非標準設(shè)備設(shè)計及其工藝的三維模塊化

顧嘯

摘 要：非標準設(shè)備設(shè)計作為機械設(shè)計的重要組成部分，在引入三維建模技術(shù)以后，通過應(yīng)用先進的三維模塊軟件，可以快速有效地完成設(shè)計任務(wù)。如今，隨著三位模塊技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，非標準設(shè)備的工藝已經(jīng)發(fā)展到新的高度。

關(guān)鍵詞：非標準設(shè)備；設(shè)計；工藝；三維模塊

非標準設(shè)備是指不能按照國家統(tǒng)一行業(yè)標準和規(guī)格制造的設(shè)備。非標準設(shè)備在加工過程中不能批量生產(chǎn)，一般都采用一次訂貨的方式，根據(jù)客戶的用途需要進行設(shè)計制造，并且設(shè)計成品不包含在國家設(shè)備產(chǎn)品目錄內(nèi)。市場上我們也可以將非標準設(shè)備形象地定義為“因批量小為滿足特殊需求而專門設(shè)計和制造的設(shè)備”。近年來，我國非標準設(shè)備設(shè)計水平不斷提升，已成為市場出售的重要工業(yè)商品。

1 非標準設(shè)備的特點

1.1 批量小

非標準設(shè)備是根據(jù)用戶的特殊需求而專門設(shè)計制造的，非標準設(shè)備不是固定型號的產(chǎn)品，用戶不能直接在市場上進行選型和購買，需要選擇和聯(lián)系專門的生產(chǎn)廠家進行設(shè)計和制造，所以，這也就決定了非標準設(shè)備不能批量生產(chǎn)，只能單件預(yù)購或者小批量生產(chǎn)。但是，非標準設(shè)備會隨著市場發(fā)展而變化，一旦非標準設(shè)備的市場需要量提高以及專業(yè)化程度達到國家標準，就可以轉(zhuǎn)化成標準設(shè)備，進行大批量生產(chǎn)。

1.2 設(shè)計難度大

非標準設(shè)備與標準設(shè)備相比，最大的區(qū)別就是沒有足夠的設(shè)計經(jīng)驗和完整的制造工藝，由于生產(chǎn)量小，成本投入不能太多，相應(yīng)的試制和測驗環(huán)節(jié)缺乏，多數(shù)情況下還沒有同類產(chǎn)品進行參考，計算方法也不同，不能生搬硬套已有的計算公式，需要結(jié)合實際，制約因素較大，故而非標準設(shè)備設(shè)計難度也比較大。此外，非標準設(shè)備一般需要做到一次性設(shè)計和制造成功，并且能夠通過長時間的實踐考驗，為此，非標準設(shè)備設(shè)計的重要性尤為突出，如果設(shè)計方面出現(xiàn)問題就可能在投入使用后出現(xiàn)各種故障，比如動力不足、機體變形、磨損嚴重、精度下降、不正常振動或噪音等問題，滿足不了用戶需求。

2 非標準設(shè)備設(shè)計的計算

標準設(shè)備在進行設(shè)計計算時大都是按照既定的規(guī)范的計算公式進行計算的，這些公式都是經(jīng)過了反復(fù)論證檢驗的。而關(guān)于非標準設(shè)備的設(shè)計計算，多數(shù)時候都不能直接套用已有的計算公式。非標準設(shè)備設(shè)計計算很難找到已有的經(jīng)過檢驗的數(shù)據(jù)，通過是通過設(shè)計者的理論分析，并且條件比較苛刻，設(shè)計計算的時間非常緊迫，但客戶提出要求時必須在最短的時間內(nèi)完成。在非標準設(shè)備設(shè)計計算過程中，有些計算公式非常繁瑣，需要選擇的變量參數(shù)較多，所以，計算結(jié)果的準確性難以保證，有時會采用模糊計算方式，往往失去了精確計算的意義。非標準設(shè)備設(shè)計計算一般需要結(jié)合產(chǎn)品的實際生產(chǎn)能力要求、性能和質(zhì)量要求、所需要的功率、主要機件的荷載、能量的轉(zhuǎn)換、速度、壓力等參數(shù)，然后建立設(shè)計計算的三維模型，確定設(shè)計思路和方案。在非標準設(shè)備設(shè)計計算過程中，對于任何非標準設(shè)備傳動所需要的功率，都可以用輸入能量等于消耗能量的守恒原理來進行計算。設(shè)計者在進行設(shè)計計算時，需要考慮傳達以及其他損耗，應(yīng)注重機設(shè)備的安全系數(shù)。雖然能力輸入及損耗的方式和過程具有多樣性，但是在已有的設(shè)計計算方式中，許多非標準設(shè)備設(shè)計都可以直接用輸入功率等于消耗功率進行計算，并且這種方式不影響計算的準確性。此外，非標準設(shè)備設(shè)計的強度計算，需要結(jié)合實際要求，由于安全系數(shù)和許用應(yīng)力范圍很大，強度計算結(jié)果同樣具有很大彈性。所以，對于非標準設(shè)備的強度計算還是應(yīng)該重視基本概念的運用，不斷提升非標準設(shè)備設(shè)計計算的質(zhì)量。

