打开文本图片集

摘要：随着“工业4.0”、“中国制造2025”等概念的兴起、中国经济进入高质量发展阶段、劳动力成本不断提高以及消费者需求多样性增加，越来越多的工厂为了实现利润的最大化，考虑利用智能制造实现产业升级，提升企业竞争力。这就给非标设备供应商与集成服务商带来了更大的机遇和挑战。

非标自动化设备的制造不像通用标准设备制造那么成熟，通用标准设备的制造生产根据规定工艺、标准的流程制造就可以高效高质量地完成。而非标自动化设备的制造需要根据具体的应用场合，行业标准、以及各种各样的工艺进行创新型制造，非标自动化设备的设计没有可借鉴的参考模型。非标自动化设备也属于工业自动化行业范畴，主要是为工厂工艺要求量身独立开发、装配的自动化设备，其人工操作要求简单易学、可培训上岗，设备的功能具有扩容性，兼容性。非标自动化设备项目的主要特点是项目交期短，技术要求多，范围变化多样，项目投资少，原创性高，这就使得在项目管理过程中的难度大。本人在十几年的非标设备设计及管理工作实践中不断地发现了很多问题，尝试总结一些可行性的方法，形成一套非标自动化设计流程规范，希望给予新入行的同仁一些启发和帮助。

作为非标自动化设备设计的起始任务，方案设计对于自动化项目的重要性不言而喻。本文通过总结自己多年非标准自动化设备方案设计的经验，通过表格的形式，向读者展示了做方案设计的步骤和方法。本人将此方案设计方法在长城汽车电子转向柱锁项目应用，得到了不错的效果。

关键词：非标自动化设备;方案设计;设备设计;设计方法

一、国内外现状及问题的提出

我国非标自动化设备开发的水平与欧美国家相比有些差距，不管是在设备性能，设备美观度方面还是设备质量方面，我国的非标自动化项目总体给人感觉还有待提高。项目应用范围较窄，设计理念与方法主要是针对那些工业装配类项目的，而不是面向全面工业领域的项目。我国至今也没有相关理论书籍对非标自动化设备设计进行详细讲解，要想提高我国非标自动化设备设计水平，需要我们不断地提高总结理论知识。

二、非标准自动化设备开发的流程

（1）项目需求确认：和客户沟通项目需求，客户预算

1.产品质量的要求，产品装完成后的公差，质量要求

2.设备的年需求量，客户现场的生产时间等，节拍要求

3.设备的布局位置，占地面积，楼层单位载荷能力，是否有环境要求等

（2）分析产品结构特征

1.了解产品生产工艺，检测要求

2.了解产品各方面尺寸要求及来料情况发货方式

3.与客户沟通了解产品生产过程中的注意事项

4.设备使用地点的技术参数

（3）方案设计：搜集资料，设计组内部人员讨论、分析作出设备方案

1.设计设备示意图（整体示意图，局部示意图）

2.描述各部分机构功能

3.写出动作说明

4.计算设备技术参数

（4）方案评审：由工程部组成审核组，对方案进行审核

1.设备可行性评估

2.设备成本评估

3.设备生产效率的评估

4.各部分结构可行性评估

（5）方案整改：对方案审核中讨论出的问题进行整改

（6）确定设计方案：方案由客户评审，根据客户要求对方案进行修改确定

（7）结构设计与优化

由此项目的机械设计工程师根据方案要求，详细设计出设备每一工位的机构和零件，并绘制出零件的二维和三维图纸和装配图，列出气动电动执行元件并列出加工件清单和标准件清单。电器工程师选出相应的电器元件，绘制电气原理图和动作时序图。

（8）结构评审

由机械设计工程师组织工程部人员组成审核组，对所设计出的图纸进行审核。

1.机器结构设计是否合理：设备的功能性（能力和精度）要求是否满足、设备的稳定性是否足够、设备是否具有足够的安全性、设备是否方便人员操作满足人体工程学要求、设备的外观是否满足客户要求等

2.所设计机器生产效率是否符合客户需求。

3.设备的造价是否满足项目要求。

4.各部分机构应简单易于调试、维修。

5.各部分零件加工工艺。

6.各执行元件选用是否合理。

（9）零件加工及标准件采购

1.加工件供应商根据零件图纸购买相应材料的基材，通过机械加工设备根据图纸的精度要求加工零件。

2.采购人员按照标准件清单，联系供应商进行标准件采购。

（10）加工零件及标准件检验入库

检人员按照零件图及标准件清单，检验加工零件的尺寸精度，加工工艺，标准件的型号、安装尺寸进行检验，合格后交由仓管人员入库

（11）设备组装与调试

1.装配钳工按照加工件清单及标准件清单，到仓库领取加工件及标准件。

2.装配人员按照装配图纸、气路图纸，进行机构的组立：检测各机械零部件、执行元件组装是否正确 ;各运动机构活动是否顺畅，有无无干涉 ;所有的紧固件和接头，确保紧固到位，有防松措施。

