非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)選擇與安全

張遠(yuǎn)景

摘 要：在科技飛速發(fā)展的時(shí)代，隨著國(guó)家推行自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)的腳步，非標(biāo)設(shè)備類(lèi)的研發(fā)人員日益增多，同時(shí)也對(duì)非標(biāo)設(shè)備的性能要求逐漸嚴(yán)謹(jǐn)，特別是設(shè)備自動(dòng)化程度的提高及結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的增加，以及產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快也使設(shè)備的使用壽命期縮短。工程師們的設(shè)計(jì)水平也需進(jìn)一步拓展，既要為精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)加快生產(chǎn)步伐，也要考慮到設(shè)備的可升級(jí)與改造性。所以在機(jī)械制作的產(chǎn)品要求越來(lái)越高的時(shí)代里，非標(biāo)訂制設(shè)備，只要兼容性和改造性強(qiáng)，才能更受一、二線(xiàn)技術(shù)人員和生產(chǎn)部門(mén)使用者的青睞。文章就此闡述非標(biāo)設(shè)備在達(dá)到使用要求的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)選擇和安全保護(hù)的重要性。

關(guān)鍵詞：非標(biāo)自動(dòng)化；機(jī)械設(shè)計(jì)；簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)；安全保護(hù)；設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)選擇

中圖分類(lèi)號(hào)：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）26-0068-02

Abstract： In the era of rapid development of science and technology， with the national implementation of automation technology research and development （R & D）， R & D personnel of non-standard equipment are increasing， and meanwhile， the requirement for non-standard equipment performance also becomes more stringent than ever before， in particular， the improvement of equipment automation and the increase of structural complexity， as well as the acceleration of product renewal speed which shortens the service life of the equipment. Engineers who need to further expand the level of design have to speed up the pace of production for streamline of the design， and consider the upgradation and transformation of equipment. Therefore， in the era of increasing requirements for machine-made products， non-standard custom equipment， given the strong compatibility and transformation， can be favored more by the first- and second-line technical personnel and users of the production sector. In this paper， the importance of design structure selection and safety protection of non-standard equipment is expounded.

Keywords： non-standard automation； mechanical design； simple structure； safety protection； selection of design structure

引言

非標(biāo)設(shè)備機(jī)械的設(shè)計(jì)主要是按照使用部門(mén)（客戶(hù)需求），將客戶(hù)所需的要求、希望達(dá)成的目的，進(jìn)行使用自動(dòng)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在保證人身安全的首要條件下，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的加工速度提升、節(jié)約勞動(dòng)力、提高產(chǎn)品良率應(yīng)運(yùn)而生[1-2]。在設(shè)備總體設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要基于機(jī)械應(yīng)用要求下而實(shí)現(xiàn)，期間工作原理、運(yùn)行方式和機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及材料使用、加工工藝流程和電、氣配件的配合等方面總體構(gòu)思計(jì)算設(shè)計(jì)[3-4]。在滿(mǎn)足使用要求的前提下，使用簡(jiǎn)易且互換性強(qiáng)的常用配件來(lái)輔助運(yùn)用，優(yōu)選間接傳動(dòng)越少的結(jié)構(gòu)，利用三維設(shè)計(jì)方案將零件按照設(shè)計(jì)的思想轉(zhuǎn)化成模擬運(yùn)作，同時(shí)作為零件生產(chǎn)加工、組裝調(diào)試的依據(jù)。

1 現(xiàn)階段非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)

目前非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)使用方法多是利用標(biāo)準(zhǔn)配件及專(zhuān)用設(shè)計(jì)的零件配合拼裝，以達(dá)到來(lái)料半成品或單獨(dú)元器件逐一自動(dòng)組合，形成成品或者拆分篩選[5]。標(biāo)準(zhǔn)配件的選擇多種多樣，如：影像系統(tǒng)；六軸、四軸關(guān)節(jié)機(jī)器人；各種形式的電缸；驅(qū)動(dòng)部件多用為伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、調(diào)速電機(jī)；傳動(dòng)用的同步帶、絲杠滑軌；氣動(dòng)配件等等[6]。最常用的是氣動(dòng)配件的組合；非標(biāo)的結(jié)構(gòu)多種多樣，但萬(wàn)變不離其中，都須遵循機(jī)械基礎(chǔ)原理進(jìn)行力學(xué)的評(píng)估、工藝路線(xiàn)的考慮、組裝調(diào)試的方便性和維修的簡(jiǎn)易，但無(wú)論性能設(shè)計(jì)多好的自動(dòng)化設(shè)備，保證操作人員的人身安全防護(hù)都是首要。

