设备设计开发过程探析

3.1明确非标自动化设备组成部分

常规的非标自动化设备的组成部分众多，分别为传动部分、动力部分、控制系统、辅助系统、执行部分等，它们之间是相互影响、相互作用的关系。

关于非标自动化设备设计开发的步骤，由生产部门、设计开发部门共同协作。生产部门会根据客户要求及生产规范，以减少人力、提高生产效率为根本原则，向设计部门提出非标自动化设备的开发需求，而后由设计开发部门结合具体需求，制定并完善设计开发任务书，接着开展自动化设备方案设计、部件设计等开发过程。

3.2制定并完善设计任务书

非标自动化设备设计开发任务书中，要求正确认识设备开发的目的和任务，大致包含生产节拍与效率、设备需要实现的功能要求、使用性能要求、设计开发成本控制要求、开发进度要求与安全性要求等。在非标自动化设备设计开发期间，设计开发任务书相当于指令性文件，要求所生产出的设备可以达到各项参数与不同功能标准，设计开发人员需要严格按照设计任务书上的要求开展设计工作。

此外，针对自动化设备的功能要求需要进行方案设计，从全局出发对组织机构展开合理的布置规划。第一，要按照设备的功能参数要求，编写可行性设计方案，可以通过相应的软件工具进行3D建模的方案设计，这样既可以保证设计图纸的准确性，又省时省力。通常来讲，非标自动化设备的方案设计开始于设备的执行部分，以设备的功能动作为基础，是设备设计开发的关键环节。结合设备工艺技术与外观结构等特征，对设备执行结构的运行参数加以确定。其次，对于设计思路的创新性，可细化非标自动化设备结构的执行部分，按照执行组织的特征合理确定动力源。第三，在结束执行与动力环节的设计之后，可对传动部分机构进行设计，如带传动、螺旋传动、摩擦传动等[3]。

3.3设计开发方案评审

完成方案设计后，还需要对方案进行改善评审，在此期间需要设计开发与需求部门一起参与，针对设计方案提出建议与问题，分析是否具有改善和调整的地方，经过科学、深入的评估与探讨，确认方案有效且可行之后才能继续开展工作。非标自动化设备设计开发最关键一环则是方案评审，如果讨论不通过则需要继续调整与优化，直到方案通过才能顺利开展后期的工作。

3.4设备零部件的设计

在设计非标自动化设备的零部件期间，可以采用计算机辅助设计软件完成零部件的建模设计。在达到功能性标准的前提下，还需要考虑基本材料的选型，如气缸、电机等。首先，选用合适的尺寸与材料，设计合理的结构，从而确保零部件的刚度与强度，延长其使用寿命。根据设备结构工艺性要求，在实现功能的基础上，将其更好地生产出来，并具备经济性、实用性和方便性，以便更好地装配机器。其次，在开展零部件的设计工作时，应严格按照经济性要求，尽可能地设计出节约能耗的结构，如使用轻量型结构，缩短加工时间与加工余量。针对大部分零部件而言，其体积质量越小就越好，不仅可以在一定程度上节省材料成本，还能够减小运动件的惯性，促使机械设备的动力性能得到优化，进一步减小构件上的惯性载荷。最后，要想提升零部件的可靠性，需要综合考量零部件的性能与其工作环境，尽可能地降低其随机变化的可能性。非标自动化设备，顾名思义其零部件通常都是非标准，设计人员需要立足于整体零部件设计过程，遵循上述原则，充分结合自身经验，实现对高质量、高性价比零件的设计。

3.5选择合适的材料

在非标自动化设备开发期间，选择合适的材料十分重要，不仅要遵循理论计算的原则，还需要总结历史经验。常用于设备加工零件的材料为复合材料、高分子材料、金属材料等。因金属材料的力学性能良好且价格低廉，在非标自动化设备中占据着重要地位。常用的金属材料包括45钢、Q235及其它金属材料等，45钢属于碳素结构钢，力学性能良好，常用在轴承、齿轮、蜗杆制造当中。Q235常用的碳素结构钢，具有一定的强度、良好的冷弯性，主要用在常规零件与焊接结构。其它常用材料包含有色金属，如黄酮、青铜、A7075等，高分子材料如聚乙烯、聚丙烯等[4]。

3.6系统的控制与调试

在完成非标自动化设备方案的设计后，需要进行电气控制系统的设计。现阶段的控制系统主要由PLC、工控机、电气执行元件、传感器和人机交互界面等部分构成，而且还需要程序实现动作指令的运行，在此期间还要特别注重动作功能性的安全性要求和便于操作的要求。

在完成零件的加工之后，进入非标自动化设备的最后环节，对标准件进行采购，开展设备组装的调试工作，如电控安装调试与机构组装等，设计人员应按照调试要求，在调试期间一旦发现问题应及时采取改进措施，力求实现交付生产使用的目标，并在后期不断跟踪自动化设备使用情况，从而不断优化设备，使其保持良好性能。此外，在完成非标自动化设备的设计开发之后，还应邀请需求商按照设备的各项工作性能与参数进行测试。在完成产品的交付后，设计人员还需要综合分析设计过程与思路，不仅可以夯实自己的设计知识，还可以为后期不同类型非标自动化设备的设计开发奠定基础。

结语：非标自动化设备的应用对提升企业生产效率具有重要意义，在未来非标自动化设备具有广阔的发展空间与良好的发展前景，高度重视设备在设计开发过程的研究，能够在一定程度上确保非标自动化设备本身质量，为生产类企业提供更好地服务。此外，还需要设计人员具备严谨的设计思路，不断积累丰富经验，在实践中不断验证与总结，才能使非标自动化设备更加完善。

参考文献：

[1]张宁菊,赵美林.自动化生产线上下料装置的设计开发[J].机械工程与自动化,2019(05):135-136+138.

[2]鹿全礼,宋丽华,刘鲲鹏,马晓红,许志国,陈纪旸,张建成.非标自动化行业项目管理难点及解决对策分析[J].价值工程,2022,41(17):20-23.

[3]吕旭东,柳玉玲,高铭.非标自动化机械设备的创新设计探讨[J].中国设备工程,2021(16):177-178.

[4]吕旭东,柳玉玲,高铭.非标自动化机械设备的创新设计探讨[J].中国设备工程,2021(16):177-178.