3.电气装配钳工根据E-PLAN对电控柜内PLC、电源模块、伺服控制器、接线端子等进行排配，程序员负责编写及调试程序。

（12）产品调试

装配人员按照客户提供的产品对设备进行调试，调试完成后大批量试运行，邀请客户对设备功能和产品的品质进行确认。

（13）设备交付与验收

1.准备好机器备件，操作说明书，接线图及其他技术资料。

2.对客户设备操作员工进行岗前培训。

3.设备保养维护。

非标自动化方设备案设计的重要性

在实际工作中，我们会经常遇到这样的问题：设备已经在安装调试过程中了，然而却忘了一个零部件的装配或者一个功能的实现;设备已经在客户现场了才被告知客户对设备的布局不满意;设备运行生产后才发现节拍跟不上生产要求等

因此一个好的方案可以规避掉很多问题，一个好的方案可以让项目运行如鱼得水，所以我们有必要在整个项目的开始，制定一个相对完善的方案。那么有没有什么判断依据让机械设计工程师可以清晰的认识到自己设计并执行的方案是不是最优呢？

四、非标自动化设备方案设计的方法

（1）产品结构、装配工艺方法分解

对于一个全新的产品，我们首先要做的工作就是将产品进行爆炸分解，了解各个零部件之间的工艺关系，从工艺关系出发，考虑实现此工艺的方式：是使用自动方式实现还是人工方式实现或者半自动化方式实现。将产品剖析为单个零件，在表格1中填写各零件之间的关系。

对于任何新产品，我们都可以使用此表格，快速清晰的了解各个零部件之间的工艺关系。从工艺关系角度考虑需要多少种工装设备。

（2）零部件来料、回料分析

对于产品的零部件来料和回料方式分析，可以确定自动化方案的可行性，若需要实现无人化工厂或者全自动生产线，那么物料的循环必须可以实现全自动上料和下料。产品的来料包装有包装箱、袋装、萃盘、振动盘、传送带等

这些方式在理论上来说都是可以实现自动化的，可是对于客户成本有限的项目，自动上料下料方式可能不是很经济。比如包装箱来料，若要实现自动化，需要自动将包装箱打开，自动将包装箱内的薄膜，纸隔板取走，然而，包装箱的尺寸并没有严格的约束，因此，此方法虽可以实现自动化，但是其方案成本却是客户所不能接受的。

分析零部件的来料回料方式，可以帮助我们确认自动化程度和自动化方案的经济型和可行性。

（3）非标自动化设备设计方案确定

通过零部件关系表和零部件来料表，客户预算，生产节拍，设备占地面积，我们可以初步规划出自动化生产线的方式，从而确认自动化生产线的预算。

五、自动化方案设计方法在长城电子转向柱锁项目上的应用

（1）长城电子转向柱锁的产品介绍、爆炸图、结构分析

1.产品介绍：电子转向柱锁：英文名（ESCL Electrical Steering Column Lock）是一种转向管柱锁定装置，作用就是以物理限位方式限制转向轴的旋转运动。简单的说就是，当司机从钥匙孔将钥匙拔出，转向柱便被锁杆锁住。即便偷盗者不用钥匙（点火开关）而将发动机启动了，但因为转向柱无法转向，导致汽车无法正常行驶。转向柱锁是汽车防盗系统中至关重要的一部分。

2.对于任何一个产品，我们都需要对产品的每一个零部件进行详细的了解，并对其与周边部件的工艺连接方式进行剖析。产品的结构爆炸图如下图1所示：

通过分析爆炸图可知，电子转向柱锁由如下零部件组成：

3.任何一个产品，都是由通过工艺关系相互联系着的零部件组成的。因此我们可以用表格分析各个零部件的相互关系，从而达到组装产品的功能。如下表2所示，电子转向柱锁各个零部件的关系如下：

本人认为：非标自动化设备的作用之一在于快速高效的实现零部件之间的工艺关系建立，即实现对于表格中各个零部件的关系建立。因此准确分析出工艺关系对于实现自动化装配至关重要。

（2）各个零部件的来料、回料分析、工艺关系

通过表格将零部件的来料回料关系加以呈现，标识出零件在装配过程中的出现顺序，有助于理解装配过程。零部件的物料回转方式如下表3所示。

分析零部件的来料回料方式，可以帮助我们确认自动化程度和自动化方案的经济型和可行性。

（3）长城电子转向柱锁自动化生产线的方案确定

通过零部件关系表和零部件来料表，我们可以初步规划出自动化生产线的方式，所需工装和人工有：

1、底座与金属保护盖侧面压销钉设备

2、底座与塑料保护盖竖直打螺栓设备

3、对插公头与PCB板压装设备

4、PCB板与底座侧面打螺栓设备

5、PCB板程序烧录设备

6、自动注油设备

7、自动检测设备

8、自动包装设备

通过分析可以看出此项目为一个自动化装配流水线包含如下工位，见表格4

六、结论与建议

笔者通过总结非标自动化设备设计的工作经验，提出了方案设计的方法和思路，在项目中应用取得了不错的效果。非标自动化设备设计固然无法可依，但我们可以通过总结经验，为同仁提供一定的指导建议。

参考文献

周东红.自动化系统项目管理[M]. 北京：机械工业出版社，2006

王雷.从技术主管到项目经理[M]. 北京：电子工业出版社，2002

黄晓涓.项目管理在我国的实践及若干问题的研究[D]. 暨南大学，2002

作者简介：

孙涛（1988-），男，汉族，江苏省泰州市，本科，研究方向：机电一体化方向。