在工藝精益求精的情況下，能達(dá)成同一結(jié)果的方案有多種，因此應(yīng)選擇性?xún)r(jià)比高的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)先。以本人負(fù)責(zé)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的高效拔釘機(jī)為舉例：產(chǎn)品為鋁合金件，它的三個(gè)方向：無(wú)規(guī)律的左、下、右分別有8+4+8共20個(gè)牙孔未攻牙，客戶(hù)將來(lái)料半成品尺寸已加工到位，需進(jìn)行陽(yáng)極表面處理，但處理的同時(shí)化學(xué)原料會(huì)將牙孔一同處理，尺寸就無(wú)法保障。這種狀態(tài)下，客戶(hù)工藝流程增加膠釘插于孔內(nèi)，表面處理過(guò)后再將三個(gè)方向的膠釘拔出，原生產(chǎn)線(xiàn)員工將其拔出的工作量較大，產(chǎn)能不高，且拔出時(shí)不注意則膠釘斷于孔內(nèi)造成返工，每個(gè)產(chǎn)品20粒膠釘， 每秒1粒拔出的時(shí)間共20秒， 7名產(chǎn)線(xiàn)員工專(zhuān)門(mén)進(jìn)行拔釘。接客戶(hù)提出加大產(chǎn)量，提高速度的要求時(shí)，初步分析，因產(chǎn)品異形客戶(hù)允許一人操作取放，結(jié)構(gòu)制作三種形式：（1）做一工裝，將產(chǎn)品固定，仿人工動(dòng)作使用七臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)六軸機(jī)器人，在第六軸處安裝一夾子，編輯程序，分別從產(chǎn)品三個(gè)方向抽出20粒膠釘放于膠釘盒內(nèi)，速度約1秒/粒，可達(dá)到相同人工速度；（2）使用三組X、Y、Z電缸進(jìn)行三方向疊加，每組Z軸安裝一夾子，編輯程序，分別同時(shí)從產(chǎn)品三個(gè)方向抽出20粒膠釘，因同步進(jìn)行，時(shí)間縮短至8秒，三臺(tái)設(shè)備可達(dá)到相同人工速度；（3）利用簡(jiǎn)易的結(jié)構(gòu)傳動(dòng)知識(shí)，設(shè)計(jì)每粒膠釘位一組夾子，每組夾子為獨(dú)立夾緊機(jī)構(gòu)（內(nèi)部為杠桿力臂），四組夾子的杠桿力臂由一個(gè)氣缸傳動(dòng)，三個(gè)方向則：左邊8粒，8個(gè)夾子加兩個(gè)動(dòng)力氣缸，下邊4粒空間窄，4個(gè)夾子加兩個(gè)動(dòng)力氣缸，右邊8粒，8個(gè)夾子加兩個(gè)動(dòng)力氣缸完成夾持動(dòng)作，加之三個(gè)方向一組合理力度的主推氣缸分別推出，就順利完成20粒膠釘/3秒時(shí)間同步一次拔出工作，以吹氣將膠釘吹至導(dǎo)向管下滑至存料箱，一臺(tái)設(shè)備大于7人工作速度，且只需更換夾子固定座，即可兼容相接近型號(hào)的產(chǎn)品。以下圖1為第3種方案的圖示：

以上述三種方式設(shè)計(jì)非標(biāo)結(jié)構(gòu)方式，均可以達(dá)到使用效果，第1種（機(jī)器人），第2種 （機(jī)械臂），然而第3種則采用單片機(jī)式PLC控制幾個(gè)小氣缸就完成所需任務(wù)。且運(yùn)動(dòng)幅度小，只需保護(hù)板即完成安全防護(hù)，由效率、成本、安全考慮，第3種結(jié)構(gòu)，性?xún)r(jià)比較高，且效果理想。在競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、效率高的非標(biāo)設(shè)備將成為市場(chǎng)主流。

2 自動(dòng)化設(shè)備的安全性

在注塑、電子、組裝等行業(yè)，設(shè)計(jì)的非標(biāo)設(shè)備工作原理和產(chǎn)品各有不同，但生產(chǎn)使用過(guò)程中若出現(xiàn)工傷，將會(huì)給企業(yè)帶來(lái)一定的損失[7]。若設(shè)備性能優(yōu)異，但無(wú)安全保護(hù)的情況下，人員誤觸造成傷害，勢(shì)必停機(jī)整頓。所以在非標(biāo)設(shè)備完成設(shè)計(jì)后，均需考慮增加安全防護(hù)，如安全門(mén)、光幕、雙手安全開(kāi)關(guān)、急停應(yīng)急按鈕等，讓操作人員哪怕誤觸，設(shè)備將無(wú)法啟動(dòng)或緊急停止，第一時(shí)間保護(hù)人員安全。