3 非標準設(shè)備設(shè)計及其工藝的三維模塊流程

非標準設(shè)備設(shè)計及其工藝的實質(zhì)還是利用已有的資源和機械制造技術(shù)進行產(chǎn)品創(chuàng)新的過程。隨著三維建模技術(shù)的推廣和應(yīng)用，非標準設(shè)備的設(shè)計水平和制造工藝也在不斷改進。非標準設(shè)備發(fā)展之初，設(shè)計者主要采用傳統(tǒng)的平面設(shè)計軟件進行建模，這樣不能全面考慮和模擬計算產(chǎn)品的規(guī)格、質(zhì)量以及主要機體的制作路線，而當(dāng)非標準設(shè)備生產(chǎn)引入三維模塊技術(shù)以后，有效地解決了產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量、成本等各種問題，使得設(shè)計計算呈現(xiàn)立體化、生動化、精確化，能夠克服設(shè)計難題，使用三維模塊也有助于提高生產(chǎn)線效率。如今，在非標準設(shè)備設(shè)計及其工藝過程中常使用的三維模塊軟件主要有UG、CAD、Solidworks、CATIA等幾種，這些軟件應(yīng)用方便靈活，能夠很好地對產(chǎn)品的個性化需求進行綜合分析，對產(chǎn)品的尺寸信息、特征信息進行自動拾取，并且替換卡片和數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。采用三維模塊技術(shù)的最大優(yōu)勢就是當(dāng)工藝模型和流程驅(qū)動完成后，每道流程的信息信息必定發(fā)生變化，再從三維模型中提取新的參數(shù)和流程更新到對應(yīng)的卡片和數(shù)據(jù)庫中，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和二維卡片的同步更新。

非標準設(shè)備設(shè)計及其工藝三維模塊化的流程：用戶需求或行業(yè)標準→技術(shù)指標（用途、形狀、尺寸、參數(shù)）→根據(jù)要求擬定設(shè)計方案→用戶確認→確定設(shè)計方案→確認選型并外購標準件→選擇、設(shè)計、繪制三維模型→功能模擬、優(yōu)化設(shè)計→修改、確認總裝→出BOM表及2D圖紙→外協(xié)機加工非標準件或和外購標準件→裝配總成→調(diào)試設(shè)備→總檢→交付用戶使用→售后服務(wù)。

由于用戶需求不同，非標準設(shè)備設(shè)計及工藝流程上也沒有嚴格統(tǒng)一的標準，設(shè)計者在實際設(shè)計中可以根據(jù)具體情況加以變動，既能夠?qū)讉€步驟結(jié)合在一起進行，又可以省略或增加某些步驟，以此來提高設(shè)計和工藝的質(zhì)量與效率。

4 非標準設(shè)備設(shè)計及其工藝三位模塊化的建議

4.1 非標準設(shè)備設(shè)計結(jié)構(gòu)方案的擬定

在整個非標準設(shè)備設(shè)計和工藝制作流程中，最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是擬定設(shè)計方案，可以說設(shè)計方案的質(zhì)量決定了整個非標準設(shè)備設(shè)計的成敗。只用好的設(shè)計結(jié)構(gòu)方案，才能夠滿足用戶的需求，平衡成本與質(zhì)量的關(guān)系，力求在制作工藝上更加簡便，成本更加低廉，產(chǎn)品操作更加方便、使用壽命長、故障率低以及保養(yǎng)簡便等。在設(shè)計結(jié)構(gòu)方案中，設(shè)計者一定要做好和客戶的溝通，在盡量滿足客戶要求的基礎(chǔ)上，把握行業(yè)標準，為客戶設(shè)計出最優(yōu)化的設(shè)計結(jié)構(gòu)方案。

4.2 非標準設(shè)備設(shè)計結(jié)構(gòu)模塊確定的方法

非標準設(shè)備在選擇、設(shè)計和繪制三維模型時，需要把握好兩點。一是要認真落實非標準設(shè)備的功能和參數(shù)。設(shè)計者在確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊時需要詳細了解用戶對非標準設(shè)備的具體要求，在基礎(chǔ)上對設(shè)備的主要功能和參數(shù)進行一一確定，這也是建立設(shè)備三維模型的前提條件；二是依據(jù)產(chǎn)品工藝流程找到設(shè)備的工作原理。在確定了非標準設(shè)備的主要功能和參數(shù)以后，設(shè)備的工作原理就成為結(jié)構(gòu)建模的主要依據(jù)，設(shè)計者需要根據(jù)非標準設(shè)備的工作原理快速的設(shè)計出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的三維模塊，可以結(jié)合已有的設(shè)計經(jīng)驗，靈活套用相似的裝配圖形，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和修改，確定最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)模塊。

4.3 非標準設(shè)備設(shè)計過程的控制

一個優(yōu)秀的非標準設(shè)備設(shè)計者，不僅僅需要精通機械原理以及設(shè)計方法，能夠積極地對客戶需求做出響應(yīng)，擬定最優(yōu)化的設(shè)計方案，建立最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)模型，選用最合適的標準件，還需要做好整個設(shè)計及工藝流程的控制，將非標準設(shè)備進行“標準化”、“規(guī)范化”生產(chǎn)，能夠從工藝制作中總結(jié)出相似的地方，不斷提高非標準設(shè)備設(shè)計的效率和可靠性，降低整個產(chǎn)品制造的成本投入，改進加工工藝和裝配工藝，在零配件的材料選擇要盡量合理，對于加工工藝、后處理方法以及尺寸公差配合等工藝原理要有深刻的理解。此外，在設(shè)計非標準設(shè)備時需要考慮以下因素：一是設(shè)計的產(chǎn)品需要具備良好的加工工藝性和裝配工藝性，設(shè)計者必須掌握加工和裝配的基礎(chǔ)知識以及豐富的設(shè)計實踐經(jīng)驗，能夠科學(xué)、合理、靈活地選擇、設(shè)計和繪制三維模型，掌握整個設(shè)計工作的重要環(huán)節(jié)；二是合理控制加工精度和加工表面質(zhì)量。對于設(shè)備的加工精度，包括尺寸精度、集合京都以及相對位置精度，都必須在三維模塊上進行準確定量，然后嚴格安裝確定的三維模塊進行加工制造，同時在加工過程中要考慮到加工設(shè)備以及工廠技術(shù)水平，盡可能選擇最佳的加工方法，避免出現(xiàn)加工精度超過工廠加工方法控制的精度范圍；三是做好對設(shè)備的熱處理或表面處理。非標準設(shè)備設(shè)計的三維模塊并不能將每一個細節(jié)都標識出來，對于舍必的熱處理或表面處理需要選擇合適的辦法，熱處理是提高設(shè)備使用壽命和性能的關(guān)鍵，通過熱處理或表面處理能夠提高非標準設(shè)備的表層硬度，延長設(shè)備的使用壽命。

5 結(jié)語

非標準設(shè)備設(shè)計及其工藝的三維模塊化是一個復(fù)雜的、技術(shù)沉淀的過程，模塊化的研究和應(yīng)用，很大程度上節(jié)省了設(shè)計者的工作量，通過先進的三維模塊軟件，能夠形象生動地完成設(shè)計結(jié)構(gòu)以及實時拾取新的參數(shù)，方便設(shè)計者擬定最佳化的設(shè)計結(jié)構(gòu)方案，并且也方便后期的修改。因此，非標準設(shè)備設(shè)計及其工藝的三位模塊化實現(xiàn)了從重復(fù)編制工藝發(fā)展為工藝批處理模式，極大地提升了設(shè)計和工藝效率，節(jié)約了制造成本。

參考文獻

[1]趙建.如何做好非標自動化設(shè)備的設(shè)計[J].企業(yè)導(dǎo)報，2013，（4）：299.

[2]趙建.非標自動化設(shè)備設(shè)計中材料的選擇與應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?013，（3）：179.

[3]季平.淺談非標準設(shè)備設(shè)計方案的擬定及零件的合理設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，（18）：131.

（作者單位：天津市揚帆科技開發(fā)有限公司）