3 自動(dòng)化設(shè)備的管控

機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)精密性和專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的工作，工作人員必須具有強(qiáng)烈的責(zé)任心，充分考慮到多方面的影響因素，不斷優(yōu)化和改進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)和加工工藝，才能更好地保障機(jī)械設(shè)計(jì)加工零件的質(zhì)量[8]。設(shè)備設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行細(xì)微改良是必不可少的，但設(shè)計(jì)時(shí)考慮周到全面，結(jié)構(gòu)傳動(dòng)越少，出現(xiàn)返修的幾率也會(huì)相對(duì)降低。以第一點(diǎn)例子所述，能達(dá)到相同結(jié)果的設(shè)備，結(jié)構(gòu)相差甚遠(yuǎn)，若在激烈社會(huì)經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)下，未選擇好性?xún)r(jià)比優(yōu)的結(jié)構(gòu)，會(huì)使企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力在同行業(yè)中偏低，不僅影響了機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的效率，而且給企業(yè)造成一定的資源浪費(fèi)。

適應(yīng)更多不同方面的客戶(hù)需求且能設(shè)計(jì)非標(biāo)設(shè)備兼容多種產(chǎn)品的，將在市場(chǎng)上更加有競(jìng)爭(zhēng)力[9]。面對(duì)國(guó)家扶持的方向，以保證質(zhì)量的前提下，逐步將簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)利用多組拼裝，將形成全自動(dòng)化設(shè)備，以節(jié)約的理念為基礎(chǔ)，選擇最適合的結(jié)構(gòu)達(dá)成高能效的新式產(chǎn)品。節(jié)約了機(jī)構(gòu)用料就等于節(jié)能，比如：一臺(tái)機(jī)器人所用的電功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一個(gè)小小電磁閥的功耗，所以在環(huán)保意識(shí)深入人心的社會(huì)，對(duì)于非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，在滿(mǎn)足使用條件、保證質(zhì)量提前下，運(yùn)用節(jié)能和綠色設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)理念，利用簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，更少的后期維護(hù)，實(shí)現(xiàn)資源利用的最大化和設(shè)備的更簡(jiǎn)潔明了。

非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)是結(jié)合了力學(xué)、材料、加工工藝、電氣、美學(xué)等多門(mén)學(xué)科，在非標(biāo)設(shè)備行業(yè)的不斷發(fā)展，分類(lèi)較多，均是以特定物件、材料進(jìn)行加工、組裝、排列、拆分等為主[10]。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)都是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品去設(shè)計(jì)生產(chǎn)，根據(jù)反復(fù)驗(yàn)試測(cè)試得出符合人們所預(yù)想目標(biāo)的產(chǎn)品。由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和時(shí)代步變化越來(lái)越快，而且產(chǎn)品生產(chǎn)的周期較短，傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們的需求，非標(biāo)訂制的機(jī)械設(shè)計(jì)理念也隨之提出。主要是可以任意向客戶(hù)所需要求制定具體的方案，在設(shè)計(jì)中不斷更新改善新結(jié)構(gòu)，更容易適應(yīng)新時(shí)代自動(dòng)化高薪項(xiàng)目的發(fā)展。

此外，使用簡(jiǎn)易且互換性強(qiáng)的常用配件來(lái)輔助運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)非標(biāo)設(shè)備內(nèi)的配件互換循環(huán)利用，優(yōu)選傳動(dòng)轉(zhuǎn)接件越少的結(jié)構(gòu)，則是更加突出機(jī)械設(shè)計(jì)的理念。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是面向用戶(hù)提高所需工序的加工、組裝效率和安全保護(hù)而設(shè)計(jì)，不僅要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的基本功能，更應(yīng)體現(xiàn)人性化和安全保護(hù)的設(shè)計(jì)理念。通過(guò)高效拔釘機(jī)的設(shè)計(jì)制造，可以充份體現(xiàn)設(shè)計(jì)者水平及設(shè)計(jì)方案能直接影響非標(biāo)設(shè)備的后期維護(hù)，設(shè)計(jì)中的防護(hù)設(shè)置也直接影響使用人員的安全。所以企業(yè)想要在激烈環(huán)境中尋求可持續(xù)發(fā)展道路及提升國(guó)內(nèi)非標(biāo)設(shè)備設(shè)計(jì)在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，應(yīng)緊跟潮流的步伐，提升設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平，從研發(fā)技術(shù)、結(jié)構(gòu)選擇、工藝管理、保護(hù)安全系數(shù)等多方面因素為提前，將以簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)更高效、安全的非標(biāo)設(shè)備。

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